ОШИНОВКА ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ Российский патент 2001 года по МПК C25C3/16 

Предлагаемое изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия в электролизерах с верхним токоподводом, и может быть использовано при изготовлении и монтаже ошиновки электролизеров.

Одним из факторов, препятствующих улучшению технико-экономических показателей процесса электролиза алюминия из криолит-глиноземных расплавов, является воздействие на катодный металл электромагнитных сил, вследствие чего поверхность катодного металла деформируется, возникают перекосы, появляется волнение металла. Все это приводит к расстройству технологического режима и, как следствие, к снижению технико-экономических показателей процесса электролиза.

Из практики известно, что влияние на воздействия электромагнитных сил на катодный металл оказывают значения вертикальной составляющей напряженности магнитного поля, определяемые по плоскости зеркала металла. Лучшей считается ошиновка, позволяющая получить на поверхности металла наименьшие значения вертикальной составляющей магнитного поля при симметричном характере распределения.

Известны ошиновки электролизеров средней и большой мощности с односторонним и двухсторонним подводом тока, в которых электрический ток от катода предыдущего электролизера передается к аноду последующего электролизера с помощью катодных шин и анодных стояков, расположенных по обеим сторонам катодного устройства электролизеров [Справочник металлурга по цветным металлам. Производство алюминия. М., Металлургия, 1971, с. 222, рис. 130-131]. Катодные шины расположены горизонтально и на одном уровне.

Известные схемы не обеспечивают в необходимой мере устранения влияния электромагнитных полей на катодный металл, что приводит к нарушениям технологического режима.

Известен способ ошиновки алюминиевых электролизеров с двусторонним токоподводом к аноду при двухрядном продольном расположении электролизеров в корпусе, в котором с целью уменьшения перекоса зеркала расплавленного алюминия и улучшения технико-экономических показателей электролиза сечение обводного пакета на ближней к соседнему ряду стороне электролизера выполняют большим и подключают к нему большее количество катодных стержней, чем к обводному пакету противоположной стороны электролизера [А. с. СССР N 356312, 1972]. Распределение тока по стоякам следующее: входной левый (по ходу тока) стояк 30-32%, входной правый 36-38%, выходной левый 20-18%, выходной правый 14-12%.

Катодные и обводные шины на ближней к соседнему ряду стороне электролизера по высоте располагаются выше на 30-50 см, чем с противоположной стороны.

По технической сущности, наличию сходных существенных признаков данное решение выбрано в качестве прототипа.

Известный способ ошиновки позволяет уменьшить влияние магнитного поля токов соседнего ряда электролизеров и иметь симметричные поперечную и вертикальную составляющие магнитного поля относительно осей электролизера.

Однако расчеты и практика эксплуатации электролизеров с такой ошиновкой показали, что при увеличении мощности электролизеров до 150000 A и выше она не обеспечивает характер распределения магнитного поля, необходимый для достижения высоких технико-экономических показателей процесса электролиза, значительны неравномерности по токовым нагрузкам, что приводит к непроизводительным токовым потерям и может вызывать технологические нарушения.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение технико-экономических показателей процесса электролиза алюминия.

Техническим результатом предложенного способа является снижение воздействия электромагнитных сил на катодный металл за счет уменьшения вертикальной составляющей магнитного поля и повышения равномерности распределения компонента магнитного поля, повышение равномерности токораспределения по ошиновке.

Указанный технический результат достигается тем, что в ошиновке электролизера для получения алюминия с верхним токоподводом с двухсторонним токоподводом к аноду при двухрядном продольном расположении электролизеров в корпусе, включающей двухуровневую секционированную катодную ошиновку и анодную ошиновку, анодная ошиновка выполнена трехстоячной с возможностью распределения тока по стоякам, %: глухой входной последующего электролизера - 39-43, лицевой входной последующего электролизера - 32-36, лицевой выходной последующего электролизера - 23-27 и снабжена перемычками по анодным шинам на входе и выходе, а катодная ошиновка снабжена по крайней мере одной перемычкой, выполненной под днищем электролизера между первым и вторым блюмсами с возможностью переброса с глухой стороны на лицевую 7-11% токовой нагрузки.

Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем.

Высокие технико-экономические показатели процесса электролиза, стабильность технологических параметров во многом обеспечиваются снижением воздействия на катодный металл электромагнитных сил, в основном, уменьшенной вертикальной составляющей напряженности магнитного поля, симметричным характером распределения напряженности магнитного поля, равномерностью распределения токовой нагрузки по ошиновке.

Кроме того, немаловажными факторами являются снижение веса ошиновки (материалоемкость) и повышение ее механической прочности (срок службы электролизера). Предлагаемая конструкция ошиновки направлена на решение этих задач.

Приемлемые величины напряженности магнитного поля (вертикальная составляющая) и приемлемая симметричность распределения напряженности магнитного поля обеспечиваются выполнением трехстоячной анодной ошиновки. Повышение равномерности распределения токовых нагрузок обеспечивается закольцовкой по анодным шинам на входе и выходе и переброской токовой нагрузки (7-11%) с глухой стороны на лицевую посредством перемычки, выполненной под днищем электролизера между первым и вторым блюмсами катодной ошиновки.

По сравнению с прототипом при перераспределении токовой нагрузки по анодным стоякам в предлагаемом решении анодная ошиновка выполнена не четырехстоячной, а трехстоячной, чем и достигается снижение воздействия электромагнитных сил на катодный металл. Кроме того, более равномерное распределение токовой нагрузки решается выполнением перемычки под днищем электролизера по катодной ошиновке между первым и вторым блюмсами с переброской токовой нагрузки с глухой стороны на лицевую (7-11%).

Отличия предлагаемого решения от прототипа позволяют сделать вывод о его соответствии критерию изобретения "новизна".

Сравнительный анализ предлагаемого решения с прототипом и другими известными в данной области решениям выявил следующее.

Известен способ передачи тока от катода предыдущего электролизера к аноду последующего от катодных шин к анодным стоякам [Справочник металлурга по цветным металлам. Производство алюминия, М., Металлургия, 1971].

Известен способ ошиновки алюминиевых электролизеров с двухсторонним токоподводом, включающий неравномерное распределение тока по анодным стоякам, ослабляющее циркуляцию жидкого металла и повышающие технико-экономические показатели процесса электролиза [А. с. СССР N 461662, 1977].

Известна ошиновка алюминиевых электролизеров, в которой анодные стояки выполнены из шин меньшего сечения, чем шины катодных пакетов, а гибкие ленты анодных стояков жестко соединены с катодными пакетами сверху и снизу в виде петли [А. с. СССР N 463348, 1977].

Известно расположение шин в системе восстановительных электролизеров, в котором по меньшей мере две отдельные катодные шины или группы катодных шин или соединительные шины проходят полностью под электролизером [Пат. - США N 4396483, 1983.

В процессе поиска и сравнительного анализа не выявлено технических решений, характеризующихся идентичными или эквивалентными признаками с совокупностью признаков предлагаемого, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию изобретения "изобретательский уровень". Ошиновка (фиг. 1 и 2) состоит из секционированных катодных шин 1, 2, анодных стояков по ходу тока: 3 - глухой входной анодный стояк последующего электролизера, 4 - лицевой входной анодный стояк последующего электролизера, 5 - лицевой выходной стояк последующего электролизера, анодных шин 6, 7, снабженных перемычками 8, 9 на входе и выходе. Катодные шины 1, 2 предыдущего электролизера снабжены перемычкой 10, выполненной под днищем электролизера между первым и вторым блюмсами для переброса части токовой нагрузки с глухой стороны на лицевую.

Для электролизеров С8-Б.

Проведен расчет по распределению магнитного поля для существующей на ОАО "БрАЗ" ошиновки (расчетные данные подтверждены замерами) и для предлагаемой ошиновки. Сравнительные данные приведены в таблице. Достоверность полученных результатов подтверждается контрольными замерами параметров на работающих электролизерах.

Выполнение анодной ошиновки трехстоячной и переброска части токовой нагрузки с глухой стороны на лицевую обеспечивают снижение воздействия электромагнитных полей на катодный металл и электролит, более равномерное распределение токовой нагрузки по ошиновке.

Вышеуказанное влечет стабилизацию технологических параметров процесса электролиза и, как следствие, повышение технико-экономических показателей.

Для повышения технико-экономических показателей процесса электролиза за счет снижения воздействия электромагнитных сил на катодный металл и электролит ошиновка электролизера для получения алюминия с верхним токоподводом с двухсторонним токоподводом к аноду при двухрядном продольном расположении электролизеров в корпусе содержит двухуровневую секционированную катодную ошиновку и анодную ошиновку. Анодная ошиновка выполнена трехстоячной с возможностью распределения тока по стоякам, %: глухой входной 39-43, лицевой входной 32-36, лицевой выходной 23-27 и снабжена перемычками по анодным шинам на входе и выходе. Катодная ошиновка снабжена по крайней мере одной перемычкой, выполненной под днищем электролизера между первым и вторым блюмсами с возможностью переброса с глухой стороны на лицевую 7-11% токовой нагрузки. 2 ил., 1 табл.

Ошиновка электролизера для получения алюминия с верхним двусторонним токоподводом к аноду при двухрядном продольном расположении электролизеров в корпусе, содержащая двухуровневую секционированную катодную ошиновку и анодную ошиновку, отличающаяся тем, что анодная ошиновка выполнена трехстоячной с возможностью распределения тока по стоякам,%: глухой входной 39 - 43, лицевой входной 32 - 36, лицевой выходной 23 - 27 и снабжена перемычками по анодным шинам на входе и выходе, а катодная ошиновка снабжена, по крайней мере, одной перемычкой, выполненной под днищем электролизера между первым и вторым блюмсами с возможностью переброса с глухой стороны на лицевую 7 - 11% токовой нагрузки.