СЕРИЯ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ, СОДЕРЖАЩАЯ СРЕДСТВА ДЛЯ УРАВНОВЕШИВАНИЯ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА КОНЦЕ ЛИНИИ Российский патент 2009 года по МПК C25C3/16 

Область изобретения

Изобретение относится к производству алюминия электролизом в расплаве, а именно электролизом глинозема, растворенного в ванне расплавленного криолита, называемой также ванной электролита, согласно хорошо известному способу Холла-Эру. Более конкретно, изобретение относится к уравновешиванию магнитного поля в сериях расположенных поперечно прямоугольных электролизеров.

Уровень техники

Предприятия по производству алюминия электролизом в расплаве содержат большое количество электролизеров, обычно - несколько сотен, расположенных в линию и электрически соединенных друг с другом последовательно при помощи соединительных проводников таким образом, что образуются две или несколько параллельных линий, которые электрически связаны между собой с помощью проводников подключения. Электролизеры, которые обычно имеют прямоугольную форму, могут быть ориентированы либо продольно (то есть таким образом, что их большая ось является параллельной главной оси линий), либо поперечно (то есть таким образом, что их большая ось является перпендикулярной главной оси линий).

Ранее было предложено большое количество различных схем размещения электролизеров и соединительных проводников с тем, чтобы, с одной стороны, ограничить потери энергии за счет эффекта Джоуля и, с другой стороны, уменьшить влияние магнитных полей, создаваемых соединительными проводниками и соседними электролизерами, на процесс электролиза. Так, например, во французской заявке на патент FR 2552782 (соответствующей американскому патенту US 4592821) на имя фирмы Aluminium Pechiney описана линия расположенных поперечно электролизеров, способных работать в промышленных условиях при силах тока свыше 300 кА. Согласно этому патенту магнитная устойчивость электролизера обеспечивается при помощи соответствующей конфигурации соединительных проводников, в частности тех проводников, которые проходят под электролизной ванной. Помимо прочих, во французской заявке на патент FR 2583069 (соответствующей американскому патенту US 4713161) также на имя фирмы Aluminium Pechiney описана линия расположенных поперечно электролизеров, способных работать при силах тока, которые могут достигать 500-600 кА. Согласно этому патенту затраты на сооружение и размещение электрических цепей минимизированы благодаря использованию как можно меньших и как можно более прямых соединительных проводников, тогда как магнитная устойчивость и выход по току максимизированы благодаря использованию независимых проводников коррекции, расположенных параллельно каждой линии и с каждой стороны от нее.

Размещение электролизеров в линию предоставляет преимущество, которое заключается в упрощении конфигурации соединительных проводников и в придании однородности распределению магнитных полей. Однако наличие проводников подключения между линиями нарушает однородность распределения магнитных полей концевых электролизеров каждой линии.

В американских патентах US 3775280 и US 4189368 предлагаются различные схемы размещения проводников подключения. Однако эти патенты имеют дело с сериями расположенных продольно электролизеров, не содержащими проводников коррекции вдоль линий. Кроме того, силы тока в электролизерах этого типа обычно не превышают 100 кА.

В европейской и китайской заявках на патент ЕР 0342033 и CN 2477650 описаны схемы размещения проводников подключения, применимые к сериям расположенных поперечно электролизеров, не содержащим проводников коррекции вдоль линий. При этом паразитное магнитное поле компенсируется за счет размещения соединительных проводников, которые создают электрический ток вдоль концевого электролизера и в непосредственной близости от него. Эти документы касаются серий электролизеров, оборудованных электролизными ваннами на ток силой порядка 300 кА.

Таким образом, заявитель стремился найти экономически и технически удовлетворительные решения для уравновешивания магнитных полей электролизных серий, образованных расположенными поперечно удлиненными прямоугольными электролизерами, снабженных проводником коррекции вдоль внутренней стороны линий и предназначенных для работы при силе тока свыше 300 кА.

Описание изобретения

Объектом изобретения является серия электролизеров, предназначенных для производства алюминия электролизом в расплаве согласно способу Холла-Эру, содержащая:

- по меньшей мере две линии прямоугольных и параллельных друг другу электролизеров, которые расположены поперечно с постоянным межосевым расстоянием E₀ между электролизерами;

- называемую «внутренней» цепь коррекции, содержащую, для каждой линии, по меньшей мере один внутренний проводник коррекции, размещенный вдоль этой линии со стороны соседней линии;

- необязательно, называемую «внешней» цепь коррекции, содержащую, для каждой линии, по меньшей мере один внешний проводник коррекции, размещенный вдоль этой линии со стороны, противоположной соседней линии;

- называемую «главной» цепь подключения между концевым электролизером одной линии и соответствующим концевым электролизером другой линии

и отличающаяся тем, что для по меньшей мере одной линии:

- главная цепь подключения содержит слой проводников, каждый проводник которой проходит от концевого электролизера данной линии до определенного расстояния (D2 и/или D2′) от ее большой оси С, причем упомянутое расстояние (D2, D2′) предпочтительно является по меньшей мере равным межосевому расстоянию Е₀,

- внутренняя цепь коррекции дополнительно содержит по существу прямолинейный проводник, называемый «поперечным участком», который расположен перпендикулярно продольной оси данной линии и размещен на определенном расстоянии (D1 и/или D1′) от концевого электролизера этой линии и который проходит вдоль упомянутого концевого электролизера на определенной части L длины L₀ этого электролизера.

Заявитель заметил, что в отсутствие средств уравновешивания магнитных полей концевые электролизеры линий особенно сильно подвергаются воздействию дополнительного среднего вертикального магнитного поля ΔВ_z. Таким образом, задача изобретения состоит в том, чтобы поддерживать дополнительное вертикальное магнитное поле ΔВ_z в диапазоне, ограниченном некоторым минимальным значением и некоторым максимальным значением, вокруг некоторого искомого значения, близкого к нулю.

Заявитель также установил, что возмущение распределения магнитных полей концевых электролизеров линии обусловлено не только проводниками подключения между линиями, но также вследствие разрыва непрерывности и симметрии на концах линий.

Заявитель пришел к идее снабдить серию слоем проводников, способным имитировать наличие электролизеров за пределами концевого электролизера. Заявитель также пришел к идее ввести упомянутый поперечный участок на конце линии для того, чтобы компенсировать магнитное поле, создаваемое присоединительными проводниками между линиями. Сочетание этих средств позволяет уравновесить магнитные поля на уровне электролизных ванн электролизеров, расположенных в концевой части подключения линии (обычно это примерно 10 первых электролизеров), то есть скорректировать неблагоприятное распределение магнитных полей, создаваемых присоединительными проводниками. Такое сочетание позволяет, в частности, существенно ограничить вертикальное магнитное поле B_z в этих электролизерах. Использование поперечного участка во внутренней цепи коррекции дополнительно позволяет более точно регулировать коррекцию благодаря дополнительным регулируемым параметрам, которые он обеспечивает.

Далее изобретение будет описано более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи.

Фиг.1 упрощенным образом и в поперечном разрезе показывает два типичных последовательных электролизера линии электролизеров;

Фиг.2 схематически иллюстрирует серию электролизеров согласно изобретению, содержащую две линии и внутреннюю цепь коррекции;

Фиг.3 схематически иллюстрирует концевую часть линии электролизеров, соответствующей фиг.2;

Фиг.4 схематически иллюстрирует серию электролизеров согласно изобретению, содержащую две линии, внутреннюю цепь коррекции и внешнюю цепь коррекции;

Фиг.5 схематически иллюстрирует концевую часть линии электролизеров, соответствующей фиг.4.

Настоящее изобретение относится к сериям (1) электролизеров (электролизным сериям), содержащим, как показано на фиг.1, множество электролизеров (101, 102,… 101′, 102′,…) по существу прямоугольной формы, которые установлены таким образом, что формируют по меньшей мере две по существу прямолинейные и параллельные между собой линии F, F′ электролизеров, причем каждая из линий имеет продольную ось А, А′.

На фигурах электролизеры обозначены ссылочными позициями, которые возрастают, начиная от концевого электролизера линии. Таким образом, концевой электролизер (или «первый» электролизер) каждой линии обозначен соответственно позициями 101 и 101′, «второй» электролизер - позициями 102 и 102′, «третий» электролизер - позициями 103 и 103′ и так далее.

Электролизеры (101, 102,… 101′, 102′,…) расположены поперечно (то есть таким образом, что их главная ось или «большая ось» С перпендикулярна главной оси А, А′ упомянутых линий) и размещены на одинаковом расстоянии один от другого, таким образом задающем постоянное межосевое расстояние Е₀ между главными осями С смежных электролизеров каждой линии. Это межосевое расстояние Е₀ обычно составляет от 5 до 8 метров. Главная ось С электролизеров (101, 102,… 101′, 102′,…) определяется как ось симметрии, которая параллельна их длинным сторонам (18а, 18b). Эти длинные стороны (18а, 18b) каждого электролизера (101, 102,… 101′, 102′,…) имеют длину L₀, а их короткие стороны (19е, 19i) имеют ширину R₀. Длина L₀ электролизера существенно превышает его ширину R₀. Электролизеры серии по изобретению обычно имеют длину L₀, примерно в три раза превышающую их ширину R₀.

Линии F, F′ отстоят одна от другой на некоторое расстояние D₀, величина которого зависит от выбора технологических параметров, которые учитываются в данном случае, в частности силы I₀ тока данной серии и конфигурации цепей проводников. Это расстояние D₀ обычно составляет от 40 до 100 метров.

Как показано на фиг.1, каждый электролизер (101, 102,… 101′, 102′,…) серии (1) обычно содержит электролизную ванну (3), аноды (4), удерживаемые при помощи средств крепления, обычно имеющих в своем составе анодный стержень (5) и анододержатель (6), связанные механически и электрически с анодной рамой (7) при помощи средств (8) подключения. Электролизная ванна (3) содержит металлический кожух, обычно усиленный подкрепляющими элементами, и тигель, сформированный из огнеупорных материалов и катодных элементов, расположенных внутри кожуха. Этот кожух обычно содержит вертикальные боковые стенки. При функционировании аноды (4), обычно изготовленные из углеродистого материала, частично погружены в ванну электролита (не показан), содержащегося в электролизной ванне. Электролизная ванна (3) содержит катодное устройство (9), снабженное катодными стержнями (10), обычно изготовленными из стали, один конец которых (11) выходит из электролизной ванны (3) таким образом, чтобы обеспечить возможность его электрического подключения к соединительным проводникам (12-17) между электролизерами.

Соединительные проводники (12-17) подключены к упомянутым электролизерам (101, 102,… 101′, 102′,…) таким образом, чтобы сформировать последовательную электрическую цепь, которая образует главную электрическую цепь (100) серии электролизеров. Соединительные проводники обычно содержат гибкие проводники (12, 16, 17), входные соединительные проводники (13) и стояки (14, 15). На фиг.2 проиллюстрирован случай цепи соединения, содержащей 5 стояков (как во французской заявке на патент FR 2552782). На фиг.4 проиллюстрирован случай цепи соединения, содержащей 8 стояков (как во французской заявке на патент FR 2583069). Входные соединительные проводники могут полностью или частично проходить под электролизной ванной и/или по ее контуру.

Серия электролизеров по изобретению дополнительно содержит по меньшей мере одну электрическую цепь коррекции, независимую от данной серии и проходящую вдоль называемой «внутренней» стороны электролизеров, то есть вдоль стороны, находящейся со стороны соседней линии. В варианте реализации, проиллюстрированном на фиг.2 и 3, серия (1) электролизеров обладает одной единственной электрической цепью (200) коррекции, называемой «внутренней цепью». В варианте реализации, проиллюстрированном на фиг.4 и 5, серия (1) электролизеров обладает двумя различными и независимыми от данной серии электрическими цепями коррекции, а именно первой цепью коррекции, называемой «внутренней цепью» (200), и второй цепью коррекции, называемой «внешней цепью» (300).

Внутренняя цепь (200) коррекции содержит по меньшей мере один проводник (20, 20′), называемый «внутренним проводником коррекции» и расположенный вдоль каждой линии со стороны соседней линии. Этот проводник обычно является по существу прямолинейным и параллельным продольной оси А, А′ каждой линии. Эта цепь содержит также по меньшей мере один внутренний проводник (21) подключения для обеспечения электрической непрерывности между внутренними проводниками (20, 20′) коррекции каждой линии. Короткая сторона электролизеров, находящаяся со стороны внутреннего проводника (20, 20′) коррекции, называется внутренней стороной (19i).

Аналогичным образом, внешняя цепь (300) коррекции содержит по меньшей мере один проводник (30, 30′), называемый «внешним проводником коррекции» и расположенный вдоль каждой линии со стороны, противоположной соседней линии. Этот проводник также обычно является по существу прямолинейным и параллельным продольной оси каждой линии. Эта цепь содержит также по меньшей мере один проводник (31) подключения для обеспечения электрической непрерывности между внешними проводниками (30, 30′) коррекции каждой линии. Короткая сторона электролизеров, находящаяся со стороны внешнего проводника (30, 30′) коррекции, называется внешней стороной (19е).

При функционировании ток электролиза силой I₀ протекает через серию (1) электролизеров, а ток коррекции силой I_i протекает через внутреннюю цепь (200) коррекции. В том случае, когда цепь дополнительно имеет внешнюю цепь коррекции, первый ток коррекции силой I_i протекает через внутреннюю цепь (200) коррекции, а второй ток коррекции силой I_e протекает через внешнюю цепь (300) коррекции. Направление протекания этих токов является обычно таким, как это показано соответствующими стрелками на фиг.2 и 4.

Таким образом, согласно изобретению серия (1) электролизеров, которая предназначена для производства алюминия электролизом в расплаве согласно способу Холла-Эру, содержит:

- множество электролизеров (101, 102,… 101′, 102′,…), установленных с образованием, по меньшей мере, первой (F) и второй (F′) линий электролизеров, прямолинейных и параллельных одна другой, причем упомянутые электролизеры (101, 102,… 101′, 102′,…) расположены поперечно продольной оси А, А′ каждой линии с постоянным межосевым расстоянием Е₀ между электролизерами, и каждый электролизер (101, 102,… 101′, 102′,…) имеет длину L₀;

- соединительные проводники (12,… 17) между электролизерами каждой линии;

- называемую «внутренней» цепь (200) коррекции, содержащую по меньшей мере один первый внутренний проводник (20) коррекции, расположенный вдоль первой линии со стороны второй линии, один второй внутренний проводник (20′) коррекции, расположенный вдоль второй линии со стороны первой линии, и по меньшей мере один называемый «внутренним» проводник (21) подключения;

- называемую «главной» цепь (400) подключения между концевым электролизером (101) первой линии и концевым электролизером (101′) второй линии

и отличается тем, что для по меньшей мере одной из упомянутых линий:

- главная цепь (400) подключения содержит по меньшей мере один слой (40, 40′) проводников, каждый проводник (401, 401′) которого соединен с концевым электролизером (101, 101′) линии и проходит до определенного расстояния D2, D2′ от него,

- внутренняя цепь (200) коррекции дополнительно содержит по меньшей мере один прямолинейный проводник (23, 23′), называемый «поперечным участком», который присоединен к внутреннему проводнику (20, 20′) коррекции, расположен перпендикулярно продольной оси А, А′ линии и проходит вдоль концевого электролизера (101, 101′) этой линии на определенном расстоянии D1, D1′ от и на определенной части L длины L₀ этого концевого электролизера.

Как это проиллюстрировано на фиг.3 и 5, определенная часть или «доля» L отсчитывается от некоторой воображаемой линии, продолжающей внутреннюю короткую сторону (19i) электролизера. Эта определенная часть L предпочтительно превышает 0,5 L₀, а еще более предпочтительно превышает 0,8 L₀. Этот или каждый поперечный участок (23, 23′) предпочтительным образом проходит вдоль всей длины

L₀ концевого электролизера (в этом случае L равно L₀).

Расстояния D1 и D1′, а также расстояния D2 и D2′ могут быть различными для каждой линии.

Линию, которая содержит средства уравновешивания магнитного поля согласно изобретению, называют «скомпенсированной». Предпочтительно, каждая линия серии является скомпенсированной согласно изобретению, то есть каждая линия содержит по меньшей мере один слой (40, 40′) проводников, а внутренняя цепь (200) коррекции содержит по меньшей мере один поперечный участок (23, 23′) согласно изобретению.

Упомянутые первый (20) и второй (20′) внутренние проводники коррекции предпочтительно являются прямолинейными и параллельными продольной оси А, А′ линий. Обычно они расположены на определенном расстоянии D_i от наружной кромки электролизеров (то есть обычно на определенном расстоянии D_i от вертикальной поверхности металлической стенки кожуха электролизной ванны). Величина этого определенного расстояния D_i обычно составляет менее 1 метра. Проводники (20, 20′) коррекции обычно расположены на высоте электролизных ванн (3).

Главная цепь (400) подключения, которая обеспечивает электрическую непрерывность между двумя линиями электролизеров, обычно содержит по меньшей мере один называемый «поперечным» проводник (43) подключения, который предпочтительным образом расположен перпендикулярно продольной оси А, А′ линий и на определенном расстоянии D3 от концевого электролизера (101, 101′) этих линий.

Этот или каждый слой (40, 40′) проводников расположен со стороны цепи (400) подключения и предпочтительно перекрывает по меньшей мере 80%, а еще более предпочтительно - по меньшей мере 90% длины L₀ электролизеров (101, 102,… 101′, 102′,…). Упомянутый или каждый слой (40, 40′) предпочтительно является плоским. Проводники (401, 401′) этого или каждого слоя (40, 40′) предпочтительно размещены равномерным образом (то есть таким образом, что являются параллельными друг другу и расположены на одинаковом расстоянии один от другого) и обычно по аналогии с упомянутыми стояками (14, 15). Индивидуальные проводники (401, 401′) слоя (40, 40′) обычно подключены к концевому электролизеру (101, 101′) при помощи продольных соединительных проводников (12а, 12b), к которым подключены проводники (13), выходящие из ближней длинной стороны (18а) и/или из дальней длинной стороны (18b) этого электролизера. Несколько соединительных проводников (11, 12, 13) могут быть подключены к одному и тому же индивидуальному проводнику (401, 401′) упомянутого слоя.

Главная цепь (400) подключения предпочтительным образом содержит по меньшей мере один объединяющий проводник (41, 41′), к которому присоединены проводники (401, 401′) слоя (40, 40′). Для того чтобы упростить реализацию цепи подключения, упомянутый или каждый объединяющий проводник (41, 41′) предпочтительно является прямолинейным, расположен перпендикулярно продольной оси А, А′ линий и находится на упомянутом определенном расстоянии D2 и/или D2′. Длина этого объединяющего проводника (41, 41′) предпочтительным образом по существу равна длине W упомянутого слоя (40, 40′).

Предпочтительным образом главная цепь (400) подключения также содержит соединительный проводник (42, 42′), подключенный к объединяющему проводнику (41, 41′) с одной стороны и к поперечному проводнику (43) подключения с другой стороны для того, чтобы обеспечить электрическую непрерывность между этими проводниками. Соединительный проводник (42, 42′) предпочтительно является продольным, то есть прямолинейным и параллельным продольной оси А, А′ линии, и расположен на определенном расстоянии от этой оси. Этот соединительный проводник (42, 42′) может быть подключен к середине объединяющего проводника (41, 41′), то есть может быть расположен на продольной оси каждой линии, для того, чтобы обеспечить электрическое уравновешивание цепи и поддерживать симметрию главной цепи подключения по отношению к продольной оси А, А′ данной линии. Это подключение может быть необязательно расположено со смещением в направлении внутрь или со смещением в направлении наружу по отношению к продольной оси А, А′ для того, чтобы создать некоторую асимметрию дополнительной компенсации.

Внутренний проводник (21) подключения предпочтительно содержит называемый «поперечным» проводник, расположенный перпендикулярно продольной оси А, А′ линий и на определенном расстоянии D4 от концевого электролизера (101, 101′) этих линий. В этой конфигурации внутренняя цепь (200) коррекции содержит также промежуточные проводники (22, 22′, 24, 24′) подключения, которые содержат внутренние промежуточные проводники (22, 22′) и внешние промежуточные проводники (24, 24′). Внутренние промежуточные проводники (22, 22′) предпочтительным образом расположены в продолжение соответствующих внутренних проводников (20, 20′) коррекции и предпочтительно проходят по меньшей мере до упомянутого или каждого определенного расстояния D1 и/или D1′. Этот вариант реализации позволяет продлить симметрию проводников, принадлежащих данной линии, и ограничить таким образом возмущения магнитного поля, обусловленные разрывом непрерывности серии в конце линии.

Серия по изобретению необязательно может дополнительно иметь в своем составе называемую «внешней» цепь (300) коррекции, содержащую по меньшей мере один первый внешний проводник (30) коррекции, расположенный вдоль первой линии со стороны, противоположной второй линии, один второй внешний проводник (30′) коррекции, расположенный вдоль второй линии со стороны, противоположной первой линии, и один называемый «внешним» проводник (31) подключения. Упомянутые первый (30) и второй (30′) внешние проводники коррекции предпочтительно являются прямолинейными и параллельными продольной оси А, А′ линий. Они обычно расположены на определенном расстоянии D_e от наружного края электролизеров. Величина этого определенного расстояния D_e обычно составляет менее 1 метра. Эти проводники (30, 30′) коррекции обычно расположены на высоте электролизных ванн (3).

Внешний проводник (31) подключения предпочтительно содержит называемый «поперечным» проводник, расположенный перпендикулярно продольной оси А, А′ линий и на определенном расстоянии D5 от концевого электролизера (101, 101′) линий. В этой конфигурации внешняя цепь (300) коррекции также содержит, для каждой линии, по меньшей мере один промежуточный внешний проводник (32, 32′) подключения. Эти промежуточные проводники (32, 32′) предпочтительным образом расположены в продолжение соответствующих внешних проводников (30, 30′) коррекции. Они проходят вплоть до определенного расстояния D5, которое предпочтительным образом по меньшей мере равно упомянутому или каждому определенному расстоянию D1 и/или D1′. Такой вариант реализации позволяет продолжить симметрию проводников, принадлежащих данной линии, и ограничить таким образом возмущения магнитного поля, обусловленные разрывом непрерывности серии в конце линии.

Внешние промежуточные проводники (24, 24′) внутренней цепи (200) коррекции обычно являются параллельными промежуточным проводникам (32, 32′) внешней цепи (300) коррекции. Эти проводники могут отстоять друг от друга на некоторое весьма малое расстояние Е, которое может составлять менее 1 метра.

Поперечные проводники (21, 31, 43) подключения предпочтительным образом являются прямолинейными для того, чтобы упростить их изготовление и ограничить их стоимость.

Расстояния D1-D5 определяют по отношению к продольной оси или «большой оси» С концевого электролизера (101, 101′), который расположен со стороны проводников подключения.

Расстояния D3, D4 и D5 предпочтительным образом являются как можно большими. Оказалось достаточным, чтобы величина этих расстояний была равна или превышала определенные пороговые значения (S3, S4, S5). Действительно, для величин расстояния, превышающих эти пороговые значения, цепи по изобретению позволяют компенсировать влияние дополнительного магнитного поля, наводимого проводниками (21, 31, 43) подключения между линиями. Эти пороговые значения S3, S4 и S5 зависят от силы I₀ тока электролиза, от силы I_i и I_e токов коррекции и от величины общего дополнительного магнитного поля ΔB_z, которая признается приемлемой. Расстояния D3, D4 и D5 обычно равны или превышают 5-кратное расстояние D1, D1′ до поперечного участка (23, 23′).

Эти расстояния D3, D4 и D5 предпочтительным образом имеют один и тот же порядок величины, то есть они незначительно отличаются друг от друга (обычно отличаются друг от друга менее чем на 20%, или даже менее чем на 10%), для того, чтобы упростить реализацию цепей. В этом случае заявитель установил, что пороговые значения S3, S4 и S5 задаются приблизительным соотношением: S3=S4=S5=К·I₀·(ΔB_z/В₀)^α, где К представляет собой некоторую константу, α представляет собой константу в диапазоне от -1 до -0,2, ΔB_z задается законом Гаусса и В₀=1 Гс.

Определенное расстояние D1, D1′ до поперечного участка (23, 23′) выбирается таким образом, чтобы компенсировать влияние дополнительного магнитного поля, наводимого проводниками (21, 31, 43) подключения между линиями. Говоря более конкретно, это определенное расстояние D1, D1′ предпочтительно является таким, чтобы дополнительное магнитное поле, добавленное совокупностью проводников к собственному магнитному полю, соответствующему бесконечной линии, было ограничено максимальным значением +ΔB_z и минимальным значением -ΔB_z на уровне концевых электролизеров линии, в частности концевого электролизера (101, 101′).

Определенное расстояние D2, D2′, которое обычно представляет собой расстояние до объединяющего проводника (41, 41′), предпочтительным образом по меньшей мере равно межосевому расстоянию Е₀, а еще более предпочтительно по меньшей мере равно удвоенному межосевому расстоянию Е₀.

Величины определенных расстояний D1 и D1′ или D2 и D2′ обычно являются по существу одинаковыми для каждой скомпенсированной линии.

Пример 1

Заявитель выполнил расчет, который моделирует серию, состоящую из по меньшей мере 200 электролизеров и образованную двумя параллельными линиями, отделенными расстоянием D₀, составляющим примерно 50 м. При этом электрические цепи имели конфигурацию, подобную той, которая представлена на фиг.2 и 3. Продольные соединительные проводники (42, 42′) были подключены к центру соответствующих объединяющих проводников (41, 41′). Длина электролизеров составляла 15 м. Поперечный участок (23, 23′) покрывал всю длину последнего электролизера (или доля L была равна 1). Межосевое расстояние между электролизерами составляло 6 м. Цепь содержала 5 стояков, отстоящих один от другого на расстояние 2,7 метра. Слой (40, 40′) проводников содержал 5 проводников, отстоящих один от другого на расстояние 2,7 метра.

Силы тока были следующими: I₀=350 кА и I_i=30 кА.

Заявитель установил, что К≈0,13 м/кА и α≈-0,44.

Было также отмечено, что при использовании следующих параметров напряженность дополнительного вертикального магнитного поля ΔB_z в центре концевых электролизеров каждой линии могла быть доведена до уровня менее 5 Гаусс для расстояний D3, D4 и D5, равных 24 м, расстояний D1 и D1′, равных 3,5 м, и расстояний D2 и D2′, по меньшей мере равных 6 м.

Пример 2

Заявитель выполнил расчет, который моделирует серию, состоящую из по меньшей мере 200 электролизеров и образованную двумя параллельными линиями, отделенными расстоянием D₀ примерно 85 м. Здесь электрические цепи имели конфигурацию, подобную той, которая представлена на фиг.4 и 5. Продольные соединительные проводники (42, 42′) были подключены к центру соответствующих объединяющих проводников (41, 41′). Длина электролизеров составляла 18 м. Поперечный участок (23, 23′) покрывал всю длину последнего электролизера (или доля L была равна 1). Межосевое расстояние между электролизерами составляло 6 м. Цепь содержала 8 стояков, отстоящих один от другого на расстояние 2 метра. Упомянутый слой проводников (40, 40′) содержал 8 проводников, отстоящих один от другого на расстояние 2 метра.

Силы тока были следующими: I₀=480 кА, I_i=180 кА и I_е=105 кА.

Было отмечено, что в отсутствие средств уравновешивания магнитных полей среднее дополнительное вертикальное магнитное поле ±ΔB_z на уровне первых концевых электролизеров каждой линии составляло в диапазоне от 5 до 14 Гаусс по абсолютной величине.

Заявитель установил, что К≈0,17 м/кА и α≈-0,58.

Было также отмечено, что при использовании следующих параметров напряженность дополнительного вертикального магнитного поля ΔB_z в центре концевых электролизеров каждой линии могла быть доведена до уровня менее 5 Гаусс для расстояний D3, D4 и D5, равных 32 м, расстояний D1 и D1′, равных 6 м, и расстояний D2 и D2′, по меньшей мере равных 6 м.

Заявитель установил, что упомянутый слой вполне удовлетворительно имитирует наличие отсутствующего электролизера после окончания линий для того, чтобы концевые электролизеры не оказывались чрезмерно возмущенными.

Изобретение относится к серии электролизеров для производства алюминия электролизом в расплаве. Серия содержит по меньшей мере две линии расположенных поперечно электролизеров, внутреннюю цепь коррекции, содержащую для каждой линии по меньшей мере один внутренний проводник коррекции со стороны соседней линии, и главную цепь подключения между концевыми электролизерами линий. Для по меньшей мере одной линии главная цепь подключения содержит слой проводников, каждый проводник которого проходит от кромки концевого электролизера линии до определенного расстояния D2, D2' от него, а внутренняя цепь коррекции содержит поперечный участок проводника, который расположен на определенном расстоянии D1, D1' от концевого электролизера и проходит вдоль концевого электролизера на определенной части L его длины L₀. Изобретение позволяет снизить среднее вертикальное дополнительное магнитное поле до весьма небольших величин для токов электролиза, сила которых превышает 300 кА. 16 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Серия (1) электролизеров, предназначенная для производства алюминия электролизом в расплаве согласно способу Холла-Эру и содержащая множество электролизеров (101, 102,… 101', 102',…), установленных с образованием, по меньшей мере, первой и второй линий прямоугольных и параллельных друг другу электролизеров, которые расположены поперечно продольной оси А, А' каждой линии с постоянным межосевым расстоянием Е₀ между электролизерами, причем каждый электролизер (101, 102, … 101', 102', …) имеет длину L₀, соединительные проводники (12,…17) между электролизерами каждой линии, внутреннюю цепь (200) коррекции, содержащую по меньшей мере один первый внутренний проводник (20) коррекции, размещенный вдоль первой линии со стороны второй линии, один второй внутренний проводник (20') коррекции, размещенный вдоль второй линии со стороны первой линии, и по меньшей мере один внутренний проводник (21) подключения, главную цепь (400) подключения между концевым электролизером (101) первой линии и концевым электролизером (101') второй линии, отличающаяся тем, что для по меньшей мере одной из упомянутых линий главная цепь (400) подключения содержит по меньшей мере один слой (40, 40') проводников, каждый проводник (401, 401') которого присоединен к концевому электролизеру (101, 101') этой линии и проходит на определенное расстояние (D2, D2') от него, внутренняя цепь (200) коррекции дополнительно содержит по меньшей мере один прямолинейный проводник (23, 23') в виде поперечного участка, который присоединен к внутреннему проводнику (20, 20') коррекции, расположен перпендикулярно продольной оси А, А' линии и проходит вдоль концевого электролизера (101, 101') этой линии на определенном расстоянии (D1, D1') от концевого электролизера и на определенной части L длины L₀ этого концевого электролизера.

2. Серия (1) электролизеров по п.1, отличающаяся тем, что определенная часть L превышает 0,5 L₀.

3. Серия (1) электролизеров по п.1, отличающаяся тем, что определенная часть L превышает 0,8 L₀.

4. Серия (1) электролизеров по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что упомянутое или каждое из расстояний (D2, D2') по меньшей мере равно межосевому расстоянию E₀.

5. Серия (1) электролизеров по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что каждое расстояние (D2, D2') по меньшей мере равно удвоенному межосевому расстоянию E₀.

6. Серия (1) электролизеров по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что упомянутый или каждый из слоев (40, 40') проводников перекрывает по меньшей мере 80% длины L₀ электролизеров (101, 102, … 101', 102', …).

7. Серия (1) электролизеров по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что упомянутый или каждый из слоев (40, 40') является плоским.

8. Серия (1) электролизеров по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что проводники (401, 401') упомянутого или каждого из слоев (40, 40') распределены таким образом, что являются параллельными и расположены на одинаковом расстоянии друг от друга.

9. Серия (1) электролизеров по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что главная цепь (400) подключения содержит по меньшей мере один объединяющий проводник (41, 41'), к которому подсоединены проводники (401, 401') упомянутого или каждого из слоев (40, 40').

10. Серия (1) электролизеров по п.9, отличающаяся тем, что объединяющий проводник (41, 41') является прямолинейным, расположен перпендикулярно продольной оси А, А' линии и размещен на упомянутом или каждом определенном расстоянии (D2, D2').

11. Серия (1) электролизеров по п.9, отличающаяся тем, что длина объединяющего проводника (41, 41'), по существу, равна ширине W упомянутого или каждого слоя (40, 40').

12. Серия (1) электролизеров по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что главная цепь (400) подключения содержит поперечный проводник (43), расположенный перпендикулярно продольной оси А, А' линий и на определенном расстоянии (D3) от концевого электролизера (101, 101') линий.

13. Серия (1) электролизеров по п.12, отличающаяся тем, что главная цепь (400) подключения содержит по меньшей мере один объединяющий проводник (41, 41'), к которому подсоединены проводники (401, 401') слоя (40, 40'), а также тем, что упомянутый или каждый объединяющий проводник (41, 41') является прямолинейным, расположен перпендикулярно продольной оси А, А' линий и размещен на определенном расстоянии D2 и/или D2'.

14. Серия (1) электролизеров по п.13, отличающаяся тем, что главная цепь (400) подключения содержит также соединительный проводник (42, 42'), подсоединенный к объединяющему проводнику (41, 41') с одной стороны и к поперечному проводнику (43) подключения с другой стороны для того, чтобы обеспечить электрическую непрерывность между этими проводниками, а также тем, что соединительный проводник (42, 42') является прямолинейным, параллельным продольной оси А, А' линии и размещен на определенном расстоянии от упомянутой оси.

15. Серия (1) электролизеров по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что внутренний проводник (21) подключения содержит поперечный проводник, расположенный перпендикулярно продольной оси А, А' линий и на определенном расстоянии (D4) от концевого электролизера (101, 101') линий.

16. Серия (1) электролизеров по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит внешнюю цепь (300) коррекции, содержащую по меньшей мере один первый внешний проводник (30) коррекции, размещенный вдоль первой линии со стороны, противоположной второй линии, один второй внешний проводник (30') коррекции, размещенный вдоль второй линии со стороны, противоположной первой линии, и внешний проводник (31) подключения.

17. Серия (1) электролизеров по п.16, отличающаяся тем, что внешний проводник (31) подключения содержит поперечный проводник, расположенный перпендикулярно продольной оси А, А' линий и на определенном расстоянии (D5) от концевого электролизера (101, 101') линий.