СЕРИЯ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ, СОДЕРЖАЩАЯ СРЕДСТВА ДЛЯ УРАВНОВЕШИВАНИЯ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА КОНЦЕ РЯДА Российский патент 2020 года по МПК C25C3/20 

Область изобретения

Изобретение относится к получению алюминия электролизом в расплаве, а именно, электролизом глинозема, растворенного в расплавленной криолитовой ванне, называемой ванной электролита, согласно хорошо известному методу Холла-Эру. Изобретение в частности относится к уравновешиванию магнитного поля серии электролизеров, обычно имеющих прямоугольную форму и расположенных поперечно.

Уровень техники

Заводы по производству алюминия электролизом в расплаве содержат большое количество электролизеров – обычно нескольких сотен, – расположенных в ряд и электрически соединенных последовательно с помощью соединяющих проводников (шин), таким образом, что образуются два или несколько параллельных рядов, которые электрически связаны между собой соединительными проводниками. Электролизеры, которые имеют прямоугольную форму, могут быть ориентированы либо продольно (т.е. таким образом, чтобы их большая ось была параллельной продольной оси рядов), либо поперечно (т.е. таким образом, чтобы их большая ось была перпендикулярной продольной оси рядов).

Было предложено большое число компоновок электролизеров и соединяющих их проводников (ошиновок), с одной стороны, для ограничения потерь, вызванных эффектом Джоуля, а, с другой стороны, для снижения влияния магнитных полей, создаваемых соединяющими проводниками и соседними электролизерами, на процесс электролиза. Например, в заявке на французский патент FR 2 552 782 (соответствующей патенту США US 4 592 821) на имя компании Aluminium Pechiney описан ряд расположенных поперечно электролизеров, способных промышленно функционировать при максимальных силах тока до 300 кА. Согласно этому патенту магнитная устойчивость электролизеров обеспечивается конфигурацией соединяющих проводников, особенно проходящих под электролизной ванной.

Также, в заявке на французский патент FR 2 425 482 (соответствующей патенту США US 4 169 034) на имя компании Aluminium Pechiney описан алюминиевый завод, содержащий по меньшей мере два соседних параллельных ряда электролизеров, в которых магнитное поле, генерируемое током, протекающим в соседнем ряду электролизеров, компенсируется посредством по меньшей мере одного независимого коррекционного проводника, проходящего сбоку от электролизных ванн, вдоль всех электролизеров серии, и пропускающего постоянный ток коррекции.

Кроме того, в заявке на французский патент FR 2 583 069 (соответствующей патенту США US 4 713 161), также на имя компании Aluminium Pechiney, описан ряд расположенных поперечно электролизеров, способных функционировать при силах тока, которые могут достигать 500-600 кА. Согласно этому патенту затраты на построение и размещение цепей минимизируются благодаря использованию небольших и как можно более прямых соединяющих проводников, а магнитная устойчивость и выход по току максимизируются благодаря использованию независимых коррекционных проводников, расположенных параллельно каждому ряду и с каждой стороны от него.

Размещение электролизеров в ряд дает преимущество упрощения ошиновки и придания однородности распределения магнитных полей. Однако наличие соединительных проводников между рядами нарушает однородность распределения магнитных полей электролизеров на конце каждого ряда.

В патентах США US 3 775 280 и US 4 189 368 предложены компоновки соединительных проводников для серий расположенных продольно электролизеров, предназначенные для ограничения возмущений, вызванных этими соединительными проводниками. Кроме того, силы тока в электролизерах этого типа, как правило, не превышают 100 кА.

В заявках на европейский патент EP 0 342 033 и на китайский патент CN 2 477 650 описаны компоновки соединительных проводников, пригодные для серий расположенных поперечно электролизеров, предназначенные для ограничения возмущений, вызванных этими соединительными проводниками. Данные документы относятся к сериям электролизеров с электролизными ваннами, рассчитанными на силы тока порядка 300 кА.

В патенте FR 2 868 436 (соответствующем патенту США US 7 513 979) на имя компании Aluminium Pechiney описана серия из двух рядов электролизеров, расположенных поперечно и снабженных по меньшей мере одним коррекционным проводником, проходящим вдоль внутренней стороны рядов, с особым расположением этого коррекционного проводника, состоящим в выполнении поперечного отрезка, проходящего вдоль по длине первого концевого электролизера ряда на заданном расстоянии и пропускающего ток, текущий от внутренней стороны к внешней стороне рядов электролизеров. Такое расположение позволяет удовлетворительным образом компенсировать магнитное поле, генерируемое соединительными проводниками в небольшом числе концевых электролизеров (примерно от 1 до 3), хотя генерируемым соединительными проводниками магнитным полем возмущено гораздо большее число концевых электролизеров (примерно от 1 до 10). Таким образом, значительное число концевых электролизеров ряда остаются нестабильными и трудно управляемыми.

Таким образом, заявитель стремился найти экономически и технически приемлемые решения для уравновешивания магнитных полей концевых электролизеров ряда и, в частности, серий электролизеров, образованных из длинных прямоугольных электролизеров, расположенных поперечно.

Описание изобретения

С этой целью, объектом изобретения является серия электролизеров, предназначенных для получения алюминия электролизом в расплаве по методу Холла-Эру, содержащая:

- по меньшей мере один первый и один второй прямолинейные и параллельные друг другу ряды электролизеров, электрически соединенных последовательно,

- соединительный проводник между первым концевым электролизером первого ряда и первым концевым электролизером, соответствующим второму ряду,

и характеризующаяся тем, что серия содержит по меньшей мере одну цепь магнитного уравновешивания концевых электролизеров ряда, содержащую первый электрический проводник магнитного уравновешивания концевых электролизеров ряда, простирающийся вдоль первого ряда электролизеров лишь напротив концевого участка первого ряда электролизеров.

Заявитель заметил, что в отсутствие цепи магнитного уравновешивания концевых электролизеров ряда, такой как охарактеризованная выше, концевые электролизеры рядов особенно подвержены воздействию дополнительного среднего вертикального магнитного поля ΔBz, тогда как электролизеры центрального участка рядов надлежащим образом магнитно уравновешены. Таким образом, изобретение нацелено на поддержание дополнительного вертикального поля ΔBz в диапазоне, ограниченном минимальным значением и максимальным значением вокруг значения, стремящегося к нулю.

У заявителя возникла идея размещения упомянутого первого электрического проводника вблизи заведомо нестабильных концевых электролизеров ряда электролизеров для того, чтобы обеспечить возможность протекания в упомянутом первом электрическом проводнике электрического тока, позволяющего скомпенсировать магнитное поле, создаваемое, в частности, соединительными проводниками между рядами, и уравновесить магнитные поля на уровне электролизных ванн концевых электролизеров.

Первый электрический проводник, простирающийся вдоль ряда электролизеров, проходит параллельно или практически параллельно продольной оси ряда электролизеров.

Под выражением «вдоль ряда электролизеров» заявитель подразумевает, что проводник простирается в непосредственной близости от прямого ряда электролизеров, чтобы его влияние на магнитное поле в расположенных поблизости электролизерах было максимальным, и, как правило, на расстоянии менее 5 метров, а предпочтительно, менее 3 метров.

Эта конфигурация позволяет, в частности, существенно ограничить вертикальное магнитное поле Bz в этих концевых электролизерах. Использование такой цепи магнитного уравновешивания концевых электролизеров ряда позволяет, кроме того, осуществлять тонкую регулировку магнитного уравновешивания благодаря дополнительным регулируемым параметрам, которые он обеспечивает.

По первому электрическому проводнику во время функционирования серии пропускают постоянный ток магнитного уравновешивания концевых электролизеров ряда.

Первый электрический проводник простирается непрерывно вдоль множества соседних электролизеров концевого участка, для которых установлена неуравновешенность вертикального магнитного поля из-за присутствия соединительного проводника.

Такой концевой участок первого ряда электролизеров обычно содержит от 3 до 10 электролизеров, а предпочтительно, от 6 до 8 электролизеров.

Чтобы стабилизирующее влияние на магнитное поле концевых электролизеров ряда было адекватным и экономически целесообразным, первый электрический проводник магнитного уравновешивания предпочтительно простирается на длину, равную по меньшей мере утроенному межосевому расстоянию между двумя электролизерами (межосевое расстояние между двумя электролизерами представляет собой расстояние между средними продольными осями двух соседних электролизеров, соответствующее обычно 5-10 метрам).

Соединительный проводник уже не представляет собой дестабилизирующий элемент для электролизеров, расположенных дальше десятого электролизера, начиная с первого концевого электролизера, исходя из существенного расстояния между этими электролизерами и соединительным проводником.

В случая существующих серий электролизеров, известные средства магнитного уравновешивания концевых электролизеров могут быть уже установлены и могут надлежащим образом уравновешивать первый концевой электролизер. В этом случае первый электрический проводник магнитного уравновешивания может не простираться вдоль этого первого концевого электролизера.

Объектом изобретения также является способ применения серии электролизеров. При эксплуатации через ряды электролизеров и соединительный проводник пропускают ток электролиза, а через первый электрический проводник магнитного уравновешивания пропускают электрический ток уравновешивания:

- протекающий в том же направлении, что и ток электролиза, протекающий по первому ряду электролизеров, если первый электрический проводник магнитного уравновешивания расположен вдоль первого ряда электролизеров со стороны второго ряда электролизеров;

- протекающий в противоположном направлении по отношению к току электролиза, протекающему по первому ряду электролизеров, если первый электрический проводник магнитного уравновешивания расположен вдоль первого ряда электролизеров со стороны, противоположной второму ряду электролизеров.

Таким образом, на уровне концевых электролизеров ряда, вдоль которых простирается первый электрический проводник, электрический ток уравновешивания генерирует при прохождении по первому электрическому проводнику вертикальное магнитное поле, противоположное вертикальному магнитному полю, генерируемому током электролиза при прохождении по соединительному проводнику.

Согласно одному варианту реализации цепь магнитного уравновешивания концевых электролизеров ряда включает в себя второй электрический проводник, параллельный первому электрическому проводнику магнитного уравновешивания концевых электролизеров ряда. Этот параллельный второй электрический проводник участвует в замыкании цепи магнитного уравновешивания, а потенциально - в создании цепи магнитного уравновешивания, содержащей множество последовательных витков. Также, через этот второй электрический проводник пропускают электрический ток уравновешивания, протекающий в направлении, обратном по отношению к электрическому току уравновешивания, протекающему по первому электрическому проводнику. Этот второй электрический проводник предпочтительно расположен таким образом, чтобы улучшить магнитную конфигурацию концевых электролизеров первого ряда или второго ряда, и, как минимум, таким образом, чтобы его возможное негативное влияние на магнитное уравновешивание концевых электролизеров было минимизировано и было меньше положительного влияния первого электрического проводника.

Согласно одному конкретному варианту реализации второй электрический проводник простирается вдоль первого ряда электролизеров лишь напротив концевого участка первого ряда электролизеров, причем первый и второй электрические проводники простираются вдоль противоположных сторон первого ряда электролизеров. Вертикальное магнитное поле, генерируемое протеканием того же электрического тока уравновешивания в обратном направлении, с другой стороны ряда электролизеров, по второму электрическому проводнику, добавляется тем самым к вертикальному магнитному полю, генерируемому протеканием электрического тока уравновешивания по первому электрическому проводнику, для противодействия дестабилизирующему вертикальному магнитному полю, генерируемому током, протекающим в соединительном проводнике.

Согласно другому конкретному варианту реализации второй электрический проводник простирается с той же стороны первого ряда электролизеров, что и первый электрический проводник, причем расстояние между первым электрическим проводником и первым рядом электролизеров меньше, чем расстояние между вторым электрическим проводником и первым рядом электролизеров. Таким образом, поскольку второй электрический проводник находится с той же стороны, но дальше от первого ряда электролизеров, чем первый электрический проводник, вертикальные магнитные поля, генерируемые протеканием электрического тока уравновешивания в обратном направлении по первому и второму электрическим проводникам, противоположны друг другу, но с меньшей напряженностью у вертикального магнитного поля, генерируемого протеканием электрического тока уравновешивания по второму электрическому проводнику, чем по первому электрическому проводнику, на уровне концевых электролизеров ряда, вдоль которых простирается первый электрический проводник.

Преимущественно, второй электрический проводник более удален от электролизеров первого ряда, чем первый электрический проводник, так что соотношение величин вертикального магнитного поля, генерируемого тем же током уравновешивания, протекающим по второму электрическому проводнику и по первому электрическому проводнику, меньше 0,5, а предпочтительно, меньше 0,3, на уровне концевых электролизеров ряда, вдоль которых простирается первый электрический проводник.

Согласно еще одному конкретному варианту реализации второй электрический проводник простирается вдоль второго ряда электролизеров лишь напротив концевого участка второго ряда электролизеров. Таким образом, цепь магнитного уравновешивания позволяет осуществлять магнитное уравновешивание сразу и концевых электролизеров первого ряда электролизеров, и соответствующих концевых электролизеров второго ряда электролизеров.

Согласно предпочтительному варианту реализации цепь магнитного уравновешивания подключена к специальной подстанции электропитания. Силу тока, протекающего по цепи магнитного уравновешивания, можно выгодным образом легко контролировать и регулировать. Под специальной подстанцией электропитания понимают то, что эта подстанция электропитания не снабжает током цепь электролиза (соединяющие проводники), или коррекционные проводники, предназначенные для осуществления магнитной коррекции на всей совокупности электролизеров серии.

Согласно предпочтительному варианту реализации цепь магнитного уравновешивания концевых электролизеров ряда включает в себя два конца, которые подключены к проводникам, электрически соединяющим электролизеры между собой. Цепь магнитного уравновешивания концевых электролизеров ряда, таким образом, запитывается по меньшей мере частью тока электролиза, протекающего в электролизерах, и образует часть цепи электролиза, по которой протекает ток электролиза серии.

Согласно предпочтительному варианту реализации цепь магнитного уравновешивания подключена к проводникам, электрически соединяющим электролизеры между собой, параллельно с одним или несколькими электрическими проводниками, называемыми параллельными. Таким образом, по цепи магнитного уравновешивания протекает только часть тока электролиза.

Преимущественно, цепь магнитного уравновешивания концевых электролизеров ряда образует часть соединительного проводника. Таким образом облегчается электрическое уравновешивание между названными параллельными электрическими проводниками и цепью магнитного уравновешивания.

Согласно предпочтительному варианту реализации серия электролизеров включает в себя цепь коррекции, содержащую по меньшей мере один первый коррекционный проводник, простирающийся вдоль первого ряда, второй коррекционный проводник, простирающийся вдоль второго ряда, и по меньшей мере один коррекционный соединительный проводник между первым и вторым коррекционными проводниками, и при этом цепь магнитного уравновешивания концевых электролизеров ряда включает в себя два конца, которые подключены к цепи коррекции.

Так, как представлено во введении, определенные серии включают в себя одну или несколько цепей коррекции, простирающихся вдоль всей совокупности электролизеров серии, для корректировки дестабилизирующих магнитных полей, генерируемых токами большой силы, протекающими по цепям проводников от электролизера к электролизеру или по соседнему ряду электролизеров. Цепь коррекции составляет неотъемлемую часть серии и запитывается электрическим током. Таким образом, данное решение является особенно выгодным, поскольку оно не требует установки специальной подстанции электропитания, которая составляет значительную стоимость оборудования и, кроме того, может вызвать трудности с установкой из-за необходимой занимаемой площади.

Преимущественно, цепь магнитного уравновешивания концевых электролизеров ряда подключена последовательно между двумя участками цепи коррекции. Как первый, так и второй коррекционные проводники простираются вдоль всей совокупности электролизеров, и поэтому достаточно подключить цепь магнитного уравновешивания концевых электролизеров ряда последовательно в промежуточной точке цепи коррекции к походящему месту на протяжении рядов электролизеров. Ток коррекции, протекающий по цепи коррекции, проходит также по цепи магнитного уравновешивания и становится в этой цепи магнитного уравновешивания током магнитного уравновешивания.

Согласно предпочтительному варианту реализации первый коррекционный проводник простирается вдоль первого ряда со стороны второго ряда, а второй коррекционный проводник простирается вдоль второго ряда со стороны первого ряда электролизеров. Первый проводник и второй проводник цепи магнитного уравновешивания, подключенные к цепи коррекции, предпочтительно расположены снаружи от двух рядов электролизеров. Внешняя сторона рядов электролизеров, противоположная цепи коррекции, является менее загроможденной, чем внутренняя сторона, и поэтому монтаж цепи магнитного уравновешивания облегчается. Такая цепь магнитного уравновешивания может быть, в частности, смонтирована на существующей серии, уже содержащей цепь коррекции, размещенную внутри двух рядов электролизеров.

Согласно конкретному варианту реализации соединительный проводник включает в себя проводник магнитного уравновешивания первого концевого электролизера, проходящий вдоль первого концевого электролизера перпендикулярно продольной оси ряда электролизеров, а первый электрический проводник не простирается вдоль первого концевого электролизера. Первый концевой электролизер уже магнитно уравновешивается проводником магнитного уравновешивания первого концевого электролизера, так что изменение его магнитного поля посредством первого электрического проводника может привести к дестабилизации.

Согласно конкретному варианту реализации цепь магнитного уравновешивания концевых электролизеров ряда включает в себя поперечный проводник, электрически соединяющий цепь коррекции с первым электрическим проводником, причем поперечный проводник простирается под рядом электролизеров.

Согласно одному варианту реализации цепь магнитного уравновешивания концевых электролизеров ряда образует множество витков, а первый электрический проводник магнитного уравновешивания образован множеством ветвей витка, простирающихся бок о бок вдоль первого ряда электролизеров лишь напротив концевого участка первого ряда электролизеров. Ток протекает в одном и том же направлении по каждой из ветвей витка первого электрического проводника, и влияние на магнитное поле тока, протекающего по первому электрическому проводнику, является суммой влияний на магнитное поле тока, протекающего по каждой из образующих первый электрический проводник ветвей витка.

Согласно предпочтительному варианту реализации электролизеры расположены поперечно по отношению к рядам электролизеров.

Электролизеры обычно электрически соединены последовательно посредством соединяющих электрических проводников, связывающих катод одного электролизера с анодом следующего электролизера.

Изобретение далее описано подробно со ссылкой на прилагаемые фигуры.

Фигура 1 представляет в упрощенной форме и в виде поперечного разреза два типичных последовательных электролизера (n; n+1) одного ряда электролизеров.

Фигуры 2-4 схематически иллюстрируют различные варианты реализации серии электролизеров согласно изобретению, содержащей два ряда и цепи магнитного уравновешивания концевых электролизеров.

Фигура 5 схематически иллюстрирует вариант реализации изобретения, в котором часть тока электролиза серии используют для питания цепей магнитного уравновешивания концевых электролизеров.

Фигура 6 схематически иллюстрирует серию электролизеров согласно уровню техники, содержащую два ряда и цепь коррекции.

Фигура 7 схематически иллюстрирует конец серии электролизеров согласно изобретению, содержащей два ряда и цепи магнитного уравновешивания концевых электролизеров, подключенные к цепи коррекции.

Фигура 8 схематически иллюстрирует конец серии, в которой каждая цепь магнитного уравновешивания образует два витка.

Фигура 9 схематически иллюстрирует конец серии электролизеров согласно изобретению, содержащей два ряда, и особое расположение соединительного проводника, позволяющее осуществлять магнитное уравновешивание первого концевого электролизера и цепей магнитного уравновешивания концевых электролизеров, подключенных к цепи коррекции.

Изобретение относится к серии 1 электролизеров, включающей в себя, как показано на фигурах 2-5, 7 и 8, множество электролизеров 100, 100' практически прямоугольной формы, которые расположены таким образом, что образуют по меньшей мере два практически прямолинейных, параллельных ряда F, F' электролизеров, каждый из которых имеет продольную ось A, A'.

Электролизеры 100 обычно расположены поперечно (т.е. таким образом, что их главная ось или длинная сторона перпендикулярна продольной оси A, A' упомянутых рядов) и размещены на одинаковом расстоянии друг от друга. Электролизеры 100 обычно имеют длинную сторону, превышающую в 3 раза их короткую сторону.

Ряды F, F' разделены расстоянием, зависящим от выбора технологии, который учитывает, в частности, силу тока I₀ электролиза серии и конфигурацию цепей проводников. Для новейших серий расстояние D между двумя рядами обычно составляет между 30 и 100 м.

Как проиллюстрировано на фигуре 1, каждый электролизер 100 серии 1 обычно содержит электролизную ванну 3, аноды 4, поддерживаемые средствами крепления, обычно содержащими штангу 5 и анододержатель 6, и соединенные механически и электрически с анодной рамой 7 с помощью крепежных средств 8. Электролизная ванна 3 содержит металлический кожух, обычно усиленный ребрами жесткости, и тигель, образованный огнеупорными материалами и катодными элементами, расположенными внутри кожуха. Кожух включает в себя, как правило, вертикальные боковые стенки (борта). При эксплуатации аноды 4, обычно выполненные из углеродного материала, частично погружаются в ванну электролита (не проиллюстрирована), содержащуюся в электролизной ванне. Электролизная ванна 3 содержит катодный узел 9, снабженный катодными стержнями 10, обычно выполненными из стали, один конец 11 которых выходит из электролизной ванны 3 таким образом, чтобы можно было осуществлять их электрическое соединение с соединяющими проводниками 12-17 между электролизерами.

Соединяющие проводники 12-17 соединяют с упомянутыми электролизерами 100 так, чтобы образовалась электрическая последовательность (серия), которая составляет электрическую цепь электролиза серии электролизеров. Соединяющие проводники обычно содержат гибкие проводники 12, 16, 17, входные соединяющие проводники 13 и стояки 14, 15. Соединяющие проводники, в частности входные, могут полностью или частично проходить под электролизной ванной и/или огибать ее.

Фигура 2 схематически иллюстрирует вариант реализации, включающий в себя серию, составленную из двух рядов F, F' электролизеров 100, ориентированных поперек по отношению к продольной оси A, A' рядов. Ряды являются прямолинейными и расположены параллельно друг к другу. Ряды, а точнее первые концевые электролизеры 100', соответствующие двум рядам F, F', электрически соединены между собой соединительными проводниками 20. Соединительные проводники 20 образованы только из электрических проводников или из электрических проводников, связанных с подстанцией электропитания.

Предпочтительно, серия дополнительно включает в себя четыре электрические цепи 21 магнитного уравновешивания концевых электролизеров. Таким образом, цепь 21 магнитного уравновешивания уравновешивает магнитное поле на уровне каждого из двух концов двух рядов F, F'. Эти цепи магнитного уравновешивания расположены на уровне концевых электролизеров рядов снаружи рядов F, F' электролизеров, т.е. вне пространства между двумя рядами F, F' электролизеров.

Каждая цепь 21 магнитного уравновешивания включает в себя первый электрический проводник 22 магнитного уравновешивания концевых электролизеров, который простирается вдоль одного ряда F, F' электролизеров лишь напротив концевого участка P упомянутого ряда F, F' электролизеров.

Под концевыми электролизерами понимают n соседних концевых электролизеров, начиная с первого концевого электролизера 100' одного ряда электролизеров, на которые оказывает магнитное влияние течение тока электролиза I₀ по соединительному проводнику 20. Обычно, n составляет от 3 до 10. Таким образом, концевой участок P ряда электролизеров, напротив которого простирается первый электрический проводник 22, ограничен сегментом ряда, проходящим по концевым электролизерам.

Каждая цепь 21 магнитного уравновешивания дополнительно включает в себя второй электрический проводник 23, практически параллельный первому электрическому проводнику 22 магнитного уравновешивания концевых электролизеров и расположенный на большем расстоянии от ряда электролизеров, чем первый электрический проводник 22.

Первый и второй электрические проводники 22, 23 электрически соединены друг с другом посредством поперечных проводников 24 с образованием замкнутой электрической цепи вокруг подстанции 30 электропитания, преимущественно подключенной в одной точке второго электрического проводника 23.

Первый электрический проводник 22, который простирается вдоль ряда F, F' перед концевыми электролизерами, позволяет существенно ограничить вертикальное магнитное поле Bz в концевых электролизерах, поскольку по нему пропускают ток магнитного уравновешивания концевых электролизеров с силой I₁ и направлением, противоположным току электролиза I₀, протекающему по концевым электролизерам ряда F, F', перед которым он простирается. Второй электрический проводник 23 расположен дальше от концевых электролизеров, чем первый электрический проводник 22, так что он генерируемое им магнитное поле мало влияет на стабильность работы концевых электролизеров. Вследствие их удаленности и их небольшой длины, поперечные проводники 24 мало влияют на стабильность работы концевых электролизеров.

Преимущественно, чтобы через серию пропускался ток электролиза I₀, составляющий от 300 кА до 600 кА, с расстояниями между рядами электролизеров 30-80 метров, причем:

- первый электрический проводник 22, проходящий вдоль ряда электролизеров, простирается на расстоянии менее 5 метров от борта концевых электролизеров, предпочтительно, менее 3 метров;

- второй электрический проводник 23 расположен на расстоянии от борта концевых электролизеров, превышающем 7 метров, предпочтительно превышающем 10 метров;

- ток I₁ уравновешивания концевых электролизеров составляет от 30 до 150 кА.

Силу тока I₁ уравновешивания, а значит, и результирующее магнитное поле, можно легко контролировать и регулировать за счет использования специальной подстанции электропитания.

Фигура 3 схематически иллюстрирует другой вариант реализации, в котором каждая цепь 21 магнитного уравновешивания окружает концевые электролизеры ряда электролизеров. Каждая цепь магнитного уравновешивания включает в себя:

- первый электрический проводник 22 магнитного уравновешивания концевых электролизеров, который простирается вдоль одного ряда F, F' электролизеров лишь напротив концевого участка P упомянутого ряда F, F' электролизеров, с внешней стороны по отношению к двум рядам электролизеров;

- второй электрический проводник 23' магнитного уравновешивания концевых электролизеров, простирающийся вдоль того же ряда F, F' электролизеров, что и первый электрический проводник 22, лишь напротив концевого участка P ряда F, F' электролизеров, с внутренней стороны по отношению к двум рядам электролизеров, т.е. между двумя рядами F, F' электролизеров;

- поперечные проводники 24, электрически соединяющие первый и второй электрические проводники 22, 23' с образованием замкнутой электрической цепи вокруг подстанции 30 электропитания, подключенной в одной точке второго электрического проводника 23'.

Первый и второй электрические проводники 22, 23', которые простираются вдоль ряда F, F' перед концевыми электролизерами, позволяют существенно ограничить вертикальное магнитное поле Bz в концевых электролизерах, когда через них пропускают ток магнитного уравновешивания концевых электролизеров с силой I₁, в направлении, противоположном току электролиза I₀, протекающему по концевым электролизерам ряда F, F', перед которым он простирается, для первого электрического проводника 22, и в направлении, идентичном направлению тока электролиза I₀, протекающего по концевым электролизерам ряда F, F', перед которым он простирается, для второго электрического проводника 23'. В этом варианте реализации первый и второй электрические проводники 22, 23' оказывают выгодное совокупное влияние на магнитное поле.

Поперечные проводники 24 могут, в частности, проходить под рядами F, F' электролизеров. Вследствие их малой длины, поперечные проводники 24 мало влияют на стабильность работы концевых электролизеров.

Преимущественно, чтобы у серии, через которую пропускают ток электролиза I₀, составляющий от 300 кА до 600 кА, с расстояниями между рядами электролизеров 30-80 метров:

- первый и второй электрические проводники 22, 23', проходящие вдоль ряда электролизеров, простирались на расстоянии от борта концевых электролизеров менее 5 метров, предпочтительно менее 3 метров;

- ток I₁ уравновешивания концевых электролизеров составлял от 15 до 75 кА.

Фигура 4 схематически иллюстрирует другой вариант реализации серии из двух рядов F, F' электролизеров, содержащей две электрические цепи 21 магнитного уравновешивания концевых электролизеров, в котором каждая цепь 21 магнитного уравновешивания расположена между двумя рядами F, F' электролизеров. Каждая цепь магнитного уравновешивания включает в себя:

- первый электрический проводник 22 магнитного уравновешивания концевых электролизеров, который простирается вдоль первого ряда F электролизеров лишь напротив концевого участка P упомянутого ряда F электролизеров, с внутренней стороны по отношению к двум рядам электролизеров;

- второй электрический проводник 23'' магнитного уравновешивания концевых электролизеров, который простирается вдоль второго ряда F' электролизеров лишь напротив концевого участка P' упомянутого ряда F' электролизеров, с внутренней стороны по отношению к двум рядам электролизеров;

- поперечные проводники 24, электрически соединяющие первый и второй электрические проводники 22, 23'' с образованием замкнутой электрической цепи вокруг подстанции 30 электропитания, подключенной в одной точке одного из поперечных проводников 24.

Первый и второй электрические проводники 22, 23'', которые простираются соответственно вдоль рядов F и F' перед концевыми электролизерами, позволяют существенно ограничить вертикальное магнитное поле Bz в концевых электролизерах того ряда, перед которым они простираются, когда через них пропускают ток магнитного уравновешивания концевых электролизеров с силой I₁, в направлении, идентичном току электролиза I₀, протекающему по концевым электролизерам ряда F, F', перед которым они простираются. В этом варианте реализации первый и второй электрические проводники 22, 23'' оказывают выгодное магнитное влияние на концевые электролизеры двух рядов F и F' электролизеров, вдоль которых они соответственно проходят.

Поперечные проводники 24 соответствующей длины между двумя рядами F, F' влияют лишь слегка негативно на стабильность работы электролизеров из-за того, что ток I₁, протекающий по поперечным проводникам 24, имеет меньшую силу, чем ток электролиза I₀, протекающий по соединительным проводникам 20. Негативное влияние этих поперечных проводников 24 намного меньше, чем положительное влияние первых и вторых проводников, которые расположены ближе всего к концевым электролизерам.

Преимущественно, чтобы у серии, через которую пропускают ток электролиза I₀, составляющий от 300 кА до 600 кА, с расстояниями между рядами электролизеров 30-80 метров:

- первый и второй электрические проводники 22, 23'' простирались на расстоянии от борта концевых электролизеров менее 5 метров, предпочтительно менее 3 метров;

- ток I₁ уравновешивания концевых электролизеров составлял от 30 до 150 кА.

Фигура 5 схематически иллюстрирует конец серии, содержащий электрические цепи 21 магнитного уравновешивания концевых электролизеров, повторяющие те же принципы магнитного уравновешивания, которые были представлены применительно к фигуре 2. Методология питания электрическим током этой цепи магнитного уравновешивания отличается. Вместо запитывания электрическим током от по меньшей мере одной специальной подстанции электропитания, каждая цепь 21 магнитного уравновешивания запитывается от тока электролиза I₀, протекающего в электролизерах серии.

Цепь 21 магнитного уравновешивания включает в себя первый электрический проводник 22, второй электрический проводник 23 и поперечные проводники 24, электрически соединяющие первый и второй электрические проводники между собой или электрически соединяющие первый и второй электрические проводники с проводниками, электрически соединяющими между собой соответствующие концевые электролизеры 100' двух соседних рядов.

Поперечные проводники 24 образуют два конца цепи магнитного уравновешивания, которые подключены к проводникам, электрически соединяющим два электролизера между собой. Цепь магнитного уравновешивания концевых электролизеров образует часть цепи электролиза, а точнее, соединительного проводника 20, по которому протекает ток электролиза серии.

Цепь магнитного уравновешивания подключена к проводникам, электрически соединяющим концевые электролизеры 100', параллельно называемому параллельным электрическому проводнику 25. Таким образом, при эксплуатации, часть тока электролиза I₀, соответствующая току магнитного уравновешивания I₁, протекает по цепи магнитного уравновешивания. Другая часть тока электролиза I₀ с силой, равной I₀ - I₁, протекает по называемому параллельным электрическому проводнику 25.

Этот вариант реализации демонстрирует преимущество устранения причины использования специальной питающей подстанции.

Фигура 6 схематически иллюстрирует серию электролизеров согласно уровню техники, содержащую два ряда F, F' электролизеров и цепь 26 коррекции, расположенную между двумя рядами электролизеров. Эта цепь 26 коррекции включает в себя два коррекционных проводника 27, простирающихся вдоль каждого из рядов F, F' электролизеров между двумя рядами F, F', соединительные коррекционные проводники 28 между двумя коррекционными проводниками 27 и подстанцию 31 электропитания цепи коррекции. Такая цепь коррекции позволяет, в частности, скомпенсировать на одном ряду магнитное поле, генерируемое током электролиза I₀, протекающим по соседнему ряду. Через коррекционные проводники обычно пропускают ток коррекции I₂, протекающий в том же направлении, что и ток электролиза I₀, протекающий по ряду, вдоль которого он простирается.

Для серии, через которую пропускают ток электролиза I₀, составляющий от 300 кА до 600 кА, с расстояниями между рядами электролизеров 30-80 метров, ток коррекции I₂ обычно составляет от 30 до 150 кА.

Фигура 7 схематически иллюстрирует конец серии, содержащей электрические цепи 21 магнитного уравновешивания концевых электролизеров и цепь коррекции, такую как представленная со ссылкой на фигуру 6. Цепи 21 магнитного уравновешивания концевых электролизеров повторяют те же принципы магнитного уравновешивания, что и те, которые представлены применительно к фигурам 2 и 5. Напротив, методология питания электрическим током этой цепи магнитного уравновешивания отличается. Каждую цепь 21 магнитного уравновешивания запитывают от тока коррекции I₂, протекающего по проводникам 27, 28 цепи 26 коррекции.

Цепь 21 магнитного уравновешивания включает в себя первый электрический проводник 22, второй электрический проводник 23 и поперечные проводники 24, электрически соединяющие первый и второй электрические проводники между собой или электрически соединяющие первый и второй электрические проводники с проводниками 27, 28 цепи 26 коррекции.

Поперечные проводники 24 образуют, таким образом, два конца цепи магнитного уравновешивания, которые подключены к проводникам 27, 28 цепи 26 коррекции. Таким образом, цепь 21 магнитного уравновешивания концевых электролизеров образует часть цепи 26 коррекции, по которой протекает ток коррекции.

Цепь магнитного уравновешивания подключена, в частности, к проводникам 27, 28 цепи коррекции последовательно между двумя участками цепи коррекции. Таким образом, при эксплуатации, весь ток коррекции I₂ протекает по цепи магнитного уравновешивания. Таким образом, сила тока магнитного уравновешивания I₁ равна силе тока коррекции I₂.

Этот вариант реализации демонстрирует преимущество устранения причины использования специальной питающей подстанции для цепи 21 магнитного уравновешивания концевых электролизеров. Поскольку проводники 27, 28 цепи коррекции простираются вдоль рядов F, F' на всей длина рядов, электрическое подключение цепи 21 магнитного уравновешивания становится удобным и реализуемым в любой точке, рассматриваемой в качестве подходящей. Размещение цепи 21 магнитного уравновешивания с противоположной стороны от ряда F, F' относительно соответствующего коррекционного проводника 27 является выгодным по причинам загромождения, и поэтому введение концевых электролизеров между первым электрическим проводником 22 и коррекционным проводником 27 является особо стабилизирующим для этих концевых электролизеров.

Фигура 8 схематически иллюстрирует конец серии, содержащей электрические цепи 21 магнитного уравновешивания концевых электролизеров и цепь коррекции. Цепь 21 магнитного уравновешивания концевых электролизеров ряда образует два витка, а первый электрический проводник 22 магнитного уравновешивания образован двумя ветвями 29 витка цепи магнитного уравновешивания, простирающимися бок о бок вдоль ряда электролизеров, лишь напротив концевого участка P ряда электролизеров.

Ток протекает в одном и том же направлении по каждой из ветвей 29 витка, простирающих бок о бок, с образованием первого электрического проводника 22, а влияние на магнитное поле тока, протекающего по первому электрическому проводнику, является суммой влияний на магнитное поле тока, протекающего по каждой из ветвей 29 витка, образующих первый электрический проводник 22.

Поскольку цепь магнитного уравновешивания последовательно подключена к проводникам 27, 28 цепи коррекции, весь ток коррекции I₂ протекает по каждой из ветвей 29 витка цепи 21 магнитного уравновешивания. Таким образом, сила тока магнитного уравновешивания I₁, протекающего по первому электрическому проводнику 22, равна удвоенной силе тока коррекции I₂.

Фигура 9 схематически иллюстрирует подвариант варианта реализации по фигуре 7, в котором соединительный проводник 20 включает в себя проводник 40 магнитного уравновешивания первого концевого электролизера 100', проходящий вдоль этого первого концевого электролизера 100' перпендикулярно продольной оси ряда F, F' электролизеров. По меньшей мере часть тока электролиза I₀ протекает по проводнику 40 в направлении, противоположном направлению протекания тока электролиза I₀ по основной ветви соединительного проводника 20, простирающейся между двумя рядами F, F'. Отрицательное магнитное влияние, порожденное соединительным проводником 20, таким образом нейтрализуется на уровне первого концевого электролизера 100', вдоль которого проходит проводник 40. Таким образом, отпадает необходимость в магнитном уравновешивании этого первого концевого электролизера 100' посредством цепи 21 магнитного уравновешивания концевых электролизеров ряда. Таким образом, концевой участок P ряда, напротив которого простирается первый электрический проводник 22 цепи 21 магнитного уравновешивания концевых электролизеров ряда, предпочтительно не включает в себя первый концевой электролизер 100'. Первый электрический проводник 22, простирающийся вдоль ряда F, F' электролизеров лишь напротив концевого участка P, не проходит вдоль этого первого концевого электролизера.

Поперечный проводник 24, электрически соединяющий проводники 27, 28 цепи 26 коррекции с первым электрическим проводником 22, простирается под рядом F, F' электролизеров, а точнее, под первым концевым электролизером 100'.

Таким образом, можно улучшить стабильность работы концевых электролизеров существующей серии электролиза, включающей в себя компоновку магнитного уравновешивания первого концевого электролизера типа, известного из заявок на европейский патент EP 0 342 033 или китайский патент CN 2 477 650.

Как представлено на фигурах, ток электролиза I₀ пропускают по рядам F, F' электролизеров 100 и соединительному проводнику 20, а через первый электрический проводник 22 магнитного уравновешивания пропускают электрический ток уравновешивания I₁:

- протекающий в том же направлении, что и ток электролиза I₀, протекающий по ряду F, F' электролизеров, вдоль которого он простирается, если первый электрический проводник 22 магнитного уравновешивания расположен вдоль ряда F, F' со стороны другого ряда электролизеров серии;

- протекающий в противоположном направлении по отношению к току электролиза I₀, протекающему по ряду F, F' электролизеров, вдоль которого он простирается, если первый электрический проводник 22 магнитного уравновешивания расположен вдоль ряда F, F' электролизеров с стороны, противоположной от другого ряда электролизеров серии. Через второй электрический проводник 23 магнитного уравновешивания также пропускают электрический ток уравновешивания I₁, но протекающий в направлении, обратном электрическому току уравновешивания I₁, протекающему по первому электрическому проводнику 22 магнитного уравновешивания.

Изобретение относится к серии электролизеров для получения алюминия и к способу уравновешивания магнитных полей в серии электролизеров. Серия содержит два прямолинейных и параллельных ряда электролизеров, электрически соединенных последовательно, соединительный проводник между первым концевым электролизером одного ряда и первым концевым электролизером другого ряда и по меньшей мере одну цепь магнитного уравновешивания концевых электролизеров ряда, содержащую первый электрический проводник магнитного уравновешивания концевых электролизеров, простирающийся вдоль одного из рядов электролизеров лишь напротив концевого участка первого ряда электролизеров. Раскрыт способ уравновешивания магнитного поля серии электролизеров для получения алюминия электролизом в расплаве методом Холла-Эру. Обеспечивается возможность компенсировать магнитное поле, генерируемое соединительными проводниками в концевых электролизерах, повышение стабильности и управляемости концевых электролизеров ряда. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Серия электролизеров для получения алюминия электролизом в расплаве методом Холла-Эру, содержащая:

- по меньшей мере один первый и один второй прямолинейные и параллельные друг другу ряды электролизеров, электрически соединенных последовательно,

- соединительный проводник между первым концевым электролизером первого ряда и первым концевым электролизером второго ряда,

отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере одну цепь магнитного уравновешивания концевых электролизеров ряда, содержащую первый электрический проводник магнитного уравновешивания концевых электролизеров ряда, простирающийся вдоль первого ряда электролизеров напротив концевого участка первого ряда электролизеров.

2. Серия электролизеров по п. 1, отличающаяся тем, что цепь магнитного уравновешивания концевых электролизеров ряда содержит второй электрический проводник, параллельный первому электрическому проводнику магнитного уравновешивания концевых электролизеров ряда.

3. Серия электролизеров по п. 2, отличающаяся тем, что второй электрический проводник простирается вдоль первого ряда электролизеров лишь напротив концевого участка первого ряда электролизеров, причем первый и второй электрические проводники простираются вдоль противоположных сторон первого ряда электролизеров.

4. Серия электролизеров по п. 2, отличающаяся тем, что второй электрический проводник простирается с той же стороны первого ряда электролизеров, что и первый электрический проводник, причем расстояние между первым электрическим проводником и первым рядом электролизеров меньше, чем расстояние между вторым электрическим проводником и первым рядом электролизеров.

5. Серия электролизеров по п. 4, отличающаяся тем, что второй электрический проводник простирается вдоль второго ряда электролизеров лишь напротив концевого участка второго ряда электролизеров.

6. Серия электролизеров по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что цепь магнитного уравновешивания концевых электролизеров ряда включает в себя два конца, подключенных к подстанции питания.

7. Серия электролизеров по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что цепь магнитного уравновешивания концевых электролизеров ряда содержит два конца, подключенных к проводникам, электрически соединяющим электролизеры между собой.

8. Серия электролизеров по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что она содержит цепь коррекции, содержащую по меньшей мере один первый коррекционный проводник, простирающийся вдоль первого ряда, второй коррекционный проводник, простирающийся вдоль второго ряда, и по меньшей мере один соединительный коррекционный проводник между первым и вторым коррекционными проводниками, при этом цепь магнитного уравновешивания концевых электролизеров ряда имеет два конца, подключенных к цепи коррекции.

9. Серия электролизеров по п. 8, отличающаяся тем, что цепь магнитного уравновешивания концевых электролизеров ряда подключена последовательно между двумя участками цепи коррекции.

10. Серия электролизеров по п. 8 или 9, отличающаяся тем, что первый коррекционный проводник простирается вдоль первого ряда со стороны второго ряда, а второй коррекционный проводник простирается вдоль второго ряда со стороны первого ряда электролизеров.

11. Серия электролизеров по любому из пп. 8-10, отличающаяся тем, что первый проводник и второй проводник цепи магнитного уравновешивания, подключенные к цепи коррекции, расположены снаружи от двух рядов электролизеров.

12. Серия электролизеров по любому из пп. 1-11, отличающаяся тем, что соединительный проводник включает в себя проводник магнитного уравновешивания первого концевого электролизера, простирающийся вдоль первого концевого электролизера перпендикулярно продольной оси ряда электролизеров, при этом первый электрический проводник не простирается вдоль первого концевого электролизера.

13. Серия электролизеров по п. 11 или 12, отличающаяся тем, что цепь магнитного уравновешивания концевых электролизеров ряда содержит поперечный проводник, электрически соединяющий цепь коррекции с первым электрическим проводником, причем поперечный проводник простирается под рядом электролизеров.

14. Серия электролизеров по любому из пп. 1-13, отличающаяся тем, что цепь магнитного уравновешивания концевых электролизеров ряда образует множество витков, при этом первый электрический проводник магнитного уравновешивания образован множеством ветвей витка, простирающихся бок о бок вдоль первого ряда электролизеров лишь напротив концевого участка первого ряда электролизеров.

15. Серия электролизеров по любому из пп. 1-14, отличающаяся тем, что концевой участок первого ряда электролизеров содержит от 3 до 10 электролизеров, предпочтительно от 6 до 8 электролизеров.

16. Способ уравновешивания магнитного поля серии электролизеров для получения алюминия электролизом в расплаве методом Холла-Эру по любому из пп. 1-15, характеризующийся тем, что через ряды электролизеров и соединительный проводник пропускают ток электролиза (I₀), при этом через первый электрический проводник магнитного уравновешивания пропускают электрический ток уравновешивания (I₁),

- протекающий в том же направлении, что и ток электролиза (I₀), протекающий в первом ряду электролизеров, если первый электрический проводник магнитного уравновешивания расположен вдоль первого ряда электролизеров со стороны второго ряда электролизеров;

- протекающий в противоположном направлении по отношению к току электролиза (I₀), протекающему в первом ряду электролизеров, если первый электрический проводник магнитного уравновешивания расположен вдоль первого ряда электролизеров со стороны, противоположной второму ряду электролизеров.

17. Способ по п. 16, отличающийся тем, что серия содержит второй электрический проводник магнитного уравновешивания, через который пропускают тот же электрический ток уравновешивания (I₁), но протекающий в направлении, обратном электрическому току уравновешивания (I₁), протекающему по первому электрическому проводнику магнитного уравновешивания.