EA030271B1

EA030271B1 - Установка получения алюминия, содержащая компенсирующую электрическую цепь

Info

Publication number: EA030271B1
Application number: EA201690339A
Authority: EA
Inventors: Стив Ренодье; Бенуа Барде; Оливье Мартэн; Кристьян Дюваль
Original assignee: Рио Тинто Алкан Интернэшнл Лимитед
Priority date: 2013-08-09
Filing date: 2014-07-30
Publication date: 2018-07-31
Also published as: CN105452536A; AR097248A1; CA2919050C; DK179170B1; EA201690339A1; TR201821117T4; CA2919050A1; SI3030695T1; AU2014305613A1; EP3030695A1; WO2015017924A1; US10344390B2; EP3030695A4; EP3030695B1; MY178282A; US20160201208A1; AR097247A1; FR3009564A1; AR097246A1; BR112016001961A2

Abstract

Установка получения алюминия содержит ряд электролизеров (50), размещенных поперек относительно длины ряда, причем каждый из электролизеров (50) содержит анод (52), подъемные и соединительные электрические проводники (54), проходящие вверх вдоль двух противоположных продольных бортов электролизера (50), чтобы подвести ток электролиза к аноду (52), и катод (56), через который проходят катодные проводники (55), соединенные с катодными выводами, соединенными с шинопроводами, чтобы подвести ток электролиза к подъемным и соединительным электрическим проводникам следующего электролизера (50). Кроме того, установка получения алюминия содержит компенсирующую электрическую цепь, отдельную от электрической цепи, по которой течет ток электролиза, проложенную под электролизерами (50) и способную пропускать ток компенсации, протекающий под электролизерами (50) в обратном направлении, противоположном общему направлению протекания тока электролиза.

Description

изобретение относится к установке получения алюминия (алюминиевому заводу), способу применения этой установки получения алюминия и к способу перемешивания глинозема в электролизерах этой установки.

Как известно, алюминий получают в промышленности из глинозема электролизом по способу Холла-Эру. Для этого используют электролизер, содержащий стальной кожух, внутри которого находится футеровка из огнеупорных материалов, катод из углеродного материала, через который проходят катодные проводники, предназначенные для сбора тока электролиза на катоде, чтобы отвести его к катодным выводам, проходящим сквозь днище или борта кожуха, передающие ток проводники (шинопроводы), проходящие практически горизонтально от катодных выводов до следующего электролизера, ванну электролита, в которой растворен глинозем, по меньшей мере один анодный узел, содержащий по меньшей мере один анод, погруженный в ванну электролита, анодную раму, на которой подвешен анодный узел, и проходящие снизу вверх проводники для подъема тока электролиза (стояки), соединенные с шинопроводами предыдущего электролизера для подвода тока электролиза от катодных выводов к анодной раме и к анодному узлу и аноду следующего электролизера. В частности, аноды являются предварительно обожженными с предварительно обожженными углеродными блоками, т.е. обожженными перед введением в электролизер.

Заводы по производству алюминия, или электролизные установки получения алюминия, традиционно содержат несколько сотен электролизеров, выровненных поперечно параллельными рядами и соединенных последовательно.

Через эти электролизеры протекает ток электролиза силой порядка нескольких сотен тысяч ампер, что создает значительное магнитное поле. Как известно, вертикальная составляющая этого магнитного поля, создаваемая в основном шинопроводами, доставляющими ток от одного электролизера к следующему, вызывает нестабильность, называемую магнитогидродинамической (МГД) нестабильностью.

Известно, что МГД-нестабильность снижает эксплуатационные характеристики процесса. Чем более нестабилен электролизер, тем больше должно быть межполюсное расстояние между анодом и слоем металла. Однако чем больше межполюсное расстояние, тем больше расход энергии в процессе, так как энергия рассеивается в межполюсном пространстве в результате эффекта Джоуля.

С другой стороны, горизонтальная составляющая магнитного поля, создаваемая всей совокупностью путей электрического тока как в проводниках, расположенных внутри электролизера, так и проводниках, расположенных снаружи, взаимодействует с проходящим через жидкости электрическим током, что вызывает стационарную деформацию слоя металла. Вызванные этим нарушения уровня поверхности металла (ее неровности) должны оставаться достаточно низкими, чтобы аноды расходовались равномерно с малыми отходами. Чтобы достичь низкой неровности, необходимо, чтобы горизонтальные составляющие магнитного поля были как можно более антисимметричными в жидкостях (ванне электролита и слое металла). В случае продольной или поперечной составляющей магнитного поля, которые образуют горизонтальные составляющие, под антисимметричностью понимается то, что при смещении перпендикулярно центральной оси электролизера, параллельной рассматриваемой составляющей поля, и при нахождении на равном расстоянии с одной и другой стороны от этой центральной оси, величина рассматриваемой составляющей будет противоположной. Антисимметричность горизонтальных составляющих магнитного поля - это конфигурация, дающая наиболее симметричную и самую плоскую возможную деформацию поверхности раздела в электролизере.

Известно, в частности, из патентных документов РК 1079131 и РК 2469475 о борьбе с МГД-нестабильностью путем компенсации магнитного поля, создаваемого пропусканием тока электролиза, благодаря особому расположению несущих ток электролиза проводников. Например, согласно патентному документу РК 2469475 шинопроводы огибают сбоку торцы или верхние части каждого электролизера. В таком случае говорят об автокомпенсации. Этот принцип основан на локальном уравновешивании магнитного поля в масштабе одного электролизера.

Основное преимущество автокомпенсации заключается в использовании самого тока электролиза для компенсации МГД-нестабильности.

Однако автокомпенсация может привести к существенному увеличению поперечных габаритных размеров, так как электрические проводники огибают верхние части электролизеров.

Прежде всего, большая длина шинопроводов для осуществления этого решения приводит к электрическим потерям в серии из-за резистивного эффекта проводников, а следовательно, к повышению эксплуатационных расходов и требует большого количества исходных материалов, откуда следуют повышенные издержки на изготовление. Эти недостатки выражены тем сильнее, чем больше размеры электролизеров и чем с большими силами тока они работают.

Кроме того, концепция установки получения алюминия с автокомпенсационной электрической цепью является негибкой. Однако в ходе эксплуатации может оказаться необходимым повысить силу тока электролиза выше ее значения, предусмотренного при разработке. Это фактически изменяет также распределение магнитного поля автокомпенсационной электрической цепи, не рассчитанной на это новое распределение, что не позволяет оптимально компенсировать это магнитное поле. Существуют решения, направленные на преодоление этого недостатка приспособляемости и достижение близкой к оптималь- 1 030271

ной магнитной компенсации, но эти решения являются особенно сложными и затратными в реализации.

Другой подход к уменьшению МГД-нестабильности, известный, в частности, из патентного документа РК 2425482, состоит в использовании вторичной электрической цепи, или внешнего контура, идущего вдоль рядов электролизеров с их боковых сторон. Через эту вторичную электрическую цепь пропускают ток, сила которого равна заданной процентной доле от силы тока электролиза. Таким образом, внешний контур создает магнитное поле, компенсирующее эффекты магнитного поля, созданного током электролиза в соседнем ряду электролизеров.

Из патентного документа ЕР 0204647 известно также об использовании вторичной цепи, идущей вдоль рядов электролизеров с их боковых сторон, чтобы уменьшить эффект магнитного поля, создаваемого шинопроводами, причем сила тока, протекающего через электрические проводники этой вторичной цепи, составляет порядка 5-80% от силы тока электролиза, и этот ток течет в том же направлении, что и ток электролиза.

Решение с компенсацией посредством внешнего контура выгодно наличием вторичной цепи, не зависящей от основной цепи, по которой течет ток электролиза.

Размещение вторичной цепи вдоль боковых сторон рядов электролизеров вблизи коротких сторон кожухов, на высоте поверхности раздела электролит-металл, позволяет компенсировать вертикальную составляющую, не влияя на горизонтальную составляющую магнитного поля.

Решение с компенсацией посредством внешнего контура значительно снижает длину шинопроводов, их массу и энергетические потери в них, но требует дополнительной силовой подстанции и дополнительной независимой вторичной электрической цепи.

Отметим также, что решение с компенсацией посредством внешнего контура влечет за собой сложение магнитных полей с током серии, что создает очень сильное суммарное окружающее поле, так что это накладывает ограничения на операции и материал (например, необходимо экранирование транспортных средств), и к тому же магнитное поле одного ряда влияет на стабильность электролизеров соседнего ряда. Чтобы уменьшить влияние одного ряда на соседний ряд, необходимо отдалить их друг от друга, что означает значительные пространственные ограничения и, как следствие, заставляет помещать каждый ряд электролизеров в отдельное здание.

Кроме того, участок подключения цепи электролиза и вторичной цепи, соединяющей концы двух соседних рядов электролизеров, склонен дестабилизировать электролизеры, находящиеся в конце ряда. Чтобы избежать нестабильности электролизеров в конце ряда, можно выполнить этот участок вторичной цепи согласно заданной траектории, как это известно из патента РК 2868436, чтобы скорректировать магнитное поле таким образом, чтобы его влияние на электролизеры в конце ряда стало допустимым. Однако эта траектория сильно увеличивает длину вторичной цепи, а значит, и материальные затраты. Следует отметить, что обычное решение состоит в разнесении участка подсоединения вторичной цепи и цепи электролиза, находящихся в конце ряда электролизеров, но это увеличивает занимаемое пространство наряду с увеличением длины электрических проводников, т.е. увеличивает расходы на материалы и энергию.

Таким образом, следует отметить, что известные решения с компенсацией посредством внешнего контура приводят к довольно значительным затратам на строительство.

Поэтому настоящее изобретение направлено на преодоление всех или части этих недостатков, предлагая установку получения алюминия с магнитной конфигурацией, позволяющей улучшить эксплуатационные характеристики при малых габаритах.

С этой целью объектом настоящего изобретения является установка получения алюминия, содержащая по меньшей мере один ряд электролизеров, размещенных поперек по отношению к длине ряда, причем каждый из электролизеров содержит кожух, анодные узлы, содержащие держатель и по меньшей мере один анод, и катод, через который проходят катодные проводники, предназначенные для сбора тока электролиза С на катоде, чтобы отвести его к катодным выводам наружу кожуха, отличающаяся тем, что электролизер содержит подъемные и соединительные электрические проводники к анодным узлам, проходящие вверх вдоль двух противоположных продольных бортов электролизера, чтобы подвести ток электролиза ф к анодным узлам, и шинопроводы, соединенные с катодными выводами и предназначенные для проведения тока электролиза от катодных выводов до подъемных и соединительных электрических проводников следующего электролизера, и тем, что установка получения алюминия содержит по меньшей мере одну компенсирующую электрическую цепь, проходящую под электролизерами, причем по упомянутой компенсирующей цепи может течь ток компенсации 1₂, текущий под электролизерами в направлении, обратном общему направлению протекания тока электролиза ф, текущего через находящиеся выше электролизеры.

Таким образом, установка получения алюминия согласно изобретению имеет уменьшенные габариты и выгодна тем, что позволяет иметь очень магнитно стабильные электролизеры, так что общие эксплуатационные характеристики улучшаются.

Согласно одному способу применения этой установки получения алюминия по компенсирующей цепи пропускают ток компенсации 1₂, протекающий под электролизерами в направлении, обратном общему направлению протекания тока электролиза ф, текущего через находящиеся выше электролизеры.

- 2 030271

Предпочтительно сила тока компенсации 1₂ составляет порядка 50-150% от силы тока электролиза Ιι.

Подъемные и соединительные электрические проводники расположены в пространствах между электролизерами, на уровне двух продольных боковых сторон электролизера, с обеих его сторон, чтобы взаимно компенсировать друг друга и получить практически антисимметричное распределение горизонтальных составляющих магнитного поля электролизера, обеспечивающее малое колебание уровня (неровность) слоя алюминия без влияния на вертикальную составляющую магнитного поля, чтобы электрические проводники от электролизера к электролизеру, в том числе шинопроводы, подъемные и соединительные электрические проводники, создающие неблагоприятное вертикальное и горизонтальное магнитное поле, которое должно быть компенсировано, были бы на практике только проводниками от электролизера к электролизеру, проходящими горизонтально под кожухом, более конкретно, шинопроводами. Компенсация этого неблагоприятного магнитного поля достигается в таком случае посредством компенсирующей электрической цепи, по которой предпочтительно может течь ток компенсации Ι₂, обладающий силой порядка 50-150% от силы тока электролиза ф и текущий под электролизерами в направлении, обратном общему направлению протекания тока электролиза £ в находящихся выше электролизерах.

Таким образом, можно уменьшить или даже почти исключить вертикальную составляющую магнитного поля в электролизере и сохранить практически антисимметричное распределение горизонтального магнитного поля в жидкостях. Следовательно, предложенное решение позволяет получить электролизер с очень низкой нестабильностью и, тем самым, улучшенными эксплуатационными характеристиками при сохранении низкой неровности поверхности раздела электролит/металл, что также необходимо для удовлетворительного функционирования процесса.

Магнитное поле является низким и даже почти нулевым вблизи электролизеров, рядов электролизеров и установки получения алюминия согласно изобретению, так что связанные с сильными магнитными полями ограничения, накладываемые на операции и материал, использующийся в установке получения алюминия, устраняются. Кроме того, магнитное поле одного ряда больше не влияет на стабильность электролизеров соседнего ряда, так что соседние ряды электролизеров можно сблизить, и, в частности, два соседних ряда электролизеров можно разместить в здании меньшей ширины, так что можно достичь очень значительной экономии на затратах на строительство, даже когда используется одна компенсирующая цепь.

Несмотря на то что это не рекомендуется в уровне техники, компенсирующая цепь проходит под электролизерами, а не по боковым сторонам ряда или рядов электролизеров. В результате освобождается место с обеих сторон ряда или рядов электролизеров. Это позволяет обеспечить возможность высвобождения пространства сбоку каждого электролизера, в частности, кожуха, что менее затратно, чем поднимать их. Отсутствие необходимости тяжелых и затратных подъемов предполагает значительное снижение затрат на строительство.

Согласно одному предпочтительному варианту осуществления компенсирующая электрическая цепь является вторичной компенсирующей электрической цепью, отдельной от электрической цепи, по которой течет ток электролиза Ц. Под "отдельной" понимается, что эти две цепи электрически не соединены.

Если в случае протечки из одного из электролизеров жидкостей, содержащихся в одном из электролизеров, температура в котором близка к 1000°С, компенсирующая цепь повреждается и перерезается или не может больше нормально функционировать, это влияет на эксплуатационные характеристики, так как компенсирующая цепь больше не может компенсировать магнитное поле, создаваемое протеканием тока электролиза, но установка получения алюминия может продолжать работать в усеченном режиме с худшими эксплуатационными характеристиками, но без убыточной остановки, так как ток, текущий в компенсирующей цепи, предназначен только для компенсации магнитного поля, а не для получения алюминия.

Использование отдельной вторичной компенсирующей электрической цепи дает также возможность изменять во времени компенсирующее магнитное поле, создаваемое этой компенсирующей цепью. Для этого надо изменить силу тока, протекающего во вторичной компенсирующей электрической цепи. Это имеет первостепенную важность с точки зрения модернизируемости и адаптивности. С одной стороны, это позволяет в случае повышения силы тока электролиза в течение срока службы установки получения алюминия адаптировать компенсацию магнитного поля к этому изменению путем изменения силы тока компенсации в зависимости от потребностей. С другой стороны, это позволяет адаптировать силу тока компенсации к характеристикам и качеству имеющегося глинозема. Это позволяет контролировать скорость МГ Д-течений, чтобы облегчить или ограничить перемешивание жидкостей и растворение глинозема в ванне в зависимости от характеристик имеющегося глинозема, что, в конечном счете, способствует максимально возможным эксплуатационным характеристикам с учетом поставок глинозема.

Вторичная компенсирующая электрическая цепь может, в частности, запитываться от собственной силовой подстанции, отличной от подстанции, питающей электролизеры током электролиза.

- 3 030271

Согласно одному предпочтительному варианту осуществления установка получения алюминия содержит два ряда электролизеров, размещенных параллельно друг другу, питаемых от одной и той же подстанции и электрически соединенных последовательно, так что ток электролиза, текущий в первом из двух рядов электролизеров, течет затем во втором из этих двух рядов в направлении, в целом противоположном направлению, в котором он течет в первом из этих двух рядов, причем компенсирующая электрическая цепь образует контур (петлю) под этими двумя параллельными рядами электролизеров.

Это позволяет сблизить два соседних ряда электролизеров, чтобы разместить их в одном и том же здании, принимая во внимание компенсацию магнитного поля, достигаемую одновременно посредством компенсирующей цепи и шинопроводов, через которые текут противоположно направленные электрические токи. В конечном счете, выигрыш по месту и затратам на строительство превосходит затраты на реализацию и эксплуатацию компенсирующей цепи.

Так как вторичная компенсирующая электрическая цепь образует контур под электролизерами, для ее создания становится выгодным использовать электрический проводник из сверхпроводящего материала, и, прежде всего, можно сделать несколько последовательных витков, как это описано в патентной заявке АО 2013/007893 на имя заявителя.

Предпочтительно электролизер содержит вдоль каждого из двух его продольных бортов множество подъемных и соединительных электрических проводников, распределенных с заданными интервалами практически по всей длине соответствующего продольного борта.

У каждого продольного борта подъемные и соединительные электрические проводники могут быть размещены с регулярными интервалами в продольном направлении электролизера.

Это позволяет улучшить уравновешивание продольной горизонтальной составляющей (т.е. параллельной длине электролизера) магнитного поля.

Электролизер, работающий при силе тока от 400 до 1000 кА, может, например, предпочтительно содержать от 4 до 40 подъемных и соединительных электрических проводников, распределенных равномерно по всей длине каждого из двух его продольных бортов.

Передние подъемные и соединительные электрические проводники и задние подъемные и соединительные электрические проводники могут быть размещены эквидистантно от продольной средней плоскости электролизера, т.е. плоскости, практически перпендикулярной поперечному направлению электролизера и разделяющей его на две практически равные части.

Под передним подъемным и соединительным электрическим проводником и задним подъемным и соединительным электрическим проводником понимают подъемные и соединительные электрические проводники, находящиеся со стороны соответственно переднего или заднего продольного борта электролизера, причем передний продольный борт соответствует борту, более близкому к началу ряда электролизеров, а задний продольный борт соответствует продольному борту электролизера, более удаленному от начала ряда электролизеров, учитывая общее направление протекания тока электролиза в масштабе ряда электролизеров.

Согласно одному предпочтительному варианту осуществления подъемные и соединительные электрические проводники расположены практически симметричным образом относительно продольной средней плоскости электролизера.

Другими словами, подъемные и соединительные электрические проводники, проходящие вдоль одного из двух продольных бортов электролизера, расположены практически симметричным образом относительно проходящих вдоль противоположного продольного борта электролизера подъемных и соединительных электрических проводников по отношению к продольной средней плоскости электролизера, т.е. плоскости, практически перпендикулярной поперечному направлению электролизера и разделяющей его на две практически равные части.

Таким образом, еще больше улучшают выгодную практически антисимметричную характеристику распределения горизонтального магнитного поля в жидкостях.

Согласно одному предпочтительному способу применения распределение тока между подъемными и соединительными электрическими проводниками, расположенными перед электролизером, и подъемными и соединительными электрическими проводниками, расположенными за электролизером, составляет порядка 30-70% спереди и соответственно 30-70% сзади, предпочтительно 40-50% спереди и соответственно 40-60% сзади.

Этот способ применения позволяет улучшить выгодную практически антисимметричную характеристику распределения горизонтального магнитного поля в жидкостях. Предпочтительно распределение тока между подъемными и соединительными электрическими проводниками, расположенными перед электролизером, и подъемными и соединительными электрическими проводниками, расположенными за электролизером, составляет порядка 45-55% спереди и соответственно 45-55% сзади.

В результате еще больше улучшают выгодную практически антисимметричную характеристику распределения горизонтального магнитного поля в жидкостях.

Согласно одному предпочтительному варианту осуществления шинопроводы проходят под электролизером практически по прямой линии и только в поперечном направлении относительно электролизера.

- 4 030271

Таким образом, длину и стоимость электрических проводников уменьшают, минимизируя длину проводников, проходящих в продольном направлении электролизера. Снижают также магнитные поля, создаваемые такими продольными электрическими проводниками в известных из уровня техники вариантах осуществления, в частности, что касается электролизеров с автокомпенсацией. Кроме того, высвобождается место по обе стороны ряда или рядов электролизеров, что уменьшает, по меньшей мере, продольный габаритный размер комплекса электролизеры/электрические проводники и позволяет предусмотреть боковое вскрытие каждого электролизера и, более конкретно, кожуха, что менее дорого, чем его подъем.

Компенсирующая электрическая цепь может содержать электрические проводники, проходящие практически параллельно поперечной оси электролизеров.

Согласно одному варианту осуществления компенсирующая электрическая цепь содержит электрические проводники, образующие множество вторичных компенсирующих электрических подцепей, не зависящих друг от друга.

По каждой из этих вторичных компенсирующих электрических подцепей течет ток компенсации с силой, которую можно менять независимо от силы тока электролиза.

Под независимой вторичной компенсирующей электрической подцепью понимают подцепь, электрически не связанную с другими вторичными компенсирующими электрическими подцепями и способную питаться от отдельной силовой подстанции, отличной от подстанции для питания других вторичных компенсирующих электрических подцепей.

Таким образом, в случае возникновения проблем, например при протечке одного электролизера, вызывающей повреждения и/или разрыв одной или более вторичных компенсирующих электрических подцепей, это обеспечивает возможность продолжить производство в "усеченном" режиме работы, при котором сила тока компенсации, протекающего в каждой из других, неповрежденных, вторичных компенсирующих электрических подцепей, корректируется так, чтобы компенсировать магнитное поле, создаваемое протеканием тока электролиза. Поэтому эксплуатационные характеристики могут оставаться высокими, несмотря на возможное нарушение работы одной из вторичных компенсирующих электрических подцепей.

Компенсирующая электрическая цепь может содержать электрические проводники, образующие несколько параллельных и/или последовательных витков под электролизерами.

Согласно одной возможности компенсирующая электрическая цепь содержит электрические проводники, проходящие параллельно под электролизерами.

Электрические проводники компенсирующей электрической цепи могут быть размещены практически симметрично относительно средней поперечной плоскости электролизеров, т.е. плоскости, практически перпендикулярной продольному направлению электролизеров и разделяющей электролизер на две практически равные части.

Согласно одной возможности электрические проводники, образующие компенсирующую электрическую цепь или, при необходимости, вторичные компенсирующие электрические подцепи, проходят под электролизерами, вместе образуя слой из 2-12, предпочтительно 3-10 параллельных электрических проводников.

Предпочтительно упомянутые электрические проводники являются практически эквидистантными и распределены практически симметрично относительно средней поперечной оси электролизеров.

В результате дополнительно улучшается компенсация неблагоприятного магнитного поля.

Принцип магнитной компенсации, или магнитного уравновешивания, установки получения алюминия и способ применения установки получения алюминия согласно изобретению позволяют получить для указанной установки получения алюминия ошиновку, которую можно реализовать полностью модульным образом. Каждый модуль может содержать, например, один электрический проводник компенсирующей электрической цепи и определенное число шинопроводов и подъемных и соединительных электрических проводников, относящихся к каждому электролизеру. Ошиновка, а значит, и каждый электролизер могут состоять из определенного числа модулей, определяющих длину электролизеров и силу тока, текущего через электролизеры. Выбор числа модулей на электролизер при конструировании или увеличение длины электролизеров путем добавления таких модулей не возмущает магнитное равновесие электролизеров, в отличие от удлинения электролизеров автокомпенсационного типа или известных из уровня техники электролизеров с компенсацией посредством компенсирующих магнитных цепей, расположенных вдоль боковых сторон электролизеров, у которых ошиновки должны быть полностью перепроектированы. Кроме того, отношение количества образующего ошиновку материала к производственной площади электролизеров не ухудшается при удлинении электролизеров, и это отношение увеличивается пропорционально числу модулей и силе тока, текущего через электролизеры. Таким образом, электролизеры можно легко удлинить в зависимости от потребности, и сила протекающего через них тока не ограничивается. В таком случае становится возможным повысить силу тока, проходящего через электролизеры, выше 1000 кА, даже вплоть до 2000 кА.

Согласно одному варианту осуществления подъемные и соединительные электрические проводники, проходящие вдоль одного из двух продольных бортов электролизера, размещены в шахматном по- 5 030271

рядке относительно подъемных и соединительных электрических проводников, расположенных на смежном продольном борту другого, предыдущего или следующего, электролизера.

Другими словами, передние подъемные и соединительные электрические проводники электролизера N размещены в шахматном порядке относительно задних подъемных и соединительных электрических проводников электролизера N-1, т.е. предыдущего электролизера.

Таким образом, это позволяет максимально приблизить электролизеры друг к другу для того, чтобы либо разместить больше электролизеров в серии на том же расстоянии, что повышает эксплуатационные характеристики, либо уменьшить длину ряда электролизеров и, следовательно, выиграть место и достичь еще большей экономии на строительстве.

В одном предпочтительном способе применения установки получения алюминия согласно изобретению по компенсирующей электрической цепи течет ток компенсации силой, составляющей порядка 70-130% от силы тока электролиза Σ₁, а предпочтительно порядка 80-120% от силы тока электролиза Σ₁.

Таким образом, если установка получения алюминия содержит компенсирующую электрическую цепь, образованную электрическим проводником, делающим всего один виток под электролизерами, то сила тока компенсации, текущего по этой компенсирующей цепи, может составлять порядка 70-130% силы тока электролиза.

Кроме того, если установка получения алюминия содержит компенсирующую электрическую цепь, образованную электрическим проводником из сверхпроводящего материала, делающим три последовательных витка под электролизерами, сила тока компенсации, текущего по этому электрическому проводнику, может составлять порядка одной трети от 70-130% силы тока электролиза.

Согласно другому примеру, если компенсирующая электрическая цепь образована тремя вторичными компенсирующими электрическими подцепями, каждая из которых делает 20 последовательных витков и каждая выполнена с электрическими проводниками из сверхпроводящего материала, то сила тока компенсации, текущего в каждой из этих трех вторичных компенсирующих электрических подцепей, может составлять порядка 1/60 от 70-130% силы тока электролиза.

Согласно одному варианту осуществления каждый катодный вывод выходит из кожуха только в вертикальной плоскости, перпендикулярной продольному направлению электролизера.

Катодные выводы проходят через днище кожуха электролизера. В результате расположения выводов в днище, вместо прохождения через боковые стороны электролизера, уменьшается длина шинопроводов, а также уменьшаются горизонтальные токи в жидкостях и, как следствие, достигается лучшая МГ Д-стабильность.

Шинопроводы могут проходить по прямой линии, практически параллельной поперечному направлению электролизера, до подъемных и соединительных электрических проводников следующего электролизера.

Как указано выше, принцип магнитной компенсации, или магнитного уравновешивания, установки получения алюминия и способ применения установки получения алюминия согласно изобретению позволяют увеличивать силу проходящего через электролизеры тока в зависимости от потребностей, без магнитогидродинамических проблем, удлиняя электролизеры. Однако электролизер уровня техники содержит надстройку, пересекающую электролизер продольно над кожухом и анодами. Такая надстройка содержит, в частности, балку, покоящуюся на опорах на каждом из ее продольных концов. Она поддерживает анодную раму, также проходящую продольно над кожухом и анодами, которая поддерживает анодные узлы и к которой эти анодные узлы подсоединены. Поэтому удлинение электролизера уровня техники повлечет удлинение надстройки, а значит, пролета балки между двумя поддерживающими балку опорами, а также увеличение веса, который надлежит нести этой надстройке. Следовательно, ограниченное удлинение надстройки электролизера уровня техники ограничивает возможности, предлагаемые принципом магнитной компенсации или магнитного уравновешивания установки получения алюминия, а также способа применения установки получения алюминия согласно изобретению. Существуют надстройки, содержащие одну или несколько поддерживающих балку промежуточных арок, но такие промежуточные арки, проходящие поперечно над кожухом и анодами, занимают много места и усложняют операции на электролизерах, в частности замены анодов.

Согласно одному особенно предпочтительному варианту осуществления изобретения держатель анодного узла содержит перекладину, простирающуюся поперек электролизера, которая поддерживается и электрически соединена на каждом из двух продольных бортов по обе стороны электролизера.

Именно на уровне продольных бортов электролизера осуществляется электрическое соединение между подъемными и соединительными электрическими проводниками и анодным узлом, а также механическая поддержка анодного узла.

Теперь анодный узел больше не поддерживается и электрически не соединен посредством надстройки, проходящей вдоль электролизера над кожухом и анодами, так что электролизеры можно удлинять, извлекая максимальную пользу от возможностей, предлагаемых принципом магнитной компенсации, или магнитного уравновешивания, в способе применения установки получения алюминия согласно изобретению.

- 6 030271

Согласно другому варианту осуществления подъемные и соединительные электрические проводники проложены с обеих сторон кожуха, не проходя над анодом или анодами.

Под выражением "над анодом или анодами" понимается нахождение в объеме, образуемом при вертикальном переносе поверхности, полученной проекцией анода или анодов на горизонтальную плоскость ΧΥ.

Такой вариант осуществления позволяет выгодно заменять анод путем его вертикального вытягивания вверх, так как поднимаемый вверх анод не встречает каких-либо элементов, которые использовались для его подсоединения. Благодаря такому упрощению перемещения и извлечения анода здесь также получается экономия на управлении и эксплуатации установки получения алюминия согласно изобретению.

Таким образом, длина подъемных и соединительных электрических проводников уменьшается по сравнению с использованием подъемных и соединительных электрических проводников классического типа, которые обычно проходят над электролизером вплоть до его центральной продольной части. Это способствует снижению расходов на изготовление.

В частности, подъемные и соединительные электрические проводники соединены с анодными узлами над бортами кожуха.

Под выражением "над бортами кожуха" понимается нахождение в объеме, образуемом при вертикальном переносе поверхности, полученной проекцией бортов кожуха на горизонтальную плоскость ΧΥ.

Предпочтительно, подъемные и соединительные электрические проводники проходят на высоту Ь, составляющую от 0 до 1,5 м над практически горизонтальной плоскостью, включающей поверхность жидкостей, содержащихся в электролизере.

Таким образом, длина этих подъемных и соединительных электрических проводников значительно уменьшена по сравнению с подъемными и соединительными электрическими проводниками классического типа, которые простираются на высоту более 2 м.

Изобретение относится также к способу перемешивания глинозема, содержащегося в электролизерах установки получения алюминия, обладающей вышеуказанными характеристиками, включающему

анализ по меньшей мере одной характеристики глинозема;

определение значения тока компенсации, который должен течь в компенсирующей электрической цепи, в зависимости от упомянутой по меньшей мере одной проанализированной характеристики;

изменение силы тока компенсации 1₂ до значения, определенного на предыдущем этапе, если сила тока компенсации 1₂ отличается от указанного значения.

Таким образом, способ согласно изобретению позволяет модифицировать магнитную компенсацию, увеличивая или уменьшая силу тока компенсации 1₂, чтобы вызвать контролируемую МГДнестабильность, которая способствует перемешиванию глинозема для лучших эксплуатационных характеристик. Такой способ особенно интересен в сочетании с вышеописанной конфигурацией электрических проводников, которая делает электролизеры более магнитно стабильными.

Анализируемыми характеристиками глинозема могут быть, в частности, способность глинозема растворяться в ванне электролита, текучесть глинозема, его растворимость, содержание в нем фтора, его влажность и т.д.

Определение желательного значения силы тока компенсации в зависимости от проанализированных характеристик глинозема может быть осуществлено, в частности, с использованием номограммы, например, полученной специалистом в результате экспериментирования и установления оптимальных соответствий между силой тока компенсации 1₂ и характеристиками глинозема. Речь здесь идет о количественном определении желательных МГД-нестабильностей.

Может случиться, что глинозем, имеющийся в распоряжении для непрерывной работы установки получения алюминия, будет разного качества, в частности более или менее пастообразным и, следовательно, имеющим разную способность растворяться в электролизной ванне. В этом случае очень выгодно движение жидкостей в электролизерах, так как оно позволяет перемешать этот глинозем, чтобы способствовать его растворению. Однако, особенно в случае автокомпенсации, магнитное поле, приводящее к движению жидкостей, напрямую компенсируется самим током электролиза, причем распределение магнитного поля устанавливается и фиксируется траекторией пролегания шинопроводов. Поэтому в установках получения алюминия с автокомпенсацией невозможно вводить намеренный и временный дисбаланс в компенсацию магнитного поля в целях повышения интенсивности перемешивания глинозема в электролизерах с целью повысить эффективность растворения. Таким образом, когда в распоряжении имеется лишь единственный глинозем, растворить который труднее обычного, эксплуатационные характеристики установки получения алюминия с автокомпенсацией могут существенно ухудшиться.

Другие признаки и преимущества настоящего изобретения выявятся более четко из последующего подробного описания варианта осуществления, приведенного в качестве неограничивающего примера, с обращением к приложенным чертежам, на которых:

фиг. 1 является схематическим видом установки получения алюминия согласно уровню техники; фиг. 2 является схематическим видом сбоку двух последовательных электролизеров согласно уровню техники;

- 7 030271

фиг. 3 показывает схематическую диаграмму электрической цепи, по которой течет ток электролиза в двух электролизерах с фиг. 2;

фиг. 4 является схематическим видом в разрезе по продольной вертикальной плоскости электролизера согласно уровню техники;

фиг. 5 является схематическим видом установки получения алюминия согласно одному варианту осуществления изобретения;

фиг. 6 показывает схематическую диаграмму электрической цепи, по которой течет ток электролиза в двух последовательных электролизерах установки получения алюминия согласно изобретению;

фиг. 7 является видом в разрезе по продольной вертикальной плоскости электролизера в установке получения алюминия согласно одному варианту осуществления изобретения;

фиг. 8 является схематическим видом сбоку трех последовательных электролизеров в ряду электролизеров установки получения алюминия согласно одному варианту осуществления изобретения;

фиг. 9 показывает схематическую диаграмму электрической цепи, по которой течет ток электролиза в двух последовательных электролизерах установки получения алюминия согласно изобретению.

Фиг. 1 показывает установку 100 получения алюминия согласно уровню техники. Установка 100 получения алюминия содержит электролизеры, расположенные поперечно относительно длины ряда, который они образуют. В данном случае электролизеры выстроены в два параллельных ряда 101, 102, и через них течет ток электролиза 1₁₀₀. Две вторичные электрические цепи 104, 106 проходят по бокам рядов 101, 102, чтобы компенсировать магнитное поле, создаваемое протеканием тока электролиза 1₁₀₀ от одного электролизера к другому и в соседнем ряду. По вторичным электрическим цепям 104, 106 текут соответственно токи 1₁₀₄, 1₁₀₆, протекающие в том же направлении, что и ток электролиза 1₁₀₀. Силовые подстанции 108 питают серию электролизеров и вторичные электрические цепи 104, 106. Согласно этому примеру для тока электролиза силой 500 кА, учитывая магнитные возмущения "конца ряда", расстояние Όι₀₀ между ближайшими к силовым подстанциям 108 электролизерами и силовыми подстанциями 108 составляет порядка 45 м и расстояние Ό₃₀₀. на которое вторичные электрические цепи 104, 106 выходят за концы ряда, составляет порядка 45 м, тогда как расстояние Ό₂₀₀ между двумя рядами 101, 102 составляет порядка 85 м, чтобы уменьшить магнитные возмущения одного ряда на другой.

Отметим, что описание проводится относительно декартовой системы координат, привязанной к электролизеру, причем ось X ориентирована в поперечном направлении электролизера, ось Υ ориентирована в продольном направлении электролизера, а ось Ζ ориентирована в вертикальном направлении электролизера. Таким образом, ориентации, направления, плоскости и продольные, поперечные и вертикальные смещения определены относительно этой системы отсчета.

Фиг. 2 показывает два последовательных традиционных электролизера 200 одного и того же ряда электролизеров. Как можно видеть на фиг. 2, электролизер 200 содержит кожух 201, футерованный изнутри огнеупорными материалами 202, катод 204 и аноды 206, погруженные в ванну электролита 208, на дне которой образуется слой 210 алюминия. Катод 204 электрически соединен с катодными проводниками 205, которые проходят через борта кожуха 201 на уровне катодных выводов 212. Катодные выводы 212 соединены с шинопроводами 214, которые ведут ток электролиза к подъемным и соединительным проводникам (стоякам) 213 следующего электролизера. Как можно видеть на фиг. 2, эти подъемные и соединительные электрические проводники 213 расположены только на одной, передней или входной, боковой стороне электролизера 200 и проходят над анодами 206 вплоть до центральной продольной части электролизера.

Фиг. 3 схематически показывает тот путь, по которому течет ток электролиза 1₁₀₀ в каждом из электролизеров 200 и между двумя смежными электролизерами, показанными на фиг. 2. Отметим, в частности, что ток электролиза 1₁₀₀ поднимается до анодного узла электролизера асимметрично, так как этот подъем происходит только спереди электролизеров в общем направлении протекания тока электролиза 1₁₀₀ в ряду (слева от электролизеров на фигурах 2 и 3).

Фиг. 4 показывает вид в разрезе традиционного электролизера 200, причем можно видеть, что по бокам электролизера 200 размещены электрические проводники, образующие вторичные электрические цепи 104, 106 для компенсации магнитного поля, создаваемого протеканием тока электролиза 1₁₀₀ от одного электролизера 200 к другому и в соседнем ряду.

Фиг. 5 показывает установку 1 получения алюминия согласно одному варианту осуществления изобретения. Эта установка 1 получения алюминия содержит множество практически прямоугольных электролизеров 50, предназначенных для получения алюминия электролизом, которые могут быть выстроены в один или несколько рядов, в данном случае в два практически параллельных ряда, соединенных последовательно и питаемых током электролиза 1₁.

Важно отметить, что электролизеры 50 размещены поперек относительно ряда, который они образуют. Отметим, что под поперечно размещенным электролизером 50 понимается электролизер 50, наибольший размер которого, т.е. длина, является практически перпендикулярным общему направлению, в котором течет ток электролиза 1₁, т.е. направлению протекания тока электролиза 1₁ в масштабе ряда электролизеров 50.

- 8 030271

Установка 1 получения алюминия содержит также компенсирующую электрическую цепь 6, по которой течет ток компенсации 1₂. Важно отметить, что в отличие от цепей 104, 106, показанных на фиг. 1, компенсирующая электрическая цепь 6 проходит под электролизерами 50. Отметим также, что ток компенсации Σ₂ течет в обратном направлении, противоположном току электролиза Σι. Компенсирующая электрическая цепь 6 с фиг. 5 образует, в частности, контур (петлю) под рядами электролизеров 50.

Предпочтительно система силовых подстанций 8 питает электролизеры 50 и компенсирующую электрическую цепь 6 независимо. Другими словами, компенсирующая электрическая цепь 6 является вторичной компенсирующей электрической цепью, отличной от главной электрической цепи 7, по которой течет ток электролиза Д.

Сила тока компенсации 1₂ может меняться независимо от тока электролиза 1₁. Таким образом, силу тока компенсации 1₂ можно изменять без необходимости изменения силы тока электролиза 1₁.

Фиг. 8 показывает три последовательных электролизера 50 установки 1 получения алюминия. Электролизеры 50 могут традиционно содержать кожух 60, снабженный усиливающими контрфорсами 61, которые могут быть металлическими, например, стальными, и внутреннюю футеровку 62 из огнеупорных материалов.

Электролизеры 50 содержат множество анодных узлов, состоящих из держателя 53 (здесь - горизонтальная поперечная штанга) и по меньшей мере одного анода 52, в частности, выполненного из углеродного материала, а более конкретно, предварительно обожженного типа; подъемные и соединительные электрические проводники 54, которые, в отличие от электролизера 200, проходят с обеих сторон каждого из электролизеров 50, чтобы подвести ток электролиза ф к анодам 52; и катод 56, возможно образованный из нескольких катодных блоков из углеродного материала, через который проходят катодные проводники 55, предназначенные для сбора тока электролиза 1₁, чтобы провести его к катодным выводам 58, выходящим через днище кожуха 60 и соединенным с шинопроводами 57, которые, в свою очередь, ведут ток электролиза до подъемных и соединительных электрических проводников 54 следующего электролизера 50. Анодные узлы выполнены с возможностью подъема и периодической замены по мере того, как аноды расходуются.

Катодные проводники 55, катодные выводы 58 и шинопроводы 57 могут соответствовать металлическим стержням и шинам, например, из алюминия, меди и/или стали.

Фиг. 6 схематически показывает путь течения тока электролиза ф в двух последовательных электролизерах 50 установки 1 получения алюминия согласно изобретению. При сравнении с фиг. 3 можно легко увидеть, что здесь подъем тока электролиза ф предпочтительно реализуется с обеих продольных сторон электролизера 50. Отметим также наличие компенсирующей цепи 6 под электролизерами 50, по которой течет ток компенсации 1₂ в направлении, противоположном общему направлению протекания тока электролиза Д от одного электролизера 50 к следующему.

Фиг. 9 схематически показывает путь течения тока электролиза Д в двух последовательных электролизерах 50 установки 1 получения алюминия согласно изобретению и отличается от фиг. 6 тем, что катодные выводы 58 выходят из кожуха 60 более традиционно на уровне бортов кожуха 60.

Фиг. 7 показывает вид в разрезе электролизера 50 установки 1 получения алюминия. Отметим также наличие компенсирующей цепи 6 под электролизерами 50, по которой течет ток компенсации 1₂ в направлении, противоположном общему направлению протекания тока электролиза ф от одного электролизера 50 к следующему.

Отметим также, что компенсирующая цепь 6 образует согласно примеру с фиг. 7 слой из трех проводников, практически эквидистантных и размещенных в одной и той же практически горизонтальной плоскости ΧΥ; кроме того, проводники этого слоя могут проходить практически симметрично относительно средней поперечной плоскости ΧΖ.

Система электрических проводников (ошиновка) электролизера и установки получения алюминия предпочтительно может быть реализована модульным образом. В частности, фиг. 7 показывает электролизер, образованный из трех одинаковых модулей М. Каждый модуль в этом примере содержит шинопроводы 57, расположенные между тремя соседними контрфорсами 61 кожуха, и проводник компенсирующей цепи 6, находящийся практически под центральным контрфорсом 61 модуля. Через проводник компенсирующей цепи 6 модуля течет ток, составляющий порядка 50-150% от силы тока электролиза, соответствующего этому модулю. Так как магнитная стабильность электролизера реализована модульно, стабильность электролизера не зависит от числа модулей, образующих систему электрических проводников электролизера и установки получения алюминия. Таким образом, длина и сила тока электролизеров могут просто регулироваться путем добавления модулей с тем, чтобы удовлетворить желаемым условиям реализации установки получения алюминия.

Как можно видеть на фиг. 8, подъемные и соединительные проводники 54 проходят вверх, например практически вертикально, вдоль каждого продольного борта электролизеров 50. Продольные борта электролизеров 50 соответствуют бортам наибольшего размера, практически перпендикулярным поперечному направлению Χ.

Кроме того, передние и задние подъемные и соединительные проводники 54 могут быть размещены на равном расстоянии от средней плоскости ΥΖ электролизера 50.

- 9 030271

Передние подъемные и соединительные проводники 54 могут быть практически симметричными задним электрическим проводникам (токоподводам) 54 относительно средней плоскости ΥΖ электролизеров 50.

Хотя это не показано, передние подъемные и соединительные проводники 54 одного из электролизеров 50 могут быть размещены в шахматном порядке относительно задних подъемных и соединительных проводников 54 предыдущего электролизера 50 в ряду.

Фиг. 8 показывает также, что подъемные и соединительные проводники 54 проходят с обеих сторон кожуха 60, не проходя над анодами 52, т.е. не заходя в объем, получаемый вертикальной проекцией поверхности анодов в горизонтальной плоскости.

Отметим также, что подъемные и соединительные электрические проводники 54 проходят выше жидкостей 63 на высоту й от 0 до 1,5 мв.

Кроме того, держатель 53 анодного узла содержит перекладину, проходящую поперек относительно электролизера 50, которая поддерживается и подсоединена по току на уровне каждого из двух продольных ботов с обеих сторон электролизера 50.

Отметим, что распределение тока электролиза 1₁ между передними подъемными и соединительными проводниками 54 электролизеров 50 и задними подъемными и соединительными проводниками 54 электролизеров 50 может составлять, например, порядка 30-70% спереди и соответственно 70-30% сзади. Предпочтительно это распределение тока составляет от 40 до 60% спереди и соответственно от 60 до 40% сзади, предпочтительно от 45 до 55% спереди и соответственно от 55 до 45% сзади. Другими словами, распределение составляет порядка 50±20% спереди, а остальное сзади, предпочтительно порядка 50±10%, более предпочтительно порядка 50±5%.

Как можно видеть на фиг. 8, катодные выводы 58 и шинопроводы 57 могут простираться только в вертикальной плоскости ΧΖ, перпендикулярной продольному направлению Υ электролизеров 50. В частности, катодные выводы 58 могут проходить практически только по вертикали.

Катодные выводы 58 могут проходить через днище кожуха 60 электролизеров 50, а шинопроводы 57 могут проходить под электролизерами 50, предпочтительно по прямой линии, практически параллельной поперечному направлению X электролизеров 50, к подъемным и соединительным проводникам 54 следующего электролизера 50.

Сочетание проходящей под электролизерами 50 компенсирующей электрической цепи 6, в которой ток компенсации 1₂ течет в направлении, противоположном току электролиза 1₁, и подъемных и соединительных проводников 54, проходящих с двух противоположных продольных бортов электролизеров 50, позволяет стабилизировать содержащиеся в электролизерах 50 жидкости и ограничить возмущения в электролизерах 50 в конце ряда, так как магнитные поля, создаваемые проводниками тока электролиза, проходящими под электролизерами, и проводниками компенсирующей электрической цепи, нейтрализуют (обнуляют) друг друга.

Сила тока компенсации, текущего по компенсирующей цепи, предпочтительно составляет порядка 50-150% от силы тока электролиза 1₁, предпочтительно порядка 70-130% от силы тока электролиза 1₁, более предпочтительно порядка 80-120% от силы тока электролиза 1₁, чтобы обеспечить надлежащую нейтрализацию магнитных полей и стабильность электролизеров.

Как следствие, можно уменьшить расстояния между рядами и длины электрической цепи электролиза и компенсирующей электрической цепи 6. Кроме того, возвращаясь к фиг. 5, расстояние Όι между электролизерами 50, наиболее близкими к силовым подстанциям 8, и/или расстояние Ό₃, на которое простирается компенсирующая электрическая цепь 6 за концы ряда, меньше или равно 30 м, например меньше или равно 20 м, предпочтительно меньше или равно 10 м; расстояние Ό₂ между двумя рядами меньше или равно 40 м, например меньше или равно 30 м, а предпочтительно меньше или равно 25 м. Таким образом, как можно видеть на фиг. 5, два ряда установки 1 получения алюминия согласно изобретению могут быть размещены в одном и том же здании 12, что позволяет получить очень значительную экономию при строительстве.

Предпочтительно компенсирующая электрическая цепь 6 проходит под электролизерами 50, образуя слой из 2-12, предпочтительно 3-10 параллельных, практически эквидистантных электрических проводников, распределенных практически симметрично относительно средней поперечной оси X электролизеров 50. В результате ток компенсации 1₂, текущий, например, равномерно распределенным по проводникам этого слоя параллельных проводников, лучше распределяется по всей длине электролизера 50. Таким образом, магнитные поля, создаваемые шинопроводами 57, через которые течет ток электролиза 1₁, также распределены под электролизером 50 по всей его длине и, тем самым, лучше компенсированы.

Электрический проводник или проводники, образующие компенсирующую электрическую цепь 6, проходят под рядами электролизеров 50 практически параллельно поперечной оси X электролизеров 50.

Отметим, что компенсирующая цепь 6 может быть образована электрическими проводниками, образующими множество вторичных компенсирующих электрических подцепей, не зависящих друг от друга, по каждой из которых течет ток компенсации в направлении, обратном току электролиза Г. Вторичные компенсирующие электрические подцепи могут образовывать параллельные контуры (петли)

- 10 030271

под электролизерами 50, например два в случае фиг. 5. Таким образом, если в случае протечки электролизера 50 будет задета одна из подцепей, то другая или другие компенсирующие электрические подцепи смогут продолжить компенсацию магнитного поля.

Кроме того, проводники компенсирующей цепи 6 или, при необходимости, одной из вторичных компенсирующих электрических подцепей могут делать несколько параллельных и/или последовательных витков под электролизерами, в частности, когда эти электрические проводники выполнены из сверхпроводящего материала.

Электрические проводники, образующие компенсирующую цепь 6, могут принимать вид металлических стержней или шин, например из алюминия, меди или стали, или предпочтительно электрических проводников из сверхпроводящего материала, причем последние позволяют снизить расход энергии и благодаря их меньшей массе, чем у эквивалентных проводников из металла, уменьшить затраты при строительстве на их поддержку или их защиту от возможных разливов металла с помощью металлических отражателей. Предпочтительно эти электрические проводники из сверхпроводящего материала могут быть расположены так, чтобы совершить несколько последовательных витков под рядом или рядами электролизеров.

Сумма сил токов, текущих через все проводники компенсирующей электрической цепи, проходящей под электролизером, предпочтительно составляет порядка 50-150% от силы тока электролиза Σι, предпочтительно порядка 70-130% от силы тока электролиза Σ₁, а еще более предпочтительно порядка 80-120% от силы тока электролиза Σ₁.

Так, если установка 1 получения алюминия содержит вторичную электрическую компенсирующую цепь 6, образующую один виток под электролизерами 50, то сила тока компенсации, текущего по этой компенсирующей электрической цепи 6, может составлять порядка 50-150% от силы тока электролиза Σι. Если эта вторичная компенсирующая электрическая цепь 6 делает N витков под электролизерами 50, то сумма N токов, протекающих по каждому из этих витков, составляет порядка 50-150% от силы тока электролиза. Кроме того, согласно примеру с фиг. 5 сила тока Σ₂, соответствующего сумме токов Σ₂₀ и Σ₂₁, текущих по каждому из двух витков, может составлять порядка 50-150% от силы тока электролиза Σ₁.

Изобретение относится также к способу перемешивания глинозема в электролизерах 50 установки 1 получения алюминия. Этот способ включает в себя этап модулирования силы тока компенсации, текущего в компенсирующей электрической цепи 6, или, возможно, токов компенсации, текущих в образующих ее подцепях. Это модулирование может быть, в частности, функцией характеристик глинозема, изменения силы тока электролиза или конструктивных изменений установки получения алюминия.

Способ перемешивания глинозема включает этапы:

анализ по меньшей мере одной характеристики глинозема (например, способности глинозема растворяться в ванне, текучести глинозема, его растворимости, содержания в нем фтора, его влагосодержания и т.д.);

определение значения силы тока компенсации, который должен течь по компенсирующей электрической цепи, в зависимости от упомянутой по меньшей мере одной проанализированной характеристики (этот этап определения может быть осуществлен с помощью номограммы, полученной экспериментально, показывающей соотношение между величиной силы тока и анализируемой характеристикой), в целях определения предела скорости МГ Д-течений, подходящей для эффективного перемешивания глинозема как можно при меньшем влиянии на эксплуатационных характеристики;

изменение силы тока компенсации Σ₂ в соответствии со значением силы тока, определенным на предыдущем этапе.

Разумеется, изобретение никоим образом не ограничено описанным выше вариантом осуществления, приведенным лишь в качестве примера. Возможны модификации, в частности, с точки зрения конструкции различных элементов или замены технических эквивалентов, не выходя при этом за объем охраны изобретения. Настоящее изобретение совместимо, например, с использованием анодов "инертного" типа, на которых в ходе реакции электролиза образуется кислород.

- 11 030271

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Установка (1) получения алюминия, включающая в себя по меньшей мере один ряд электролизеров (50), размещенных поперечно по отношению к длине ряда, причем каждый из электролизеров (50) содержит кожух (60), анодные узлы, содержащие держатель (53) и по меньшей мере один анод (52), и катод (56), через который проходят катодные проводники (58), предназначенные для сбора тока электролиза (Σ₁) на катоде, чтобы отвести его к катодным выводам наружу кожуха, отличающаяся тем, что электролизер (50) содержит подъемные и соединительные электрические проводники (54) к анодным узлам, проходящие вверх вдоль двух противоположных продольных бортов электролизера (50), чтобы подвести ток электролиза (Σ₁) к анодным узлам, и шинопроводы (57), соединенные с катодными выводами и предназначенные для проведения тока электролиза от катодных выводов до подъемных и соединительных электрических проводников (54) следующего электролизера (50), и тем, что установка (1) получения алюминия содержит по меньшей мере одну компенсирующую электрическую цепь (6), проходящую под электролизерами (50), причем по упомянутой компенсирующей цепи (6) может протекать ток компенсации (Σ₂), текущий под электролизерами (50) в направлении, обратном общему направлению протекания тока электролиза (Σ₁), текущего через находящиеся выше электролизеры (50).
2. Установка (1) получения алюминия по п.1, в которой компенсирующая электрическая цепь (6) является вторичной компенсирующей электрической цепью, отдельной от той электрической цепи, по которой течет ток электролиза (Σι).
3. Установка (1) получения алюминия по п.1 или 2, отличающаяся тем, что установка (1) содержит два ряда электролизеров, размещенных параллельно друг другу, запитываемых от одной и той же подстанции и электрически подсоединенных последовательно таким образом, чтобы ток электролиза, текущий в первом из двух рядов электролизеров, тек затем во втором из двух рядов электролизеров в направлении, в целом противоположном направлению течения тока в первом из двух рядов, и тем, что компенсирующая электрическая цепь (6) образует контур под этими двумя параллельными рядами электролизеров.
4. Установка (1) получения алюминия по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что электролизер (50) содержит вдоль каждого из двух своих продольных бортов множество подъемных и соединительных электрических проводников (54), распределенных с заданными интервалами практически по всей длине соответствующего продольного борта.
5. Установка (1) получения алюминия по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что подъемные и соединительные электрические проводники (54) размещены практически симметричным образом относительно продольной средней плоскости электролизера (50).
6. Установка (1) получения алюминия по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что шинопроводы (57) проходят под электролизером (50) практически прямо в поперечном направлении относительно электролизера (50).
7. Установка (1) получения алюминия по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что компенсирующая электрическая цепь (6) содержит электрические проводники, образующие множество вторичных компенсирующих электрических подцепей, не зависящих друг от друга.
8. Установка (1) получения алюминия по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что компенсирующая электрическая цепь (6) содержит электрические проводники, проходящие параллельно под электролизерами (50).
9. Установка (1) получения алюминия по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что электрические проводники, образующие компенсирующую электрическую цепь или, при необходимости, вторичные компенсирующие электрические подцепи, проходят под электролизерами (50), вместе образуя слой из 212, предпочтительно из 3-10 параллельных электрических проводников.
10. Установка (1) получения алюминия по любому из пп.7-9, в которой упомянутые электрические проводники являются практически эквидистантными и размещены практически симметрично относительно средней поперечной оси электролизеров (50).
11. Установка (1) получения алюминия по любому из пп.1-10, отличающаяся тем, что подъемные и соединительные электрические проводники (54), проходящие вдоль одного из двух продольных бортов электролизера (50), размещены в шахматном порядке относительно подъемных и соединительных электрических проводников (54), расположенных на соседнем продольном борту другого, предыдущего или следующего, электролизера (50).
12. Установка (1) получения алюминия по любому из пп.1-11, отличающаяся тем, что каждый катодный вывод (58) выходит из кожуха (60) только в вертикальной плоскости, перпендикулярной продольному направлению электролизера (50).
13. Установка (1) получения алюминия по любому из пп.1-12, отличающаяся тем, что держатель (53) анодного узла содержит перекладину, проходящую поперек электролизера (50), которая поддерживается и электрически подсоединена на каждом из двух продольных бортов с обеих сторон электролизера (50).

- 12 030271
14. Установка (1) получения алюминия по любому из пп.1-13, отличающаяся тем, что подъемные и соединительные электрические проводники (54) проходят с обеих сторон кожуха (60), не проходя над анодом или анодами (52).
15. Установка (1) получения алюминия по любому из пп.1-14, отличающаяся тем, что подъемные и соединительные электрические проводники (54) проходят на высоту (И), составляющую от 0 до 1,5 м, практически над горизонтальной плоскостью, включающей поверхность (63) жидкостей, содержащихся в электролизере (50).
16. Способ получения алюминия с помощью установки (1) по любому из пп.1-15, отличающийся тем, что по компенсирующей цепи (6) пропускают ток компенсации (1₂), текущий под электролизерами (50) в направлении, обратном общему направлению протекания тока электролиза (Σι), текущего через находящиеся выше электролизеры (50).
17. Способ по п.16, отличающийся тем, что сила тока компенсации (1₂) составляет порядка 50-150% от силы тока электролиза (Σι).
18. Способ по п.17, отличающийся тем, что сила тока компенсации (1₂) составляет порядка 70-130% от силы тока электролиза (Σι), предпочтительно порядка 80-120% от силы тока электролиза (Σι).
19. Способ по любому из пп.16-18, отличающийся тем, что распределение тока между подъемными и соединительными электрическими проводниками (54), расположенными перед электролизером (50), и подъемными и соединительными электрическими проводниками (54), расположенными за электролизером (50), составляет порядка 30-70% спереди и соответственно 30-70% сзади.
20. Способ по п.19, отличающийся тем, что распределение тока между подъемными и соединительными электрическими проводниками (54), расположенными перед электролизером (50), и подъемными и соединительными электрическими проводниками (54), расположенными за электролизером (50), составляет порядка 40-60% спереди и соответственно 40-60% сзади.
21. Способ по п.20, отличающийся тем, что распределение тока между подъемными и соединительными электрическими проводниками (54), расположенными перед электролизером (50), и подъемными и соединительными электрическими проводниками (54), расположенными за электролизером (50), составляет порядка 45-55% спереди и соответственно 45-55% сзади.
22. Способ по п.16, включающий этапы:

анализ по меньшей мере одной характеристики глинозема, подлежащего введению в электролизеры

(50);

определение значения силы тока компенсации (Σ₂), который должен течь в компенсирующей электрической цепи (6), в зависимости от упомянутой по меньшей мере одной проанализированной характеристики;

изменение силы тока компенсации (Σ2) до значения, определенного на предыдущем этапе, если сила тока компенсации (Σ2) отличается от этого значения.