RU2162901C2

RU2162901C2 - Bus arrangement of electrolyzer producing aluminum

Info

Publication number: RU2162901C2
Application number: RU98123389A
Authority: RU
Inventors: В.И. Суханов; А.П. Лучкин
Original assignee: Открытое акционерное общество Братский алюминиевый завод
Priority date: 1998-12-21
Filing date: 1998-12-21
Publication date: 2001-02-10

Abstract

FIELD: aluminum production. SUBSTANCE: bus arrangement of electrolyzer producing aluminum with upper current lead and double-sided current lead to anode with double- row longitudinal position of electrodes in housing has two-level sectionalized cathode and anode bus arrangements. Anode bus arrangement has three uprights with current distribution, per cent: blank input upright 39-43, face input upright 32-36, face output upright 23-27 and is fitted with straps over anode buses across input and output. Cathode bus arrangement is provided with one strap as minimum installed under bottom of electrolyzer between first and second blooms for transfer of 7-11% of current load from blank to face side. EFFECT: increased technical-and-economic indices of process of electrolysis thanks to reduced action of electromagnetic forces on cathode metal and electrolyte. 2 dwg, 1 tbl

Description

Предлагаемое изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия в электролизерах с верхним токоподводом, и может быть использовано при изготовлении и монтаже ошиновки электролизеров. The present invention relates to non-ferrous metallurgy, in particular to the electrolytic production of aluminum in electrolyzers with top current lead, and can be used in the manufacture and installation of busbar electrolyzers.

Одним из факторов, препятствующих улучшению технико-экономических показателей процесса электролиза алюминия из криолит-глиноземных расплавов, является воздействие на катодный металл электромагнитных сил, вследствие чего поверхность катодного металла деформируется, возникают перекосы, появляется волнение металла. Все это приводит к расстройству технологического режима и, как следствие, к снижению технико-экономических показателей процесса электролиза. One of the factors hindering the improvement of the technical and economic indicators of the process of aluminum electrolysis from cryolite-alumina melts is the effect of electromagnetic forces on the cathode metal, as a result of which the surface of the cathode metal is deformed, distortions occur, and metal waves appear. All this leads to a breakdown of the technological regime and, as a result, to a decrease in the technical and economic indicators of the electrolysis process.

Из практики известно, что влияние на воздействия электромагнитных сил на катодный металл оказывают значения вертикальной составляющей напряженности магнитного поля, определяемые по плоскости зеркала металла. Лучшей считается ошиновка, позволяющая получить на поверхности металла наименьшие значения вертикальной составляющей магнитного поля при симметричном характере распределения. It is known from practice that the influence of electromagnetic forces on the cathode metal is exerted by the values of the vertical component of the magnetic field strength, determined by the plane of the metal mirror. The busbar is considered the best, allowing to obtain the smallest values of the vertical component of the magnetic field on the metal surface with a symmetric distribution.

Известны ошиновки электролизеров средней и большой мощности с односторонним и двухсторонним подводом тока, в которых электрический ток от катода предыдущего электролизера передается к аноду последующего электролизера с помощью катодных шин и анодных стояков, расположенных по обеим сторонам катодного устройства электролизеров [Справочник металлурга по цветным металлам. Производство алюминия. М., Металлургия, 1971, с. 222, рис. 130-131]. Катодные шины расположены горизонтально и на одном уровне. Known busbars of medium and high power electrolytic cells with one-sided and two-sided current supply, in which the electric current from the cathode of the previous electrolyzer is transmitted to the anode of the subsequent electrolyzer using cathode buses and anode risers located on both sides of the cathode device of electrolyzers [Non-ferrous metals reference book. Aluminum production. M., Metallurgy, 1971, p. 222, fig. 130-131]. Cathode tires are located horizontally and at the same level.

Известные схемы не обеспечивают в необходимой мере устранения влияния электромагнитных полей на катодный металл, что приводит к нарушениям технологического режима. Known schemes do not provide the necessary measure to eliminate the influence of electromagnetic fields on the cathode metal, which leads to violations of the technological regime.

Известен способ ошиновки алюминиевых электролизеров с двусторонним токоподводом к аноду при двухрядном продольном расположении электролизеров в корпусе, в котором с целью уменьшения перекоса зеркала расплавленного алюминия и улучшения технико-экономических показателей электролиза сечение обводного пакета на ближней к соседнему ряду стороне электролизера выполняют большим и подключают к нему большее количество катодных стержней, чем к обводному пакету противоположной стороны электролизера [А. с. СССР N 356312, 1972]. Распределение тока по стоякам следующее: входной левый (по ходу тока) стояк 30-32%, входной правый 36-38%, выходной левый 20-18%, выходной правый 14-12%. A known method for busbar aluminum electrolyzers with two-sided current supply to the anode with a two-row longitudinal arrangement of electrolyzers in the housing, in which to reduce the distortion of the mirror of molten aluminum and improve the technical and economic indicators of electrolysis, the cross section of the bypass package on the side of the cell adjacent to the adjacent row is made large and connected to it a larger number of cathode rods than to the bypass package of the opposite side of the cell [A. from. USSR N 356312, 1972]. The distribution of current along the risers is as follows: the input left (along the current) riser 30-32%, the input right 36-38%, the output left 20-18%, the output right 14-12%.

Катодные и обводные шины на ближней к соседнему ряду стороне электролизера по высоте располагаются выше на 30-50 см, чем с противоположной стороны. The cathode and bypass buses on the side of the electrolyzer closest to the adjacent row are 30-50 cm higher in height than on the opposite side.

По технической сущности, наличию сходных существенных признаков данное решение выбрано в качестве прототипа. By technical nature, the presence of similar essential features of this solution is selected as a prototype.

Известный способ ошиновки позволяет уменьшить влияние магнитного поля токов соседнего ряда электролизеров и иметь симметричные поперечную и вертикальную составляющие магнитного поля относительно осей электролизера. The known method of busbar allows you to reduce the influence of the magnetic field of the currents of the adjacent row of electrolyzers and to have symmetrical transverse and vertical components of the magnetic field relative to the axes of the electrolyzer.

Однако расчеты и практика эксплуатации электролизеров с такой ошиновкой показали, что при увеличении мощности электролизеров до 150000 A и выше она не обеспечивает характер распределения магнитного поля, необходимый для достижения высоких технико-экономических показателей процесса электролиза, значительны неравномерности по токовым нагрузкам, что приводит к непроизводительным токовым потерям и может вызывать технологические нарушения. However, calculations and the practice of operating electrolytic cells with such a busbar showed that when the electrolytic cell power is increased to 150,000 A and higher, it does not provide the character of the magnetic field distribution necessary to achieve high technical and economic indicators of the electrolysis process, significant non-uniformities in current loads, which leads to unproductive current losses and may cause technological disruptions.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение технико-экономических показателей процесса электролиза алюминия. The task of the invention is to increase the technical and economic indicators of the process of aluminum electrolysis.

Техническим результатом предложенного способа является снижение воздействия электромагнитных сил на катодный металл за счет уменьшения вертикальной составляющей магнитного поля и повышения равномерности распределения компонента магнитного поля, повышение равномерности токораспределения по ошиновке. The technical result of the proposed method is to reduce the effect of electromagnetic forces on the cathode metal by reducing the vertical component of the magnetic field and increasing the uniformity of the distribution of the magnetic field component, increasing the uniformity of current distribution over the busbar.

Указанный технический результат достигается тем, что в ошиновке электролизера для получения алюминия с верхним токоподводом с двухсторонним токоподводом к аноду при двухрядном продольном расположении электролизеров в корпусе, включающей двухуровневую секционированную катодную ошиновку и анодную ошиновку, анодная ошиновка выполнена трехстоячной с возможностью распределения тока по стоякам, %: глухой входной последующего электролизера - 39-43, лицевой входной последующего электролизера - 32-36, лицевой выходной последующего электролизера - 23-27 и снабжена перемычками по анодным шинам на входе и выходе, а катодная ошиновка снабжена по крайней мере одной перемычкой, выполненной под днищем электролизера между первым и вторым блюмсами с возможностью переброса с глухой стороны на лицевую 7-11% токовой нагрузки. The specified technical result is achieved by the fact that in the busbar of the electrolytic cell for producing aluminum with a top current lead with a two-sided current lead to the anode with a two-row longitudinal arrangement of electrolyzers in the housing, including a two-level sectioned cathodic busbar and anode busbar, the anode busbar is made in three-way, with the possibility of current distribution along risers,% : deaf input subsequent electrolyzer - 39-43, front input subsequent electrolyzer - 32-36, front output subsequent electrolyzer - 23-27 and is provided with webs of anodic bus bars at the inlet and outlet, and the cathode busbar provided with at least one crosspiece formed under the bottom of the cell between the first and second chance umklapp blooms with a dull side to front 7-11% ampacity.

Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем. The technical essence of the proposed solution is as follows.

Высокие технико-экономические показатели процесса электролиза, стабильность технологических параметров во многом обеспечиваются снижением воздействия на катодный металл электромагнитных сил, в основном, уменьшенной вертикальной составляющей напряженности магнитного поля, симметричным характером распределения напряженности магнитного поля, равномерностью распределения токовой нагрузки по ошиновке. High technical and economic indicators of the electrolysis process, the stability of technological parameters are largely ensured by the reduction of the effect of electromagnetic forces on the cathode metal, mainly by the reduced vertical component of the magnetic field strength, the symmetrical nature of the distribution of the magnetic field strength, the uniform distribution of the current load over the busbar.

Кроме того, немаловажными факторами являются снижение веса ошиновки (материалоемкость) и повышение ее механической прочности (срок службы электролизера). Предлагаемая конструкция ошиновки направлена на решение этих задач. In addition, important factors are reducing the weight of the busbar (material consumption) and increasing its mechanical strength (the life of the cell). The proposed bus design is aimed at solving these problems.

Приемлемые величины напряженности магнитного поля (вертикальная составляющая) и приемлемая симметричность распределения напряженности магнитного поля обеспечиваются выполнением трехстоячной анодной ошиновки. Повышение равномерности распределения токовых нагрузок обеспечивается закольцовкой по анодным шинам на входе и выходе и переброской токовой нагрузки (7-11%) с глухой стороны на лицевую посредством перемычки, выполненной под днищем электролизера между первым и вторым блюмсами катодной ошиновки. Acceptable magnitudes of the magnetic field strength (vertical component) and acceptable symmetry of the distribution of the magnetic field strength are ensured by performing a three-station anode busbar. An increase in the uniformity of the distribution of current loads is provided by a loopback over the anode buses at the input and output and transfer of the current load (7-11%) from the blind side to the front side by means of a jumper made under the bottom of the cell between the first and second blooms of the cathode busbar.

По сравнению с прототипом при перераспределении токовой нагрузки по анодным стоякам в предлагаемом решении анодная ошиновка выполнена не четырехстоячной, а трехстоячной, чем и достигается снижение воздействия электромагнитных сил на катодный металл. Кроме того, более равномерное распределение токовой нагрузки решается выполнением перемычки под днищем электролизера по катодной ошиновке между первым и вторым блюмсами с переброской токовой нагрузки с глухой стороны на лицевую (7-11%). Compared with the prototype, when the current load is redistributed over the anode risers in the proposed solution, the anode busbar is not four-staged, but three-staged, which reduces the effect of electromagnetic forces on the cathode metal. In addition, a more uniform distribution of the current load is solved by making a jumper under the bottom of the cell along the cathode busbar between the first and second blooms with transferring the current load from the blank side to the front side (7-11%).

Отличия предлагаемого решения от прототипа позволяют сделать вывод о его соответствии критерию изобретения "новизна". The differences of the proposed solution from the prototype allow us to conclude that it meets the criteria of the invention of "novelty."

Сравнительный анализ предлагаемого решения с прототипом и другими известными в данной области решениям выявил следующее. A comparative analysis of the proposed solution with the prototype and other solutions known in the art revealed the following.

Известен способ передачи тока от катода предыдущего электролизера к аноду последующего от катодных шин к анодным стоякам [Справочник металлурга по цветным металлам. Производство алюминия, М., Металлургия, 1971]. A known method of transmitting current from the cathode of the previous cell to the anode of the next from the cathode busbars to the anode risers [Metallurgical non-ferrous metals reference. Aluminum production, M., Metallurgy, 1971].

Известен способ ошиновки алюминиевых электролизеров с двухсторонним токоподводом, включающий неравномерное распределение тока по анодным стоякам, ослабляющее циркуляцию жидкого металла и повышающие технико-экономические показатели процесса электролиза [А. с. СССР N 461662, 1977]. A known method for busbar aluminum electrolyzers with two-sided current supply, including uneven current distribution among the anode risers, weakening the circulation of liquid metal and increasing the technical and economic performance of the electrolysis process [A. from. USSR N 461662, 1977].

Известна ошиновка алюминиевых электролизеров, в которой анодные стояки выполнены из шин меньшего сечения, чем шины катодных пакетов, а гибкие ленты анодных стояков жестко соединены с катодными пакетами сверху и снизу в виде петли [А. с. СССР N 463348, 1977]. Known busbar aluminum electrolytic cells, in which the anode risers are made of tires of smaller cross-section than the tires of the cathode packets, and flexible tape anode risers are rigidly connected to the cathode packets from above and below in the form of a loop [A. from. USSR N 463348, 1977].

Известно расположение шин в системе восстановительных электролизеров, в котором по меньшей мере две отдельные катодные шины или группы катодных шин или соединительные шины проходят полностью под электролизером [Пат. - США N 4396483, 1983. It is known that the arrangement of tires in a system of reduction electrolysers, in which at least two separate cathode buses or groups of cathode buses or connecting buses extend completely under the electrolyzer [US Pat. - U.S. N 4396483, 1983.

В процессе поиска и сравнительного анализа не выявлено технических решений, характеризующихся идентичными или эквивалентными признаками с совокупностью признаков предлагаемого, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию изобретения "изобретательский уровень". Ошиновка (фиг. 1 и 2) состоит из секционированных катодных шин 1, 2, анодных стояков по ходу тока: 3 - глухой входной анодный стояк последующего электролизера, 4 - лицевой входной анодный стояк последующего электролизера, 5 - лицевой выходной стояк последующего электролизера, анодных шин 6, 7, снабженных перемычками 8, 9 на входе и выходе. Катодные шины 1, 2 предыдущего электролизера снабжены перемычкой 10, выполненной под днищем электролизера между первым и вторым блюмсами для переброса части токовой нагрузки с глухой стороны на лицевую. In the process of searching and comparative analysis, no technical solutions were identified that are characterized by identical or equivalent features with a combination of features of the proposed, which allows us to conclude that the proposed technical solution meets the criteria of the invention "inventive step". The busbar (Fig. 1 and 2) consists of sectioned cathode buses 1, 2, anode risers along the current: 3 - a blind input anode riser of the subsequent electrolyzer, 4 - front input anode riser of the subsequent electrolyzer, 5 - front output riser of the subsequent electrolyzer, anode tires 6, 7, equipped with jumpers 8, 9 at the input and output. The cathode buses 1, 2 of the previous cell are equipped with a jumper 10, made under the bottom of the cell between the first and second blooms to transfer part of the current load from the blank side to the front side.

Для электролизеров С8-Б. For S8-B electrolyzers.

Проведен расчет по распределению магнитного поля для существующей на ОАО "БрАЗ" ошиновки (расчетные данные подтверждены замерами) и для предлагаемой ошиновки. Сравнительные данные приведены в таблице. Достоверность полученных результатов подтверждается контрольными замерами параметров на работающих электролизерах. A calculation was made of the distribution of the magnetic field for the bus existing at BrAZ OJSC (the calculated data were confirmed by measurements) and for the proposed bus. Comparative data are given in the table. The reliability of the results is confirmed by control measurements of the parameters on working electrolyzers.

Выполнение анодной ошиновки трехстоячной и переброска части токовой нагрузки с глухой стороны на лицевую обеспечивают снижение воздействия электромагнитных полей на катодный металл и электролит, более равномерное распределение токовой нагрузки по ошиновке. Performing the anode busbar of the three-legged and transferring part of the current load from the blank side to the front side reduces the effect of electromagnetic fields on the cathode metal and electrolyte, more uniform distribution of the current load on the busbar.

Вышеуказанное влечет стабилизацию технологических параметров процесса электролиза и, как следствие, повышение технико-экономических показателей. The above entails the stabilization of the technological parameters of the electrolysis process and, as a consequence, an increase in technical and economic indicators.

Claims

Electrolyzer busbar for producing aluminum with an upper two-sided current supply to the anode with a two-row longitudinal arrangement of electrolyzers in the housing, containing a two-level sectioned cathode busbar and anode busbar, characterized in that the anode busbar is triple-bar with the possibility of current distribution among risers,%: blind input 39 - 43 , front input 32 - 36, front output 23 - 27 and is equipped with jumpers on the anode buses at the input and output, and the cathode bus is equipped with at least one jumper, made under the bottom of the cell between the first and second blooms with the possibility of transferring from the blind side to the front 7 - 11% of the current load.