Способ питания поточной линии постоянным током и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к производству цветных металлов, а точнее к получению магния. Задачей изобретения является улучшение использования тока, обеспечение стабильной и эффективной работы головного агрегата и поточной линии, снижение затрат, обеспечение высокого качества сырья и надежности эксплуатации. Поставленная задача решена путем передачи части тока, поступающего на один из электролизеров поточной линии, на аппарат для приготовления сырья к электролизу, причем величину передаваемого тока регулируют изменением электрического сопротивления агрегата для подготовки сырья и поддерживают ее в пределах от 10 до 40% от величины серийного тока. Распределение тока в системе "электролизер - агрегат для подготовки сырья" регулируют подключением или отключением электродов на агрегате для подготовки сырья. С этой целью агрегат для подготовки сырья и один из электролизеров поточной линии объединены общей ошиновкой, снабженной переключателем полярности электродов. 2 с.п. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Настоящее изобретение относится к производству цветных металлов, а именно к получению магния.

При электролитическом получении магния большое значение имеет электрический режим электролизеров, который определяет силу тока и напряжение, а также основные технологические показатели электролизеров: плотность тока на электродах, выход магния и хлора по току, производительность электролизеров. Существующие зависимости и практика управления электрическим режимом в электролизных цехах рассмотрены в [1] Решения, приведенные в монографии, нами приняты за прототип. Однако они рассчитаны на потребление каждым электролизером всего серийного тока и не могут быть использованы при потреблении электролизерами только части серийного тока.

Использование постоянного тока и конструктивное решение шинопроводов в электролизных цехах магниевого производства рассмотрены [2] где они тоже ограничены только классическим примером последовательного включения в электрическую цепь электролизеров и не рассматривают параллельной работы агрегатов. Решения, приведенные в книге Г.С.Смаглина, приняты в качестве второго прототипа.

В состав поточных линий для электролитического получения магния и хлора в качестве обязательного элемента входит преобразовательная подстанция, питающая постоянным током все электролизеры, а также автономная преобразовательная подстанция, питающая током только агрегат для подготовки сырья к электролизу.

Недостатком такого традиционного решения являются большие капитальные затраты на сооружение автономной преобразовательной подстанции, постоянные эксплуатационные затраты на ее обслуживание, ненадежность известных преобразователей тока, работающих при малых напряжениях (от 4 до 12 В), в нестабильных электрических режимах и в присутствии агрессивных газов (хлор, хлористый водород и др.).

Задачей настоящего изобретения является улучшение использования тока, обеспечение стабильной и эффективной работы головного агрегата и поточной линии, снижение затрат и обеспечение высокого качества сырья и надежности эксплуатации.

Поставленная задача решена путем передачи части тока, поступающего на один из электролизеров поточной линии, на агрегат для подготовки сырья к электролизу, причем величину передаваемого тока регулируют изменением электрического сопротивления агрегата для подготовки сырья и поддерживают ее в пределах от 10 до 40% от величины серийного тока. Распыление тока в системе "электролизер-агрегат для подготовки сырья" регулируют подключением или отключением электродов на агрегате для подготовки сырья. С этой целью агрегат для подготовки сырья и один из электролизеров поточной линии объединены общей ошиновкой, снабженной переключателем полярности электродов.

При решении этой задачи учитывали, что в поточной линии первые рафинировочные и последние хвостовые электролизеры работают с пониженным выходом по току; это приводит к их перегреву. Необходимый температурный режим электролизеров обеспечивают, устанавливая шунты и снимая до 20-35% поступающего на них тока. При передаче части тока с этих электролизеров на головной агрегат избыточный ток будет использован для рафинирования расплава.

Разработано параллельное включение рафинировочного (или хвостового) электролизера и головного агрегата, что обеспечивает передачу тока с электролизера на головной агрегат. В результате отпадает необходимость в сооружении и эксплуатации специальной преобразовательной подстанции для головного агрегата.

На фиг. 1 показана схема известного питания головного агрегата током от автономной преобразовательной подстанции, а на фиг.2 питание головного агрегата от электролизера.

Основными элементами устройства являются головной агрегат 1 для обогащения оборотного расплава хлористым магнием и предварительного рафинирования расплава от примесей, первый рафинировочный электролизер 2, последний электролизер 3, катодный пакет 4 и анодный пакет шин 5 последнего электролизера, вспомогательный пакет шин 6, передающий постоянный ток с электролизера 3 на головной агрегат 1.

Заявляемое решение, показанное на фиг.2, отличается от известного (см. фиг. 1) отсутствием преобразовательной подстанции 7, питающей постоянным током головной агрегат 1, и новым элементом вспомогательным пакетом шин 6, связывающим электролизер 3 с головным агрегатом 1.

Устройство работает следующим образом. В системе, образованной электролизером 3 и головным агрегатом 1, распределение тока между ними определяется их сопротивлением и выражается зависимостью: I_эл:I_га= R_га: R_эл, где I_эл и R_эл сила тока и сопротивление электролизера, а I_га и R_га сила тока и сопротивление головного агрегата. Для нормального функционирования системы сопротивление головного агрегата должно быть в 4-5 раз больше, чем сопротивление параллельно включенного электролизера При соблюдении этого условия распределение тока между ними будет обратно пропорционально их сопротивлению, и на головной агрегат поступит 20-25% от тока, питающего электролизеры. Такой ток достаточен для рафинирования расплава в головном агрегате. Через электролизер 3 будет проходить 75-80% тока серии, и он будет работать без шунтов.

При эксплуатации поточной линии разрушение анодных поверхностей в головном агрегате происходит в 3-4 раза быстрее, чем в электролизере. В результате изменения их сопротивления ток на головном агрегате уменьшается, а на параллельно включенном электролизере увеличивается. Это может привести к снижению степени рафинирования сырья в головном агрегате и перегреву электролизера 3. Для стабилизации работы системы "головной агрегат" - электролизер" предусмотрена замена разрушенных электродов, а также наличие на головном агрегате резервных электродов, которые подключают по мере увеличения сопротивления агрегата, что позволяет возвращать его сопротивление и величину потребляемого тока к оптимальному значению.

Поскольку в головном агрегате аноднополяризованные электроды срабатываются значительно быстрее катодополяризованных, причем аноды и катоды выполнены из углеродистых материалов, поскольку для обеспечения равномерной сработки всех электродов (анодов и катодов) и увеличения срока их службы на головном агрегате предусмотрена смена полярности электродов. С этой целью токоподводящие пакеты головного агрегата снабжены переключателем.

Пример.

В систему "электролизер головной агрегат" включен последний электролизер поточной линии. Параллельно включение осуществлено с помощью вспомогательного пакета шин 6, соединяющего катодный пакет шин электролизера 3 с катодной ошиновкой головного агрегата 1. Роль общей анодной ошиновки выполняет пакет шин 4.

Электролизеры поточной линии питаются током, равным 150 кА. Для успешной подготовки сырья к электролизу величина тока на головном агрегате должна быть близкой к 30 кА, а на электролизере к 120 кА. Такое распределение тока обеспечивается при сопротивлении головного агрегата в пять раз большем сопротивления параллельно включенного электролизера. Поскольку сопротивление электролизера равняется 1,8·10^-5Ом, постольку сопротивление в головном агрегате должно быть равным 9·10^-5 Ом.

Для регулирования величины тока расчетное число электродов у головного агрегата увеличено на 30% однако в начальный период работы параллельно включенных головного агрегата и электролизера дополнительные (резервные) электроды к ошиновке не подключают. В течение 2-х недель совместной работы величина межполюсных расстояний у головного агрегата возрастает из-за разрушения анодных поверхностей в среднем на 1,2 см, а сопротивление на 8% Соответственно величина поступающего на агрегат тока уменьшится, а на электролизе увеличится на 2,4 кА. Для восстановления оптимальной силы тока на головном агрегате подключают один дополнительный электрод. В результате увеличения суммарной поверхности электродов на головном агрегате его электрическое сопротивление понижается на 7-8% и величина тока восстанавливается.

При дальнейшей эксплуатации головного агрегата разрушение его электродов (анодов) продолжится, сопротивление увеличится, ток уменьшится. При снижении величины тока до нижнего предела подключают еще один резервный электрод. Это вновь приведет к восстановлению оптимального режима на головном агрегате. Аналогично поступают при последующих снижениях величины тока на агрегате. При использовании всех резервных электродов производят замену электродов (всех или их части) на новые без остановки головного агрегата.

Использование изобретения позволит снизить эксплуатационные и капитальные затраты, улучшить использование тока и обеспечить стабильную и эффективную работу головного агрегата.

Формула изобретения

1. Способ питания поточной линии для электролитического получения магния постоянным током, включающий пропускание тока серии или его части через последовательно включенные электролизеры линии, подачу тока к агрегату для подготовки сырья к электролизеру, отличающийся тем, что агрегат для подготовки сырья к электролизеру подключают параллельно к одному из электролизеров, причем величину тока через агрегат регулируют за счет изменения его электрического сопротивления.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что величину тока через агрегат для подготовки сырья к электролизу устанавливают равной 10 40% от величины тока серии.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что распределение токов между параллельно включенными электролизером и агрегатом для подготовки сырья к электролизу регулируют за счет подключения или отключения электродов на агрегате для подготовки сырья к электролизу.

4. Устройство для питания поточной линии для электролитического получения магния постоянным током, содержащее ошиновки для электролизеров и агрегата для подготовки сырья к электролизу, состоящие из пакетов токопроводящих шин, отличающееся тем, что агрегат для подготовки сырья к электролизу и один из электролизеров поточной линии объединены общей ошиновкой с переключателем полярности электродов установки для подготовки сырья к электролизу.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2