Узел шунтирования алюминиевого электролизера

 

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при получении алюминия из криолит-глиноземных расплавов. Техническим результатом изобретения является устранение отключения серии от токовой нагрузки при электрическом подключении электролизера, уменьшение токовой ударной и вибрационной нагрузки на ошиновку, расширение технологических возможностей. Технический результат достигается тем, что узел шунтирования содержит токоподводящие шины, стационарный шунтирующий элемент, плавкую вставку, выполненную из твердого легкоплавкого электропроводного материала с сечением, обеспечивающим ее перегорание при силе тока, равной 0,7-0,8 тока серии, и дополнительно снабжен обводным съемным шунтирующим элементом, установленным электрически параллельно стационарному шунтирующему элементу, а плавкая вставка выполнена в обводном шунтирующем элементе. При этом обводной съемный шунтирующий элемент снабжен коробом, а плавкая вставка выполнена из алюминия или его сплава. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при получении алюминия электролизом криолит-глиноземных растворов.

Электролизеры в корпусах алюминиевых заводов соединяют между собой последовательно в электролизную серию, питающуюся постоянным электрическим током от преобразовательной подстанции. В процессе работы футеровка катодных устройств электролизеров разрушается и требует замены. Замену футеровки производят после отключения электролизера от общей электрической цепи. Для отключения электролизера отключают ток серии, устанавливают стационарные шунты, по которым затем и проходит ток серии, минуя отключенный электролизер. Для подключения токовой нагрузки к отремонтированному электролизеру отключают ток серии, убирают стационарные шунты, параллельно электролизеру подключают шунтирующий реостат, способный принять не меньше 50% тока серии. По мере обжига сопротивление электролизера уменьшается и меняется распределение тока между электролизером и реостатом - электролизер принимает на себя все больший и больший ток, шунтирующий реостат отключают (Справочник металлурга по цветным металлам. Производство алюминия с. 260, [1]).

Недостатки известного решения в том, что при электрическом отключении - подключении электролизера необходимо отключать ток серии, что влечет потери наработки металла, нарушает энергетически режим питания серии и корпуса в целом.

Известно устройство для отключения электролизеров для получения алюминия (а. с. СССР 964025, С 25 С 3/16, [2]), включающее шунт и приспособление для прижатия катодных шин к шунту, в котором шунт выполнен с участками с последовательно уменьшающимися сопротивлениями.

Изменение тока, протекающего через шунт, достигается его перемещением относительно катодных шин, что приводит к включению в электрическую цепь участков с различными значениями сопротивлений.

К недостаткам известного устройства относится наличие движущихся контактов, что снижает надежность его работы в условиях пропускания больших токов, кроме того, плавность регулирования сопротивления шунта обеспечивается лишь в пределах одного участка, при перемещении контакта на другой участок сопротивление шунта изменяется скачком.

Известно контактное устройство ошиновки электролизера (а.с. СССР 497356, кл. C 22 D 3/02, 1975 г. [3]), содержащее токоведущие шины и замыкающий контакт, выполненный в виде сосуда для заполнения легкоплавким сплавом, в котором, с целью механизации процесса включения и отключения электролизера и обеспечения безопасности работ, сосуд выполнен подвижным в вертикальном направлении, снабжен нагревателем и приводом, обеспечивающим перемещение сосуда.

Известное устройство позволяет автоматически шунтировать и расшунтировать электролизер (перемещение сосуда вниз-вверх при помощи привода).

Недостатком данного решения является резкое возрастание токовых нагрузок (дуга) в момент включения и отключения, что может привести не только к технологическим нарушениям, но и к аварийным ситуациям из-за разрушения контактного устройства.

Кроме того, учитывая вышеизложенное, возникают небезопасные условия труда для обслуживающего персонала.

Известен способ пуска алюминиевого электролизера, включающий шунтирование, при этом на одном из шунтов устанавливают плавкую вставку, расплавлением которой разрывают шунтирующую электрическую цепь. Причем шунт снабжен плавкой вставкой - шиной с сечением меньшим, чем сечение шунтирующей ошиновки.

Плавкая вставка выполнена из твердого легкоплавкого электропроводного материала и сечением, обеспечивающим ее перегорание при силе тока, равной 0,7-0,8 тока серии (а.с. СССР 955736, кл. С 25 С 3/16, 2000 г. [4]).

По технической сущности, наличию сходных признаков данное решение выбрано в качестве ближайшего аналога.

Недостатки известного решения: - при расплавлении плавкой вставки, установленной в стационарный узел шунтирования, возможны нарушения целостности шунтирующей ошиновки (подплавления, приваривания), что ведет к необходимости ее ремонта, к снижению срока службы электролизера; - значительные вибрационные нагрузки на конструктивные элементы электролизера при перегорании плавкой вставки; - значительные трудозатраты и необходимость проведения монтажно-демонтажных работ на узлах шунтирования в рабочей зоне электролизера; - небезопасные условия труда для обслуживающего персонала.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение технико-экономических показателей процесса электролиза, снижение трудозатрат на электрический пуск, повышение безопасности труда обслуживающего персонала.

Техническими результатами предлагаемого решения являются устранение отключения серии от токовой нагрузки при электрическом подключении электролизера, уменьшение токовой ударной и вибрационной нагрузки на ошиновку, расширение технологических возможностей.

Технический результат достигается тем, что узел шунтирования алюминиевого электролизера, содержащий токоподводящие шины, стационарный шунтирующий элемент, плавкую вставку, выполненную из легкоплавкого электропроводного материала с сечением, обеспечивающим ее перегорание при силе тока, равной 0,7-0,8 тока серии, дополнительно снабжен обводным съемным шунтирующим элементом, установленным параллельно стационарному шунтирующему элементу, а плавкая вставка выполнена в обводном шунтирующем элементе, обводной шунтирующий элемент снабжен коробом, а плавкая вставка выполнена из алюминия или его сплава.

Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем.

При электрическом подключении электролизера по существующей технологии для расшунтирования электролизера отключают от токовой нагрузки серию электролизеров, что влечет потерю наработки металла. После расшунтирования электролизера подключают ток серии и при этом, за счет резкого скачка электрических параметров, возможен выход из строя оборудования на КПП. Кроме того, при подаче токовой нагрузки на подключаемом электролизере происходит токовый удар, приводящий к нарушению целостности катодного устройства, анода.

Результаты этого удара - нарушения технологического режима, снижение производительности электролизера и наработка низкосортного металла, снижение срока службы электролизера. Кроме того, при перегорании плавкой вставки возникают значительные вибрационные нагрузки, что также крайне отрицательно сказывается на сроке службы электролизера.

В предлагаемом решении подключение электролизера производится без отключения токовой нагрузки серии. Обводной съемный шунтирующий элемент из легкоплавкого материала берет на себя часть токовой нагрузки, предотвращая токовый и вибрационный удар на катодное устройство. Выполненное в этом элементе сечение, которое перегорает при силе тока, равной 0,7-0,8 тока серии, обеспечивает полное электрическое подключение электролизера без участия обслуживающего персонала.

Выполнение шунтирующего элемента из легкоплавкого сплава, например из алюминия или его сплава, снижает себестоимость конструкции, а укрытие конструкции коробом обеспечивает безопасные условия эксплуатации.

Предлагаемое техническое решение отличается от прототипа тем, что параллельно стационарному, шунтирующему элементу установлен обводной съемный шунтирующий элемент, в котором установлена плавкая вставка с сечением, обеспечивающим его перегорание при силе тока, равной 0,7-0,8 силы тока серии, плавкая вставка может быть выполнена из алюминия или его сплава, и снабжен коробом.

Вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения критерию патентоспособности "новизна".

Сравнительный анализ предлагаемого решения с прототипом и другими известными решениями в данной области выявил следующее: - известен способ электрического пуска алюминиевого электролизера, включающий демонтаж стационарных шунтов и параллельное подключение шунтирующего реостата, с распределением токовой нагрузки на катодное устройство и реостат и последующее отключение реостата [1]; - известно устройство, включающее шунт и приспособление для прижатия катодных шин к шунту, в котором шунт выполнен с участками с последовательно уменьшающимися сопротивлениями [2]; - известно контактное устройство электролизера, содержащее токоведущие шины и замыкающий контакт, выполненный в виде сосуда для заполнения легкоплавким сплавом, в котором сосуд выполнен подвижным в вертикальном направлении, снабжен нагревателем и приводом, обеспечивающим перемещение сосуда [3]; - известен способ пуска алюминиевого электролизера, включающий шунтирование, при этом на одном из шунтов устанавливают плавкую вставку, расплавлением которой разрывают шунтирующую цепь. Плавкая вставка выполнена из твердого легкоплавкого электропроводного материала с сечением меньшим, чем сечение шунтирующей ошиновки, и перегорает при силе тока, равной 0,7-0,8 тока серии [4].

Предлагаемое решение отличается от ближайшего аналога и других известных решений следующими признаками: - наличие обводного съемного шунтирующего элемента, установленного параллельно стационарному шунтирующему элементу;
- выполнение плавкой вставки в обводном съемном шунтирующем элементе;
- обводной шунтирующий элемент снабжен коробом.

Наличие в предлагаемом решении отличительных признаков, позволяющих при использовании получать более высокие технико-экономические результаты, свидетельствует о соответствии его критерию патентоспособности "изобретательский уровень".

Узел шунтирования алюминиевого электролизера состоит из пакетов токоподводящих шин 1, соединенных стационарным шунтирующим элементом 2, обводного шунта, установленного параллельно стационарному, который состоит из шин 3, 4, шунтирующего элемента 5, из твердого легкоплавкого материала (алюминий), в котором выполнен разрез 6.

Оставшееся сечение обеспечивает перегорание при силе тока, равной 0,7-0,8 тока серии. Обводной шунтирующий узел соединен параллельно с основным шунтом гибкими шинами 7 и, кроме того, для обеспечения безопасности обслуживающего персонала обводной шунтирующий элемент снабжен укрытием 8, например металлическим коробом.

Узел шунтирования работает следующим образом.

При электрическом пуске электролизера демонтируют основные стационарные шунты, кроме одного 2, параллельно которому гибкими шинами 7 заранее подключен обводной съемный шунтирующий элемент 5 из алюминия, в котором выполнено сечение 6. Обводной шунтирующий элемент с целью безопасности укрыт коробом 8. При подключении токовой нагрузки в последнюю очередь демонтируют стационарный шунтирующий элемент 2. Ток проходит частично через катодное устройство, частично через обводной шунтирующий элемент 5. При повышении токовой нагрузки ток, проходящий через шунтирующий элемент 5, возрастает из-за значительного сопротивления подины электролизера (неполностью прогретая по толщине угольных блоков подина, неполностью скоксовавшиеся межблочные швы). Таким образом, шунтирующий перегорающий элемент берет на себя часть токового удара на катодное устройство алюминиевого электролизера, устраняет вибрационные нагрузки на конструктивные элементы, предотвращая тем самым его разрушение и повышая его срок службы.

Предлагаемая конструкция узла шунтирования успешно прошла опытно-промышленные испытания на Иркутском алюминиевом заводе. Испытания подтвердили высокую эффективность и безопасность.

Кроме всего прочего, выполнение обводного шунтирующего элемента съемным позволяет использовать его на многих пусковых электролизерах.

Таким образом предлагаемое решение позволяет:
1) повысить наработку металла и устранить технологические нарушения за счет исключения операции отключения тока серии при электрическом подключении электролизера;
2) уменьшить силы токового и вибрационного ударов на катодное устройство тем самым повысить срок службы катода, предотвратить нарушения технологического режима и наработку низкосортного металла;
3) повысить безопасность труда обслуживающего персонала;
4) проводить подключение электролизера при неисправных и деформированных стационарных узлах шунтирования.

Формула изобретения

1. Узел шунтирования алюминиевого электролизера, содержащий токоподводящие шины, стационарный шунтирующий элемент, плавкую вставку, выполненную из твердого легкоплавкого электропроводного материала с сечением, обеспечивающим ее перегорание при силе тока, равной 0,7-0,8 тока серии, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен обводным съемным шунтирующим элементом, установленным электрически параллельно стационарному шунтирующему элементу, а плавкая вставка выполнена в обводном шунтирующем элементе.

2. Узел шунтирования алюминиевого электролизера по п.1, отличающийся тем, что обводной съемный шунтирующий элемент снабжен коробом.

3. Узел шунтирования алюминиевого электролизера по пп.1 и 2, отличающийся тем, что плавкая вставка выполнена из алюминия или его сплава.

РИСУНКИ

Рисунок 1