一種超大型鋁電解槽的陰極母線配置方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種陰極母線配置方法，具體涉及一種超大型鋁電解槽的陰極母線配置方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在一個鋁電解系列中，整流后的直流電通過鋁母線直接引入到電解槽上，槽與槽之間通過鋁母線串聯(lián)而成，由陰極母線、陽極母線、立柱母線、連接母線等將電解槽一個個的串聯(lián)來，構(gòu)成一個槽系列。母線在電解槽中主要承擔(dān)著將電流從上游電解槽陰極棒輸送至下游電解槽陽極棒的功能，而母線的不同配置方式極大的影響著電解槽物理場分布，制約著鋁的氧化損失以及電流效率的指標(biāo)高低。而且鋁母線系統(tǒng)成本也相當(dāng)昂貴，約占基建費用的25%左右。從設(shè)計上來講，一旦槽結(jié)構(gòu)和陰陽極參數(shù)及材料確定之后，最重要的就是涉及重要物理場-磁場的母線配置設(shè)計;要確定母線的最佳配置與結(jié)構(gòu)也是相當(dāng)困難的，需要長期深入的實踐經(jīng)驗。
[0003]超大型鋁電解槽有著較高的規(guī)模效應(yīng)及較低的噸鋁投資成本，我國新設(shè)計的鋁電解槽基本都在500kA以上。而隨著槽容量的增大，電解槽的長度方向增大明顯，即陰極炭塊和鋼棒數(shù)量的增加，從而導(dǎo)致特大型槽母線結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜、母線連接排布方式多樣，端部回流、槽底補(bǔ)償類型多樣。鋁電解過程中強(qiáng)大的電流產(chǎn)生強(qiáng)大磁場，強(qiáng)大的磁場和強(qiáng)電流的相互作用產(chǎn)生電磁力，在電磁力等力的作用下鋁電解槽內(nèi)熔體產(chǎn)生劇烈的運動。熔體的劇烈運動有雙重效果:一是電解質(zhì)的運動有利于氧化鋁的均勻分布和溶解，電解質(zhì)成份的均勻及熔體內(nèi)溫度的均勻，對電解過程有利;另一方面是鋁液的流動，使得鋁液層金屬鋁向電解質(zhì)中的擴(kuò)散加速，降低電流效率。鋁液的流動也使電解槽陰極破損速度加快。目前的研究表明，鋁液的運動狀態(tài)(流動、波動、傾斜等)主要受電磁力的作用，電解質(zhì)的運動由電磁力和陽極氣體攪拌力共同控制。在某些情況下電磁力的作用會導(dǎo)致生產(chǎn)事故，如滾鋁、“漏槽”及短路等。因此鋁電解槽電、磁場設(shè)計是否合理對大型預(yù)焙陽極鋁電解槽的穩(wěn)定運行和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都會產(chǎn)生重要影響。
[0004]端部進(jìn)電:早期小型預(yù)焙鋁電解槽由于不需要進(jìn)行磁場補(bǔ)償，母線配置相對簡單，一般采用簡單的端對端母線配置。其后，隨著槽型的增大，開始采用大面進(jìn)電，陰極母線全部繞行配置，較早期的160kA槽的美國專利(US4224127)與德國專利(DE2653643)也是采用的該種設(shè)計方式。到了近期，開始出現(xiàn)大面進(jìn)電，陰極母線槽底強(qiáng)補(bǔ)償配置，并且在大型電解槽的配置中占據(jù)主流地位，如貴陽鋁鎂設(shè)計研究院的專利(ZL200510200363.0)及沈陽鋁鎂設(shè)計研究院的專利(ZL200810012376.9)。
[0005]近年來，隨著我國超大型鋁電解槽技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了幾種類型的500kA及以上槽型，但在這些超大型電解槽的母線設(shè)計與配置中，其對應(yīng)的磁流體穩(wěn)定性也存在差異。其原因之一為對于超大型鋁電解槽來說，由于其長度方向增大十分明顯，如果繼續(xù)沿用中大型電解槽的母線走向與分配比例，會導(dǎo)致電解槽出現(xiàn)局部磁場偏大，致使電解槽穩(wěn)定性降低，電解槽電壓在高位運行，并損害電流效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能快速的確定超大型鋁電解槽的母線基本配置，能夠有效的降低熔體的垂直磁場和水平磁場，實現(xiàn)沿槽長軸方向磁場的均勻分布，實現(xiàn)鋁電解槽的穩(wěn)定性運行，提高電解槽電流效率的超大型鋁電解槽的陰極母線配置方法。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的超大型鋁電解槽的陰極母線配置方法，端部補(bǔ)償電流總量額定、槽底母線交替補(bǔ)償?shù)窒?，即流?jīng)煙道端的總電流量控制在100-150kA，出鋁端電流量控制在80-120kA，A側(cè)剩下的電流經(jīng)槽底母線多根母線繞行;據(jù)此設(shè)計陰極母線的走線方式，根據(jù)磁流體模型的計算結(jié)果確定電解槽的陰極母線、獨立補(bǔ)償母線、槽間距及廠房間距具體參數(shù)。
[0008]電解槽的關(guān)鍵部分的總電流量嚴(yán)格控制在額定區(qū)域的準(zhǔn)則，即要求煙道端的總電流量控制在100-150kA、出鋁端電流量控制在80-120kA。
[0009]電解槽采用或不采用槽外獨立母線，采用補(bǔ)償母線后，流經(jīng)端部的外補(bǔ)償母線I外與電解槽本身流經(jīng)端部的母線I內(nèi)的和同樣滿足要求煙道端的總電流量控制在100-150kA、出鋁端電流量控制在80-120kA的要求。
[0010]電解槽進(jìn)電側(cè)的電流除了繞行煙道端或出鋁端外，剩下的電流全部經(jīng)槽底匯入立柱母線，且槽底母線總數(shù)量為5-8根，每根母線的電流量基本保持一致，以此平衡相互產(chǎn)生的磁場。
[0011]煙道端、出鋁端和底部母線的空間位置嚴(yán)格控制在相對固定區(qū)域的準(zhǔn)則，即端部母線的中心線距離其最臨近的陰極邊緣的水平距離保持在1.0-1.5m，端部母線的中心線距離其最臨近的陰極上表面的垂直距離保持在0.1-0.4m。
[0012]煙道端的總電流量需要比出鋁端至少大10kA，以平衡相鄰列列電解槽的磁場影響。
[0013]出電側(cè)母線配置與傳統(tǒng)大型預(yù)焙電解槽的設(shè)計保持一致。
[0014]采用上述技術(shù)方案的超大型鋁電解槽的陰極母線配置方法，簡單、高效，且所設(shè)計的母線能夠完全滿足超大型鋁電解槽磁流體穩(wěn)定性運行的需要。本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0015](I)與現(xiàn)有技術(shù)(如限定進(jìn)電側(cè)電流按照比例在煙道端、出鋁端和槽底進(jìn)行分配)相比，本發(fā)明提出的母線配置方案可以針對任意特大型電解槽，其陰極數(shù)量可以隨項目本身改變，并且通過對端部電流量固定，可確保端部補(bǔ)償不會過度，又能對槽中部進(jìn)行一定補(bǔ)償，同時槽底母線產(chǎn)生的磁場由于交替抵消作用將會保持在較小值，因此，整個電解槽磁場的分布能夠更顯均勻，保證了很好的磁流體穩(wěn)定，將電解槽母線配置從按比例分配轉(zhuǎn)變?yōu)榘措娏鞣峙洌?br>[0016](2)本發(fā)明提出的母線配置方法較為靈活，可以針對項目的實際需要，設(shè)置或不設(shè)置外補(bǔ)償母線，因而具備有更廣泛的實用性，而且為槽外母線補(bǔ)償量的大小提供了一個指標(biāo)。
[0017]綜上所述，本發(fā)明是一種能快速的確定超大型鋁電解槽的母線基本配置，能夠有效的降低熔體的垂直磁場和水平磁場，實現(xiàn)沿槽長軸方向磁場的均勻分布，實現(xiàn)鋁電解槽的穩(wěn)定性運行，提高電解槽電流效率的超大型鋁電解槽的陰極母線配置方法。
【附圖說明】
[0018]圖1為超大型電解槽電磁流場計算模型圖。
[0019]圖2為超大型鋁電解槽陰極母線配置方法流程圖。
[0020]圖3為本發(fā)明實施例1中電解槽母線的配置圖。
[0021 ]圖4為本發(fā)明實施例1中電解槽的垂直磁場三維分布圖。
[0022]圖5為本發(fā)明實施例1中電解槽的穩(wěn)態(tài)電解質(zhì)-鋁液界面分布圖。
[0023]圖6為本發(fā)明實施例2中電解槽母線的配置圖。
[0024]圖7為本發(fā)明實施例2中電解槽的垂直磁場三維分布圖。
[0025]圖8為本發(fā)明實施例2中電解槽的穩(wěn)態(tài)電解質(zhì)-鋁液界面分布圖。
[0026]圖中:1-陰極軟母線；2-進(jìn)電側(cè)大面母線；3-本槽煙道端補(bǔ)償母線;4-本槽出鋁端母線;5-槽底補(bǔ)償母線;6-第一母線立柱;7-槽體;8-外補(bǔ)償母線;9-第二母線立柱；10-第三母線立柱;11-第四母線立柱;12-第五母線立柱;13-第六母線立柱;14-第七母線立柱。
【具體實施方式】
[0027]本發(fā)明是超大型鋁電解槽陰極母線配置方法，其流程如圖2所示，具體流程說明如下:
[0028]首先針對具體的電解槽類型，輸入電解槽的陰極組數(shù)目等參數(shù);其次，根據(jù)以上參數(shù)，在“端部母線電流總量控制、槽底母線交替補(bǔ)償?shù)窒钡脑瓌t下，將流經(jīng)煙道端的總電流量需控制在100-150kA、出鋁端電流量需控制在8