Катодная и анодная ошиновка

Поступающая на завод электроэнергия переменного тока преобразуется в постоянный ток на кремниевой преобразовательной подстанции (КПП) и подается на серию корпусов электролизеров (СКЭ). Сила тока на современных ваннах достигает 500 кА, а допустимая плотность тока в ошиновке, как правило, не превышает 0,25—0,3 А/мм². Таким образом, сечение общего шинопровода, подающего ток на ванну, составляет около 1 м². Поэтому ошиновка на мощных ваннах представляет собой сложную инженерную конструкцию, масса которой достигает 50 т.

Ошиновка является токоподводящим элементом электролизера, ее конструкция должна способствовать равномерному распределению тока по параллельным элементам ванны (анодные и катодные блоки, штыри, блюмсы и т.д.), быть технологичной, недорогой в изготовлении, удобной в эксплуатации и должна обеспечивать хорошо сбалансированное магнитное поле в расплаве ванны. С увеличением силы тока ужесточаются требования к конструкции ошиновки, поскольку ее стоимость превышает 10 % стоимости ванны. Сечение ошиновки определяется экономичной плотностью тока, при увеличении плотности тока повышаются потери электроэнергии в ошиновке. Также с целью снижения энергопотерь электролизеры располагаются возможно ближе друг к другу и соединяются последовательно в большие группы (серии). Напряжение на серии определяется характеристикой выпрямительных агрегатов и лимитируется условиями электробезопасности персонала.

Электролизеры на силу тока до 180-200 кА располагаются в корпусе в два ряда по принципу "торец к торцу" (продольное расположение). Ванны на силу тока более 200 кА компонуют по принципу "сторона к стороне" (поперечное расположение) и в корпусе расположен лишь один ряд электролизеров. Очевидно, что конфигурация ошиновки в каждом из этих случаев будет разной.

При продольном расположении ванн в корпусе ток двумя параллельными ветвями — с обеих сторон катода ванны — поступает на анод последующей и, пройдя через все элементы ванны, выходит на анод третьей по счету ванны. Для снижения влияния электромагнитных сил применяется ошиновка с двухсторонним подводом тока. На электролизерах с ВТ на силу тока до 180 кА практически на всех заводах России используется такая ошиновка. При двухрядном расположении электролизеров, расстояние между рядами не менее 12 м, что обеспечивает движение обрабатывающей техники. Но и такое расстояние приводит к влиянию магнитного поля соседнего ряда ванн. Кроме того, стояки соседних ванн образуют сильные горизонтальные магнитные поля в торцах ванн, воздействуя на горизонтальное магнитное поле, создаваемое током анода. Поэтому при повышении тока выше 200 кА используют поперечное расположение ванн с размещением стояков по длинным сторонам электролизера. Это позволяет за счет рационального расположения катодной ошиновки частично компенсировать негативное влияние магнитных полей.

Основные принципы построения конструкции ошиновки следующие.

Для двухстороннего токоподвода при двухрядном расположении ванн в корпусе очень важно скомпенсировать влияние соседнего ряда ванн. Наиболее просто эта задача решается путем более высокого расположения катодных и обводных шин по отношению к уровню металла и увеличением силы тока на обводных шинах, расположенных на ближней к соседнему ряду стороне электролизера.

При поперечном расположении ванн катодная ошиновка располагается под катодным кожухом, что резко упрощает и удешевляет ее конструкцию. Изменяя количество шин, число стояков, а также блюмсов, соединенных с каждым стояком, используя стояки только по продольным сторонам, пропуская шины под катодом и т.д., можно изменять конфигурацию ошиновки с целью создания наиболее благоприятного магнитного поля. Главное, чтобы конфигурация ошиновки была простой, чтобы уменьшить затраты на нее.

Ранее ошиновка выполнялась из меди, но сейчас используют только алюминий, что значительно дешевле. Шины различных сечений от 200х20 до 840х100 мм изготовляют на установках полунепрерывного литья.

При проектировании новых электролизёров применяют компьютерные программы, позволяющие учесть влияние стальных элементов ванны (катодный кожух, анодная балка, чугунные плиты перекрытия шинных каналов и пр.) на значения составляющих магнитного поля. Но по-прежнему конструкция электролизера принимается к широкому внедрению только после тщательной проверки ее на опытных участках.

Контрольные вопросы

1. Что общего у всех электролизёров?

2. Чем отличаются контрфорсные катоды от шпангоутных?

3. Зачем нужны контрфорсы?

4. Что такое шпангоут?

5. Почему инертный анод является нерасходуемым?

6. Как подаётся ток в электролизёр и как отводится?