專利名稱：鋁電解槽的母線配置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳導(dǎo)鋁電解槽電流的母線的配置。更具體地說，本發(fā)明至少在一些方面涉及橫向成排配置因而電流從一個槽傳導(dǎo)到排中下游的下一個槽的電解槽母線的配置。
一般的鋁電解槽通常呈長方形，有一個縱軸線和一個橫軸線，還具有一個裝有溫度在905℃至980℃以水晶石為主要原料的熔融電解液的罐。電解液中浸漬有一些碳質(zhì)陽極，懸掛在通常由兩個沿電解槽縱向延伸的陽極梁組成的陽極棒上。罐襯墊包括碳質(zhì)底板，構(gòu)成電解槽陰極結(jié)構(gòu)的一部分。碳質(zhì)底板中埋置有集電鋼條，沿電解槽橫向延伸，沿電解槽縱向上間隔一段距離配置。鋁金屬系通過電解作為熔融金屬池(墊)而形成，它覆蓋住熔融電解質(zhì)層底下的電解槽底板，被定期從哪里引出。在電解的過程中，往電解質(zhì)中加入氧化鋁，使其溶解在電解質(zhì)中，并除去碳的氧化物。
這些電解槽系橫向成排配置，電流即從上游電解槽的陰極傳送到下游下一個電解槽的陽極上。
“橫向成排配置”一語是說，各(通常系完全相同的)電解槽系配置得使其橫(短)軸線平行于一排電解槽的軸線，通常甚至與該排電解槽的軸線重合，同時各電解槽具有一下游側(cè)(毗鄰于一排中下游的下一個電解槽)和一上游側(cè)。埋置在一電解槽底板中的集電條平行于該排的軸線延伸，且終止于集電條的各端，一半處在電解槽的下游側(cè)，另一半處在上游側(cè)。位于電解槽外側(cè)的陽極立母線和母線用以將電流從這些集電條端傳導(dǎo)到下游的下一個電解槽的陽極梁上。
這些母線和立母線的設(shè)計必須符合各種準(zhǔn)則。其中一個準(zhǔn)則是，它們應(yīng)配置得使電解槽中產(chǎn)生的磁場、特別是磁場的垂直分量最小。所產(chǎn)生的磁場的垂直分量與電流的水平分量在熔融金屬墊中相互作用，引起一些能以不同方式影響金屬墊各不同部位的水平向的力的產(chǎn)生，從而使金屬運動，金屬表面隆起，并形成波紋形。由于這些干擾，因而需保持陽極與陰極的間距比所要求的還要大些，可是這一來就增大了電解槽的內(nèi)阻。
目前，加大電解槽和使它們在高電流密度下工作的傾向使上述問題更為嚴(yán)重，而且還產(chǎn)生了其它問題，例如，成本問題，和難以安裝和難以充分提供通往長排大型電解槽的通路。
這些問題是眾所周知的，而且迄今已有人提出母線的各種各樣的配置方式以解決這些問題。一種配置方式是令部分電流從上游集電條流經(jīng)繞電解槽各端(即毗鄰短邊)延伸的母線，其余部分的電流從上游集電條流經(jīng)沿電解槽底下延伸的母線。這種配置方式可以使所產(chǎn)生的磁場的垂直分量減少到最小程度，并使在電解槽的整個不同部位均衡。例如，美國專利3，415，724、美國專利4，313，811、英國專利1，032，810、蘇聯(lián)發(fā)明證書434，135和加拿大專利1，061，745中即介紹了這類配置方式。
美國專利4，474，611介紹的是修改的配置方式，是不對稱分流經(jīng)各電解槽各端底下和圍繞各電解槽各端底下的電流。具體的作法是將上游集電條分成不對稱于電解槽橫向軸線的三組，將中間(或大致中間)的一組與通過電解槽底下的各母線連接起來，并將端部各組與圍繞電解槽各相應(yīng)端的母線連接起來(在一個實施例中，同時還將端部一組的一些集電條與圍繞電解槽的“錯”端(“wrong”end)的各母線連起來以達到不對稱)。據(jù)說這樣做的好處是補償了鄰近各排電解槽的磁效應(yīng)。
雖然在那些有兩個或兩個以上間距很小的電解槽排的裝置中，鄰排電解槽所產(chǎn)生的磁效應(yīng)可能是至關(guān)重要的，但各電解槽排彼此的間距適當(dāng)時，在一電解槽范圍內(nèi)的毗鄰各電解槽的磁效應(yīng)對于電解槽的工作通常更為重要。
因此本發(fā)明的主要目的是將電解槽有害的磁流體動力學(xué)(magnetohy-drodynamics)效應(yīng)減少到最小程度，特別是當(dāng)各橫向電解槽按長排配置工作時。
本發(fā)明至少在一些方面的另一目的是要使各電解槽可以安置得更密一些，從而可以將安裝成排的電解槽的成本降低到最低程度，同時使一排電解槽的各電解槽之間可以有足夠的通道供電解槽工作、維護和檢修之用。
本發(fā)明的第一方面是部分基于這樣的認(rèn)識提出的，即當(dāng)在電解槽的整個區(qū)域中特別是沿各電解槽的縱向軸線作用到金屬墊上的磁場垂直分量符號(正或負)相同時，則由于沿電解槽聚集縱向沖力，于是熔融金屬表面產(chǎn)生不斷增長的相干振蕩。因此本發(fā)明在這方面的目的是使電解槽中、至少在縱向上產(chǎn)生垂直分量符號上的變化。
因此本發(fā)明的第一方面是對一種鋁電解槽作了改進，該鋁電解槽具有對置著的縱向側(cè)壁和對置著的端壁，還具有用以裝容含熔融金屬墊的電解槽內(nèi)容物的襯墊、通過襯墊延伸的陰極集電條和從各所述縱向側(cè)壁延伸的陰極集電條端部，改進內(nèi)容包括沿各縱向側(cè)壁延伸的且大致在所述金屬墊的垂直液面上具有一水平軸線的至少一個通常呈水平的集流母線、將所述各陰極集電條端部連接到所述集電母線的連接器、和多個在沿各所述縱向側(cè)壁間隔一段間距的各點處用以從所述各集電母線傳導(dǎo)出電流的電流抽頭，所述各電流抽頭與所述各集電母線系在這樣的位置連接，使得電流在所述各抽頭相反的縱向側(cè)上按相反的縱向流過所述各集電母線。
如果把陽極立母線配置得使其垂直軸線大致上與所述各電流抽頭的中心線重合(即大致上與電解槽的橫向成一直線)，則可以顯著提高陰極集電條反向電流在改變Bz符號方面的效果。
本發(fā)明的另一個方面是旨在將母線電流對金屬墊液面處磁場垂直分量的影響減少到最小程度，同時節(jié)省各電解槽之間的空間，具體作法是將電解槽的電流垂直向下引到金屬墊液面之下。
這樣，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供的是這樣一種鋁電解槽，該鋁電解槽具有對置著的縱向側(cè)壁和對置著的端壁，還具有用以裝容含熔融金屬墊的電解槽內(nèi)容物的襯墊、通過襯墊延伸的陰極集電條、從各所述縱向側(cè)壁延伸的陰極集電條端部、沿所述各側(cè)壁延伸用以收集所述各集電條端部的電流且通常呈水平的集電母線和用以傳導(dǎo)出所述各集電母線的電流的附加母線，其中所述各附加母線包括垂直配置的電流抽頭，用以將電流從所述各集電母線垂直向下傳送到所述金屬墊下面的垂直液面，以便限制所述各附加母線的磁場對所述金屬墊的影響。
本發(fā)明的其它方面還具有這樣的目的，即將母線電流對熔融墊液面處的磁場垂直分量的影響減少到最小程度，并(至少就這些其它方面中之一而言)節(jié)省各電解槽之間的空間。這個目的是這樣實現(xiàn)的，即大致上消除平行于電解槽縱軸線的長距離母線的磁效應(yīng)，具體作法是將電流往一個方向流動的一個電解槽出來的母線貼近電流大小相同而方向相反的毗鄰電解槽出來的母線安置。
因此，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在一排鋁電解槽的各相鄰鋁電解槽之間配置了一些母線和陽極立母線，該排的各電解槽通常呈矩形，其縱向側(cè)壁對置著，其各端部也對置著，且大致上對稱于一中心橫軸線，各電解槽在所述排中配置得使其各橫軸線大致上成一直線，各電解槽具有上游和下游陰極集電條和至少一個陽極梁;所述母線和陽極立母線就其橫軸線一側(cè)的兩半電解槽來說，包括各半個電解槽的至少兩個陽極立母線，該陽極立母線在沿各半個電解槽的所述至少一個陽極梁間隔一段間距的各點處連接到該所述梁上，使得各半個電解槽的一個陽極立母線更靠近該半個電解槽的縱向端，另一個陽極立母線更靠近電解槽中心;和至少兩個母線，將上游半個電解槽的上游集電條與毗鄰的下游半個電解槽的陽極立母線連接起來;所述諸母線中的第一個母線將毗鄰所述上游電解槽中心的一組所述上游集電條連接到更靠近下游電解槽縱向端的陽極立母線，并圍繞所述上游半個電解槽的縱向端;所述諸母線中的第二個母線將毗鄰該半個電解槽縱向端的所述上游半個電解槽的一組所述集電條連接到更靠近該下游半個電解槽中心的下游半個電解槽的陽極立母線，并通過該上游半個電解槽底下;
所述第一母線包括第一細長水平部分，在所述各集電條下面的一個垂直高度處橫切相應(yīng)的半個電解槽與毗鄰上游半個電解槽之間的電解槽排延伸;
所述第二母線包括第二細長水平部分，在所述各集電條下面的一個垂直高度處橫切相應(yīng)的半個電解槽與毗鄰下游半個電解槽之間的電解槽排延伸;
毗鄰電解槽的所述第一和第二細長水平部分系安置得使所述細長部分彼此相距很近，通常彼此互相平行，且其取向使得流過第一細長部分的電流方向與流經(jīng)毗鄰第二細長部分的電流方向相反。
根據(jù)本發(fā)明的又另一個方面，在一排鋁電解槽中的各相鄰鋁電解槽之間配置了一些母線和陽極立母線，該排的各電解槽通常呈矩形，其縱向側(cè)壁對置著，其各端也對置著，且大致上對稱于一中心橫軸線，各電解槽在所述排中配置得使其各橫軸線大致上成一直線，各電解槽具有上游和下游陰極集電條和至少一個陽極梁，所述母線和陽極立母線就其橫軸線一側(cè)的兩半電解槽來說，包括對于每半個電解槽的至少兩個陽極立母線，該陽極立母線在沿半個電解槽的至少一個陽極梁的間隔一段間距的各點連接到所述梁上，使得各半個電解槽的一個陽極立母線距該半個電解槽的縱向端近一些，另一個陽極立母線距該電解槽的中心近一些;和至少兩個母線，將上游半個電解槽的上游集電條與毗鄰下游半個電解槽的陽極立母線連接起來;所述諸母線中的第一個母線將毗鄰所述上游電解槽中心的一組所述上游集電條連接到更靠近下游電解槽縱向端的陽極立母線，并圍繞所述上游半個電解槽的縱向端;所述諸母線中的第二個母線將毗鄰該半個電解槽縱向端的所述上游半個電解槽的一組所述集電條連接到更靠近該下游半個電解槽中心的下游半個電解槽的陽極立母線，并通過該上游半個電解槽底下;
所述第一母線包括一細長部分，在所述半個電解槽與所述下游下一個半個電解槽之間向內(nèi)延伸，所述第二母線則包括一縱向部分，毗鄰于所述端部集電條組;
第一半個電解槽的所述細長部分平行靠近下游下一個半個電解槽的所述第二母線的所述縱向部分配置，所述細長部分和所述縱向部分配置得使所述各部分中的電流流向相反。


圖1是按本發(fā)明第一方面的最佳形式進行的配置的一個電解槽的平面圖，示出了各陰極集電條端部、各集電母線和各電流抽頭。
圖2是圖1所示的電解槽沿圖1的Ⅱ-Ⅱ線截取的剖面。
圖3示出了兩個毗鄰的、如圖1和2所示的那種電解槽的各部分，并舉例說明了陽極立母線將電流從上游電解槽(左邊的電解槽)傳導(dǎo)到下游電解槽(右邊的電解槽)的情況;
圖4示出了圖1至3中所使用的那種陰極母線和電流抽頭，并舉例說明了本發(fā)明另一個方面的一最佳形式。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一個方面的一個電解槽的陰極母線和一毗鄰下游電解槽的陽極立母線的腳部的最佳配置方式的透視圖。
圖6是與圖5相同的母線和陽極立母線的透視圖，但還示出了一毗鄰下游電解槽的各母線。
圖7是可用來連接電解槽各下游側(cè)的折疊母線結(jié)構(gòu)的透視圖。
圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的另一方面在兩個電解槽之間配置的母線的透視圖。
圖9是一半個電解槽和部分毗鄰下游半個電解槽的平面圖，示出了在實例中所使用的母線配置方式。
圖10是表示具圖9的母線結(jié)構(gòu)的電解槽的金屬墊處磁場的垂直分量(Bz)的透視曲線圖。
在下面的公開內(nèi)容中，由于電解槽的縱向軸線以X表示，電解槽的橫向軸線(和縱向排軸線)以Y表示，且電解槽的垂直軸線以Z表示，因而磁場作用在電解槽上的垂直分量就稱之為Bz。此外，“流入”一詞是用以說明從電解槽的縱向端流向電解槽中心通常平行于X軸線(或載有該電流的母線)的電流，“流出”一詞則用以說明在反方向(或載有該電流的母線)流動的電流。
另外，“較高的高度”一詞是用以說明位于大致與金屬墊同一垂直高度的水平母線部分，“較低的高度”一詞是用以說明位于電解槽底壁下面的垂直高度的水平母線部分。較高高度和較底高度的母線部分通常是由通常為垂直的母線部分進行連接。陽極立母線的底部(稱之為陽極立母線腳)從較低高度垂直向上延伸，但也可以在較高高度處進行連接。
只要可能的話，所有各圖中相似或相同的部件都用相似或相同的編號表示。當(dāng)圖內(nèi)表示兩個毗鄰的電解槽或其部件時，附加的′號(例如15′)表示該元件屬于下游電解槽。
圖1和2示出了本發(fā)明第一方面的一個最佳實施例。圖中示出了一個具有上游陰極集電條11和下游陰極集電條12的電解槽10，各集電條的各端從電解槽的各相應(yīng)側(cè)延伸。集電條11和12由通常是垂直的陰極集電條立母線13、14(以下稱陰極軟線)連接到電解槽上游側(cè)的集電母線15A、15B、15C和15D，和電解槽下游側(cè)的集電母線16A、16B、16C和16D。集電母線15A-D和16A-D平行于電解槽各邊水平延伸，它們的縱軸線(中間垂直高度)大致安置在金屬墊17的垂直液面上(即在較高的高度處，即垂直地處于金屬墊17的上表面與下表面之間的位置)。
電流抽頭18A-D或19A-D(見圖1)將電流從各集電母線往下引出?？梢钥吹剑骷娔妇€有一對上述抽頭(即集電母線15A有一對抽頭18A，等等)。各抽頭對中心在半個電解槽長度的四分之一處的各點上(即1/4，31/4，其中1是半個電解槽的長度)。最好采用成對抽頭而不采用單抽頭，因為這樣做既更為方便，而且電流分布得更好，節(jié)省空間方面也有所改進。
如圖示那樣安置集電母線15A-D、16A-D并在上述各點引出它們的電流，其目的是要在金屬墊17內(nèi)產(chǎn)生其符號如圖1所示那樣以“+”和“-”交替地表示出來的磁場垂直分量。這是因為電流在任一集電母線中的流向是從抽頭的一側(cè)流入，從抽頭的相反側(cè)流出。
將陽極立母線25A、B、C、D(見圖3、5和6)安置得使其各垂直軸線大致上與電流抽頭18A、B、C、D的中心線重合，可以提高上述改變符號的效果。
在圖1和2所示的具體實施例中有四個上游集電條15A至15D和四個下游集電母線16A至16D，各集電母線連接到10個陰極集電條上?？梢愿淖兗娔妇€的數(shù)目和連接到各集電母線的陰極集電條的數(shù)目，因為這些變量本身并不一定規(guī)定Bz沿電解槽的符號改變的次數(shù)。后者是由抽頭的數(shù)目和電流從陰極集電條11、12至各抽頭的路徑確定。每個電解槽側(cè)最好有兩個以上的抽頭，以便產(chǎn)生足夠多的符號變化從而防止金屬表面不穩(wěn)定。另一方面，若每個電解槽側(cè)的抽頭數(shù)多于四個，則介于各零點之間的Bz峰可能會小到這樣的程度，以致使它們?yōu)槠渌鼘?dǎo)體所產(chǎn)生的更強大的垂直磁場所淹沒。圖示的那種具有40個陰極集電條11、12的電解槽，每電解槽邊的抽頭數(shù)看來以四個為最理想。
沿電解槽各側(cè)設(shè)置的各集電母線可以少于四個(15A-15D和16A-16D)，每個設(shè)有多個抽頭，因為電流會從集電條流向最近的抽頭，從而仍然可以實現(xiàn)沿各電解槽側(cè)所希望有的電流反向情況。實際上，只需要有一個沿電解槽各側(cè)從電解槽一端至另一端敷設(shè)的集電母線，沿各電解槽側(cè)每隔一段間距有四個抽頭或抽頭對。雖然沿各電解槽側(cè)采用單個集電母線可能會有安裝困難和熱膨脹/收縮大的缺點，但安裝問題可以通過采用在現(xiàn)場焊接的兩半母線作為集電母線加以解決，熱膨脹/收縮問題也可以通過設(shè)置中心軟線部分加以解決。
從圖2、特別是從圖3可以清楚地看出，沿電解槽各側(cè)在較高高度處設(shè)一個或一個以上的水平集電母線15、16還具有這樣一個好處，集電母線以較為理想的方式安置，起了支撐電解槽之間工作底板20(叫做柵板)的作用，這就減除了對于該工作底板的獨立支撐的花費。
Bz按上述方式實現(xiàn)的符號改變應(yīng)盡可能與其它導(dǎo)體產(chǎn)生的Bz分量隔離開來。本發(fā)明在下面即將談到的其它方面就是要達到這個目的和其它目的。
首先，如圖4中所示，電解槽上游側(cè)各成對的電流抽頭18A-18D系連接到集電母線15A-15D的底面且垂直取向，因而傳送電流的方向大致上是垂直向下。但必要時各抽頭的上端也可以接到集電母線的任何垂直面，但這種配置方式對于電解槽之間空間的利用方面就欠經(jīng)濟了。在任何情況下，通過采用垂直抽頭，可以這種方式將電流傳送到金屬墊液面之下，最好是電解槽底部下，即傳送到較低高度。
通過這種配置方式，隨后的陰極母線部分就在磁場影響最小的較低高度處敷設(shè)(對于某些敷線希望在較高高度處進行的情況則例外)。這樣做具有這樣特別的好處，即可以避免在較高高度處敷設(shè)長的向里和向外的母線部分，因為這種母線敷設(shè)對Bz的影響是很大的。另一個好處是，與在較高高度處敷線和妨礙陽極立母線腳的情況相反，在較低高度處敷設(shè)隨后的縱向母線部分需要較小的空間。這樣，一排電解槽中毗鄰的各電解槽就可以更緊密地配置在一起，因而減少罐室(potroom)的長度，從而降低投資費用。
電流一到達電解槽上游側(cè)較低高度處，就應(yīng)該由后面的母線部分傳送到下游的下一個電解槽處的陽極立母線25上。通常，陽極立母線25的數(shù)目是和垂直抽頭18A等的數(shù)目一樣多，且各陽極立母線通常與那些抽頭成直線配置，即它們在各毗鄰電解槽之間在X方向上以通常是等間距的方式配置。通過使各陽極立母線(特別是其水平各部分-見圖3)與各抽頭成一直線，各陽極立母線的磁效應(yīng)增強了集電母線15、16所希望有的磁效應(yīng)。
附帶說一下，陽極立母線25通常有“正”的部分和“負”的部分，正立母線系連接到從上游電解槽的上游側(cè)出來的陰極母線，負立母線則連接到從上游電解槽的下游側(cè)出來的陰極母線。這樣做是必要的，其目的是盡量將等電位往后推得遠離上游電解槽，從而減小從電解槽兩側(cè)的集電母線至下游的下一個電解槽在路徑長度上的差值。
本發(fā)明還采用了母線的一種“交叉”配置方式，這種配置方式是將來自端部上游集電條群的電流傳送到下游下一個電解槽最里的陽極立母線，來自最里面集電條群的電流則傳送到下游下一個電解槽最外的陽極立母線上。這樣，來自電解槽上游側(cè)中間區(qū)的電流就轉(zhuǎn)接到下游下一個電解槽的橫向區(qū)，同時來自電解槽上游側(cè)橫向區(qū)的電流轉(zhuǎn)接到下游下一個電解槽的中間區(qū)。此外，還采用了母線的一種繞端在電解槽下(round-end、under-cell)的配置方式，這種配置方式是將來自上游中間集電條群的電流圍繞電解槽各端傳送，從而將來自最末端的集電條群的電流在電解槽底下傳送。將交叉配置方式與繞端在電解槽下的母線走線方式結(jié)合起來具有這樣的好處，即上游母線前面各路徑之間在長度上的差別較小，因而各母線在橫截面上的差別要求小一些，而這些橫截面在給定的壓降下可以制造得小一些。繞端在電解槽下的配置方式還可用以使電解槽在磁效應(yīng)方面達到最優(yōu)化，方法是適當(dāng)配置各種母線的走線。舉例說，可以通過在Bz中增設(shè)零點(交叉)，從而可將電解槽下的母線部分安置得使其可以減小Bz在各電解槽端部的分散情況。繞端電流可能要求敷設(shè)單母線，電解槽下的電流則可能要求平行敷設(shè)好幾個母線，每個配置得使其可以適當(dāng)方式局部改變Bz。流過電解槽下的大部分電流最好在靠近電解槽兩端處引出，即在電解槽的四分之一處或四分之三位置處以外(根據(jù)所考慮的是哪半個電解槽而定)。此外，要抵消陽極立母線對電解槽各端部處Bz的有害作用需要令某些繞端電流沿電解槽在較高高度處的各端部通過。
除采用繞端和電解槽下交叉配置方式外，上游集電條部分還配置得使其可以將縱向(向里和向外)敷設(shè)的部分對Bz的影響減少到最小程度。這里參照圖5和6所示的最佳實施例就這一點進行說明。
圖5是單個電解槽母線(為簡明起見，這里沒有示出電解槽本身)和毗鄰下游電解槽的陽極立母線各腳的透視圖。圖6是與圖5類似的透視圖，但還示出了下游電解槽的母線。
和圖1實施例的情況一樣，電解槽上游側(cè)的陰極集電條也是通過它們到集電母線15A、15B、15C和15D的連接配置成四組，電流(在此情況下)由單垂直抽頭18A、18B、18C和18D從這些集電母線垂直向下引出。四個陽極立母線25A、25B、25C和25D的各腳設(shè)在毗鄰上游和下游電解槽之間，這些陽極立母線的上端則在沿陽極梁縱向間隔一定間距的位置連接到下游下一個電解槽的陽極梁(圖中未示出，但為比較起見，可參看圖3的陽極梁)上。這種配置方式意味著有兩個最里的上游集電條組(即連接到集電母線15B和15C的那一組)、兩個最外的集電條組(即連接到集電母線15A和15D的那一組)、兩個最里的陽極立母線25B和25C和兩個最外的陽極立母線25A和25D。
電解槽橫向中心平面(Y軸線的平面)兩側(cè)的連接方式是彼此互為鏡象的，因此這里只說明一側(cè)(從各圖看起來是較近的一側(cè))。
在上述所要求的交叉配置方式中，(連接到最里集電條組的)集電母線15B系連接到最外陽極立母線的腳上的，而(連接到最外集電條組的)集電母線15A則連接到最里陽極立母線的腳上的。
來自集電母線15B的電流由垂直抽頭18B傳送到較低高度處，最好橫向(Y方向)由短橫向母線部分26B大致傳送到有關(guān)電解槽與下游下一個電解槽(圖中未示出)之間的中間縱向平面上，向外沿電解槽間的中間平面由母線部分27B傳送到電解槽縱向端外一短距離處，橫向由水平母線部分28B傳送至電解槽的部分寬度處，豎向由母線部分29B傳送到較高高度處，橫向在較高高度處由母線部分30B最好大致傳送到有關(guān)電解槽與下游下一個電解槽之間的電解槽間的中間平面，并由母線部分31B向內(nèi)傳送到陽極立母線25A的腳。
來自(連接到最外集電條組的)集電母線15A的電流由垂直抽頭18A向下傳送到較低高度，由母線部分26A向外傳送，由一對母線部分27A和28A(該對母線部分并聯(lián)連接，彼此稍微相隔一段距離，且如圖所示取稍有不同的路徑)橫向傳送到電解槽下面，然后向內(nèi)由母線部分29A最好大致沿有關(guān)電解槽與下游下一個電解槽之間的電解槽間的中間平面?zhèn)魉偷阶罾镪枠O立母線25B的腳上。
這種配置方式，除提供母線所要求的繞端和電解槽下的結(jié)構(gòu)和上游集電條所要求的至陽極立母線的交叉連接外，還具有在考慮到兩毗鄰電解槽的母線連接時因而十分顯著有益的好處，如圖6所示。圖6中還示出了圖5所示的下游處電解槽的母線和陽極立母線。上述特殊好處在于，上游電解槽連接到最里陽極立母線25B的內(nèi)向母線部分29A非?？拷移叫杏谙掠坞娊獠鄣哪妇€部分27B′，從最里的集電母線15B′在較低高度處傳送電流，而且這些母線部分29A和27B′的長度實質(zhì)上相同。鑒于這些母線部分在同一個垂直高度反向傳送電流(對27B′母線部分是向外，對29A母線部分是向內(nèi))，因而這兩個長的水平部分所引起的磁感應(yīng)作用實質(zhì)上互相抵消，從而不致在金屬墊液面處對Bz產(chǎn)生有害的影響。由于向內(nèi)和向外母線部分的磁效應(yīng)作用減少到最小程度，因而集電母線15、16所希望有的磁作用也達到最大程度。
為使抵消作用達到最佳程度，兩母線的走線應(yīng)盡可能近一些，在一定的電氣和機械性能限制條件下，在長度上應(yīng)盡可能相同，且所載送的電流盡可能一樣(但高達10%的差值并不致有太大的影響)。
當(dāng)然，集電條可以配置成使每半個電解槽多于兩組，但當(dāng)它們的數(shù)目(這受到集電條組數(shù)的限制)大于2時，縱向母線部分的磁影響就更難以抵消。同時，電流的走向問題就更為麻煩。同樣，每半個電解槽的陽極母線數(shù)也可以多于兩個。陽極立母線的數(shù)目是受到陽極數(shù)目和實際有關(guān)問題(例如為使操作人員能充分接近各陽極所要求的空隙)的限制。雖然陽極立母線通常是彼此均勻間隔的，但這決不是說非這樣做不可的。
從圖5和6可以看出，下游集電母線16A-D與陽極立母線25A-D之間在連接上并沒有交叉，即下游集電母線在各情況下都連接到最靠近的陽極立母線上。但電解槽任一側(cè)的電阻對金屬墊中的電流來說必須是相等的，否則在金屬墊兩端會有電流流通，而這對穩(wěn)定性是有害的。由于從電解槽兩側(cè)上集電母線至陽極立母線的路徑長度大不相同，要使上游和下游的電阻相等就需要大大縮小下游母線的橫截面。
但母線材料有一個不能超越的最大電流密度值，而這就成了下游母線橫截面的下限。因此，對下游母線而言非常重要的最小長度通常是會使其充塞電解槽之間的空間。要克服這個缺點可以把下游母線呈垂直折疊形式配置，例如圖7所示的那一種。安排母線垂直走線就可以使陽極立母線各腳之間的空間保持最小。此外，垂直折疊情況抵消了母線所產(chǎn)生的磁場，從而將對Bz在金屬墊液面的影響減少到最小程度。圖中示出了集電母線16A與陽極立母線15A之間的連接情況。這包括垂直抽頭19A和垂直母線部分36A、38A和40A在頂部或底部由連接件35A、37A和39A交替互連的情況。這種配置方式形成四個垂直互連部分，但或多或少可以使其達到所要求的效果。
再參看上游母線的連接情況，若電解槽之間存在可利用的空間的話，則上游母線在電解槽兩縱向端可以取與圖1至6所示上游集電母線垂直引出方式不同的配置方式。這包括如圖8所示的那種將最外集電母線從端部引出的配置方式。圖8示出了兩個毗鄰的半個電解槽(以虛線表示)和半個電解槽的上游集電母線15A、15B與下游電解槽陽極立母線25A、25B的各腳之間的連接情況。該連接情況基本上與圖5和6的相同，只是電流在垂直向下引到較低高度之前先傳送到最外集電母線15的最外端。
在這種配置方式的情況下，將繞端電流引到下游下一個電解槽最外陽極立母線25A各腳的縱向引入母線部分31B，基本上抵消了下游下一個電解槽輸出縱向集電母線部分15A′的磁場影響。這種抵消作用是否有利，取決于母線和電解槽系統(tǒng)的實際幾何條件。
下面進一步舉例說明本發(fā)明的內(nèi)容。實例構(gòu)成母線設(shè)計總的如圖9所示的兩個電解槽，并使它們投入運行。各電解槽中心線之間的距離為6.5米。電解槽的總電流為310千安，對于總共有80個集電條和32個陽極的每四分之一電解槽，其集電條為20個(圖9中只示出其中一部分)，預(yù)烘陽極(圖中未示出)為8個。沿電解槽的整個長度有四個負荷相等傾斜的陽極立母線組，各組包括連接到從上游電解槽上游側(cè)出來的陰極母線的一個“正”立母線(25A，25B)和連接到從上游電解槽(25AA，25BB)上游側(cè)出來的陰極母線上的一個“負”立母線。各正陽極立母線和各負陽極立母線傳送來自上游電解槽10個集電條的電流。
所有的水平母線部分或者是處在電解槽槽腔高度，或者是處在電解槽下母線的高度。
圖9示出了流過母線的實際電流的各百分比。圖中的空心箭頭指示沿電解槽排的電流方向。
圖10示出了Bz在金屬墊液面處、在電解槽內(nèi)的分布情況。從圖中可以清楚地看到沿電解槽縱向其符號的改變情況，而甚至在電解槽上游各角落處，Bz在陽極陰影內(nèi)(即在陽極緊底下)任何點的強度都不超過40高斯。所得到的電解槽基本上不存在金屬墊不穩(wěn)定的現(xiàn)象。
本發(fā)明的各不同方面使電解槽可以更高效地運行，并降低投資費用。
權(quán)利要求
1.一種鋁電解槽(10)，具有對置著的縱向側(cè)壁和對置著的端壁，還具有用以裝容含熔融金屬墊(17)的電解槽內(nèi)容物的襯墊、通過襯墊延伸的陰極集電條(11，12)和從條所述縱向側(cè)壁延伸的陰極集電條端部，其特征在于，至少一個通常呈水平的集電母線(15A-15D，16A-16D)沿各縱向側(cè)壁延伸，且其水平軸線大致處在所述金屬墊(17)的垂直液面處；設(shè)有連接器(13，14)，用以將所述陰極集電條端部連接到所述集電條上；在沿各所述縱向側(cè)壁并間隔著一段間距的各點處設(shè)有多個電流抽頭(18A-18D，19A-19D)，用以從所述集電母線傳導(dǎo)出電流，所述電流抽頭在這樣的位置連接到所述集電母線上，使得電流在各所述抽頭的兩縱向側(cè)按相反的縱向流過所述集電母線。
2.如權(quán)利要求1所述的電解槽，其特征在于，每個電解槽縱向側(cè)至少有三個電流抽頭(18A-18D，19A-19D)。
3.如權(quán)利要求1所述的電解槽，其特征在于，每個電解槽縱向側(cè)有四個電流抽頭。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的電解槽，其特征在于，所述電流抽頭(18A-18D，19A-19D)將電流從所述集電母線(15A-15D，16A-16D)垂直往下導(dǎo)引。
5.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的電解槽，其特征在于，沿所述電解槽的各縱向側(cè)延伸有單個集電母線(15A-15D，16A-16D)。
6.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的電解槽，其特征在于，沿所述電解槽的各縱向側(cè)大致水平排列地延伸有多個集電條(15A-15D，16A-16D)。
7.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的電解槽，其特征在于，沿所述電解槽的各縱向側(cè)延伸有四個集電母線(15A-15D，16A-16D)，各所述集電母線在其接近中點處連接至一個分立的電流抽頭(18A-18D，19A-19D)上。
8.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的電解槽，其特征在于，用以將各所述集電條端部連接到所述集電母線的所述連接器(13，14)一般呈垂直延伸。
9.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的電解槽，其特征在于，其數(shù)量與所述電流抽頭(18A-18D，19A-19D)相等且在電解槽縱向相隔一定間距配置的多個陽極立母線(25A-25D)，所述陽極立母線系配置得使它們的垂直軸線通常在電解槽的橫向與所述諸電流抽頭的各中心點成一直線。
10.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的一對毗鄰的電解槽，其特征在于在所述電解槽之間延伸的元件(20)，其相對的橫向端在所述毗鄰的電解槽上由集電母線(15A-15D，16A-16D)支撐著，形成工作底板。
11.一種鋁電解槽，具有對置著的縱向側(cè)壁和對置著的端壁，還具有用以裝容含熔融金屬墊(17)的電解槽內(nèi)容物的襯墊、通過襯墊延伸的陰極集電條(11，12)、從各所述縱向側(cè)壁延伸的陰極集電條端部、沿所述各側(cè)壁延伸用以收集所述各集電條端部的電流且一般呈水平的集電母線(15A-15D，16A-16D)、和用以傳導(dǎo)出所述各集電母線的電流的附加母線部分(26-31)，其特征在于，所述各附加母線部分包括垂直配置的電流抽頭(18A-18D，19A-19D)，用以將電流從所述各集電母線垂直向下傳送到所述金屬墊(17)下面的垂直液面，以便限制所述各附加母線部分的磁場對所述金屬墊的影響。
12.如權(quán)利要求11所述的電解槽，其特征在于，所述集電母線(11，16)的縱向軸線的位置大致處在與所述金屬墊(17)同一高度處。
13.如權(quán)利要求11所述的電解槽，其特征在于，所述電解槽的各縱向側(cè)設(shè)有多個垂直電流抽頭(18A-18D，19A-19D)。
14.如權(quán)利要求11至13中任一項所述的電解槽，其特征在于，所述附加母線部分(26-31)將所述電解槽連接到一毗鄰電解槽的陽極立母線(25A-25D)上。
15.在一排鋁電解槽(10)的各毗鄰的鋁電解槽之間的一種母線和陽極立母線配置方式，該排的各電解槽通常呈矩形，其縱向側(cè)壁對置著，其各端部也對置著，且大致上對稱于一中心橫軸線，這些電解槽在所述排中配置得使其各橫軸線大致上成一直線，各電解槽具有上游和下游陰極集電條(11，12)和至少一個陽極梁(46);其特征在于，所述母線和陽極立母線配置就其橫軸線一側(cè)的兩半個電解槽來說，包括各半個電解槽的至少兩個陽極立母線(25A-25B)，該陽極立母線在沿各半個電解槽的所述至少一個陽極梁(46)的間隔一段間距的各點處連接到所述陽極梁上，使得各半個電解槽的一個陽極立母線更靠近該半個電解槽的縱向端，另一個陽極立母線更靠近電解槽中心;和至少兩個母線(15A，15B)，用以將上游半個電解槽的上游集電條(11)與毗鄰的下游半個電解槽的陽極立母線(25A，25B)連接起來;所述母線中的第一個母線(15B)將一組毗鄰所述上游電解槽中心的所述上游集電條連接到更靠近下游電解槽縱向端的陽極立母線(25A)，并圍繞所述上游半個電解槽的縱向端;所述母線中的第二個母線(15A)將一組毗鄰該半個電解槽縱向端的所述上游半個電解槽的所述集電條連接到更靠近該下游半個電解槽中心的下游半個電解槽的陽極立母線(25B)，并通過該下游半個電解槽底下;所述第一母線(15B)包括第一細長水平部分(27B)，在所述各集電條下面的一個垂直高度處橫切相應(yīng)半個電解槽與毗鄰上游半個電解槽之間的電解槽排延伸;所述第二母線(15A)包括第二細長水平部分(29A)，在所述各集電條下面的一個垂直高度處橫切相應(yīng)半個電解槽與毗鄰下游半個電解槽之間的電解槽排延伸;毗鄰電解槽的所述第一和第二細長水平部分(27B，29A)系安置得使所述細長部分彼此相距很近，一般彼此互相平行，且取向得使流過第一細長部分的電流方向與流經(jīng)毗鄰第二細長部分的電流方向相反。
16.如權(quán)利要求15所述的配置方式，其特征在于，所述第一和第二細長水平部分(27B，29A)毗鄰著各毗鄰電解槽之間的中間垂直平面配置。
17.如權(quán)利要求15所述的配置方式，其特征在于，每半個電解槽有兩個陽極立母線(25A，25B)和兩個母線(15A，15B)。
18.如權(quán)利要求15至17中任一項所述的配置方式，其特征在于，所述毗鄰的第一和第二細長部分(27B，29A)的長度基本相同。
19.如權(quán)利要求15至17中任一項所述的配置方式，其特征在于，所述毗鄰的第一和第二細長部分(27B，29A)所載的電流基本相等。
20.如權(quán)利要求15至17中任一項所述的配置方式，其特征在于，所述毗鄰的第一和第二部分(27B，29A)彼此靠近配置，使得各部分產(chǎn)生的垂直磁場大致上彼此抵消。
21.如權(quán)利要求15至17中任一項所述的配置方式，其特征在于，所述第一母線(15B)包括一繞端部分(28B，29B，30B)，該繞端部分一部分在所述金屬墊(17)底下的一個垂直液面處延伸，一部分在基本上與所述金屬墊同高度處延伸，在它們之間有一個一般呈垂直的接線(29B)。
22.如權(quán)利要求15至17中任一項所述的配置方式，其特征在于，所述第二母線在半個電解槽中毗鄰其縱向端的一點處在半個電解槽下面延伸。
23.如權(quán)利要求15至17中任一項所述的配置方式，其特征在于，所述第二母線分為兩個并聯(lián)電氣支路(27A，28A)，該并聯(lián)支路在連接到第二母線之前再連接到一陽極立母線(25A)上，所述并聯(lián)支路取這樣的走線，使得對所述電解槽不希望有的垂直磁效應(yīng)降到最小。
24.如權(quán)利要求15所述的配置方式，其特征在于，所述至少兩個母線包括至少兩個沿各縱向側(cè)壁延伸且其水平軸線基本處在所述金屬墊(17)的垂直液面的集電母線(15A-15D，16A-16D)、和多個在沿各所述縱向側(cè)壁間隔一定間距的各點處的電流抽頭(18A-18D，19A-19D)，用以從所述集電母線上傳導(dǎo)出電流，所述電流抽頭在這樣的位置連接到所述集電母線，使得流過所述集電母線的電流在各所述抽頭的兩縱向側(cè)按相反的縱向流動。
25.如權(quán)利要求24所述的配置方式，其特征在于，所述電流抽頭(18A-18D，19A-19D)一般呈垂直配置，使得所述抽頭所傳送的電流垂直向下流向所述金屬墊(17)下面的一個垂直液面，以限制所述電流的磁場對所述金屬墊的影響。
26.如權(quán)利要求15、24和25中任一項所述的配置方式，其特征在于，下游集電條群由垂直折疊母線連接到毗鄰的陽極立母線上。
27.在一排鋁電解槽的各毗鄰的鋁電解槽(10)之間的一種母線和陽極立母線配置方式，該排的各電解槽一般呈矩形，其縱向側(cè)壁對置著，其各端部也對置著，且大致上對稱于一中心橫軸線，這些電解槽在所述排中配置得使其各橫軸線基本上成一直線，各電解槽具有上游和下游陰極集電條(11，12)和至少一個陽極梁(46);其特征在于，所述母線和陽極立母線配置就橫軸線一側(cè)的兩半個電解槽來說，包括各半個電解槽的至少兩個陽極立母線(25A，25B)，該陽極立母線在沿各半個電解槽的至少一個陽極梁(46)的間隔一段間距的各點連接到所述陽極梁上，使得各半個電解槽的一個陽極立母線(25A)距該半個電解槽的縱向端較近，另一個陽極立母線(25B)距該電解槽的中心較近;和至少兩個母線(15A，15B)，將上游半個電解槽的上游集電條與毗鄰下游半個電解槽的陽極立母線(25A，25B)連接起來;所述母線中的第一個母線(15B)將一組毗鄰所述上游電解槽中心的所述上游集電條(11)連接到更靠近下游電解槽縱向端的陽極立母線(25A)，并圍繞所述上游半個電解槽的縱向端;所述母線中的第二個母線(15A)將一組毗鄰該半個電解槽縱向端的所述上游半個電解槽的所述集電條連接到更靠近該下游半個電解槽中心的下游半個電解槽的陽極立母線(25B)，并通過該上游半個電解槽底下;所述第一母線包括一細長部分(31B)，在所述半個電解槽與所述下游下一個半個電解槽之間向內(nèi)延伸，所述第二母線(15A)則包括一縱向部分(15A)，毗鄰所述端部集電條組;第一半個電解槽的所述細長部分(31B)平行靠近下游下一個半個電解槽的所述第二母線的縱向部分(15A′)配置，所述細長部分和所述縱向部分配置得使所述各部分中的電流方向相反。
全文摘要
電解槽各側(cè)配備至少一水平集電母線(15A-15D；16A-16D)，沿其上有多個電流抽頭(18A-18D；19A-19D)，電流沿母線在抽頭各側(cè)反向，使縱向加在墊上的磁場垂直分量的符號變化，防止該墊不穩(wěn)定。又，母線電流抽頭垂直配置，將電流傳至金屬墊(17)液面下，并再分配，使有害磁效應(yīng)減為最小。又，各槽成排配置，電流按繞端在槽下交叉配置在各槽間傳送，毗鄰槽母線長水平部分(29A，27B′)緊密相靠，電流反向，以抵消有害磁效應(yīng)。
文檔編號C25C3/16GK1051766SQ9010846
公開日1991年5月29日 申請日期1990年10月13日 優(yōu)先權(quán)日1989年10月13日
發(fā)明者理查德·F·博伊文, 讓-保羅·R·胡尼, 羅伯特·勒布朗 申請人:艾爾坎國際有限公司