Катодная секция алюминиевого электролизера

 

Изобретение относится к цветной металлургии , к производству алюминия электролизом расплава. В угольном блоке 1 катодной секции алюминиевого электролизера выполнено сквозное коническое отверстие, в котором посредством плотного конического соединения установлен токопроводящий стержень 3, имеющий насечку, причем между блоком 1 и стержнем 3 размещен слой электропроводного композиционного материала. При нагреве подины ввиду объемного расширения блока 1 и стержня 3 композиционный материал уплотняется во впадинах насечки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 25 С 3/08

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ Ы (21) 4833979/02 (22) 01.06.90 (46) 23.01.93. Бюл, N 3 (71) Государственный специализированный ремонтно-монтажный трест "Строймонтаж" . (72) Л.П.Орлов (73) Государственный специализированный ремонтно-монтажный трест "Строймонтаж" (56) Патент Швейцарии М 663624, кл. С 25 С

3/08, 1985. (54) КАТОДНАЯ СЕКЦИЯ АЛЮМИНИЕВОГО

ЭЛ ЕКТРОЛИЗЕРА (57) Изобретение относится к цветной металлургии, к производству алюминия элект„„5U „„1790633 А3 ролизом расплава. B угольном блоке 1 катодной секции алюминиевого электролизера выполнено сквозное коническое отверстие, в котором посредством плотного конического соединения установлен токопроводящий стержень 3, имеющий насечку, причем между блоком 1 и стержнем 3 размещен слой электропроводного композиционного материала. При нагреве подины ввиду объемного расширения блока 1 и стержня 3 композиционный материал уплотняется во впадинах насечки. 2 з.п, ф-лы, 2 ил.

«4

О

О о

Cd

jlCd

1790633

Изобретение относится к цветной металлургии, например к производству алюминия электролизом расплава, и может быть использовано при изготовлении и ремонте катодных устройств алюминиевых электролизеров.

Известна подовая секция алюминиевого электролизера, содержащая угольный блок с йазбР, в котором посредством чугунной заливки закрейляется токопроводящий стержень прямоугольного сечения.

Однако известная подовая секция не обеспечивает надежной работы электролизера, так как имеет концентраторы напряжений по углам паза, что при нагреве подины, а также при заливке токопроводящего стержня чугуном приводит к трещинообразованию угольного блока, снижению стойкости подины и сортности металла.

Кроме того, известная конструкция подовой секции не обеспечивает качественного контакта между угольным блоком и заливаемым чугуном как flpN заливке чугуном, так и при эксплуатации ввиду разницы коэффициентов их температурного расширения, Наиболее близким к изобретению по технической сущности является катодный элемент катодного резервуара для производства алюминия, содержащий угольный блок, имеющий по меньшей мере один круглый паз с насечкой, позволяющей закрепить токопроводящий стержень в угольном блоке при его запрессовке.

Недостатком известного устройства является ослабление угольного блока по краям паза, а TBK>KG создание в угольном блоке напряженного состояния при закреплении в нем токопроводящего стержня путем запрессовки, что создает условия для образования трещин. Напряжение в угольном блоке увеличивается в процессе эксплуатации катодной секции за счет разности коэффициентов объемного расширения материалов угольного блока и токопроводящего стержня, что также способствует трещинообразованию.

В виду того, что прочность насечки угольного блока ниже прочности токопроводящего стержня, при запрессовке происходит неполное разрушение выступов насечки, Разрушенный материал насечки частично будет удаляться прессуемым стержнем из отверстия, а оставшаяся часть— неравномерно заполнять неразрушенные впадины, Неравномерное заполнение, а также возможная неоднородность и пористость угольного блока уменьшает контактную поверхность соединения угольный блок — токопроводящий стержень, что приводит

Известно, что электрическое сопротивление проводника (стержня) в любом сечении пропорционально удельному сопротивлению о проводника в зависимости от температуры его нагрева в этом сечении, длине I проводника, где эта температура постоянна, и обратно пропорционально площади S стержня:

R =р, I

S (1)

Удельное сопротивление проводника в зависимости от температуры сечения р, = р, (1 + а T), (2) где po — удельное сопротивление материала проводника при температуре 0 С; к повышению электрического сопротивления и, соответственно, к увеличению потребления энергии.

Образование насечки в пазу технологи5 . чески сложно, Целью изобретения является повышение стойкости подины и зкономия электроэнергии в процессе электролиза путем увеличения контактной поверхности соединения угольный блок — токопроводящий стержень, Поставленная цель достигается тем, что в угольном блоке катодной секции выполнено по меньшей мере одно сквозное кониче"5 ское отверстие, в котором закреплен токопроводящий стержень, а сопрягаемая с отверстием его поверхность имеет насечку и выполнена с конусностью, обеспечивающей постоянное электрическое сопротивление стержня на всей длине в зависимости от разности температур его нагрева в падине электролизера.

Кроме того, между угольным блоком и токопроводящим стержнем размещен слой

25 электропроводного композиционного материала, например высокотемпературного клея или угольной пасты, На фиг,1 показан общий вид катодной секции; на фиг.2 — узел на фиг,1, Катодная секция содержит угольный блок 1 (фиг.1), в котором в отверстии А посредством конического соединения, насечки B и электропроводного композиционного материала 2, заполнившего впадины насечки B (фиг,2), закреплен токопроводящий стержень 3 конической формы.

Насечку B любой формы {треугольная, трапецеидальная и др.) выполняют на токопроводящем стержне 3, имеющем конусность, 40 обеспечивающую постоянное электрическое сопротивление стержня на всей длине в зависимости от разности температур его нагрева в падине электролизера.

1790633 6

50

55 и — температурный коэффициент сопротивления;

Т вЂ” температура нагрева проводника.

Из анализа формул (1,2) следует, что при постоянном электрическом сопротивлении проводника его площадь увеличивается пропорционально увеличению температуры

его нагрева. Например, при температуре стержня в подине электролизера, имеющего ширину 4 м, от 500 С у борта подины до

880 С в ее центре стальной стержень, изготовленный с постоянным электрическим сопротивлением, должен иметь конусность с соотношением диаметров (в мм) D =ч Г6 d . (3)

В качестве композиционного материала используют электропроводные клеи, работающие при температуре 950 — 1100 С, угольные пасты, применяемые в электродной промышленности, Катодную секцию выполняют следующим образом.

Токопроводящий стержень 3 устанавливают в отверстие А угольного блока 1 с обеспечением плотного конического соединения, предварительно нанеся известным способом на коническую поверхность отверстия А угольного блока 1 и насечку B токопроводящего стержня 3 электропроводный композиционный материал

2. При этом происходит частичное деформирование вершин насечки В стержня 3, После монтажа катодной секции, при ее нагреве в подине электролизера, насечка В на токопроводящем стержне 3 позволяет за счет ее деформации компенсировать его объемное расширение, по сравнению с угольным блоком, ввиду разности коэффиФормула изобретения

1, Катодная секция алюминиевого электролизера, содержащая угольный блок с насечкой и закрепленным по меньшей мере одним токопроводящим стержнем, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью экономии электроэнергии за счет увеличения контактной поверхности угольный блок — токопроводящий стержень, а также повышения стойкости подины, токопроводящий стержень выполнен в виде обратного конуса с насечкой на поверхности и закреплен в ко5

40 циентов объемного расширения их материалов. В результате происходит уменьшение объема впадин насечки В, уплотнение композиционного материала 2 и заполнение им неровностей и пор угольного блока 1, что увеличивает контактную поверхность соеди н ения. Затвердением композицион ного материала при температуре его отверждения достигается монолитность соединения угольный блок — токопроводящий стержень.

По сравнению с известным техническим решением катодная секция алюминиевого электролизера позволяет: повысить стойкость подины за счет изменения конструкции катодной секции — замены паза в угольном блоке на отверстие, изменения крепления токопроводящего стержня, что уменьшает трещинообразование и приводит, в конечном счете, к увеличению межремонтного срока подины, увеличению сортности металла, снижению его себестоимости; снизить количество потребляемой электроэнергии за счет увеличения более чем в 1,5 раза контактной поверхности соединения угольный блок — токопроводящий стержень и изготовления стержня с постоянным электрическим сопротивлением на всей длине в зависимости от разности температур его нагрева в подине электролизера (коническая форма токопроводящего стержня); снизить теплопотери электролизера через катодный токоподвод за счет уменьшения сечения токопроводящего стержня на выходе из электролизера и, следовательно, уменьшения поверхности теплообмена выступающей из него части стержня; снизить металлоемкость электролизера за счет уменьшения массы токопроводящего стержня. ническом отверстии угольного блока посредством электропроводного композиционного материала.

2. Катодная секция по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что в качестве слоя электропроводного композиционного материала она содержит высокотемпературный клей.

3. Катодная секция по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что в качестве слоя электропроводного композиционного материала она содержит угольную пасту, 1790633

25

35

45

Составитель Л.Орлов

Техред М.Моргентал Корректор Н.Слободяник

Редактор Г.Бельская

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 368 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5