RU1790633C - Катодна секци алюминиевого электролизера - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к цветной металлургии , к производству алюмини  электролизом расплава. В угольном блоке 1 катодной секции алюминиевого электролизера выполнено сквозное коническое отверстие, в котором посредством плотного конического соединени  установлен токо- провод щий стержень 3, имеющий насечку, причем между блоком 1 и стержнем 3 размещен слой электропроводного композиционного материала. При нагреве подины ввиду объемного расширени  блока 1 и стержн  3 композиционный материал уплотн етс  во впадинах насечки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

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

Известна подова  секци  алюминиевого электролизера, содержаща  угольный блок с п а 3 о м7в котором посредством чугунной заливки Закрепл етс  токопровод щий стержень пр моугольного сечени .

Однако известна  подова  секци  не обеспечивает надежной работы электролизера , так как имеет концентраторы напр жений по углам паза, что при нагреве подины, а также при заливке токопровод - щего стержн  чугуном приводит к трещино- образованию угольного блока, снижению стойкости подины и сортности металла.

Кроме того, известна  конструкци  подовой секции не обеспечивает качественного контакта, между угольным блоком и заливаемым чугуном как при заливке чугуном, так и при эксплуатации ввиду разницы коэффициентов их температурного расширени .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  катодный элемент катодного резервуара дл  производства алюмини , содержащий угольный блок, имеющий по меньшей мере один круглый паз с насечкой, позвол ющей закрепить токопровод щий стержень в угольном блоке при его запрессовке.

Недостатком известного устройства  вл етс  ослабление угольного блока по кра м паза, а также создание в угольном блоке напр женного состо ни  при закреплении в нем токопровод щего стержн  путем запрессовки , что создает услови  дл  образовани  трещин. Напр жение в угольном блоке увеличиваетс  в процессе эксплуатации катодной секции за счет разности коэф- фициентов объемного расширени  материалов угольного блока и токопровод щего стержн , что также способствует трещи нообразованию.

Ввиду того, что прочность насечки угольного блока ниже прочности токопровод щего стержн , при запрессовке происходит неполное разрушение выступов насечки. Разрушенный материал насечки частично будет удал тьс  прессуемым стержнем из отверсти , а оставша с  часть - неравномерно заполн ть неразрушенные впадины. Неравномерное заполнение, а также возможна  неоднородность и пористость угольного блока уменьшает контактную поверхность соединени  угольный блок - токопровод щий стержень, что приводит

к повышению электрического сопротивлени  и, соответственно, к увеличению потреблени  энергии.

Образование насечки в пазу технологически сложно.

Целью изобретени   вл етс  повышение стойкости подины и экономи  электроэнергии в процессе электролиза путем увеличени  контактной поверхности соединени  угольный блок - токопровод щий стержень.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в угольном блоке катодной секции выполнено по меньшей мере одно сквозное коническое отверстие, в котором закреплен токопровод щий стержень, а сопр гаема  с отверстием его поверхность имеет насечку и выполнена с конусностью, обеспечивающей посто нное электрическое сопротивление стержн  на всей длине в зависимости от разности температур его нагрева в подине электролизера.

Кроме того, между угольным блоком и токопровод щим стержнем размещен слой

электропроводного композиционного материала , например высокотемпературного кле  или угольной пасты.

На фиг.1 показан общий вид катодной секции; на фиг.2 - узел I на фиг.1.

Катодна  секци  содержит угольный блок 1 (фиг,1), в котором в отверстии А посредством конического соединени , насечки В и электропроводного композиционного материала 2, заполнившего

впадины насечки В (фиг.2), закреплен токопровод щий стержень 3 конической формы. Насечку В любой формы (треугольна , трапецеидальна  и др.) выполн ют на токопро- вод щем стержне 3, имеющем конусность,

обеспечивающую посто нное электрическое сопротивление стержн  на всей длине в зависимости от разности температур его нагрева в подине электролизера.

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

R A i0)

Удельное сопротивление проводника в зависимости от температуры сечени  рт уОь(1+аТ),(2) где ро - удельное сопротивление материала проводника при температуре 0°С;

а - температурный коэффициент сопротивлени ;

Т - температура нагрева проводника.

Из анализа формул (1,2) следует, что при посто нном электрическом сопротивлении проводника его площадь увеличиваетс  пропорционально увеличению температуры его нагрева. Например, при температуре стержн  в подине электролизера, имеющего ширину 4 м, от 500°С у борта подины до 880°С в ее центре стальной стержень, изготовленный с посто нным электрическим сопротивлением , должен иметь конусность с соотношением диаметров (в мм)

D Vl,6d2.(3)

В качестве композиционного материала используют электропроводные клеи, работающие при температуре 950-1100°С, угольные пасты, примен емые в электродной промышленности,

Катодную секцию выполн ют следующим образом.

Токопровод щий стержень 3 устанавливают в отверстие А угольного блока 1 с обес- печением плотного конического соединени , предварительно нанес , известным способом на коническую поверхность отверсти  А угольного блока 1 и насечку В токопровод щего стержн  3 электропроводный композиционный материал 2. При этом происходит частичное деформирование вершин насечки В стержн  3.

После монтажа катодной секции, при ее нагреве в подине электролизера, насечка В на токопровод щем стержне 3 позвол ет за счет ее деформации компенсировать его объемное расширение, по сравнению с угольным блоком, ввиду разности коэффициентов объемного расширени  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 соединени . Затвердением композиционного материала при температуре его отвержде- ни  достигаетс  монолитность соединени 

угольный блок - токопровод щий стержень. По сравнению с известным техническим решением катодна  секци  алюминиевого электролизера позвол ет: повысить стойкость подины за счет изменени  конструкции катодной секции - замены паза в угольном блоке на отверстие, изменени  креплени  токопровод щего стержн , что уменьшает трещинообразование и приводит , в конечном счете, к увеличению межремонтного срока подины, увеличению сортности металла, снижению его себестоимости; снизить количество потребл емой электроэнергии за счет увеличени  более чем в 1,5 раза контактной поверхности соединени  угольный блок - токопровод щий стержень и изготовлени  стержн  с посто нным электрическим сопротивлением на всей длине в зависимости от разности температур его нагрева в подине электролизера (коническа  форма токопровод щего стержн ); снизить теплопотери электролизера через катодный токоподвод за счет уменьшени  сечени  токопровод щего стержн  на выходе из электролизера и, следовательно , уменьшени  поверхности теплообмена выступающей из него части стержн ; снизить металлоемкость электролизера за счет уменьшени  массы токопровод щего стержн .

Claims (3)

1. Формула изобретени  1. Катодна  секци  алюминиевого электролизера , содержаща  угольный блок с насечкой и закрепленным по меньшей мере одним токопровод щим стержнем, отличающа с  тем, что, с целью экономии электроэнергии за счет увеличени  контактной поверхности угольный блок - токопровод щий стержень, а также повышени  стойкости подины, токопровод щий стержень выполнен в виде обратного конуса с насечкой на поверхности и закреплен в коническом отверстии угольного блока посредством электропроводного композиционного материала.
2. 2. Катодна  секци  по п.1, о т л и ч а ю- щ а   с   тем, что в качестве сло  электропроводного композиционного материала она содержит высокотемпературный клей.
3. 3. Катодна  секци  по п.1, о т л и ч a torn , а   с   тем, что в качестве сло  электропроводного композиционного материала она содержит угольную пасту.