EA024151B1

EA024151B1 - Solid-cast anode holder for aluminium-producing electrolysers

Info

Publication number: EA024151B1
Application number: EA201201353A
Authority: EA
Inventors: Хуршед Абдумуминович Мирпочаев; Шералишо Олимович Кабиров; Хайдар Сафиев; Бозорали Сатторович Азизов; Надим Пулатович Мухамедиев; Рустам Мухторович Бахретдинов; Бахром Максутович Дусмухамедов; Салимжон Махкамбаев
Original assignee: Гу "Нии Металлургии" Гуп "Талко"
Priority date: 2012-08-24
Filing date: 2012-08-24
Publication date: 2016-08-31
Also published as: EA201201353A1

Abstract

The invention is related to metallurgy, in particular, to designs of anode holders for prebaked anodes in electrolysers for aluminium production. The device is solid-cast of aluminium-zirconium alloy and includes a rod and a serrated bracket with rounded peaks and ribs.

Description

Изобретение относится к металлургии, а именно к конструкциям анододержателей обожженных анодов электролизеров для производства алюминия.The invention relates to metallurgy, and in particular to constructions of anode holders of calcined anodes of electrolytic cells for aluminum production.

Известно несколько видов различающихся по конструкции анододержателей, применяемых в мировом алюминиевом производстве, общим для которых является наличие трех последовательно соединенных конструктивных элементов: токоведущей штанги, выполненной, как правило, из силумина, стального кронштейна (траверсы, консоли) и стальных ниппелей, которые посредством чугунной заливки обеспечивают контакт с угольным (нефтяной кокс, связанный пеком) анодом [1].There are several types of anode-holders that are different in design and are used in the global aluminum industry, common to which are the presence of three series-connected structural elements: a current-carrying rod, made, as a rule, of silumin, a steel bracket (traverse, console) and steel nipples, which are made of cast iron fillings provide contact with the coal (petroleum coke bound by pitch) anode [1].

Недостатки такой конструкции, обусловленные необходимостью соединения четырех разнородных материалов с различными показателями электрической проводимости и механической прочности - силумина, стали, чугуна и угольного анода, очевидны: наличие большого количества переходных зон контакта (от 10 до 14), неравномерное токораспределение, значительный и постепенно увеличивающийся в процессе эксплуатации перепад напряжения в переходных зонах штанга - кронштейн - ниппель - заливка - анод с одновременным снижением механической прочности, дорогостоящие технологии изготовления и соединения конструктивных элементов, трудоемкие, непроизводительные и экологически грязные операции по чугунной заливке и реставрации ниппелей, проблемы при транспортировке анододержателя в сборе с анодом и, как следствие, низкие технические характеристики - относительно короткий срок эксплуатации анододержателя и анодного токоподвода в целом, повышенный расход электроэнергии и нестабильная работа электролизера.The disadvantages of this design, due to the need to connect four dissimilar materials with different indicators of electrical conductivity and mechanical strength - silumin, steel, cast iron and a carbon anode, are obvious: the presence of a large number of transition contact zones (from 10 to 14), uneven current distribution, significant and gradually increasing during operation, the voltage drop in the transition zones of the rod - bracket - nipple - fill - anode with a simultaneous decrease in mechanical strength, road current manufacturing and connecting technologies for structural elements, labor-intensive, unproductive and environmentally dirty operations for cast iron casting and restoration of nipples, problems during transportation of the anode holder assembled with the anode and, as a result, low technical characteristics - relatively short life of the anode holder and the anode current supply as a whole, increased power consumption and unstable operation of the cell.

В качестве прототипа к заявленному изобретению выбран анододержатель анодного токоподвода электролизера для производства алюминия, состоящий из силуминовой штанги, биметаллической сталеалюминиевой вставки и литого стального кронштейна [2]. Отсутствие традиционных ниппелей и выполнение ниппельной части кронштейна в виде бруса трапециевидного сечения значительно улучшило технологические и технические характеристики процесса электролиза, что подтвердили проведенные на Государственном унитарном предприятии Таджикская алюминиевая компания (ГУП ТАлКо) опытно-промышленные испытания.As a prototype of the claimed invention, the anode holder of the anode current supply of the electrolyzer for aluminum production is selected, consisting of a silumin rod, a bimetal steel-aluminum insert and a cast steel bracket [2]. The absence of traditional nipples and the implementation of the nipple part of the bracket in the form of a beam of a trapezoidal cross section significantly improved the technological and technical characteristics of the electrolysis process, which was confirmed by pilot industrial tests conducted by the Tajik Aluminum Company (GUP TalCo) at the State Unitary Enterprise.

В то же время и в данной конструкции присутствует наиболее критический узел анододержателя соединение силуминовой штанги со стальным кронштейном. Уязвимость соединения связана с циклическими воздействиями высокой температуры, агрессивной среды, механическими нагрузками, диффузионным образованием хрупкой прослойки интерметаллидов и проявляется в снижении электропроводности и механической прочности анододержателя. Анализ источников информации [1, 3-5] показывает, что все предлагаемые технические решения (клиновые и болтовые соединения, применение биметаллических вставок, сварка трением, оплавление и т.д.) направлены не на радикальное устранение проблем в рассматриваемом узле, а лишь на частичное улучшение характеристик соединения, не совсем оправданное с точки зрения технологичности и экономичности.At the same time, in this design, the most critical node of the anode holder is the connection of the silumin rod with the steel bracket. The vulnerability of the compound is associated with the cyclic effects of high temperature, aggressive environment, mechanical stresses, diffusion formation of a brittle layer of intermetallic compounds and is manifested in a decrease in electrical conductivity and mechanical strength of the anode holder. The analysis of information sources [1, 3-5] shows that all the proposed technical solutions (wedge and bolt joints, the use of bimetallic inserts, friction welding, reflow, etc.) are aimed not at radical elimination of problems in the assembly under consideration, but only at partial improvement in the characteristics of the connection, not entirely justified in terms of manufacturability and economy.

Целью изобретения является улучшение технических и эксплуатационных характеристик анододержателя за счет уменьшения падений напряжения и повышения механической прочности.The aim of the invention is to improve the technical and operational characteristics of the anode holder by reducing voltage drops and increasing mechanical strength.

Поставленная цель достигается выполнением анододержателя в виде цельнолитой конструкции из алюминиево-циркониевого сплава.This goal is achieved by the implementation of the anode holder in the form of a cast structure of aluminum-zirconium alloy.

Предлагаемые конструкция и материал обеспечивают хороший баланс механической прочности, электропроводности и экономичности; отсутствие в конструкции анододержателя соединений (сопряжений) и значительное сокращение переходных зон контакта (до двух) в целом по анодному токоподводу способствует равномерному токораспределению в анодном блоке, снижению перепадов напряжения и стабильно высокой механической прочности, повышению технологичности и снижению трудоемкости при изготовлении, а также удобству при обслуживании и внутризаводских перемещениях.The proposed design and material provide a good balance of mechanical strength, electrical conductivity and economy; the absence of connections (conjugation) in the anode holder design and a significant reduction in contact transition zones (up to two) in the anode current supply as a whole promotes uniform current distribution in the anode block, reduces voltage drops and stably high mechanical strength, improves manufacturability and reduces the complexity of manufacturing, as well as convenience during servicing and in-plant movements.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлены принципиальная схема и общий вид конструкции. Цельнолитой анододержатель электролизера для производства алюминия, предназначенный для подвода положительного заряда от токоведущей ошиновки и удержания анода в рабочем положении, включает два элемента: штангу 1 и кронштейн 2.The invention is illustrated in the drawing, which shows a schematic diagram and General view of the structure. The one-piece anode holder of the electrolyzer for aluminum production, designed to supply a positive charge from the current-carrying busbar and to keep the anode in the working position, includes two elements: rod 1 and bracket 2.

Ниппельная часть кронштейна выполнена в виде усеченного обратного клина трапециевидного сечения, но в отличие от прототипа имеет закругления на вершинах и ребрах, что облегчает операции стыковки с анодным блоком и минимизирует механические напряжения в зонах соединения ниппельная часть кронштейна - анодный блок. Боковые грани кронштейна анододержателя имеют горизонтальное волнообразное рифление 3. Анододержатель с рифлеными гранями хорошо моделируется в соразмерном пазу разогретой полуаморфной массы анодного блока, что увеличивает площадь контакта и, соответственно, улучшает электромеханические параметры работы анодного токоподвода.The nipple part of the bracket is made in the form of a truncated trapezoidal cross-section wedge, but, unlike the prototype, it has curves at the tops and ribs, which facilitates docking operations with the anode block and minimizes mechanical stresses in the connection areas of the bracket nipple part - the anode block. The lateral faces of the anode holder bracket have a horizontal wave-shaped corrugation 3. An anode holder with corrugated faces is well modeled in the commensurate groove of the heated semi-amorphous mass of the anode block, which increases the contact area and, accordingly, improves the electromechanical parameters of the anode current supply.

Применение предложенного анододержателя ввиду идентичности его конструкции и типоразмеров традиционному возможно в действующих электролизерах без изменения их конструктивных элементов.The use of the proposed anode holder due to the identity of its design and sizes to the traditional one is possible in existing electrolyzers without changing their structural elements.

- 1 024151- 1,024,151

Источники информации:Information sources:

1. Янко Э.А. Аноды алюминиевых электролизеров. - М., Издательский дом Руда и металлы, 2001.1. Yanko E.A. Anodes of aluminum electrolyzers. - M., Publishing House Ore and Metals, 2001.

2. Евразийский патент № 015614 Анодный токоподвод электролизера для производства алюминия и способ его изготовления.2. Eurasian patent No. 015614 Anode current supply of the electrolyzer for aluminum production and a method for its manufacture.

3. А.с. № 590373 Анододержатель алюминиевого электролизера.3. A.S. No. 590373 Anode holder of an aluminum electrolyzer.

4. А.с. № 1231085 Анододержатель обожженного анода.4. A.S. No. 1231085 Anode holder of the calcined anode.

5. А.с. № 1772220 Анододержатель алюминиевого электролизера.5. A.S. No. 1772220 Anode holder of an aluminum electrolyzer.

Claims

An anode holder for electrolytic cells of aluminum production, including a bracket in the form of a truncated trapezoidal inverse wedge and a rod connected to it, characterized in that it is made of cast aluminum-zirconium alloy with rounding of the tops and ribs of the bracket and horizontal wave-like corrugation of the side faces of the bracket.