EA040029B1

EA040029B1 - CATHODE ELEMENTS FOR THE HALL-HEROU CELL FOR PRODUCING ALUMINUM AND A CELL OF THIS TYPE HAVING SUCH ELEMENTS INSTALLED

Info

Publication number: EA040029B1
Application number: EA202092170
Authority: EA
Inventors: Мартин Зегац; Йорунд Хоп; Стефан Едек
Original assignee: Норск Хюдро Аса
Priority date: 2018-03-14
Filing date: 2019-03-04
Publication date: 2022-04-11

Description

Изобретение относится к катодным элементам для ячейки Холла-Эру для получения алюминия и к ячейке этого типа, имеющей такие установленные элементы.The invention relates to cathode elements for a Hall-Héroult cell for the production of aluminum and to a cell of this type having such installed elements.

Обычно катодные элементы для ячеек для получения алюминия изготавливают из предварительно обожженных катодных блоков или тел из кальцинированного углеродистого материала, причем тела имеют предварительно сформированные канавки или пазы в их нижней части, которые позволяют вводить в них и прикреплять к ним токопроводы, такие как сборные шины. Пространство между стенкой пазов и стержнями может быть, как правило, заполнено расплавленным чугуном или контактирующей пастой или клеем для фиксации упомянутых сборных шин. Несколько катодных элементов устанавливаются в ячейке и образуют вместе катод.Typically, cathode elements for aluminum producing cells are made from prebaked cathode blocks or bodies of calcined carbonaceous material, the bodies having preformed grooves or slots in their bottom that allow conductors, such as busbars, to be inserted and attached to them. The space between the wall of the grooves and the pins can generally be filled with molten iron or a contact paste or adhesive to fix said busbars. Several cathode elements are installed in the cell and together form a cathode.

В соответствии с собственной заявкой WO 2009/099335 A1 заявителей в качестве заполняющего материала между проводником электрического тока и углеродистым телом из кальцинированного углеродистого материала в электроде применяются электропроводящие частицы. Использование электропроводящих частиц без упрочняющей матрицы облегчает подвижность проводящих частиц для электрического тока, когда геометрия изменяется во времени, например, из-за теплового расширения. Наблюдалось увеличение электрического сопротивления катодного элемента, на который были нанесены такие частицы, по сравнению с широко используемой контактной пастой или расплавленным чугуном. На фиг. 9, приведенной из упомянутого WO-документа, раскрыт вид с торца катодного блока, имеющего выемки или пазы в его нижней части. В пазах размещаются коллекторные элементы, при этом оставшееся пространство заполняется электропроводящими частицами. Коллекторные элементы прикреплены к коллекторной пластине, на которую подается ток и которая дополнительно обеспечивает стабильность катодного элемента и образует дополнительную контактную зону.According to the applicants' own application WO 2009/099335 A1, electrically conductive particles are used as a filling material between an electrical current conductor and a carbonaceous body of calcined carbonaceous material in the electrode. The use of electrically conductive particles without a reinforcing matrix facilitates the mobility of the conductive particles for electric current when the geometry changes over time, for example due to thermal expansion. An increase in the electrical resistance of the cathode element to which such particles were deposited was observed compared to the commonly used contact paste or molten iron. In FIG. 9, taken from said WO document, is an end view of a cathode block having notches or grooves in its bottom. Collector elements are placed in the grooves, while the remaining space is filled with electrically conductive particles. The collector elements are attached to the collector plate, which is energized and which additionally provides stability to the cathode element and forms an additional contact zone.

Настоящее изобретение относится к катодным элементам на основе коллекторных пластин с углеродистыми телами, при этом в их конструкцию включено несколько новых и изобретательских признаков. Некоторые основные элементы относятся к горизонтальным токовым выводам (НО), одному или нескольким вертикальным токовым выводам (VO), токопроводящим элементам и их удлинению в сочетании с использованием электроизоляционного и защитного листового материала, креплению токопроводящих элементов, размещению токовых выводов по отношению к коллекторным пластинам катодных элементов.The present invention relates to carbon body collector plate cathode cells incorporating several novel and inventive features into their design. Some basic elements relate to horizontal current leads (NO), one or more vertical current leads (VO), conductive elements and their extension in combination with the use of electrically insulating and protective sheeting, fastening of conductive elements, placement of current leads in relation to the collector plates of cathode elements.

В соответствии с характерным признаком п.1 формулы изобретения коллекторная пластина может содержать по меньшей мере один горизонтальный токовый вывод по меньшей мере на одной стороне и/или по меньшей мере один вертикальный металлический токовый вывод, подсоединенный к коллекторной пластине.According to the feature of claim 1, the collector plate may comprise at least one horizontal current terminal on at least one side and/or at least one vertical metallic current terminal connected to the collector plate.

Предпочтительно коллекторная пластина может быть плоской без выступающих коллекторных элементов, и углеродистое тело может быть без соответствующих пазов, прикрепляемый материал образует просто слой электропроводящего материала, который может содержать электропроводящие частицы (0-100 мас.%), расположенные в промежутке между коллекторной пластиной и углеродистым телом.Preferably, the collector plate may be flat with no protruding collector elements, and the carbon body may be without corresponding grooves, the material to be attached simply forms a layer of electrically conductive material, which may contain electrically conductive particles (0-100 wt.%) located in the gap between the collector plate and the carbonaceous body.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения углеродистое тело крепится к коллекторной пластине таким образом, чтобы наружная концевая часть углеродистого тела была электрически изолирована от коллекторной пластины и находилась на расстоянии до 450 мм от ее конца и была направлена внутрь.In one embodiment of the present invention, the carbon body is attached to the manifold plate such that the outer end portion of the carbon body is electrically isolated from the manifold plate and is up to 450 mm from the end of the plate and faces inward.

В другом варианте осуществления углеродистое тело прикреплено к коллекторной пластине таким образом, чтобы наружные концевые части углеродистого тела были электрически изолированы от коллекторной пластины на разных длинах с двух концов пластины (асимметричная конфигурация).In another embodiment, the carbon body is attached to the manifold plate such that the outer end portions of the carbon body are electrically isolated from the manifold plate at different lengths at the two ends of the plate (asymmetric configuration).

В одном варианте осуществления по меньшей мере одна термопара (ТС) вставляется в металлический компонент внутри или ниже коллекторной пластины, чтобы иметь возможность контролировать температуру в этом месте.In one embodiment, at least one thermocouple (TC) is inserted into a metal component within or below the collector plate to be able to control the temperature at that location.

В другом варианте осуществления по меньшей мере один горизонтальный токовый вывод выполнен за одно целое с коллекторной пластиной.In another embodiment, at least one horizontal current terminal is integral with the collector plate.

В другом дополнительном варианте осуществления он встроен в паз в упомянутой коллекторной пластине.In another additional embodiment, it is embedded in a groove in said collector plate.

В другом варианте осуществления горизонтальный токовый вывод содержит одну часть проводника тока, выполненную за одно целое с коллекторной пластиной посредством фиксации с помощью прессовой (ударной) посадки в углублении коллекторной пластины, которое является комплементарным с соответствующей частью проводника.In another embodiment, the horizontal current terminal comprises one part of the current conductor integral with the collector plate by being snap-fitted into a depression of the collector plate that is complementary to the corresponding part of the conductor.

В одном варианте осуществления часть проводника тока, встроенного в коллекторную пластину, имеет часть дельтаобразной формы.In one embodiment, a portion of the current conductor embedded in the collector plate has a delta-shaped portion.

В другом варианте осуществления она содержит по меньшей мере один горизонтальный токовый вывод на каждом конце, выполненным за одно целое с коллекторной пластиной.In another embodiment, it includes at least one horizontal current terminal at each end integral with the collector plate.

В одном варианте осуществления изобретения поперечное сечение или длина вставки горизонтального токового вывода на одном конце отличается от поперечного сечения или длины вставки горизон- 1 040029 тального токового вывода на другом конце (асимметричная конфигурация).In one embodiment of the invention, the cross section or length of the horizontal current lead insert at one end is different from the cross section or length of the horizontal current lead insert at the other end (asymmetric configuration).

В еще одном варианте осуществления токовый вывод содержит медный проводник, предпочтительно покрытый защитным листовым материалом.In yet another embodiment, the current terminal comprises a copper conductor, preferably covered with protective sheeting.

В одном варианте осуществления по меньшей мере один вертикальный токовый вывод расположен на противоположной стороне коллекторной пластины по сравнению с углеродистым телом.In one embodiment, at least one vertical current terminal is located on the opposite side of the collector plate compared to the carbon body.

Имеется один вариант осуществления, в котором вертикальный вывод содержит гнездо, выполненное за одно целое с коллекторной пластиной, при этом стержнеобразный проводник тока прикреплен к гнезду.There is one embodiment in which the vertical terminal comprises a socket integral with the collector plate, with a rod-shaped current conductor attached to the socket.

В одном варианте осуществления гнездо может быть выполнено из металлического материала и приварено к коллекторной пластине.In one embodiment, the socket may be made of a metallic material and welded to the manifold plate.

В другом варианте осуществления имеется внутреннее углубление, где верхняя часть проводника тока имеет форму, комплементарную упомянутому углублению для крепления упомянутого проводника тока к гнезду.In another embodiment, there is an internal recess, where the upper part of the current conductor has a form complementary to said recess for attaching said current conductor to the socket.

В одном варианте осуществления крепление представляет собой фиксацию с помощью прессовой (ударной) посадки.In one embodiment, the attachment is a press-fit fixation.

В еще одном варианте осуществления гнездо имеет внутренние резьбы на своем самом дальнем конце для приема втулки с комплементарными внешними резьбами, при этом втулка окружает проводник тока, и конец втулки упирается в кольцевой фланец или кольцо на токовом стержне для плотной посадки стержня в гнездо.In yet another embodiment, the socket has internal threads at its farthest end to receive a sleeve with complementary external threads, the sleeve surrounding the current conductor and the end of the sleeve abutting against an annular flange or ring on the current rod to tightly fit the rod into the socket.

В еще одном варианте осуществления имеется болт с резьбой в верхней части гнезда, взаимодействующий с резьбовым отверстием.In yet another embodiment, there is a threaded bolt at the top of the socket cooperating with a threaded hole.

В одном варианте осуществления проводник тока выполнен из меди или ее сплава.In one embodiment, the current conductor is made of copper or an alloy thereof.

В еще одном варианте осуществления по меньшей мере один металлический коллекторный элемент расположен на верхней стороне металлической коллекторной пластины, где упомянутый коллекторный элемент встроен в соответствующее углубление в нижней части углеродистого тела, при этом углубление шире, чем коллекторный элемент, и заполнено электропроводящим материалом, содержащим электропроводящие частицы.In yet another embodiment, at least one metal collector element is located on the upper side of the metal collector plate, where said collector element is embedded in a corresponding recess in the lower part of the carbon body, the recess being wider than the collector element and filled with an electrically conductive material containing electrically conductive particles.

В другом варианте осуществления предусмотрен один или несколько коллекторных элементов, предпочтительно от 3 до 7, расположенных на расстоянии друг от друга, типично, от 50 до 150 мм.In another embodiment, one or more collector elements, preferably 3 to 7, are provided spaced apart from each other, typically 50 to 150 mm.

В еще одном варианте осуществления по меньшей мере один или более коллекторных элементов имеют такую же длину или более короткую длину, чем углеродистое тело.In yet another embodiment, at least one or more of the manifold elements are the same length or shorter than the carbon body.

В соответствии с одним характерным признаком п.23 формулы изобретения электролизная ячейка типа Холла-Эру может содержать несколько катодных элементов согласно изобретению, где ячейка выполнена с несколькими катодными элементами и в конфигурации только с элементами одного и того же типа.According to one characteristic of claim 23, a Hall-Héroult type electrolysis cell may contain several cathode elements according to the invention, where the cell is made with several cathode elements and in configuration with only elements of the same type.

В соответствии с еще одним характерным признаком п.24 электролизная ячейка типа Холла-Эру может содержать несколько катодных элементов согласно изобретению, где ячейка построена с несколькими катодными элементами и в конфигурации с различными элементами.In accordance with another feature of claim 24, a Hall-Héroult type electrolysis cell may comprise several cathode elements according to the invention, where the cell is built with several cathode elements and in a configuration with different elements.

Предпочтительно коллекторная пластина может иметь от одной до пяти вставок из материалов с более высокой электропроводностью, например из меди.Preferably, the collector plate may have one to five inserts of higher electrical conductivity materials such as copper.

Предпочтительно коллекторная пластина может иметь горизонтальные выводы (НО), выполненные из стали, или меди, или некоторого аналогичного материала с хорошей проводимостью, выходящего из катодного кожуха, чтобы обеспечить возможность присоединения к гибким катодным спускам.Preferably, the collector plate may have horizontal leads (HO) made of steel or copper or some similar highly conductive material extending from the cathode shroud to allow connection to flexible cathode escapements.

Предпочтительно каждая коллекторная пластина может иметь ни одного, один или два НО на каждом конце, и в соответствии с другим аспектом НО могут иметь прямоугольное или круглое поперечное сечение.Preferably, each manifold plate may have none, one, or two HOs at each end, and in another aspect, the HOs may have a rectangular or circular cross section.

Предпочтительно НО можно вставить в паз (канавку) в пластине сверху, который может быть закрыт приваренной стальной пластиной сверху или в открытое пространство со стороны пластины, предпочтительно, когда применяется круглое поперечное сечение.Preferably, the HO can be inserted into a groove (groove) in the plate from above, which can be closed by a welded steel plate from above or into an open space on the side of the plate, preferably when a round cross section is used.

Предпочтительно НО можно прикрепить к пластине с помощью сварки, механической прессовой посадки, тепловой прессовой посадки, забивания клиньев, резьбовых соединений или их комбинации с целью получения максимально прочного механического и электрического соединения.Preferably, the HO can be attached to the plate by welding, mechanical press fit, heat press fit, wedge driving, threaded connections, or a combination of these to achieve the strongest possible mechanical and electrical connection.

Предпочтительно НО можно прикрепить к дельтаобразной вставке из материала с хорошей проводимостью, такого как медь, чтобы обеспечить низкое сопротивление протекающему току.Preferably, the HO can be attached to a delta-shaped insert made of a highly conductive material, such as copper, to provide low resistance to current flow.

Предпочтительно НО может быть присоединен к гибким катодным спускам с помощью сварки или зажимов.Preferably, the HO can be attached to flexible cathode escapements by welding or clamping.

Предпочтительно НО по обе стороны от коллекторной пластины могут иметь различное поперечное сечение и глубину вставки в пластину для того, чтобы обеспечить удельное электрическое сопротивление на каждой стороне.Preferably, the HOs on either side of the collector plate may have different cross-sections and depths of insertion into the plate in order to provide electrical resistivity on each side.

Предпочтительно НО могут быть достаточно длинными, чтобы выходить из катодного кожуха, или они могут быть достаточно короткими, чтобы обеспечить вертикальное размещение катодной сборки в катодной футеровке.Preferably, the HOs may be long enough to protrude from the cathode shroud, or they may be short enough to accommodate the cathode assembly vertically in the cathode lining.

- 2 040029- 2 040029

Предпочтительно в стальном кожухе имеется круглое или прямоугольное отверстие для каждогоPreferably, the steel casing has a round or rectangular hole for each

НО.BUT.

Предпочтительно это отверстие закрыто стальной рамой, уплотнительным тросом и пластиной, которая закреплена таким образом, чтобы давить на уплотнительный трос, обеспечивая надежное уплотнение между кожухом и НО.Preferably, this opening is closed by a steel frame, a sealing cable and a plate which is fixed in such a way as to press against the sealing cable, providing a good seal between the casing and the NO.

Предпочтительно один или более VO можно было прикрепить к каждой катодной сборке с нижней стороны, чтобы проводить электрический ток к шинопроводам под катодным кожухом.Preferably, one or more VOs could be attached to each cathode assembly from the underside to conduct electrical current to the busbars under the cathode shroud.

Предпочтительно каждый VO может быть выполнен из стали, или меди, или другого хорошего токопроводящего материала, и в соответствии с еще одним аспектом поперечное сечение может иметь круглую или прямоугольную форму.Preferably, each VO may be made of steel or copper or other good conductive material, and in another aspect, the cross section may be circular or rectangular.

Предпочтительно в ситуации, когда материалом VO не является сталь, защитное стальное гнездо в верхней части под пластиной может применяться для обеспечения фиксации VO с хорошим механическим и электрическим контактом и защиты проводящего материала от агрессивных веществ, или VO может быть защищен стальной трубой, идущей вниз или вблизи нижней части стального кожуха.Preferably in a situation where the VO material is not steel, a protective steel seat at the top under the plate can be used to ensure that the VO is fixed with good mechanical and electrical contact and to protect the conductive material from corrosive substances, or the VO can be protected by a steel pipe running down or near the bottom of the steel casing.

Предпочтительно монтаж VO обеспечивает предварительную установку на пластине, например, с помощью сварки, или он может быть смонтирован после установки пластины в футеровку.Preferably, mounting the VO provides a pre-installation on the plate, for example by welding, or it can be mounted after the plate has been installed in the lining.

Предпочтительно уплотнение, такое как на НО, можно применять на VO.Preferably a seal such as on HO can be applied to VO.

Предпочтительно пространство вокруг VO может быть заполнено сыпучим огнеупорным материалом или порошком после нанесения уплотнения для нижнего кожуха. Это заполнение можно выполнять сбоку перед установкой соседнего катодного узла.Preferably, the space around the VO can be filled with loose refractory material or powder after the lower casing seal has been applied. This filling can be done from the side before installing the adjacent cathode assembly.

Предпочтительно, если длина НО является слишком большой, чтобы обеспечить прямое вертикальное размещение катодной сборки, следует применять покачивание. В случае, если присутствует VO, некоторая часть огнеупорных кирпичей, расположенных близко к центру футеровки, должна быть размещена после установки пластины для обеспечения горизонтального сдвига сборки.Preferably, if the length of the HO is too long to allow a straight vertical placement of the cathode assembly, rocking should be applied. In the event that VO is present, some of the refractory bricks located close to the center of the lining must be placed after the plate has been installed to allow horizontal shear of the assembly.

Предпочтительно разница по тепловому расширению при рабочих температурах между медными соединителями (НО или VO) может обеспечить высокое давление на контакт с низким электрическим сопротивлением.Preferably, the difference in thermal expansion at operating temperatures between copper connectors (HO or VO) can provide high contact pressure with low electrical resistance.

Предпочтительно катодный элемент с коллекторной пластиной может, типично, иметь меньшую высоту, чем в конструкции с традиционными сборными шинами, если предполагается одна и та же высота для углерода, это дополнительное пространство по высоте может использоваться для более высокой изоляции дна на или верхней полости.Preferably, the collector plate cathode element can typically have a lower height than a traditional busbar design, if the same height is assumed for carbon, this additional height space can be used for higher bottom or top cavity insulation.

Настоящая конструкция катода показала себя очень выгодной с точки зрения магнитогидродинамической стабильности ячейки, в которую она была установлена, показала, что она имеет повышенный срок эксплуатации и улучшенное использование пространства в условиях эксплуатации, и она также обеспечивает низкое падение напряжения на катоде по отношению к традиционной конструкции катода.The present cathode design has been shown to be very advantageous in terms of the magnetohydrodynamic stability of the cell in which it has been installed, has shown to have an increased lifetime and improved space utilization under operating conditions, and it also provides a low cathode voltage drop with respect to the conventional design. cathode.

Эти и другие преимущества будут достигнуты с помощью настоящего изобретения, которое определено в сопроводительной формуле изобретения.These and other advantages will be achieved by the present invention, which is defined in the accompanying claims.

Настоящее изобретение будет описано ниже с помощью примеров и фигур, на которых на фиг. 1 показан катодный элемент в разобранном состоянии в перспективе, где коллекторная пластина разделена на две секции, согласно первому варианту осуществления, на фиг. 2 - катодный элемент в не разобранном состоянии в поперечном разрезе, где горизонтальные проводники продолжаются в коллекторной пластине на разные длины, и, кроме того, с одной стороны показан элемент, имеющий вертикальный токовый вывод, согласно варианту осуществления, на фиг. 3 - вид сверху того же катодного элемента, что и на фиг. 2, на фиг. 4 - альтернативный вариант осуществления катодного элемента без вертикального токового вывода, где горизонтальные проводники продолжаются в коллекторной пластине на разные длины, на фиг. 5 - вид сверху части коллекторной пластины, как на фиг. 1, но горизонтальный вывод продолжается в дельтаобразном проводнике внутри пластины, на фиг. 6 - в увеличенном виде поперечный разрез, проходящий через катодный элемент (фиг. 2), если смотреть с одного конца, и показаны дополнительные детали одного вертикального токового вывода, на фиг. 7 - в увеличенном виде альтернативный вариант осуществления вывода (фиг. 6), на фиг. 8 показано схематичное представление, иллюстрирующее вид в поперечном разрезе основных частей ячейки Холла-Эру, в которую включен катодный элемент (фиг. 2).The present invention will be described below by way of examples and figures, in which FIG. 1 shows an exploded perspective view of the cathode element where the collector plate is divided into two sections according to the first embodiment, FIG. 2 is an undisassembled cathode element in cross section, where the horizontal conductors continue in the collector plate for different lengths, and furthermore on one side shows the element having a vertical current output according to the embodiment of FIG. 3 is a plan view of the same cathode element as in FIG. 2, in FIG. 4 shows an alternative embodiment of the cathode element without a vertical current outlet, where the horizontal conductors continue in the collector plate for different lengths, FIG. 5 is a plan view of part of the manifold plate as in FIG. 1 but the horizontal lead continues in the delta conductor inside the plate, in FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view through the cathode element (FIG. 2) viewed from one end and showing additional details of one vertical current terminal, FIG. 7 is an enlarged view of an alternative embodiment of the output (FIG. 6), FIG. 8 is a schematic representation illustrating a cross-sectional view of the main parts of a Hall-Héroult cell in which the cathode element (FIG. 2) is included.

На фиг. 8 показан вид в поперечном разрезе основных частей ячейки Холла-Эру, где верхняя часть ее конструкции включает в себя бункеры для глинозема/фторида, ниппели анода, шинопроводы и устройства подачи. Кроме того, пара анодов, частично покрытых коркой затвердевшего электролита, погружена в жидкую ванну. Под жидкой ванной показан слой жидкого алюминия. Катод размещается под жидким алюминием. Катод содержит углеродистое тело 4, расположенное на коллекторной пластине 2. На каждом конце коллекторной пластины расположены горизонтальные токовые выводы 5, 5'. Кроме того, показан также вертикальный вывод 7. Различные варианты осуществления катодных элементов будут раскрыты более подробно ниже.In FIG. 8 shows a cross-sectional view of the main parts of the Hall-Héroult cell, where the upper part of its structure includes alumina/fluoride bins, anode nipples, busbars and feeders. In addition, a pair of anodes, partially covered with a crust of solidified electrolyte, is immersed in a liquid bath. A layer of liquid aluminum is shown below the liquid bath. The cathode is placed under liquid aluminum. The cathode comprises a carbon body 4 located on a collector plate 2. At each end of the collector plate are horizontal current leads 5, 5'. In addition, a vertical terminal 7 is also shown. Various embodiments of the cathode elements will be disclosed in more detail below.

- 3 040029- 3 040029

На фиг. 1 показан катодный элемент 1 в разобранном виде в перспективе. В этом варианте осуществления коллекторная пластина состоит из двух секций 20, 20'. В раскрытом варианте осуществления секции 20, 20' коллекторной пластины могут быть одинаковыми или нет и будут описаны соответствующим образом.In FIG. 1 shows the cathode element 1 exploded in perspective. In this embodiment, the collector plate consists of two sections 20, 20'. In the disclosed embodiment, the manifold plate sections 20, 20' may or may not be the same and will be described accordingly.

Секция 20' коллекторной пластины выполнена в этом примере с шестью коллекторными элементами 30, 30', 30, 30', 30, 30', которые находятся в электрическом контакте с секцией 20' коллекторной пластины. Предпочтительно эти части выполнены из марки стали, которую можно легко сваривать, и предпочтительно детали сваривают вместе. Катодный блок может быть прикреплен к коллекторным элементам способом, аналогичным тому, который раскрыт в документе WO 2009/099335 А1. Настоящее решение может включать в себя токопроводящие частицы или контактирующую пасту. Количество коллекторных элементов на коллекторной пластине может отличаться от шести, как показано, и может составлять, например, от одного до семи или даже ни одного.The collector plate section 20' is provided in this example with six collector elements 30, 30', 30, 30', 30, 30' that are in electrical contact with the collector plate section 20'. Preferably, these parts are made of a steel grade that can be easily welded, and preferably the parts are welded together. The cathode block can be attached to the collector elements in a manner similar to that disclosed in WO 2009/099335 A1. The present solution may include conductive particles or contact paste. The number of collector elements on the collector plate may differ from six as shown, and may be, for example, from one to seven, or even none.

На каждом внешнем конце секций 20; 20' коллекторной пластины расположены два горизонтальных токовых вывода 50, 51; 50', 51' соответственно. Горизонтальные токовые выводы могут быть выполнены из проводников из материала с хорошей проводимостью, такого как медь или медный сплав, и, кроме того, по меньшей мере, на своих выходных концах покрыты листовым материалом 60, 61; 60', 61', предпочтительно выполненного из металла, такого как сталь. Горизонтальные токовые выводы 50, 51; 50', 51' с их соответствующими проводниками могут быть встроены в пазы S, S'; S, S', выполнены в соответствующих секциях 20, 20' коллекторной пластины. Это встраивание может основываться на допусках на прессовую посадку или предварительно нагретых секциях пластины для использования теплового расширения для тугой посадки. Однако при необходимости может применяться любое крепление, включающее в себя сварку. Проводящий материал в пазах может быть покрыт защитной стальной пластиной с верхней и нижней сторон.At each outer end of sections 20; 20' of the collector plate are two horizontal current output 50, 51; 50', 51' respectively. The horizontal current leads may be made of conductors of a material with good conductivity, such as copper or a copper alloy, and, in addition, at least at their output ends, are covered with sheet material 60, 61; 60', 61', preferably made of metal such as steel. Horizontal current leads 50, 51; 50', 51' with their respective conductors can be integrated into the slots S, S'; S, S', are made in the respective sections 20, 20' of the manifold plate. This embedding may be based on press fit tolerances or preheated plate sections to exploit thermal expansion for a tight fit. However, if necessary, any fastening, including welding, can be used. The conductive material in the grooves can be covered with a protective steel plate on the top and bottom sides.

Кроме того, близко к краю коротких и длинных сторон секций коллекторной пластины может быть расположен гибкий уплотнительный трос или стопорная пластина (не показаны), предназначенная для облегчения крепления пластины к углеродистому телу посредством токопроводящих металлических частиц. После прикрепления катодного блока к катодной пластине внешняя часть углеродистого материала, расположенная ближе к горизонтальным выводам, может быть предпочтительно электрически изолирована от катодной пластины, например, на расстоянии от 100 и до 450 мм от конца катодного блока и по направлению внутрь во избежание высокой плотности тока на верхней поверхности катодного блока вблизи концов. Электрическая изоляция может быть асимметричной на каждом из концов и также отличаться между катодными элементами в ячейке.In addition, a flexible sealing cable or locking plate (not shown) may be located close to the edge of the short and long sides of the collector plate sections to facilitate the attachment of the plate to the carbonaceous body by conductive metal particles. After the cathode block has been attached to the cathode plate, the outer portion of the carbonaceous material closer to the horizontal leads may preferably be electrically isolated from the cathode plate, for example between 100 and 450 mm from the end of the cathode block and towards the inside to avoid high current density. on the upper surface of the cathode block near the ends. The electrical isolation may be asymmetrical at each of the ends and also differ between the cathode elements in the cell.

На фиг. 2 показан второй вариант осуществления катодного элемента 1' в виде поперечного разреза, показанного с одной стороны, где углеродистое тело 4 расположено на коллекторной пластине 2, которая не разделена. В этом варианте осуществления коллекторная пластина 2 имеет коллекторные элементы, где только один коллекторный элемент 3 виден сбоку. На каждом конце коллекторной пластины 2 расположены горизонтальные токовые выводы 5, 5'. Горизонтальные токовые выводы выполнены из медного материала и покрыты листовым материалом 6, 6', предпочтительно выполненным из металла, такого как сталь. Кроме того, также кратко раскрыт вертикальный вывод 7, который будет дополнительно описан со ссылкой на фиг. 6 и 7.In FIG. 2 shows a second embodiment of the cathode element 1' in cross section, shown from one side, where the carbon body 4 is located on the collector plate 2, which is not divided. In this embodiment, the collector plate 2 has collector elements where only one collector element 3 is visible from the side. At each end of the collector plate 2 are horizontal current leads 5, 5'. The horizontal current leads are made of copper material and are covered with a sheet material 6, 6', preferably made of a metal such as steel. In addition, the vertical terminal 7 is also briefly disclosed, which will be further described with reference to FIG. 6 and 7.

Поперечное сечение горизонтальных выводов может отличаться на одном конце пластины по сравнению с другим концом пластины для компенсации различных длин путей электрического тока токопроводящих шинопроводов до следующей ячейки, например, для расположенных рядом друг с другом ячеек в ряду из множества ячеек. Выводы на стороне выше по потоку могут иметь большее поперечное сечение, либо на большую ширину или высоту или и то и другое, чтобы уменьшить электрическое сопротивление на этой стороне ячейки и, таким образом, выровнять распределение тока в верхней части поверхности катодного блока. Если проводники горизонтальных выводов выполнены из материала с более высокой проводимостью, чем пластина, при необходимости они могут применяться с различной длиной вставки на каждой стороне пластины.The cross-section of the horizontal leads may be different at one end of the plate compared to the other end of the plate to compensate for the different lengths of electrical current paths of the current-carrying busbars to the next cell, for example, for adjacent cells in a row of multiple cells. The terminals on the upstream side may have a larger cross-section, or a greater width or height, or both, to reduce the electrical resistance on that side of the cell and thus even out the current distribution at the top of the cathode block surface. If the horizontal lead conductors are made of a material with a higher conductivity than the plate, they can be used with different insertion lengths on each side of the plate if required.

На фиг. 3 показан вид сверху того же самого катода, который показан на фиг. 2, с углеродистым телом 4, расположенным на коллекторной пластине 2 с одним выводом на каждой стороне 5, 5', покрытой листовым материалом 6, 6'. Кроме того, в коллекторной пластине указано отверстие В для вставки термопары ТС.In FIG. 3 is a plan view of the same cathode as shown in FIG. 2 with the carbon body 4 located on the collector plate 2 with one lead on each side 5, 5' covered with a sheet material 6, 6'. In addition, a hole B is indicated in the collector plate for inserting a TC thermocouple.

Вариант осуществления, показанный на фиг. 4 относится к тому же самому варианту осуществления, который показан на фиг. 2, однако без вертикального гнезда. На фиг. 4 показан катодный элемент 1 на виде в поперечном разрезе, если смотреть с одной стороны, где углеродистое тело 4 расположено на коллекторной пластине 2, которая не разделена (см. ниже). В этом варианте осуществления пластина 2 имеет коллекторные элементы, где только один коллекторный элемент 3 показан сбоку. На другом конце коллекторной пластины 2 расположены горизонтальные токовые выводы 5, 5'. Проводники горизонтальных токовых выводов могут быть выполнены из медного материала и покрыты листовым материалом 6, 6', предпочтительно выполненного из металла, такого как сталь. Разделительная линия D на чертеже указывает, что протяженность катодного элемента может варьироваться, т.е. может также варьироватьсяThe embodiment shown in FIG. 4 refers to the same embodiment as shown in FIG. 2, but without a vertical socket. In FIG. 4 shows the cathode element 1 in a cross-sectional view, viewed from one side, where the carbon body 4 is located on the collector plate 2, which is not divided (see below). In this embodiment, the plate 2 has collector elements, where only one collector element 3 is shown from the side. At the other end of the collector plate 2 are horizontal current leads 5, 5'. The conductors of the horizontal current terminals may be made of copper material and covered with a sheet material 6, 6', preferably made of a metal such as steel. The dividing line D in the drawing indicates that the length of the cathode element may vary, i.e. may also vary

- 4 040029 длина проникновения проводников 5, 5' тока в пластине 2 в зависимости от фактической конструкции.- 4 040029 the penetration length of the current conductors 5, 5' in the plate 2, depending on the actual construction.

В принципе, проводники тока могут иметь прямоугольное или круглое поперечное сечение, и в качестве альтернативы могут быть выполнены из любого подходящего материала, проводящего электрический ток.In principle, current conductors may have a rectangular or circular cross section, and alternatively may be made of any suitable electrically conductive material.

На фиг. 5 частично показан один конец коллекторной пластины 2 или аналогичным образом секция коллекторной пластины, которая может иметь один горизонтальный токовый вывод 5 на своем конце, который содержит треугольный или дельтаобразный электрический проводник 51, выполненный из меди или аналогичного материала с хорошей проводимостью для того, чтобы обеспечить лучшее распределение токов, выходящих из пластины 2 и входящих в проводник 51 и далее в его вывод 5, и тем самым уменьшая электрическое сопротивление. Проводник 51 может вставляться по прессовой посадке в углубление пластины 2 или прикрепляться к ней с помощью любого подходящего средства. В одном альтернативном варианте проводник может быть отлит в углублении, например, из расплавленной меди. В случае, когда отливка продолжается за пределами углубления вне пластины, ее можно выполнить, применив подходящую форму или т.п.In FIG. 5 partially shows one end of a collector plate 2, or similarly a section of a collector plate, which may have one horizontal current terminal 5 at its end, which contains a triangular or delta-shaped electrical conductor 51 made of copper or a similar material with good conductivity in order to provide better distribution of the currents leaving the plate 2 and entering the conductor 51 and further into its terminal 5, and thereby reducing the electrical resistance. The conductor 51 may be press fit into the recess of the plate 2 or attached to it by any suitable means. In one alternative, the conductor may be cast in a recess, such as molten copper. In the case where the casting continues beyond the recess outside the plate, it can be made by using a suitable mold or the like.

На фиг. 6 показаны дополнительные детали вертикального токового вывода 7, который показан на фиг. 2; и фиг. 6 представляет собой увеличенный вид с торца поперечного разреза, взятого через один конец катода (фиг. 2). Углеродистое тело 4 опирается на коллекторную пластину 2, имеющую коллекторные элементы 3, 3', 3, 3', 3. Углеродистое тело имеет углубления или пазы 9, 9', 9, 9', 9, комплементарные с упомянутыми коллекторными элементами. Оставшийся промежуток между коллекторными элементами и пазами заполнен токопроводящим материалом или частицами. В данном варианте осуществления коллекторные элементы прикреплены к металлической коллекторной пластине 2, которая собирает ток и обеспечивает стабильность.In FIG. 6 shows additional details of the vertical current terminal 7 shown in FIG. 2; and fig. 6 is an enlarged end view of a cross section taken through one end of the cathode (FIG. 2). The carbon body 4 rests on a manifold plate 2 having manifold elements 3, 3', 3, 3', 3. The carbon body has depressions or grooves 9, 9', 9, 9', 9 complementary to said manifold elements. The remaining gap between the collector elements and the slots is filled with conductive material or particles. In this embodiment, the collector elements are attached to a metal collector plate 2 which collects current and provides stability.

Вертикальный вывод 7 содержит гнездо 10, выполненное за одно целое с коллекторной пластиной 2, где стержнеобразный проводник 11 тока может быть закреплен в гнезде 10. Проводник 11 может быть выполнен из материала с хорошей электрической проводимостью, такого как медь. Гнездо 10 может быть выполнено из металлического материала, такого как сталь, и приварено или запрессовано в коллекторную пластину 2. Вертикальный вывод может быть размещен в центре пластины или асимметрично по отношению к одному из горизонтальных выводов для того, чтобы улучшить ситуацию с магнитным полем или изменить распределение тока между горизонтальными и вертикальными выводами желаемым образом.The vertical terminal 7 includes a socket 10 integral with the collector plate 2, where the rod-shaped current conductor 11 can be fixed in the socket 10. The conductor 11 can be made of a material with good electrical conductivity, such as copper. The socket 10 may be made of a metallic material such as steel and welded or pressed into the collector plate 2. The vertical terminal may be placed in the center of the plate or asymmetrically with respect to one of the horizontal terminals in order to improve the magnetic field situation or change distribute the current between the horizontal and vertical terminals as desired.

Кроме того, гнездо 10 имеет внутреннее углубление 17', где верхняя часть 17 проводника 11 тока имеет форму, комплементарную с упомянутым углублением 17' для фиксации упомянутого проводника 11 тока в гнезде 10. Верхняя часть 17 проводника 11 тока может быть снабжена резьбами, сопряженными с соответствующими резьбами в верхней части гнезда 10. При необходимости фиксация может представлять собой фиксацию с помощью прессовой (ударной) посадки.In addition, the socket 10 has an inner recess 17', where the upper part 17 of the current conductor 11 has a form complementary to said recess 17' for fixing said current conductor 11 in the socket 10. The upper part 17 of the current conductor 11 may be provided with threads associated with corresponding threads in the top of the socket 10. If necessary, the fixation can be a press-fit fixation.

Кроме того, в одном варианте осуществления или в дополнение к нему, как показано на фиг. 7, гнездо 10' может иметь внутренние резьбы 13' на своем внешнем конце для приема втулки 12' с комплементарными внешними резьбами 16', где втулка окружает проводник 11' тока, и где конец втулки упирается в кольцевой фланец или кольцо 14' на токовом стержне 11' для плотного запрессовывания стержня 11' в гнезде 10'. Проводник 11' тока предпочтительно выполнен из меди или ее сплава. Втулка 12' одновременно служит для фиксации и защиты от реакций проводника 11' с жидкостями или летучими веществами, образующимися в ходе технологического процесса. Кроме того, раскрыто отверстие В' для вставки термопары ТС'.In addition, in one embodiment, or in addition to it, as shown in FIG. 7, socket 10' may have internal threads 13' at its outer end to receive a sleeve 12' with complementary external threads 16', where the sleeve surrounds the current conductor 11' and where the end of the sleeve abuts against an annular flange or ring 14' on the current rod. 11' for tight pressing of the rod 11' into the socket 10'. The current conductor 11' is preferably made of copper or an alloy thereof. The sleeve 12' simultaneously serves to fix and protect the conductor 11' from reactions with liquids or volatile substances generated during the process. In addition, a hole B' for inserting a thermocouple TC' is disclosed.

В качестве альтернативы внутренней резьбе 13' болт с резьбой может быть прикреплен внутри верхней части гнезда (не показано), и проводник 11' снабжен соответствующим резьбовым отверстием для крепления проводника к гнезду (аналогично тому, что показано на фиг. 6). Разъемное соединение вывода может потребоваться для того, чтобы обеспечить возможность прикрепления проводника вертикального вывода после размещения катода с колебательным движением на верхней части нижней футеровки в ячейке во время установки.As an alternative to the female thread 13', a threaded bolt can be attached inside the top of the socket (not shown) and the conductor 11' is provided with a suitable threaded hole for attaching the conductor to the socket (similar to that shown in FIG. 6). A releasable lead connection may be required to allow attachment of the vertical lead conductor after the oscillating cathode is placed on top of the bottom lining in the cell during installation.

Предпочтительно, чтобы весь узел с углеродистым телом 4 и коллекторной пластиной 2 наклонялись в некоторой степени во время процедуры заполнения частицами, чтобы обеспечить заполнение углубления частицами ровным и полным образом. Кроме того, некоторая вибрация может быть приложена к пластине или секциям пластины для однородного заполнения частицами.Preferably, the entire assembly with the carbon body 4 and the collector plate 2 is tilted to some degree during the particle filling procedure to ensure that the cavity is filled with particles in an even and complete manner. In addition, some vibration may be applied to the plate or sections of the plate to uniformly fill with particles.

Углубления или пазы 9 могут быть выполнены в необработанном состоянии углеродистого тела с помощью обычно используемых технологий или в кальцинированном состоянии с помощью общедоступного технологического оборудования. Геометрия пазов должна соответствовать пластинам.The indentations or slots 9 may be made in the raw state of the carbonaceous body using commonly used techniques, or in the calcined state using commonly available process equipment. The geometry of the grooves must match the plates.

Следует понимать, что токопроводящие твердые вещества или частицы могут быть выполнены из любого подходящего металла, такого как сталь, железо, медь, алюминий и т.д. или их сплавов. Кроме того, форма твердых частиц может быть сферической, овальной или эллиптической, хлопьевидной или иметь любую подходящую форму. Размер и распределение частиц могут варьироваться. Максимальный размер, как правило, ограничен шириной промежутка, подлежащего заполнению. Неоднородное распределение частиц по размерам может быть удобным для получения как можно более компактного заполне- 5 040029 ния с небольшими промежутками между частицами.It should be understood that the conductive solids or particles may be made of any suitable metal such as steel, iron, copper, aluminum, etc. or their alloys. In addition, the shape of the solid particles may be spherical, oval or elliptical, flaky, or any suitable shape. Particle size and distribution may vary. The maximum size is usually limited by the width of the gap to be filled. A non-uniform particle size distribution can be useful in order to obtain as compact a filling as possible with small spaces between particles.

Помимо хороших электропроводящих свойств применяемый материал должен обладать хорошими механическими свойствами (свойствами сопротивления разрушению) и должен выдерживать высокие температуры. Как упомянуто ниже, предпочтительными могут быть магнитные свойства.In addition to good electrically conductive properties, the material used must have good mechanical properties (fracture resistance properties) and must withstand high temperatures. As mentioned below, magnetic properties may be preferred.

Кроме того, размер упомянутых твердых частиц может составлять от 0,1 мм и быть близким к минимальному размеру отверстия между углеродистым телом и пластиной проводника. Обычно размер может достигать 2 мм.In addition, the size of said hard particles can be from 0.1 mm and be close to the minimum size of the hole between the carbon body and the conductor plate. Usually the size can reach 2 mm.

Предпочтительно для того чтобы контролировать температуру катода, может использоваться несколько термопар, прикрепленных к катодной пластине или вставленных в нее. Например, отверстия в центре пластины могут быть просверлены в катодной пластине в соответствующих местах для приема термопар. Стальная пластина создает защитный корпус для термопар, чтобы выдерживать химически агрессивную среду во время работы.Preferably, a plurality of thermocouples attached to or inserted into the cathode plate may be used to control the temperature of the cathode. For example, holes in the center of the plate may be drilled into the cathode plate at appropriate locations to receive thermocouples. The steel plate creates a protective housing for thermocouples to withstand chemically aggressive environments during operation.

Длина вставки горизонтальных выводов может быть предпочтительно ограничена тем, что она не охватывает центральную часть катодной пластины. Например, длина вставки может быть рассчитана таким образом, чтобы отражать наличие вертикальных выводов в этой пластине и длину пути тока через проводники до следующей ячейки. Что касается расположенных рядом ячеек, то длина вставки может быть увеличена на стороне выше по потоку для балансировки сбора тока в катодном блоке, который должен быть более сбалансированным.The insertion length of the horizontal leads may preferably be limited in that it does not span the central part of the cathode plate. For example, the insertion length can be calculated to reflect the presence of vertical leads in this plate and the length of the current path through the conductors to the next cell. For adjacent cells, the insertion length can be increased on the upstream side to balance current collection in the cathode block, which needs to be more balanced.

Каждый катодный элемент может быть снабжен горизонтальными выводами, например, только для расположенных от конца до конца ячеек или когда нет места для шинопроводов под ячейкой, или несколькими горизонтальными выводами и одним вертикальным выводом. Для оптимизации магнитного поля возможна конфигурация только с одним или двумя вертикальными выводами и без горизонтального вывода.Each cathode element can be provided with horizontal leads, for example only for end-to-end cells or when there is no space for busbars under the cell, or several horizontal leads and one vertical lead. To optimize the magnetic field, a configuration with only one or two vertical terminals and no horizontal terminal is possible.

Комбинация различных конфигураций пластин может быть применена в одной ячейке, чтобы создать благоприятное магнитное поле, исходя из распределения электрического тока, или улучшить тепловые свойства ячейки путем уменьшения количества выводов, где нежелательны тепловые потери, например, на коротких концах ячейки, которые имеют тенденцию быть холоднее из-за близлежащих углов. Вертикальные выводы, прикрепленные только к некоторым пластинам, могут быть полезны для оптимизации тока и магнитного поля. Это также позволяет снизить затраты на установку, когда распределение тока и магнитогидродинамическая стабильность ячейки являются достаточными.A combination of different plate configurations can be applied in a single cell to create a favorable magnetic field based on the electrical current distribution, or to improve the thermal properties of the cell by reducing the number of leads where heat loss is undesirable, such as at the short ends of the cell, which tend to be colder. due to nearby corners. Vertical leads attached to only some of the plates can be useful for optimizing current and magnetic field. It also makes it possible to reduce installation costs when the current distribution and magnetohydrodynamic stability of the cell are sufficient.

Заявленная катодная пластина имеет несколько преимуществ по сравнению с традиционной конструкцией, содержащей углеродистое тело со встроенными сборными шинами.The inventive cathode plate has several advantages over the conventional carbon body construction with integral busbars.

Падение напряжения на катоде (CVD) значительно ниже из-за количества выводов, электрических свойств материала, лучшего электрического контакта благодаря начальной подвижности частиц, общей поверхности контактного сопротивления и более коротких путей тока из-за наличия вертикальных выводов.The cathode voltage drop (CVD) is significantly lower due to the number of leads, the electrical properties of the material, better electrical contact due to the initial mobility of the particles, the overall contact resistance surface and shorter current paths due to the presence of vertical leads.

Распределение тока по верхней поверхности катодного блока является более однородным благодаря геометрии пластины, проводящих вставок и наличия вертикальных выводов, что позволяет тем самым избежать нежелательной нестабильности, вызывающей протекание токов в горизонтальном направлении в жидком алюминиевом слое, расположенным над поверхностью катодного блока. Более высокую стабильность ячейки можно использовать для уменьшения напряжения на ячейке и потребления электроэнергии или увеличения силы тока и объема производства.The distribution of current over the upper surface of the cathode block is more uniform due to the geometry of the plate, the conductive inserts and the presence of vertical leads, thereby avoiding undesirable instability that causes currents to flow in the horizontal direction in the liquid aluminum layer located above the surface of the cathode block. Higher cell stability can be used to reduce cell voltage and power consumption, or increase current and output.

Из-за вышеупомянутого лучшего распределения тока эрозия углеродистого материала становится более однородной, что позволяет увеличить срок службы элемента.Due to the aforementioned better current distribution, the erosion of the carbonaceous material becomes more uniform, allowing for longer cell life.

Использование вертикального промежутка в компоновке меньше, чем в традиционной конструкции, что позволяет использовать более низкий катодный кожух или, если высота кожуха поддерживается на одном уровне, использовать дополнительное пространство для лучшей изоляции дна, более высокие и более долговечные катодные блоки или большую высоту для жидкого алюминия или ванны.The use of vertical spacing in the layout is smaller than conventional design, allowing for a lower cathode shroud or, if the shroud height is kept at the same level, additional space for better bottom insulation, taller and more durable cathode blocks, or more height for liquid aluminum or baths.

Конструкция имеет лучшее соотношение электропроводности и теплопроводности в самых критических местах с высокой плотностью тока и тепловым потоком, тем самым повышая энергоэффективность ячейки (уменьшая тепловые потери и падение напряжения на катоде CVD).The design has a better ratio of electrical conductivity and thermal conductivity in the most critical places with high current density and heat flux, thereby improving the energy efficiency of the cell (reducing thermal losses and CVD cathode voltage drop).

Когда ячейки дооснащены до существующей конструкции ячеек, вертикальные выводы в соответствии с формулой изобретения позволяют увеличить силу тока и тем самым увеличить выработку в расчете на одну ячейку.When the cells are retrofitted to an existing cell design, the vertical terminals according to the claims make it possible to increase the current strength and thereby increase the output per cell.

Более низкое падение напряжения (CVD), всего 150 мВ.Lower voltage drop (CVD), only 150mV.

Лучшее распределение тока по поверхности катода, позволяющее улучшить стабильность MHD и, таким образом, обеспечить возможность уменьшить ACD или повысить уровень силы тока до 15%.Better current distribution over the cathode surface to improve MHD stability and thus provide the ability to reduce ACD or increase current levels by up to 15%.

Меньшие тепловые потери из-за меньшего поперечного сечения и открытой поверхности НО и VO, устранение холодных катодов с замерзанием дна, в частности, если используется энергосберегающая технология.Less heat loss due to smaller cross-section and open surface of HO and VO, elimination of cold cathodes with freezing of the bottom, in particular if energy-saving technology is used.

Низкая стоимость крепления, так как нет чугуна.Low fixing cost as there is no cast iron.

Отсутствие риска растрескивания углеродного блока по сравнению с литыми сборными шинами (изNo risk of carbon block cracking compared to cast busbars (made of

- 6 040029 чугуна).- 6 040029 cast iron).

Гибкая установка VO после размещения катодных блоков в футеровке.Flexible installation of VO after placing the cathode blocks in the lining.

Лучшая балансировка протекания тока на стороне выше по потоку/ниже по потоку или на стороне дна, обеспечивающая лучшую стабильность MHD.Better current flow balancing on the upstream/downstream side or on the bottom side, providing better MHD stability.

Меньшая общая высота сборки, обеспечивающая пространство для большей теплоизоляции дна или большей полости. Высота может достигать 150 мм.Lower overall build height allowing room for more bottom insulation or a larger cavity. Height can reach 150 mm.

Более длительный срок службы углеродного катодного блока на той же самой монтажной высоте, что и традиционная конструкция со сборными шинами, так как высота используемого углеродного блока может достигать 150 мм выше.Longer service life of the carbon cathode block at the same installation height as the traditional busbar design, since the height of the carbon block used can be up to 150 mm higher.

Более простая установка термопар внутри пластины из-за менее глубокого сверления отверстий, чем в сборных шинах, или прямого доступа с нижней стороны.Easier installation of thermocouples inside the plate due to less deep drilling than in busbars or direct access from the underside.

Claims

CLAIM

1. A cathode element for a Hall-Héroult electrolysis cell for aluminum production, comprising a carbonaceous body (4) of calcined carbonaceous material connected to the upper side of a metal collector plate (2), where the gap between said carbonaceous body (4) and the collector plate ( 2) filled with a conductive material, characterized in that the collector plate (2) contains at least one vertical metal current terminal (7) connected to the collector plate (2) on the opposite, lower side of the collector plate (2) with respect to the mentioned carbonaceous body (4).

2. Element according to claim 1, characterized in that the vertical output (7) contains a socket (10) made in one piece with the collector plate (2), while the rod-shaped current conductor (11) is attached to the socket (10).

3. Element according to claim 2, characterized in that the socket (10) is made of a metallic material and is additionally welded to the collector plate (2).

4. Element according to claim 2, characterized in that the socket (10) has an internal recess (17'), while the upper part (17) of the current conductor (11) has a shape complementary to said recess (17'), for fixing said current conductor (11) in the socket (10).

5. The element according to claim 2, characterized in that the fixation is a fixation using a press fit.

6. Element according to claim 2, characterized in that the socket (10) has internal threads (13) at its outermost end to receive a sleeve (12') with complementary external threads (16'), the sleeve surrounding the conductor (11) current, and at the same time, the end of the sleeve abuts against the annular flange or ring (14') on the current rod (11) for a tight fit of the rod (11) into the socket (10).

7. Element according to claim 2, characterized in that in the upper part of the seat there is a threaded bolt (17) cooperating with a threaded hole (17').

8. Element according to claim 2, characterized in that the current conductor (11) is made of copper or its alloy.

9. The element according to claim 1, characterized in that the carbon body (4) is attached to the collector plate (2) in such a way that the outer end part of the carbon body (4) is electrically isolated from the collector plate (2) at a distance of up to 450 mm from its end and towards the inside.

10. Element according to claim 1, characterized in that the carbon body (4) is attached to the collector plate (2) in such a way that the outer end part of the carbon body (4) is electrically isolated from the collector plate (2) at different lengths at both ends plates (asymmetric configuration).

11. Element according to claim 1, characterized in that at least one thermocouple (TC) is inserted into the metal component inside or below the collector plate (2).

12. Element according to claim 1, characterized in that it contains at least one horizontal current output (5; 50), made in one piece with the collector plate (2; 20).

13. Element according to claim 12, characterized in that at least one horizontal current terminal (5; 50) is integrated into a groove (S) in the collector plate (2; 20).

14. The element according to claim 12, characterized in that the horizontal current output (5; 50) contains one conductive part (5; 50), which is embedded in the collector plate (2; 20) by fixing with a press (shock) fit in collector plate recess (2; 20), which is complementary with the corresponding part of the conductor (5, 50).

15. Element according to claim 12, characterized in that the part of the current conductor (5; 50) embedded in the collector plate (2; 20) has a delta-shaped part (51).

16. An element according to claim 12, characterized in that it has at least one horizontal terminal (5, 5') at each end integral with the collector plate (2).

17. The element according to claim 12, characterized in that the cross-section or insertion length of the horizontal current terminal at one end differs (asymmetrically) from the cross-section or insertion length of the horizontal current terminal at the other end.

- 7 040029

18. Element according to claim 12, characterized in that the current terminal (5; 50) contains a copper conductor, preferably covered with a protective sheet (6; 60).

19. Element according to claim 1, characterized in that at least one metal collector element (3) is located on the upper side of the metal collector plate (2), while said collector element (3) is built into a corresponding recess (9) in the lower parts of said carbon body (4), wherein the recess is wider than the collector element and is filled with a conductive material containing conductive particles.

20. Element according to claim 19, characterized in that it has one or more collector elements (3), preferably from 3 to 7, located at a distance from each other, typically from 50 to 150 mm.

21. An element according to claim 19, characterized in that at least one or more collector elements (3) have the same length or a shorter length compared to the carbon body (4).

22. A Hall-Héroult type electrolysis cell comprising multiple cathode elements according to any one of claims 1 to 21, characterized in that the cell is made with multiple cathode elements and in a configuration with only the same elements.

23. An electrolysis cell of the Hall-Héroult type containing multiple cathode elements according to any one of claims 1 to 21, characterized in that the cell is made with multiple cathode elements and in a configuration with different elements.