FI125438B

FI125438B - Collector structure used in the electrolysis process

Info

Publication number: FI125438B
Application number: FI20140007A
Authority: FI
Inventors: Aulis Jämiä
Original assignee: Cathodex Oy
Priority date: 2014-01-07
Filing date: 2014-01-07
Publication date: 2015-10-15
Also published as: FI20140007A

Description

ELEKTROLYYSIPROSESSISSA KÄYTETTÄVÄ KERÄÄJÄRAKENNECOLLECTOR STRUCTURE FOR USE IN THE ELECTROLYSIS PROCESS

Keksintö kohdistuu elektrolyysiprosessissa käytettävään altaaseen sijoitettavaan kerää-järakenteeseen, joka käsittää kerääjälevyn, kerääjälevyä kannattelevan palkin, johon ke-rääjälevy on kiinnitetty hitsausliitoksella sekä sähköä johtavan metallikiskon, kuten metallitangon sähkövirran johtamiseksi virransyöttökiskolta kerääjälevyyn, jolloin kerääjä-levyä kannatteleva nelikulmainen palkki on putki, jonka sisään on sovitettu mainittu metallitanko niin, että palkin ainakin toisessa päässä on mainitusta metallitangosta ainakin yksi pinta näkyvissä.The invention relates to a basin collecting collector structure for use in an electrolysis process, comprising a collector plate, a collector plate bearing beam to which the collector plate is welded, and an electrically conductive metal rail such as a metal bar arranged said metal bar so that at least one surface of said metal bar is visible at least at one end of the beam.

Ennestään tunnetaan yllä olevan johdannon mukaisia kerääjärakenteita, joissa ongelmana on kerääjälevylle johtavan kuparisen virtakiskon suojaaminen syövyttäviltä höyryiltä ja liittäminen prosessissa käytettyyn jotain muuta kestävää materiaalia olevaan kerääjälevyyn niin, että haitallisten sähköparien syntyminen vältetään. Prosessialtaan ilmasto on syövyttävää. Kuparinen virtakisko tarvitsee lisäksi kannatinpalkin kerääjälevyn kannatte-lemiseksi. Kannatinpalkkeina tunnetaan haponkestävästä teräksestä tehty putkipalkki, jonka sisällä kuparinen virtakisko viedään kerääjälevyn kanssa kosketuksiin. Tällainen ratkaisu tunnetaan julkaisusta WO 03/106738 , jossa esitetään palkkina toimivan kotelon sisään sijoitettu sähköä hyvin johtava tanko. Palkin alareunassa on rako, josta kerääjälevy sijoitetaan palkin sisään kontaktiin kuparitangon kanssa ja kerääjälevy hitsataan palkkiin, jolloin mainittu rako tiivistyy. Palkin sisään sijoitetaan reiän kautta ruiskuttamalla täyteainetta, kuten epoksia, jolla pyritään estämään happohöyryjen pääsy palkkikuoren ja metallitangon väliin. Tällä ratkaisulla on haittana, että täyteaine on eriste, jota voi kulkeutua palkkikuoren ja sen sisään sijoitetun metallitangon väliin laajalti jättäen sähkövirran siirtymisen vain liitoksen varaan, joka muodostuu kerääjälevyn yläreunan ja metallitangossa olevan uran välille. Happohöyryjen pääsyä palkkikuoren ja metallitangon väliin ei voida täysin estää palkin päissä.Collector structures according to the above introduction are known in the art, where the problem is to protect the copper busbar conducting to the collector plate from corrosive vapors and to connect it to a collector plate of some other durable material used in the process so as to avoid the formation of harmful electric pairs. The process climate is corrosive. The copper busbar also needs a support beam to support the collector plate. Support beams are known as stainless steel tubular beams, in which a copper busbar is introduced into contact with the collector plate. Such a solution is known from WO 03/106738, which discloses an electrically conductive bar placed inside a beam housing. There is a slot at the bottom of the beam from which the collecting plate is inserted into the beam in contact with the copper bar and the collecting plate is welded to the beam, thereby sealing said slot. A filler, such as epoxy, is inserted through the hole through a hole to prevent acid vapors from entering the beam shell and the metal bar. This solution has the disadvantage that the filler is an insulator that can travel extensively between the beam shell and the metal bar inserted therein, leaving only the transfer of electric current on the joint formed between the top of the collecting plate and the groove in the metal bar. The entry of acid vapors between the beam shell and the metal bar cannot be completely prevented at the ends of the beam.

Julkaisusta CN 201224766Y tunnetaan kerääjärakenne, jossa kannatinpalkki on samalla virtajohtimena kerääjälevylle. Tässä ratkaisussa virtajohtimen eli kannatinpalkin ja kerääjälevyn välinen liitos on alttiina syövyttävinä höyryille. Tämän johdosta edellä kuvatun kaltaiseen rakenteeseen kuuluvaan liitokseen syntyy galvaaninen pari, jossa toista materiaalia häviää.From CN 201224766Y a collector structure is known in which the support beam is at the same time a power conductor for the collector plate. In this solution, the connection between the current conductor or support beam and the collecting plate is exposed to corrosive vapors. This results in a galvanic pair in a joint of the type described above, where one material is lost.

Keksinnön mukaisella elektrolyysiprosessissa käytettävällä kerääjälevyrakenteella saavutetaan yllättäviä parannuksia olemassa olevaan tekniikan tasoon ja keksinnölle on tunnusomaista, ettähappohöyryjen tunkeutumisen estämiseksi palkin päästä metallitangon ja palkin väliin, on mainitussa päässä palkin ja metallitangon välille kaikille neljälle sivulle muodostuva rako tukittu eräillä sivuilla niin, että palkin läpi on sovitettu kulkemaan tappi, joka ainakin osittain kulkee mainitun raon kautta ja eräillä toisilla sivuilla mainittu rako on tukittu yhtäjaksoisella läpihitsauksella, joka kulkee palkin kyljellä sijaitsevalta tapilta toiselle tapille.The collector plate structure used in the electrolysis process of the invention achieves surprising improvements in the prior art and the invention is characterized in that, to prevent the penetration of acid a pin extending at least in part through said slot, and on some other sides said slot is blocked by a continuous through welding from a pin on the side of the beam to another pin.

Keksinnön mukaisen kerääjälevyn etuna on, että kannatinpalkki on tehtävissä kevyenä rakenteena ohutlevystä, jolloin se ei haponkestävästä materiaalistakaan tehtynä tule kalliiksi. Virtakiskona toimiva metallitanko on sijoitettu edellä mainitun kannatinpalkin sisään ilman, että kerääjälevyn yläreunaa johdetaan palkin sisään. Kerääjälevy hitsataan yläreunastaan olennaisesti samaa materiaalia olevan kannatinpalkin alapintaan, jolloin happohöyryillä ei ole mahdollisuutta päästä kannatinpalkin sisään kerääjälevyn kohdalta. Kannatinpalkin päihin tehtävillä metallitankoon asti tunkeutuvilla hitsauksilla sekä rakoihin sijoitetulla erityisellä tappi-sulkusovitelmalla suljetaan happohöyryjen pääsy kannatinpalkin sisään palkin päistä. Täten vältytään täyteaineiden käytöltä. Sähkövirran kulku metallitangosta kannatinpalkkiin on helposti parannettavissa tekemällä palkkiin lisää keksinnön mukaisia metallitankoon tunkeutuvia hitsauksia.An advantage of the collector plate according to the invention is that the support beam can be made of a lightweight construction of a thin plate, whereby it is not expensive even when made of acid-proof material. A metal bar acting as a busbar is positioned within the above-mentioned support beam without the upper edge of the collecting plate being guided into the beam. The collection plate is welded at its upper edge to the underside of a support beam of substantially the same material, whereby acid vapors have no access to the support beam at the collection plate. Welding up to the metal bar at the ends of the support beam and a special pin-closure arrangement in the crevices prevent the entry of acid fumes into the support beam from the ends of the beam. Thus, the use of fillers is avoided. The flow of electric current from the metal bar to the support beam can be easily improved by making the bar further penetrate the metal bar welding.

Seuraavassa keksintöä selitetään lähemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa Kuvio 1 esittää erästä keksinnön mukaista kerääjälevyä ja koteloitua virtakiskoa sivulta. Kuvio 2 esittää kuvion 1 rakennetta päästä nähtynä.In the following, the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings, in which Figure 1 shows a side plate of a collector plate and a busbar bus according to the invention. Figure 2 shows the structure of Figure 1 in end view.

Kuvio 3 esittää kuvion 1 rakennetta altapäin nähtynä.Figure 3 is a bottom view of the structure of Figure 1.

Kuvio 4 esittää kannatinpalkin päätä sivulta leikatuna.Figure 4 is a side elevational view of the end of a support beam.

Kuvio 5 esittää kannatinpalkin päätä sivulta nähtynä.Figure 5 is a side view of the end of a support beam.

Kuvio 6 esittää kannatinpalkin päätä altapäin nähtynä.Figure 6 shows the end of the support beam as seen from below.

Kuviossa 1 on esitetty keksinnön mukainen kerääjälevyä 2 kannatteleva palkki 1, jonka sisään on sijoitettu virtakiskolta (ei näytetty) kontaktin avulla sähkövirtaa johtava metallitanko 3, joka on sopivimmin kuparitanko. Metallitangon 3 pää on näkyvissä, jotta kontaktipintojen kautta sähkönsiirto saadaan virtakiskolta metallitankoon 3. Kerääjälevy 2 on kiinnitetty palkkiin 1. Palkki 1 on haponkestävää putkea ja sen seinämän paksuus on noin 2-3 mm. Palkin 1 sisään öin sovitettu palkin sisäprofiilia mukaileva metallitanko 3 niin, että niiden välille ei muodostu kovin suurta välystä. Vain palkin 1 päästä on mainitun välyksen kautta happohöyryillä mahdollisuus mennä palkin 1 ja metallitangon 3 välitilaan. Keksinnön mukaiset palkin 1 läpi kulkevat tapit 4 näkyvät palkin päässä.Fig. 1 shows a beam 1 carrying a collector plate 2 according to the invention, in which a metal rod 3, preferably a copper rod, is electrically conductive by means of a contact rail (not shown). The end of the metal bar 3 is visible to provide power transfer through the contact surfaces from the busbar to the metal bar 3. The collecting plate 2 is attached to the beam 1. The beam 1 is an acid-proof tube and has a wall thickness of about 2-3 mm. A metal bar 3 adapted to the inside profile of the beam at night and adapted to the inside profile of the beam, so that there is not much clearance between them. Only at the end of the beam 1 is it possible for acid vapors to enter the space between the beam 1 and the metal bar 3 through said clearance. The pins 4 passing through the beam 1 according to the invention are visible at the end of the beam.

Kuvioissa 2 ja 3 rakennetta esitetään eri suunnista nähtyinä.In Figures 2 and 3, the structure is shown in different directions.

Kuviossa 4 esitetään palkki 1 leikattuna, jolloin metallitanko 3 on palkin sisällä sovitettuna palkin 1 alapintaa vasten. Ruuvien 5 avulla metallitanko 3 kiristetään palkin 1 sisäpintaa vasten. On edullista käyttää pienikantaisia ruuveja 5, koska ruuvit on syytä hitsata esim. TIG-hitsauksena palkkiin 1 tiiviyden saavuttamiseksi. Kerääjälevy 2 hitsataan kiinni palkin 1 samaan kylkeen, jota vasten metallitankokin 3 puristetaan. Tässä kuviossa esitetään happohöyryjen kulkeutumisen esto palkin 1 päästä pidemmälle palkin 1 sisään tappien 4 avulla, jotka on sovitettu palkin 1 läpi porattuihin reikiin. Reiät tapeille 4 on porattu niin, että ne osuvat sivuamaan sekä palkin 1 kyljen sisäpintaa että metallitankoa 3. Tapit 4 tukkivat tällä rakenteella happo-höyryjen kulun kuvion 4 esittämässä väljässä ylävälitilassa sekä kiinni puristetussa alavälitilassa. Tapit 4 ovat esim. niitattavia tappeja, jotka hieman paisuvat niitä reikään hakatessa. Tapit 4 voivat olla myös onttoja, jolloin niiden paisuttaminen on helpompaa, kun ne pakotetaan reikiin ja myös jälkeenpäin jo reiässä ollessaan, jolloin niiden keskiöreiän kautta voidaan tuuman avulla tappia paisuttaa.Fig. 4 shows the beam 1 cut in, with the metal bar 3 mounted inside the beam against the underside of the beam 1. The screws 5 are used to tighten the metal rod 3 against the inner surface of the beam 1. It is preferable to use small-head screws 5, because the screws should be welded, for example, as TIG welding to the beam 1, in order to achieve tightness. The collecting plate 2 is welded to the same side of the beam 1 against which the metal rod 3 is pressed. This figure illustrates the prevention of the passage of acid vapors beyond the beam 1 into the beam 1 by means of pins 4 fitted in the holes drilled through the beam 1. The holes for the pins 4 are drilled so that they touch both the inner surface of the flanks of the beam 1 and the metal bar 3. The pins 4 block the passage of acid vapors in the loose upper space and the closed lower space shown in Figure 4. The pins 4 are, for example, riveting pins that slightly expand when punctured. The pins 4 may also be hollow, making it easier to inflate them by forcing them into the holes, and even afterwards in the hole, whereby an inch can be expanded through the center hole.

Kuviossa 4 esitetään vielä metallipala 8, joka on sijoitettu ylävälitilaan tapin 4 viereen ja se tukee kuparista metallitankoa 3 rasituksilta ja taipumilta, kun mainittu tanko 3 kannat-telee kerääjärakenteen toista päätä ollessaan virtakiskon varassa. Metallipalan 8 paksuus valitaan sellaiseksi, että se ahtaasti sopii ylävälitilaan.Figure 4 further shows a piece of metal 8 disposed in the upper space adjacent to the pin 4 and supporting the copper metal bar 3 against stresses and deflections when said bar 3 supports the other end of the collecting structure while being supported by the busbar. The thickness of the metal piece 8 is chosen such that it narrowly fits into the upper space.

Kuviossa 5 esitetään kuvion 4 rakenne täydennettynä niin, että palkin 1 päähän on tehty jatkuvat läpihitsaukset 9 tapilta 4 toiselle tapille 4, jolloin happohöyryjen kulku myös kylkiosilla olevien välitilojen kautta estyy. Hitsaukset 9 ovat palkkimateriaalista sen alla olevaan metallitankoon 3 ulottuvia jatkuvia hitsauksia. Palkkimateriaali on esim. haponkestävää teräsohutlevyä ja metallitanko 3 kuparia.Fig. 5 shows the structure of Fig. 4, supplemented by continuous welding of the end of the beam 1 from the pin 4 to the second pin 4, thereby preventing the passage of acid vapors through the intermediate spaces on the flanks. The welds 9 are continuous welds extending from the beam material to the metal bar 3 beneath it. The beam material is, for example, an acid-proof steel sheet and a metal bar 3 copper.

Kuviossa 6 esitetään jatkuvia hitsauksia 10, joilla palkin 1 materiaali ja metallitangon 3 materiaali liittyvät toisiinsa, jolloin metallitangon 3 kuparia jonkin verran seostuu palkki-materiaaliin ainakin palkin sisäpinnan läheisyydessä ja päinvastoin myös haponkestävää terästä seostuu kupariin. Näillä parannetaan sähkövirran kulkua metallitangosta 3 palkkiin 1. Kerääjälevy 2 hitsataan kuvion 6 mukaiseen palkin 1 alapintaan, missä hitsaukset 10 on etukäteen tehtynä. Kerääjälevyn hitsauksessa palkin 1 alapintaan tulee kiinnityshitsaukset ainakin osittain liittymään hitsauksiin 10, joka on sähkön hyvän johtumisen kannalta toivottavaa.Fig. 6 shows continuous welds 10 in which the material of the bar 1 and the material of the metal bar 3 are interconnected, whereby the copper of the metal bar 3 is somewhat doped with the bar material at least near the inner surface of the bar and vice versa These improve the flow of electric current from the metal rod 3 to the beam 1. The collecting plate 2 is welded to the underside of the beam 1 according to Fig. 6, where the welds 10 are performed in advance. When welding the collector plate to the underside of the beam 1, the attachment welds will at least partially join the welds 10, which is desirable for good conductivity of electricity.

Palkki 1 ja kerääjälevy 2 ovat olennaisesti samaa materiaalia tai helposti toisiinsa hitsattavia materiaaleja, kuten seostettuja teräksiä.The beam 1 and the collector plate 2 are of substantially the same material or easily weldable materials, such as alloy steels.

Claims

A collection assembly to be placed in a pool for use in the electrolysis process, comprising a collecting plate (2), a collecting plate supporting beam (1) to which the collecting plate (2) is welded and a conductive metal rail such as a metal rod (2) the supporting rectangular beam (1) is a tube in which said metal bar (3) is inserted so that at least one surface (7) of said metal bar (3) is visible at least at one end, characterized in that in order to prevent penetration of the beam (1) from the end of the beam (3) to the beam (1), the gap formed at each end between the beam (1) and the beam (3) is blocked on some sides so that it passes through the beam (1). a pin (4) extending, at least in part, through said gap and in some on the other sides said gap is closed by continuous welding (9) from the beam (1) to the beam (4), which welds from the pin (4) on the side of the beam (1) to the other pin (4).

Collector assembly according to Claim 1, characterized in that the penetration welding (9) is a laser weld whose penetration is adjusted to extend through the wall of the beam (1) to the surface of the metal bar (3).

Collector assembly according to Claim 1, characterized in that the ends of the beam (1) are provided with pins (4) on different sides of the metal bar (3) which have through holes on the same side of the beam (1) through at least the holes of the metal bar (3) and the side of the beam.

Collector assembly according to Claim 1, characterized in that the pin (4) is riveted or expanded into a hole.

Collector assembly according to Claim 1, characterized in that the metal bar (3) is inserted into the beam (1) by tightening said rod with screws (5) against the inner surface of the side of the beam (1) to which the collector plate (2) is welded.

Collector assembly according to Claim 1, characterized in that the welds (9) at the ends of the beam (1) extend obliquely on the surface of the beam (1) from one pin (4) to another.

Collector assembly according to Claim 1, characterized in that through the outer surface of the beam (1) to which the collector plate (2) is fixed, welds (10) are made which extend through said surface to a metal bar (3) pressed against said surface.

Collector assembly according to Claim 1, characterized in that a support piece (8) is arranged in the space between the beam (1) and the metal bar (3) on the opposite side of the metal bar (3).