FR2495385A1 - Copper busbar to titanium conductor connector in electrolytic cells - has copper bolt threaded into titanium conductor with notched head resting on knife edge - Google Patents

Copper busbar to titanium conductor connector in electrolytic cells - has copper bolt threaded into titanium conductor with notched head resting on knife edge Download PDF

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Abstract

In order to reduce the contact resistance between the copper, bus bars, supplying the cells and the titanium conductors carrying the plates a connection is made between them by means of a threaded copper bolt. It is 1.9 cm in dia. screwed into a hole in the titanium bar to a depth of about an inch. A thread pitch not exceeding National Coarse is desirable for the bolt with a corresponding thread inside the hole. The bolt is inserted with a conducting grease. The head of the bolt has a 60 degree vee notch in its head which rests on a knife edge formed on the copper bus bar. The contact will carry a cell current of 300 amps with a much lower contact temp. than if the titanium bar rests directly on the copper bus bar because of the increase contact area.

Description

La présente invention est relative à des appareils électriques dans lesquels un courant électrique passe entre des conducteurs en cuivre et en titane, en particulier dans un milieu corrosif. The present invention relates to electrical devices in which an electric current flows between copper and titanium conductors, in particular in a corrosive medium.

Il est bien connu que le cuivre a une bonne conductivité pour le courant électrique mais qu'il est fortement corrodé par certains milieux, par exemple par du chlore présentant une certaine teneur d'humidité et par des chlorures oxydants acides, qui peuvent se trouver dans et autour de certains appareils utilisant une énergie électrique, par exemple des cellules électrolytiques. Il est également connu que le titane présente une bonne résistance à la corrosion par le chlore et d'autres milieux mais qu'il a une résistivité électrique beaucoup plus grande et, de ce fait, une conductivité beaucoup plus petite que celles du cuivre. It is well known that copper has good conductivity for electric current but that it is strongly corroded by certain media, for example by chlorine having a certain moisture content and by acid oxidizing chlorides, which can be found in and around certain devices using electrical energy, for example electrolytic cells. It is also known that titanium has good resistance to corrosion by chlorine and other media, but that it has a much higher electrical resistivity and, therefore, a much smaller conductivity than that of copper.

Pour bénéficier à la fois de la conductivité électrique du cuivre et de la résistance du titane à la corrosion, on doit les combiner de manière à conserver une bonne conductivité électrique et une faible résistance de contact métal-métal. Ceci soulève des pro blèmes
Comme des opérations traditionnelles de soudage ou de brasage ne sont pas satisfaisantes pour fixer le titane au cuivre (ou à d'autres métaux très conducteurs, comme l'aluminium ou l'argent), on a essayé d'utiliser des fixations mécaniques, par exemple par boulonnage, rivetage, ou pinçage, ou encore des procédés plus complexes, tels qu'un gainage par explosion ou une coextrusion. Tous ces procédés présentent toutefois des désavantages.Des liaisons mécaniques, même si elles sont propres et bien ajustées, sont vulnérables à des infiltrations par des milieux corrosifs et créent une résistance électrique anormalement élevée, spêcialemert lorsqu'on doit fixer ensemble des surfaces relativement grandes de tôles, de plaques, de barres ou d'autres produits métalliques, ces grandes surfaces étant sujettes à un gauchissement ou à une autre déformation. Des liaisons faites par gainage ou extrusion sont conteuses, parfois tout à fait prohibitiveS, et elles excluent un remplacement, un réglage de position, ou un remontage et un réassemblage de l'appareil en cause.To benefit from both the electrical conductivity of copper and the resistance of titanium to corrosion, they must be combined so as to maintain good electrical conductivity and low metal-to-metal contact resistance. This raises problems
Since traditional welding or brazing operations are not satisfactory for fixing titanium to copper (or to other highly conductive metals, such as aluminum or silver), attempts have been made to use mechanical fasteners, for example for example by bolting, riveting, or pinching, or even more complex processes, such as explosion cladding or coextrusion. However, all of these methods have drawbacks. Mechanical connections, even if they are clean and well adjusted, are vulnerable to infiltration by corrosive media and create an abnormally high electrical resistance, especially when relatively large surfaces are to be fixed together. sheets, plates, bars or other metal products, these large areas being subject to warping or other deformation. Connections made by sheathing or extrusion are storytelling, sometimes quite prohibitive, and they exclude replacement, position adjustment, or reassembly and reassembly of the device in question.

Il existe donc une nécessité de pouvoir disposer. d'un moyen pratique pour connecter électriquement des pièces constitutives d'appareil en cuivre et en titane, destinées à une utilisation industrielle dans des milieux corrosifs, en particulier des pièces admettant la conduction de courants élevés, par exemple de 300 A et plus, depuis des conducteurs d'énergie électrique, par exemple des barres omnibus en cuivre, vers des pièces constitutives en titane, par exemple des électrodes ou des barres de support, associées à des cellules électrolytiques, telles que celles fonctionnant avec des électrolytes de chlorure aqueux. There is therefore a need to be able to dispose. of a practical means for electrically connecting component parts of copper and titanium apparatus, intended for industrial use in corrosive environments, in particular parts admitting the conduction of high currents, for example of 300 A and more, from electrical energy conductors, for example copper bus bars, to titanium component parts, for example electrodes or support bars, associated with electrolytic cells, such as those operating with aqueous chloride electrolytes.

Suivant la présente invention, on utilise un connecteur fileté en cuivre, qui est amené à se fixer par vissage au conducteur en titane et est en contact électrique avec le conducteur en cuivre. According to the present invention, a threaded copper connector is used, which is caused to be fixed by screwing to the titanium conductor and is in electrical contact with the copper conductor.

Le conducteur en cuivre compcrte avantageusement une partie formant ergot, qui fait saillie depuis la pièce constitutive en titane et est conformée pour s'adapter fermement cantre le conducteur en cuivre qui peut être un transporteur d'énergie, tel qu une barre omnibus, de manière à assurer un bon contact métal-métal,
Pour entretenir un bon contact entre l'ergot et le transporteur d'énergie, et également pour aider a leur mise en p3ace, l'ergot est avantageusement encoché de manière à s'adapter sur une saillie de forme correspondante prévue sur la barre omnibus ou autre conducteur.The copper conductor advantageously includes a lug portion, which projects from the titanium component part and is shaped to firmly fit between the copper conductor which can be an energy carrier, such as a bus bar, so to ensure good metal-to-metal contact,
To maintain good contact between the lug and the energy carrier, and also to assist in their positioning, the lug is advantageously notched so as to adapt to a projection of corresponding shape provided on the bus bar or other driver.

Le connecteur en cuivre comporte de préférence un filet extérieur et est vissé dans une cavité taraudée dans le conducteur en titane, mais inversement la connexion filetée suivant l'invention peut titre faite grace à une saillie ou partie extrême filetée prévue sur un conducteur en titane et à une calotte ou un chapeau taraudé en cuivre. The copper connector preferably comprises an external thread and is screwed into a tapped cavity in the titanium conductor, but conversely the threaded connection according to the invention can be made by virtue of a projection or end threaded end provided on a titanium conductor and to a cap or a tapped copper cap.

L'un des avantages de l'invention est que les parties filetées du connecteur et de la cavité créent une plus grande surface de contact superficiel par unité de longueur que si l'on utilise des cavités cylindriques et des pièces rapportées d'un même diamètre mais non filetées. Le système suivant l'invention permet d'obtenir de plus faibles densités de courant à la jonction entre le cuivre et le titane. Pour obtenir la surface de contact la plus élevée et assurer un contact continu métal sur métal, le pas de vis devrait avantageusement etre d'un type ne dépassant pas le pas de vis national gros (National Coarse). On devrait utiliser des pas de vis droits (d'un diamètre uniforme) plutôt que des pas de vis coniques de manière que le connecteur puisse etre ajusté tout en entretenant un contact continu. One of the advantages of the invention is that the threaded parts of the connector and of the cavity create a larger surface contact surface per unit of length than if cylindrical cavities and inserts of the same diameter are used. but not threaded. The system according to the invention makes it possible to obtain lower current densities at the junction between copper and titanium. To obtain the highest contact surface and ensure continuous metal-to-metal contact, the screw pitch should advantageously be of a type not exceeding the National Coarse screw pitch. Straight threads (of uniform diameter) should be used rather than tapered threads so that the connector can be adjusted while maintaining continuous contact.

Le conducteur en titane peut être constitué par du titane pur ou commercialement pur, par exemple du type à 99% de titane ou plus, avec jusqu'à 15o d'impu- retés tolérable, ou bien il peut s'agir d'un alliage à haute teneur de titane, contenant environ 90% de titane ou plus. Le cuivre du connecteur est de préférence d'une qualité à haute conductivité. The titanium conductor can be constituted by pure or commercially pure titanium, for example of the type with 99% or more titanium, with up to 15% of tolerable impurities, or it can be an alloy with a high titanium content, containing about 90% or more of titanium. The copper in the connector is preferably of high conductivity quality.

Les conducteurs en titane et en cuivre peuvent Etre de n 'importe quelle forme désirée quelconque, par exemple sous forme de barres, de tiges, de plaques, de pièces coulées, de traverses, de supports et de dispositifs de suspension. Les connexions suivant l'invention peuvent s'utiliser avantageusement, en particulier, dans des cellules électrolytiques, par exemple des cellules dé placage électrolytique utilisant des paniers en titane, ou des cellules de récupération électrolytique utilisant des anodes en titane, où la connexion se fait entre une barre omnibus en cuivre et une barre transversale en titane ou un support d'anode, l'invention englobant également les cellules électrolytiques réalisées de la sorte. The titanium and copper conductors can be of any desired shape, for example in the form of bars, rods, plates, castings, sleepers, supports and hangers. The connections according to the invention can be used advantageously, in particular, in electrolytic cells, for example electrolytic plating cells using titanium baskets, or electrolytic recovery cells using titanium anodes, where the connection is made between a copper bus bar and a titanium cross bar or an anode support, the invention also encompasses the electrolytic cells produced in this way.

Une forme de réalisation particulière de l'invention sera décrite de façon plus détaillée ci-après, à titre d'exemple seulement, avec référence aux dessins non limitatif annexés. A particular embodiment of the invention will be described in more detail below, by way of example only, with reference to the accompanying non-limiting drawings.

La Figure 1 est une vue en plan d'une cellule électrolytique réalisée en utilisant l'invention. Figure 1 is a plan view of an electrolytic cell made using the invention.

La Figure 2 est une vue en coupe verticale agrandie, prise suivant les lignes II-II, de l'une des barres omnibus et de l'une des traverses. Figure 2 is an enlarged vertical sectional view, taken along lines II-II, of one of the bus bars and one of the sleepers.

La cellule électrolytique 14 représentée par la Figure 1 comprend un récipient résistant à la corrosion 12, contenant un électrolyte 13, par exemple une solution aqueuse de chlorure de nickel, dans leouel sont immergées des anodes en titane enrobées 16 et des ca des en acier inoxydable 18, suspendues depuis les traverses 10 et 17. Chaque traverse 10 pôur anode est en titane et s'étend au-dessus d'une barre omnibus en cuivre 11, latérale aux anodes, en étant supportée par cette barre, celle-di présentant une saillie 26 en "lame de couteau", l'autre extrémité de chaque barre tras- versale 10 étant soutenue par un support isolé 15.De façon similaire, les traverses 17 pour cathodes enrobées sont supportées chacune par la barre omnibus 20 latérale aux cathodes et par un support isolé 19. Les barres omnibus 11 et 20 sont connectées par des conducteurs en cuivre lia et 20a aux piles positif et négatif d'une source de courant continu 21. Du chlore gazeux se dégage à l'anode lorsqu'on fait passer du courant pour l'élue trolyse. The electrolytic cell 14 represented by FIG. 1 comprises a corrosion-resistant container 12, containing an electrolyte 13, for example an aqueous solution of nickel chloride, in which are coated titanium anodes 16 and stainless steel ca 18, suspended from the crosspieces 10 and 17. Each crosspiece 10 for anode is made of titanium and extends above a copper busbar 11, lateral to the anodes, being supported by this bar, the latter having a projection 26 in "knife blade", the other end of each transverse bar 10 being supported by an insulated support 15.Likewise, the crosspieces 17 for coated cathodes are each supported by the busbar 20 lateral to the cathodes and by an insulated support 19. The busbars 11 and 20 are connected by copper conductors 11a and 20a to the positive and negative batteries of a direct current source 21. Chlorine gas is released at the anode when action is not taken be current for the elected trolysis.

Comme illustré par la Figure 2, un connecteur fileté en cuivre 22 est vissé dans une cavité 23 taraudée de façon correspondante dans la barre omnibus 10, la partie avant (dans le sens du vissage) du connecteur 22 ayant sa surface de filet 22a en contact avec la surface de filet 23a de la cavité 23. On utilise une graisse conductrice de l'électricité sur les pas de vis pour rendre optimale la conduction entre les deux métaux. Il n'est pas nécessaire que l'extrémité avant (moitié supérieure) du connecteur soit en contact avec le fond de la paroi de la cavité. As illustrated in Figure 2, a threaded copper connector 22 is screwed into a correspondingly tapped cavity 23 in the bus bar 10, the front part (in the direction of screwing) of the connector 22 having its thread surface 22a in contact with the thread surface 23a of the cavity 23. An electrically conductive grease is used on the threads to make the conduction between the two metals optimal. The front end (upper half) of the connector does not have to be in contact with the bottom of the cavity wall.

L'ergot 24 du connecteur 22 s'étend hors de la cavité 23 et présente une fente en forme de V 25 à son extrémité s'étendant vers l'arriere, les faces 25a et 25b de cette cavité formant l'angle de celle-ci. Un élément de contact 26 est prévu en saillie sur la barre omnibus 11, les faces 26a et 26b de cet élément formant un angle leur permettant de s'appuyer contre les faces 25a et 25b de l'encoche 25, bien qu'une correspondance tout à fait précise ne soit pas nécessaire. The lug 24 of the connector 22 extends out of the cavity 23 and has a V-shaped slot 25 at its end extending towards the rear, the faces 25a and 25b of this cavity forming the angle thereof. this. A contact element 26 is provided projecting from the bus bar 11, the faces 26a and 26b of this element forming an angle allowing them to bear against the faces 25a and 25b of the notch 25, although a completely matching is not necessary.

En pratique, le pas de vis prévu sur le cDn- necteur 22 est avantageusement un pas de vis national gros (Major) d'un diamètre de 1,9 cm et il est en contact avec le pas de vis de la cavité 23 sur une longueur de connecteur de 2,54 cm. L'angle de l'encoche en V 25 est d'environ 60 .  In practice, the screw thread provided on the connector 22 is advantageously a large national screw thread (Major) with a diameter of 1.9 cm and it is in contact with the screw thread of the cavity 23 on a connector length of 2.54 cm. The angle of the V-shaped notch 25 is approximately 60.

Le Tableau suivant montre les avantages de l'utilisation de connecteurs suivant la présente invention, en ce qui concerne les faibles températures de contact de la barre omnibus et la faible résistance de contact électrique (comme illustré par la chute de tension entre la barre omnibus et la traverse en titane). comparativement à celles obtenues lorsque la traverse en titane repose directement sur la barre omnibus en cuivre.On a utilisé des connecteurs en cuivre d'une longueur de 2,54 cm et de deux diamètres différents, le courant étant de 300 à 350 A.  The following table shows the advantages of using connectors according to the present invention, with regard to the low contact temperatures of the bus bar and the low electrical contact resistance (as illustrated by the voltage drop between the bus bar and the titanium crosspiece). compared to those obtained when the titanium cross member rests directly on the copper busbar. Copper connectors with a length of 2.54 cm and two different diameters were used, the current being from 300 to 350 A.

TABLEAU
Résistance de Température de
contact contact, 0C
chute de ten
sion (mV)
Pas de vis de 1,27 cm 45 - 90 60
Pas de vis de 1,9 cm 7 - 20 50
Contact direct 750 140 BOARD
Temperature Resistance
contact contact, 0C
ten fall
Zion (mV)
1.27 cm screw pitch 45 - 90 60
1.9 cm thread 7 - 20 50
Direct contact 750 140

Claims (4)

REVENDICATIONS 1. Appareil électrolytique, comprenant une connexion électrique pour le passage d'un courant élec trique entre des condu cteu en cu ivr etdes conducteurs en titan e, ca- ractérisé en ce que cette connexion comprend un connecteur fileté en cuivre (22) coopérant par I'intermédidire d'un pas de vis avec le conducteur en titane (10) pourvu d'un pas de vis correspondant, ce connecteur (22) étant en contact électrique avec le conducteur en cuivre (11). 1. Electrolytic device, comprising an electrical connection for the passage of an electric current between copper conductors and titanium conductors, characterized in that this connection comprises a threaded copper connector (22) cooperating by 1'intermédidider a thread with the titanium conductor (10) provided with a corresponding thread, this connector (22) being in electrical contact with the copper conductor (11). 2. Appareil suivant la revendication 1, carac-.  2. Apparatus according to claim 1, charac-. térisé en ce que le connecteur en cuivre (22) est une pièce rapportée comportant un pas de vis externe (22a) s'engageant dans un pas de vis interne (23a) d'une cavité (23) prévue dans le conducteur en titane (10). terized in that the copper connector (22) is an insert comprising an external screw thread (22a) engaging in an internal screw thread (23a) of a cavity (23) provided in the titanium conductor ( 10). 3. Appareil suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le connecteur fileté en cuivre (22) comporte un ergot (24) présentant une encoche en forme de V (25) faisant face vers l'extérieur, le conducteur en cuivre présentant une saillie de forme correspondante (26).  3. Apparatus according to either of claims 1 and 2, characterized in that the threaded copper connector (22) comprises a lug (24) having a V-shaped notch (25) facing towards outside, the copper conductor having a projection of corresponding shape (26). -4. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conducteur en titane (10) forme une anode ou une barre de support d'anode d'une cellule électrolytique.  -4. Apparatus according to any one of the preceding claims, characterized in that the titanium conductor (10) forms an anode or an anode support bar of an electrolytic cell.
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