PL80035B1 - - Google Patents

Description

Urzadzenie katodowe do wanien elektrolitycznych wytwarzajacych aluminium Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie katodo¬ we do wamiem elektrolitycznych wytwarzajacych aluminium.Jak wiadomo, konstrukcja elektrodo^katodowa waniem elektrolitycznych wytwarzajacych alumi¬ nium sklada sie z bloków katodowych, zawieraja¬ cych amtracyt i/lub koks i/lub grafit, uszeregowa¬ nych obok siebie i rozdzielonych za pomoca wkla¬ dek z wegla prasowanego. Do bloku ulozonego po¬ ziomo na dnie katody doprowadza sie prad po¬ przez szymy katody stalowej o czworokatnym prze¬ kroju poprzecznym, których czesc wynoszaca od Vs do 1/2 fch dlugosci znajduje sie w otwartych row¬ kach pretów o przekroju poprzecznym czworokat¬ nym lub prostokatnym, zaglebionych w dolnych powierzchniach bloków weglowych, osadizonych przez odlewanie lub przez prasowanie wegla w rowku.Inna czesc preta katodowego stalowego znajdu¬ jaca sie na zewnatrz rowka bloku weglowego, przechodzi poprzez scianke boczna wanny i po¬ przez otwór wyciety w sciance bocznej skrzynki kaitody do szybu szynowego oraz laczy sie z po¬ wierzchnia stykowa, wykonana na koncu odpo¬ wiedniego elemenitu ukladu szynowego katodowego, wykonanego najczesciej z aluminium.Jedna z glównych miedzy innymi niedogodnoscia¬ mi tego urzadzenia sitanowi wzglednie duzy opór dna katody lub spadek napiecia, który wynosi J5 20 25 30 w praktyce czesto powyzej 300 mV, lecz wynosi na ogól 400 mV. Duza czesc spadku napiecia wy¬ stepuje w precie katodowym i zmierzona w nim gestosc pradu wynosi od 0,15 do 0,25 A/mmi2.Dazenie przy tym do tego, aby spadek napiecia . zmniejszyc przez zwiekszenie przekroju poprzecz¬ nego, jest ograniczony przede wszystkim przez statyczne naprezenie wytrzymalosciowe jakie wy¬ stepuje w katodzie weglowej o takim ksztalcie.Grubosc scianek ograniczajacych z obu stron ro¬ wek nie moze byc jednak obnizona ponizej okres¬ lonej granicy, poniewaz krucha scianka weglowa stawia zaledwie w malym zakresie opór napreze¬ niom zginajacym, które wystepuja nie tylko w czasie osadzenia stalowego preta katodowego, lecz takze w czasie eksploatacji wskutek rozszerzalnosci cieplnej scianki weglowej. W przypadku stosowa¬ nia rowków otwartych ku dolowi momenty zgi¬ najace wystepuja w okolicy punktu srodkowego, a wartosc maksymalna ramienia sily odpowiada glebokosci rowka i wystepujaca tu sila pozioma dzialajaca na zewnatrz dazy do rozerwania rowka.Praktyczne doswiadczenia wskazuja, ze w przy¬ padku osadzenia stalowych pretów katodowych powstaje szereg rys oraz, ze w celu wyeliminowa¬ nia tej niedogodnosci scianka rowka, musi miec co najmniej 100 mm grubosci. Doswiadczenia te wykazaly równiez, ze ta grubosc scianki jest do- 80 0353 80 035 piero wówczas bezpieczna, kiedy naroze rowka nie jest prostokatne tylko zaokraglone.Inna nieclogodnosc zasadniczo opisanego rozwia¬ zania polega na krótkiej zywotnosci dna katody.W zwiazku z tymi jest znane, ze wanna elektroli- tycz«& do wytwarzania alumiindum jest wylaczana wówczas w celu renowacji okladziny katody, kiedy stopione adumkiiuTn atakuje prety stalowe przewo¬ dzace prad lujb kooiBtruteje stadowa wanny w ta¬ kiej masie, ze zajwamtosc zelaza w wytworzonym aluniiniuni zwieksza sie ponad dopuszczalna grani¬ ce. Qd|by(wa sie to na ogól przy 3 do 5nleitiniej zy¬ wotnosci dna katody najczesciej w ten sposób, ze stopione aluminium wdzierajace sie poprzez rysy lub wydrazenia powstale w dmie katody weglowej przedostaje sie pod wiecej lub mniej monolityczna wairsttwe dna weglowego, sklaldajaca sie z wypa¬ lonych bloków otaz rozprzestrzenia sie tam i ata¬ kuje poprzez wypalona warstiwe wegla, niechrohio- ne powierzchnie stalowych pretów katodowych.Niedogodnosci tego rozwiazania próbowamb wyeli¬ minowac przez zmniejszenie opornosci i przez za¬ stapienie stalowej szyny katodowej czesciowo lub calkowicie materialem o mniejszej opornosci elek¬ trycznej, na przyklad przez aluminiium lub miedz.Przeciwko zastosowaniu aluminium przemawia fakt, ze wskutek niskiej temperatury topnienia czesc aluminium topi sie wewnatrz rowka katody weglowej, co w opisanym rozwiazaniu prowadzi do rozplywania sie alujninium i do przerwania doplywu pradu. Przeciwko zastosowaniu z kolei miedzi przemawia fiakt, ze wciskanie sie stopionego aluminium pod bloki katodowe weglowe z otwar¬ tymi rowkami powoduje rozpuszczenie sie miedzi, wskutek czego nastepuje nie tylko w krótkim cza¬ sie przerwanie w doprowadzeniu pradu, lecz takze ma miejsce nietck)(pus2xazatoe zanieczyszczenie wy- tworzoneigio oJawnindami.Znane sa równiez urzadzenia katodowe, w któ¬ rych w doinyim otwartym rowku jest umieszczona stalowa szyna katodowa zespawana z szyna alumi¬ niowa lub miedziana. W tym przypadku istnieje równiez mozliwosc stopienia i rozplywania sie szyny aluminiowej lub rozpuszczenia miedzi i wcis¬ kanie sie w alurriinium katodowe.W oelu wyeliminowania tych niedogodnosci wy¬ nalazek przewiduje osadzenie preta katodowego w nieprzelotowym wydrazeniu lub w otworze, wy¬ konanym wewnatrz katody weglowej ograniczo¬ nym ze wszystkich stron w plaszczyznie prosto¬ padlej do osi wzdluznej prejta katodowego. Pret katodowy zamykajacy wydrazenie ma celowo ko¬ lowy przekrój poprzeczny lub celowo dobierany profil.Przez zastosowanie takiego rozwiazania zmienia¬ ja sie znacznie proporcje naprezen katody weglo¬ wej. Zamiast sil zginajacych wystepuja tu bowiem sily sciskajace, które sa lepiej przenoszone przez kruche korpusy. Wskultek tego gnubosci scianek wydrazen lub otworów albo przekroje poprzeczne wegla moga byc znacznie zwiekszone, to znaczy w katodzie weglowej moga byc osadzone prety katodowe o wiekszym przekroju poprzecznym.Dzieki temu moze byc znacznie obnizony opór elektryczny katody.Inna zaleta zamknietego wydrazenia lub otworu polegla na tym, ze szyna katodowa do aluminium 5 widzierajacego sie pod bloki weglowe jest trudno dostepna od dolu,- cV oddzialywuj e korzystnie na trwalosc dna katody. Ta sama okolicznosc umoz¬ liwia takze bezpieczne stosowanie szyn aluminio¬ wych lub miedzianych, wzglednie elementów szyn.Stosowane w ten sposób rozwiazanie przy uzy¬ ciu aluminium i/lub miedzi moze byc uzywane dzieki temu, ze aluminium lub miedz moze byc umieszczone w stalowej szynie katodowejh two¬ rzacej zam|kniete wydrazenie lub rure, której czesc wewnetrzna jest wypelniona przez metal o lepszej przewodnosci wlasciwej. Dziejki temu wewnetrzny rdzen metalowy czuly na dzialanie aluminium ka¬ todowego jest chroniony dopuszczalnie i trwale przez otaczajajcy go material ze stali, a takze przez otaczajacy wszystlko wegiel.Przedmiot wynalazku jest wyjasniony w przy¬ kladzie wykonania, ma rysunku, na którym fig. 1 przedstawia znane rozwiazanie bloku weglowego katodowego z osadzonym w nim pretem katodo¬ wym, w przekroju poprzecznym, fig. 2 — pret katodowy o kolowym przekroju poprzecznym wed¬ lug wynalazku, osadzony w bloku weglowym ka¬ todowym z nieprzelotowym otworem o kolowym przekroju poprzecznym, w którym umieszczona jest masa zakleszczajaca, otaczajaca pret katodowy, fig. 3 — - blok weglowy katodowy z wykonanym w nim Meprzelotowym otworem o kolowym prze¬ kroju poprzecznym, w którym osadzona jest masa zakleszczajaca rure stalowa z miedzianym lub alu¬ miniowym ndzenliem, a fig. 4 — rozwiazanie z fig. 3 w przetaojiu podluznym.Znany blok kaJtodowy 1 ma osadzony pret ka¬ todowy 3 zakleszczony w warstwie 2. Wedlug wy¬ nalazku pret katodowy 6 o kolowym przekroju po¬ przecznym jest osadzony w bloku katodowym 4 z nieprzelotowym otworem, w którym umieszczona jest masa 5 zakleszczajaca. W innym przykladzie wykonania (fig. 3 i 4) w bloku weglowym katodo¬ wym 7 w nieprzelotowym otworze w którym znaj¬ duje sie masa 8 zakleszczajaca osadzona jest rura stalowa 9 z miedzianym lub aluminiowym rdze¬ niem 10.Rozwiazanie to nadaje sie szczególnie do katod weglowych o duzej, ponad 15-procentowej zawar¬ tosci grafii|tu, które w warunkach elektrolizy alu¬ minium sa narazone mniej na zniszczenie i z tego powodu szyny katodowe umieszczone w zamknie¬ tych rowkach sa skutecznie chronione.Dalsza zaleta tego rozwiazania polega na tym, ze stosunek powierzchni katody do przekroju po¬ przecznego szyny katodowej o przekroju kolowym jest mniejszy riiz ten stosunek w przypadku za¬ stosowania szyny katodowej o prostokatnym prze¬ kroju poprzecznym. "Wiskuitejk tego strata ciepla czesci szyny katodowej o kolowym przekroju po¬ przecznym wystajacej ze skrzynki katodowej jest przy takim samym wydatku jednostkowym mniej¬ sza o okolo 20°/o, niz szyn o czworokatnym prze¬ kroju poprzecznym stosowanych w obecnosci alu- 20 25 30 35 40 45 60 55 6080 03? 6 minium hutniczego. Za dalsza zalete tego rozwia¬ zania nalezy uznac okolicznosc, polegajaca ma tym, ze przy osadzeniu szyny katodowej z masa ubita i przy zastosowaniu wbudowanych w wanny row¬ ków wegla katodowego otwartych od dolu osiaga 5 sie w czasie wypalania masy zakleszczajacej w tem¬ peraturze miedzy 60 a 400°C mocne osadzenie, pionowy przesuw i wyeliminowanie czola rowka pogarszajacego sity(k. Przy osadzaniu w zamkniete rowki szyny katodowej ujemne skutki wystepuja 10 w znacznie zmniejszonym zakresie, bez pogorszenia warunków styku.Rozwiazanie wedlug wynalazku ma jeszcze te zalete, ze w przypadiku zastosowania zamknietych rowków zakleszczenie szyny katodowej nie wy- i* maga wytrzymalosci mechanicznej ani zabezpiecze¬ nia szyny przed jej wysuwaniem sie, w zwiazku z czym powstaja daleko idace mozliwosci stosowa¬ nia mniej kosztownych technologii jej osadzenia, na przyklad zastosowanie warstwy zakleszczajacej- 20 w mniejszej grubosci lub stosowania odlewanej masy zakleszczajacej.Przy zakleszczeniu szyny katodowej za pomoca masy ubijanej mozna osiagnac przez zastosowanie mechanicznego ubijaka rurowego zwarta i jedno- 25 rodna jakosc materialu przy obnizonym nakladzie pracy. PL PL

Claims (6)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Urzadzenia katodowe do wanien elektrolitycz- 30 nych wytwarzajacych aluminium, znamienne tym, ze metalowy pret katodowy (6, 9) wprowadzony w wypalany wstepnie blok weglowy katodowy (4, 7) jest osadzony w plaszczyznie prostopadlej do jej osi wzdluznej w nieprzelotowym wydraze¬ niu lub otworze, otoczonym przez material kato¬ dowy.

2. Urzadzenie katodowe wedlug zastrz. 1, zna¬ mienne tym, ze pret katodowy (6, 9) jest wykona¬ ny ze stali, aluminium lub z miedzi, albo z ich kombinacji.

3. Urzadzenie katodowe wedlug zastrz. 1 lub 2, znamienne tym, ze wydrazenie lub otwór wykona¬ ny w bloku weglowym katodowym (4, 7) i sluzacy do osadzenia w nim*rpareta katodowego (6, 9) ma kolowy przekrój poprzeczny.

4. Urzadzenie kaitodowe wedlug zastrz. 1 lub 2 lub 3, znamienne tym, ze pret katodowy (6, 9) osa¬ dzony w nieprzelotowym wydrazeniu lub otworze bloku katodowego (4, 7) ma kolowy przekrój po¬ przeczny.

5. Urzadzenie katodowe wedlug zastrz. 1—4, zna¬ mienne tym, ze pret katodowy (6, 9), jest osadzony w bloku katodowym (4, 7) przez odlewanie z weg¬ lem lub z materialem zawierajacym jego pochodne.

6. Urzadzenie katodowe wedlug zastrz. 1—5, zna¬ mienne tym, ze nieprzelotowy otwór lub wydraze¬ nie, jest wykonane z jednego lub z kilku bloków, a rowek obejmujacy pret katodowy (6, 8) jest zamkniety od strony otwartej przez uszeregowanie kilku bloków.80 035 Figi 7 8$ FigA Cena 10 zl KZG — 2311-75 115 cgz. A4 PL PL