RU1790633C

RU1790633C - Aluminium cell cathode section

Info

Publication number: RU1790633C
Application number: SU904833979A
Authority: RU
Inventors: Леонтий Павлович Орлов
Original assignee: Государственный Специализированный Ремонтно-Монтажный Трест "Строймонтаж"
Priority date: 1990-06-01
Filing date: 1990-06-01
Publication date: 1993-01-23

Abstract

Изобретение относитс к цветной металлургии , к производству алюмини электролизом расплава. В угольном блоке 1 катодной секции алюминиевого электролизера выполнено сквозное коническое отверстие, в котором посредством плотного конического соединени установлен токо- провод щий стержень 3, имеющий насечку, причем между блоком 1 и стержнем 3 размещен слой электропроводного композиционного материала. При нагреве подины ввиду объемного расширени блока 1 и стержн 3 композиционный материал уплотн етс во впадинах насечки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.The invention relates to non-ferrous metallurgy, to the production of aluminum by melt electrolysis. A through conical hole is made in the coal block 1 of the cathode section of the aluminum electrolysis cell, in which a conductive rod 3 having a notch is mounted by means of a tight conical connection, and a layer of electrically conductive composite material is placed between the block 1 and the rod 3. When the hearth is heated, due to the volume expansion of the block 1 and the rod 3, the composite material is compacted in the notches. 2 s.p. f-ly, 2 ill.

Description

Изобретение относитс к цветной металлургии , например к производству алюмини электролизом расплава, и может быть использовано при изготовлении и ремонте катодных устройств алюминиевых электролизеров.The invention relates to non-ferrous metallurgy, for example, the production of aluminum by melt electrolysis, and can be used in the manufacture and repair of cathode devices of aluminum electrolysis cells.

Известна подова секци алюминиевого электролизера, содержаща угольный блок с п а 3 о м7в котором посредством чугунной заливки Закрепл етс токопровод щий стержень пр моугольного сечени .A well-known hearth section of an aluminum electrolyzer containing a coal block with a 3 o m7 in which, by means of cast iron, a conductive rod of a rectangular cross section is fixed.

Однако известна подова секци не обеспечивает надежной работы электролизера , так как имеет концентраторы напр жений по углам паза, что при нагреве подины, а также при заливке токопровод - щего стержн чугуном приводит к трещино- образованию угольного блока, снижению стойкости подины и сортности металла.However, the known hearth section does not provide reliable operation of the electrolyzer, since it has stress concentrators at the corners of the groove, which, when the hearth is heated and when the conductive rod is cast with cast iron, leads to crack formation of the coal block, lowering of the hearth resistance and metal grade.

Кроме того, известна конструкци подовой секции не обеспечивает качественного контакта, между угольным блоком и заливаемым чугуном как при заливке чугуном, так и при эксплуатации ввиду разницы коэффициентов их температурного расширени .In addition, the known design of the hearth section does not provide high-quality contact between the coal block and cast iron both during casting and operation due to the difference in the coefficients of their thermal expansion.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности вл етс катодный элемент катодного резервуара дл производства алюмини , содержащий угольный блок, имеющий по меньшей мере один круглый паз с насечкой, позвол ющей закрепить токопровод щий стержень в угольном блоке при его запрессовке.The closest to the invention in technical essence is the cathode element of the cathode tank for the production of aluminum, containing a coal block, having at least one round groove with a notch that allows you to fix the conductive rod in the coal block when it is pressed.

Недостатком известного устройства вл етс ослабление угольного блока по кра м паза, а также создание в угольном блоке напр женного состо ни при закреплении в нем токопровод щего стержн путем запрессовки , что создает услови дл образовани трещин. Напр жение в угольном блоке увеличиваетс в процессе эксплуатации катодной секции за счет разности коэф- фициентов объемного расширени материалов угольного блока и токопровод щего стержн , что также способствует трещи нообразованию.A disadvantage of the known device is the weakening of the coal block along the edges of the groove, as well as the creation of a stress state in the coal block when the conductive rod is fixed therein by pressing in, which creates conditions for cracking. The voltage in the coal block increases during operation of the cathode section due to the difference in the volume expansion coefficients of the materials of the coal block and the conductive rod, which also contributes to crack formation.

Ввиду того, что прочность насечки угольного блока ниже прочности токопровод щего стержн , при запрессовке происходит неполное разрушение выступов насечки. Разрушенный материал насечки частично будет удал тьс прессуемым стержнем из отверсти , а оставша с часть - неравномерно заполн ть неразрушенные впадины. Неравномерное заполнение, а также возможна неоднородность и пористость угольного блока уменьшает контактную поверхность соединени угольный блок - токопровод щий стержень, что приводитDue to the fact that the strength of the notch of the coal block is lower than the strength of the conductive rod, when pressing in, incomplete destruction of the protrusions of the notch occurs. The destroyed material of the notch will be partially removed by the extruded rod from the hole, and the remaining part will be filled unevenly with non-destroyed cavities. Uneven filling, as well as possible inhomogeneity and porosity of the coal block reduces the contact surface of the connection between the coal block and the conductive rod, which leads to

к повышению электрического сопротивлени и, соответственно, к увеличению потреблени энергии.an increase in electrical resistance and, accordingly, an increase in energy consumption.

Образование насечки в пазу технологически сложно.The formation of a notch in the groove is technologically difficult.

Целью изобретени вл етс повышение стойкости подины и экономи электроэнергии в процессе электролиза путем увеличени контактной поверхности соединени угольный блок - токопровод щий стержень.The aim of the invention is to increase the durability of the hearth and save energy during electrolysis by increasing the contact surface of the carbon block - conductive rod joint.

Поставленна цель достигаетс тем, что в угольном блоке катодной секции выполнено по меньшей мере одно сквозное коническое отверстие, в котором закреплен токопровод щий стержень, а сопр гаема с отверстием его поверхность имеет насечку и выполнена с конусностью, обеспечивающей посто нное электрическое сопротивление стержн на всей длине в зависимости от разности температур его нагрева в подине электролизера.This goal is achieved in that at least one through conical hole is made in the coal block of the cathode section, in which a conductive rod is fixed, and its surface mating with the hole has a notch and is made with a taper that ensures constant electric resistance of the rod over the entire length depending on the temperature difference of its heating in the bottom of the cell.

Кроме того, между угольным блоком и токопровод щим стержнем размещен слойIn addition, a layer is placed between the coal block and the conductive rod

электропроводного композиционного материала , например высокотемпературного кле или угольной пасты.an electrically conductive composite material, for example a high temperature adhesive or carbon paste.

На фиг.1 показан общий вид катодной секции; на фиг.2 - узел I на фиг.1.Figure 1 shows a General view of the cathode section; figure 2 - node I in figure 1.

Катодна секци содержит угольный блок 1 (фиг,1), в котором в отверстии А посредством конического соединени , насечки В и электропроводного композиционного материала 2, заполнившегоThe cathode section contains a coal block 1 (FIG. 1), in which, in the hole A, by means of a conical connection, a notch B and an electrically conductive composite material 2, filled

впадины насечки В (фиг.2), закреплен токопровод щий стержень 3 конической формы. Насечку В любой формы (треугольна , трапецеидальна и др.) выполн ют на токопро- вод щем стержне 3, имеющем конусность,the trough of the notch B (Fig. 2), a conductive rod 3 of a conical shape is fixed. A notch of any shape (triangular, trapezoidal, etc.) is made on a conductive rod 3 having a taper,

обеспечивающую посто нное электрическое сопротивление стержн на всей длине в зависимости от разности температур его нагрева в подине электролизера.providing constant electrical resistance of the rod over the entire length, depending on the temperature difference of its heating in the bottom of the cell.

Известно, что электрическое сопротивление проводника (стержн ) в любом сечении пропорционально удельному сопротивлению РГ проводника в зависимости от температуры его нагрева в этом сечении , длине I проводника, где эта температура посто нна, и обратно пропорционально площади S стержн :It is known that the electrical resistance of a conductor (rod) in any section is proportional to the resistivity of the conductor RG depending on its heating temperature in this section, the length I of the conductor, where this temperature is constant, and inversely proportional to the area S of the rod:

R A i0)R A i0)

Удельное сопротивление проводника в зависимости от температуры сечени рт уОь(1+аТ),(2) где ро - удельное сопротивление материала проводника при температуре 0°С;The specific resistance of the conductor, depending on the cross-sectional temperature, is pvOb (1 + aT), (2) where p0 is the specific resistance of the conductor material at a temperature of 0 ° C;

а - температурный коэффициент сопротивлени ;a is the temperature coefficient of resistance;

Т - температура нагрева проводника.T is the heating temperature of the conductor.

Из анализа формул (1,2) следует, что при посто нном электрическом сопротивлении проводника его площадь увеличиваетс пропорционально увеличению температуры его нагрева. Например, при температуре стержн в подине электролизера, имеющего ширину 4 м, от 500°С у борта подины до 880°С в ее центре стальной стержень, изготовленный с посто нным электрическим сопротивлением , должен иметь конусность с соотношением диаметров (в мм)From the analysis of formulas (1.2) it follows that with a constant electrical resistance of the conductor, its area increases in proportion to the increase in its heating temperature. For example, at a temperature of a rod in the bottom of an electrolyzer having a width of 4 m, from 500 ° С at the side of the bottom to 880 ° С in its center, a steel rod made with constant electrical resistance should have a taper with a ratio of diameters (in mm)

D Vl,6d2.(3)D Vl, 6d2. (3)

В качестве композиционного материала используют электропроводные клеи, работающие при температуре 950-1100°С, угольные пасты, примен емые в электродной промышленности,As a composite material, electrically conductive adhesives operating at a temperature of 950-1100 ° C, carbon pastes used in the electrode industry, are used,

Катодную секцию выполн ют следующим образом.The cathode section is as follows.

Токопровод щий стержень 3 устанавливают в отверстие А угольного блока 1 с обес- печением плотного конического соединени , предварительно нанес , известным способом на коническую поверхность отверсти А угольного блока 1 и насечку В токопровод щего стержн 3 электропроводный композиционный материал 2. При этом происходит частичное деформирование вершин насечки В стержн 3.The conductive rod 3 is installed in the hole A of the coal block 1 with a tight conical connection, previously applied, in a known manner, on the conical surface of the hole A of the coal block 1 and the notch B of the conductive rod 3 of the electrically conductive composite material 2. This causes partial deformation of the vertices notches in the rod 3.

После монтажа катодной секции, при ее нагреве в подине электролизера, насечка В на токопровод щем стержне 3 позвол ет за счет ее деформации компенсировать его объемное расширение, по сравнению с угольным блоком, ввиду разности коэффициентов объемного расширени их материалов . В результате происходит уменьшение объема впадин насечки В, уплотнение композиционного материала 2 и заполнение имAfter mounting the cathode section, when it is heated in the bottom of the cell, the notch B on the conductive rod 3 allows its volume expansion to be compensated due to its deformation compared to the carbon block, due to the difference in the volume expansion coefficients of their materials. The result is a decrease in the volume of the depressions of the notch, compaction of the composite material 2 and filling them

неровностей и пор угольного блока 1, что увеличивает контактную поверхность соединени . Затвердением композиционного материала при температуре его отвержде- ни достигаетс монолитность соединени irregularities and pores of the coal block 1, which increases the contact surface of the joint. By hardening the composite material at its curing temperature, the compound is monolithic.

угольный блок - токопровод щий стержень. По сравнению с известным техническим решением катодна секци алюминиевого электролизера позвол ет: повысить стойкость подины за счет изменени конструкции катодной секции - замены паза в угольном блоке на отверстие, изменени креплени токопровод щего стержн , что уменьшает трещинообразование и приводит , в конечном счете, к увеличению межремонтного срока подины, увеличению сортности металла, снижению его себестоимости; снизить количество потребл емой электроэнергии за счет увеличени более чем в 1,5 раза контактной поверхности соединени угольный блок - токопровод щий стержень и изготовлени стержн с посто нным электрическим сопротивлением на всей длине в зависимости от разности температур его нагрева в подине электролизера (коническа форма токопровод щего стержн ); снизить теплопотери электролизера через катодный токоподвод за счет уменьшени сечени токопровод щего стержн на выходе из электролизера и, следовательно , уменьшени поверхности теплообмена выступающей из него части стержн ; снизить металлоемкость электролизера за счет уменьшени массы токопровод щего стержн .coal block - conductive rod. Compared with the known technical solution, the cathode section of an aluminum electrolyzer allows: to increase the resistance of the hearth by changing the design of the cathode section - replacing the groove in the coal block with an opening, changing the fastening of the conductive rod, which reduces cracking and ultimately leads to an increase in overhaul repair the term of the hearth, an increase in the grade of the metal, and a decrease in its prime cost; reduce the amount of electricity consumed by increasing the contact block surface of the carbon block - conductive rod by more than 1.5 times and manufacturing a rod with constant electrical resistance over the entire length depending on the temperature difference of its heating in the bottom of the electrolyzer (conical shape of the conductive rod); to reduce the heat loss of the electrolyzer through the cathode current supply by reducing the cross section of the conductive rod at the outlet of the electrolyzer and, therefore, reducing the heat exchange surface of the protruding part of the rod; reduce the metal consumption of the electrolyzer by reducing the mass of the conductive rod.

Claims

SUMMARY OF THE INVENTION 1. A cathode section of an aluminum electrolyzer containing a carbon block with a notch and at least one conductive rod fixed, characterized in that, in order to save electricity by increasing the contact surface of the carbon block - conductive rod, as well as increase the resistance pods, the conductive rod is made in the form of a return cone with a notch on the surface and is fixed in the conical hole of the coal block by means of an electrically conductive composite material.

2. The cathode section according to claim 1, with the fact that it contains a high-temperature adhesive as a layer of an electrically conductive composite material.

3. The cathode section according to claim 1, a torn, and so that it contains carbon paste as a layer of the electrically conductive composite material.