RU185344U1 - Анодное устройство алюминиевого электролизёра - Google Patents
Анодное устройство алюминиевого электролизёра Download PDFInfo
- Publication number
- RU185344U1 RU185344U1 RU2018125506U RU2018125506U RU185344U1 RU 185344 U1 RU185344 U1 RU 185344U1 RU 2018125506 U RU2018125506 U RU 2018125506U RU 2018125506 U RU2018125506 U RU 2018125506U RU 185344 U1 RU185344 U1 RU 185344U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum
- block
- steel
- layer
- explosion
- Prior art date
Links
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 51
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 51
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 44
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 44
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000004880 explosion Methods 0.000 claims abstract description 20
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 9
- JRBRVDCKNXZZGH-UHFFFAOYSA-N alumane;copper Chemical compound [AlH3].[Cu] JRBRVDCKNXZZGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 abstract description 2
- 238000009856 non-ferrous metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 35
- 238000013461 design Methods 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 229910001294 Reinforcing steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 230000002085 persistent effect Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
- C25C3/16—Electric current supply devices, e.g. bus bars
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к цветной металлургии и предназначается для использования в токоподводящем анодном устройстве алюминиевого электролизера.
Технический результат, который обеспечивается при осуществлении предлагаемой полезной модели, - это исключение возможности деформации колодки и снижение перепада напряжения.
Поставленный технический результат достигается тем, что в анодном устройстве алюминиевого электролизера, содержащем алюминиевую шину, монолитный стальной штырь и соединенную сваркой взрывом медно-алюминиевую колодку, при этом колодка выполнена трехслойной, в которой между алюминиевым и медным слоями установлена антидиффузионная прослойка из азотированной стали толщиной 0,5-0,8 мм, причем все слои соединены между собой по всей цилиндрической площади колодки одновременной сваркой взрывом, а к боковым сторонам алюминиевого слоя колодки по всей площади контакта приварены взрывом упрочняющие элементы, выполненные в виде стальных пластин толщиной 3-4 мм.
Description
Полезная модель относится к цветной металлургии и предназначается для использования в токоподводящем анодном устройстве алюминиевого электролизера.
Известна конструкция токоподводящего анодного устройства алюминиевого электролизера (патент РФ №2153028, МПК С25С 3/16, опуб. 20.07.2000), содержащее анодную штангу с ошиновкой и контактный зажим с силовыми кронштейнами, в котором колодка и прижимной рычаг выполнены из антимагнитного материала.
Недостатком данной конструкции является высокий перепад напряжения из-за отсутствия плотного и надежного контакта анодной штанги с ошиновкой, так как рычаг и колодка выполнены из антимагнитного материала, имеющего малую прочность, что не позволяет создавать необходимых для хорошего контакта больших прижимных усилий и обеспечивает лишь поверхностный менее плотный контакт по сравнению с традиционным болтовым соединением из прочных стальных материалов. При увеличении усилия прижатия с целью создания более плотного контакта наблюдается недопустимая деформация рычага и колодки, что приводит к преждевременному выходу из строя всей конструкции анодного узла.
Известна конструкция токоподводящего устройства алюминиевого электролизера с обожженными анодами (полезная модель к патенту РФ №170206, МПК С25С 3/16, опуб. 18.04.2017), содержащее силовой и упорный кронштейны, подпружиненную колодку и опорную площадку, в котором между колодкой и опорной площадкой размещен электроизоляционный слой.
Недостатком данной конструкции является высокий перепад напряжения из-за уменьшения усилия прижатия анодной штанги к ошиновке с целью исключения подклинивания зажима вследствие вдавливания более твердой опорной площадки в более мягкую алюминиевую штангу. Кроме этого, по мере увеличения срока эксплуатации контактного узла происходит деформация и разрушение электроизоляционного слоя, выполненного из хрупких мало пластичных материалов (пластика, слоя лака или краски), вследствие чего электрический ток идет по деталям контактного зажима, имеющих большое омическое сопротивление, что приводит к перегреву и преждевременному выходу из строя всей конструкции анодного узла.
Наиболее близкой по технической сущности является конструкция токоподводящего анодного устройства алюминиевого электролизера (полезная модель к патенту РФ №84386, МПК С25С 3/16, опуб. 10.07.2009), содержащее алюминиевую шину, монолитный стальной штырь и соединенную сваркой взрывом медно-алюминиевую колодку, при этом колодка выполнена трехслойной, в которой между алюминиевым и медным слоями установлена антидиффузионная прослойка из азотированной стали толщиной 0,5-0,8 мм, причем все слои соединены между собой по всей цилиндрической площади колодки одновременной сваркой взрывом.
Недостатком данной конструкции являются потери электроэнергии, связанные с уменьшением площади электроконтакта колодки со стальным штырем вследствие деформирования боковых участков колодки в условиях эксплуатации при высоких температурах из-за невозможности алюминиевой колодки, имеющей высокую пластичность и низкую прочность, противостоять воздействию значительных и длительных по времени прижимных усилий.
В связи с этим актуальной задачей полезной модели является разработка такой конструкции токоподводящего устройства, позволяющей исключить возможность деформации колодки от воздействия механических нагрузок в условиях эксплуатации при высоких температурах и уменьшить перепад напряжения.
Технический результат, который обеспечивается при осуществлении предлагаемой полезной модели, - это исключение возможности деформации колодки и снижение перепада напряжения.
Поставленный технический результат достигается тем, что в анодном устройстве алюминиевого электролизера, содержащем алюминиевую шину, монолитный стальной штырь и соединенную сваркой взрывом медно-алюминиевую колодку, при этом колодка выполнена трехслойной, в которой между алюминиевым и медным слоями установлена антидиффузионная прослойка из азотированной стали толщиной 0,5-0,8 мм, причем все слои соединены между собой по всей цилиндрической площади колодки одновременной сваркой взрывом, а к боковым сторонам алюминиевого слоя колодки по всей площади контакта приварены взрывом упрочняющие элементы, выполненные в виде стальных пластин толщиной 3-4 мм.
В отличие от прототипа в заявляемой полезной модели к боковым сторонам алюминиевого слоя колодки по всей площади контакта приварены взрывом упрочняющие элементы, выполненные в виде стальных пластин толщиной 3-4 мм.
Выполнение к боковым сторонам алюминиевого слоя колодки приваренных упрочняющих элементов позволяет исключить возможность деформации колодки от воздействия механических нагрузок в условиях работы при высоких температурах и тем самым сохранить ее исходные размеры, площадь электроконтакта «колодка-штырь», а, следовательно, и обеспечить стабильно низкое значение перепада напряжения в течение длительного периода эксплуатации.
Выполнение стальных пластин толщиной 3-4 мм позволяет исключить возможность деформирования боковых участков алюминиевой колодки в условиях воздействия механических нагрузок при высоких температурах эксплуатации за счет введения на этих ослабленных участках материала (стали), обладающего более высокой прочного и жесткостью по сравнению с алюминием. При выполнении толщины стальной пластины меньше 3 мм в результате воздействия значительных прижимных усилий и недостаточной жесткости стальной пластины наблюдается деформация (раздача) боковых участков колодки в виде выпуклости, что приводит к снижению площади электроконтакта «колодка-штырь», увеличению значений перепада напряжения, а, следовательно, и повышенному расходу электроэнергии. Выполнение толщины стальной пластины больше 4 мм нецелесообразно экономически из-за увеличения веса и повышенного расхода материала (стальных пластин), а также возможности деформирования колодки вследствие увеличения высоты и мощности заряда взрывчатого вещества, что необходимо при увеличении толщины свариваемых деталей.
Выполнение по всей площади контакта приварки взрывом упрочняющих элементов из стальных пластин позволяет получить качественное и прочное сварное соединение по всей площади контакта «колодка-стальная пластина» за счет исключения возможности образования хрупких интерметаллидов, что является характерным при других способах сварки алюминия со сталью, требующих продолжительного нагрева свариваемых деталей (например, сварка плавлением, сварка давлением и др.).
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид токоподводящего анодного устройства алюминиевого электролизера, на фиг. 2 - то же, вид сверху.
Анодное устройство алюминиевого электролизера состоит из алюминиевой шины 1, монолитного стального штыря 2 и трехслойной колодки, состоящей из основного алюминиевого слоя 3, промежуточной антидиффузионной прослойки 4 из азотированной стали и контактного медного слоя 5, причем все слои соединены между собой по всей цилиндрической площади колодки одновременной сваркой взрывом, при этом к боковым сторонам алюминиевого слоя колодки по всей площади контакта приварены взрывом упрочняющие элементы 6, выполненные в виде стальных пластин толщиной 3-4 мм, что позволяет исключить возможность деформации колодки от воздействия механических нагрузок в условиях эксплуатации при высоких температурах и уменьшить перепад напряжения. Для обеспечения плотного электроконтакта колодка прижимается к штырю с помощью накладки 7, шпилек 8 и гаек 9.
Работа анодного устройства алюминиевого электролизера происходит следующим образом (рис. 1, 2). От общей электрической цепи ток подается на алюминиевую шину 1, затем ток проходит по трехслойной колодке сначала по основному алюминиевому слою 3, далее через промежуточную антидиффузионную прослойку 4 из азотированной стали и медный слой 5 ток подается на стальной штырь 2, который погружен в анодную массу самообжигающегося анода. В процессе эксплуатации анодного узла для обеспечения плотного электроконтакта колодка постоянно подвергается длительному воздействию значительных прижимных усилий в условиях работы при высоких температурах. Поэтому к конструкции токоподводящего анодного устройства алюминиевого электролизера предъявляются повышенные требования, заключающиеся в исключении возможности деформирования колодки и сохранности ее исходных размеров (прежде всего радиуса RК, см. рис. 2), площади электроконтакта «колодка-штырь», что позволит обеспечить стабильно низкое значение перепада напряжения в течение длительного периода эксплуатации. Эти требования обеспечиваются тем, что к боковым сторонам алюминиевого слоя колодки приварены упрочняющие элементы, выполненные в виде стальных пластин толщиной 3-4 мм, соединенные по всей площади алюминиевого слоя колодки сваркой взрывом.
Сборка предлагаемой конструкции анодного узла алюминиевого электролизера происходит в следующей последовательности (рис. 1, 2). Сначала осуществляют приварку одновременной сваркой взрывом к алюминиевой колодке 3 антидиффузионной прослойки 4 из азотированной стали и медного контактного слоя 5. Затем также сваркой взрывом к боковым сторонам алюминиевого слоя колодки приваривают взрывом упрочняющие элементы 6, выполненные в виде стальных пластин. Полученная сваркой взрывом композиционная колодка приваривается сваркой плавлением к стандартной алюминиевой шине 1. На последнем этапе осуществляют стыковку композиционной колодки со стальным штырем 2 непосредственно на алюминиевом электролизере, при этом с целью обеспечения стабильного плотного электроконтакта композиционная колодка со стороны медного слоя с радиусом RК прижимается к стальному штырю с помощью накладки 7, шпилек 8 и гаек 9.
ПРИМЕР ИСПОЛНЕНИЯ
Исходными материалами для изготовления токоподводящего анодного устройства были: штырь из стали марки Ст3 диаметром 120 мм; стандартная колодка из алюминия марки А5 размерами 110×200 мм и радиусом RK=60 мм; антидиффузионная прослойка из азотированной стали марки Ст3 толщиной 0,5 мм; прослойка из меди марки M1 толщиной 1,5 мм; упрочняющие пластины из стали марки Ст3 размерами 110×200 мм и толщиной S=1-5 мм; стандартная шина из алюминия марки А5 сечением 35×310 мм.
Сначала осуществляли приварку одновременной сваркой взрывом к алюминиевой колодке антидиффузионной прослойки из азотированной стали толщиной 0,5 мм и медного контактного слоя толщиной 1,5 мм. Затем к боковым сторонам алюминиевого слоя колодки приваривали упрочняющие элементы, выполненные в виде стальных пластин разной толщин (S=1-5 мм), соединенные по всей площади алюминиевого слоя колодки сваркой взрывом.
Полученные сваркой взрывом композиционные колодки с разной толщиной S упрочняющих стальных пластин приваривались сваркой плавлением к стандартной алюминиевой шине и затем устанавливались на действующие электролизеры ОАО «ВГА3-СУАЛ» (Волгоградский алюминиевый завод) для проведения эксплуатационных испытаний и электрофизических исследований. Данные о влиянии толщины стальной пластины S на деформацию колодки и перепад напряжения приведены в табл. 1.
Полученные результаты исследований показали, что оптимальная толщина стальной пластины составляет 3-4 мм. Такая толщина стальной пластины обеспечивает отсутствие деформации колодки в процессе ее эксплуатации при высоких температурах и минимальное значение перепада напряжения ΔU=5,4 mV. При выполнении толщины стальной пластины меньше 3 мм в результате воздействия значительных прижимных усилий и недостаточной жесткости стальной пластины наблюдается деформация (раздача) боковых участков колодки в виде выпуклости, что приводит к снижению площади электроконтакта «колодка-штырь», увеличению значений перепада напряжения, а, следовательно, и повышенному расходу электроэнергии. Выполнение толщины стальной пластины больше 4 мм нецелесообразно экономически из-за увеличения веса и повышенного расхода материала, а также возможности деформирования колодки вследствие увеличения высоты заряда и мощности взрывчатого вещества.
Сравнительные данные эксплуатационных испытаний и электрофизиких исследований разных конструкций анодного устройства приведены в табл. 2. Полученные результаты исследований показали, что предлагаемая конструкция анодного устройства по сравнению с прототипом имеет более
низкое значение перепада напряжения при отсутствии дефектов колодки в виде деформаций и отклонений от исходных размеров. Так, анодное устройство алюминиевого электролизера, полученное по предлагаемой полезной модели, имеет низкое значение перепада напряжения (ΔU=5,4 mV) при отсутствии какой-либо деформации колодки, в то время как анодное устройство, полученное по способу-прототипу, имеет более высокое значение перепада напряжения (ΔU=6,5 mV) и дефекты колодки в виде увеличения радиуса RК, деформацию (выпуклость) и др. (табл. 2).
Claims (1)
- Анодное устройство алюминиевого электролизера, содержащее алюминиевую шину, монолитный стальной штырь и медно-алюминиевую колодку, при этом колодка выполнена трехслойной, в которой между алюминиевым и медным слоями установлена антидиффузионная прослойка из азотированной стали толщиной 0,5-0,8 мм, причем все слои соединены между собой по всей цилиндрической площади колодки одновременной сваркой взрывом, отличающееся тем, что к боковым сторонам алюминиевого слоя колодки по всей площади контакта приварены взрывом упрочняющие элементы, выполненные в виде стальных пластин толщиной 3-4 мм.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018125506U RU185344U1 (ru) | 2018-07-11 | 2018-07-11 | Анодное устройство алюминиевого электролизёра |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018125506U RU185344U1 (ru) | 2018-07-11 | 2018-07-11 | Анодное устройство алюминиевого электролизёра |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU185344U1 true RU185344U1 (ru) | 2018-11-30 |
Family
ID=64577237
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018125506U RU185344U1 (ru) | 2018-07-11 | 2018-07-11 | Анодное устройство алюминиевого электролизёра |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU185344U1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2349151A1 (de) * | 1973-09-29 | 1975-04-10 | Vaw Ver Aluminium Werke Ag | Vorrichtung zum verbinden von stromschienen aus aluminium oder kupfer mit stromleitern aus stahl bei vorzugsweise aluminiumelektrolyseoefen |
| RU2153028C1 (ru) * | 1999-04-12 | 2000-07-20 | Акционерное общество открытого типа "Всероссийский алюминиево-магниевый институт" | Контактный зажим электролизера с обожженными анодами |
| RU2232831C1 (ru) * | 2002-12-26 | 2004-07-20 | Волгоградский государственный технический университет | Анодное устройство алюминиевого электролизера |
| RU84386U1 (ru) * | 2008-12-17 | 2009-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Анодное устройство алюминиевого электролизера |
-
2018
- 2018-07-11 RU RU2018125506U patent/RU185344U1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2349151A1 (de) * | 1973-09-29 | 1975-04-10 | Vaw Ver Aluminium Werke Ag | Vorrichtung zum verbinden von stromschienen aus aluminium oder kupfer mit stromleitern aus stahl bei vorzugsweise aluminiumelektrolyseoefen |
| RU2153028C1 (ru) * | 1999-04-12 | 2000-07-20 | Акционерное общество открытого типа "Всероссийский алюминиево-магниевый институт" | Контактный зажим электролизера с обожженными анодами |
| RU2232831C1 (ru) * | 2002-12-26 | 2004-07-20 | Волгоградский государственный технический университет | Анодное устройство алюминиевого электролизера |
| RU84386U1 (ru) * | 2008-12-17 | 2009-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Анодное устройство алюминиевого электролизера |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8058584B2 (en) | Bonding method of dissimilar materials made from metals and bonding structure thereof | |
| CN110461528B (zh) | 电阻点焊接头的制造方法 | |
| RU2481420C2 (ru) | Устройство и способ замыкания накоротко одного или более электролизеров в компоновке электролизеров, предназначенных для получения алюминия | |
| CN101660177A (zh) | 一种新型的铝电解槽阳极导电装置 | |
| AU2012259533B2 (en) | Bimetallic connections for heavy current applications | |
| RU185344U1 (ru) | Анодное устройство алюминиевого электролизёра | |
| CN201473606U (zh) | 夹持式阳极导电装置 | |
| JP2014028392A (ja) | スポット溶接方法 | |
| CN201416038Y (zh) | 一种新型的铝电解槽阳极导电装置 | |
| CN102056359B (zh) | 大型矿热炉组合式可脱壳自焙电极装置及使用方法 | |
| RU2232831C1 (ru) | Анодное устройство алюминиевого электролизера | |
| CN206232825U (zh) | 一种腐蚀后再利用阳极钢爪 | |
| CN110257860B (zh) | 一种复合成型的阳极导电装置及其制造方法 | |
| JP5906618B2 (ja) | 抵抗スポット溶接方法 | |
| JPH0236678B2 (ru) | ||
| RU2387743C2 (ru) | Электрический контактный узел электролизера для производства алюминия и способ монтажа электрического контактного узла | |
| RU93051856A (ru) | Контактное соединение токопроводящей шины с блюмсом катодной секции электролизера | |
| RU88356U1 (ru) | Контактное соединение узла токоподвода к катодной секции электролизера | |
| CN203491857U (zh) | 一种实心磁极凸极同步电动机阻尼环与极靴的连接结构 | |
| RU2346087C1 (ru) | Катод для получения меди | |
| US2939829A (en) | Electrolytic cell | |
| Haikova et al. | Features of Manufacturing a Two-layer Electrical Contact | |
| CN201395632Y (zh) | 一种铝电解槽分流器 | |
| RU84386U1 (ru) | Анодное устройство алюминиевого электролизера | |
| US20140361006A1 (en) | Device for Solid State Joining of Light Metals |