RU2075551C1

RU2075551C1 - Cathode compartment of aluminium electrolyzer (versions)

Info

Publication number: RU2075551C1
Application number: RU93038594A
Authority: RU
Inventors: П.Я. Фадеев; В.Я. Фадеев; Г.А. Швецов; В.И. Мали; В.Н. Савинов; В.А. Чемоданов; И.В. Жоров
Original assignee: Институт гидродинамики им.М.А.Лаврентьева СО РАН
Priority date: 1993-07-27
Filing date: 1993-07-27
Publication date: 1997-03-20

Abstract

FIELD: aluminium metallurgy, aluminium electrolyzers. SUBSTANCE: the known designs of electrolyzers have the combined current supplying cathode rods - steel electrode and flexible busbar rigidly welded to it, and steel electrode through flexible busbar is welded to external current-supplying busbar to form an integral joint. In the offered design of electrolyzer each flexible busbar has terminal rigidly connected to it and detachably connected with steel electrode (blooms). For this purpose, steel electrode has conical socket clad with aluminium alloy and in which conical end of flexible busbar is installed. Detachable connection of flexible busbar with steel electrode allows multiple use of aluminium electrolyzer busbar. The invention provides for some versions of detachable connection of flexible busbar with steel electrodes. EFFECT: higher efficiency. 4 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к металлургии алюминия, а именно, к конструкции катодной секции алюминиевого электролиза и его вариантам, обеспечивающим получение одного и того технического результата уменьшение трудоемкости монтажных работ, повышение срока службы катодной секции и снижение металлоемкости за счет многократного использования каждой гибкой шины алюминиевого электролизера. The invention relates to the metallurgy of aluminum, namely, to the design of the cathode section of aluminum electrolysis and its variants, providing one and the same technical result, reducing the complexity of installation work, increasing the service life of the cathode section and reducing metal consumption due to the repeated use of each flexible busbar of an aluminum electrolyzer.

В электролизере для получения алюминия (см. авторское свидетельство N 354002 МКИ C 22 D 3/02) токоподводящие катодные стержни выполнены составными: стальной электрод и алюминиевая клемма с гибкой шиной. Это позволяет приварить гибкую алюминиевую шину непосредственно к алюминиевой клемме, т.е. существенно облегчается монтаж алюминиевого электролизера. Однако, резьбовое соединение стального электрода с алюминиевой клеммой не является достаточно надежным, и при проведении ремонтных работ необходимо отрезать гибкую шину от внешней токоподводящей шины, что связано с большими затратами времени при монтаже электролизера после ремонта. In the electrolytic cell for producing aluminum (see copyright certificate N 354002 MKI C 22 D 3/02), the current-carrying cathode rods are made integral: a steel electrode and an aluminum terminal with a flexible bus. This allows you to weld the flexible aluminum rail directly to the aluminum terminal, i.e. installation of an aluminum electrolyzer is greatly facilitated. However, the threaded connection of the steel electrode with the aluminum terminal is not reliable enough, and during repair work it is necessary to cut off the flexible bus from the external current-carrying bus, which is associated with the time required for installation of the electrolyzer after repair.

Наиболее близким аналогом-прототипом является известное устройство катодного токопровода алюминиевого электролизер по А.С. N 1440958 МКИ C 25 C 3/08, отличающееся тем, что с целью повышения срока службы, снижения металлоемкости и трудоемкости ремонтных работ оно дополнительно снабжено контактными элементами, соединяющими концы катодных стержней с катодным спусками и зажимными упорами со средством фиксации их на кожухе, при этом концы катодных стержней и контактные элементы размещены между зажимными упорами и опорными площадками. Недостатком является низкая надежность устройства в силу того, что контакт гибкой шины с токоподводом обеспечивается подбором толщины прокладок, а одновременно обеспечить надежный контакт на нескольких десятках электродов практически невозможно, т. к. на качество соединения влияют температура и просадка фундамента. Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что для достижения технического результата; повышения срока службы гибкой шины каждой секции, снижения трудоемкости монтажных работ и снижения металлоемкости катодной секции алюминиевого электролизера в нем каждая гибкая шина снабжена клеммой, жестко соединенной с ней и выполненной в виде конической пробки, которая своей боковой поверхностью сопряжена с поверхностью конического гнезда, образованного на торце стального электрода, при этом коническое гнездо плакировано материалом по существу одинаковым с материалом клеммы, а каждый электрод снабжен средством (например, резьбовым соединением) для обеспечения плотного контакта сопряженных поверхностей конического гнезда и клеммы. The closest analogue to the prototype is the known device cathode current lead aluminum electrolyzer according to A.S. N 1440958 MKI C 25 C 3/08, characterized in that in order to increase the service life, reduce the metal consumption and the complexity of the repair work, it is additionally equipped with contact elements connecting the ends of the cathode rods to the cathode slopes and clamping stops with a means of fixing them on the casing, this ends of the cathode rods and contact elements are placed between the clamping stops and support pads. The disadvantage is the low reliability of the device due to the fact that the contact of the flexible bus with the current supply is ensured by the selection of the thickness of the gaskets, and at the same time it is practically impossible to ensure reliable contact on several tens of electrodes, since the quality of the connection is affected by the temperature and subsidence of the foundation. The essence of the invention lies in the fact that to achieve a technical result; increase the service life of the flexible bus of each section, reduce the complexity of installation work and reduce the metal consumption of the cathode section of the aluminum electrolytic cell in it, each flexible bus is equipped with a terminal rigidly connected to it and made in the form of a conical tube, which is connected with its side surface to the surface of a conical socket formed on the end of the steel electrode, while the conical socket is clad with a material essentially identical to the material of the terminal, and each electrode is equipped with means (for example, threads Compound m) To ensure intimate contact of the mating surfaces of the conical socket and terminals.

Кроме того, для достижения указанного выше технического результата предложены варианты выполнения катодной секции эквивалентные изложенному в первом пункте формулы, а именно, что гибкая шина снабжена клеммой, жестко соединенной с ней и выполненной в виде клина с буртом. Клемма своими клиновыми поверхностями сопряжена с поверхностью клинового паза, образованного на торце стального электрода, при этом клиновой паз плакирован материалом по существу одинаковым с материалом клеммы, а в бурте клеммы и прилегающем к ней фланце выполнены отверстия под болты, ввернутые в торец стержня и обеспечивающее плотный контакт сопряженных поверхностей клеммы и клинового паза стального электрода. Еще одним вариантом изобретения является конструкция, в которой гибкая шина снабжена клеммой жестко соединенной с ней и выполненной в виде параллелограмма, поверхность которого со стороны стального электрода выполнена под углом к продольной оси стержня и сопряжена с параллельной ей торцевой поверхностью стального электрода плакированной материалом по существу одинаковым с материалом клеммы, а плотный контакт этого сопряжения обеспечен тем, что клемма заключена в обойму, обеспечивающую перемещение клеммы только в направлении перпендикулярном продольной оси стержня через посредство крепежного соединения. In addition, to achieve the above technical result, cathodic section embodiments equivalent to those stated in the first paragraph of the formula are proposed, namely, that the flexible bus is equipped with a terminal rigidly connected to it and made in the form of a wedge with a collar. The terminal is mated with its wedge surfaces to the surface of the wedge groove formed on the end face of the steel electrode, while the wedge groove is clad with material essentially identical to the material of the terminal, and holes for bolts screwed into the end of the shaft and made tight are provided in the terminal collar and the adjacent flange contact of the mating surfaces of the terminal and the wedge groove of the steel electrode. Another embodiment of the invention is a design in which the flexible bus is provided with a terminal rigidly connected to it and made in the form of a parallelogram, the surface of which on the side of the steel electrode is made at an angle to the longitudinal axis of the rod and is mated with the clad material substantially parallel to the end surface of the steel electrode with the material of the terminal, and the tight contact of this interface is ensured by the fact that the terminal is enclosed in a cage that allows the terminal to move only in the direction of perpend the circumferential axis of the rod through the fastening connection.

На фиг. 1 принципиальная схема катодной секции алюминиевого электролизера (продольный разрез). In FIG. 1 schematic diagram of the cathode section of an aluminum electrolyzer (longitudinal section).

На фиг. 2 то же, разрез по "А-А" на фиг. 1. In FIG. 2 is the same, a section along “AA” in FIG. one.

На фиг. 3 вариант принципиальной схемы катодной секции алюминиевого электролизера (продольный разрез). In FIG. 3 is a schematic diagram of the cathode section of an aluminum electrolyzer (longitudinal section).

На фиг. 4 то же, разрез по "Б-Б" на фиг.3
На фиг. 5 вариант принципиальной схемы катодной секции алюминиевого электролизера (продольный разрез).In FIG. 4 the same, a section along the "BB" in figure 3
In FIG. 5 is a variant of the circuit diagram of the cathode section of an aluminum electrolyzer (longitudinal section).

На фиг. 6 то же, разрез по "В-В" на фиг. 5. In FIG. 6 is the same, a section along "BB" in FIG. 5.

Катодная секция состоит из стального электрода (блюмса) 1, электрически соединенного с графитовыми блоками пода электролизера, алюминиевой клеммы 2 и гибкой шины 3, состоящей из набора алюминиевых пластин. В торце стального электрода 1 выполнено коническое гнездо, в которое вварена втулка 4 из алюминия, постоянно контактирующая с алюминиевой клеммой 2. К противоположной стороне алюминиевой клеммы 2 контактной сваркой по торцу приварена гибкая шина 3. The cathode section consists of a steel electrode (bloom) 1, electrically connected to the graphite blocks of the electrolytic cell, aluminum terminal 2 and a flexible bus 3, consisting of a set of aluminum plates. A conical socket is made at the end of the steel electrode 1, into which an aluminum sleeve 4 is welded, which is constantly in contact with the aluminum terminal 2. A flexible bus 3 is welded to the opposite side of the aluminum terminal 2 by contact welding.

На наружной поверхности алюминиевой клеммы 2 выполнена кольцевая проточка, в которую входит разрезной фланец 5 с отверстиями для крепежных болтов. При помощи болтов 6 клемма 2 прижимается к телу стального электрода 1. Гибкая шина 3 посредством сварного шва присоединена к внешней токоведущей шине 7. An annular groove is made on the outer surface of the aluminum terminal 2, into which a split flange 5 with holes for fixing bolts enters. Using bolts 6, terminal 2 is pressed against the body of the steel electrode 1. The flexible bus 3 is connected to the external busbar 7 by means of a weld seam.

Коническое гнездо электрода 1 плакируется алюминиевым сплавом. После этого в плакировочном материале выполняют расточку с шероховатостью

. Угол конуса около 10^o с погрешностью ±5. После обработки толщина алюминиевой втулки 4 должна составлять 5 7 мм. Соединение алюминиевой втулки 4 со стальным электродом 1 осуществляется, например, посредством сварки взрывом, сварки или другими способами, обеспечивающими надежный электрический контакт втулки 4 и электрода 1.The conical socket of the electrode 1 is clad with aluminum alloy. After that, in the plating material, boring with a roughness is performed

. The cone angle of about 10 ^o with an error of ± 5. After processing, the thickness of the aluminum sleeve 4 should be 5 7 mm. The connection of the aluminum sleeve 4 with the steel electrode 1 is, for example, by explosion welding, welding or other methods that provide reliable electrical contact between the sleeve 4 and the electrode 1.

На наружной поверхности клеммы 2 имеется кольцевая проточка, в которую вставляется разрезной фланец 5, с помощью которого крепежными болтами обеспечивается плотное соединение, что позволяет получить наименьшее электрическое сопротивление, т.е. уменьшить токопотери. On the outer surface of the terminal 2 there is an annular groove into which a split flange 5 is inserted, with the help of which fastening bolts provide a tight connection, which allows to obtain the least electrical resistance, i.e. reduce current loss.

Вашеуказанное крепление значительно облегчает проведение монтажа и демонтажа, позволяет многократно использовать шину 3, что очень важно, т.к. контактная сварка гибкой шины 3 с электродом 1 представляет собой трудоемкую, металлоемкую и энергоемкую, а следовательно и дорогостоящую операцию. Многократное использование предлагаемой разборной катодной секции алюминиевого электролизера повышает срок службы устройства и снижает его металлоемкость, а самое главное уменьшает трудоемкость монтажных работ. Your specified mounting greatly facilitates the installation and dismantling, allows you to reuse bus 3, which is very important, because Resistance welding of the flexible bus 3 with the electrode 1 is a labor-intensive, metal-consuming and energy-intensive, and therefore expensive operation. Repeated use of the proposed collapsible cathode section of an aluminum electrolyzer increases the service life of the device and reduces its metal consumption, and most importantly reduces the complexity of installation work.

Вариант выполнения катодной секции по фиг. 3,4. The embodiment of the cathode section of FIG. 3.4.

Катодная секция состоит из стального электрода (блюмса) 1, соединенного с графитовыми блоками пода электролизера (на чертеже не показано), алюминиевой клеммы 2, гибкой шины 3, состоящей из набора алюминиевых пластин. The cathode section consists of a steel electrode (bloom) 1 connected to graphite electrolyzer hearth blocks (not shown in the drawing), aluminum terminal 2, flexible bus 3, consisting of a set of aluminum plates.

В торце стального электрода 1 выполнен паз с наклонными стенками, на которые приварены алюминиевые пластины 4, контактирующие с концами клеммы 2, выполненными в виде клина. At the end of the steel electrode 1, a groove is made with inclined walls, onto which aluminum plates 4 are welded, which are in contact with the ends of the terminal 2, made in the form of a wedge.

К противоположной стороне алюминиевой клеммы 2 приварена гибкая шина 3. A flexible bus 3 is welded to the opposite side of the aluminum terminal 2.

В алюминиевой клемме 2 и фланце 5 выполнены отверстия для крепежных болтов 6. При помощи болтов 6 клемма 2 прижимается к электроду 1. In the aluminum terminal 2 and flange 5, holes are made for the fixing bolts 6. Using bolts 6, terminal 2 is pressed against the electrode 1.

Гибкая шина 3 с помощью сварки присоединяется к внешней токоведущей шине 7. Flexible bus 3 by welding is connected to an external current-carrying bus 7.

Вариант выполнения катодной секции по фиг. 5, 6. The embodiment of the cathode section of FIG. 5, 6.

На торец стального электрода 1 приварена алюминиевая пластина 4, наружная поверхность которой выполнена под углом 80^o 87^o к оси электрода 1.An aluminum plate 4 is welded to the end of the steel electrode 1, the outer surface of which is made at an angle of 80 ^o 87 ^o to the axis of the electrode 1.

Клемма 3, имеющая наклонную плоскость по существу с тем же углом, что и у электрода 1, заключена в обойму 5, на внутренней поверхности которой выполнены выступы 6, находящиеся в сопряжении с пазами 7, которые выполнены на стальном электролите (блюмсе) 1. Terminal 3, having an inclined plane with essentially the same angle as that of the electrode 1, is enclosed in a ferrule 5, on the inner surface of which protrusions 6 are made, which are in conjunction with grooves 7, which are made on a steel electrolyte (bloom) 1.

Плотный контакт клеммы 2 с алюминиевой пластиной 4 блюмса 1 обеспечивается тем, что клемма 2 заключенная в обойму 5 не имеет возможности перемещения вдоль продольной оси стального электрода 1 и допускает только возможность перемещения ее в направлении перпендикулярном продольной оси электрода 1 с помощью крепежных болтов 8. Гибкая шина 3 с помощью сварки присоединена к внешней токоведущей шине 9. The tight contact of the terminal 2 with the aluminum plate 4 of the bloom 1 is ensured by the fact that the terminal 2 enclosed in a ferrule 5 cannot move along the longitudinal axis of the steel electrode 1 and allows only the possibility of moving it in the direction perpendicular to the longitudinal axis of the electrode 1 using fixing bolts 8. Flexible bus 3 by welding connected to an external current-carrying bus 9.

Claims

1. The cathode section of an aluminum electrolyzer containing a cathode rod and a flexible bus connected to it, characterized in that the flexible bus is provided with a terminal rigidly connected to it, and the terminal is connected to the cathode rod by forming a hard contact with a detachable mechanical fastening, wherein the contacting surface the cathode rod is clad with a material essentially identical to the material of the terminal, and is made, for example, in the form of a conical socket formed at the end of the cathode rod, and the rod is provided with by means of testing, the terminal on the side of connection with the cathode rod is made in the form of a conical tube.

2. A cathode section comprising a cathode rod and a flexible bus connected thereto, characterized in that the flexible bus is provided with a terminal rigidly connected to it, and the terminal is connected to the cathode rod by forming a hard contact with a detachable mechanical fastening, the terminal on the connection side with the cathode rod is made in the form of a wedge with a shoulder, which, with its wedge surfaces, is mated to the surface of the wedge groove made at the end of the cathode rod, while the wedge groove is clad with material dinakovym pictures with terminals, and terminals turners and adjacent thereto a flange provided with holes to ensure the close contact by the fixing compound conjugate terminal surfaces and the wedge groove cathode rod.

3. The cathode section containing the cathode rod and a flexible bus, characterized in that the flexible bus is provided with a terminal rigidly connected to it and made in the form of a parallelepiped, the side surface of which on the side of the cathode rod is made at an angle substantially equal to the angle of friction to the axis of the latter and is coupled to the side surface of the cathode rod clad with a material substantially identical to the material of the terminal, and close contact of this interface is ensured by lateral movement of the cage and the terminal enclosed in both pit, by means of a fastener and pairing of the inner protrusions of the cage with the grooves on the cathode rod, while the axis of the grooves is 90 ^o to the axis of the latter.