RU2209856C1 - Катодное устройство алюминиевого электролизера - Google Patents
Катодное устройство алюминиевого электролизера Download PDFInfo
- Publication number
- RU2209856C1 RU2209856C1 RU2002105538/02A RU2002105538A RU2209856C1 RU 2209856 C1 RU2209856 C1 RU 2209856C1 RU 2002105538/02 A RU2002105538/02 A RU 2002105538/02A RU 2002105538 A RU2002105538 A RU 2002105538A RU 2209856 C1 RU2209856 C1 RU 2209856C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blocks
- aluminum
- current
- hearth
- block
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к производству алюминия электролизом расплавленных солей из оксидов, и касается конструкции катодного устройства и может быть использовано при проектировании новых и реконструкции действующих электролизеров. Катодное устройство содержит кожух, угольные подовые блоки, закрепленные в блоке подовой массой токоподводящие элементы и огнеупорные плиты, расположенные под угольными подовыми блоками. Токоподводящие элементы выполнены в виде изогнутых медных пластин, жестко закрепленных вертикальной частью в продольных пазах блоков, выполненных снизу и на их пограничных участках. Токоподводящие элементы в поперечном сечении имеют форму швеллера, уголка или Т-образную. Количество пазов в подовом блоке составляет не менее четырех. Использование изобретения позволяет увеличить срок службы катодного устройства, снизить расход электроэнергии и повысить качество алюминия. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к производству алюминия электролизом расплавленных солей из оксидов, и касается конструкции катодного устройства алюминиевого электролизера и может быть использовано при проектировании новых и реконструкции действующих алюминиевых электролизеров.
Известно катодное устройство алюминиевого электролизера содержащее кожух, сплошные угольные подовые блоки, размещенные на теплоизоляционном пористом материале, токоподвод, выполненный в виде стальных пластин с прорезями, расположенными перпендикулярно длинной стороне блока. К пластине приварена небольшая наружная часть токоподводящего стержня, который соединен с катодной алюминиевой шиной через алюминиевый спуск - гибкий пакет из алюминиевых пластин (Патент РФ 2149925, МПК С 25 С 3/08).
Однако в данном устройстве в процессе эксплуатации невозможно достигнуть надежного сцепления угольных подовых блоков и токоподводящих пластин, что приводит к повышенному расходу электроэнергии за счет ослабления электрического контакта блок - пластина, и как следствие - увеличение затрат на производство.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому является катодное устройство алюминиевого электролизера, содержащее кожух, угольные подовые блоки, токоподводящие стержни (блюмс) в виде стального бруса и огнеупорные плиты, расположенные под угольными подовыми блоками. Блюмс вставляется в паз блока и для лучшего электрического контакта заливается чугуном или трамбуется графитовой крошкой со связкой. Блюмс электрически соединяется с катодной алюминиевой шиной через алюминиевый спуск - гибкий пакет из алюминиевых пластин. Последние привариваются контактной сваркой к блюмсу и аргонной - к алюминиевой шине. Сварка осуществляется при монтаже электролизера и разрушается при его демонтаже. Соединение углеграфитового подового блока с блюмсом осуществляется заранее до монтажа электролизера. Подовая масса набивается сбоку блюмса в зазоре с блоком (Справочник металлурга по цветным металлам. Производство алюминия. М.: Металлургия, 1971, стр. 195).
Предлагаемая конструкция позволяет достигнуть гарантированный механический контакт между токоподводящими стержнями и блоком, но тем не менее обладает следующими недостатками. Рабочий ток идет от стержня сначала к ножкам блока, а затем по вертикали в блоке к расплаву алюминия, при такой набивке путь тока длинный, и как следствие - большое падение напряжения и повышенный расход электроэнергии. Кроме того, так как коэффициенты термического расширения стали и углеграфитового блока значительно отличаются друг от друга, то при нагреве такой конструкции возникают большие термические напряжения, вызывающие образование трещин в угольных блоках. В результате алюминий, проникая по трещинам в подовом блоке к стальным токоподводящим стержням, растворяет их и происходит загрязнение наработанного алюминия железом, нарушение токоподвода и преждевременное отключение и выход из строя электролизера.
Основная задача изобретения заключается в увеличении срока службы катодного устройства за счет уменьшения величины термического напряжения между блоком и токоподводящим элементом, а также в уменьшении расхода электроэнергии за счет снижения контактного электросопротивления и повышении качества алюминия за счет исключения загрязнения его железом.
Для достижения поставленной задачи заявляемое катодное устройство алюминиевого электролизера содержит следующую совокупность существенных признаков: кожух, угольные подовые блоки, закрепленные в блоке подовой массой токоподводящие элементы и огнеупорные плиты, расположенные под угольными подовыми блоками, причем токоподводящие элементы представляют собой изогнутые медные пластины, закрепленные жестко вертикальной частью в продольные пазы блоков, выполненных на пограничных участках и снизу блоков.
Совокупность указанных общих существенных признаков дополняют, развивают и уточняют следующие частные отличительные признаки, направленные на решение той же задачи: токоподводящие элементы в поперечном сечении имеют форму швеллера, уголка или т-образную и количество выполненных пазов в блоке составляет не менее четырех.
По отношению к прототипу у предлагаемого устройства имеются следующие отличительные признаки. Токоподводящие элементы представляют собой изогнутые медные пластины, что значительно увеличивает поверхность контакта токоподводящий элемент - блок и тем самым уменьшает контактное электросопротивление, а кроме того, при электролизе не происходит загрязнение алюминия железом. При использовании изогнутых пластин в количестве менее четырех не достигается достаточное снижение термического напряжения, так как в этом случае необходимо в блоке выполнять широкие пазы, и остается вероятность разламывания блока. При использовании более пяти изогнутых пластин происходит значительное механическое ослабление блока и также вероятно его разламывание. На пограничных участках и снизу угольных блоков выполнены узкие пазы, при этом электрический ток пойдет вверх по телу блока, что заметно уменьшает падение напряжения и энергозатраты.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых изображено: на фиг.1 - конструкция устройства с токоподводом в форме швеллера, вид с торца блока; на фиг.2 - то же устройство с токоподводом в форме уголка; на фиг.3 - то же устройство с т-образным токоподводом.
Катодное устройство алюминиевого электролизера содержит кожух 1, угольные подовые блоки 2, выполненные с пазами снизу блоков и на пограничных участках, в которые вставлены медные изогнутые пластины 3, блоки 2 установлены на теплоизоляционные плиты 4.
В процессе работы данного устройства электрический ток подводится через токоподводящие медные изогнутые пластины 3 к угольным подовым блокам 2. Часть пластины 3 входит в узкий паз блока 2, где она прочно забивается подовой массой и создается гарантированный механический и электрический контакт. При такой конструкции вертикальная часть пластины может быть большей или меньшей в зависимости от технологических и конструктивных требований.
При эксплуатации катодного устройства, выполненного по прототипу, стальной стержень находится в контакте с углеграфитовым блоком и набивочной массой при рабочей температуре 800-900oС, при длительной работе 3-5 лет происходит науглероживание и стальной стержень не пригоден к повторному использованию, его сдают во вторчермет. Используемая по предлагаемому изобретению медная изогнутая пластина не взаимодействует с углеродом, не образует карбидов, не изменяется и может использоваться повторно. Приводим расчет экономической целесообразности применения медных пластин.
Основой расчета служит закон Ома, электросопротивление стального (1) и медного (2) токоподводов должны быть равны.
R = L1/σ1S1 = L2/σ2S2, (1)
S2L = V2 = S1Lσ1/σ2 = V1σ1/σ2
Вес Р и стоимость С получим, умножая объем на плотность d и на цену Ц тонны металла.
S2L = V2 = S1Lσ1/σ2 = V1σ1/σ2
Вес Р и стоимость С получим, умножая объем на плотность d и на цену Ц тонны металла.
P2 = V2d2 = S1Ld1d2σ1/d1σ2 = Pd2σ1/d1σ2 (3)
C2 = P2Ц2 = P1Ц1Ц1d2σ1/Ц1d1σ2 = C1Ц2d2σ1/Ц1d1σ2 (4)
Откуда получаем соотношение стоимостей медной пластины и стального стержня
C2/C1 = Ц2d2σ1/Ц1d1σ2
Исходные данные приведены в таблице, подставим их в уравнение (5)
(а) Вариант для стали с высокой удельной электропроводностью.
C2 = P2Ц2 = P1Ц1Ц1d2σ1/Ц1d1σ2 = C1Ц2d2σ1/Ц1d1σ2 (4)
Откуда получаем соотношение стоимостей медной пластины и стального стержня
C2/C1 = Ц2d2σ1/Ц1d1σ2
Исходные данные приведены в таблице, подставим их в уравнение (5)
(а) Вариант для стали с высокой удельной электропроводностью.
С2/С1=48000•8,96•0,152•105 /10000•7,87•1,22•105=0,8=1/1,47
Оказывается, что токоподвод из меди в 1,47 раз или на 32% дешевле, чем из стали.
Оказывается, что токоподвод из меди в 1,47 раз или на 32% дешевле, чем из стали.
(б) Вариант для стали с низкой удельной электропроводностью.
С2/С1=48000•8,96•0,1•105 /10000•7,87•1,22•105=0,45=1/2,24
т. е. применение медной пластины будет в 2,24 раза дешевле, чем применение стального стержня. Более того, поскольку медь не изменяется во время работы, то ее можно использовать многократно без покупки исходной. С учетом соотношения электропроводностей медь/сталь = 10 при 900oС вместо плоского стального блюмса толщиной 50 мм или 25 мм используем медные листы толщиной всего 50/10= 5 мм или 25/10=2,5 мм. Примерно такой толщины получаются листы электролитической меди, т. e. готовой к употреблению без дополнительной обработки.
т. е. применение медной пластины будет в 2,24 раза дешевле, чем применение стального стержня. Более того, поскольку медь не изменяется во время работы, то ее можно использовать многократно без покупки исходной. С учетом соотношения электропроводностей медь/сталь = 10 при 900oС вместо плоского стального блюмса толщиной 50 мм или 25 мм используем медные листы толщиной всего 50/10= 5 мм или 25/10=2,5 мм. Примерно такой толщины получаются листы электролитической меди, т. e. готовой к употреблению без дополнительной обработки.
Таким образом, предлагаемое катодное устройство за счет уменьшения падения напряжения на подовом блоке с 0,081 В до 0,027 В позволяет уменьшить затраты электроэнергии на (0,054/4,5)•100=1,2% на получение алюминия. Кроме того, применение медной пластины меньшего сечения на выходе из кожуха электролизера уменьшит теплопотери через монтажные окна.
Claims (3)
1. Катодное устройство алюминиевого электролизера, содержащее кожух, угольные подовые блоки, закрепленные в блоке подовой массой токоподводящие элементы и огнеупорные плиты, расположенные под угольными подовыми блоками, отличающееся тем, что токоподводящие элементы выполнены в виде изогнутых медных пластин, жестко закрепленных вертикальной частью в продольных пазах блоков, выполненных снизу и на их пограничных участках.
2. Катодное устройство по п. 1, отличающееся тем, что токоподводящие элементы в поперечном сечении имеют форму швеллера, уголка или Т-образную.
3. Катодное устройство по п. 1, отличающееся тем, что количество пазов в подовом блоке составляет не менее четырех.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002105538/02A RU2209856C1 (ru) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | Катодное устройство алюминиевого электролизера |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002105538/02A RU2209856C1 (ru) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | Катодное устройство алюминиевого электролизера |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2209856C1 true RU2209856C1 (ru) | 2003-08-10 |
Family
ID=29246440
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002105538/02A RU2209856C1 (ru) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | Катодное устройство алюминиевого электролизера |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2209856C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103469252A (zh) * | 2013-08-22 | 2013-12-25 | 毕和清 | 防渗碳的铝电解阴极钢棒 |
EP3277864A4 (en) * | 2015-03-30 | 2018-09-05 | Dubai Aluminium PJSC | Cathode block for electrolytic cell suitable for the hall-héroult process |
WO2021240353A1 (en) * | 2020-05-26 | 2021-12-02 | Dubai Aluminium Pjsc | Cathode assembly with metallic collector bar systems for electrolytic cell suitable for the hall-héroult process |
-
2002
- 2002-02-28 RU RU2002105538/02A patent/RU2209856C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Справочник металлурга по цветным металлам. Производство алюминия. - М.: Металлургия, 1971, с.195. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103469252A (zh) * | 2013-08-22 | 2013-12-25 | 毕和清 | 防渗碳的铝电解阴极钢棒 |
CN103469252B (zh) * | 2013-08-22 | 2016-03-02 | 毕和清 | 防渗碳的铝电解阴极钢棒 |
EP3277864A4 (en) * | 2015-03-30 | 2018-09-05 | Dubai Aluminium PJSC | Cathode block for electrolytic cell suitable for the hall-héroult process |
WO2021240353A1 (en) * | 2020-05-26 | 2021-12-02 | Dubai Aluminium Pjsc | Cathode assembly with metallic collector bar systems for electrolytic cell suitable for the hall-héroult process |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2403324C2 (ru) | Катоды для алюминиевых электролизеров с пазом неплоской конфигурации | |
RU2449058C2 (ru) | Электролизер для производства алюминия, содержащий средства для уменьшения падения напряжения | |
US6387237B1 (en) | Cathode collector bar with spacer for improved heat balance and method | |
RU2239007C2 (ru) | Катодный коллекторный стержень для улучшения теплового баланса | |
CN101374979A (zh) | 用于具有膨胀石墨衬垫的铝电解池的阴极 | |
CN101743344A (zh) | 用于铝电解槽的减小电压降的阳极组件 | |
HU195261B (en) | Carbon anode for electrolytic cell for producing aluminium | |
RU2209856C1 (ru) | Катодное устройство алюминиевого электролизера | |
RU2727441C1 (ru) | Катодный блок с пазом особой геометрической формы | |
RU2319792C2 (ru) | Способ предварительного нагрева электролизера для получения алюминия электролизом | |
US5456808A (en) | Method for operating a continuous prebaked anode cell by locating resistance reducing materials to control the rate of heat extraction | |
RU2348743C2 (ru) | Катодный токоведущий стержень алюминиевого электролизера | |
von Kaenel et al. | Copper bars for the Hall-Héroult process | |
US3434957A (en) | Aluminum reduction cell with aluminum and refractory layered bottom construction | |
RU2381301C1 (ru) | Катодное устройство алюминиевого электролизера | |
US3736244A (en) | Electrolytic cells for the production of aluminum | |
RU2742633C1 (ru) | Способ получения алюминия электролизом криолитоглиноземных расплавов | |
RU2405866C1 (ru) | Анодное устройство алюминиевого электролизера с обожженными анодами | |
RU2657682C2 (ru) | Катодный токоподводящий стержень алюминиевого электролизера | |
AU673125B2 (en) | Continuous prebaked anode cell | |
RU2149925C1 (ru) | Катодное устройство алюминиевого электролизера | |
RU2273684C1 (ru) | Устройство для подвода тока к анодам магниевого электролизера и способ его монтажа | |
RU2290459C1 (ru) | Электроконтактный узел электролизера для получения магния | |
JP2023530566A (ja) | アルミニウム製造のためのホール・エルーセルにおけるカソードアセンブリ及びその作製方法 | |
RU2285063C1 (ru) | Устройство для подвода тока к электролизерам с нижним вводом анодов для получения магния |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040229 |