RU2348743C2 - Cathodic current-carrying rod of aluminium electrolyser - Google Patents

Cathodic current-carrying rod of aluminium electrolyser Download PDF

Info

Publication number
RU2348743C2
RU2348743C2 RU2007109534/02A RU2007109534A RU2348743C2 RU 2348743 C2 RU2348743 C2 RU 2348743C2 RU 2007109534/02 A RU2007109534/02 A RU 2007109534/02A RU 2007109534 A RU2007109534 A RU 2007109534A RU 2348743 C2 RU2348743 C2 RU 2348743C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rod
cathode
metal
cathodic
insert
Prior art date
Application number
RU2007109534/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007109534A (en
Inventor
Алексей Геннадьевич Бурцев (RU)
Алексей Геннадьевич Бурцев
Александр Олегович Гусев (RU)
Александр Олегович Гусев
нко Валерий Александрович Дерев (RU)
Валерий Александрович Деревянко
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Русская инжиниринговая компания"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Русская инжиниринговая компания" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Русская инжиниринговая компания"
Priority to RU2007109534/02A priority Critical patent/RU2348743C2/en
Publication of RU2007109534A publication Critical patent/RU2007109534A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2348743C2 publication Critical patent/RU2348743C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention concerns production of aluminium by electrolysis of molten salts. Particularly it concerns structure of cathodic current-carrying rod. Cathodic current-carrying rod contains metallic rod with internal cavity and bush made of material with high specific conductance, fixed in internal plane with ability of electric contact with metal rod. Bush is implemented from metal with melting temperature lower than electrolysis operating temperature, not interacting with material of metallic rod and providing electric contact of bush with internal surface of metallic rod during metal melting. Bush can be implemented of magnesium or calcium. Bush can be implemented as variable in transversal section by its length by means of installation of metallic insertions in internal cavities of metallic rod. It is provided electrolyser consistency of operation by means of heterogeneity reduction of vertical stream by surface of cathodic section, increasing of cathode assembly durability of aluminic electrolyser at the expense of wear uniformity of carbon-bearing cathodic blocks.
EFFECT: providing of electrolyser consistency of operation at the expense of vertical stream by surface of cathodic section, increasing of cathode assembly durability of aluminic electrolyser at the expense of wear uniformity of carbon-bearing cathodic blocks.
3 cl, 4 dwg, 1 ex, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области цветной металлургии, к производству алюминия электролизом расплавленных солей, в частности к конструкции катодного токоведущего стержня.The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy, to the production of aluminum by electrolysis of molten salts, in particular to the design of a cathode current-carrying rod.

Катодный токоведущий стержень предназначен для съема электрического тока с катода и передачи на внешнюю ошиновку, по которой он поступает на следующий электролизер. Электрический ток поступает в электролизер через аноды, проходит через слои электролита и металла, затем поступает в катод алюминиевого электролизера.The cathode current-carrying rod is designed to remove electric current from the cathode and transfer it to the external busbar, through which it enters the next electrolyzer. An electric current enters the cell through the anodes, passes through the layers of electrolyte and metal, and then enters the cathode of the aluminum cell.

Катодный токоведущий стержень, выполняемый обычно из стали, закрепляется в пазу углеродсодержащего катодного блока с помощью электропроводного материала (чугуна, углеродистой пасты или углеродистого клея). Углеродсодержащие катодные блоки с установленными катодными токоведущими стержнями именуются катодными секциями, группа которых формирует катод алюминиевого электролизера.The cathodic current-carrying rod, usually made of steel, is fixed in the groove of the carbon-containing cathode block using electrically conductive material (cast iron, carbon paste or carbon glue). Carbon-containing cathode blocks with installed cathode current-carrying rods are called cathode sections, a group of which forms the cathode of an aluminum electrolyzer.

Известна катодная секция алюминиевого электролизера, включающая катодный углеродистый блок с закрепленным в нем с помощью чугунной заливки катодным токоведущим стержнем, который выполнен в виде двух элементов одинакового сечения жестко соединенных между собой, причем часть стержня находящаяся под анодом, выполнена из меди, а внешняя часть - из стали (патент SU 1260412, м. кл. С25С 3/08, 1986).A known cathode section of an aluminum electrolyzer, including a cathode carbon block with a cathode current-conducting rod fixed in it by means of cast iron, which is made in the form of two elements of the same cross section rigidly interconnected, and the part of the rod located under the anode is made of copper, and the outer part is from steel (patent SU 1260412, class C. С25С 3/08, 1986).

Одним из основных недостатков указанного технического решения является то, что медная часть катодного токоведущего стержня не имеет сплошной защитной оболочки, препятствующей доступу воздуха и окислению меди при высоких температурах, кроме того, с ростом температуры у меди существенно снижается прочность. Все вышесказанное приводит к росту контактного сопротивления углеродистый блок - катодный токоведущий стержень, и соответственно, приведет к росту перепада напряжения в катоде электролизера.One of the main drawbacks of this technical solution is that the copper part of the cathode current-carrying rod does not have a continuous protective sheath that impedes air access and copper oxidation at high temperatures, in addition, with increasing temperature, copper strength significantly decreases. All of the above leads to an increase in the contact resistance of the carbon block - the cathode current-carrying rod, and, accordingly, will lead to an increase in the voltage drop in the cathode of the electrolyzer.

Другим недостатком изобретения являются сложности, возникающие при создании соединения «медная часть - стальная часть» катодного токоведущего стержня с приемлемым уровнем перепада напряжения в нем. Проблемы, связанные с различием коэффициентов термического расширения меди и стали, высокой окисляемостью и низкой прочностью меди при температурах близких к рабочей температуре электролиза и высокой температурой области соединения меди и стали, не позволяют получать хорошее соединение.Another disadvantage of the invention are the difficulties that arise when creating the connection "copper part - steel part" of the cathode current-carrying rod with an acceptable level of voltage drop in it. The problems associated with the difference in the thermal expansion coefficients of copper and steel, the high oxidizability and low strength of copper at temperatures close to the working temperature of electrolysis and the high temperature of the region of the connection of copper and steel, do not allow to obtain a good connection.

Этими недостатками и объясняются относительно не высокие показатели, полученные при испытаниях предлагаемой катодной секции.These shortcomings explain the relatively low performance obtained by testing the proposed cathode section.

Аналогичными недостатками обладают катодные токоведущие стержни по патентам US 2846388, 1956, US 3551319, 1970.Similar drawbacks have cathodic current-carrying rods according to the patents US 2846388, 1956, US 3551319, 1970.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является катодный токоведущий стержень, устанавливаемый в паз углеродсодержащего катодного блока катодного устройства алюминиевого электролизера, включающий металлический стержень (сталь) с внутренней полостью и вкладыш из материала с высокой удельной электропроводностью (медь), установленный во внутренней полости с возможностью электрического контакта со стержнем. Внутренняя полость в катодном токоведущем стержне выполнена со стороны его внутреннего конца не доходит до внешнего конца, и имеет в поперечном сечении многоугольный профиль или круглый профиль (патент RU №2239007, МПК С25С 3/08, 2004).The closest to the invention in terms of technical nature and the effect achieved is a cathode current-carrying rod installed in a groove of the carbon-containing cathode block of the cathode device of an aluminum electrolyzer, including a metal rod (steel) with an internal cavity and an insert made of a material with high electrical conductivity (copper) installed in the internal cavities with the possibility of electrical contact with the rod. The inner cavity in the cathode current-carrying rod is made from the side of its inner end does not reach the outer end, and has a polygonal profile or a round profile in cross section (patent RU No. 2239007, IPC С25С 3/08, 2004).

К основным недостаткам указанного изобретения относятся технологические трудности при изготовлении в катодном токоведущем стержне внутренней полости для вкладыша и самого вкладыша. Для создания хорошего электрического контакта по всей длине катодного токоведущего стержня требуется высокая точность обработки изделий, или необходимо сложное технологическое оборудование по запрессовке медного сердечника в стальной токоведущий стержень. Но даже в этом случае обеспечить хороший электрический контакт при температуре катодного стержня ~850÷960°С на длине несколько метров чрезвычайно трудно. Другим недостатком прототипа является существенное удорожание стоимости катодной секции за счет добавления медного вкладыша, обладающего высокой стоимостью, так как длина вкладыша составляет от 1,0 до 1,4 м при площади поперечного сечения вкладыша 5-30% (иногда до 70%) от сечения стального токоведущего стержня. В случае использования медного вкладыша с меньшим сечением не происходит заметного выравнивания степени неоднородности вертикального тока по длине углеродсодержащего катодного блока и не снижается перепад напряжения в катодном токоведущем стержне.The main disadvantages of this invention include technological difficulties in the manufacture of the inner cavity for the liner and the liner itself in the cathode current-carrying rod. To create good electrical contact along the entire length of the cathode current-carrying rod, high precision processing of products is required, or complex technological equipment is required to press the copper core into the steel current-carrying rod. But even in this case, it is extremely difficult to ensure good electrical contact at a cathode rod temperature of ~ 850 ÷ 960 ° C over a length of several meters. Another disadvantage of the prototype is a significant increase in the cost of the cathode section due to the addition of a copper insert with a high cost, since the length of the insert is from 1.0 to 1.4 m with a cross-sectional area of the insert 5-30% (sometimes up to 70%) of the cross section steel current-carrying rod. In the case of using a copper insert with a smaller cross section, there is no noticeable equalization of the degree of heterogeneity of the vertical current along the length of the carbon-containing cathode block and the voltage drop in the cathode current-carrying rod does not decrease.

Задача изобретения - снижение перепада напряжения в катодном блоке для уменьшения расхода электроэнергии, упрощение и удешевление конструкции катодного токоведущего стержня за счет снижения требований к точности изготовления внутренней полости стержня и вкладыша, и использования менее дорогих материалов, повышения срока службы и стабильности работы электролизера за счет снижения степени неоднородности вертикального тока по поверхности углеродсодержащего катодного блока.The objective of the invention is to reduce the voltage drop in the cathode block to reduce energy consumption, simplify and cheapen the design of the cathode current-carrying rod by reducing the requirements for precision manufacturing of the inner cavity of the rod and the liner, and the use of less expensive materials, increasing the service life and stability of the cell by reducing the degree of heterogeneity of the vertical current on the surface of the carbon-containing cathode block.

Технический результат заключается в уменьшении перепада напряжения в углеродсодержащем катодном блоке за счет разработки несложной в изготовлении конструкции катодного токоведущего стержня, позволяющего значительно увеличить эффективную удельную электропроводность последнего. При этом обеспечивается низкое электрическое контактное сопротивление между внутренней полостью металлического стержня и вкладышем с высокой удельной электропроводностью по всей длине катодного токоведущего стержня.The technical result consists in reducing the voltage drop in the carbon-containing cathode block due to the development of a design of a cathode current-carrying rod, which is simple in manufacturing, and which allows to significantly increase the effective electrical conductivity of the latter. This ensures low electrical contact resistance between the inner cavity of the metal rod and the liner with high electrical conductivity along the entire length of the cathode current-carrying rod.

Для решения поставленной задачи в конструкции катодного токоведущего стержня, предназначенного для установки в паз углеродсодержащего катодного блока катодного устройства алюминиевого электролизера, включающего металлический стержень с внутренней полостью и вкладыш из материала с высокой удельной электропроводностью, установленный во внутренней полости с возможностью электрического контакта с металлическим стержнем, согласно заявляемому изобретению, вкладыш выполнен из металла с температурой плавления ниже рабочей температуры электролиза, не взаимодействующего с материалом металлического стержня и обеспечивающего электрический контакт вкладыша с внутренней поверхностью металлического стержня при плавлении металла вкладыша.To solve the problem in the design of the cathode current-carrying rod, designed to be installed in the groove of the carbon-containing cathode block of the cathode device of an aluminum electrolyzer, including a metal rod with an internal cavity and an insert made of a material with high electrical conductivity, installed in the internal cavity with the possibility of electrical contact with a metal rod, according to the claimed invention, the liner is made of metal with a melting point below the operating temperature electrolysis, not interacting with the material of the metal rod and providing electrical contact of the liner with the inner surface of the metal rod when melting the metal of the liner.

Данная конструкция катодного токоведущего стержня позволяет обеспечить существенное снижение перепада напряжения в катодном токоведущем стержне, в углеродсодержащем катодном блоке в целом и, тем самым, уменьшить расход электроэнергии, потребляемой электролизером. Кроме того, увеличение удельной электропроводности позволяет снизить степень неоднородности распределения вертикального тока по поверхности катодного блока и, тем самым, уменьшить неравномерность износа и, соответственно, повысить срок службы и стабильность работы алюминиевого электролизера.This design of the cathode current-carrying rod allows to significantly reduce the voltage drop in the cathode current-carrying rod, in the carbon-containing cathode block as a whole, and thereby reduce the energy consumption consumed by the electrolyzer. In addition, an increase in electrical conductivity can reduce the degree of heterogeneity of the distribution of vertical current over the surface of the cathode block and, thereby, reduce the unevenness of wear and, accordingly, increase the service life and stability of the aluminum electrolyzer.

Вкладыш катодного токоведущего стержня может быть выполнен из магния или кальция.The liner of the cathode current-carrying rod can be made of magnesium or calcium.

Во внутренней полости металлического стержня может быть установлена металлическая вставка со скосом, причем массивная часть вставки направлена к выходящей наружу части катодного стержня, остальная часть внутренней полости металлического стержня может быть заполнена металлом вкладыша с образованием переменного по длине поперечного сечения вкладыша.A metal insert with a bevel can be installed in the inner cavity of the metal rod, with the massive part of the insert directed to the outward part of the cathode rod, the rest of the inner cavity of the metal rod can be filled with the metal of the insert with the formation of a variable cross-sectional length of the insert.

Что позволяет выравнивать степень неоднородности вертикального тока по поверхности катодной секции. Таким образом, эффективная удельная электропроводность по длине катодного токоведущего стержня становится дифференцированной: минимальной в выступающей наружу части стержня и максимальной в части стержня, устанавливаемой в центре катодного блока.That allows you to align the degree of heterogeneity of the vertical current on the surface of the cathode section. Thus, the effective conductivity along the length of the cathode current-carrying rod becomes differentiated: minimum in the protruding outward part of the rod and maximum in the part of the rod installed in the center of the cathode block.

Для обеспечения значительного увеличения электропроводности катодного токоведущего стержня можно использовать любые металлы (а не только медь χ=9900000 [Ом·м]-1) с удельной электропроводностью, превышающей электропроводность стали при рабочих температурах электролиза 930-970°С (860000 [Ом·м]-1), например: магний 2278000 [Ом·м]-1, кальций 2380000 [Ом·м]-1.To ensure a significant increase in the electrical conductivity of the cathode current-carrying rod, any metals can be used (not just copper χ = 9900000 [Ohm · m] -1 ) with a specific conductivity exceeding the conductivity of steel at working electrolysis temperatures of 930-970 ° C (860000 [Ohm · m ] -1 ), for example: magnesium 2278000 [Ohm · m] -1 , calcium 2380000 [Ohm · m] -1 .

При рабочей температуре 930-970°С все предлагаемые металлы для вкладыша (магний, кальций) будут находиться в расплавленном состоянии. Преимущество их в том, что они не образуют сплавов со сталью. Кроме того, эти металлы обладают еще одним преимуществом - низкой плотностью, так плотность магния составляет 1,74 г/см3, кальция 1,55 г/см3 в отличие от меди 8,89 г/см3, и более низкой стоимостью. Например, чтобы получить увеличение электропроводности катодного токоведущего стержня в 3 раза необходимо использовать медный вкладыш, составляющий ~24% от объема катодного стержня, в случае магниевого вкладыша ~63%, а кальциевого ~60%. В таблице представлены сравнительные оценки доли стоимости вкладыша в общей стоимости катодного токоведущего стержня на примере катодного стержня размером 1900×80×180 мм и вкладыша с высокой удельной электропроводностью длиной 1000 мм.At a working temperature of 930-970 ° C, all of the proposed metals for the liner (magnesium, calcium) will be in a molten state. Their advantage is that they do not form alloys with steel. In addition, these metals have another advantage - low density, since the density of magnesium is 1.74 g / cm 3 , calcium 1.55 g / cm 3 in contrast to copper 8.89 g / cm 3 , and lower cost. For example, in order to obtain a 3-fold increase in the electrical conductivity of the cathodic current-carrying rod, it is necessary to use a copper insert, which is ~ 24% of the cathode rod volume, in the case of a magnesium insert ~ 63%, and calcium ~ 60%. The table provides comparative estimates of the share of the cost of the liner in the total cost of the cathode current-carrying rod using the example of a cathode rod of size 1900 × 80 × 180 mm and a liner with a high conductivity of 1000 mm in length.

ПараметрыOptions Материл вкладышаLiner material Медь (Cu)Copper (Cu) Магний (Mg)Magnesium (Mg) Кальций (Са)Calcium (Ca) Составляющая вкладыша от сечения катодного стержня, %The component of the insert from the cross section of the cathode rod,% 2424 6262 6060 Масса вкладыша, кгThe mass of the liner, kg 30,730.7 15,515,5 13,213,2 Стоимость, руб/кг (по данным 1-й кв. 2007 г.)Cost, rub / kg (according to the 1st quarter of 2007) 162162 5454 108108 Итого, рубTotal rub 49734973 837837 14261426

Сущность изобретения поясняется следующими чертежами. На фиг.1 изображен общий вид алюминиевого электролизера, поперечный разрез; на фиг.2 представлена катодная секция электролизера с предлагаемым катодным токоведущим стержнем, условно показано с вырезом; на фиг.3 показана катодная секция с катодным токоведущим стержнем, выполненным в соответствие пункта 3 формулы изобретения, условно показано с вырезом, на фиг 4 изображены температурные зависимости удельного электрического сопротивления некоторых конструкции катодных токоведущих стержней.The invention is illustrated by the following drawings. Figure 1 shows a General view of an aluminum electrolyzer, a cross section; figure 2 presents the cathode section of the cell with the proposed cathode current-carrying rod, conventionally shown with a cut; figure 3 shows the cathode section with a cathode current-carrying rod made in accordance with paragraph 3 of the claims, conventionally shown with a cutout, figure 4 shows the temperature dependence of the electrical resistivity of some designs of cathode current-carrying rods.

Катодный токоведущий стержень 1 включает металлический стержень 2 с внутренней полостью 3, вкладыш 4 из материала с высокой удельной электропроводностью, с температурой плавления ниже рабочей температуры электролиза и установленный во внутренней полости 3 с возможностью электрического контакта с металлическим стержнем 2, торцы которого закрываются металлическими накладками 5, а в выступающей части 6 имеется выпускное отверстие 7 для выхода воздуха. Предлагаемый катодный токоведущий стержень 1 предназначен для установки в углеродсодержащий катодный блок 8, выполненный с пазом 9 путем закрепления стержня 1 с помощью электропроводного материала 10 (чугуна, углеродистой пасты или углеродистого клея). Углеродсодержащие катодные блоки 8 с установленными катодными токоведущими стержнями 1 именуются катодными секциями 11, группа которых формирует катод 12 алюминиевого электролизера.The cathode current-carrying rod 1 includes a metal rod 2 with an internal cavity 3, a liner 4 made of a material with high electrical conductivity, with a melting point below the working temperature of electrolysis and installed in the internal cavity 3 with the possibility of electrical contact with a metal rod 2, the ends of which are closed by metal plates 5 and in the protruding part 6 there is an outlet 7 for air outlet. The proposed cathodic current-carrying rod 1 is intended for installation in a carbon-containing cathode block 8, made with a groove 9 by fixing the rod 1 with an electrically conductive material 10 (cast iron, carbon paste or carbon glue). Carbon-containing cathode blocks 8 with installed cathode current-carrying rods 1 are called cathode sections 11, the group of which forms the cathode 12 of the aluminum electrolyzer.

Для существенного выравнивания вертикального тока по поверхности катодной секции 11, предлагается выполнить вкладыш 4 с поперечным сечением переменным по длине катодного токоведущего стержня 1 путем установки во внутренней полости 3 металлического стержня 2 металлических вставок 13.To substantially equalize the vertical current along the surface of the cathode section 11, it is proposed to make an insert 4 with a cross section variable along the length of the cathode current-carrying rod 1 by installing metal inserts 13 in the inner cavity 3 of the metal rod 2.

Катодный токоведущий стержень 1 работает следующим образом: электрический ток поступает в электролизер 14 через анодную ошиновку 15 и аноды 16, проходит через слои электролита 17 и металла (алюминия) 18 и поступает в катод 12 алюминиевого электролизера, состоящий из катодных секций 11, оттуда снимается катодными токоведущими стержнями 1, соединенными гибкими алюминиевыми спусками 19 с катодной ошиновкой 20 и далее по ней поступает в следующий электролизер (условно не показан).The cathode current-carrying rod 1 operates as follows: an electric current enters the electrolyzer 14 through the anode bus 15 and anodes 16, passes through the layers of electrolyte 17 and metal (aluminum) 18 and enters the cathode 12 of the aluminum electrolyzer, consisting of cathode sections 11, from there it is removed by the cathode current-carrying rods 1 connected by flexible aluminum slopes 19 with the cathode bus 20 and then through it enters the next cell (not shown conditionally).

Для оценки предлагаемого технического решения проводились экспериментальные исследования образцов катодных токоведущих стержней, в ходе которых проводились замеры величин удельного электрического сопротивления. Для этого использовались следующие образцы: стальной пруток диаметром 27 мм, стальная труба с внешним диаметром 27 мм и диметром внутренней полости 22 мм, в которую был помещен вкладыш из магния. Проводились испытания до максимальных температур ~1000°С, причем многократно, при этом образцы постоянно показывали повторяемость результатов.To evaluate the proposed technical solution, experimental studies of samples of cathodic current-carrying rods were carried out, during which the values of electrical resistivity were measured. For this, the following samples were used: a steel bar with a diameter of 27 mm, a steel pipe with an external diameter of 27 mm and a diameter of the inner cavity of 22 mm, into which a magnesium insert was placed. Tests were carried out to maximum temperatures of ~ 1000 ° C, moreover, repeatedly, while the samples constantly showed repeatability of the results.

Результаты проведенных испытаний (фиг.4) показывают, что удельное электрическое сопротивление предлагаемого катодного стержня при эксплутационных температурах практически в 3 раза ниже стали.The results of the tests (figure 4) show that the electrical resistivity of the proposed cathode rod at operational temperatures is almost 3 times lower than steel.

Проверка электрического сопротивления на границе раздела между магнием и сталью в образце показывает наличие низкого контактного сопротивления, составляющего не более 10-10 Ом·м2.Checking the electrical resistance at the interface between magnesium and steel in the sample shows the presence of a low contact resistance of not more than 10 -10 Ohm · m 2 .

Образец с вкладышем из магния разрезали для просмотра границы раздела между магнием и внутренней поверхностью стального стержня и обнаружили, что поверхность стали хорошо смочена магнием и он плотно прилегает к стенке. Следов их взаимодействия и образования интерметаллидов не обнаружено.A sample with a magnesium insert was cut to view the interface between magnesium and the inner surface of the steel rod and found that the surface of the steel was well moistened with magnesium and it fits snugly against the wall. No traces of their interaction and the formation of intermetallic compounds were found.

Пример конструкции: В стальную прямоугольную трубу размером 1840×80×180 мм с толщиной стенки 12 мм помещается магниевый или кальциевый пруток соответствующего размера, после чего завариваются торцы трубы металлическими накладками размером 180×80×30 мм, но остается небольшое выпускное отверстие в выступающей части трубы. После этого металлический катодный стержень нагревается до температуры 970°С, отверстие заваривается и стержень охлаждается. Существует другой вариант: металлический токоведущий катодный стержень с помещенным магниевым или кальциевым прутком устанавливается в катодную секцию и в процессе обжига катода электролизера (внешними источниками тепла - пламенный обжиг) магний или кальций расплавляется, тем самым обеспечивается электрический контакт вкладыша с внутренней поверхностью металлического стержня, если есть излишки магния или кальция, они выдавливаются через выпускное отверстие.Design example: A magnesium or calcium rod of the appropriate size is placed in a steel rectangular pipe 1840 × 80 × 180 mm in size with a wall thickness of 12 mm, after which the ends of the pipe are welded with metal plates 180 × 80 × 30 mm in size, but a small outlet remains in the protruding part pipes. After that, the metal cathode rod is heated to a temperature of 970 ° C, the hole is welded and the rod is cooled. There is another option: a metal current-carrying cathode rod with a magnesium or calcium rod placed is installed in the cathode section and, during the firing of the electrolyzer cathode (external heat sources - flame firing), magnesium or calcium is melted, thereby providing electrical contact between the liner and the inner surface of the metal rod, if there is excess magnesium or calcium, they are squeezed out through the outlet.

В случае использования в конструкции катодного устройства электролизера катодных блоков с высоким содержанием графита 80-100% или полностью графитированных (термообработка до 3000°С), обладающих низким удельным электрическим сопротивлением 8-18 мкОм·м, может возникнуть необходимость в выравнивания степени неоднородности вертикального тока по поверхности катодной секции. Это можно выполнить путем установки внутрь стальной прямоугольной трубы размером 1840×80×180 мм с толщиной стенки 12 мм стальной металлической вставки со скосом размером длиной 1800 мм, шириной 56 мм и высотой от 0 до 80 мм, причем массивная часть вставки должна быть направлена к выходящей наружу части катодного стержня. В оставшуюся внутреннюю полость помещаются магниевые или кальциевые прутки соответствующего размера, после чего завариваются торцы трубы. Таким образом, изменяется эффективная удельная электропроводность по длине катодного токоведущего стержня, становится минимальной в выступающей наружу части стержня и максимальной - в части стержня, устанавливаемой в центре катодного блока.In the case of the use of cathode blocks with a high graphite content of 80-100% or fully graphitized (heat treatment up to 3000 ° C) with a low electrical resistivity of 8-18 μOhm · m in the design of the cathode device of the electrolyzer, it may be necessary to equalize the degree of heterogeneity of the vertical current on the surface of the cathode section. This can be done by installing inside a steel rectangular pipe 1840 × 80 × 180 mm in size with a wall thickness of 12 mm, a steel metal insert with a bevel of 1800 mm long, 56 mm wide and 0 to 80 mm high, with the massive part of the insert pointing towards outward part of the cathode rod. Magnesium or calcium rods of the appropriate size are placed in the remaining internal cavity, after which the ends of the pipe are welded. Thus, the effective conductivity along the length of the cathode current-carrying rod changes, it becomes minimal in the outward protruding part of the rod and maximum in the part of the rod installed in the center of the cathode block.

Следует особо отметить, что предложенное в данном патенте техническое решение можно использовать не только на прямоугольных трубах, как показано в примере, но и на квадратных, круглых, приплюснутых (овальных) или профильных трубах.It should be specially noted that the technical solution proposed in this patent can be used not only on rectangular pipes, as shown in the example, but also on square, round, flattened (oval) or profile pipes.

Предлагаемое изобретение позволяет снизить расход электроэнергии в алюминиевом электролизере на 300-400 кВт/ч т А1 путем снижения перепада напряжения в катодной секции на 90-120 мВ, а именно в катодном токоведущем стержне, снизить стоимость катодного токоведущего стержня с магниевым или кальциевым вкладышем в 2-4 раза относительно стержня с медным вкладышем за счет упрощение конструкции катодного токоведущего стержня и удешевления используемых материалов (металлов).The present invention allows to reduce the energy consumption in an aluminum electrolyzer by 300-400 kW / h t A1 by reducing the voltage drop in the cathode section by 90-120 mV, namely in the cathode current-carrying rod, to reduce the cost of the cathode current-carrying rod with a magnesium or calcium insert in 2 -4 times relative to the rod with a copper liner due to the simplification of the design of the cathodic current-carrying rod and the cost reduction of the materials used (metals).

При этом обеспечиваются условия для стабильной работы электролизера за счет снижения степени неоднородности вертикального тока по поверхности катодной секции, что помимо всего позволяет увеличить срок службы катодного устройства алюминиевого электролизера за счет равномерности износа углеродсодержащих катодных блоков.At the same time, conditions are provided for stable operation of the electrolyzer by reducing the degree of heterogeneity of the vertical current along the surface of the cathode section, which, in addition, allows to increase the service life of the cathode device of the aluminum electrolyzer due to the uniformity of wear of carbon-containing cathode blocks.

Claims (3)

1. Катодный токоведущий стержень, предназначенный для установки в паз углеродсодержащего катодного блока катодного устройства алюминиевого электролизера, включающий металлический стержень с внутренней полостью и вкладыш из материала с высокой удельной электропроводностью, установленный во внутренней полости с возможностью электрического контакта с металлическим стержнем, отличающийся тем, что вкладыш выполнен из металла с температурой плавления ниже рабочей температуры электролиза, не взаимодействующего с материалом металлического стержня и обеспечивающего электрический контакт вкладыша с внутренней поверхностью металлического стержня при плавлении металла вкладыша.1. The cathode current-carrying rod, designed to be installed in the groove of the carbon-containing cathode block of the cathode device of an aluminum electrolyzer, including a metal rod with an internal cavity and an insert of material with high electrical conductivity, installed in the internal cavity with the possibility of electrical contact with a metal rod, characterized in that the liner is made of metal with a melting point below the working temperature of electrolysis, which does not interact with the material of the rod and insert providing electrical contact with the inner surface of the metal bar during the melting of the metal insert. 2. Катодный токоведущий стержень по п.1, отличающийся тем, что вкладыш выполнен из магния или кальция.2. The cathode current-carrying rod according to claim 1, characterized in that the liner is made of magnesium or calcium. 3. Катодный токоведущий стержень по п.1, отличающийся тем, что во внутренней полости металлического стержня установлена металлическая вставка со скосом, причем массивная часть вставки направлена к выходящей наружу части катодного стержня, остальная часть внутренней полости металлического стержня заполнена металлом вкладыша с образованием переменного по длине поперечного сечения вкладыша. 3. The cathode current-carrying rod according to claim 1, characterized in that a metal insert with a bevel is installed in the inner cavity of the metal rod, the massive part of the insert being directed to the outgoing part of the cathode rod, the rest of the inner cavity of the metal rod is filled with the insert metal to form an alternating the length of the cross section of the liner.
RU2007109534/02A 2007-03-15 2007-03-15 Cathodic current-carrying rod of aluminium electrolyser RU2348743C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007109534/02A RU2348743C2 (en) 2007-03-15 2007-03-15 Cathodic current-carrying rod of aluminium electrolyser

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007109534/02A RU2348743C2 (en) 2007-03-15 2007-03-15 Cathodic current-carrying rod of aluminium electrolyser

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007109534A RU2007109534A (en) 2008-09-20
RU2348743C2 true RU2348743C2 (en) 2009-03-10

Family

ID=39867722

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007109534/02A RU2348743C2 (en) 2007-03-15 2007-03-15 Cathodic current-carrying rod of aluminium electrolyser

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2348743C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2510818C1 (en) * 2012-10-25 2014-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Cathode section of aluminium electrolyser
RU2636421C2 (en) * 2011-06-16 2017-11-23 Рио Тинто Алкан Интернэшнл Лимитед Electrolyser for aluminium production
WO2018016989A1 (en) * 2016-07-19 2018-01-25 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Cathode current-conducting rod of an aluminum electrolysis cell

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2636421C2 (en) * 2011-06-16 2017-11-23 Рио Тинто Алкан Интернэшнл Лимитед Electrolyser for aluminium production
RU2510818C1 (en) * 2012-10-25 2014-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Cathode section of aluminium electrolyser
WO2018016989A1 (en) * 2016-07-19 2018-01-25 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Cathode current-conducting rod of an aluminum electrolysis cell
RU2657682C2 (en) * 2016-07-19 2018-06-14 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Cathode current conducting rod of aluminum reduction cell

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007109534A (en) 2008-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2364663C2 (en) Cathodic element for equipping electrolyser, intended for aluminium processing
EP1927679B1 (en) Electrolysis cell for the production of aluminium comprising means to reduce the voltage drop
US4612105A (en) Carbonaceous anode with partially constricted round bars intended for cells for the production of aluminium by electrolysis
RU2239007C2 (en) Cathode collector rod for enhancing thermal balance
RU2348743C2 (en) Cathodic current-carrying rod of aluminium electrolyser
CA2964835A1 (en) Cathode current collector for a hall-heroult cell
US6294067B1 (en) 3 component cathode collector bar
RU2285754C1 (en) Cathode section of the aluminum electrolyzer
US20200332427A1 (en) Cathode elements for a hall-héroult cell for aluminium production and a cell of this type having such elements installed
US11286574B2 (en) Cathode current collector/connector for a Hall-Heroult cell
RU2401887C1 (en) Cathode assembly of aluminium electrolysis cell
JP2013537938A (en) Cathode for electrolysis cell
EP4139502B1 (en) Cathode assembly for a hall-heroult cell for aluminium production
RU2209856C1 (en) Cathode unit for aluminum electrolyzer
RU2510818C1 (en) Cathode section of aluminium electrolyser
EA044747B1 (en) CATHODE ASSEMBLY FOR HALL-HERU ELECTROLYSER FOR ALUMINUM PRODUCTION AND METHOD OF ITS MANUFACTURE
CN100385044C (en) Composite cathode collector bar
RU2657682C2 (en) Cathode current conducting rod of aluminum reduction cell
RU2290456C1 (en) Electrocontact connection of magnesium electrolyzer
NO336744B1 (en) Electrode as well as a method of manufacturing the same
RU2200213C2 (en) Electric current lead to self-firing anode of aluminum cell
RU2381301C1 (en) Cathode assembly of aluminium electrolytic cell
RU2285063C1 (en) Device for supply of current to electrolyzers provided with lower introduction of anodes for production of magnesium

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110316