RU2401887C1 - Катодное устройство алюминиевого электролизера - Google Patents
Катодное устройство алюминиевого электролизера Download PDFInfo
- Publication number
- RU2401887C1 RU2401887C1 RU2009127914/02A RU2009127914A RU2401887C1 RU 2401887 C1 RU2401887 C1 RU 2401887C1 RU 2009127914/02 A RU2009127914/02 A RU 2009127914/02A RU 2009127914 A RU2009127914 A RU 2009127914A RU 2401887 C1 RU2401887 C1 RU 2401887C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cathode
- coating
- aluminium
- electrolysis cell
- rods
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электролитическому получению алюминия и может быть использовано для реконструкции катодных устройств действующих и проектирования новых электролизеров. Катодное устройство алюминиевого электролизера содержит подину из подовых блоков с катодными стержнями. Катодные стержни прямоугольного сечения выполнены с электролитическим медным покрытием переменного сечения по длине с увеличением толщины покрытия от периферийного к противоположному концу и покрытием глухого торца. Обеспечивается уравнивание сопротивления по длине катодного стержня, исключение появления горизонтальных токов в алюминиевой части катода, равномерное распределение тока, снижение падения напряжения в катоде и, следовательно, уменьшение расхода электроэнергии на получение алюминия, увеличение срока службы катодного устройства и электролизера, повышение сортности алюминия. 3 ил.
Description
Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия, и может быть использовано для реконструкции катодных устройств действующих и проектирования новых электролизеров.
Известно катодное устройство алюминиевого электролизера, содержащее подовые блоки, закрепленные в блоке подовой пастой катодные стержни (блюмсы). При монтаже катодного устройства катодные стержни вставляются в пазы блоков и заливаются чугуном или заполняются подовой пастой для обеспечения электрического контакта блок-блюмс [Serlie M., Оуе H.A. Kathodes in Aluminium Electrolysis. - Düsseldorf: Aluminium-Verlag, 1989. - 294S.].
Недостатками данной конструкции являются: неравномерное распределение тока по подине, появление горизонтальных составляющих тока, и, как следствие, большое падение напряжения в катоде и высокий расход электроэнергии на получение алюминия. Значительная разница в величинах коэффициентов температурного расширения материала катодного стержня (сталь) и подового блока (уголь) вызывает при нагреве этой конструкции большие механические напряжения, в результате чего в теле подовых блоков образуются трещины различной топологии. Расплавленный алюминий, проникая по трещинам в подовом блоке к стальным блюмсам, растворяет их и загрязняет тем самым катодный металл железом. При этом нарушается контакт блок-катодный стержень и электролизер выходит из строя
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемой конструкции является катодное устройство алюминиевого электролизера, содержащее катодный кожух, угольные подовые блоки, катодные стержни из меди различной конфигурации. Катодные стержни (не менее 4-х) вмонтированы в узкие пазы в нижней части блока [патент РФ 2209856, МПК C25C 3/08 (прототип)].
Недостатки катодного устройства прототипа заключаются в следующем. Постоянство всех предлагаемых форм сечений по длине катодного стержня не исключает появление горизонтальных токов за счет неравномерного распределения тока в катодном устройстве. Предлагаемое число пазов ослабляет блок и снижает его термомеханическую прочность. Имеет место неконтролируемый прижимной электрический контакт катодного стержня с угольным подовым блоком. Это не обеспечивает снижения падения напряжения в катодном устройстве и не способствует уменьшению расхода электроэнергии на получение алюминия. При этом катодное устройство прототипа потребует неоправданно высокого расхода меди на изготовление катодных стержней.
Основная задача изобретения состоит в:
- уменьшении эрозии подовых блоков;
- увеличении срока службы электролизера за счет уменьшения величин термомеханических напряжений между угольными блоками и катодными стержнями;
- увеличении выхода по току;
- повышении силы тока;
- снижении расхода электроэнергии на получение алюминия за счет выравнивания омического и уменьшения контактного сопротивлений катодных стержней.
Указанные результаты достигаются тем, что заявляемое катодное устройство содержит следующую совокупность существенных признаков: угольные подовые блоки, закрепленные в блоках подовой пастой катодные стержни, при этом катодные стержни имеют электролитическое медное покрытие переменного сечения по длине с увеличением толщины покрытия от периферийного к противоположному концу и покрытием глухого торца. Это позволит обеспечить равномерное токораспределение в катоде, а именно в жидком алюминии и угольном массиве.
По отношению к прототипу у предлагаемого катодного устройства имеются следующие отличительные признаки. Катодные стержни выполнены из стали с электролитическим медным покрытием переменного сечения по длине, что выравнивает омическое и уменьшает контактное сопротивление на границе медь - угольный блок и делает равномерным токораспределение в катоде. Это приводит к снижению падения напряжения в катоде, уменьшению энергозатрат на получение алюминия и увеличению срока службы катодного устройства и электролизера.
Сущность изобретения поясняется иллюстрациями на фиг.1, 2 и 3, где 1 - подовый блок; 2 - катодный стержень; 3 - подовая паста; 4 - медное покрытие.
Приведенная на фиг.З схема поясняет картину выравнивания токораспределения в катоде за счет увеличения электропроводности катодного стержня от периферии к противоположному концу по его длине за счет увеличения толщины медного покрытия, электропроводность которого на порядок выше электропроводности стали при условиях электролиза.
Эксплуатация катодного устройства по прототипу не устраняет главной причины неудовлетворительной работы электролизера - неравномерное распределение тока в катоде. Использование предлагаемого токоотводящего элемента делает распределение тока в катоде равномерным.
Экономическая целесообразность использования предлагаемого катодного устройства подтверждается следующим приближенным расчетом.
При затратах того же количества стали, что и меди в прототипе, получим следующее соотношение стоимостей стали (Сст) и меди (См). Принимая цену стали (Цст) в 5 раз ниже цены меди (Цм) на мировом рынке, имеем
См/Сст=ρм/(1/5·ρст)=8,96/(1/5·7,87)=5,7.
Таким образом, применение стального катодного стержня в 5,7 раз дешевле, чем медного. При использовании имеющихся в производстве алюминия стальных блюмсов затраты на электролитическое покрытие стали медью вполне компенсируются имеющимся резервом средств. Предлагаемое катодное устройство уменьшает падение напряжения в подине на 60 мВ за счет выравнивания токораспределения на участке центр подины - периферия катода, что обеспечивается изменением конструкции катодного стержня, а именно переменным сечением более электропроводного слоя меди на стальном катодном стержне. Это позволит снизить расход электроэнергии на 1 т алюминия на 1,3%.
Пример расчета омического сопротивления и напряжения на различных участках цепи катодного устройства
Расчет проведен для 3 сечений катодного стержня без покрытия и с покрытием слоем меди переменной толщины по длине стержня.
Условные обозначения:
h - максимальная толщина медного слоя, мм;
ρFe, ρCu - величины удельных сопротивлений стали и меди, соответственно, µкОм·см;
RFe - сопротивление стального катодного стержня, µкОм;
RCu - сопротивление медного слоя, µкОм;
li - длина участка цепи, см;
Si - площадь сечения проводника, см2;
В основу расчета положены следующие условия.
Толщина медного слоя изменяется в пределах от hi до 0;
1. ρFe=60 µкОм·см, ρCu=4,6 µкОм·см;
2. I=6 кА;
3. Схема для расчета:
l3=90 см; l2=60 см; l1=30 см; h2=(2/3)h; h1=(1/3)h;
Пределы изменения толщины покрытия: h3 - от h до 0;
h2 - от (2/3)h до 0; h1 - от (l/3)h до 0; h=h3=2 мм.
Участок l1:
RFe=60·30/11,5·23=6,8 µкОм; U=40,8 мВ
ΣR=(6,8·4,6·30/575h)/6,8-(4,6·30/575h)=0,24/(h-0,035)
При h2=1/3h=0,066: ΣR=7,7 µкОм; U=46,2 мВ.
Участок l2:
RFe=60·60/11,5·23=13,6 µкОм; U=81,6 мВ
ΣR=(13,6·4,6·60/575h)/13,6-(4,6·60/575h)=0,48/(h-0,035)
При h2=2/3h=0,133: ΣR=4,9 µкОм; U=29,4 мВ.
Участок l3:
RFe=ρFe·1/SFe=60·90/11,5·23=20,4 µкОм
U=20,4·10-6·6·103=122,4 мВ
ΣR=RFe·RCu/(RFe+RCu)=(ρFe·l/ SFe ·ρCu·l/ SCu)/(ρFe·l/SFe)+(ρCu·l/SCu);
SCu=(230+115+230)∫dh;
ΣR=20,4·4,6·90/(575∫dh)/20,4-(4,6·90/575h)=0,72/(h-0,035).
При h=hmax=2 мм:
ΣR=4,4 µкОм; U=26,4 мВ.
Длина | RFe, µкОм | UFe, мВ | ΣR, µкОм | UΣ, мВ | I, кА | h, мм |
Уч. l1 | 6,8 | 40,8 | 7,7 | 46,2 | 6 | (1/3)2 |
Уч. l2 | 13,6 | 81,6 | 4,9 | 29,4 | 6 | (2/3)2 |
Уч. l3 | 20,4 | 122,4 | 4,4 | 26,4 | 6 | 2 |
Claims (1)
- Катодное устройство алюминиевого электролизера, содержащее угольные подовые блоки, механически жестко закрепленные в их продольных пазах с помощью подовой пасты катодные стержни прямоугольного сечения, отличающееся тем, что катодные стержни выполнены с электролитическим медным покрытием переменного сечения по длине с увеличением толщины покрытия от периферийного конца к противоположному концу стержня и покрытием глухого торца.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009127914/02A RU2401887C1 (ru) | 2009-07-20 | 2009-07-20 | Катодное устройство алюминиевого электролизера |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009127914/02A RU2401887C1 (ru) | 2009-07-20 | 2009-07-20 | Катодное устройство алюминиевого электролизера |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2401887C1 true RU2401887C1 (ru) | 2010-10-20 |
Family
ID=44023951
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009127914/02A RU2401887C1 (ru) | 2009-07-20 | 2009-07-20 | Катодное устройство алюминиевого электролизера |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2401887C1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014003571A1 (en) * | 2012-06-25 | 2014-01-03 | Norsk Hydro Asa | Electrode and a method for making same |
RU2727621C2 (ru) * | 2013-04-26 | 2020-07-22 | Токай КОБЕКС ГмбХ | Катодный блок, имеющий паз переменной глубины и систему крепления |
RU2744131C2 (ru) * | 2016-07-26 | 2021-03-02 | Токай КОБЕКС ГмбХ | Катодный узел для производства алюминия |
RU2771724C2 (ru) * | 2013-04-26 | 2022-05-11 | Токай КОБЕКС ГмбХ | Катодный блок, имеющий паз переменной глубины и систему крепления |
-
2009
- 2009-07-20 RU RU2009127914/02A patent/RU2401887C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014003571A1 (en) * | 2012-06-25 | 2014-01-03 | Norsk Hydro Asa | Electrode and a method for making same |
RU2727621C2 (ru) * | 2013-04-26 | 2020-07-22 | Токай КОБЕКС ГмбХ | Катодный блок, имеющий паз переменной глубины и систему крепления |
RU2771724C2 (ru) * | 2013-04-26 | 2022-05-11 | Токай КОБЕКС ГмбХ | Катодный блок, имеющий паз переменной глубины и систему крепления |
RU2744131C2 (ru) * | 2016-07-26 | 2021-03-02 | Токай КОБЕКС ГмбХ | Катодный узел для производства алюминия |
US11242604B2 (en) | 2016-07-26 | 2022-02-08 | Cobex Gmbh | Cathode assembly for the production of aluminum |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2449058C2 (ru) | Электролизер для производства алюминия, содержащий средства для уменьшения падения напряжения | |
RU2364663C2 (ru) | Катодный элемент для оснащения электролизера, предназначенного для производства алюминия | |
CN107208289A (zh) | 用于hall‑heroult单元的阴极电流收集器 | |
RU2401887C1 (ru) | Катодное устройство алюминиевого электролизера | |
CN109863258B (zh) | 用于霍尔-埃鲁电池的阴极集流器/连接器 | |
RU2285754C1 (ru) | Катодная секция алюминиевого электролизера | |
CN104250831A (zh) | 节能、均化铝液水平电流的阴极结构 | |
TW200925328A (en) | Composite collector bar | |
CN102230191B (zh) | 一种分开引出铝电解槽单面电流的方法 | |
CN101880894A (zh) | 铝电解槽专用石墨碳素复合结构阴极碳块 | |
CN101787545A (zh) | 一种电解锰阳极板 | |
CN103726068A (zh) | 一种新型的阴极导电横梁 | |
AU2011303728B2 (en) | Electrical connection device, for connecting between two successive cells of a series of cells for the production of aluminium | |
RU2348743C2 (ru) | Катодный токоведущий стержень алюминиевого электролизера | |
CN204298472U (zh) | 一种降低铝电解槽炉底压降的阴极结构 | |
RU2282680C1 (ru) | Электролизер для производства алюминия | |
RU2200213C2 (ru) | Токоподвод к самообжигающемуся аноду алюминиевого электролизера | |
RU2742557C1 (ru) | Анодное устройство электролизера для производства алюминия | |
CN208485971U (zh) | 一种熔盐电解稀土金属用阳极 | |
RU2732934C1 (ru) | Анодный штырь алюминиевого электролизера | |
CN103726077A (zh) | 一种新型的阳极导电横梁 | |
CN219315112U (zh) | 一种钛基复合二氧化铅网状电极板 | |
CN104250830A (zh) | 一种节能、均化铝液水平电流的阴极结构 | |
CN108396333A (zh) | 一种降低水平电流改善电流分布的铝电解槽阴极结构 | |
RU2385364C1 (ru) | Анодный токоподвод алюминиевого электролизера |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140721 |