RU2642815C2 - Cathode unit having groove of variable depth and completed intermediate space - Google Patents
Cathode unit having groove of variable depth and completed intermediate space Download PDFInfo
- Publication number
- RU2642815C2 RU2642815C2 RU2015150377A RU2015150377A RU2642815C2 RU 2642815 C2 RU2642815 C2 RU 2642815C2 RU 2015150377 A RU2015150377 A RU 2015150377A RU 2015150377 A RU2015150377 A RU 2015150377A RU 2642815 C2 RU2642815 C2 RU 2642815C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- groove
- cathode
- steel
- intermediate space
- variable depth
- Prior art date
Links
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
-
- 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
- C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
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)
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
- Tires In General (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к катодному блоку для алюминиевого электролизера, к его использованию, а также к содержащему его катоду.The present invention relates to a cathode block for an aluminum electrolyzer, to its use, as well as to a cathode containing it.
Электролизеры, например, применяются в электролитическом производстве алюминия, которое в промышленных масштабах обычно осуществляется в соответствии с процессом Холла-Эру. В рамках процесса Холла-Эру проводится электролиз расплавленной смеси оксида алюминия и криолита. В данном случае криолит, Na3[AIF6], применяется для снижения температуры плавления 2045°C для чистого оксида алюминия до приблизительно 950°C для смеси, содержащей криолит, оксид алюминия и дополнительные вещества, такие как фторид алюминия и фторид кальция.Electrolyzers, for example, are used in the electrolytic production of aluminum, which on an industrial scale is usually carried out in accordance with the Hall-Heroux process. As part of the Hall-Heroux process, electrolysis of a molten mixture of aluminum oxide and cryolite is carried out. In this case, cryolite, Na 3 [AIF 6 ], is used to lower the melting point of 2045 ° C for pure alumina to about 950 ° C for a mixture containing cryolite, alumina and additional substances such as aluminum fluoride and calcium fluoride.
Электролизер, применяемый в данном процессе, содержит катодное дно, которое образовано из множества, например, до 28, смежных катодных блоков, формирующих катод. В данном случае промежуточные пространства между катодными блоками обычно заполняются углеродистой набивной подовой массой для изоляции катода от расплавленных составляющих электролизера и компенсации механических напряжений, которые возникают при вводе электролизера в эксплуатацию. Катодные блоки обычно изготавливают из углеродистого материала, такого как графит, чтобы они могли выдерживать термические и химические условия, преобладающие при эксплуатации электролизера. Нижние части катодных блоков обычно обеспечены пазами, в каждом из которых размещена одна или две шины, по которым подается ток, поступающий посредством анодов. В данном случае промежуточные пространства между шинами и отдельными стенками катодного блока, прилегающими к пазам, часто заполняют чугуном, так что созданная таким образом чугунная оболочка шин электрически и механически соединяет шины с катодными блоками. Приблизительно на 3-5 см над слоем жидкого алюминия на верхней части катода, который обычно имеет толщину 15-50 см, находится анод, в частности, образованный из отдельных анодных блоков. Электролит или, иными словами, расплавленная масса, содержащая оксид алюминия и криолит, находится между этим анодом и поверхностью алюминия. В процессе электролиза, который проводится при приблизительно 1000°C, сформированный таким образом алюминий, будучи более плотным, чем электролит, оседает ниже слоя электролита, то есть, иными словами, как промежуточный слой между верхней частью катода и слоем электролита. В процессе электролиза оксид алюминия, растворенный в расплавленной массе, распадается на алюминий и кислород под действием электрического тока. С точки зрения электрохимии слой жидкого алюминия фактически представляет собой катод, поскольку ионы алюминия восстанавливаются до элементарного алюминия на его поверхности. Тем не менее ниже термин «катод» будет относиться не к катоду с точки зрения электрохимии или, иными словами, слою жидкого алюминия, а к компоненту, образованному, например, из одного или более катодных блоков и формирующему дно электролизера.The electrolyzer used in this process contains a cathode bottom, which is formed from a plurality of, for example, up to 28 adjacent cathode blocks forming a cathode. In this case, the intermediate spaces between the cathode blocks are usually filled with a carbon-filled hearth mass to isolate the cathode from the molten components of the cell and to compensate for the mechanical stresses that occur when the cell is put into operation. The cathode blocks are usually made of a carbon material, such as graphite, so that they can withstand the thermal and chemical conditions prevailing in the operation of the cell. The lower parts of the cathode blocks are usually provided with grooves, in each of which one or two buses are placed, along which current is supplied through the anodes. In this case, the intermediate spaces between the tires and the individual walls of the cathode block adjacent to the grooves are often filled with cast iron, so that the cast iron sheath of the tires thus created electrically and mechanically connects the tires to the cathode blocks. Approximately 3-5 cm above the layer of liquid aluminum on the upper part of the cathode, which usually has a thickness of 15-50 cm, is the anode, in particular, formed from individual anode blocks. An electrolyte or, in other words, a molten mass containing alumina and cryolite is located between this anode and the surface of aluminum. In the electrolysis process, which is carried out at approximately 1000 ° C., the aluminum thus formed, being more dense than the electrolyte, settles below the electrolyte layer, that is, in other words, as an intermediate layer between the upper part of the cathode and the electrolyte layer. During electrolysis, alumina dissolved in the molten mass decomposes into aluminum and oxygen under the influence of an electric current. From the point of view of electrochemistry, the liquid aluminum layer is actually a cathode, since aluminum ions are reduced to elemental aluminum on its surface. Nevertheless, the term “cathode” below will not refer to the cathode from the point of view of electrochemistry or, in other words, a layer of liquid aluminum, but to a component formed, for example, from one or more cathode blocks and forming the bottom of the cell.
Одним из основных недостатков катодных устройств, применяемых в рамках процесса Холла-Эру, является их сравнительно низкая износоустойчивость, которая проявляется в виде съема материала с поверхностей катодных блоков во время электролиза. В данном случае ввиду неоднородного распределения тока в пределах катодных блоков не происходит равномерного съема материала с поверхностей катодных блоков по длине катодных блоков, но в большей степени это происходит на концах катодных блоков, в результате чего после прохождения электролиза в течение определенного времени поверхности катодных блоков приобретают W-образный профиль. Ввиду неравномерного съема материала с поверхностей катодных блоков срок эксплуатации катодных блоков ограничен зонами с наибольшим съемом материала.One of the main disadvantages of cathode devices used in the framework of the Hall-Heroux process is their relatively low wear resistance, which manifests itself in the form of material removal from the surfaces of cathode blocks during electrolysis. In this case, due to the non-uniform current distribution within the cathode blocks, there is no uniform removal of material from the surfaces of the cathode blocks along the length of the cathode blocks, but to a greater extent this occurs at the ends of the cathode blocks, as a result of which, after the passage of electrolysis for a certain time, the surfaces of the cathode blocks acquire W-shaped profile. Due to the uneven removal of material from the surfaces of the cathode blocks, the life of the cathode blocks is limited to the areas with the greatest removal of material.
Для разрешения данной проблемы в WO 2007/118510 A2 предложен катодный блок, в котором паз, предназначенный для размещения одной или более шин, имеет по отношению к длине катодного блока большую глубину в центре, чем на концах катодного блока. В ходе работы электролизера это приводит к по существу однородному вертикальному распределению тока по длине катодного блока, посредством чего более высокий уровень износа на концах катодного блока снижается, и, таким образом, срок службы катодного блока увеличивается. В данном случае шина(-ы) заключена(-ы) в чугунную оболочку обычным образом, при котором данная оболочка создается путем выливания жидкого чугуна в промежуточное пространство между пазом и шиной(-ами). Однако катодный блок данного типа обременен множеством недостатков. При выливании жидкого чугуна в промежуточное пространство между пазом и шиной(-ами) и впоследствии, при вводе в эксплуатацию электролизера, содержащего катодный блок, и впоследствии, при отключении электролизера и его дальнейшем повторном включении и впоследствии катодный блок подвергается сравнительно большим изменениям температуры, которые приводят к расширению или сжатию чугуна и шины (шин) относительно катодного блока. Этот эффект расширения или сжатия может усиливаться за счет возникающих температурных градиентов. При применении выражения «большое(-ие) изменение(-я) температуры» ниже его следует понимать как указание на наличие одного или обоих из упомянутых эффектов - иными словами, расширение/сжатие или температурный градиент. Поскольку чугун и материал шины (шин) имеют более высокий коэффициент термического расширения, чем материал катодного блока, то при повышении температуры чугун и шина(-ы) расширяются относительно катодного блока, тогда как, с другой стороны, при снижении температуры происходит их сжатие относительно катодного блока. Это вызывает ухудшение электрического контакта между шиной, чугуном и катодным блоком, особенно в случае обычных пазов с их прямоугольным поперечным сечением, а это, в свою очередь, приводит к повышению электрического сопротивления конструкции и, таким образом, низкой энергетической эффективности электролитического процесса. Кроме того, до выливания жидкого чугуна в промежуточное пространство между пазом и шиной(-ами) шина(-ы) выполнена(-ы) с возможностью перемещения не только вертикально, но также и горизонтально, так что они могут неконтролируемо перемещаться в пазу во время выливания жидкого чугуна, а затем во время его охлаждения и отверждения. Это также может привести к неравномерному электрическому контакту между шиной, чугуном и катодным блоком. Это также приводит к повышению электрического сопротивления конструкции и, таким образом, низкой энергетической эффективности электролитического процесса. Вместо чугуна можно также применять набивную подовую массу. В качестве набивной подовой массы можно применять набивные подовые массы на основе антрацита, графита или любой их смеси. Предпочтительно применяют набивную подовую массу на основе графита.To solve this problem, WO 2007/118510 A2 proposes a cathode block in which a groove for accommodating one or more tires has a greater depth in the center with respect to the length of the cathode block than at the ends of the cathode block. During operation of the electrolyzer, this results in a substantially uniform vertical current distribution along the length of the cathode block, whereby a higher level of wear at the ends of the cathode block is reduced, and thus, the service life of the cathode block is increased. In this case, the tire (s) is enclosed (s) in a cast iron sheath in the usual manner, in which the sheath is created by pouring liquid iron into the intermediate space between the groove and the tire (s). However, a cathode block of this type is burdened with many disadvantages. When pouring molten iron into the intermediate space between the groove and the tire (s) and subsequently, when commissioning the electrolyzer containing the cathode block, and subsequently, when the electrolyzer is turned off and then turned back on, the cathode block subsequently undergoes relatively large temperature changes, which lead to the expansion or contraction of cast iron and tires (tires) relative to the cathode block. This expansion or contraction effect can be enhanced by the resulting temperature gradients. When applying the expression "large (s) change in temperature (s)" below it should be understood as indicating the presence of one or both of the mentioned effects - in other words, expansion / contraction or temperature gradient. Since cast iron and tire (s) material have a higher coefficient of thermal expansion than the material of the cathode block, when the temperature rises, the cast iron and tire (s) expand relative to the cathode block, while, on the other hand, when the temperature decreases, they compress cathode block. This causes a deterioration in the electrical contact between the busbar, cast iron and the cathode block, especially in the case of conventional grooves with their rectangular cross-section, and this, in turn, leads to an increase in the electrical resistance of the structure and, thus, low energy efficiency of the electrolytic process. In addition, before pouring molten iron into the intermediate space between the groove and the tire (s), the tire (s) is configured to move not only vertically, but also horizontally, so that they can move uncontrollably into the groove during pouring molten iron, and then during its cooling and curing. It can also lead to uneven electrical contact between the busbar, cast iron and the cathode block. This also leads to an increase in the electrical resistance of the structure and, thus, low energy efficiency of the electrolytic process. Instead of cast iron, a stuffed hearth can also be used. As a rammed hearth mass, rammed hearth masses based on anthracite, graphite or any mixture thereof can be used. Graphite-based rammed hearth is preferably used.
При упоминании чугуна далее в настоящем документе следует понимать, что набивную подовую массу можно замещать чугуном без особых оговорок в каждом случае.When referring to cast iron later in this document, it should be understood that the stuffed hearth mass can be replaced by cast iron without special reservations in each case.
Поэтому задача изобретения заключается в обеспечении катодного блока, подходящего, в частности, для применения в алюминиевом электролизере, с помощью которого достигается по существу однородное вертикальное распределение тока по длине катодного блока при эксплуатации электролизера, который также имеет, даже при больших изменениях температуры, низкое удельное электрическое сопротивление и, в частности, в течение длительного периода электролиза постоянно низкое удельное электрическое сопротивление и низкое переходное сопротивление между шиной и катодным блоком, и который в случае больших изменений температуры является устойчивым по отношению к механическим повреждениям, таким как растрескивание.Therefore, the object of the invention is to provide a cathode block suitable, in particular, for use in an aluminum electrolysis cell, with which a substantially uniform vertical current distribution along the length of the cathode block is achieved during operation of the electrolytic cell, which also has, even with large changes in temperature, a low specific electrical resistance and, in particular, during a long period of electrolysis, constantly low electrical resistivity and low transition resistance ezhdu bus and the cathode block, and which in case of large temperature changes is resistant to mechanical damage, such as cracking.
В соответствии с изобретением эта задача решается с помощью катодного блока для алюминиевого электролизера на основе углерода и/или графита, при этом катодный блок имеет по меньшей мере один паз, проходящий в продольном направлении катодного блока, при этом по меньшей мере один из по меньшей мере одного паза имеет переменную глубину, если смотреть по длине катодного блока, и в по меньшей мере одном пазу обеспечена по меньшей мере одна шина, при этом промежуточное пространство между по меньшей мере одной шиной и стенкой, ограничивающей по меньшей мере один паз переменной глубины, по меньшей мере частично заполнен сталью. Для целей настоящего изобретения вместо стали можно также применять другой подходящий материал, такой как, например, другие металлы, такие как медь или серебро, сплавы, композитные материалы из упомянутых выше материалов, такие как, например, стальные корпусы с медной сердцевиной, композитные материалы, такие как, например, пропитанный металлом графит, или углеродные материалы, или электропроводные массы. В качестве металла в упомянутых пропитанном металлом графите или углеродных материалах можно применять любой металл, который имеет температуру плавления выше рабочей температуры электролизера, которая составляет приблизительно 1000°C. Предпочтительным металлом является медь с температурой плавления 1080°C. Доля металла в композитном материале может находиться в диапазоне от 40% до 90% вес. Углерод в композитном материале может представлять собой антрацит, а графитный композитный материал может содержать графитизированный или графитообразный углерод в качестве графита. Термин «сталь» далее в настоящем документе будет применяться в этом отношении для всех из этих материалов.In accordance with the invention, this problem is solved by using a cathode block for an aluminum electrolyzer based on carbon and / or graphite, wherein the cathode block has at least one groove extending in the longitudinal direction of the cathode block, while at least one of at least one one groove has a variable depth when viewed along the length of the cathode block, and at least one bus bar is provided in at least one groove, with an intermediate space between at least one bus bar and a wall defining m nshey least one groove of varying depth, at least partly filled with steel. For the purposes of the present invention, instead of steel, another suitable material can also be used, such as, for example, other metals such as copper or silver, alloys, composite materials from the above materials, such as, for example, steel bodies with a copper core, composite materials, such as, for example, metal impregnated graphite, or carbon materials, or electrically conductive masses. As the metal in the aforementioned metal-impregnated graphite or carbon materials, any metal that has a melting point above the operating temperature of the electrolyzer, which is about 1000 ° C., can be used. A preferred metal is copper with a melting point of 1080 ° C. The proportion of metal in the composite material can range from 40% to 90% by weight. The carbon in the composite material may be anthracite, and the graphite composite material may contain graphitized or graphite carbon as graphite. The term "steel" hereinafter will be used in this regard for all of these materials.
В соответствии с изобретением было признано, что ввиду по меньшей мере частичного заполнения промежуточного пространства, которое, ввиду установки шины в форме балки в паз катодного блока (при этом упомянутый паз имеет переменную глубину, если смотреть вдоль длины катодного блока), формируется между шиной и стенкой, ограничивающей по меньшей мере один паз переменной глубины, создается простое и дешевое катодное устройство с использованием стали, которая благодаря пазу переменной глубины по длине катодного устройства характеризуется по существу однородным вертикальным распределением тока и имеет в то же время, несмотря на паз переменной глубины, постоянно низкое электрическое сопротивление и низкое переходное сопротивление между шиной и катодным блоком, и которая в случае больших изменений температуры является устойчивой по отношению к механическим повреждениям, таким как растрескивание. В катодных устройствах, известных из предшествующего уровня техники, дополнительный объем промежуточного пространства, который возникает при применении традиционной шины в форме балки, благодаря глубине паза, варьирующейся по длине катодного блока, заполнен полностью или частично чугуном. Однако большее количество чугуна означает более высокий подвод тепла, когда заливают чугун, и это приводит к увеличению термических напряжений, ввиду которых в катодном блоке могут формироваться трещины, а именно, в некоторых обстоятельствах они не формируются до начала электролиза, что может приводить к ухудшению рабочих характеристик или даже к преждевременному отказу всего электролизера. Более того, такой объемный слой чугуна приводит к плохому электрическому контакту между шиной и катодным блоком посредством находящегося между ними чугуна, поскольку слой чугуна от времени своего отверждения до эксплуатации электролизера претерпевает общую усадку, поскольку рабочая температура электролизера, составляющая от 850 до 950°C, значительно ниже температуры отверждения чугуна, составляющей приблизительно 1150°C. Действительно, в WO 2007/118510 A2 уже предлагалось устранить эти недостатки путем по меньшей мере частичного заполнения промежуточного пространства стальными пластинами или даже путем применения шины с геометрией, соответствующей форме паза. Однако эти решения сопряжены с более высокими затратами в части производственной технологии. Более того, в частности, изготовление шины с геометрией, соответствующей форме паза, является дорогостоящим. При заполнении промежуточного пространства в соответствии с изобретением сталью или, иными словами, материалом, из которого изготавливают традиционные шины, этот материал ведет себя как шина в случае изменений температуры и, в частности, при резких изменениях температуры, так что посредством этого надежно предотвращается общая усадка и плохой электрический контакт в промежуточном пространстве. Промежуточное пространство может быть заполнено одним или более заполняющими материалами, изготовленными из стали, которая может быть изготовлена отдельно путем литья, проката, фрезеровки или другими подходящими способами формования. Это означает, что раствор в соответствии с изобретением может быть получен особенно просто, быстро и недорого.In accordance with the invention, it was recognized that due to at least partial filling of the intermediate space, which, due to the installation of a beam in the form of a beam in the groove of the cathode block (wherein the groove has a variable depth when viewed along the length of the cathode block), is formed between the tire and the wall, bounding at least one groove of variable depth, creates a simple and cheap cathode device using steel, which due to the groove of variable depth along the length of the cathode device is characterized by a substantially uniform vertical current distribution and at the same time, despite a groove of variable depth, has a constantly low electrical resistance and low transition resistance between the bus and the cathode block, and which, in case of large changes in temperature, is resistant to mechanical damage, such as cracking . In cathodic devices known from the prior art, the additional amount of intermediate space that occurs when using a traditional tire in the form of a beam, due to the depth of the groove varying along the length of the cathode block, is completely or partially filled with cast iron. However, a greater amount of cast iron means a higher heat input when cast iron is poured, and this leads to an increase in thermal stresses, due to which cracks can form in the cathode block, namely, in some circumstances they do not form before the start of electrolysis, which can lead to deterioration of working characteristics or even premature failure of the entire cell. Moreover, such a bulk layer of cast iron leads to poor electrical contact between the bus and the cathode block by means of cast iron located between them, since the cast iron layer undergoes general shrinkage from the time of its curing to the operation of the cell, since the operating temperature of the cell is from 850 to 950 ° C. significantly lower than the curing temperature of cast iron, approximately 1150 ° C. Indeed, WO 2007/118510 A2 already proposed to eliminate these drawbacks by at least partially filling the intermediate space with steel plates or even by using a tire with a geometry corresponding to the shape of the groove. However, these solutions are associated with higher costs in terms of production technology. Moreover, in particular, the manufacture of tires with geometry corresponding to the shape of the groove is expensive. When the intermediate space in accordance with the invention is filled with steel or, in other words, the material from which the traditional tires are made, this material behaves like a tire in the event of temperature changes and, in particular, when the temperature changes sharply, so that general shrinkage is reliably prevented and poor electrical contact in the intermediate space. The intermediate space may be filled with one or more filling materials made of steel, which may be made separately by casting, rolling, milling or other suitable molding methods. This means that the solution in accordance with the invention can be obtained especially simply, quickly and inexpensively.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения по меньшей мере 50% промежуточного пространства заполнено сталью, предпочтительно по меньшей мере 75%, особенно предпочтительно по меньшей мере 90%, еще более предпочтительно по меньшей мере 95%, исключительно предпочтительно по меньшей мере 98% и максимально предпочтительно 100%.According to a preferred embodiment of the present invention, at least 50% of the intermediate space is filled with steel, preferably at least 75%, particularly preferably at least 90%, even more preferably at least 95%, extremely preferably at least 98% and most preferably 100%.
При разработке концепции, обладающей признаками изобретения, предлагается, чтобы сталь, которой, по меньшей мере частично, заполняют промежуточное пространство, предпочтительно была такой же, как та, из которой образована по меньшей мере одна шина. В этом случае коэффициенты термического расширения двух материалов одинаковы, так что механические напряжения между шиной и сталью, которой, по меньшей мере частично, заполнено промежуточное пространство, надежно минимизированы во время нагрева до рабочей температуры электролизера.In developing a concept having the features of the invention, it is proposed that the steel with which, at least partially, the intermediate space is filled, preferably be the same as that from which at least one tire is formed. In this case, the thermal expansion coefficients of the two materials are the same, so that the mechanical stresses between the tire and steel, with which, at least partially, the intermediate space is filled, are reliably minimized during heating to the operating temperature of the electrolyzer.
Предпочтительно в этом случае применяется сталь с очень высокой электропроводностью в качестве материала для шин и формованных изделий, заполняющих промежуточное пространство. Эта сталь характеризуется, например, низким содержанием углерода, составляющим < 0,1%, содержанием кремния < 0,1% и содержанием фосфора < 0,05%.Preferably, in this case, steel with a very high electrical conductivity is used as a material for tires and molded articles filling the intermediate space. This steel is characterized, for example, by a low carbon content of <0.1%, silicon content <0.1% and phosphorus content <0.05%.
В соответствии с особенно предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения по меньшей мере 50% промежуточного пространства заполнено сталью, предпочтительно по меньшей мере 75%, особенно предпочтительно по меньшей мере 90%, еще более предпочтительно по меньшей мере 95% и исключительно предпочтительно по меньшей мере 98%, и между сталью и стенкой, ограничивающей по меньшей мере один паз переменной глубины, обеспечен чугун. Чугун создает хорошее механическое соединение между, с одной стороны, сталью, которой, по меньшей мере частично, заполнено промежуточное пространство, и по меньшей мере одной шиной и, с другой стороны, катодным блоком катодного устройства, при этом благодаря стали, которой промежуточное пространство заполнено по меньшей мере на 50%, а предпочтительно заполнено по меньшей мере на 90%, требуется сравнительно небольшое количество чугуна, так что недостатки, описанные ранее в отношении заполнения промежуточного пространства чугуном, полностью, по меньшей мере в наибольшей возможной степени устранены.According to a particularly preferred embodiment of the present invention, at least 50% of the intermediate space is filled with steel, preferably at least 75%, particularly preferably at least 90%, even more preferably at least 95% and extremely preferably at least 98% , and between the steel and the wall bounding at least one groove of variable depth, cast iron is provided. Cast iron creates a good mechanical connection between, on the one hand, steel, with which, at least partially, the intermediate space is filled, and at least one bus and, on the other hand, with the cathode block of the cathode device, due to steel, with which the intermediate space is filled at least 50%, and preferably at least 90% filled, a relatively small amount of cast iron is required, so that the drawbacks previously described with regard to filling the intermediate space with cast iron are completely at least as much as possible eliminated.
В соответствии с дополнительным вариантом осуществления настоящего изобретения по меньшей мере 50% промежуточного пространства заполнено сталью, предпочтительно по меньшей мере 75% и особенно предпочтительно по меньшей мере 90%, при этом между шиной и стенкой, ограничивающей по меньшей мере один паз переменной глубины, обеспечены одна или более стальных пластин или шаров.According to a further embodiment of the present invention, at least 50% of the intermediate space is filled with steel, preferably at least 75% and particularly preferably at least 90%, while between the tire and the wall defining at least one groove of variable depth, one or more steel plates or balls.
Для достижения особенно равномерного вертикального распределения плотности тока на поверхности катодного блока во время электролитического процесса при разработке концепции, обладающей признаками изобретения, предлагается, чтобы по меньшей мере один из по меньшей мере одного паза или предпочтительно все из пазов переменной глубины имел или имели на своем или своих продольных концах глубину меньше, чем в своем центре или своих центрах. Таким образом, достигается равномерное распределение электрического тока, подаваемого во время операции электролиза, по всей длине катодного блока, посредством чего удается избежать чрезмерно высокой плотности электрического тока на продольных концах катодного блока и, таким образом, предотвратить преждевременный износ на концах катодного блока. Ввиду такого равномерного распределения плотности тока по длине катодного блока удается избежать перемещений в расплаве алюминия, вызванных взаимодействием электромагнитных полей во время электролиза, посредством чего становится возможным располагать анод на меньшей высоте над поверхностью расплава алюминия. Это снижает электрическое сопротивление между анодом и расплавом алюминия и повышает энергетическую эффективность проводимого электролиза расплавленных солей.In order to achieve a particularly uniform vertical distribution of the current density on the surface of the cathode block during the electrolytic process, when developing a concept having the features of the invention, it is proposed that at least one of the at least one groove or preferably all of the grooves of variable depth have or have on or its longitudinal ends have less depth than in its center or its centers. Thus, a uniform distribution of the electric current supplied during the electrolysis operation is achieved along the entire length of the cathode block, whereby an excessively high electric current density at the longitudinal ends of the cathode block is avoided, and thus, premature wear at the ends of the cathode block is prevented. Due to this uniform distribution of current density along the length of the cathode block, it is possible to avoid movements in the aluminum melt caused by the interaction of electromagnetic fields during electrolysis, whereby it becomes possible to place the anode at a lower height above the surface of the aluminum melt. This reduces the electrical resistance between the anode and the molten aluminum and increases the energy efficiency of the electrolysis of molten salts.
Предпочтительно каждый из по меньшей мере одного паза имеет поперечное сечение, которое является по меньшей мере по существу прямоугольным, предпочтительно прямоугольным.Preferably, each of the at least one groove has a cross section that is at least substantially rectangular, preferably rectangular.
В равной степени предпочтительно, чтобы по меньшей мере одна шина имела по меньшей мере по существу форму прямоугольного параллелепипеда или балки, предпочтительно форму прямоугольного параллелепипеда или балки.It is equally preferred that at least one tire has at least a substantially rectangular parallelepiped or beam shape, preferably a rectangular parallelepiped or beam shape.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения катодный блок в соответствии с изобретением может быть получен таким образом, а в особенности предпочтительно получается, если обеспечен катодный блок с по меньшей мере одним пазом переменной глубины, если смотреть по длине катодного блока, если по меньшей мере одна шина предпочтительно в форме балки вводится в по меньшей мере один паз, если промежуточное пространство между по меньшей мере одной шиной и стенкой, ограничивающей по меньшей мере один паз переменной глубины, по меньшей мере частично заполнено одним или более формованными изделиями, изготовленными из стали.In accordance with a preferred embodiment of the present invention, the cathode block in accordance with the invention can be obtained in this way, and particularly preferably obtained if a cathode block with at least one groove of variable depth is provided, when viewed along the length of the cathode block, if at least one tire, preferably in the form of a beam, is inserted into at least one groove if the intermediate space between the at least one tire and the wall defining at least one groove is of variable depth, at least partially filled with one or more molded products made of steel.
С этим вариантом осуществления особенно предпочтительно по причинам, приведенным выше, чтобы одним или более формованными изделиями, изготовленными из стали, была заполнена только часть промежуточного пространства, такая как, например, по меньшей мере 50%, предпочтительно по меньшей мере 75% и особенно предпочтительно по меньшей мере 90%, и между ними и стенкой катодного блока, ограничивающей по меньшей мере один паз переменной глубины, помещался расплавленный чугун, и расплавленному чугуну позволяли затвердеть.With this embodiment, it is particularly preferable for the reasons given above that only one part of the intermediate space is filled with one or more molded products made of steel, such as, for example, at least 50%, preferably at least 75%, and particularly preferably at least 90%, and molten iron was placed between them and the cathode block wall bounding at least one groove of variable depth, and the molten iron was allowed to solidify.
Дополнительным объектом настоящего изобретения является катодное устройство, которое содержит по меньшей мере один описанный ранее катодный блок.An additional object of the present invention is a cathode device, which contains at least one cathode block described above.
Наконец, настоящее изобретение относится к применению описанного ранее катодного устройства для проведения электролиза расплавленных солей для производства металла, предпочтительно для производства алюминия.Finally, the present invention relates to the use of the previously described cathode device for conducting electrolysis of molten salts for the production of metal, preferably for the production of aluminum.
Ниже настоящее изобретение описано исключительно для примера посредством преимущественного варианта осуществления и со ссылкой на прилагаемый чертеж.Below, the present invention is described solely by way of example through an advantageous embodiment and with reference to the accompanying drawing.
Здесь:Here:
на Фиг.1 показано продольное сечение катодного блока в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.1 shows a longitudinal section of a cathode block in accordance with an embodiment of the present invention.
На Фиг.1 показано продольное сечение катодного устройства 12' в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Катодное устройство 12' содержит катодный блок 20, в дне которого обеспечен паз 26, глубина которого варьируется по длине паза 26, а именно таким образом, что паз 26 имеет меньшую глубину на своем продольном конце, чем в своем центре. Разница между глубиной паза на продольных концах паза 26 и в центре - по отношению к продольному направлению катодного блока - паза 26 в настоящем примере осуществления составляет приблизительно 5 см. В данном случае глубина паза 26 на двух продольных концах паза 26 составляет приблизительно 16 см, тогда как, с другой стороны, глубина паза 26 по центру - по отношению к продольному направлению катодного блока - паза 26 составляет приблизительно 21 см. Ширина 44 каждого паза 26 является по существу постоянной по всей длине паза и составляет приблизительно 15 см, тогда как, с другой стороны, ширина 46 катодных блоков 20 в каждом случае составляет приблизительно 42 см. Шина в форме балки 28 с прямоугольным продольным сечением расположена в пазу 26, при этом между шиной 28 и дном 34 паза имеется промежуточное пространство 56, которое становится больше к центру паза 26. В соответствии с изобретением это промежуточное пространство 56 по меньшей мере частично, а в случае, показанном на Фиг.1, полностью заполнено сталью, а именно такой же сталью, как та, из которой изготовлена шина 28.Figure 1 shows a longitudinal section of a cathode device 12 'in accordance with an embodiment of the present invention. The cathode device 12 ′ comprises a cathode block 20, in the bottom of which a
Перечень ссылочных номеровList of Reference Numbers
12, 12' катодное устройство12, 12 'cathode device
20 катодный блок20 cathode block
26 паз26 groove
28 шина28 tire
34 нижняя стенка34 bottom wall
56 промежуточное пространство56 intermediate space
Claims (9)
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102013207738.6 | 2013-04-26 | ||
| DE102013207738.6A DE102013207738A1 (en) | 2013-04-26 | 2013-04-26 | Cathode block with a groove of varying depth and filled gap |
| PCT/EP2014/058554 WO2014174108A1 (en) | 2013-04-26 | 2014-04-28 | Cathode block having a slot with a varying depth and a filled intermediate space |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015150377A RU2015150377A (en) | 2017-06-02 |
| RU2642815C2 true RU2642815C2 (en) | 2018-01-26 |
Family
ID=50624578
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015150377A RU2642815C2 (en) | 2013-04-26 | 2014-04-28 | Cathode unit having groove of variable depth and completed intermediate space |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP2989234A1 (en) |
| JP (1) | JP6612737B2 (en) |
| CN (1) | CN105247110A (en) |
| CA (1) | CA2910088C (en) |
| DE (1) | DE102013207738A1 (en) |
| RU (1) | RU2642815C2 (en) |
| UA (1) | UA118349C2 (en) |
| WO (1) | WO2014174108A1 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2744131C2 (en) | 2016-07-26 | 2021-03-02 | Токай КОБЕКС ГмбХ | Cathode unit for aluminum manufacture |
| GB2595460A (en) * | 2020-05-26 | 2021-12-01 | Dubai Aluminium Pjsc | Cathode assembly with metallic collector bar systems for electrolytic cell suitable for the Hall-Héroult process |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU94005763A (en) * | 1994-02-05 | 1996-04-10 | Акционерное общество открытого типа "Братский алюминиевый завод" | Bottom section of aluminium electrolyzer |
| US5683559A (en) * | 1994-09-08 | 1997-11-04 | Moltech Invent S.A. | Cell for aluminium electrowinning employing a cathode cell bottom made of carbon blocks which have parallel channels therein |
| RU2303654C2 (en) * | 2005-10-07 | 2007-07-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Русская инжиниринговая компания" | Mounting method for cathode section |
| WO2007118510A2 (en) * | 2006-04-13 | 2007-10-25 | Sgl Carbon Ag | Cathodes for aluminium electrolysis cell with non-planar slot design |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2318244A1 (en) * | 1975-07-17 | 1977-02-11 | Savoie Electrodes Refactaires | PROCESS FOR JOINING METAL BARS WITH CARBON BLOCKS |
| JPS55141587A (en) * | 1979-04-24 | 1980-11-05 | Nikkei Giken:Kk | Jointing method of current-collecting bar to cathode carbon block of aluminum electrolysis furnace |
| GB8331769D0 (en) * | 1983-11-29 | 1984-01-04 | Alcan Int Ltd | Aluminium reduction cells |
| JP3806653B2 (en) * | 2002-02-06 | 2006-08-09 | 株式会社神戸製鋼所 | Steel for electrical parts excellent in cold forgeability and electrical conductivity, electrical parts excellent in electrical conductivity, and manufacturing method thereof |
| DE102010039638B4 (en) * | 2010-08-23 | 2015-11-19 | Sgl Carbon Se | Cathode, apparatus for aluminum extraction and use of the cathode in aluminum production |
| BRPI1004950A2 (en) * | 2010-09-03 | 2012-07-03 | Incotep Ind E Com De Tubos Especiais De Precisao Ltda | low carbon steel composition for electric conduction purposes in electrolytically reduced reduction tanks |
| DE102010041082A1 (en) * | 2010-09-20 | 2012-03-22 | Sgl Carbon Se | Cathode for electrolysis cells |
| DE102011004011A1 (en) * | 2011-02-11 | 2012-08-16 | Sgl Carbon Se | Cathode assembly having a surface profiled cathode block with a graphite foil-lined groove of variable depth |
-
2013
- 2013-04-26 DE DE102013207738.6A patent/DE102013207738A1/en not_active Withdrawn
-
2014
- 2014-04-28 CN CN201480023606.5A patent/CN105247110A/en active Pending
- 2014-04-28 WO PCT/EP2014/058554 patent/WO2014174108A1/en active Application Filing
- 2014-04-28 RU RU2015150377A patent/RU2642815C2/en active
- 2014-04-28 CA CA2910088A patent/CA2910088C/en active Active
- 2014-04-28 UA UAA201511662A patent/UA118349C2/en unknown
- 2014-04-28 EP EP14720118.0A patent/EP2989234A1/en not_active Withdrawn
- 2014-04-28 JP JP2016509497A patent/JP6612737B2/en active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU94005763A (en) * | 1994-02-05 | 1996-04-10 | Акционерное общество открытого типа "Братский алюминиевый завод" | Bottom section of aluminium electrolyzer |
| US5683559A (en) * | 1994-09-08 | 1997-11-04 | Moltech Invent S.A. | Cell for aluminium electrowinning employing a cathode cell bottom made of carbon blocks which have parallel channels therein |
| RU2303654C2 (en) * | 2005-10-07 | 2007-07-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Русская инжиниринговая компания" | Mounting method for cathode section |
| WO2007118510A2 (en) * | 2006-04-13 | 2007-10-25 | Sgl Carbon Ag | Cathodes for aluminium electrolysis cell with non-planar slot design |
| US20090050474A1 (en) * | 2006-04-13 | 2009-02-26 | Sgl Carbon Ag | Cathodes for Aluminum Electrolysis Cell with Non-Planar Slot Configuration |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2989234A1 (en) | 2016-03-02 |
| CA2910088A1 (en) | 2014-10-30 |
| JP6612737B2 (en) | 2019-11-27 |
| CA2910088C (en) | 2018-01-23 |
| UA118349C2 (en) | 2019-01-10 |
| DE102013207738A1 (en) | 2014-10-30 |
| CN105247110A (en) | 2016-01-13 |
| RU2015150377A (en) | 2017-06-02 |
| WO2014174108A1 (en) | 2014-10-30 |
| JP2016520720A (en) | 2016-07-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2364663C2 (en) | Cathodic element for equipping electrolyser, intended for aluminium processing | |
| RU2403324C2 (en) | Cathodes for aluminium electrolytic cells with groove of nonplanar configuration | |
| AU2007323164B2 (en) | Electrolysis cell for the production of aluminium comprising means to reduce the voltage drop | |
| US11136682B2 (en) | Cathode current collector for a Hall-Heroult cell | |
| WO2011148347A1 (en) | Hall-heroult cell cathode design | |
| AU2008267826A1 (en) | Reduced voltage drop anode assembly for aluminium electrolysis cell | |
| US4612105A (en) | Carbonaceous anode with partially constricted round bars intended for cells for the production of aluminium by electrolysis | |
| AU2012215568A1 (en) | Cathode assembly and cathode block having a groove with a guide recess | |
| RU2642815C2 (en) | Cathode unit having groove of variable depth and completed intermediate space | |
| US11286574B2 (en) | Cathode current collector/connector for a Hall-Heroult cell | |
| RU2727441C1 (en) | Cathode block with slot of special geometrical shape | |
| RU2727621C2 (en) | Cathode block having variable depth slot and attachment system | |
| CA3148080C (en) | Aluminium reduction cell with a heat insulated side lining | |
| RU2742633C1 (en) | Method for producing aluminum by electrolysising cryolito-aluminum melts | |
| RU2771724C2 (en) | Cathode block with variable depth groove and attachment system | |
| AU2019407845B2 (en) | Anode assembly and associated manufacturing method | |
| RU2630114C2 (en) | Electrolyser, in particular, for obtaining aluminium | |
| RU2636421C2 (en) | Electrolyser for aluminium production | |
| CA2826328A1 (en) | Cathode arrangement having a surface-profiled cathode block with a groove of variable depth | |
| RU2682507C1 (en) | Method of reducing contact voltage in aluminum electrolysis cell | |
| AU2019407845A1 (en) | Anode assembly and associated manufacturing method | |
| RU2616754C1 (en) | Aluminium electrolyser with artificial crust | |
| CA3179900A1 (en) | Cathode assembly for a hall-heroult cell for aluminium production and method for making same | |
| CA2470757A1 (en) | Process for the graphitization of cathode blocks | |
| Salazar et al. | Design of Aluminum Reduction Cells Sidewall Linings Based on the Use of Silicon Carbide |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HZ9A | Changing address for correspondence with an applicant | ||
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20191205 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner |