RU2682507C1

RU2682507C1 - Способ снижения контактного напряжения в алюминиевом электролизере

Info

Publication number: RU2682507C1
Application number: RU2018101004A
Authority: RU
Inventors: Петр Васильевич Поляков; Сергей Георгиевич Шахрай; Илья Иванович Пузанов; Юрий Глебович Михалев; Андрей Васильевич Завадяк; Василий Андреевич Крюковский; Юрий Николаевич Попов; Андрей Александрович Поляков; Андрей Станиславович Ясинский
Priority date: 2018-01-10
Filing date: 2018-01-10
Publication date: 2019-03-19

Abstract

Изобретение относится к способу снижения контактного напряжения в алюминиевом электролизере с обожженным анодом. Способ включает нанесение покрытия в виде раствора или суспензии, обладающего низким электрическим сопротивлением, на элементы, контактирующие с угольным блоком электролизера, и предварительную заливку чугуна для укрепления контактирующих элементов, наносят покрытие на ниппель в месте его контакта с угольной частью обожженного анода после охлаждения чугуна до температуры 95-60°С, с дальнейшей выдержкой покрытия в течение 6-12 ч, при этом между ниппелем и угольной частью анода устанавливают медный лист или наносят покрытие на блюмс, в месте его контакта с катодным угольным блоком, после охлаждения чугуна до температуры 95-60°С с дальнейшей выдержкой покрытия в течение 6-12 ч, при этом между блюмсом и угольной частью катода устанавливают медный лист. В качестве покрытия используют раствор или водную суспензию солей меди. Обеспечивается повышение энергетической эффективности за счет снижения потребления электрической энергии. 2 н. и 2 з.п. ф-лы., 2 ил.

Description

Заявляемое изобретение относится к производству алюминия в электролизерах с обожженным анодом и может быть использовано для повышения энергетической эффективности, путем снижения потребления электрической энергии.

Известен токоподвод обожженного анодного блока алюминиевого электролизера, включающий алюминиевый лист, который с целью снижения контактного напряжения устанавливается в зазор между ниппелем и угольным блоком анода, заливаемый жидким чугуном [патент CN №201942762 Construction for lowering steel carbon contact voltage drop].

Недостаток известного токоподвода заключается в различных плотностях и температурах плавления заливаемого жидкого чугуна и устанавливаемого алюминиевого листа, что несет риск всплытия алюминия, расплавившегося под действием высоких температур жидкого чугуна, на поверхность последнего, и неравномерного распределения алюминия на части ниппеля, контактирующей с угольным блоком.

Известен обожженный анод алюминиевого электролизера, в котором ниппель в месте его контакта с угольным блоком покрывают раствором карбида бора или аморфного сплава на основе железа, наносимое способом плазменного, термического или дугового напыления. [Патент CN №102953086 Anode carbon block set rtsistance-reducing structure].

Недостаток способа нанесения покрытия заключается в высоких энергетических затратах на осуществление, а также в риске окисления угольной части анода в усадочном зазоре при воздействии высоких температур, при нанесении покрытия.

Известна катодная секция алюминиевого электролизера [А.с. СССР №1260412, от 21.12.1984, опубл. 30.09.1986], в которой токоподводящий элемент - блюмс, выполнен в виде двух элементов одинакового сечения, стального и медного брусьев, жестко соединенных между собой.

Недостатком известной катодной секции является значительный расход меди, присоединяемой к стальной части блюмса, высокие энергозатраты, связанные с получением надежного контакта «сталь - медь», сложность отделения и утилизации меди по окончании срока службы блюмса.

Наиболее близким к заявляемому, является способ снижения контактного напряжения между ниппелем и угольной частью обожженного анодного блока, включающий заливку жидкого чугуна в зазор между ниппелем и угольным блоком на высоту на 4-6 мм ниже верхней поверхности угольного блока, последующую заливку на застывший чугун жидкого алюминия, который проникает в усадочный зазор, образуя слой на поверхности ниппеля, погруженной в угольный блок, и кольцо вокруг его не погруженной части [Патент CN №102534673 Method and structure for lowering contact voltage drop between aluminum cell anode steel claw and carbon block].

Недостаток известного способа заключается в малой глубине проникновения жидкого алюминия, обладающего относительно высокой вязкостью, в усадочный зазор между ниппелем и угольным блоком, а также риск плавления алюминиевого кольца в случае перегрева угольного блока и ниппеля.

Целью заявляемого изобретения является получение на поверхности ниппеля, контактирующей с угольной частью обожженного анодного блока, и на поверхности стального блюмса, контактирующей с угольным катодным блоком, равномерного устойчивого покрытия, обеспечивающего снижение контактного напряжения в электролизере.

Достигается это двумя вариантами:

В первом варианте способа снижения контактного напряжения в алюминиевом электролизере путем нанесения покрытия в виде раствора или суспензии, обладающих низким электрическим сопротивлением, на элементы, контактирующие с угольным блоком электролизера и предварительную заливку чугуна для укрепления контактирующих элементов, наносят покрытие на ниппель в месте его контакта с угольной частью обожженного анода после охлаждения чугуна до температуры 95-60°С. с дальнейшей выдержкой покрытия в течение 6-12 часов, при этом между ниппелем и угольной частью анода устанавливают медный лист.

В качестве покрытия используют раствор или водную суспензию солей меди.

Во втором варианте способа снижения контактного напряжения в алюминиевом электролизере путем нанесения покрытия в виде раствора или суспензии, обладающих низким электрическим сопротивлением, на элементы, контактирующие с угольным блоком электролизера и предварительную заливку чугуна для укрепления контактирующих элементов, наносят покрытие на блюмс, в месте его контакта с катодным угольным блоком, после охлаждения чугуна до температуры 95-60°С. с дальнейшей выдержкой покрытия в течение 6-12 часов, при этом между блюмсом и угольной частью катода устанавливают медный лист.

При заливке в усадочный зазор растворов или суспензии солей меди железо ниппеля вступает с ними в следующие реакции:

в результате которых образующаяся медь оседает на поверхности ниппеля и (или) блюмса, контактирующие с угольной частью анодного и (или) катодного блока, создавая на них слой, обладающий высокой проводимостью и низким электрическим сопротивлением.

Заливка растворов или суспензии солей меди в усадочный зазор при температуре заливаемого чугуна 95-60°С обеспечивает увеличение скорости реакции, которая, в соответствии с уравнением Аррениуса (5), экспоненциально возрастает с увеличением температуры:

где: k - константа скорости реакции; е - основание натурального логарифма; Т - температура, К; R - молярная газовая постоянная, 8,31 Дж/моль⋅К; Е_а - энергия активации, Дж/моль; А - предэкспоненциальный множитель, показывает общее число столкновений.

Заливка растворов солей при температуре заливаемого чугуна больше 95°С несет риск преждевременного испарения из них воды, до момента полного заполнения усадочного зазора. Заливка растворов солей при охлаждении заливаемого в зазор между ниппелем и угольной частью анода чугуна до температуры меньше 60°С снижает скорость реакции, а также не обеспечивает после прохождения реакций 1-4 испарения воды, в которой растворены соли меди.

Выдержка анода в течение 6-12 часов после заливки в усадочный зазор солей меди обеспечивает полное испарение воды, в которой они растворены.

Установленный медный лист между ниппелем и угольной частью анода и между блюмсом и угольной частью катода предотвращает проникновение заливаемых в усадочный зазор растворов меди вглубь угольной части катодного или анодного блока.

Заявляемый способ снижения контактного напряжения в алюминиевом электролизере поясняется графически. На фиг. 1 - общий вид, Фиг. 2 вид А-А фиг. 1, Фиг. 3 вид Б-Б на фиг. 1.

Где: 1 - алюминиевый электролизер; 2 - анодный угольный блок; 3 - блюмс; 4 - катодный угольный блок, 5 - ниппель; 6 - анодный угольный блок; 7 - чугунная заливка; 8 - усадочный зазор; 9 - медный лист; 10 слой меди.

Заявляемый способ снижения контактного напряжения алюминиевого электролизера осуществляется следующим образом. Ниппель 5, после его установки в анодный угольный блок 6, и блюмс 3 после его установки в катодный угольный блок 4, для обеспечения надежного механического и электрического контакта, заливается чугуном 7. По мере охлаждения чугуна от 95-60°С и его кристаллизации, между ниппелем и угольной частью обожженного анодного блока, а также между стальным блюмсом и катодным угольным блоком образуется усадочный зазор 8, в который заливается раствор или водная суспензия солей меди. В результате реакций взаимодействия солей меди с железом на поверхности чугунной заливки образуется слой меди 10, заполняющий усадочный зазор и снижающий электрическое сопротивление контактов «ниппель - угольная часть обожженного анодного блока» и «блюмс - катодный угольный блок». Проникновение раствора или водной суспензии солей меди вглубь угольной части обожженного анодного блока, ниже уровня нижней кромки ниппеля, а также вглубь катодного угольного блока предотвращает медный лист 9.

Заявляемый способ позволяет снизить контактное электрическое сопротивление токопроводящей цепи алюминиевого электролизера.

Claims

1. Способ получения покрытия на поверхности элемента токоподводящей цепи, контактирующего с угольным блоком алюминиевого электролизера, включающий заливку жидкого чугуна в зазор между угольным блоком и контактным элементом, установленным в угольный блок, охлаждение чугуна до его застывания с образованием усадочного зазора и нанесение слоя покрытия на погруженную в угольный блок поверхность контактирующего элемента, отличающийся тем, что чугун охлаждают до температуры 95-60ºС, устанавливают в усадочный зазор лист меди и наносят покрытие на поверхность контактного элемента в виде ниппеля анодного угольного блока путем заливки в усадочный зазор раствора или водной суспензии солей меди с последующей выдержкой в течение 6-12 ч.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве солей, обладающих низким электрическим сопротивлением, используют раствор или водную суспензию солей меди.

3. Способ получения покрытия на поверхности элемента токоподводящей цепи, контактирующего с угольным блоком алюминиевого электролизера, включающий заливку жидкого чугуна в зазор между угольным блоком и контактным элементом, установленным в угольный блок, охлаждение чугуна до его застывания с образованием усадочного зазора и нанесение слоя покрытия на погруженную в угольный блок поверхность контактирующего элемента, отличающийся тем, что чугун охлаждают до температуры 95-60ºС, устанавливают в усадочный зазор лист меди и наносят покрытие на поверхность контактного элемента в виде блюмса катодного угольного блока путем заливки в усадочный зазор раствора или водной суспензии солей меди с последующей выдержкой в течение 6-12 ч.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в качестве солей, обладающих низким электрическим сопротивлением, используют раствор или водную суспензию солей меди.