SU587874A3 - Устройство дл подвода электрического тока - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к области цветной металлургии и направлено на совершенствование подвода тока к электролизерам.

Известно устройство дл  подвода электрического тока, например, к электролизеру дл  получени  алюмини , включающее цилиндрический токоподвод щий стержень, защитный кожух, патрубок дл  подачи и вывода инертного газа 1.

Это устройство малоэффективно при применении его в электролизере дл  получени  алюмини  из хлорида алюмини , поскольку агрессивна  среда воздействует на стержень, корродирует его и выводит из стро .

Целью изобретени   вл етс  повышение эффективности защиты стержн  от коррозии.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в предлагаемом устройстве защитный кожух выполнен в виде непроницаемой к текучим средам электропроводной втулки, насаженной на боковую поверхность стержн , а стержень выполнен металлическим с канавками на наружной поверхности и сквозным отверстием внутри дл  прохода газа.

Материалом дл  втулки может служить графит , покрытый пиролитическим графитом.

Графитова  втулка, расположенна  вокруг токоподвод щего стержн , непроницаема дл 

расплавленной среды, наход щейс  в электролизере , полностью изолирует стержень, не допуска  проникновени  в него компонентов электролита и газообразного хлора.

На фиг. 1 изображено предложенное

устройство дл  подвода тока, разрез; на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1.

Стенка электролитической ванны 1 - это может быть верх, бокова  сторона или люба  друга  периметрическа  часть - представл ет собой относительно толстый слой из изол ционного огнеупорного материала и внешний металлический кожух 2, обычно заземленный. Стенки электролитической ванны такой конструкции хорошо выдерживают сильно коррозионную среду, имеющую место, например, при электролитическом получении металлического алюмини  из хлористого алюмини , растворенного в ванне вместе с хлоридами щелочных металлов. Компоненты расплава и выдел ющийс  при электролизе хлор обладают высокой коррозионной и проникающей способностью по отношению к металлам, особенно при повышенных температурах.

В тело электрода 3 введен удлиненный токоподвод щий стержень 4, выполненный металлическим; стержень пересекает стенку ванны и одним концом проходит в отверстие 5 в той 3 части электрода, котора  примыкает к стенке ванны, другой его конец расположен вне ванны и служит дл  внешнего электросоединени . Стержень размещен в защитном кожухе, выполненном в виде непроницаемой к текучим средам электропроводной втулки 6, имеющей размеры , достаточные дл  того, чтобы входить в отверстие, а другим концом - пересекать стенку ванны. Наиболее приемлемой  вл етс  втулка , выполненна  из графита и покрыта  пиролитическим графитом. Пиролитический графит - это форма углерода, полученна  при термическом разложении углекислого газа. Атомы углерода осаждаютс  в данном случае на внешнюю поверхность графитовой втулки в виде слоев, ориентированных параллельно этой поверхности . Осажденные слои характеризуютс  высокой степенью ориентации кристаллов и чистоты углерода, что позвол ет получить почти или полностью непроницаемое покрытие. Применение покрыти  пиролитическим графитом  вл етс  предпочтительным, однако не исключает использовани  и других непроницаемых электропроводных материалов, например графитовой втулки, поры которой заполнены каменноугольной смолой или другими смолами и материалами, которые после спекани  оставл ют в порах графита углеродистое вещество. Дл  обеспечени  хорощего электрического контакта внутреннее поперечное сечение втулки 6 и внешнее сечение низкоомного токонесущего стержн  4 выбираютс  с таким расчетом, чтобы обеспечить плотную посадку втулки и стержн  по всей длине. В нормальных рабочих услови х така  плотна  посадка обеспечивает хорощий электрический контакт между стержнем и втулкой . Аналогично хороша  электропроводность между главным электродом 3 и провод щей втулкой 6 достигаетс  напр женной посадкой между ними. Дл  обеспечени  легкости вставлени  и удалени  втулки 6 при таком типе посадки размеры втулки и отверсти  5 в электроде выбираютс  с таким расчетом, чтобы в.гулка имела конусообразную форму, т. е. поперечное сечение ее уменьщилось бы в направлении тела электрода. Желательно, чтобы электродна  втулка 6 превыщала полную длину той части низкоомного стержн , котора  расположена внутри главного электрода, и, как показано на фиг. 1, имела закрытый конец, полностью заключа  в себ  стержень 4. Однако втулка 5 может иметь открытый конец и меньшую длину, чем участок стержн , наход щийс  в главном электроде 3. Кроме того, желательно обеспечить некоторое пространство 7 между концом стержн  и внутренней поверхностью закрытого конца втулки (фиг. 1). Главный электрод 3 удобно устанавливать таким образом, чтобы его плоскость примыкала к внутренней поверхности изолирующей стенки ванны 1, причем иногда на довольно значительном рассто нии по длине стенки. В таком случае с одним главным электродом 3 можно использовать большое число устройств дл  подвода тока описанного выше тиаа, что приводит к уменьшению сопротивлени  в результате сокращени  пути электрического тока по глав58 ному электроду при подводе тока к электроду , если он - анод, и отводе, если электрод - катод. Размеры изолирующей втулки 8 определ ют диаметр отверсти  в стенке ванны. Она концентрически окружает ту часть электропроводной втулки б, котора  проходит через стенку ванны и имеет соответствующие ей размеры. Между двум  втулками показано выт нутое кольцевое пространство 9, которое несколько преувеличено дл  нагл дности. Основной помехой дл  получени  непроницаемого соединени  двух втулок  вл етс  сложность механизированного приготовлени  .материала изолирующей втулки (обычно используетс  кремний-оксинитрид или кварц), а также то, что электропроводна  втулка имеет несколько больший коэффициент расширени , чем изолируюша  втулка. Кроме того, свободна  посадка двух втулок облегчает сборку и разборку узла. Втулка 8 не только электрически изолирует провод щую электродную втулку 6 и токонесущий стержень 4 от нормально заземленного металлического кожуха 2, но и обеспечивает одновременно преп тствие дл  коррозионных жидкостей в виде кольцевого пространства 9. В электролитических ваннах,в которых присутствует сильна  коррозионна  среда описанного здесь типа, газовые и жидкостные коррозийные компоненты стрем тс  проникнуть через пористую поверхность главного электрода 3, обращенную к стенке ванны и войти в контакт с внутренними проводниками, осуществл ющими подвод и отвод электрического тока. Так, без обеспечени  специальной защиты низкоомного металлического стержн  4 коррозионные компоненты проникли бы по поверхности между стенкой и телом электрода 3 и через поры самого электрода достигли бы металлического стержн . В соответствии с изобретением стержень полностью защищен от такой среды при помощи непроницаемой втулки 6. Така  втулка задерживает газ или компоненты ванны, проникающие в электрод 3 или проход щие между электродом и стенкой ванны 1, не дава  им достичь стержн  в каких-либо значительных количествах . Это приводит к значительному возрастанию срока службы стержн . Например, при использовании втулки, описанной в изобретении , проникновение коррозионных компонентов уменьщаетс  в такой степени, что хорошее рабочее состо ние стержн  сохран етс  в ечение значительного времени, возможно, в теение нескольких лет. Таким образом, срок лужбы.стержн  будет совпадать или даже пре ыщать периоды работы электролитических анн, производ щих алюминий, между их проерками и ремонтами. Однако защищенный стержень может потребовать некоторого текущего ремонта, в то врем  как электролитическа  ванна выключаетс  дл  этих целей. Коническа  форма графитовой втулки, как описано выше, позвол ет также целиком удал ть устрой ство дл  подвода тока и заменить его до выключени  ванны. В соответствии с изобретением вокруг коррозионно опасного стержн  4 можно создать оболочку из инертной жидкости или газа, котора  не реагировала бы в какой-либо степени с

материалами стержн , главного электрода и электропроводной втулки 6. Давление в этой оболочке должно быть доетаточным дл  того, чтобы отталкивать коррозийные компоненты и, следовательно, не допускать их контакта с кабелем . Дл  этого может использоватьс  газообразный азот, который от отдельного источника 10 подаетс  под давлением до внутренней полости стержн  и собираетс  в пространстве 7.

Внешн   поверхность стержн  покрыта множеством маленьких продольных канавок 11, которые т нутс  почти от стенки ванны до конца стержн , что также поддерживает газообразную оболочку. Газ, наход щийс  внутри этих канавок, проникает между вйутренней поeepXHOCTfjio электропроводной втулки 6 и внешней поверхностью стержн  4, так как эти поверхности достаточно шероховаты дл  удержани  тонкой газовой оболочки между ними даже после механической обработки, котора  требуетс  дл  получени  плотной посадки. Бороздки 11 (фиг. 2) сделаны достаточно малыми, чтобы не приводить к сушественному ухудшению электрического контакта между втулкой 6 и стержнем 4. Как уже уноминглось, обычно поверхности втулки п кабел  достаточно шероховаты , чтобы позволить газовой среде проникать между ними, но эту Н1ероховатость можно искусственно усилить дл  увеличени  эффективности действи  оболочки. Можно также использовать металлический стержень 4 с естественной или искусственной пористостью.

Поддержание требуемого давлени  в газовой оболочке создает положительный градиент давлени , который снижает до минимума отток газа от соединени  и его утечку через поры втулки 6 и главного электрода 3, так что утечка газа из системы минимальна или равна нулю. В данном случае втулка 6 длиннее стержн  4, имеет закрытый конец и полностью заключает в себ  стержень. Однако даже при значительной внешней утечке газовой оболочки, что, например , может возникнуть при наличии отверсти  или трещины в электродной втулке и/или главном электроде, поток газа через это отверстие, направленный от стержн  4, будет нреп тствовать проникновению через него коррозийных жидкостей, тем самым защища  металл стержн  от их воздействи . Очевидно, что давление газовой оболочки должно немного превышать рабочее давление в электролитической ванне. Это позвол ет использовать дл  создани  газовой оболочки недорогой аппарат низкого давлени , а также при.мен ть дешевую уплотн ющую сборку на конце электродной втулки 6, проход щем через стенку ванны.

Описанна  газова  оболочка действует также в качестве индикатора или сигнализатора , предупреждающего об ухудшении условий внутри ванны и начинающемс  повреждении электродов. Когда нормальна  утечка инертной газовой оболочки минимальна, любое заметное возрастание потока газа или результируюи;ее снижение давлени   вл етс  легко обнаруженным сигналом; этим сигналом, напри.мер,  вл етс  изменение показаний .манометра 12 и/или расходомера 13, которые св заны с газовой системой {фиг. 1), причем измерительные приборы дают непрерывную индикацию величины давлени  в системе и скорости утечки газовой оболочки.

Чтобы укрегп1ть устройство дл  подвода тока в стенке ванны и обеспечить эффективное уплотнение между втулками 6 и 8, а также между втулкой 6 и стержнем 4, используетс  съемное концентрическое уплотнение (фиг. 1), которое одновременно изол1 рует электродную втулку 6 и стержень 4 от провод щего кожуха 2. Уплотнение состоит из кольца 14 с флан0 цем, расположенного вокр)г конца электродной втулки 6 и прикрепленного к металлическому кожуху 2 при НОМОП1И соответствующих крепежных элементов, например болтов, располо женных по периферии кольца и к)ец щих его к кожуху. Кольцо изолировано от корпуса и болS тов посредством изол ционных втулок 15, через которые болты проход т в кольце, изол ционной шайбы 16, расположенной между кольцом и корпусом, и изол ционных шайб 17, наход щихс  между кольцом и гол(И5ками 6o;iтов . Между кольцо.м 14 и прилегающей частью

0 втулки 6 помещен изол ционный уп/ютн ющий материал 18, например асбестовые волокна, причем желательно также, чтобы этот материал уплотн л промежуток между изолирующей втулкой 8 п стенкой ванны 1 с кожухом 2.

Вокруг стержн  4, примыка  : у.ааленной от

5 кожуха 2 части кольца 14, расположена изоли-. руюида  шайба 19. Она крепитс  поверх уплотнени  18 при по.чоци жесткой пластины 20, котора , в свою очередь, укреплена болтамн, проход щими через эту пластину и кольцо 14 вбли0 зи кожуха. Участок шайбы 19, распо,ложенный .между внутренним краем п.тастины 20 п стержнем 4, хорошо изолирует стержень от пластины, а также от кольца 14, одновременно укрепл   уплотн ющий материал 18 на конце втулки 6 вокруг металлического стержн .

5

Такое концентрическое уплотнение преп тствует утечке жидкостей или газов вокруг изолирующей втулки 8, а также просачиванию газовой оболочки через внешний Koticn. электродной вту.лки б. Кроме того, уплотнение не нарушает изол цию между провод пи-1.м кожухом

0

2и втулкой 6 со стержнем 4, котора  обеспечиваетс  изолирующей втулкой 8.

Иногда часть низкоомного стержн  4, проход ща  через стенку ванны, имеет вторую внутреннюю по.лость или полости 21 (фиг. Ij

5 дл  протекани  охлаждающей жидкости. В результате хорошей теплопроводности стержн  тен.ло электролптп1еской ванны будет быстро передаватьс  по всему стержню, в том числе и в ту его часть, котора  находитс  вблизи уплотнени . Охлаждающа  жидкость, протека0 юща  в полост х 2i, позвол ет поддерживать почти неизменной температуру в соответствуюHicM участке стержн , что сводит к минимуму, если не устран ет совсем, расширени  и сжати  стержн  вблизи уплотнений. Таким образом,

5 уплотнени  выполн ют свои функции, не испытыва  вли ни  температур1 ых перепадов внутри н снаружи ванны.

Коррозионные жидкости внутри ванны легко могут проникнуть меж.п,у rjia.BiibiN электродом

Claims (2)

1. 3и стенкой ванны и да.1ее п кольцевой нооме0 жуток 9 между изолирующей втулкой В и электропроводной втулкой 6. Если этому не преп тствовать , то коррозионна  жидкость достигнет уплотнений, расположенных вокруг элементов устройства дл  подвода тока и примыкающих к провод щему кожуху 2 ванны,, там она будет скапливатьс  и частично замораживатьс . Замерзща  коррозионна  жидкость одновременно с испорченными уплотнени ми создают услови  дл  протекани  тока между электродом и провод щим кожухом, что значительно снижает эффективность работы электрода в электролитической ванне или даже приводит к короткому замыканию. Описанное охлаждение стержн  и результирующее снижение температуры в области изолирующей втулки 8 позвол ет осуществить выборочное замораживание содержимого ванны, попавщего в кольцевой промежуток 9, до того, как оно проникнет в область кожуха ванны и уплотнений. Затвердевщее вещество зате.м служит преп тствием дл  дальнейшего проникновени  коррозионной жидкости и сохран ет высокое качество электрической изол ции между электродной втулкой 6 и кожухом 2, а также между стержнем и кожухом 2. Сквозное отверстие 22 внутри стержн  служит дл  прохода инертного газа вдоль стержн  6 в пространство 7. Хот  ранее при описании изобретени  упоминалс  только один слой, или оболочка инертного газа вокруг стержн  4, можно с успехом примен ть два и более таких слоев, возникающих при использовании соответствующего числа непроницаемых электродных втулок б, концентрически расположенных вокруг стержн . В описываемых электродах и узле оболочка из химически инертного газа экономичны.м путем создаетс  вокруг металлического или любого другого низкоомного стержн , соединенного с электродом, расположенным в коррозионной среде, причем металл дает малые падени  напр жени  на таких низкоомных соединени х. Предложенное устройство дл  подвода тока, особенно полезно при электрическом восстановлении алюмини  из хлористого алюмини , растворенного в ванне с расплавленным хлоридом щелочного металла. Однако изобретение может быть полезным в других типах и конструкци х ванн, отличающихс  от используемой при восстановлении алюмини  из хлористого алюмини , как например , дл  электрически св занных графитовых подогревателей, расположенных в печи дл  получени  хлористого алюмини  из газообразного хлора, углерода и содержащего алюминий вещества . Формула изобретени  1.Устройство дл  подвода электрического тока, например, к электролизеру дл  получени  алюмини , включающее цилиндрический токоподвод щий стержень, защитный кожух, патрубки дл  подачи и вывода инертного газа, отличающеес  тем, что, с целью повышени  эффективности защиты стержн  от коррозии, защитный кожух выполнен в виде непроницаемой к текучим средам электропроводной втулки, насаженной на стержень, а стержень выполнен металлическим с канавками по наружной поверхности и сквозным отверстием внутри вдоль него дл  прохода инертного газа.
2. 2.Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что втулка выполнена из графита и покрыта пиролитическим графитом. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе: 1. Авторское свидетельство СССР № 267923, кл. С 22 d 3/02, 1969.

   : tiiib: : kiii