УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ БЛЮМСОВ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ С КАТОДНЫМИ СПУСКАМИ Российский патент 1996 года по МПК C25C3/16 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому производству алюминия, и может быть использовано в тех отраслях народного хозяйства, где есть необходимость выполнения гибкого соединения токоподводящих элементов, изготовляемых из разноименных материалов.

Известно устройство для соединения стальных катодных блюмсов электролизеров с гибкими алюминиевыми лентами катодных спусков, в котором ленты спуска, собранные в единый пакет, приварены к блюмсу на стыкосварочной машине.

Существенным недостатком такого устройства является зависимость качества стыкового сварного соединения "блюмс-пакет лент" от сечения одновременно привариваемых алюминиевых лент. С ростом сечения увеличивается количество бракованных соединений по причине образования в сварочном шве значительного количества интерметаллидов "сталь-алюминий", приводящих к ухудшению электрических и механических свойств соединений.

В настоящее время в связи с ростом единичной мощности электролизеров, сечение катодных спусков достигло 10500 мм² и намечается тенденция к их дальнейшему увеличению, однако, существующиео технологические процессы сварки и оборудование для их реализации обеспечивают удовлетворительное качество стыкового сварного соединения "блюмс-пакет лент" только при сечениях алюминиевого пакета не превышающих 800 мм².

Кроме того, существенным недостатком такого устройства является увеличенный расход материалов, так как при ремонтах электролизеров значительная часть лент пакета, а зачастую и пакет лент целиком, утилизируются и требуют замены.

За прототип принято устройство, в котором соединение пакета алюминиевых лент со стальным блюмсом осуществляется через переходный стелеалюминиевый элемент, который своей стальной частью соединен с блюмсом, а алюминиевой с пакетом лент спуска. При этом соединение одноименных металлов "блюмс-переходный элемент" и "переходный элемент-спуск" осуществляется сваркой нахлесточным швом или болтами.

Недостатками прототипа являются:
низкая стабильность переходного электросопротивления контакта при его болтовом (механическом) соединении из-за роста окисных пленок, что увеличивает расход электроэнергии и требует периодического обслуживания контакта при его эксплуатации;
недостаточное сечение нахлесточного сварного шва при соединении одноименных металлов биметаллического переходного элемента, блюмса и пакета лент спуска, что также приводит к повышенному расходу электроэнергии;
повышенный расход материалов, в частности, переходных сталеалюминиевых элементов, которые, как правило, не могут быть использованы более одного раза.

Технический результат изобретения снижение расхода электроэнергии и материалов.

Технический результат достигается устройством для соединения блюмсов электролизеров для производства алюминия с лентами катодного спуска, включающим пакет лент, переходный элемент, блюмс, сваренные между собой, в котором переходный элемент выполнен в виде набора пластин, сечение каждой из которых не превышает 5000 мм², а пластины приварены к блюмсу и пакету лент встык.

В случае использования переходного элемента из стали его сечение, а также сечение пакета одновременно привариваемых к нему алюминиевых лент, выбирается, исходя из условия обеспечения гарантированного качества соединения известными способами сварки. Экспериментально установлено, что эти сечения не должны превосходить: 5000 мм² для переходного элемента из стали и 3000 - 3500 мм² для пакета алюминиевых лент. При сварке таких сечений все технологические параметры процесса сварки имеют усредненные значения и стыкосварочная машина располагает необходимым запасом регулирования для компенсации случайно возникающих изменений процесса сварки, что гарантирует качество соединения.

Длина переходного элемента из стали определяется, исходя из условий:
а) обеспечения 4- или 5-кратного использования этого элемента с учетом необходимости соединения его с блюмсом дуговой сваркой стыковым швом при вводе электролизера в эксплуатацию и последующего отделения его от блюмса газопламенной или механической резкой при выводе электролизера в ремонт;
б) обеспечения минимального нагрева сварного соединения "сталь-алюминий" в зоне соединения переходного элемента с пакетом лент в процессе дуговой приварки переходного элемента к блюмсу или отделения его от блюмса газопламенной резкой.

При использовании в качестве переходного элемента биметаллических сталеалюминиевых пластин их длина и сечение могут выбираться из тех же условий, что и переходных элементов из стали, однако пакте алюминиевых лент в этом случае можно приваривать к алюминиевой части переходного элемента стыковым швом известными способами дуговой сварки, а сечение привариваемого пакета может быть равно сечению алюминиевой части переходного элемента.

Соединение переходных элементов со стальным блюмсом во всех случаях осуществляется при помощи известных способов сварки плавлением, обеспечивающих безусловное соединение элементов с блюмсом по всему токопроводящему сечению переходного элемента стыковым швом.

Поиск по источникам научно-технической и патентной литературы показал, что соединение блюмса с пакетом лент спуска при помощи переходного элемента, выполненного в виде набора пластин, привариваемых к лентам и блюмсу стыковыми швами, ранее не применялось, таким образом заявляемое техническое решение отвечает критерию существенные отличия.

Сущность предлагаемого устройства поясняется фиг. 1 и 2, на которых изображены схемы соединений с применением переходного элемента в виде набора пластин.

На фиг. 1 алюминиевые ленты катодного спуска 1 соединены со стальным блюмсом 2 при помощи переходного элемента, выполненного в виде набора сталеалюминиевых пластин. Соединение стальной части 3 пластин с блюмсом выполнено дуговой сваркой стыковым швом 4, а алюминиевая часть пластины 5 соединена с пакетом алюминиевых лент спуска дуговой сваркой стыковым швом 6. На фиг. 2 показано соединение пакета лент с блюмсом при использовании переходного элемента, выполненного в виде набора стальных пластин 7. В этом случае алюминиевые ленты приварены к стальным пластинам стыковым швом 8 при помощи контактной стыковой сварки.

Изготовление предлагаемого устройства начинается со сварки пластин переходного элемента с алюминиевыми лентами спуска. Подготовленные таким образом ленты с приваренными пластинами переходного элемента собираются в пакеты необходимого сечения и пластины переходного элемента, начиная с нижней, привариваются известными способами дуговой сварки к блюмсу вводимого в эксплуатацию электролизера. Другой конец лент присоединяется известными способами к катодной шине.

При ремонте электролизера разделение блюмса и набора пластин переходного элемента, начиная с верхней, осуществляется известными способами разделительной резки (например, газопламенной или механической). Соединение пакета лент с катодной шиной при этом не нарушается. Таким образом, пакеты лент катодного спуска с приваренными к ним пластинами переходного элемента сохраняются для последующего соединения описанным выше способом с блюмсами вновь установленного после ремонта электролизера.

Использование: в цветной металлургии, в частности в электролитическом производстве алюминия, а также в отраслях народного хозяйства, требующих выполнения гибкого соединения токоподводящих элементов, изготовленных из разноименных материалов. Сущность изобретения: устройство для соединения блюмсов электролизеров с лентами катодных спусков содержит переходные стальные или биметаллические (сталеалюминиевые) пластины сечением не более 5000 мм², которые привариваются к блюмсу к пакету лент встык, причем отношение сечение пакета лент к сечению пластин выбрано 1 : (1 - 1,67). Устройство позволяет снизить расход электроэнергии и материалов. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для соединения блюмсов электролизеров для производства алюминия с катодными спусками, включающее пакет лент, переходный элемент, блюмс, сваренные между собой, отличающееся тем, что переходный элемент выполнен в виде набора пластин, сечение каждой из которых не превышает 5000 мм², а пластины приварены к блюмсу и пакету лент встык. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отношение сечения пакета лент к сечению пластин переходного элемента выбрано 1 (1 1,67).