КАТОДНАЯ СЕКЦИЯ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1997 года по МПК C25C3/08 

Изобретение относится к металлургии алюминия, а именно, к конструкции катодной секции алюминиевого электролиза и его вариантам, обеспечивающим получение одного и того технического результата уменьшение трудоемкости монтажных работ, повышение срока службы катодной секции и снижение металлоемкости за счет многократного использования каждой гибкой шины алюминиевого электролизера.

В электролизере для получения алюминия (см. авторское свидетельство N 354002 МКИ C 22 D 3/02) токоподводящие катодные стержни выполнены составными: стальной электрод и алюминиевая клемма с гибкой шиной. Это позволяет приварить гибкую алюминиевую шину непосредственно к алюминиевой клемме, т.е. существенно облегчается монтаж алюминиевого электролизера. Однако, резьбовое соединение стального электрода с алюминиевой клеммой не является достаточно надежным, и при проведении ремонтных работ необходимо отрезать гибкую шину от внешней токоподводящей шины, что связано с большими затратами времени при монтаже электролизера после ремонта.

Наиболее близким аналогом-прототипом является известное устройство катодного токопровода алюминиевого электролизер по А.С. N 1440958 МКИ C 25 C 3/08, отличающееся тем, что с целью повышения срока службы, снижения металлоемкости и трудоемкости ремонтных работ оно дополнительно снабжено контактными элементами, соединяющими концы катодных стержней с катодным спусками и зажимными упорами со средством фиксации их на кожухе, при этом концы катодных стержней и контактные элементы размещены между зажимными упорами и опорными площадками. Недостатком является низкая надежность устройства в силу того, что контакт гибкой шины с токоподводом обеспечивается подбором толщины прокладок, а одновременно обеспечить надежный контакт на нескольких десятках электродов практически невозможно, т. к. на качество соединения влияют температура и просадка фундамента. Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что для достижения технического результата; повышения срока службы гибкой шины каждой секции, снижения трудоемкости монтажных работ и снижения металлоемкости катодной секции алюминиевого электролизера в нем каждая гибкая шина снабжена клеммой, жестко соединенной с ней и выполненной в виде конической пробки, которая своей боковой поверхностью сопряжена с поверхностью конического гнезда, образованного на торце стального электрода, при этом коническое гнездо плакировано материалом по существу одинаковым с материалом клеммы, а каждый электрод снабжен средством (например, резьбовым соединением) для обеспечения плотного контакта сопряженных поверхностей конического гнезда и клеммы.

Кроме того, для достижения указанного выше технического результата предложены варианты выполнения катодной секции эквивалентные изложенному в первом пункте формулы, а именно, что гибкая шина снабжена клеммой, жестко соединенной с ней и выполненной в виде клина с буртом. Клемма своими клиновыми поверхностями сопряжена с поверхностью клинового паза, образованного на торце стального электрода, при этом клиновой паз плакирован материалом по существу одинаковым с материалом клеммы, а в бурте клеммы и прилегающем к ней фланце выполнены отверстия под болты, ввернутые в торец стержня и обеспечивающее плотный контакт сопряженных поверхностей клеммы и клинового паза стального электрода. Еще одним вариантом изобретения является конструкция, в которой гибкая шина снабжена клеммой жестко соединенной с ней и выполненной в виде параллелограмма, поверхность которого со стороны стального электрода выполнена под углом к продольной оси стержня и сопряжена с параллельной ей торцевой поверхностью стального электрода плакированной материалом по существу одинаковым с материалом клеммы, а плотный контакт этого сопряжения обеспечен тем, что клемма заключена в обойму, обеспечивающую перемещение клеммы только в направлении перпендикулярном продольной оси стержня через посредство крепежного соединения.

На фиг. 1 принципиальная схема катодной секции алюминиевого электролизера (продольный разрез).

На фиг. 2 то же, разрез по "А-А" на фиг. 1.

На фиг. 3 вариант принципиальной схемы катодной секции алюминиевого электролизера (продольный разрез).

На фиг. 4 то же, разрез по "Б-Б" на фиг.3
На фиг. 5 вариант принципиальной схемы катодной секции алюминиевого электролизера (продольный разрез).

На фиг. 6 то же, разрез по "В-В" на фиг. 5.

Катодная секция состоит из стального электрода (блюмса) 1, электрически соединенного с графитовыми блоками пода электролизера, алюминиевой клеммы 2 и гибкой шины 3, состоящей из набора алюминиевых пластин. В торце стального электрода 1 выполнено коническое гнездо, в которое вварена втулка 4 из алюминия, постоянно контактирующая с алюминиевой клеммой 2. К противоположной стороне алюминиевой клеммы 2 контактной сваркой по торцу приварена гибкая шина 3.

На наружной поверхности алюминиевой клеммы 2 выполнена кольцевая проточка, в которую входит разрезной фланец 5 с отверстиями для крепежных болтов. При помощи болтов 6 клемма 2 прижимается к телу стального электрода 1. Гибкая шина 3 посредством сварного шва присоединена к внешней токоведущей шине 7.

Коническое гнездо электрода 1 плакируется алюминиевым сплавом. После этого в плакировочном материале выполняют расточку с шероховатостью . Угол конуса около 10^o с погрешностью ±5. После обработки толщина алюминиевой втулки 4 должна составлять 5 7 мм. Соединение алюминиевой втулки 4 со стальным электродом 1 осуществляется, например, посредством сварки взрывом, сварки или другими способами, обеспечивающими надежный электрический контакт втулки 4 и электрода 1.

На наружной поверхности клеммы 2 имеется кольцевая проточка, в которую вставляется разрезной фланец 5, с помощью которого крепежными болтами обеспечивается плотное соединение, что позволяет получить наименьшее электрическое сопротивление, т.е. уменьшить токопотери.

Вашеуказанное крепление значительно облегчает проведение монтажа и демонтажа, позволяет многократно использовать шину 3, что очень важно, т.к. контактная сварка гибкой шины 3 с электродом 1 представляет собой трудоемкую, металлоемкую и энергоемкую, а следовательно и дорогостоящую операцию. Многократное использование предлагаемой разборной катодной секции алюминиевого электролизера повышает срок службы устройства и снижает его металлоемкость, а самое главное уменьшает трудоемкость монтажных работ.

Вариант выполнения катодной секции по фиг. 3,4.

Катодная секция состоит из стального электрода (блюмса) 1, соединенного с графитовыми блоками пода электролизера (на чертеже не показано), алюминиевой клеммы 2, гибкой шины 3, состоящей из набора алюминиевых пластин.

В торце стального электрода 1 выполнен паз с наклонными стенками, на которые приварены алюминиевые пластины 4, контактирующие с концами клеммы 2, выполненными в виде клина.

К противоположной стороне алюминиевой клеммы 2 приварена гибкая шина 3.

В алюминиевой клемме 2 и фланце 5 выполнены отверстия для крепежных болтов 6. При помощи болтов 6 клемма 2 прижимается к электроду 1.

Гибкая шина 3 с помощью сварки присоединяется к внешней токоведущей шине 7.

Вариант выполнения катодной секции по фиг. 5, 6.

Катодная секция состоит из стального электрода (блюмса) 1, соединенного с графитовыми блоками пода электролизера (на чертеже не показано), алюминиевой клеммы 2, гибкой шины 3, состоящей из набора алюминиевых пластин.

На торец стального электрода 1 приварена алюминиевая пластина 4, наружная поверхность которой выполнена под углом 80^o 87^o к оси электрода 1.

Клемма 3, имеющая наклонную плоскость по существу с тем же углом, что и у электрода 1, заключена в обойму 5, на внутренней поверхности которой выполнены выступы 6, находящиеся в сопряжении с пазами 7, которые выполнены на стальном электролите (блюмсе) 1.

Плотный контакт клеммы 2 с алюминиевой пластиной 4 блюмса 1 обеспечивается тем, что клемма 2 заключенная в обойму 5 не имеет возможности перемещения вдоль продольной оси стального электрода 1 и допускает только возможность перемещения ее в направлении перпендикулярном продольной оси электрода 1 с помощью крепежных болтов 8. Гибкая шина 3 с помощью сварки присоединена к внешней токоведущей шине 9.

Изобретение применимо в металлургии алюминия, в электролизерах для получения алюминия. В известных конструкциях электролизеров токоподводящие катодные стержни выполнены составными: стальной электрод и гибкая шина, жестко сваренная с ним, причем стальной электрод через гибкую шину приварен к внешней токоподводящей шине и образует с ней неразъемное соединение. В предлагаемой конструкции электролизера каждая гибкая шина снабжена клеммой, жестко соединенной с ней и разъемно соединенной со стальным электродом (блюмсом). Для этого в стальном электроде выполнено коническое гнездо плакированное алюминиевым сплавом, в которое вставлен конический конец гибкой шины. Разборное соединение гибкой шины со стальным электродом позволяет многократно использовать шину алюминиевого электролизера. В изобретении предусмотрены варианты выполнения разъемного соединения гибкой шины со стальным электродом. 3 с.п. ф-лы, 6 ил.

1. Катодная секция алюминиевого электролизера, содержащая катодный стержень и гибкую шину, присоединенную к нему, отличающаяся тем, что гибкая шина снабжена клеммой, жестко соединенной с ней, а клемма соединена с катодным стержнем посредством образования жесткого контакта с разъемным механическим креплением, причем контактирующая поверхность катодного стержня плакирована материалом, по существу одинаковым с материалом клеммы, и выполнена, например, в виде конического гнезда, образованного в торце катодного стержня, а стержень снабжен крепежным средством, при этом клемма со стороны соединения с катодным стержнем выполнена в виде конической пробки. 2. Катодная секция, содержащая катодный стержень и гибкую шину, присоединенную к нему, отличающаяся тем, что гибкая шина снабжена клеммой, жестко соединенной с ней, а клемма соединена с катодным стержнем посредством образования жесткого контакта с разъемным механическим креплением, клемма со стороны соединения с катодным стержнем выполнена в виде клина с буртом, которая своими клиновыми поверхностями сопряжена с поверхностью клинового паза, выполненного в торце катодного стержня, при этом клиновый паз плакирован материалом, по существу одинаковым с материалом клеммы, а в бурте клеммы и прилегающем к ней фланце выполнены отверстия для обеспечения плотного контакта посредством крепежного соединения сопряженных поверхностей клеммы и клинового паза катодного стержня. 3. Катодная секция, содержащая катодный стержень и гибкую шину, отличающаяся тем, что гибкая шина снабжена клеммой, жестко соединенной с ней и выполненной в виде параллелепипеда, боковая поверхность которого со стороны катодного стержня выполнена под углом, по существу равным углу трения к оси последнего, и сопряжена с боковой поверхностью катодного стержня, плакированного материалом, по существу одинаковым с материалом клеммы, а плотный контакт этого сопряжения обеспечен за счет поперечного перемещения обоймы и клеммы, заключенной в обойму, посредством крепежного соединения и сопряжения внутренних выступов обоймы с пазами на катодном стержне, при этом ось пазов составляет 90^o к оси последнего.