ТОКОПОДВОД ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ АЛЮМИНИЯ Российский патент 2001 года по МПК C25C3/16 

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для обеспечения работы электролизеров по производству алюминия.

Известен токоподвод к алюминиевым электролизерам, состоящий из стальной и алюминиевой частей, соединенных между собой заливкой из алюминия [1].

Недостатком данного токоподвода является то, что между заливкой и стальной частью токоподвода образуется слой интерметаллида с высоким удельным электрическим сопротивлением и малой механической прочностью.

Известен также токоподвод, состоящий из стальной и алюминиевой частей, соединенных между собой сталь-алюминиевым биметаллическим переходником с плоской сварной поверхностью, изготовленной с помощью сварки взрывом [2].

Недостатком данного токоподвода является то, что в изготовленном с помощью сварки взрывом переходнике на границе сталь - алюминий также образуется слой хрупкого химического соединения Fe_nAl_m с высоким электрическим сопротивлением, толщина которого из-за высокой температуры увеличивается в процессе эксплуатации электролизера. В результате токоподвод теряет электропроводность и механическую прочность на стыке сталь - алюминий, что может привести к разрушению токоподвода в процессе эксплуатации с созданием аварийной ситуации, влекущей за собой большие материальные затраты.

Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение эксплуатационной надежности токоподвода, его долговечности и снижение потери электроэнергии.

Указанный технический результат достигается тем, что в токоподводе для алюминиевого электролизера, включающем стальную и алюминиевую части, соединенные через биметаллический переходник, изготовленный сваркой взрывом, новым является то, что в биметаллическом переходнике граница раздела сталь - алюминий имеет волнистую поверхность, образованную чередующимися линейчатыми выступами со стороны стальной и алюминиевой частей переходника, причем отношение высоты к суммарной толщине стального и алюминиевого выступов составляет 0,5 - 2, высота составляет 0,2 - 0,5 от толщины алюминиевой части переходника, а форма выступов на границе раздела в переходнике выполнена в виде "ласточкина хвоста".

Использование токоподвода с биметаллическим переходником с границей раздела в виде чередующихся линейчатых выступов со стороны стальной и алюминиевой частей раздела позволяет увеличить общую контактную площадь соединения по сравнению с плоской границей. При форме выступов, близкой к прямоугольной, отношение этих площадей (K) будет определяться выражением
K = 2A/ λ + 1,
где A - высота выступа;
λ - суммарная толщина стального и алюминиевого выступов.

Из выражения следует, что, чем больше отношение A к λ, тем больше площадь границы раздела сталь - алюминий, и, следовательно, при прочих равных условиях, тем больше проводимость и сопротивление разрыву границы раздела биметалла, а это улучшает эксплуатационную характеристику предлагаемого токоподвода по электрической проводимости и сопротивлению механическим нагрузкам. При форме выступа в виде "ласточкина хвоста" минимальные усилия, необходимые для разрыва переходника по границе раздела, определяются суммарной площадью сечения наиболее узкой части алюминиевого выступа, и могут быть в несколько раз выше механических нагрузок на границу раздела, возникающих в процессе эксплуатации токоподвода, что исключает возможность разрушения токоподвода в месте стыка сталь - алюминий. Соединение с помощью сварки взрывом стальной и алюминиевой частей переходника со специально подготовленными поверхностями обеспечивает необходимую форму, механическую прочность, электрический контакт границы раздела сталь - алюминий.

На фиг. 1 приведена фотография среза переходника, полученного сваркой взрывом, в направлении, перпендикулярном линейчатым выступам. На фотографии указаны алюминиевая 1 и стальная 2 части переходника, контактная поверхность с линейчатыми выступами 3.

На фиг. 2 представлена схема конструкции токоподвода, где указаны алюминиевая 4 и стальная 5 части токоподвода, соединенные между собой посредством переходника.

Алюминиевая часть токоподвода 4 соединяется с алюминиевой частью 1 биметаллического переходника посредством электросварки в среде аргона или с помощью сварки трением 6, а стальная часть токоподвода 5 соединяется со стальной частью переходника 2 с помощью электросварки 7.

В процессе эксплуатации электрический ток проходит последовательно через алюминиевую часть токоподвода 4, сварной шов алюминий - алюминий 6, контактную поверхность сталь - алюминий 3 переходника, сварной шов сталь - сталь 7 и стальную часть токоподвода 5.

Использование данного токоподвода исключает его механическое разрушение в зоне контакта сталь - алюминий при демонтаже и в процессе эксплуатации увеличивает долговечность токоподвода и уменьшает потери электрической энергии по сравнению с используемыми в настоящее время токоподводами.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. А.с. СССР N 193731, C 25 C 3/16, 1967 г., БИ N 7.

2. Патент Великобритании N 1271770, B 23 P, 1972 г. (прототип).

Сущность изобретения: в токоподводе для алюминиевого электролизера, содержащем стальную и алюминиевую части, соединенные через биметаллический переходник, изготовленный сваркой взрывом, новым является то, что в биметаллическом переходнике граница раздела сталь - алюминий имеет волнистую поверхность, образованную чередующимися линейчатыми выступами со стороны стальной и алюминиевой частей переходника. Отношение высоты к суммарной толщине стального и алюминиевого выступов составляет 0,5-2, высота составляет 0,2-0,5 от толщины алюминиевой части переходника, а форма выступов на границе раздела в переходнике выполнена в виде "ласточкина хвоста". Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение эксплуатационной надежности токоподвода, его долговечности и снижение потерь электроэнергии. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Токоподвод для электролизеров алюминия, включающий стальную и алюминиевые части, соединенные с помощью биметаллического сталь-алюминиевого переходника, изготовленного сваркой взрывом, отличающийся тем, что граница раздела сталь - алюминий в переходнике имеет волнистую поверхность, образованную чередующимися линейчатыми выступами со стороны стальной и алюминиевой частей переходника. 2. Токоподвод по п.1, отличающийся тем, что отношение высоты к суммарной толщине стального и алюминиевого выступов составляет 0,5 - 2, а высота составляет 0,2 - 0,5 от толщины алюминиевой части переходника. 3. Токоподвод по п. 1 или 2, отличающийся тем, что форма выступов на границе раздела в переходнике выполнена в виде "ласточкина хвоста".