Электрод для получения легких металлов электролизом расплава Советский патент 1987 года по МПК C25C3/06 C25C3/12 

Изобретение относится к области электрохимического получения металлов и может быть использовано при их электролитическом получении электролизом расплавленных солей.

Цель изобретения - снижение окис ,ления электрода, падения напряжения в электроде, облегчение восстановления электрода при его повреждении

На фиг.1 и 2 показан электрод, продольный разрез; на фиг.З и 4 - то же поперечный разрез; на фиг.З - расположение активных элементов.

Электрод содержит ниппель 1, канал 2 для подвода охлаждающего агента, канал 3 для отвода охлаждающего агента, изолирующую фасонную деталь 4, металлический токоподвод 5, нижнюю активную часть 6, контропору 7 фасонной детали, отверстия 8 для стержней 9, с помощью которых у пружин 10 обеспечивается необходимое положение фасонной детали 4 (фиг.2). Фасонная деталь 4 может также удерживаться с помощью элементов в форме -крюка 11 (фиг.2). В металлическом то коподводе выполнены отверстия 2 для охлаждения (фиг.2 и 3).

Колодки 13 для подвода тока к металлическому токоподводу 5 (фиг.1).

Активная часть 6 может выполняться в виде отдельных стержней 14 (фиг.1 и 5), соединенных с ниппелем 1 .

Фасонная деталь 4 защищает металлический токоподвод 5 от воздействия агрессивной среды.

Жаропрочная фасонная деталь 4 может быть выполнена в виде отдельной трубы, но она может также выгодно состоять из серии отрезков труб, сег ментов, полуоболочек и т.п., окружающих нижнюю зону верхней части электрода до самой зоны винтового ниппеля 1, а в случае необходимости и дальше.

Материалом для изолирующей фасонной детали может быть, например, жаропрочная керамика, а также покрытый изолирующим слоем графит.

Изолирующая фасонная деталь расположена между нижней зоной верхней части из металла и нижней расходующейся частью так, что наружные кромки фасонной детали, проходящие в направлении оси электрода, и наружные кромки наружной зоны верхней части из металла в основном параллельны друг другу.

Контропора 7 может представлять собой выполненную из жаропрочного изолирующего материала сопряженную деталь, сам винтовой ниппель, а при . известных обстоятельствах даже часть активной части или ее комбинации. В

0 общем изолирующая фасонная деталь 4 не полностью установлена на активной части, поскольку это расходующийся материал, а по меньшей мере ее частично несет нерасходующийся жаропроч5 ный материал.

Положение фасонной детали можно устанавливать при изготовлении электрода. Изолирующую фасонную деталь 4 можно насаживать под давлением на

контропору 7 также и во время эксплуатации электрода, причем последний не требуется для этого извлекать из электролитической ванны. Фасонную деталь 4 вдавливают на контропору 7

5 через выполненные в верхней части отверстия с помощью стержней, винтов и т.п. или же дополнительно установленной пружиной. Кроме того, может быть выгодной установка изоли0 рующей фасонной детали с возможностью скольжения или же незакрепленной относительно верхней части электрода так, что при выходе из строя одного сегмента или в случае облома

отдельной трубы, например, в результате механического повреждения остающиеся исправные сегменты или отдель - ная труба сами соскальзывают вниз в направлении продольной оси электрода.

Q В зависимости от цели применения электрода можно крепить изолирующую фасонную деталь на держателях внут- реннего охлаждающего устройства. Такой вид конструкции используется при

с применении электродов в том случае, когда не имеет особого значения свободная подвижность или возможность надвигания исправных (изолирующих или электропроводных) отдельных сегментов при повреждении распо0

5

ложенного ниже сегмента..

Предусмотрен также вариант, согласно которому изолирующая фасонная деталь охватывает не всю заш тщаемую зону металлической части. В зоне, в которой наблюдаются меньшие нагрузки, вместо фасонной детали применяют изолирующую жаропрочную массу, закрепляемую с помощью фиксирующих элементов. Такого рода изолирующие массы известны и они могут крепиться, например, с помощью припаиваемых фиксаторов.

В качестве активных материалов, соединенных с верхней частью с помощью одного или нескольких винтовых ниппелей или же при необходимости посредством резьбы, могут служить, например, аморфный углерод, графит, керамические проводники или соединенные с электрохимическим активным материалом неорганические волокна. Активный материал может быть образован из определенного числа стержней, пластин, труб или т.п., соединенных между собой или расположенных отдельно друг от друга.

Нижняя часть электрода может сое- тоять из активного материала, размещенного в виде нескольких элементов, закрепленных с помощью одного или нескольких ниппельных соединений, причем эти элементы можно размещать один возле другого и/или один под другим. Расходующиеся активные вещества, например графит, применяют в виде промежуточных тел, с которыми

можно соединять с помощью резьбы пол- зо электрода, ближайший к его рабочей

ностью расходующийся элемент. Благодаря такой конструкции можно полностью израсходовать последний активный элемент, не подвергая опасности ниппельное соединение, с которым связана верхняя металлическая часть.

В тех случаях, когда верхняя часть не подвергается воздействию особо высоких температур, от применения охлаждающего устройства можно отказаться .

Электрод имеет целый ряд преимуществ. Здесь следует подчеркнуть исключительно низкие потери тока или напряжения на пути к активной части электрода. Благодаря этому можно получить значительную экономию электрической энергии по сравнению с применением традиционных массивных элек- . тродов, выполненных из синтетического материала, графита или керамического материала. Кроме того, сведено до минимума боковое обгорание, поскольку агрессивная электролитическая среда и выделяющиеся при этом реакционные газы и пары воздействуют не на весь электрод, а только на его активную часть.

Изолирующую фасонную деталь при изготовлении просто устанавливать в необходимом положении. Применение изолирующей наружной массивной части позволяет улучшить механические прочностные свойства. Разделение изолирующей наружной зоны на сегменты освобождает от необходимости замены всего электрода при выходе из строя ее части, поскольку это повреждение экономически выгодно и быстро устраняется установкой соответствующей новой детали. Благодаря свободной посадке изолирующей фасонной детали, так как она состоит из нескольких отдельных элементов, в случае механического или какого-либо другого разрушения нижерасположенного защитного сегмента происходит автоматическое соскальзывание вниз вьщхерасполо- женного сегмента, что при необходимости можно подстраховать дополнительно установленными пружинами. Такая конструкция электрода позволяет ему оставаться работоспособным и после случившейся поломки, так как чаще всего подвергающийся опасности повреждения нижерасположенньш участок

5

0

5

0

5

зоне, автоматически защищается со- скальзываюш 1м вниз исправным элементом.

Несмотря на то, что изолирующая фасонная деталь или изолирующая оболочка в случае выполнения ее из отдельных сегментов или полуоболочек может иметь определенный зазор за счет аксиального и внутреннего опира- ния, обеспечивается полная и широкая защита чувствительной зоны электрода благодаря использованию системы паз - пружина. Если же повреждение нижней зоны защитного щита электрода все же происходит, то он, как правило, способен работать еще столько времени, сколько обычно необходимо для замены расходуемой части, например, из графита. Произвести замену поврежденного сегмента и т.п. легко можно произвести тогда при извлечении электрода.

В электроде (фиг.1) охлаждающая среда, например вода, воздух или инертный газ, вводится через подводящий канал 2 и отводится через сливной канал 3. При зтом охлаждающая среда поступает также в камеру, расположенную внутри винтового ниппеля

1, которьш выполнен, например, из чугуна, никеля или же из жаропрочного, устойчивого против коррозии металлического сплава. Верхняя часть 5-из металла имеет больший рдаметр по сравнению с нижней частью, входящей в винтовой ниппель 1, которьй соединен с нижней частью 6 электрода, выполненной из расходующегося .материала (например, графита или ке- рамичес-кого активного материала) , Изолирующая фасонная деталь 4 установлена с помощью контропоры 7, например J из жаропрочной изолирующей керамики. В своей верхней зоне изолирующая фасонная деталь 4 ограничена кромкой зоны большего диаметра метгш лической части электрода.

У электрода (фиг.I) изолирующая фасонная деталь 4 выполнена из нескольких отдельных сегментов, которые могут соскальзывать вниз в направлении оси электрода при разруЕШнии нижнего сегмента. Они могут удерживаться также и с помощью элементов в фор ме крюка 1 1 .

Наряду с отверстиями 12 для охлшк дения электрода предусмотрены также дополнительные отверстия 8 для стержней 9; с помощью которых и пружин 10 обеспечивается необходимое положение изолирующей фасонной детали 4,

На фиг, 2 и 4 показано прьхменение соединенных полуоболочек или колец,, например, из графита, покрытого изолирующим слоем.

Нижняя часть 6 из расходующегося или стойкого материала разделена на ряд отдельных стержней 14, соединенных ниппелем 1,

11ре; ;почтительно боковое подведение электрического тока к электроду осуществляется через колодки 13, вы- пол;ненные преимущественно из графита Эти кохгодки закреплены в основном с помощью держателей (не показаны) на верхней металлической части электрода. На фиг.1 показан вариант крепления колодок 13 на caiMoft токоподводя- щей шине.

Между изолирующим элементом 4 и верхней частью 5 могут быть предусмотрены каналы для газа. Продувкой газа можно легко обнар гжить повреждения изолирующей керамики, например, при падении давления газа. Кроме того, этот газ является дополнителыйгм охлаждающим средством. Изобретением

369506

предусмотрена возможность нанесения на верхнюю часть 5 и/или на ниппельное соединение 1 или на его наружную поверхность жаропрочной оболочки. В зависимости от размера вышерасположенной по меньшей М€фе частично жаропрочной изолирующей фасонной детали 4 оболочку выполняют электропровод10 ной или же изолируюп ей, В случае изолирующей оболочки создается вторая зшцитная линия, которая вступает в действие при повреждении наружной изоляции 4. Если по рабочим условиям

15 возможность ее повреждения исключена, то оболочку можно выполнять из жаропрочного электропроводного материала, причем материа.п является тогда жаропрочным или нейтральным щитом, за20 цщщающим нижерасположен1лш металл.

Формула изобретения

1. Электрод для получения легких 25 металлов электролизом расплава, включающий металлический токоподвод, выполненный с каналами для циркуляции хладагента и состоящий из нижней активной части и верхней неактивной 30 части из металла или металлическ ого сплава, защищенной ; аропрочной изолирующей оболочкой, отличающийся тем, что, с целью повьппе- ния срока службы электрода и облег- тг- чения его ремонта, изолирующая оболочка выполнена из фасонных разъем- iibix деталей,

2.Электрод по п., отличаю- Q щ и и с я тем., что фасонная деталь

выполнена в виде трубы, отрезков труб 5 сегментов или полуоболочек труб.

3.Электрод по пп, I - 2, о т - д л и ч а ю щ и и с я тем, что электрод снабжен контропорой, на которую с помощью стержнер и болтов установлена фасонная деталь.

4.Электрод по пп. 1 - 3, о т - р-„ л и ч а ю щ и и с я тем, что фасонные детали установлены с возможностью перемещения в наггравлении продольной оси электрода,

5.Электрод по пп.1 - 45 о т л и- .-„чающийся тем, что электрод

снабжен держателями, соединенными с токоподводом посредством пазов, и фасонная деталь установлена на держателе .

6.Электрод по пп.1 - 5, отличающийся тем, что соединение верхней неактивной части и нижней активной части токоподвода вьтолнено в виде винтового ниппеля.

7.Электрод по ПП.1 - 6, отличающийся тем, что нижняя активная часть токоподвода вьтолнена

36950

из нескольких стержней, пластин или труб.

8.Электрод по пп.1 - 7, о т л и- с чающийся тем, что металлический токоподвод вьшолнен с покрытием из керамики.

9.Электрод по ПП.1 - 8, отличающийся тем, что фасонные

10 детали вьтолнены из керамики.

Фиг. 2

Фиг.Ъ

Фиг.

Фиг.5

Редактор С.Пекарь

Составитель А.Арнольд

Техред л. Сердюкова Корректор В.Бутяга

Заказ 4057/59Тираж 612Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к электролитическому получению металлов, направлено на совершенствование конструкции электродов. Цель изобретения - повьшение срока службы электрода и облегчение его ремонта. Достигнуто снижение окисления электрода, падение напряжения в электроде. Электрод включает винтовой ниппель 1, каналы охлаждения 2, 3 металлического токоподвода 5, жаропрочную фасонную деталь 4,активную часть 6,контр-опору 7 фасонной детали. 8 з.п.ф-лы, 5 ил. СО со со О5 QO СП О см Фиг