RU2510818C1

RU2510818C1 - Cathode section of aluminium electrolyser

Info

Publication number: RU2510818C1
Application number: RU2012145685/02A
Authority: RU
Inventors: Евгений Рашидович Шайдулин; Геннадий Викторович Архипов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр"
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2014-04-10
Also published as: WO2014065703A1

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to a design of a cathode section of an aluminium electrolyser. The cathode section includes a cathode carbon unit, a cathode current-carrying rod with an electrically conducting part from material with high specific electric conductivity, which is installed in an internal cavity of the cathode carbon unit and fixed in it by means of a cast iron cast. The electrically conducting part of the rod is made in the form of an insert of individual elements attached to each other with a gap, which is installed on one or more outer surfaces of the cathode current-carrying rod through a cast iron casting layer. The individual elements of the insert can be of round or rectangular shape or any other type of cross section. Inserts can be installed throughout the length from 10% to 100% of length of the cathode current-carrying rod.

EFFECT: reduction of voltage drop in a cathode unit and low electric contact resistance between a cathode current-carrying rod and an electrically conducting insert with high specific electric conductivity throughout the length of the cathode current-carrying rod.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к производству алюминия электролизом расплавленных солей, в частности к конструкции катодной секции алюминиевого электролизера.The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy, in particular to the production of aluminum by electrolysis of molten salts, in particular to the design of the cathode section of an aluminum electrolyzer.

Катодная секция, выполняемая обычно из угольного блока и стального блюмса, который закрепляется в пазу углеродсодержащего катодного блока с помощью электропроводного материала чугуна.The cathode section, usually made of a coal block and steel bloom, which is fixed in the groove of the carbon-containing cathode block using electrically conductive cast iron material.

Известна катодная секция алюминиевого электролизера, включающая катодный углеродистый блок с закрепленным в нем с помощью чугунной заливки катодным токоведущим стержнем, который выполнен в виде двух элементов одинакового сечения жестко соединенных между собой, причем часть стержня, находящаяся под анодом, выполнена из меди, а внешняя часть - из стали (патент SU 1260412, М. кл. С25С 3/08, 1986 г.).A known cathode section of an aluminum electrolyzer, including a cathode carbon block with a cathode current-conducting rod fixed in it by means of cast iron, which is made in the form of two elements of the same cross section rigidly interconnected, with the part of the rod under the anode made of copper and the outer part - from steel (patent SU 1260412, M. class. C25C 3/08, 1986).

Одним из основных недостатков указанного технического решения является то, что медная часть катодного токоведущего стержня не имеет сплошной защитной оболочки, препятствующей доступу воздуха и окислению меди при высоких температурах, кроме того, с ростом температуры у меди существенно снижается прочность. Все вышесказанное приводит к росту контактного сопротивления «углеродистый блок - катодный токоведущий стержень» и соответственно приведет к увеличению падения напряжения в катоде электролизера.One of the main drawbacks of this technical solution is that the copper part of the cathode current-carrying rod does not have a continuous protective sheath that impedes air access and copper oxidation at high temperatures, in addition, with increasing temperature, copper strength significantly decreases. All of the above leads to an increase in contact resistance "carbon block - cathode current-carrying rod" and, accordingly, will lead to an increase in voltage drop in the cathode of the electrolyzer.

Другим недостатком изобретения являются сложности, возникающие при создании соединения «медная часть - стальная часть» катодного токоведущего стержня с приемлемым уровнем падения напряжения в нем, так как проблемы, связанные с различием коэффициентов термического расширения меди и стали, высокой окисляемостью и низкой прочностью меди при температурах, близких к рабочей температуре электролиза, и высокой температурой области соединения меди и стали, не позволяют получить хорошее соединение.Another disadvantage of the invention is the difficulty in creating the connection "copper part - steel part" of the cathode current-carrying rod with an acceptable level of voltage drop in it, since the problems associated with the difference in the thermal expansion coefficients of copper and steel, high oxidizability and low strength of copper at temperatures close to the working temperature of electrolysis, and the high temperature of the region of the connection of copper and steel, do not allow to obtain a good connection.

Аналогичными недостатками обладают катодные токоведущие стержни по патентам US 2846388; US 3551319; RU №2303654.Similar disadvantages have cathodic current-carrying rods according to the patents US 2846388; US 3,551,319; RU No. 2303654.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является техническое решение по катодным токоведущим стержням, устанавливаемым в паз углеродсодержащего катодного блока катодного устройства алюминиевого электролизера, включающего металлический стержень (сталь) с внутренней полостью и вкладыш из материала с высокой удельной электропроводностью (медь), установленный во внутренней полости с возможностью электрического контакта со стержнем. Внутренняя полость в катодном токоведущем стержне выполнена со стороны его внутреннего конца и не доходит до внешнего конца и имеет в поперечном сечении многоугольный профиль или круглый профиль (патент RU №2239007). К основным недостаткам известного изобретения относятся технологические трудности при изготовлении в катодном токоведущем стержне внутренней полости для вкладыша и самого вкладыша, так как для создания хорошего электрического контакта по всей длине катодного токоведущего стержня требуется высокая точность обработки изделий или необходимо сложное технологическое оборудование по запрессовке медного сердечника в стальной токоведущий стержень, что вызывает трудности в обеспечении хорошего электрического контакта при температуре катодного стержня ~850÷960°С.Closest to the invention in terms of technical nature and the effect achieved is a technical solution for cathodic current-carrying rods installed in the groove of the carbon-containing cathode block of the cathode device of an aluminum electrolyzer, including a metal rod (steel) with an internal cavity and an insert made of a material with high electrical conductivity (copper), mounted in the internal cavity with the possibility of electrical contact with the rod. The inner cavity in the cathode current-carrying rod is made from the side of its inner end and does not reach the outer end and has a polygonal profile or a round profile in cross section (patent RU No. 2239007). The main disadvantages of the known invention include technological difficulties in the manufacture of an inner cavity for the liner and the liner in the cathode current-carrying rod, since to create good electrical contact along the entire length of the cathode current-carrying rod, high precision machining is required or complex technological equipment for pressing the copper core in steel current-carrying rod, which causes difficulties in ensuring good electrical contact at a temperature of ka the current rod ~ 850 ÷ 960 ° С.

Задачей изобретения является упрощение и удешевление конструкции катодной секции, снижение трудоемкости и конструктивного исполнения изготовления катодной секции.The objective of the invention is to simplify and cheapen the design of the cathode section, reducing the complexity and design of the manufacture of the cathode section.

Технический результат заключается в уменьшении падения напряжения в катодном блоке за счет разработки несложной и более дешевой в изготовлении конструкции катодной секции. При этом обеспечивается низкое электрическое контактное сопротивление между катодным токоведущим стержнем и электропроводным вкладышем с высокой удельной электропроводностью по всей длине катодного токоведущего стержня.The technical result is to reduce the voltage drop in the cathode block due to the development of simple and cheaper to manufacture the design of the cathode section. This ensures a low electrical contact resistance between the cathode current-carrying rod and the conductive insert with high conductivity along the entire length of the cathode current-carrying rod.

Для решения поставленной задачи в конструкции катодной секции алюминиевого электролизера, включающей катодный углеродный блок, катодный токоведущий стержень, снабженный электропроводной частью из материала с высокой удельной электропроводностью, установленный во внутренней полости катодного углеродного блока и закрепленный в нем с помощью чугунной заливки, согласно предлагаемому изобретению, электропроводная часть выполнена в виде вставки из отдельных элементов, скрепленных между собой с зазором, установленной на одну внешнюю поверхность или несколько внешних поверхностей катодного токоведущего стержня, через слой заливки чугуна.To solve the problem in the design of the cathode section of an aluminum electrolyzer, including a cathode carbon block, a cathode current rod provided with an electrically conductive part of a material with high electrical conductivity, installed in the inner cavity of the cathode carbon block and fixed therein using cast iron, according to the invention, the electrically conductive part is made in the form of an insert of separate elements fastened together with a gap installed on one external surface The surface or several external surfaces of the cathode current-carrying rod, through the cast iron casting layer.

Предлагаемую конструкцию дополняют частные отличительные признаки, способствующие улучшению указанного технического результата.The proposed design is complemented by private distinctive features that contribute to the improvement of the specified technical result.

Отдельные элементы вставки могут быть выполнены круглого, прямоугольного или другого типа сечения.Individual elements of the insert can be made round, rectangular or other type of section.

Вставки могут быть установлены по длине от 10% до 100% длины катодного токоведущего стержня.The inserts can be installed in lengths from 10% to 100% of the length of the cathode current-carrying rod.

Наличие в предлагаемой конструкции признаков, отличных от признаков аналогов, позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения условию патентоспособности изобретения «новизна».The presence in the proposed design of signs that are different from the signs of analogues allows us to conclude that the proposed solution meets the condition of patentability of the invention of "novelty."

Сущность предлагаемой конструкции катодной секции с электропроводными вкладышами показана на фиг.1 и фиг.2.The essence of the proposed design of the cathode section with conductive liners shown in figure 1 and figure 2.

Катодная секция включает катодный углеродный блок 1, в пазу которого помещен катодный токоведущий стержень 2, электропроводные вставки из отдельных элементов 3, скрепленные между собой с зазором и установленные на одну внешнюю поверхность или несколько внешних поверхностей катодного токоведущего стержня 2 по длине от 10% до 100% катодного токоведущего стержня, через слой заливки чугуна 4. Отдельные элементы 3 вставки выполнены круглого, прямоугольного или другого типа сечения.The cathode section includes a cathode carbon block 1, in the groove of which is placed a cathode current-carrying rod 2, conductive inserts of individual elements 3, fastened together with a gap and installed on one external surface or several external surfaces of the cathode current-carrying rod 2 in length from 10% to 100 % of the cathodic current-carrying rod through the casting layer of cast iron 4. The individual elements 3 of the insert are made of round, rectangular or other type of section.

Данная конструкция может применяться как с предварительным прогревом катодной секции, так и без предварительного прогрева катодной секции.This design can be used both with preliminary heating of the cathode section, and without preliminary heating of the cathode section.

Сборка катодной секции производится в следующем порядке: укладываются катодные токоведущие стержни с двух сторон подового блока, после чего данная конструкция подвергается предварительному газопламенному нагреву в течение 100-200 минут до достижения следующих параметров нагрева:The cathode section is assembled in the following order: cathodic current-carrying rods are placed on both sides of the hearth block, after which this design is subjected to preliminary gas-flame heating for 100-200 minutes until the following heating parameters are reached:

- оптимальный температурный интервал после нагрева должен составлять: по поверхности катодных стержней - 450÷530°С; по поверхности подовых блоков 250÷350°С.- the optimal temperature interval after heating should be: on the surface of the cathode rods - 450 ÷ 530 ° C; on the surface of the hearth blocks 250 ÷ 350 ° C.

- целевая температура нагрева катодных стержней - 500°С.- target heating temperature of the cathode rods is 500 ° C.

После нагрева катодного токоведущего стержня производится укладка электропроводных вставок на его поверхность и заливка расплавом чугуна, при этом температура расплава чугуна перед и в процессе заливки должна быть в интервале от 1100 до 1250°С. Остывание данной конструкции производится естественным способом без применения дополнительного охлаждения.After heating the cathode current-carrying rod, the conductive inserts are laid on its surface and cast iron is molten, while the temperature of the molten iron before and during casting should be in the range from 1100 to 1250 ° С. The cooling of this design is done naturally without the use of additional cooling.

Заявленная катодная секция испытана при изготовлении промышленной катодной секции, достигнутые результаты по снижению падения напряжения показаны на фиг.3.The claimed cathode section was tested in the manufacture of an industrial cathode section, the results achieved to reduce the voltage drop are shown in figure 3.

Claims

1. The cathode section of an aluminum electrolyzer containing a cathode carbon block, a cathode current-carrying rod with a conductive part of a material with high electrical conductivity, installed in the inner cavity of the cathode carbon block and fixed therein by cast iron, characterized in that the conductive part of the rod is made in in the form of an insert of separate elements fastened together with a gap mounted on one external surface or several external surfaces of the cathode current uschego rod through a pad of iron casting.

2. The cathode section according to claim 1, characterized in that the individual elements of the insert are made of round, rectangular or other type of section.

3. The cathode section according to claim 1, characterized in that the inserts are installed along the length from 10% to 100% of the length of the cathode current-carrying rod.