КАТОДНАЯ СЕКЦИЯ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА
CATHODE SECTION OF ALUMINIUM ELECTROLYSER

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к производству алюминия электролизом расплавленных солей, в частности к конструкции катодной секции алюминиевого электролизера.
Катодная секция, выполняемая обычно из угольного блока и стального блюмса, который закрепляется в пазу углеродсодержащего катодного блока с помощью электропроводного материала чугуна.
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.).
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.
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.
Аналогичными недостатками обладают катодные токоведущие стержни по патентам US 2846388; US 3551319; RU №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.
Задачей изобретения является упрощение и удешевление конструкции катодной секции, снижение трудоемкости и конструктивного исполнения изготовления катодной секции.
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.
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.
Предлагаемую конструкцию дополняют частные отличительные признаки, способствующие улучшению указанного технического результата.
Отдельные элементы вставки могут быть выполнены круглого, прямоугольного или другого типа сечения.
Вставки могут быть установлены по длине от 10% до 100% длины катодного токоведущего стержня.
Наличие в предлагаемой конструкции признаков, отличных от признаков аналогов, позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения условию патентоспособности изобретения «новизна».
Сущность предлагаемой конструкции катодной секции с электропроводными вкладышами показана на фиг.1 и фиг.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.
Данная конструкция может применяться как с предварительным прогревом катодной секции, так и без предварительного прогрева катодной секции.
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:
- оптимальный температурный интервал после нагрева должен составлять: по поверхности катодных стержней - 450÷530°С; по поверхности подовых блоков 250÷350°С.
- целевая температура нагрева катодных стержней - 500°С.
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.
Заявленная катодная секция испытана при изготовлении промышленной катодной секции, достигнутые результаты по снижению падения напряжения показаны на фиг.3.