Устройство для соединения анодной ошиновки электролизера с токоподводящими стояками

 

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано для соединения элементов ошиновки электролизеров для получения алюминия. Цель изобретения снижение трудозатрат и потерь электрической энергии за счет уменьшения падения напряжения в контакте. Это достигается тем, что в соединении шин 1 и 2 болтами 3 на один из торцов дополнительно накладывается сварной шов 4, длина l_c которого минимальна и определяется из выражения где ρ_c удельное электрическое сопротивление материала сварного шва; μ крутящий момент при затяжке n болтов диаметром d каждый; l_к, B_к- длина и ширина контактного соединения; R₁ и R₂ электрическое сопротивление соединяемых шин на участках контактирования; R_макс большая из этих величин; R₁ и R₂ K, a, b величины, зависящие от материала шин; C_i - коэффициент, определяющий изменение сопротивления шин в зависимости от отношения длины участка контакта шины к ее толщине. Устройство показало снижение контактного соединения практически на порядок по сравнению с устройством болтового соединения. 3 ил.

Изобретение относится к цветной металлургии алюминия из расплавов, в частности к конструкции контактного соединения в ошиновке электролизера. Целью изобретения является снижение расхода электроэнергии за счет уменьшения падения напряжения в контактном соединении и трудозатрат при его монтаже и демонтаже. Оптимизация минимума переходного сопротивления при минимуме длины сварного шва в контактном соединении является техническим решением, характеризующим изобретение. На фиг. 1 дана схема контактного соединения, аксонометрия; на фиг.2 то же, поперечное сечение; на фиг.3 циклограмма изменения электросопротивления в контактном соединении по периодам монтажа и работы. Контактное соединение (см.фиг.1) включает анодную шину 1, которая соединена с шиной 2 анодного стояка болтами 3 и проварена швом 4 малого сечения, обозначение размеров которого дано на фиг.2. При этом минимально необходимая длина сварного шва, выполненного с одной стороны соединения, выбирается по формуле l_c≥ (1) где ρ_c- удельное электрическое сопротивление материала сварного шва, Ом˙м; μ- крутящий момент при затяжке болтов, определяемый по нормативным документам, Н˙м; d диаметр сжимных болтов, м; n количество сжимных болтов; l_к, B_к длина и ширина контактного соединения, мм; k, а, b величины, зависящие от материала соединяемых шин, известные из (1); R₁, R₂ электрическое сопротивление соединяемых шин на участках, ограниченных площадью их контактирования, Ом; R_макс большая из величин R₁ и R₂, Ом; C_i коэффициент изменения проводимости контактирующих шин, образующих соединение внахлест в зависимости от отношения l_к/а_ш, где а_ш- средняя толщина соединяемых шин. Причем С_i 1,428 х (l_к/а_ш) 0,608 при 0,5 ≅l_к/а_ш ≅3,5,
С_i 0,65 при 3,5≅l_к/а_ш≅11,
С_i 0,55 при l_к/а_ш> 11,
Формула (1) связывает конструктивные и технологические характеристики конкретного контактного соединения, а именно количество и размер сжимающих болтов, усилие их затяжки, площадь контактирования контакт-деталей и их электрическое сопротивление, а также удельное электросопротивление материала сварного шва. Выполнение устройства согласно изобретению иллюстрировано примером осуществления разборно-сварного контактного соединения алюминиевых шин сечением (70х650) мм² с использованием шести сжимных болтов диаметром 36 мм. На первом этапе монтаж контактного соединения шин 1 и 2 выполняют с помощью болтов 4 известными технологическими приемами. При этом переходное электрическое сопротивление болтового контакта R_пер равно
R_пер
0,34 мкОм (cм. участок I на циклограмме). Электрическое сопротивление участка целой шины длиной, равной длине контактного соединения l_к 650 мм
R_ш 0,429 мкОм где ρ_ш- удельное электросопротивление материала шин. После сборки болтового соединения одну из его сторон проваривают известными способами, например аргонодуговой сваркой, соединяя контакт-детали 1 и 2 однопроходным угловым швом 4, минимально необходимую длину которого определяем из
l_c= =62,5·10 10⁶=0,108 м при ρ_c= 62,5˙10^-9 Ом˙м. Электросопротивление сварного шва найденной длины будет равно
R_c 0,579 мкОм а полное начальное сопротивление разборно-сварного контакта согласно уравнению (1) будет равно
R_кс + + 0,429 мкОм
т. е. R_кс= R_ш, а R_бс= 0,215 мкОм (cм. участок II на циклограмме). В процессе обжига электролизера, длящегося обычно 6-8 cут, контактное соединение нагревается протекающим по нему током до установившейся температуры, при которой контакт-детали и болты приобретают удлинения установившиеся. В процессе нагрева и изменения геометрических размеров контакт-детали, имеющие меньшую прочность по сравнению со стальными болтами, получают остаточную деформацию, степень их сжатия уменьшается, а переходное сопротивление R_пер увеличивается примерно в 2.3 раза. Однако конечная величина переходного сопротивления R_бс контактного соединения изменяется в меньшей степени, а именно в рассматриваемом примере
R_бс 0,344 мкОм т.е. в 1,6 раза и не превосходит при этом сопротивления сварного шва (см. участок III на циклограмме). Для восстановления начальной величины переходного сопротивления R_пер производят повторную (после обжига) подтяжку соединения. Возможность такой подтяжки гарантируется тем, что сварной угловой шов малого сечения, наложенный с одной стороны периметра контактного соединения, не препятствует в пределах упругих деформаций сжатию контактных поверхностей контакт-деталей с требуемым усилием и достижению необходимого качества переходного сопротивления R_пер, а также результирующего сопротивления R_бс (см. участок IV на циклограмме). При разборке контактного соединения удаление металла сварного шва производят механическим путем, например, зубилом, до или после демонтажа болтов (сжимов). Устройство проверено в промышленных условиях. Результаты экспериментов показали, что при среднем токе через контактное соединение 63,75 кА падение напряжения в контактах после сварки шва уменьшилось с 34,2 до 3,3 мВ, что соответствует переходному электросопротивлению 0,537 мкОм в болтовом контакте и 0,052 мкОм в разборно-сварном.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ АНОДНОЙ ОШИНОВКИ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА С ТОКОПОДВОДЯЩИМИ СТОЯКАМИ, содержащее детали контакта с жестким болтовым соединением сварным швом, отличающееся тем, что, с целью снижения трудозатрат и расхода электроэнергии за счет уменьшения падения напряжения в контакте, минимальную длину сварного шва на одной стороне контакта определяют из выражения

где ρ_c удельное электрическое сопротивление материала сварного шва;
μ крутящий момент при затяжке болтов, определяемый по нормативным документам;
d диаметр сжимных болтов;
n количество сжимных болтов;
b_k, B_k длина и ширина контакта;
k, a, b величины, зависящие от материала соединяемых шин;
R₁, R₂ электрическое сопротивление соединяемых шин на участках площади контактирования;
R_макс большая из величин R₁ и R₂;
C_i коэффициент, учитывающий изменение проводимости деталей в контакте в зависимости от отношения длины контакта к толщине детали контакта.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3