Контактное соединение узла токоподвода к катодной секции электролизера

 

Использование: в электрометаллургии при монтаже и ремонте электролизеров для производства алюминия. Сущность изобретения: контактное соединение узла токоподвода к катодной секции электролизера для производства алюминия состоит из токопроводящей шины, выполненной в виде пакета алюминиевых полос, соединенных со стальным блюмсом через приваренный наконечник, выполненный в виде биметаллической медно-алюминиевой пластины, соединенной со стальным блюмсом катодной секции электролизера болтовым соединением таким образом, что медный слой контактирует с предварительно плакированной медью концевой частью блюмса. Поперечное сечение наконечника равно сечению алюминиевой шины, причем отношение суммарной толщины слоев меди на блюмсе и биметаллическом медно-алюминиевом наконечнике к толщине алюминиевой шины равно 0,01-0,2. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электрометаллургии и может быть использовано при монтаже и ремонте электролизеров для производства алюминия.

Известно полуразборное сварное контактное соединение, в котором к блюмсу предварительно приварен стале-алюминиевый вывод, в виде серийно выпускаемого по ТУ 231 БССР 001 86 биметаллического элемента ЭПБ [1] Ленты спуска также приварены к алюминиевому наконечнику. Наконечник спуска приварен к выводу лобовыми и фланговыми швами. При демонтаже сварной шов срубают, а контактные поверхности наконечника и вывода защищают (выравнивают под линейку) для последующего использования.

Недостатками такого соединения являются его фактическая неразборчивость, сложность в подготовке к повторному использованию и повышенное переходное электросопротивление, рост которого обусловлен, с одной стороны, недостаточно надежным контактом алюминиевых поверхностей, обычно ухудшающихся при эксплуатации, а, с другой неминуемым образованием при сварке на границе биметалла алюминий-сталь хрупких интерметаллических прослоек, обладающих диэлектрическими свойствами.

Наиболее близким к изобретению является контактное соединение узла токоподвода к катодной секции электролизера для производства алюминия [2] содержащее алюминиевую токоподводящую шину, соединенную с катодной секций электролизера, через промежуточный элемент (сборные железные шины).

Недостатками данного технического решения являются неразборность соединения и большое количество сварных швов разнородных металлов, повышающих переходное сопротивление. Кроме того, очевидны сложность самого соединения и его недостаточная технологичность.

Задача изобретения создание эффективного, простого и удобного в эксплуатации разборного соединения, обладающего малым переходным контактным сопротивлением.

Техническим результатом изобретения является уменьшение величины падения напряжения на участке "блюмс алюминиевая шина", высокая ремонтопригодность конструкции, увеличение срока службы.

Это достигается тем, что контактное соединение узла токоподвода катодной секции электролизера для производства алюминия содержит алюминиевую токоподводящую шину, соединенную с катодной секцией электролизера через промежуточный элемент и отличается тем, что токоподводящая шина выполнена в виде гибкого пакета алюминиевых полос, а промежуточный элемент выполнен в виде приваренного к токоподводящей шине наконечника, соединенного со стальным блюмсом катодной секции электролизера болтовым соединением, причем наконечник выполнен в виде биметаллической медно-алюминиевой пластины, медный слой которой контактирует с концевой частью блюмса, которая плакирована медью, а поперечное сечение наконечника выбрано равным поперечному сечению шины: причем отношение суммарной толщины слоев меди на блюмсе и биметаллическом наконечнике к толщине алюминиевой шины выбрано равным 0,01-0,02.

Благоприятное расположение границ соединения металлов в узле токоподвода и большая по сравнению с прототипом площадь контактирования обуславливает повышение надежности и снижение переходного электрического сопротивления, причем в предлагаемом решении значительно уменьшается количество сварочных работ. Кроме того, в предлагаемом соединении в отличие от известных в местах разъемных контактов сочленяются одноименные пары металлов, что обеспечивает возможность длительной эксплуатации в рабочих условиях.

На фиг. 1 приведен пример реализации заявляемого технического решения; на фиг. 2 результаты замера величины падения напряжения на участке "блюмс-алюминиевая шина".

Контактное соединение состоит из стального блюмса 1, помещаемого в ванну электролизера 2, концевая часть которого плакирована медью 3. Шина 4, представляющая собой гибкий пакет алюминиевых полос, присоединяется с помощью дуговой сварки к промежуточному элементу, изготовленному в виде наконечника 5 из биметалла алюминий-медь, поперечное сечение которого равно поперечному сечению шины 4, а соотношение толщины слоев меди на блюмсе 1 и биметаллическом медно-алюминиевом наконечнике 5 к толщине алюминиевой токоподводящей шины 4 равно 0,01-0,02.

Применение толщины медного слоя наконечника 5 и блюмса 1 менее 0,01 толщины алюминиевой шины 4 снижает надежность соединения за счет разрушения медного слоя при механической обработке. Применение плакирующих медных слоев толщиной более 0,02 толщины шины 4 приводит к удорожанию конструкции.

Для обеспечения надежного контакта между концевой частью блюмса 1 и медным слоем биметаллического наконечника 5 применяется болтовое соединение 6, обеспечивающее необходимое усилие прижатие деталей.

Токоподвод осуществляется от шинопровода 7 одновременно на несколько ванн. В дальнейшем ток проходит по алюминиевой токоподводящей шине 4 и поступает на приваренный к ней дуговой сваркой биметаллический наконечник 5. Граница соединения биметалла алюминий-медь наконечника 5 расположена перпендикулярно оси болтового соединения. Наконечник 5 устанавливается таким образом, что медный слой контактирует с концевой частью блюмса 1, которая плакирована медью, обеспечивая соединение однородных металлов. Блюмс 1 осуществляет токоподвод непосредственно в ванну электролизера.

После установки опытных образцов были проведены испытания, в ходе которых ежемесячно замерялась величина падения напряжения на участке "блюмс - алюминиевая шина". Для сравнения данных использовалось соединение-прототип. Результаты проведенных испытаний (фиг. 2) показывают, что использование биметаллического наконечника 5, осуществляющего контакт однородных металлов (медь-медь и алюминий-алюминий), позволяет в 2,4 раза снизить величину падения напряжения (кривая 1 на фиг. 2) на участке "блюмс алюминиевая шина" по сравнению с прототипом (кривая 2 на фиг. 2) и избежать коррозии металлов, что приводит к увеличению срока службы и значительной экономии электроэнергии при производстве алюминия.

Формула изобретения

1. Контактное соединение узла токоподвода к катодной секции электролизера для производства алюминия, содержащее алюминиевую токоподводящую шину, соединенную с катодной секцией электролизера через промежуточный элемент, отличающееся тем, что токоподводящая шина выполнена в виде гибкого пакета алюминиевых полос, а промежуточный элемент выполнен в виде приваренного к токоподводящей шине наконечника, соединенного со стальным блюмсом катодной секции электролизера болтовым соединением, причем наконечник выполнен в виде биметаллической медно-алюминиевой пластины, медный слой которой контактирует с концевой частью блюмса, которая плакирована медью, а поперечное сечение наконечника выбрано равным поперечному сечению шины.

2. Контактное соединение по п.1, отличающееся тем, что отношение суммарной толщины слоев меди на блюмсе и биметаллическом медно-алюминиевом наконечнике к толщине алюминиевой шины выбрано равным 0,01 0,02.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2