Токоподвод для электролизёров алюминия и способ его изготовления

Изобретение относится к токоподводу электролизера для производства алюминия и способу его изготовления. Токоподвод содержит алюминиевую штангу и стальную траверсу, соединенные биметаллическим переходником, изготовленным сваркой взрывом, при этом в биметаллическом переходнике, имеющем плоскую границу раздела сталь - алюминий, выполнено конусно-цилиндрическое отверстие в центральной области, в котором размещена стальная заклепка для усиления соединения металлов. При этом конусная часть [3] расположена в алюминиевой части переходника и по высоте совпадает с ее толщиной, а цилиндрическая - в стальной, и по высоте совпадает с ее толщиной, максимальный диаметр конусной части заклепки превышает диаметр ее цилиндрической части на 40-60%. В способ изготовления переходника включают поэтапное плакирование стали алюминием перед соединением алюминиевой штанги и стальной траверсы и выполнение со стороны стальной части по центру цилиндрического отверстия на глубину, равную ее толщине, а в алюминиевой части аксиально выполняют конусное отверстие, в полученное конусно-цилиндрическое отверстие помещают стальную заклепку, совпадающую с ним по форме и размерам, подпрессовывают и фиксируют по торцу цилиндрической части. Обеспечивается упрощение конструкции сталь-алюминиевого переходника и изготовление токоподвода с одновременным увеличением его эксплуатационной надежности, долговечности и снижение потерь электроэнергии. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для обеспечения работы электролизеров по производству алюминия.

В работе электролизеров актуальной задачей является снижение потерь электроэнергии в силовых цепях технологического оборудования, например электролизеров для получения алюминия. Задача изготовления биметаллических сталь-алюминиевых переходников для анододержателей алюминиевого электролизера с обожженными анодами была решена с использованием сварки взрывом. Наиболее широко применимы анодные узлы, в конструкции которых используют биметаллические переходники прямоугольной формы, алюминиевые штанги, стальные траверсы.

Известен токоподвод к алюминиевым электролизерам (см. а.с. СССР 193731, МПК С25С 3/16, 1967 г.), состоящий из стальной и алюминиевой частей, соединенных между собой заливкой из алюминия. Недостатком данного токоподвода является то, что между заливкой и стальной частью токоподвода образуется слой интерметаллида с высоким удельным электрическим сопротивлением и малой механической прочностью.

Известен также токоподвод (см. патент Великобритании 1271770, МПК В23Р, 1972 г.), состоящий из стальной и алюминиевой частей, соединенных между собой сталь-алюминиевым биметаллическим переходником с плоской сварной поверхностью, изготовленной с помощью сварки взрывом.

Недостаток данного токоподвода в том, что в изготовленном с помощью сварки взрывом переходнике на границе сталь - алюминий также образуется слой интерметаллида с высоким электрическим сопротивлением, толщина которого из-за высокой температуры увеличивается в процессе эксплуатации электролизера. В результате токоподвод теряет электропроводность и механическую прочность на стыке сталь - алюминий, что может привести к разрушению токоподвода в процессе эксплуатации с созданием аварийной ситуации, влекущей за собой большие материальные потери.

Известен также токоподвод (см. патент РФ 2165482, МПК С25С 3/16, 2001 г.), состоящий из стальной и алюминиевой частей, соединенных между собой сталь-алюминиевым биметаллическим переходником, изготовленным сваркой взрывом, при этом в биметаллическом переходнике граница раздела сталь - алюминий имеет волнистую поверхность, образованную чередующимися ступенчатыми выступами со стороны стальной и алюминиевой частей переходника в виде "ласточкина хвоста", который принят за прототип.

В данном токоподводе сложная конфигурация ("ласточкин хвост") поверхностей сопрягаемых деталей не позволяет получить однородную и равномерную границу раздела стали и алюминия в переходнике, изготовленном с помощью сварки взрывом, что является существенным недостатком, а также представляет значительные технологические трудности получения формы "ласточкин хвост" на стальной поверхности.

Далее, повышая механическую прочность на разрыв по сравнению с другими способами соединения стали и алюминия в переходнике, такая форма способствует быстрому увеличению толщины слоя интерметаллида на границе при высокой температуре в процессе эксплуатации электролизера. Это, в свою очередь, влечет за собой увеличение электрического сопротивления и дополнительное возрастание температуры.

Предлагаемая конструкция токоподвода по сравнению с приведенным прототипом решает следующие задачи: повышение механической прочности на разрыв, снижение первоначальной толщины и скорости роста слоя интерметаллида, а следовательно, снижение удельного электрического сопротивления, уменьшение сложности изготовления.

Техническим результатом настоящих изобретений при решении поставленных задач является увеличение эксплуатационной надежности токоподвода, его долговечности и снижение потери электроэнергии за счет использования в токоподводе биметаллического сталь-алюминиевого переходника с плоской сварной границей раздела сталь - алюминий, усиленного механическим креплением стальной и алюминиевой частей с помощью стальной конусно-цилиндрической заклепки, которую размещают в отверстии переходника перед тем, как собрать токоподвод.

Предлагаемые изобретения поясняются графическими материалами.

На фиг. 1 изображен общий вид токоподвода для электролизеров алюминия.

На фиг. 2 изображен разрез биметаллического переходника на общем виде токоподвода на фиг. 1 (увеличено).

На фиг. 3 изображен разрез по А-А переходника на фиг. 2.

Фиг. 4а соответствует фотографии переходника со стороны алюминиевой части.

Фиг. 4б соответствует фотографии переходника со стороны стальной части со следами фиксации.

Конструкция токоподвода (см. фиг. 1, 2, 3) состоит из алюминиевой штанги 1 и стальной траверсы 2, соединенных между собой посредством биметаллического сталь-алюминиевого переходника 3. Переходник 3 (см. фиг. 1, 3) в центральной области снабжен стальной конусно-цилиндрической заклепкой 4. Конусная часть 5 заклепки 4 расположена в алюминиевой части 6 переходника 3 и по высоте совпадает с ее толщиной, а цилиндрическая часть 7 - в стальной части 8 переходника 3, и по высоте совпадает с ее толщиной, при этом максимальный диаметр 9 конусной части 5 заклепки 4 превышает диаметр ее цилиндрической части 7 на 40-60%, что обеспечивает надежное удерживание алюминиевой части конусной поверхностью заклепки.

Новизна способа изготовления данного токоподвода для электролизеров состоит в том (см. фиг. 1, 2, 3, 4а и 4б), что перед соединением алюминиевой штанги 1 и стальной траверсы 2 переходник 3 получают поэтапным плакированием стали алюминием и со стороны стальной части 8 по центру выполняют цилиндрическое отверстие 10, а в алюминиевой части 6 аксиально выполняют конусное отверстие 11. В полученное конусно-цилиндрическое отверстие помещают стальную заклепку 4, совпадающую с ним по форме и размерам, подпрессовывают и фиксируют по торцу 12 цилиндрической части 7.

При изготовлении токоподвода алюминиевую штангу 1 соединяют с алюминиевой частью биметаллического переходника посредством электросварки в среде аргона или с помощью сварки трением, а стальную траверсу токоподвода соединяют со стальной частью переходника с помощью электросварки.

В процессе эксплуатации электрический ток проходит последовательно через алюминиевую часть токоподвода, сварной шов алюминий - алюминий, контактную поверхность сталь - алюминий переходника, сварной шов сталь - сталь и стальную часть токоподвода.

Использование данного токоподвода исключает его механическое разрушение в зоне контакта сталь - алюминий при демонтаже и в процессе эксплуатации, увеличивает долговечность токоподвода и уменьшает потери электрической энергии по сравнению с используемыми в настоящее время токоподводами.

Пример конкретного исполнения.

Для изготовления токоподвода для электролизеров алюминия брали стальную (Ст3) квадратную пластину 200×200 мм толщиной 40 мм. На нее вначале плакировали алюминиевую (А5) пластину высотой 3 мм, затем на алюминиевую поверхность полученного биметалла плакировали таким же способом алюминиевую (А5) пластину высотой 15 мм. Это поэтапное изготовление биметаллического переходника дает возможность снизить требуемую мощность заряда ВВ, что приводит к существенному уменьшению толщины интерметаллида на границе сталь-алюминий. Необходимую высоту алюминиевого слоя (18 мм) в переходнике достигали при втором плакировании (алюминий на алюминий).

Полученный таким образом биметаллический переходник подвергали механической обработке: по центру в стальной части выполняли цилиндрическое отверстие, а в алюминиевой части по центру выполняли конусообразное отверстие (60°), совпадающее в нижней части по оси и по диаметру с отверстием в стальной части. Затем (см. фиг. 3) в полученное отверстие вставляли соответствующую по габаритам заклепку из стали (Ст3), которую по периметру торца приваривали электросваркой к стальной части переходника.

Токоподвод предложен для испытаний, давших положительный результат.

Изготовленный в КТФ ИГиЛ СО РАН переходник, показанный на фотографиях (см. фиг. 4а и 4б), подвергли отдельно испытаниям на растяжение на разрывной машине ЦДМ-100. Для крепления в ее захватах к стальной и алюминиевой поверхности переходного элемента были приварены электросваркой кронштейны (из стали Ст3 и сплава АД1, соответственно). При нагрузке Р=105 Н произошел разрыв по месту электросварки алюминиевой части переходника с кронштейном из сплава АД1. При этом сам переходник не разрушился.

1. Токоподвод электролизера для получения алюминия, содержащий алюминиевую штангу и стальную траверсу, соединенные биметаллическим сталь-алюминиевым переходником, изготовленным сваркой взрывом, с плоской границей раздела сталь-алюминий, отличающийся тем, что биметаллический переходник снабжен стальной конусно-цилиндрической заклепкой, расположенной в его центральной части, при этом конусная часть заклепки, высота которой равна ее толщине, расположена в алюминиевой части переходника, а цилиндрическая часть заклепки, высота которой равна ее толщине, - в стальной части переходника, причем ее высота равна ее толщине, при этом максимальный диаметр конусной части заклепки превышает диаметр ее цилиндрической части на 40-60%.

2. Способ изготовления токоподвода электролизера для получения алюминия, включающий соединение алюминиевой штанги и стальной траверсы с помощью биметаллического сталь-алюминиевого переходника, выполненного сваркой взрывом, отличающийся тем, что перед соединением алюминиевой штанги и стальной траверсы биметаллический переходник получают поэтапным плакированием стали алюминием и со стороны стальной части переходника выполняют цилиндрическое отверстие, а в алюминиевой части аксиально выполняют конусное отверстие, при этом в полученное конусно-цилиндрическое отверстие помещают и подпрессовывают стальную заклепку, а затем фиксируют ее по торцу цилиндрической части.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что поэтапное плакирование стального слоя выполняют алюминиевой пластиной толщиной от 1 до 4 мм и алюминиевой пластиной толщиной от 15 до 25 мм в центральной области.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройству для извлечения закорачивающего клина, вставленного между двумя проводниками для отключения электролизера в ряду электролизеров для получения алюминия.

Изобретение относится к органу перемещения соединителя анодного стержня с анодной рамой электролизера для производства алюминия электролизом расплава, имеющего два боковых пальца для взаимодействия с опорными крюками, жестко соединенными с упомянутой анодной рамой, и расположенными с обеих сторон анодного стержня для прижима анодного стержня к анодной раме.

Изобретение относится к токоподводу обожженного анода алюминиевого электролизера. Токоподвод содержит токоподводящую штангу, траверсу, удерживающую токоподводящие ниппели, обеспечивающую распределение электрического тока между ними, при этом токоподводящие ниппели выполнены в виде горизонтальных металлических пластин, размещенных в пазах в верхней части угольного блока, причем длина ниппеля составляет 0,6÷0,8 ширины угольного блока, ширина ниппеля составляет 0,1÷0,15 длины угольного блока, а общая высота ниппеля составляет 0,25÷0,3 высоты угольного блока, а высота участка ниппеля, не погруженного в угольный блок, составляет 0,5÷0,7 высоты ниппеля.

Изобретение относится к устройству и способу извлечения закорачивающего клина перед повторным включением временно отключенного электролизера в ряду электролизеров для получения алюминия, установленного между токоподводами катодных узлов временно отключенного и предшествующего ему электролизера.

Изобретение относится к области первичной металлургии цветных металлов, а именно электролитического получения алюминия, и может быть использовано при монтаже катодной секции алюминиевого электролизера.

Изобретение относится к ошиновке алюминиевого электролизера при продольном размещении электролизеров в серии. Ошиновка алюминиевого электролизера содержит анодные шины, соединенные с анодами посредством анодных стояков, катодные шины, компенсационный контур, имитационно-подпиточный контур, состоящий из шины контура для имитации магнитного поля соседнего ряда электролизеров и шины контура для компенсации влияния магнитного поля соседнего ряда электролизеров.

Изобретение относится к устройству для электрического соединения электролизеров для получения алюминия в серии последовательно соединенных электролизеров (N-1) и (N) способом Холла-Эру.

Изобретение относится к системе для извлечения клиновидных шунтов при подключении электролизной ванны при электролитическом производстве алюминия на электролизерах с применением технологии обожженных анодов.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия из криолит-глиноземных расплавов, и может быть использовано в конструкции токоотводов катодного устройства.

Изобретение относится к ошиновке последовательно соединенных электролизеров получения алюминия с продольным расположением в корпусе. Ошиновка содержит анодные шины, стояки и катодные стержни, разделенные на группы, каждая из которых соединена с отдельной катодной шиной.

Изобретение относится к электролизеру для электролитического производства алюминия. Электролизер содержит кожух с ванной электролита, имеющий нижнюю и боковую стенки, катод, установленный на нижней стенке, и средства для проведения электрического тока электролиза от одного электролизера к другому, соединенные с катодом и проходящие через боковую стенку кожуха на высоте зоны, расположенной между верхней поверхностью катода и верхним краем боковой стенки кожуха. Обеспечивается снижение тепловых потерь. 20 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к анодной ошиновке алюминиевых электролизеров с обожженными анодами при поперечном или продольном их расположении в корпусе. Ошиновка содержит шинопровод, состоящий из шин, образующих с помощью алюминиевых перемычек замкнутый контур и соединенных между собой поперечными стальными распорками, аноды, закрепленные с заданным шагом на шинах шинопровода с помощью зажимов. Шины в шинопроводе выполнены разной толщины, образуя при этом переменное сечение шинопровода по его длине с уменьшением сечения по направлению течения тока в шинопроводе, а толщина шины (b, мм) на определенной длине шинопровода, кратной шагу установленных на шинопроводе анодов, составляет: где: jcp - средняя плотность тока в шинопроводе, А/мм2; Н – высота шины, мм, Ii - сила тока, измеренная по направлению тока в сечении шины перед каждым анодом, закрепленным на данной шине, А; К - количество анодов, закрепленных на одной шине, шт.; при этом средняя плотность тока в шинопроводе составляет 0,2-0,8 А/мм2, а высота шины Н является постоянной величиной. Обеспечивается более эффективное использование токоведущих шин на электролизере, равномерное распределение тока по анодной ошиновке и снижение веса и расхода материала (алюминия) токоведущей конструкции. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к ошиновке алюминиевого электролизера большой мощности при поперечном расположении электролизеров в корпусе электролиза. Ошиновка содержит сборные и обводные катодные шины и спуски, установленные вдоль входной и выходной сторон катодного кожуха предыдущего электролизера, в которой анодная ошиновка последующего электролизера соединена с катодными шинами предыдущего электролизера посредством стояков, при этом каждый из пакетов катодных шин, огибающих торцы электролизера, передает 35-50% тока входной стороны. Ошиновка содержит ферромагнитный экран, выполненный в виде утолщенной продольной стенки катодного кожуха, размещенной между анодными стояками входной стороны электролизера и расплавом в электролизере, при этом ферромагнитный экран выполнен по высоте и длине больше проекции расплава на экран. Обеспечивается снижение негативного воздействия магнитного поля на расплав в электролизере. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в медной промышленности. Техническим результатом является обеспечение процесса наложения переменного тока на постоянный ток для электровыделения и электрорафинирования меди в промышленных аккумуляторных процессах. Система наложения переменного тока на постоянный, питающий группу аккумуляторов для электровыделения или электрорафинирования меди и других продуктов, характеризуется: (а) включением индуктора, подсоединяемого между терминалами двух последовательных промежуточных аккумуляторов из группы аккумуляторов, причем функции индуктора состоят в том, чтобы выступать в качестве фильтра для переменного тока и проводника для постоянного тока; (б) включением конденсатора, подсоединяемого параллельно исходному источнику постоянного тока, причем функции конденсатора состоят в том, чтобы выступать в качестве проводника для переменного тока и фильтра для постоянного тока; и (в) включением источника переменного тока, подсоединяемого к терминалам индуктора, установленного в промежуточной точке группы аккумуляторов. 4 н.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к токоподводу электролизера для производства алюминия и способу его изготовления. Токоподвод содержит алюминиевую штангу и стальную траверсу, соединенные биметаллическим переходником, изготовленным сваркой взрывом, при этом в биметаллическом переходнике, имеющем плоскую границу раздела сталь - алюминий, выполнено конусно-цилиндрическое отверстие в центральной области, в котором размещена стальная заклепка для усиления соединения металлов. При этом конусная часть [3] расположена в алюминиевой части переходника и по высоте совпадает с ее толщиной, а цилиндрическая - в стальной, и по высоте совпадает с ее толщиной, максимальный диаметр конусной части заклепки превышает диаметр ее цилиндрической части на 40-60. В способ изготовления переходника включают поэтапное плакирование стали алюминием перед соединением алюминиевой штанги и стальной траверсы и выполнение со стороны стальной части по центру цилиндрического отверстия на глубину, равную ее толщине, а в алюминиевой части аксиально выполняют конусное отверстие, в полученное конусно-цилиндрическое отверстие помещают стальную заклепку, совпадающую с ним по форме и размерам, подпрессовывают и фиксируют по торцу цилиндрической части. Обеспечивается упрощение конструкции сталь-алюминиевого переходника и изготовление токоподвода с одновременным увеличением его эксплуатационной надежности, долговечности и снижение потерь электроэнергии. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх