[go: up one dir, main page]

WO2014065703A1 - Катодная секция алюминиевого электролизера - Google Patents

Катодная секция алюминиевого электролизера Download PDF

Info

Publication number
WO2014065703A1
WO2014065703A1 PCT/RU2013/000584 RU2013000584W WO2014065703A1 WO 2014065703 A1 WO2014065703 A1 WO 2014065703A1 RU 2013000584 W RU2013000584 W RU 2013000584W WO 2014065703 A1 WO2014065703 A1 WO 2014065703A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cathode
current
section
electrically conductive
rod
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/RU2013/000584
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Геннадий Викторович АРХИПОВ
Евгений Рашидович ШАЙДУЛИН
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rusal Engineering and Technological Center LLC
Original Assignee
Rusal Engineering and Technological Center LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rusal Engineering and Technological Center LLC filed Critical Rusal Engineering and Technological Center LLC
Publication of WO2014065703A1 publication Critical patent/WO2014065703A1/ru
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/16—Electric current supply devices, e.g. bus bars

Definitions

  • 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.
  • 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.
  • 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, and the part of the rod located under the anode is made of copper, and the outer part is from steel (patent SU 1260412, microliters C 25 C 3/08, 1986).
  • the copper part of the cathode current-carrying rod does not have a continuous protective sheath that impedes the access of air and oxidation of copper at high temperatures, in addition, the strength of copper decreases significantly with increasing temperature. 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.
  • Another disadvantage of the invention is the difficulties arising in the creation of 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 high temperature of the area of the connection of copper and steel, do not allow to obtain a good connection.
  • cathode 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 RUN ° 2239007).
  • the main disadvantages of the known invention include technological difficulties in the manufacture of the 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 is required into a steel current-carrying rod, which causes difficulties in ensuring good electrical contact at a temperature of todnogo rod ⁇ 850 ⁇ 960 ° C.
  • 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.
  • 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 low electrical contact resistance between a cathodic current-carrying rod and an electrically conductive insert with high electrical conductivity along the entire length of the cathodic current-carrying rod.
  • an electrically conductive the part is made in the form of an insert of individual elements fastened together with a gap and installed on one external erhnost or more external surfaces of the cathode current conducting core through a layer of iron casting.
  • the proposed design is complemented by private distinctive features that contribute to the improvement of the specified technical result.
  • Individual elements of the insert can be made round, rectangular or other type of section.
  • the inserts can be installed in lengths from 10% to 100% of the length of the cathode current-carrying rod.
  • 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 mounted on one external surface or several external surfaces of the cathode current-carrying rod 2 in length from 10% to 100% cathodic current-carrying rod through cast iron casting layer 4.
  • Separate insert elements 3 are made of round, rectangular or other type of section.
  • This design can be used both with preliminary heating of the cathode section, and without preliminary heating of the cathode section.
  • 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:
  • 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 ° ⁇ .
  • - target heating temperature of the cathode rods is 500 ° C.
  • the conductive inserts 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 ° ⁇ .
  • the cooling of this design is done naturally without the use of additional cooling.
  • 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 Fig.Z.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к производству алюминия электролизом расплавленных солей, в частности, к конструкции катодной секции алюминиевого электролизера. Катодная секция алюминиевого электролизера включает 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. Электропроводная часть выполнена в виде вставки из отдельных элементов, скрепленных между собой с зазором и установленной на одну внешнюю поверхность или несколько внешних поверхностей катодного токоведущего стержня, через слой заливки чугуна. Отдельные элементы вставки могут быть выполнены круглого или прямоугольного или другого типа сечения. Вставки могут быть установлены по длине от 10% до 100% длины катодного токоведущего стержня. Данная катодная секция уменьшает перепад напряжения в катодном блоке. При этом обеспечивается низкое электрическое контактное сопротивление между катодным токоведущем стержнем и электропроводным вкладышем с высокой удельной электропроводностью по всей длине катодного токоведущего стержня.

Description

КАТОДНАЯ СЕКЦИЯ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА
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. С 25 С 3/08, 1986г.).
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 J4« 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 RUN°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 и 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.
г
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.З.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Катодная секция алюминиевого электролизера, включающая катодный углеродный блок, катодный токоведущий стержень, снабженный электропроводной частью из материала с высокой удельной электропроводностью, установленные во внутренней полости катодного углеродного блока и закрепленные в нем с помощью чугунной заливки, отличающаяся тем, что электропроводная часть выполнена в виде вставки из отдельных элементов, скрепленных между собой с зазором и установленной на одну внешнюю поверхность или несколько внешних поверхностей катодного токоведущего стержня, через слой заливки чугуна.
2. Катодная секция по п.1, отличающаяся тем, что отдельные элементы вставки выполнены круглого, прямоугольного или другого типа сечения.
3. Катодная секция по п.1, отличающаяся тем, что вставки установлены по длине от 10% до 100% длины катодного токоведущего стержня.
PCT/RU2013/000584 2012-10-25 2013-07-09 Катодная секция алюминиевого электролизера Ceased WO2014065703A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012145685/02A RU2510818C1 (ru) 2012-10-25 2012-10-25 Катодная секция алюминиевого электролизера
RU2012145685 2012-10-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014065703A1 true WO2014065703A1 (ru) 2014-05-01

Family

ID=50437655

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2013/000584 Ceased WO2014065703A1 (ru) 2012-10-25 2013-07-09 Катодная секция алюминиевого электролизера

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2510818C1 (ru)
WO (1) WO2014065703A1 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4110179A (en) * 1976-05-13 1978-08-29 Swiss Aluminium Ltd. Process and device for the production of aluminium by the electrolysis of a molten charge
RU2239007C2 (ru) * 1999-10-13 2004-10-27 Алкоа Инк. Катодный коллекторный стержень для улучшения теплового баланса
RU2321685C1 (ru) * 2006-06-08 2008-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "Русская инжиниринговая компания" Устройство для дозированной подачи сырья в алюминиевый электролизер

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2285754C1 (ru) * 2005-03-29 2006-10-20 Общество с ограниченной ответственностью "Инженерно-технологический центр" Катодная секция алюминиевого электролизера
RU2303654C2 (ru) * 2005-10-07 2007-07-27 Общество с ограниченной ответственностью "Русская инжиниринговая компания" Способ монтажа катодной секции
PL1845174T3 (pl) * 2006-04-13 2011-10-31 Sgl Carbon Se Katody do aluminiowego ogniwa elektrolitycznego o niepłaskiej konstrukcji szczeliny
RU2348743C2 (ru) * 2007-03-15 2009-03-10 Общество с ограниченной ответственностью "Русская инжиниринговая компания" Катодный токоведущий стержень алюминиевого электролизера

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4110179A (en) * 1976-05-13 1978-08-29 Swiss Aluminium Ltd. Process and device for the production of aluminium by the electrolysis of a molten charge
RU2239007C2 (ru) * 1999-10-13 2004-10-27 Алкоа Инк. Катодный коллекторный стержень для улучшения теплового баланса
RU2321685C1 (ru) * 2006-06-08 2008-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "Русская инжиниринговая компания" Устройство для дозированной подачи сырья в алюминиевый электролизер

Also Published As

Publication number Publication date
RU2510818C1 (ru) 2014-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2449058C2 (ru) Электролизер для производства алюминия, содержащий средства для уменьшения падения напряжения
CA2964835C (en) Cathode current collector for a hall-heroult cell
NO315090B1 (no) Anordninger for å före ström til eller fra elektrodene i elektrolyseceller,fremgangsmåter for fremstilling derav, samt elektrolysecelle forfremstilling av aluminium ved elektrolyse av alumina löst i en smeltetelektrolytt
HU195261B (en) Carbon anode for electrolytic cell for producing aluminium
JP2022016478A (ja) ホール・エルーセルのカソード集電体／コネクタ
RU2494174C2 (ru) Составной токоотводящий стержень
RU2348743C2 (ru) Катодный токоведущий стержень алюминиевого электролизера
RU2510818C1 (ru) Катодная секция алюминиевого электролизера
RU2727441C1 (ru) Катодный блок с пазом особой геометрической формы
AU2019235250B2 (en) Cathode elements for a Hall-Heroult cell for aluminium production and a cell of this type having such elements installed
Kaenel et al. Copper Bars For The Hall‐HÉRoult Process
RU2401887C1 (ru) Катодное устройство алюминиевого электролизера
US10920329B2 (en) Anode assembly for aluminum electrolysis cells and method for manufacturing anode assemblies
JP2013537938A (ja) 電解セル用のカソード
WO2017168310A1 (en) Cathode block with copper-aluminium insert for electrolytic cell suitable for the hall-héroult process
JP2016520720A (ja) 多様な深さを持つ溝と充填された中間スペースとを備えるカソードブロック
RU143915U1 (ru) Нерасходуемый электрод для электрошлаковой печи
RU104685U1 (ru) Контактная щека дуговой электропечи
RU2290456C1 (ru) Электроконтактное соединение магниевого электролизера
RU2290459C1 (ru) Электроконтактный узел электролизера для получения магния
CN101314858A (zh) 电流母线
BR112020015021B1 (pt) Elemento catódico, e, célula de eletrólise do tipo hall-héroult
NZ714551A (en) Low resistance electrode assemblies for production of metals
HK1126826A (zh) 电流母线

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13849413

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13849413

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1