Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ МОНТАЖА КАТОДНОЙ СЕКЦИИ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА

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

Известен способ монтажа катодных секций алюминиевого электролизера (способ 1), при котором токопроводящие стержни закрепляются в пазах подовых углеродсодержащих блоков с помощью чугунной заливки /Справочник металлурга по цветным металлам. Производство алюминия. - М: Металлургия, 1971 г., с. 242-244/.

Недостатком данного способа является высокая вероятность образования трещин в стенках и углах подовых блоков, приводящих к разрушению блока, и, как следствие, увеличению электрического сопротивления и уменьшению срока службы электролизера. Риск образования трещин обусловлен более высоким температурным расширением при затвердевании соединения «чугун-сталь» по отношению к угольному блок), и при повторном нагреве он будет увеличен, при условии, если части были предварительно недостаточно или неправильно нагреты. Данный способ требует значительных капиталовложений и затрат, связанных с подготовкой чугуна к заливке, с поддержанием его температуры на уровне 1200-1250°C, а также предварительным нагревом катодного стержня до температуры его наибольшего теплового расширения - 500-600°C.

Известен способ соединения катодного стержня с подовым блоком точной подгонкой с учетом термического расширения стержня (способ 2) без заливки чугуном /J.J. Vadla, Light Metals (1984) 483, Pat. US 3369986 A. 1963/. Данный способ применяется крайне редко, так как требует очень гладкой поверхности паза подового блока и катодного стержня, а также жестких допусков по размеру. При этом необходимо обеспечить высокое контактное давление, поскольку для контактного сопротивления «углерод (графит) - сталь» характерно десятикратное увеличение при изменении давления от обычного атмосферного до 4,1 МПа. Небольшое несоответствие по ширине между блюмсом и пазом может стать результатом плохого электрического контакта или вызвать интенсивное образование трещин в блоке.

Известен способ заделки катодного стержня в паз подового блока с применением клеевой массы (способ 3). состоящей из клея, отвердителя и твердого наполнителя /J. Mittag. H. Friedli, E. Bernhauser and H. Krenn, Light Metals (1991) 759/.

Недостаток способа заключается в высокой токсичности используемых веществ типа фурана, а также более высоком контактном сопротивлении «подовый блок - катодный стержень» по сравнению с чугунной заливкой.

Наиболее близким к предлагаемого способу является монтаж катодной секции с использованием углеродистой пасты (способ 4) /патент РФ №2270889/. На поверхность паза подового блока наносят поверхностно-активное вещество, а затем слой углеродсодержащего материала. Катодный стержень устанавливают в паз углеродного блока на слой углеродсодержащего материала, после чего контакт «подовый блок - катодный стержень» уплотняют вибрацией или прессованием. Существенным недостатком способа является недостаточно надежный электромеханический контакт «блок-блюмс», что значительно усложняет процесс монтажа подины электролизера и транспортировку подовых секций.

Способ 4 взят в качестве прототипа по доминирующему признаку, определяемому типом применяемого материала для соединения подового блока и катодного стержня.

Целью предлагаемого способа является снижение удельного электрического сопротивления и увеличение механической прочности электрического контакта «блок-блюмс», повышение производительности монтажа подины электролизера и его срока службы.

Существенная новизна изобретения состоит в том, что катодный стержень перед укладкой в паз угольного блока предварительно очищают от оксидной пленки и подвергают ускоренному нагреву токами повышенной частоты с помощью индукционной установки до температуры, обеспечивающей частичное спекание электропроводной угольной пасты при контакте с металлическим стержнем.

Техническими результатами являются снижение удельного электрического сопротивления и увеличение механической прочности электрического контакта «блок-блюмс» за счет частичного спекания электропроводной угольной пасты при контакте с металлическим стержнем, нагретым до необходимой температуры.

Пример

В качестве углеродсодержащей пасты применяли массу холоднонабивную теплопроводную контактную МХТ-К. В качестве добавки ПАВ для обеспечения лучшего сцепления блока и катодного стержня использовали пасту на основе пека и термоантрацита. Паз подового блока перед нанесением ПАВ отчищали от пыли, на дно паза равномерно по всей длине наносили слой холоднонабивной массы.

Катодный стержень перед укладкой в паз очищали от оксидной пленки и нагревали токами повышенной частоты с помощью индукционной нагревательной установки мощностью 250 кВА в течение 5-8 мин до температуры 800-850°C. Температура катодного стержня в момент укладки в паз блока составляла 600-650°C. После укладки стержня в паз блока катодную секцию укрывали асбестовым картоном и выдерживали 15 мин до затвердевания углеродсодержащей пасты.

Контакт «блок-блюмс» собранной катодной секции обладал пониженным электросопротивлением и повышенной механической прочностью (таблица 1), что позволит снизить повреждения контакта «блок-блюмс» при транспортировке, повысить производительность монтажа подины электролизера и увеличить его срок службы.