Результат интеллектуальной деятельности: ТОКОПОДВОД ОБОЖЖЕННОГО АНОДА АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству алюминия электролитическим способом, и может быть использовано в промышленных электролизерах.

Известно устройство для подвода тока к обожженному аноду алюминиевого электролизера (А.с. СССР №412292 от 28.04.1972, опубл. 25.01.1974), в котором металлический ниппель в своей нижней части выполнен в виде усеченного конуса и снабжен вертикальными компенсационными прорезями, причем конусная часть металлического ниппеля закреплена в теле анода при его прессовании.

Недостатками известного устройства являются: малая площадь контакта угольной части анода с металлическим ниппелем и связанный с этим рост сопротивления последнего.

Известен анодный токоподвод для алюминиевого электролизера (А.с. №537130, от 10.02.1975, опубл. 20.11.1976), имеющий стержень, выполненный из алюминиевого порошка или пудры и снабженный токоотводами, расположенными под углом к оси токоподвода.

Недостатки известного токоподвода: сложность устройства разветвленного токоподвода в сформированном угольном блоке, уменьшение площади контакта токоподвода и угольного блока по мере сгорания последнего и связанный с этим рост сопротивления контакта «ниппель - анод».

Целью настоящего изобретения является снижение электрического сопротивления контакта «ниппель - анод», за счет увеличения площади электрического контакта между анододержателем и телом анода.

Поставленная цель достигается тем, что токоподводящие ниппели выполнены в виде горизонтальных металлических пластин, размещенных в пазах в верхней части угольного блока, при этом длина ниппеля b₁ составляет 0,6÷0,8 ширины В угольного блока, ширина ниппеля b₂ составляет 0,1÷0,15 длины L угольного блока, а общая высота ниппеля h₁ составляет 0,25÷0,3 высоты угольного блока Н, при этом высота h₂ участка ниппеля, не погруженного в угольный блок, составляет 0,5÷0,7 высоты ниппеля h₁.

Количество ниппелей, зависит от габаритов угольных блоков, эксплуатируемых в электролизерах различной силы тока, от 120 до 520 кА.

Выполнение ниппелей в виде пластин обусловлено необходимостью увеличения площади контакта «ниппель - угольный блок», снижения электрического сопротивления и плотности тока в данном узле. Например, площадь контакта круглого ниппеля диаметром 140-180 мм, при погружении в угольный блок на глубину 100-130 мм, составляет около 440-740 см². Площадь контакта металлической пластины шириной 140-180 мм и длиной 400÷600 мм, при погружении в угольный блок на глубину 80÷100 мм, составляет от 860 до 1560 см². Таким образом, применение пластин обеспечивает увеличение площади контакта в 2÷2,2 раза и более.

Отношение длины ниппеля b₁ к ширине угольного блока в пределах (0,6÷0,8):1 выбрано из следующих соображений. Увеличение длины ниппеля выше указанных пределов создает риск их окисления под воздействием электролита по мере сгорания угольного блока и увеличения поступления железа в электролит. Воздействие электролита ускоряет износ ниппеля и снижает качество производимого алюминия. Уменьшение длины ниппеля ниже указанных пределов снизит площадь контакта «ниппель - угольный блок» и увеличит электрическое сопротивление и плотность тока в этом узле.

Отношение ширины ниппеля b₂ к длине угольного блока L в пределах (0,1÷0,15):1 обусловлено стремлением обеспечить достаточную площадь контакта «ниппель - угольный блок», а также зазор между пазами в угольном блоке, достаточный для сохранения прочностных характеристик последнего. Увеличение ширины ниппеля выше указанных пределов уменьшит зазоры между смежными пазами, следовательно, ослабит прочность угольного блока. Уменьшение ширины ниппеля менее указанных пределов сократит площадь контакта «ниппель - угольный блок».

Отношение общей высоты ниппеля h₁ к высоте Н угольного блока в пределах (0,25÷0,3):1 и отношение высоты h₂ участка ниппеля, не погруженного в угольный блок, к общей высоте ниппеля h₁ в пределах (0,5÷0,7):1, обосновывается необходимостью увеличения цикла замены анода, снижения массы анодного огарка, извлекаемого из электролизера и обеспечения отвода тепла от угольного блока в количестве, обеспечивающем стабильный тепловой баланс электролизера. Увеличение общей высоты ниппеля h₁ выше указанных пределов вызовет необходимость более глубокого его погружения в угольный блок, что приведет к более частой замене анодов, по мере сгорания угольного блока до ниппеля, а также увеличит массу анодного огарка, извлекаемого из электролизера. Уменьшение общей высоты ниппеля h₁ ниже указанных пределов снизит площадь его контакта с угольным блоком и приведет к увеличению электрического сопротивления и плотности тока в узле «ниппель - угольный блок». Увеличение высоты h₂ ниппеля, не погруженного в угольный блок, выше указанных пределов увеличит массу ниппеля и интенсифицирует отвод тепла от электролита до уровня, способного нарушить тепловой баланс электролизера. Уменьшение высоты h₂ участка ниппеля, не погруженного в угольный блок, ниже указанных пределов, также способно нарушить тепловой баланс электролизера. В этом случае толщина слоя укрывного материала, защищающего угольный блок от окисления, может оказаться выше высоты h₂ участка, не погруженного в угольный блок.

Конструкция заявляемого токоподвода поясняется графически. На фиг. 1 изображен вид сверху анода и токоподвода, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Токоподвод включает токоподводящую штангу 1, траверсу 2, ниппель 3 и угольный блок 4 с пазами 5.

Заявляемый токоподвод работает следующим образом. Электрический ток от ошиновки электролизера (на чертежах не показана) поступает в верхнюю часть токоподводящей штанги 1 и далее, через траверсу 2 и ниппели 3, в угольный блок 4. При прохождении через контакт «ниппель - угольный блок», ток преодолевает сопротивление в 1,5-2 раза ниже, чем при прохождении через «традиционный» круглый ниппель, в связи с параметрами нипеля. Соответственно, падение напряжения также в 1,5-2 раза ниже и составляют 45-60 мВ против 90 мВ в «традиционном» узле.

Преимуществами заявляемого токоподвода являются снижение потерь напряжения в контакте «ниппель - угольный блок» на 45-60 мВ, сокращение удельного расхода электроэнергии на 140-190 кВт·ч/т Аl, увеличение цикла замены анода на 1-2 суток, снижение массы анодного огарка, извлекаемого из электролизера на 50-100 кг.