Катодный блок электролизера

Катодный блок электролизера

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О Л И С А Н И Е (») 546666

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 20,02.75 (21) 2106609/01 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликована 15.02.77. Бюллетень № 6

Дата опубликования описания 28.04.77 (51) М Кл з С 25С 3/08

Государственный квинтет

Совета Миннстрае СССР (53) УДК 669.713.7 (088.8) по аелам изобретений н открытий (72) Авторы изобретения

М. М. Бровко и С. И. Онищенко (71) Заявитель (54) КАТОДНЪ|Й БЛОК ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА

Изобретение относится к области электролитического получения металлов, например алюминия, из расплавленных сред.

Известен катодный блок электролизера, содержащий токоподводящую штангу, на которой с помощью узла крепления, включающего переходный винт, закреплен катод.

Переходный винт фиксирующими выступами входит в гнездо угольного катода, а резьбовой частью ввинчен в токоподводящую штангу. Зазор между гнездом и переходным винтом залит расплавленным чугуном. Несмотря на наличие сварного контакта угольного катода со стальным переходным винтом, из-за разных значений коэффициентов термических расширений их материалов и термоциклирования при эксплуатации происходит нарушение электрического контакта на границе чугун — углерод и катодный блок выходит из строя. Переходный винт известного катодного блока выходит из строя вместе с катодом и не подлежит дальнейшему использованию.

Предложенный катодный блок отличается тем, что узел крепления выполнен в виде обоймы с коническим посадочным гнездом, в котором установлен и закреплен катод, а в

-.îðöåâûõ, обращенных одна к другой частях переходного винта и катода помещена вставка из материала с большим коэффициентом термического расширения, чем у материала обоймы, катода и переходного винта.

Указанные отличия обеспечивают повышение срока службы катодного блока за счет

5 увеличения надежности электрического контакта.

С целью упрощения операции замены катода в посадочном гнезде обоймы и на посадочной части катода по цилиндрическим об10 разующим, параллельным осп катодного бло.ка, могут быть выполнены взаимно-сопряженные шлицы.

С целью обеспечения высокой коррозионной стойкости катода в электролите, уменьшения

15 сцепления осаждаемого материала с материалом катода и повышения чистоты получаемых металлов катод выполнен из карбида кремния.

В предлагаемом катодном блоке для соз20 дания надежного электрического контакта между,катодом и обоймой изменены условия работы посадочной части катода так, что усилия растяжения, обычно действующие в аналогичных узлах известных электролизеров, замене25 ны усилиями сжатия благодаря сопряжению катода с обоймой по конической образующей, что наиболее приемлемо для материалов катода и обоймы. При работе сопряженные конические части катода и обоймы с повышени546666

65 ем температуры удлиняются на разные величины из-за разных значений коэффициентов термических расширений их материалов.

Причем, удлинение обоймы всегда больше, чем катода, так как ее обычно изготавливают из металла с коэффициентом термического расширения с = (10 — 20) ° 10 — 1/град, а катод — из углерода или других керамических материалов с а= (2 — 7) ° 10 — 1/град, стойких в электролитах. В результате этого в известных электролизерах предварительное усилие прижатия катода к обойме, созданное переходным винтом, уменьшится, а электрический контакт между ними ухудшится. В предлагаемом катодном блоке в торцевых, обращенных одна к другой частях переходного винта и катода помещена вставка из материала с большим коэффициентом термического расширения, чем у материалов обоймы, катода и переходного винта, которая, удлиняясь с повышением температуры, компенсирует разницу удлинений конических частей катода и обоймы, чем сохраняет необходимое усилие прижатия катода к обойме. Длину вставки выбирают такой, чтобы разность между термическими приращениями длин материала вставки и участков материалов, через которые она проходит, была равна или больше разности между термическими приращениями длин конических частей материалов катода и обоймы.

На фиг. 1 показан предлагаемый катодный блок электролизера, общий вид; на фиг. 2 показана часть катодного блока, в котором на посадочных поверхностях катода и обоймы выполнены взаимно-сопряженные шлицы; на фиг. 3 — 5 показаны соответственно сечения по А — А, Б — Б, и  — В конической части катодного блока, приведенного на фиг. 2, для положения катода в обойме перед поворотом его вокруг своей оси до совпадения конических поверхностей посадочной части катода и гнезда обоймы; на фиг. б — 8 — соответственно сечения по А — А, Б — Б и  — В конической части катодного блока, приведенного на фиг.

2, для положения катода в обойме после поворота его вокруг своей оси при совпадении конических поверхностей посадочной части катода и гнезда обоймы.

Катодный блок электролизера содержит токоподводящую штангу 1, к которой с помощью узла крепления закреплен катод 2 из карбида кремния или графита. В узел крепления входит переходный винт 3 и обойма 4.

Переходный винт одним концом ввинчен в резьбовое отверстие 5 то коподводящей штанги, а другим — в резьбовую часть б сквозного отверстия обоймы. Сквозное отверстие обоймы имеет конический участок 7, который является посадочным гнездом для установки в нем катода, имеющего коническую посадочную часть 8. На конических сопрягаемых уча"тках обоймы и катода для упрощения операции замены катода могут быть выполнены по образующим, параллельным оси катодного

50 блока, взаимно-сопряженные шлицы. Установленный в обойме катод фиксируется переходным винтом с контргайкой 9. В изготовленном катодном блоке детали были выполнены из следующих материалов: обойма, переходный винт и контргайка из жаропрочной стали марки ЭИ б07; токоподводящая штанга — из стали марки Х18Н10Т. В торцевых, обращенных одна к другой частях переходного винта и катода помещена вставка 10 из материала с большим коэффициентом термического расширения, чем у материалов катода, обоймы и переходного винта (в опытном образце она изготовлена из стали марки ЭИ 481, а=

=22,2 10 — 1/град; для стали ЭИ б07 а=

15,8 10 — 1/град.

Взаимно-сопряженные шлицы посадочных частей обоймы и катода облегчают замену катода, позволяя вводить и выводить катод из обоймы без полной разборки катодного блока. При этом замена катода происходит следующим образом. На 2 — 3 шага резьбы навинчивают на переходный винт контргайку и свинчивают с него на 2 — 3 шага резьбы обойму, затем постукиванием по торцу катода ослабляют его в гнезде обоймы, после этого поворачивают катод вокруг его оси до совпадения шлицевых выступов на посадочной части катода со шлицевыми впадинами в гнезде обоймы и движением в противоположном направлении от торца переходного винта вынимают катод из обоймы. При установке катода все операции чередуются в обратном порядке.

Для обеспечения высокой коррозионной стойкости катода в электролите, уменьшения сцепления осаждаемого материала с материалом катода и повышения чистоты получаемых металлов катод изготовляют из карбида кремния. Карбид кремния химически нейтрален при высоких температурах в контакте со многими электролитами, поэтому катоды из него имеют значительно больший срок службы, чем графитовые, и не вносят загрязнения в катодный осадок.

Использование изобретения позволит значительно повысить срок службы катодных блоков, применять катоды из высокотемпературных электропроводных керамических материалов, устойчивых в агрессивных средах электролитов.

Формула изобретения

1. Катодный блок электролизера, содержащий токоподводящую штангу, на которой с помощью узла крепления, включающего переходный винт, закреплен катод, отл ич а юшийся тем, что, с целью повышения срока службы катодного блока за счет увеличения надежности электрического контакта, узел крепления выполнен в виде обоймы с коническим посадочным гнездом, в котором установлен и закреплен катод, а в торцевых, обращенных одна к другой частях переходного

546666 фиг. 2

g èã.1 винта и катода помещена вставка из материала с большим коэффициентом термического расширения, чем у материалов обоймы, катода и переходного винта.

2. Катодный блок по п. 1, отл и ч а ю щи йс я тем, что, с целью упрощения операции замены катода, в посадочном гнезде обоймы и на посадочной части катода по цилиндрическим образующим, параллельным оси катодного блока, выполнены взаимно-сопряженные гнлицы.

8. Катодный блок по пп. 1 и 2, о тл и ч а ющи и ся тем, что, с целью обеспечения высо5 кой коррозионной стойкости катода в электролите, уменьшения сцепления осаждаемого материала с материалом катода и повышения чистоты получаемых металлов, катод выполнен из карбида кремния.

546666

Puz 5

Уиг. 7 фиг. 5

Составитель М. Лобова

Техред А. Галахова

Корректор Н. Аук

Редактор E. Хорина

Типография, пр Сапунова, 2

Заказ 442/9 Изд. № 234 Тираня 499 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5