Катодный блок электролизера

О Л И С А Н И Е п 1) 546666ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Саюэ Советских Социалистических Республик61) Дополнительное к авт. свид-ву22) Заявлено 20,02.75 (21) 2106609/01с присоединением заявки1)М.Клз С 25 С 308 Государственный кавите Совета Министров СССРта опубликования описания 28,04.7 вторыобретен М. М. Бровко и С. И. Онищ(54) КА ЪЙ 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 резь- бовой 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 торцевых, обращенных одна к другой частях переходного винта и катода помещена вставка из материала с большим коэффициентом термического расширения, чем у материалаобоймы, катода и переходного винта.Указанные отличия обеспечивают повышение срока службы катодного блока за счет5 увеличения надежности электрического контакта.С целью упрощения операции замены катода в посадочном гнезде обоймы и на посадочной части катода по цилиндрическим об 10 разующим, параллельным осп катодного блока, могут быть выполнены взаимно-сопряженные шлицы.С целью обеспечения высокой коррозионнойстойкости катода в электролите, уменьшения15 сцепления осаждаемого материала с материалом катода и повышения чистоты получаемых металлов катод выполнен из карбидакремния,В предлагаемом катодном блоке для соз 20 дания надежного электрического контакта между,катодом и обоймой изменены условия работы посадочной части катода так, что усилиярастяжения, обычно действующие в аналогичных узлах известных электролизеров, замене 25 ны усилиями сжатия благодаря сопряжениюкатода с обоймой по конической образующей,что наиболее приемлемо для материалов катода и обоймы. При работе сопряженные конические части катода и обоймы с повышени 54666655 60 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 сс= (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 - 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 - 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 токоподводящей 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 участках обоймы и катода для упрощения опера. ции замены катода могут быть выполнены по образующим, параллельным оси катодного 10 15 20 2 5 30 35 40 45 50 4блока, 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 б 07; токоподводящая штанга - из стали марки Х 18 Н 10 Т. 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= =22,210 -1/град; для стали ЭИ б 07 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 выни. мают 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, содержа. щий токоподводящую штангу, на которой с помощью узла крепления, включающего переходный винт, закреплен катод, отл ич а ющ и й с я 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 переходного546666 Уиг 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, отлича ющийс 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.Я. Катодный блок по пп. 1 и 2, о тл и ч а ющи й ся тем, что, с целью обеспечения высо кой коррозионной стойкости катода в электролите, уменьшения сцепления осаждаемого материала с материалом катода и повышения чистоты получаемых металлов, катод выполнен из карбида кремния.546666 Уиа Составитель М. ЛобоваРедактор Е. Хорина Техред А. Галахова Корректор Н. Подписноев СССР Типография, пр. Сапунова, 2 каз 442/9 Изд.234 ЦНИИПИ Государственного комитет по делам изобретений 113035, Москва, 7 К, Рау