способ реставрации анодных штырей алюминиевых электролизеров

Формула изобретения

1. Способ реставрации нижней части стального анодного токоподводящего штыря электролизера с самообжигающимся анодом, включающий выполнение на нижней части штыря защитной оболочки из жаростойкого металла с наружными размерами, соответствующими первоначальной форме и размерам реставрируемой части анодного штыря, отличающийся тем, что нижнюю часть стального анодного токоподводящего штыря, извлеченного из самообжигающегося анода электролизера и имеющего температуру 600-950°C, устанавливают в литейную форму и выполняют на нем защитную оболочку путем заливки жидкого металла в литейную форму.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что реставрируемую часть анодного штыря перед установкой в литейную форму очищают.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве литейной формы используют опоку.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве литейной формы используют кокиль.

Описание изобретения к патенту

Способ относится к алюминиевой промышленности металлургии цветных металлов применительно к электролизерам с так называемыми анодами Зодерберга как с верхним, так и с боковым токоподводом (В.Т. и Б.Т.). Для формования анодов электролизеров используется нефтяной кокс, в составе которого присутствует элементарная сера, содержание которой даже для малосернистых коксов составляет 1,0-1,5% [Э.А.Янко, Д.Н.Воробьев. Производство анодной массы. М, «Металлургия», 1984, 102 с]. Стальные штыри взаимодействуют с этой серой с образованием в их поверхностном слое пирита FeS₂. Штыри периодически при достижении ими крайнего нижнего положения извлекаются из анодов, охлаждаются и подвергаются чистке. В процессе извлечения и охлаждения разогретые до 800-900°C нижние концы штырей взаимодействуют с кислородом воздуха с образованием оксида железа Fe₂O₃.

Во время раскручивания, извлечения, последующих охлаждения и чистки штыря сульфид и оксид железа удаляются с его поверхности, а штырь постепенно уменьшается по длине и диаметру в его нижней части. В связи с этим существует необходимость периодической реставрации штырей, в процессе которой изношенный нижний конец штыря обрезается, а вместо него приваривается наконечник из той же стали.

Объем работ по реставрации штырей в связи с использованием сернистых нефтяных коксов резко возрос.Так в условиях Братского алюминиевого завода, например, используется около 170000 штырей и при межремонтном «пробеге» их около 4 лет ежегодно должно реставрироваться 42500 таких токоподводов при массе каждого около 150 кг. Проблема, таким образом, весьма актуальна.

Известны решения, по которым нижний конец штыря выполняется из жаростойкой стали [A.M.Цыплаков и др. Авт. св. СССР № 673671 от 18.07.1979 г.; А.И.Бегунов, А.А.Бегунов. Заявка на изобретение № 2000130486/02 от 06.12.2000. Опубл. 10.12.2002]. Однако, применение жаростойкой стали в массовом производстве экономически не оправдывается. К тому же защиты требует штырь не по всему его горизонтальному сечению, а только в поверхностном слое. Поэтому существуют и такие решения, по которым из жаростойкой стали выполняется только поверхностный слой штыря при горячей посадке такой защитной оболочки на штырь с помощью шлицевых соединений [А.И.Бегунов. Заявка на изобретение № 2006103756/02 от 09.02.2006. Опубл. 20.08.2007].

Последнее решение по своей сути наиболее близко к заявляемому изобретению и может быть принято за прототип.

Недостатком прототипа является недостаточная надежность электрического контакта соприкасаемых поверхностей при эксплуатации штырей, а также сложность технологий горячей посадки и изготовления шлицевых соединений.

Заявляемое изобретение направлено на создание наименее трудоемкой, менее затратной и более эффективной технологии реставрации анодных штырей алюминиевых электролизеров.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в сохранении электропроводности штырей и увеличении межремонтного пробега штырей за счет более высокого качества сцепления жаростойкого сплава с бугорчатой поверхностью малоуглеродистой стали реставрируемого штыря.

Технический результат достигается тем, что в способе реставрации нижней части стального анодного тококоподводящего штыря электролизера с самообжигающимся анодом, включающем выполнение на нижней части штыря защитной оболочки из жаростойкого металла с наружными размерами, соответствующими первоначальной форме и размерам реставрируемой части анодного штыря, согласно изобретению, нижнюю часть стального анодного токоподводящего штыря, извлеченного из самообжигающегося анода электролизера и имеющего температуру 600-950°C, устанавливают в литейную форму и выполняют на нем защитную оболочку путем заливки жидкого металла в литейную форму.

Технический результат достигается также тем, что реставрируемую часть анодного штыря перед установкой в литейную форму очищают, а в качестве литейной формы используют опоку или кокиль.

Сущность заявленного изобретения заключается в том, что штырь с изношенным наконечником восстанавливают до проектных размеров с заливкой его в литейной форме-опоке ферро-хромом, свойства жаростойкости которого значительно выше соответствующих характеристик малоуглеродистой стали, используемой для изготовления штырей. Нижнюю часть стального анодного токоподводящего штыря, извлеченного из самообжигающегося анода электролизера и имеющего температуру 600-950°C, устанавливают в литейную форму и выполняют на нем защитную оболочку, восстанавливая его первоначальные форму и размеры, путем заливки жидкого жаростойкого металла. В качестве такого сплава предлагается использовать феррохром, как наиболее дешевый материал из стойких по отношению к сере, содержащейся в анодной массе. Нижний предел температуры в 600°C определен с учетом того, что разогретый штырь сразу после его извлечения из анода может быть направлен на реставрацию, что приведет к некоторому его охлаждению за время транспортировки.

Верхний предел в 950°C отвечает рабочей температуре штыря сразу после его извлечения из анода.

Горячий штырь направляется на реставрацию без чистки, но проходит ее при предыдущем извлечении из анода, когда и принимается решение о реставрации с пометкой на головке штыря, например, окрашиванием ее в красный цвет.

На Фиг.1 показана схема установки для реставрации штыря. Здесь 1 - цилиндрическая часть штыря; 2 - шпилька (захват); 3 - опора для подвешивания штыря; 4 - конусная часть штыря; 5 - реставрируемая часть штыря; 6 - литейная опока; 7 - слой феррохрома; 8 - летниковая часть опоки.

Способ осуществляется следующим образом.

Нижнюю часть стального анодного токоподводящего штыря, извлеченного из самообжигающегося анода электролизера и имеющего температуру 600-950°C, устанавливают в литейную форму и выполняют на нем защитную оболочку, восстанавливая его первоначальные форму и размеры, путем заливки жидкого жаростойкого металла. В качестве жаростойкого металла для изготовления оболочки используют сплав, например феррохром. В качестве литейной формы используют опоку.

Стрелкой на Фиг.1 показано направление заливки жаростойкого сплава. В процессе формирования опоки используют деревянные или металлические модели-шаблоны, отвечающие проектным размерам и форме штыря. Эти модели удаляются перед заливкой жаростойкого сплава. Применение кокиля позволит проводить многократные заливки с сокращением времени, необходимого для подготовки опоки.

Возможность осуществления изобретения подтверждается тем, что заливка чугуном катодных стержней осуществляется на алюминиевых заводах повсеместно. Восстановление формы и размеров анодных штырей с использованием технологии литья представляется естественным и легко осуществимым.

В изобретении-прототипе изготовление шлицов и техника горячей посадки сложны и дороги по сравнению с заливкой жаростойкого сплава на реставрируемый штырь. При этом изношенную часть штыря не следует обрезать, она представляет собой сталь с бугорчатой, весьма неровной поверхностью, что обеспечивает высокое качество сцепления жаростойкого сплава с малоуглеродистой сталью штыря. Техника и технология литья в опоки хорошо отработаны и надежны.