Способ реставрации анодных штырей алюминиевых электролизеров


 


Владельцы патента RU 2500501:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "ИрГТУ") (RU)

Способ относится к литейному производству. Нижнюю часть стального анодного токоподводящего штыря, извлеченного из самообжигающегося анода электролизера и имеющего температуру 600-950°C, устанавливают в литейную форму и выполняют на ней защитную оболочку путем заливки жидкого металла в литейную форму. Защитная оболочка выполнена из жаростойкого металла и имеет наружные размеры, соответствующие первоначальной форме и размерам реставрируемой части анодного штыря. Обеспечивается сохранение электропроводности штырей и увеличение их межремонтного пробега. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

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.

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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к ролику для поддержки и транспортировки горячего материала, в частности полученной непрерывной разливкой стальной заготовки на рольганге или в установке непрерывной разливки.
Изобретение относится к области восстановления изношенных деталей из алюминиевых сплавов, например для восстановления с упрочнением колодцев корпусов шестеренных насосов типа НШ или НШ-У.

Изобретение относится к технологии ремонтного производства, в частности, к технологии восстановления шеек стальных коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания.

Изобретение относится к способам восстановления и упрочнения деталей машин с введением добавочного металла применением электромеханических процессов и получения износостойкого, разнородного покрытия с антифрикционными свойствами, и может быть использовано в ремонтном производстве и машиностроении.

Изобретение относится к устройству для восстановления деталей электрошлаковой наплавкой, имеющих большой износ, например бил молотковых мельниц или коронок зубьев ковшей экскаватора.

Изобретение относится к способам восстановления изношенных поверхностей деталей машин цилиндрической формы. .
Изобретение относится к восстановлению деталей с большим износом электрошлаковым способом, например бил молотковых мельниц, коронок рыхлителей и др. .
Изобретение относится к восстановлению изношенных деталей электрошлаковой наплавкой, например, бил молотковых мельниц, зубьев ковшей экскаваторов и др. .
Изобретение относится к восстановлению деталей с большим износом электрошлаковым способом, например бил молотковых мельниц, зубьев ковшей экскаваторов и др. .
Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться при ремонте деталей горячего тракта газовой турбины: сегментов соплового аппарата, сопловых и рабочих лопаток авиационных, корабельных и энергетических газотурбинных двигателей.

Изобретение относится к металлургии. Способ включает размещение металлической заготовки с зазором от стенки кристаллизатора, установку в зазоре расходуемых электродов, наведение шлаковой ванны и переплав в ней расходуемых электродов. Основной слой изготавливают из легированной стали, содержащей, мас.%: углерод 0,10-0,50, кремний 0,5-1,5, марганец 0,5-1,5, хром 0,5-1,5, фосфор не более 0,025, сера не более 0,025. Расходуемые электроды изготавливают в виде сортового круглого проката диаметром 40-60 мм из стали, содержащей, мас.%: углерод 0,6-1,2, кремний 0,15-1,8, марганец 0,15-0,80, хром 0,7-1,7, фосфор не более 0,025, сера не более 0,025. На поверхности стали основного слоя прикрепляют штанги в виде сортового проката диаметром 30-70 мм из стали, содержащей, мас.%: углерод 1,0-1,5, кремний 0,1-0,5, марганец 0,1-0,5, хром 1,0-7,5, вольфрам 0,5-2,5, ванадий 0,3-1,2, молибден до 0,3, фосфор не более 0,025, сера не более 0,025, обеспечивающие при переплаве образование легированного наплавленного слоя из стали, содержащей, мас.%: углерод 0,7-1,2, кремний 0,1-1,7, марганец 0,15-0,80, хром 0,6-2,0, вольфрам 0,02-1,0, ванадий 0,02-0,2, молибден до 0,3, фосфор не более 0,025, сера не более 0,025. Отношение массы штанг к массе расходуемых электродов составляет 10-20%. Обеспечивается получение биметаллического слитка с износостойким плакирующим слоем с высокой прочностью и сплошностью соединения слоев. 1 з.п. ф-лы, 5 табл.
Изобретение относится к машиностроительной промышленности. На поверхность детали наносят слой шихты, содержащей, мас.%: карбид бора 25-35, фторид натрия 1-3, буру 9-12, сормайтовую крупку 50-65, толщиной от 0,5 до 5,0 мм. Деталь нагревают в индукторе токами высокой частоты при удельной мощности 1,5-3,0 кВт на 1 см2 поверхности детали с частотой 40-80 кГц в течение 1,5-5 минут до оплавления поверхности слоя шихты. На поверхности наплавленного слоя образуется стеклообразная шлаковая корочка. По окончании нагрева деталь с наплавленным слоем охлаждают на воздухе до температуры ниже 200°C и удаляют стеклообразную шлаковую корочку. Обеспечивается повышение износостойкости детали. 1 табл., 1 пр.

Устройство может быть использовано при восстановлении сваркой или наплавкой деталей машин из высоколегированных сталей. Секционный кристаллизатор выполнен с возможностью перемещения относительно наплавляемой детали и включает расположенные по высоте и изолированные друг от друга токоподводящую, промежуточную и формирующую секции. Кольцевой разомкнутый электромагнит предназначен для воздействия магнитным полем на жидкий наплавляемый металл. Промежуточная секция выполнена со сквозными прорезями. Кристаллизатор установлен в зазоре кольцевого разомкнутого электромагнита, прикрепленного у основания формирующей секции. Высота стенки электромагнита и высота стенки формирующей секции кристаллизатора относятся как 1:2-1:3. Первый независимый источник электрического питания, предназначенный для нагрева сварочной ванны, подключен к токоподводящей секции. Второй, предназначенный для создания кругового магнитного поля, подключен к промежуточной секции. Третий - к кольцевому разомкнутому электромагниту. Устройство обеспечивает повышение ударной вязкости наплавленного металла за счет введения легирующих добавок из межкристаллитного пространства в кристаллическую решетку металла при одновременном повышении прочности металла до высоколегированной высокопрочной стали за счет переноса всех исходных легирующих добавок в наплавленный металл. 1ил., 1 табл., 5 пр.
Наверх