Способ реставрации анодных штырей алюминиевых электролизеров

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.

Изобретение может быть использовано для восстановления деталей электрошлаковой наплавкой. После закрепления детали и кокиля расплавляют расходуемый электрод в виде пакета, собранного и сваренного из нескольких металлических прутков, выровненных по торцу. Используют прутки, выполненные из подходящего по размеру и химическому составу проката, на который наносят шихту. По крайней мере один из прутков выдвинут из пакета и имеет заточенный конец, на упомянутый пруток не наносят шихту. Изобретение обеспечивает расширение номенклатуры восстанавливаемых деталей, упростит подачу шихты в расплав. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к способу обработки материала энергетическим лучом и способу образования изделия направленной кристаллизацией. Осуществляют выращивание подложки (24) по мере кристаллизации ванны (28) расплава под слоем (30) расплавленного шлака. Энергетический луч (36) используют для расплавления порошка (32) или полой подаваемой проволоки (42) с наполнителем (44) из порошкообразного сплава под слоем шлака. Слой шлака является по меньшей мере частично прозрачным (37) для энергетического луча и он может быть частично оптически поглощающим или проницаемым для энергетического пучка, чтобы поглощать достаточно энергии, оставаясь расплавленным. Как и при обычном процессе ЭШС, слой шлака изолирует расплавленный материал и защищает его от реакции с воздухом. Состав порошка может быть изменен по оси (А) кристаллизации результирующей детали (60), чтобы обеспечить функционально градиентное направленно-кристаллизованное изделие. 2 н. и 16 з.п. ф –лы, 5 ил., 1 табл.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при восстановлении рабочей поверхности стенок кристаллизатора без его разборки. Способ включает очистку рабочей поверхности стенок кристаллизатора, дробеструйную обработку изношенных участков, примыкающих к углам кристаллизатора и расположенных в нижней части рабочих поверхностей стенок, изготовленных из меди или ее сплавов, и высокоскоростное газопламенное напыление на них жаропрочного износостойкого покрытия в виде механически активированного порошка cBN-Ni3Al-Si-C-Co-Y при следующем соотношении компонентов, мас.%: cBN 21-34, Ni3Al 37-40, Si 9-12, С 3-5, Со12-15,Y 5-7, начиная с глубины износа не менее 250-450 мкм, толщиной, не превышающей величину износа. Высокоскоростное газопламенное напыление упомянутого покрытия осуществляется в защитной среде аргона на слой NiAl толщиной 100-150 мкм, обладающий эффектом памяти формы, нанесенный на изношенные стенки катализатора. Изобретение позволяет проводить операцию восстановления без разборки кристаллизатора, а также повысить износостойкость покрытия и адгезию покрытия к рабочей поверхности кристаллизатора. 1 з.п. ф-лы, 3 пр.

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.

Наверх