Анодный штырь алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом

5 /
Анодный штырь алюминиевого электролизера с самообжигающимся аиодом
Предложение относится к цветной металлургии, в частности к производству алюминия в электролизерах с верхним токоподводом и самообжигающимся анодом.
Для поддержания самообжигающегося анода и передачи к нему электрического тока используют различные конструкции анодных штырей. Наибольшее распространение получили сталеалюминиевые штыри. Известен анодный штырь алюминиевого электролизера по патенту РФ №2118407, кл. С 25 С 3/12, 1998 г. (1). Известный анодный штырь является наиболее близким к предлагаемому и поэтому принят за прототип. Он содержит алюминиевую штангу и составной стальной стержень из жестко соединенных между собой верхней и нижней частей. При этом верхняя часть стержня выполнена пустотелой и снабжена сердечником из металла с повышенной по отношению к стали электропроводностью.
Изготовление штыря такой конструкции предусматривает две операции: опрессовку сердечника в пустотелую стальную обечайку и сварку верхней части стержня с нижней. В другом варианте соединение разнородных металлов сердечника со стальной обечайкой может быть выполнено сваркой взрывом с помощью взрывчатого вещества, установленного в углублении сердечника или последовательной сваркой биметаллической вставки к сердечнику и составным частям стержня.
Таким образом недостатком данного штыря является повышенное электросопротивление в верхней части стержня из-за присутствия в этой части стали и это приводит к потере электроэнергии. Кроме того, сложная конструкция стержня требует сложного изготовления.
МПК: С25С 3/12
Техническим результатом данного нредложения является снижение потерь электроэнергии, упрощение конструкции стержня и его изготовления.
Технический результат достигается тем, что в анодном штыре алюминиевого электролизера, содержащем алюминиевую штан1у и составной металлический стержень, состоящий из жестко связанных между собой верхней и нижней частей, выступающая над поверхностью конуса спекания верхняя часть стержня целиком выполнена и 5 алюминия или его сплавов, а нижняя из стали, и обе части связаны между собой сваркой взрывом, при этом соединение сваркой взрывом стальной и алюминиевой частей стержня может быть выполнено через биметаллический Clалеалюминиевый переходник, изготовленный сваркой взрывом, а в переходнике граница раздела сталь-алюминий может быть снабжена чередующимися линейными выступами и впадинами в виде ласточкина хвоста со стороны стальной и алюминиевой частей, причем верхняя часть стержня составляет 1/2-1/3 общей длины стержня.
Сущность предложения заключается в следующем. Анодный штырь должен отвечать двум основным требованиям. С одн1)й стороны он должен быть прочным, чтобы выдержать массу гела анода, а с другой стороны он должен обладать высокой электропроводностью, чтобы иметь как можно меньще потерь электроэнергии. Этим требованиям i5 наибольщей степени отвечают сталеалюминиевые щтыри. Они, как правидо, состоят из двух частей - нижней и верхней. Нижняя часть во всех вариагтгах стальная, а верхняя может быть комбинированной из стали и алюминия, как например у прототипа со стальной оболочкой и сердечником из металла с повыщенной электропроводимостью. Такой щтырь имеет дос аточно высокую прочность, но недостаточно высокую проводимость, а кроме того имеет сложную конструкцию стержня и сложность его изготовления.
в предложенном варианте исполнения верхняя част ь стержня целиком выполнена из алюминия. Такой штырь имеет меньше потерь электроэнергии, а для его изготовления достаточно выполнит), только одну операцию - соединить верхнюю часть с нижней.
Сравнение предлагаемой конструкции шгыря с проютипом показывает, что она отличается от прототипа:
-тем, что верхняя часть стержня выполнена целиком нз алюминия или его сплавов и связана с нижней стальной час гью сваркой взрывом;
-соединением нижней стальной и верхней алюминиевой частей стержня через биметаллический сталеалюминиевый ь виде  переходник, изготовленный сваркой взрывом;
-выполнением границы раздела сталь-алюминий в стержне в виде развитой поверхности с чередующимися линейными выступами и впадинами типа ласточкина хвоста,
-а также тем, что верхняя часть стержня составляет 1 2-2/3 общей длины стержня.
Из этого следует, что данное техническое рещение обладает новизной.
Сравнение предлагаемой конструкции анодного щтыря не только с прототипом, но и с другими известными решениями показ1,1вает следующее.
Известен Токоподвод для электролизеров алюминия  по патенту РФ № 2165482 С2, кл. С25С 3/16, 1999г. (2).
В известном техническом рещении стальная и aлюм н иeвaя части токоподвода соединены через биметаллический сталеалюминиевый переходник, изготовленный сваркой взрывом. При этом граница раздела стальалюминий имеет развитую поверхность с чередующимися линейными выступами и впадинами в виде ласточкина хвоста .
Указанное техническое решение, также как и предложенное, направлено на повышение надежности контактного соединения разнородных металлов и снижения потерь электроэнергии и поэтому его целесообразно использовать в данной разработке.
В целом совокупность признаков как известных, зая11ляемых в ограничительной части формулы, так и неизвестных, а именно выполнение верхней части стержня целиком из алюминия, соединенных сваркой взрывом позволяет достичь более высокий технико-экономический уровень по сравнению с известными, т.е. уменьшить потери электроэнергии, упростить конструкцию штыря и его изготовление.
Учитывая изложенное, можно сделать вывод о том. что данное предложение отвечает условиям патентоспособности изооретательский уровень и промышленная применимость.
Предложение поясняется чертежом, где на фигЛ показан обший вид анодного штыря, на фиг.2-вариант исполнения штыря.
Анодный штырь содержит алюминиевую 1итаигу 1, жестко прикрепленную к верхней части 2 составного металлического стержня. К верхней части 2, выполненной целиком из алюминия или его сплавов, жестко сваркой взрывом прикреплена нижняя стальная часть 3 составмого стержня. Верхняя часть 2 имеет приваренную или выполненную за одно целое со стержнем головку 4.
В другом варианте соединение сваркой взрывом нижней 3 стальной и верхней 2 алюминиевой частей выполнено через биметаллический сталеалюминиевый в виде диска переходник 5, изготовленный сваркой взрывом.
Граница раздела 6 сталь-алюминий как в первом варианте (фиг. 1). так и в переходнике 5 во втором варианте (фиг 2) может иметь развитую поверхность, например в виде чередующихся линейных выступов и впадин типа ласточкин хвост как со стороны стальной 3, так и алюминиевой 2 частей.
Верхняя часть стержня составляет 1/2-1/3 общей длины стержня.
Увеличение указанного предела более 1/2 может привести к образованию интерметаллических соединений на границе стал,-алюминий и нарушению контактного соединения, а уменьшение менее 1/3 теряется смысл практического использования предложения, т.е. потере электроэнергии.
Анодный штырь в процессе эксплуатации работает следующим образом. Электрический ток через алюминиевую шгапгу 1, прикрепленную к анодной ошиновке, поступает в верхнюю часть 2 составного стержня, а затем в нижнюю 3 и далее в скоксованную часть тела анода. По мере погружения штыря в тело анода его периодически штыревым краном переставляют с нижнего горизонта на верхний. При этом штырю сначала придают вращательное движение для ослабления сцепления с анодной массой, а затем поступательное.
Таким образом данное предложение позволяет снизить затраты на эксплуатацию штыря снижением потерь электроэнергии, а также упростить конструкцию штыря и его изготовление. Зав. патентно-лицензионным отделом ОАО СибВАМИ
--J  В. Т. Степанов