Авторы — профессор Альберт Бегунов, докторант кафедры управления промышленными предприятиями Алексей Бегунов и начальник отдела инновационных технологий ФТИ Виктор Кондратьев — предлагают подарить вторую жизнь деформированным в процессе использования анодным штырям, которые раньше считались отходами производства и продавались по низкой цене. Согласно предварительным расчетам, экономический эффект от внедрения инновации для крупного завода по производству алюминия составит 10-15 млн рублей в год.
По словам профессора Бегунова, анод является самым энергетически напряженным участком электролизера, поскольку через анодные штыри на современных алюминиевых производствах проводятся токи до 170 тысяч ампер. Штыри выполнены в виде усеченных конусов из стали, погруженных в кокс. В процессе эксплуатации в условиях высоких температур (900˚-950˚ С) они деформируются и требуют замены или реставрации каждые три-четыре года. Деформированные штыри ухудшают распределение тока по аноду. Реставрация штырей на производстве производится путем отрезания поврежденной части и приваривания новой заготовки.
Однако в последнее время на алюминиевых производствах штыри не реставрируют, а сдают в металлолом, заменяя их новыми. Профессор Бегунов пояснил: «На таком крупном алюминиевом производстве, как Братский алюминиевый завод, в каждом из 25 корпусов действуют по 90 электролизеров, содержащих по 72 штыря. Таким образом, количество штырей достигает 144,5 тысячи штук. Каждая из этих деталей весит примерно 150 кг. Это означает, что в обороте на БрАЗе находится 22 тысячи тонн штырей — примерно шесть груженых железнодорожных составов. Наращивать штыри старым способом (приваривать) или устанавливать новые в таких масштабах очень дорого».
Авторы изобретения предлагают реставрировать нижнюю часть стального анодного токоподводящего штыря электролизера с помощью защитной оболочки из жаростойкого металла, размеры которой соответствуют первоначальной форме и размерам реставрируемой части анодного штыря. Оболочку выполняют путем заливки жидкого металла в литейную форму, в которую предварительно устанавливают реставрируемую часть анодного штыря. Реставрируемую часть анодного штыря перед установкой в литейную форму очищают, а температуру штыря перед заливкой поддерживают на уровне 600-950°С. В качестве жаростойкого металла для изготовления оболочки используют сплав, например феррохром, а в качестве литейной формы — опоку (кокиль). После застывания и охлаждения, кокиль раскрывают и из него извлекают изделие. Затем кокиль можно повторно использовать для отливки такой же детали.
Аналогичных способов реставрации анодных штырей не существует. Разработчики уверены, что реставрация по новому способу будет намного дешевле традиционной технологии, включающей сварку, зачистку или замену на новые штыри. Метод может быть легко освоен в литейных отделениях заводов. С учетом того, что на предприятиях заменяют 10% анодных штырей в год, экономический эффект от внедрения разработки для такого завода, как Братский алюминиевый завод, мог бы составить более десяти миллионов долларов в год, считают ученые.
Стоит отметить, что корпорация «Русал», в состав которой входит БрАЗ, за последний год сократила производство алюминия на 8%, и собирается далее снижать объемы производства на экономически неэффективных мощностях, так что вопрос экономии для нее актуален.
