Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка нового токоподводящего анодного узла электролизёра Содерберга ОАО РУСАЛ Красноярск

Номер контракта: 14.607.21.0035

Руководитель: Зайков Юрий Павлович

Должность: Директор

Организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук
Организация докладчика: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
электролиз алюминия, электролизёр содерберга, самообжигающийся анод, токоподводящие штыри, коррозия, защитное покрытие, алитирование

Цель проекта:
1. Цель проекта: разработка нового анодного токоподводящего штыря с коррозионностойким защитным покрытием в составе анодного узла электролизёра "Содерберга" ОАО «РУСАЛ Красноярск». 2. Задачи проекта: 2.1 Разработка технологических основ процесса нанесения защитного коррозионностойкого покрытия на основе алюминия на стальные токоподводящие штыри, используемые в составе анодного узла электролизёра "Содерберга" «ОАО РУСАЛ Красноярск». Изготовление установки по нанесению защитного покрытия на токоподводящие анодные штыри, изготовление экспериментальных штырей с защитным покрытием и их испытание в корпусе электролиза №4 «ОАО РУСАЛ Красноярск»; 2.2 Для проведения испытаний новых токоподводящих штырей в составе анодного узла электролизёра "Содерберга" на ОАО «РУСАЛ Красноярск» будет разработана установка для дистанционного контроля их коррозионного износа.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Планируется снижение материалоёмкости технологии получения алюминия на электролизёрах "Содерберга" за счёт увеличения ресурса анодных токоподводящих штырей с защитным покрытием не менее, чем на 12 месяцев по сравнению с «типовым» штырём.
2. Ожидается повышение чистоты алюминия за счёт снижения скорости коррозионного износа штырей с защитным покрытием (не хуже, чем при использовании «типового» штыря).
3. Планируется повышение энергоэффективности технологии электролитического получения алюминия за счёт:
3.1 стабильно высокой электропроводности нового штыря с защитным покрытием в ходе эксплуатации (не ниже, чем у «типового» штыря) ;
3.2 снижения падения напряжения в аноде "Содерберга" при установке штырей на заданный горизонт с точностью не менее ±5 мм и своевременной отбраковки изношенных штырей по заданным критериям износа.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Результатом выполнения проекта является новый анодный токоподвод (штырь), изготовленный из стали Ст3сп, с защитным алюминидным покрытием, предназначенный для применения в составе анодного узла электролизёра "Содерберга" в технологии электролитического получения алюминия и обеспечивающий повышение энергоэффективности и снижение ресурсоёмкости технологии за счёт сохранения высокой электропроводности и повышения коррозионной стойкости.
2.1 Новый технический результат – повышение коррозионной стойкости образцов стали Ст3сп достигается при использовании для алитирования расплавов NaF-(KF)-AlF3 при температуре от 800 до 920 °С и плотности тока не менее 0.5 А/см2 (наиболее предпочтительно - 0.8 А/см2), а время нанесения покрытия, которое определяется количеством электричества, пропущенного через алитируемый образец, составляет не менее 0.25 А•ч/см2. Способ нанесения защитного покрытия (алитирования) обладает патентной чистотой на территории РФ.
2.2 Для методики измерения контактного сопротивления поверхности образцов стали Ст3сп с защитным покрытием, в основе которой находится известный метод «амперметра-вольтметра» для измерения сопротивления участка цепи, разработаны требования ко вспомогательным материалам и конструкция измерительной ячейки, обеспечивающие проведение измерений при 900 °С в контакте с коксо-пековой композицией (КПК) в процессе её коксования и в дальнейшем – в контакте со спечённым анодом типа "Содерберг".
3. Известные способы нанесения алюминидных покрытий (алитирования) стали Ст3сп предполагают применение органических электролитов и галогенидных алюминийсодержащих расплавов (бромидов, хлоридов) при относительно низких температурах (от 20 до 400 °С). Известные способы из-за низкой рассеивающей способности указанных электролитов и малых предельных токов электроосаждения алюминия не позволяют получать сплошные алюминидные покрытия при более высокой скорости процесса (плотности тока более 0.5 А/см2). Данные о технологии электролитического алитирования стали Ст3сп в оксидно-фторидных расплавах в интервале температур от 800 до 920 °С в открытой печати отсутствуют.
4. Способ алитирования в расплавах на основе NaF-(KF)-AlF3 позволяет повысить скорость алитирования изделий из низкоуглеродистой стали при сохранении их высокой жаростойкости без дополнительных операций по удалению или предотвращению образования на алитируемой поверхности оксидных плёнок и получить защитное сплошное покрытие, обладающее хорошей адгезией с поверхностью изделия.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Возможными потребителями результатов проекта являются производители первичного алюминия:
1.1 Предприятия Объединённой Компании РУСАЛ;
1.2 Другие (в том числе - зарубежные) предприятия – производители алюминия:
- в электролизёрах Содерберга с самообжигающимся анодом;
- в электролизёрах с обожжеными анодами для защиты ниппелей токоподводов от окисления.
2. Исследования коррозионной стойкости и контактного сопротивления образцов стали с защитным покрытием проводили в условиях, соответствующих условиям эксплуатации промышленных анодных штырей (по требованию индустриального партнёра ООО ИТЦ РУСАЛ), поэтому разработки проекта планируются к использованию в технологии электролитического получения алюминия в электролизёрах Содерберга С8-БМ.
3. Основной планируемый результат проекта - снижение расхода электроэнергии при производстве первичного Al без глубокой модернизации находящихся в эксплуатации электролизеров "Содерберга" и существенных капитальных затрат; снижение себестоимости и повышение конкурентоспособности продукции ОК РУСАЛ.

Текущие результаты проекта:
1. По результатам экспериментальных исследований выбраны условия алитирования стали Ст3сп с использованием фторидных расплавов на основе NaF-(KF)-AlF3 электролитическим методом и методом погружения в расплав жидкого алюминия под слоем фторидного флюса. Способы и условия алитирования обеспечивают повышение стойкости штырей к окислению в условиях высоких температур на воздухе и в серосодержащей атмосфере. Удельное увеличение массы алитированных образцов при 900°С не превышает 4 мг/см2 в течение 6 ч и 7 мг/см2 в течение 30 ч (для стали без защитного покрытия – более 15 мг/см2 за 6 ч).
2. Для оценки влияния защитного покрытия на величину электропроводности стальных штырей разработана методика измерения контактного сопротивления стали Ст3сп с защитным покрытием и лабораторным анодом типа "Содерберг". Измеренная величина удельного контактного сопротивления (ρс) для образцов стали с защитным покрытием оказалась на 3% меньше по сравнению с образцами без защитного покрытия и составила 0,300 Ом•см после 125 ч эксплуатации, а скорость роста величины ρс для образцов стали без защитного покрытия в данных условиях оказалась минимум в 3.3 раза выше по сравнению с алитированными образцами из-за интенсивного образования на поверхности незащищённых образцов оксидно-сульфидных продуктов коррозии, обладающих относительно низкой электропроводностью.
3. Разработана и изготовлена установка дистанционного контроля коррозионного износа анодных штырей. Принцип действия установки основан на фотограмметрии, т.е. включает в себя получение цифрового изображения объекта, его распознавание, математическую обработку для удаления дефектов и расчет геометрических размеров объекта. Установка обеспечивает размещение штырей в аноде на заданном уровне (горизонте) с точностью ±5 мм и бесконтактное измерение длины и диаметра штыря с точностью ±1,0 и ±2,0 мм соответственно.