14.607.21.0035

1. Цель проекта: разработка нового анодного токоподводящего штыря (АТШ) 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»;
2.2 Разработка установки для дистанционного контроля коррозионного износа АТШ;
2.3 Разработка установки по нанесению защитного покрытия на АТШ; изготовление экспериментальных штырей с защитным покрытием и их испытание в корпусе электролиза №4 «ОАО РУСАЛ Красноярск».

В настоящее время интенсивная коррозия анодных токоподводящих штырей (АТШ), изготовленных из стали Ст3сп, приводит к значительному снижению технико-экономических показателей процесса электролитического получения алюминия на предприятиях ОК РУСАЛ. Применение защитного коррозионностойкого покрытия для защиты АТШ позволит снизить энергозатраты процесса электролиза и повысить чистоту получаемого алюминия за счёт стабильно высокой электропроводности АТШ и снижения концентрации примеси железа в аноде электролизёра Содерберга соответственно.

Процесс разработки экспериментального АТШ с защитным покрытием включал следующие этапы:

1. Выбор типа защитного покрытия и возможных способов его нанесения.

2. Проведение лабораторных исследований образцов стали Ст3сп с нанесённым покрытием, включая:

- исследование окалиностойкости на воздухе (метод термогравиметрии);

- измерение контактного сопротивления поверхности образцов стали Ст3сп с покрытием в среде спечённой анодной массы (анода Содерберга) при температуре 900 °С по разработанной методике. Условия исследований соответствуют условиям эксплуатации промышленных АТШ электролизёра «Содерберга» С8-БМ (по требованию индустриального партнёра).

- исследование морфологии и структуры приповерхностного слоя образцов стали Ст3сп с покрытием до и после коррозионного теста в контакте с анодной массой; выбор условий нанесения покрытия по результатам исследований. 

Для проведения испытаний АТШ с покрытием в промышленном электролизёре С8-БМ разработана установка дистанционного контроля коррозионного износа анодных токоподводящих штырей, принцип действия которой основан на фотограмметрии и включает в себя получение цифрового изображения объекта, его математическую обработку, распознавание и расчет геометрических размеров объекта. Установка смонтирована на мостовой кран NKM Noell в корпусе электролиза в корпусе №4 ОАО РУСАЛ Красноярск.

В ходе испытаний алитированных АТШ в составе анодного узла электролизёра Содерберга С8-БМ определяли величину токовой нагрузки на штырях с покрытием и штырях-свидетелях (без защитного покрытия) и рассчитывали величину электропроводности по разработанной методике. Величину коррозионного износа экспериментальных штырей и штырей-свидетелей рассчитывали по уменьшению длины и диаметра штыря; прогноз ресурса штыря осуществляли в соответствии с заданными критериями предельного износа (по требованию индустриального партнёра).

Разработан способ нанесения алюминидного покрытия (алитирования) на анодные токоподводящие штыри (АТШ) с применением фторидного флюса, обеспечивающего повышение скорости процесса нанесения и качества покрытия. Способ обеспечивает повышение стойкости низкоуглеродистой стали 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).

С помощью разработанной экспериментальной установки на поверхность типовых штырей нанесено защитное алюминидное покрытие. Длина обработанной конусной части АТШ составляет не менее 1080 мм; толщина покрытия - от 500 до 600 мкм с содержанием алюминия  55±10 мас.%.

Для проведения испытаний алитированных АТШ в составе анодного узла электролизёра С8-БМ (корпус №4 ОАО РУСАЛ Красноярск) разработана установка дистанционного контроля коррозионного износа штырей. Установка обеспечивает размещение штырей в анод на заданный уровень (горизонт) с точностью ±5 мм и бесконтактное измерение длины и диаметра штыря с точностью ±2,0 мм. Эффект от применения установки заключается также в снижении неравномерности токовой нагрузки на штыри одного «горизонта» до ±7% (кроме угловых и торцевых штырей) и снижении падения напряжения в аноде более, чем на 50 мВ.

По результатам испытаний в промышленном электролизёре длительностью 200 суток установлены следующие характеристики экспериментальных АТШ с алюминидным покрытием:

- прочность на скручивание и разрыв - не хуже типового АТШ без защитного покрытия;

- чистота производимого алюминия - не хуже, чем при использовании типового АТШ;

- величина токовой нагрузки на алитированных штырях после 30 сут. испытаний оказалась на 10.4% выше по сравнению с типовыми штырями без покрытия;

- увеличение ресурса алитированных АТШ составляет 14.9 мес. по сравнению с типовыми штырями.

Применение алюминидного покрытия для защиты АТШ позволит снизить материалоёмкость и повысить энергоэффективность технологии электролитического получения алюминия в электролизёрах Содерберга за счёт повышения срока службы штырей и снижения потерь электроэнергии в анодном узле.
Возможными потребители ожидаемых результатов являются предприятия ОК РУСАЛ и другие предприятия – производители первичного алюминия (в том числе - зарубежные).