В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 05 июня 2014 г. № 14.607.21.0035 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 1 в период с 05.06.2014г. по 31.12.2014г. выполнялись следующие работы:
Работы (мероприятия), выполняемые за счет средств Субсидии:
Выполнение аналитического обзора по теме «Методы повышения коррозионной стойкости и увеличения срока службы анодных токоподводящих штырей».
Проведение патентных исследований по теме «Алитирование низколегированных малоуглеродистых сталей».
Экспериментальное исследование основных характеристик (толщина, фазовый состав и микрораспределение элементов, коррозионная стойкость и электропроводность) защитного коррозионностойкого покрытия на образцах стали Ст3сп в зависимости от параметров процесса нанесения.
Работы (мероприятия), выполняемые за счет внебюджетных средств.
Оценка влияния коррозионного износа анодных токоподводящих штырей с защитным покрытием на технико-экономические показатели (ТЭП) работы электролизеров Содерберга, уточнение и обоснование требований к анодному токоподводящему штырю с защитным покрытием, в том числе – критериев (размеров) предельного износа штырей.
Выполнение аналитического обзора по теме «Методы дистанционного контроля коррозионного износа анодных токоподводящих штырей».
Проведение патентных исследований по теме «Методы дистанционного контроля коррозионного износа анодных токоподводящих штырей».
При этом были получены следующие результаты:
В ходе выполнения аналитического обзора (по п. 1.1 КП) в качестве метода защиты анодных токоподводящих штырей (АТШ) было выбрано универсальное металлическое покрытие на основе алюминия (алюминидов железа).
Результаты патентных исследований (по п. 1.2 КП). В результате поиска научно-технической и патентной информации по теме «Алитирование низколегированных малоуглеродистых сталей» на глубину 6 лет (2009-2014 гг.) отобрано 27 патентных документов и 87 источников научно-технической информации. Для исследования патентной чистоты разрабатываемого способа алитирования малоуглеродистой стали на территории России использованы результаты патентного поиска по Российской Федерации. Патентов, посвященных электролитическому алитированию малоуглеродистой стали в расплавленной смеси солей на основе NаF-KF-AlF3, не выявлено. Планируемый к разработке способ является патентоспособным и обладает патентной чистотой на территории Российской Федерации.
Для разработки усовершенствованного метода алитирования анодных токоподводящих штырей проведены экспериментальные исследования основных характеристик защитного коррозионностойкого покрытия на образцах стали Ст3сп в зависимости от параметров процесса нанесения (по п. 1.3 КП).
Для выявления механизма коррозионного износа анодных токоподводящих штырей, и установления их минимально допустимых размеров (критериев отбраковки) проведена оценка влияния коррозионного износа штырей на технико-экономические показатели (ТЭП) работы электролизеров Содерберга (по п. 1.4 КП). Показано, что скорость коррозии штырей возросла в связи с повысившимся содержанием серы в анодной массе. Показано, что повышенный износ штырей в ходе длительного периода эксплуатации приводит к повышенному расходу электроэнергии, фтористых солей и анодной массы. Влияние существенного износа штырей на ТЭП электролизёров обусловлено следующими факторами: 1. повышением скорости коксования подштыревой пробки из-за изменения теплового режима анода; 2. частичным разрушением анода (появлением трещин) при извлечении деформированного штыря, что приводит к увеличению падения напряжения в аноде (росту энергопотребления), повышению количества угольной пены, увеличению расхода глинозема, фтористых солей и выбросов от электролизера загрязняющих веществ в период выполнения технологической операции «съем угольной пены», связанной с разгерметизацией газосборного колокола.
Проанализированы данные основных технологических показателей электролизёров Содерберга с верхним токоподводом (С8БМ) ОАО «РУСАЛ Красноярск» за период с 2011 по 2014 г.г. включительно. Установлено резкое увеличение числа технологических нарушений (появление трещин в аноде и проникновение в них электролита) при использовании анодных токоподводящих штырей (АТШ) свыше 20-21 месяцев, снижение выхода по току – при использовании АТШ свыше 20-25 месяцев и увеличение выхода угольной пены – после 20 месяцев эксплуатации АТШ. В качестве минимально допустимых размеров АТШ (критериев отбраковки) были выбраны их размеры, соответствующие сроку эксплуатации штырей без защитного покрытия 21 месяц:
1. Длина стальной части штыря не менее 1980 мм для штырей длиной 2090 мм.(критерий несоответствия длины);
2. Диаметр нижней (конусной) части штыря на расстоянии 50 мм от торца штыря – не менее 80 мм (критерий несоответствия диаметра).
Для дальнейшей разработки способа контроля геометрических размеров АТШ с защитным покрытием в ходе их испытаний выполнен аналитический обзор по теме «Методы дистанционного контроля коррозионного износа анодных токоподводящих штырей» (по п. 1.5 КП). Выбраны проекционный (теневой) и триангуляционный (менее предпочтителен) методы, наиболее подходящие для контроля геометрических параметров изделий машиностроения для условий крупносерийного и массового производства. Анализ отдельных составляющих общей погрешности измерений подтверждают необходимость использования двойного дифференцирования информационного сигнала для повышения точности измерений. Предложена обобщенная схема лазерной сканирующей системы на основе проекционного (теневого) и триангуляционного методов с телецентрическим ходом лучей и двойным дифференцированием информационного сигнала. Установлены требования к основным элементам лазерной сканирующей системе – лазеру, телескопической или квазителескопической коллимирующей оптической системе, формирующей системе и сканирующему устройству.
Результаты патентных исследований по теме «Методы дистанционного контроля коррозионного износа анодных токоподводящих штырей» (по п. 1.6 КП):
Конкретным объектом исследований являлся метод дистанционного измерения геометрических размеров физических объектов на основе проекционного (теневого) и триангуляционного методов с телецентрическим ходом лучей и двойным дифференцированием информационного сигнала. В результате поиска научно-технической и патентной информации по теме исследования на глубину 50 лет (1965-2014 гг.) по базам данных патентной информации ФИПС, российского сервера ESPACE, фондов Всероссийской патентно-технической библиотеки (ВПТБ) и Всемирной организации интеллектуальной собственности (WIPO) отобрано 39 патентных документов и 14 источников научно-технической информации. Для исследования патентной чистоты объекта исследований на территории России использованы результаты патентного поиска по Российской Федерации. Патентов, относящихся к методу дистанционного измерения геометрических размеров физических объектов на основе проекционного (теневого) и триангуляционного методов с телецентрическим ходом лучей и двойным дифференцированием информационного сигнала, не выявлено. Планируемый к разработке способ является патентоспособным и обладает патентной чистотой на территории Российской Федерации.
Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.