В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 05 июня 2014 г. № 14.607.21.0035 (с дополнительным соглашением от 19 декабря 2014 г. №1 и дополнительным соглашением от 20 апреля 2015 г. №2) 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 № 2 в период с 01.01.2015 г. по 30.06.2015 г. выполнялись следующие работы:
- Разработка методики измерения контактного сопротивления поверхности образцов стали Ст3сп с защитным покрытием.
- Разработка эскизного проекта (ЭП) опытного образца установки дистанционного контроля коррозионного износа анодных токоподводящих штырей.
- Разработка технического проекта (ТП) опытного образца установки дистанционного контроля коррозионного износа анодных токоподводящих штырей.
- Разработка РКД на опытный образец установки дистанционного контроля коррозионного износа анодных токоподводящих штырей.
- Разработка программы и методик предварительных испытаний опытного образца установки дистанционного контроля коррозионного износа анодных токоподводящих штырей.
- Изготовление опытного образца установки дистанционного контроля коррозионного износа анодных токоподводящих штырей.
- Предварительные испытания опытного образца установки дистанционного контроля коррозионного износа анодных токоподводящих штырей.
При этом были получены следующие результаты:
- По результатам экспериментальных исследований выбраны условия алитирования анодных токоподводящих штырей в расплавах фторидных солей на основе NaF-(KF)-AlF3. Способ алитирования обеспечивает повышение стойкости штырей к окислению в условиях высоких температур на воздухе и в серосодержащей атмосфере.
Для проверки соответствия образцов токоподводящих штырей с защитным покрытием требованиям по электропроводности (электросопротивлению) разработана методика измерения контактного сопротивления поверхности образцов стали Ст3сп с защитным покрытием. Удельная величина контактного электросопротивления стального токоподвода с защитным покрытием составляет 0,300 Ом∙см2 после 125 ч эксплуатации при 900 °С, что на 3% меньше по сравнению с токоподводом без защитного покрытия.
Для проведения испытаний новых токоподводящих штырей в корпусе электролиза №4 ОАО РУСАЛ Красноярск разработана установка дистанционного контроля их коррозионного износа. Принцип действия установки основан на фотограмметрии, т.е. включает в себя получение цифрового изображения объекта с высоким разрешением, его распознавание, математическую обработку изображения для удаление дефектов и искажений, и расчет геометрических размеров объекта.
- Новый технический результат – повышение коррозионной стойкости анодных токоподводящих штырей достигается при использовании расплавов NaF-(KF)-AlF3 при температуре от 800 до 920°С и плотности тока не менее 0,5 А/см2 (наиболее предпочтительно – 0,8-1,0 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.
Для методики измерения контактного сопротивления поверхности образцов стали Ст3сп с защитным покрытием на основе известного метода «амперметра-вольтметра» впервые разработаны требования к вспомогательным материалам и конструкция измерительной ячейки, обеспечивающие проведение измерений при 900 °С для исследуемых образцов, находящихся в контакте с коксо-пековой композицией (КПК) в процессе её коксования и в дальнейшем – в контакте со спечённым в лабораторных условиях анодом типа «Содерберг».
- Удельное увеличение массы алитированных образцов стали 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).
Скорость роста величины электросопротивления для стальных токоподводов с защитным алюминидным покрытием ниже в 3,3 раза по сравнению с токоподводами без защитного покрытия из-за образования на поверхности незащищённых образцов оксидно-сульфидных продуктов коррозии, обладающих относительно низкой электропроводностью.
Исследования образцов стали с защитным покрытием проводили в условиях, соответствующих условиям эксплуатации анодных токоподводящих штырей электролизёра «Содерберга» С8-БМ (по требованию индустриального партнёра).
Установка для дистанционного контроля коррозионного износа токоподводящих штырей обеспечивает установку штырей на заданный уровень (горизонт) с точностью ±5 мм и бесконтактное измерение длины и диаметра штыря в условиях корпуса №4 ОАО РУСАЛ Красноярск с точностью ±1,0 и ±2,0 мм соответственно.
Полученные в лабораторных условиях характеристики стальных токоподводов с защитным покрытием удовлетворяют требованиям, предъявляемым к научно-техническим результатам проекта. Для проверки технических характеристик токоподводящих штырей с защитным покрытием в промышленном электролизёре С8-БМ индустриальным партнёром (ООО РУСАЛ ИТЦ) принято решение о продолжении работ и разработке опытной установки для нанесения защитного покрытия на образцы токоподводящих штырей (этап 3; 2015 г.) и их испытание в промышленном электролизёре в корпусе №4 ОАО РУСАЛ Красноярск (этап 4; 2016 г.).
Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.