Этап 2. Разработка методики измерения контактного сопротивления образцов стали с защитным покрытием. Разработка конструкторской документации, изготовление и испытание опытного образца установки дистанционного контроля коррозионного износа токоподводящих штырей.

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:

  1. Разработка методики измерения контактного сопротивления поверхности образцов стали Ст3сп с защитным покрытием.
  2. Разработка эскизного проекта (ЭП) опытного образца установки дистанционного контроля коррозионного износа анодных токоподводящих штырей.
  3. Разработка технического проекта (ТП) опытного образца установки дистанционного контроля коррозионного износа анодных токоподводящих штырей.
  4. Разработка РКД на опытный образец установки дистанционного контроля коррозионного износа анодных токоподводящих штырей.
  5. Разработка программы и методик предварительных испытаний опытного образца установки дистанционного контроля коррозионного износа анодных токоподводящих штырей.
  6. Изготовление опытного образца установки дистанционного контроля коррозионного износа анодных токоподводящих штырей.
  7. Предварительные испытания опытного образца установки дистанционного контроля коррозионного износа анодных токоподводящих штырей.

При этом были получены следующие результаты:

  1. 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.

  1. 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».

  1. 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.