Этап 3. Разработка лабораторного технологического регламента. Разработка конструкторской документации, изготовление и испытание опытного образца установки для нанесения защитного коррозионностойкого покрытия на анодные токоподводящие штыри

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 № 3 в период с 01 июля 2015 г. по 31 декабря 2015 г. выполнялись следующие работы:

  1. Разработан лабораторный технологический регламент процесса нанесения защитного покрытия на анодные токоподводящие штыри электролизёра Содерберга.
  2. Разработан эскизный проект (ЭП) опытного образца установки для нанесения защитного коррозионностойкого покрытия на анодные токоподводящие штыри электролизёра Содерберга.
  3. Разработан технический проект (ТП) опытного образца установки для нанесения защитного коррозионностойкого покрытия на анодные токоподводящие штыри электролизёра Содерберга.
  4. Разработана РКД на опытный образец установки для нанесения защитного коррозионностойкого покрытия на анодные токоподводящие штыри электролизёра Содерберга.
  5. Разработана программа и методики предварительных испытаний опытного образца установки для нанесения защитного коррозионностойкого покрытия на анодные токоподводящие штыри электролизёра Содерберга.
  6. Изготовлен опытный образец установки для нанесения защитного коррозионностойкого покрытия на анодные токоподводящие штыри электролизёра Содерберга.
  7. Проведены предварительные испытания опытного образца установки для нанесения защитного коррозионностойкого покрытия на анодные токоподводящие штыри электролизёра Содерберга.
  8. Разработана РКД с литерой “О” на опытный образец установки дистанционного контроля коррозионного износа анодных токоподводящих штырей.
  9. Разработана программа и методики приёмочных испытаний опытного образца установки дистанционного контроля коррозионного износа анодных токоподводящих штырей.
  10. Проведены приёмочные испытания опытного образца установки дистанционного контроля коррозионного износа анодных токоподводящих штырей.

При этом были получены следующие результаты:

  1. По результатам экспериментальных исследований (этап-1) разработан способ алитирования анодных токоподводящих штырей с применением фторидного флюса. Способ алитирования обеспечивает повышение стойкости штырей к окислению в условиях высоких температур (до 900°С) на воздухе и в серосодержащей атмосфере. Удельное увеличение массы алитированных образцов стали Ст3сп 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).

Новый технический результат – повышение коррозионной стойкости анодных токоподводящих штырей достигается при использовании в качестве среды для алитирования солевой смеси NaF-(KF)-AlF3 при температуре от 750 до 920°С, а алитирование ведут при плотности тока не менее 0,5 А/см2. Способ нанесения защитного покрытия (алитирования) обладает патентной чистотой на территории РФ.

  1. Разработана методика измерения контактного сопротивления поверхности образцов стали Ст3сп с защитным покрытием (этап-2). Для Методики на основе известного метода «амперметра-вольтметра» впервые разработаны требования ко вспомогательным материалам и конструкция измерительной ячейки, обеспечивающие проведение измерений при 900°С в контакте исследуемых образцов с коксо-пековой композицией (КПК) в процессе её коксования и, в дальнейшем – в контакте со спечённым в лабораторных условиях анодом типа «Содерберг».

Удельная величина контактного электросопротивления стального токоподвод с защитным покрытием составляет 0,300 Ом•см после 125 ч эксплуатации при 900°С, что на 3% меньше по сравнению со штырём без защитного покрытия. Скорость роста величины электросопротивления выше в 3,3 раза для токоподводов без защитного покрытия из-за образования на поверхности незащищённых образцов оксидно-сульфидных продуктов коррозии, обладающих относительно низкой электропроводностью.

Исследования электропроводности образцов стали с защитным покрытием на этапе-2 проводили в лабораторных условиях, соответствующих условиям эксплуатации промышленных анодных штырей электролизёра «Содерберга» С8-БМ (по требованию индустриального партнёра).

  1. Для проведения испытаний новых токоподводящих штырей разработана установка дистанционного контроля их коррозионного износа. Принцип действия установки основан на фотограмметрии и 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.

По результатам приёмочных испытаний доработанной на этапе-3 Установки, смонтированной на мостовой кран в корпусе №4 ОАО РУСАЛ Красноярск, установлено полное соответствие требованиям ТЗ: точность бесконтактного измерения геометрических размеров анодных токоподводящих штырей составила: ±1 мм при измерении длины штыря и ±2 мм при измерении диаметра штыря.

  1. По разработанной документации (лабораторный технологический регламент, ЭП, ТП и РКД) на этапе 3 изготовлен опытный образец установки для нанесения защитного алюминидного покрытия на анодные токоподводящие штыри электролизёра Содерберга. В работе Установки использован жидкофазный метод с применением фторидных солей KF-AlF3, обеспечивающий по данным предварительных испытаний повышение скорости нанесения (500 мкм в течение 30 мин.) и качества покрытия (хорошая адгезия покрытия и низкая пористость при содержании алюминия от 53 до 57 мас.%) за счёт очистки обрабатываемой поверхности стали от оксидных слоёв.

Полученные результаты удовлетворяют техническим требованиям, предъявляемым к выполняемому проекту.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.