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:
- Разработан лабораторный технологический регламент процесса нанесения защитного покрытия на анодные токоподводящие штыри электролизёра Содерберга.
- Разработан эскизный проект (ЭП) опытного образца установки для нанесения защитного коррозионностойкого покрытия на анодные токоподводящие штыри электролизёра Содерберга.
- Разработан технический проект (ТП) опытного образца установки для нанесения защитного коррозионностойкого покрытия на анодные токоподводящие штыри электролизёра Содерберга.
- Разработана РКД на опытный образец установки для нанесения защитного коррозионностойкого покрытия на анодные токоподводящие штыри электролизёра Содерберга.
- Разработана программа и методики предварительных испытаний опытного образца установки для нанесения защитного коррозионностойкого покрытия на анодные токоподводящие штыри электролизёра Содерберга.
- Изготовлен опытный образец установки для нанесения защитного коррозионностойкого покрытия на анодные токоподводящие штыри электролизёра Содерберга.
- Проведены предварительные испытания опытного образца установки для нанесения защитного коррозионностойкого покрытия на анодные токоподводящие штыри электролизёра Содерберга.
- Разработана РКД с литерой “О” на опытный образец установки дистанционного контроля коррозионного износа анодных токоподводящих штырей.
- Разработана программа и методики приёмочных испытаний опытного образца установки дистанционного контроля коррозионного износа анодных токоподводящих штырей.
- Проведены приёмочные испытания опытного образца установки дистанционного контроля коррозионного износа анодных токоподводящих штырей.
При этом были получены следующие результаты:
- 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.
- 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).
- 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.
- 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.