Повышение эффективности производства алюминия путем увеличения срока службы анодных штырей

• Автор: Победаш, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 126 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
1.
1.2.
1.
1.4.
1.5.
1.5.
1.5.

1.6 1.6.1 1.6.

1.7.
Введение
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ СИСТЕМЫ
ТОКОПОДВОДА АЛЮМИНИЕВЫХ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ СОДЕРБЕРГА
Анодные штыри электролизера
Коррозия анодных штырей
Кинетика коррозионных процессов
Скорость и другие количественные характеристики коррозии
Образование оксидных пленок на поверхности штырей
Факторы, влияющие на коррозию анодных штырей
Внешние факторы коррозии анодных штырей
Внутренние факторы коррозии анодных штырей
Электрохимическая коррозия металлов
Общие положения
Причины образования коррозионных гальванических
элементов
Схема процесса электрохимической коррозии
Термодинамика процесса электрохимической коррозии
Электродный потенциал металла
Химический и электрохимический механизмы растворения металлов в электролитах
Коррозионные процессы с кислородной деполяризацией
Поляризация электродных процессов
Термодинамика процесса коррозии с кислородной
деполяризацией
Способы защиты металлов от коррозии
Контролируемые и защитные атмосферы
1.7.2 Жаростойкое легирование
1.7.3 Применение жаропрочных и жаростойких сталей
1.7.4 Поверхностное легирование
1.7.5 Неорганические неметаллические покрытия
1.8 Выводы по главе и выбор направления исследований
2 ИССЛЕДОВАНИЯ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ
ТОКОПОДВОДЯЩИХ ШТЫРЕЙ В АНОДНОЙ МАССЕ
2.1 Методика проведения и обработки результатов
исследований
2.2 Количественные характеристики коррозионных процессов
2.3 Лабораторные исследования скорости коррозии стали
Вст.З сп. в анодной массе
2.4 Промышленные испытания коррозионной стойкости
2.5 Расчет количества железа, поступающего в электролизер
2.5.1 Поступление железа от анодного штыря
2.5.2 Поступление железа от чугунных секций газосборного
колокола
2.5.3 Поступление железа от технологического инструмента
2.5.4 Поступление в электролизер железа вследствие
разрушения углеродной футеровки
2.6 Оценка сокращения выхода по току в результате
посту пления в электролизер железа
2.7 Выводы по главе
3 ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА
АЛЮМИНИЯ ПУТЕМ УВЕЛИЧЕНИЯ СРОКА СЛУЖБЫ ШТЫРЕЙ
3.1 Экспериментальное обоснование решения задачи
3.
3.4.
3.
4.
4.
4.3.
Разработка технологии нанесения композиционного
хромуглеродного покрытия
Микроскопический метод анализа качества защитных
покрытий
Лабораторные исследования скорости коррозии и
электропроводности хромсодержащих материалов в анодной массе
Расчет энергии активации
Измерение электросопротивления на границе метал
анодная масса
Промышленные исследования скорости коррозии
хромсодержащих материалов в анодной массе Выводы но главе
ТЕХНИКО ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ
Визуальный баланс железа в алюминии для технологии
электролиза с предварительно обожженными анодами Способы повышения сортности металла
Укрупненная техиико экономическая оценка
эффективности внедрения анодных штырей с хромуглеродсодержащим покрытием
Расчет экономической эффективности внедрения
результатов работы
Расчет затрат на нанесение хромуглеродсодержащих
покрытий на поверхность анодного штыря
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


При извлечении деформированного штыря происходит разрушение анода, что в итоге увеличивает падение напряжения в аноде (увеличение расхода электроэнергии, потребляемой электролизером), а также рост выхода угольной пены (увеличение расхода глинозема, фтористых солей и увеличение выбросов от электролизера загрязняющих веществ в период выполнения технологической операции «съем угольной пены», связанной с разгерметизацией газосборного колокола). Одной из причин высоких затрат на эксплуатацию анодных штырей является их низкая коррозионная, стойкость, что приводит, кроме, всего прочего, к снижению сортности производимого алюминия: Данное обстоятельство обусловлено тем, что окислы железа с поверхности штыря попадают в анодную массу и далее в расплав. Повышение силы тока на электролизерах С-8; С-8БМ с проектных 6 кА до 0 - 5 кА, а в отдельных случаях и до 0 кА, активно проводимое на алюминиевых заводах в последнее десятилетие, потребовало реконструкции узла токоподвода. Увеличение содержания железа в электролите стало одной из причин падения выхода по току (производительности электролизера), а также снижения сортности производимого металла. В итоге алюминиевые заводы несут убытки, связанные с потерей прибыли от реализации низкосортного, мало востребованного рынком металла. Отсюда, актуальными являются исследования, направленные на интенсификацию электролизного производства путем повышения коррозионной стойкости анодного токоподводящего штыря и увеличения срока его службы. Целью диссертационной работы является повышение техникоэкономических показателей электролизного производства путем повышения коррозионной стойкости анодных токоподводящих штырей. Методы исследования. В работе для решения поставленных задач использовались гравиметрические методы определения коррозионной стойкости материалов в технологических средах производства алюминия с привлечением установленных ГОСТом методик при современном метрологическом обеспечении лаборатории ИрГТУ и центральной заводской лаборатории Братского алюминиевого завода. Эксперименты проводились как в лабораторных, гак и в промышленных условиях. ИрГТУ и центральной заводской лаборатории Братского алюминиевого завода. Практическая значимость исследований состоит в том, что на основе изучения коррозионного поведения металлов, сплавов и электрохимических покрытий в анодной массе предложен новый способ антикоррозионной защиты штырей путем нанесении композиционных хромовых покрытий на основе углерода на нижнюю, самую быстроизнашиваемую часть штыря. Применение композиционных покрытий сокращает скорость коррозии штыря в 3 раза при сохранении электропроводности на уровне, сопоставимом с электропроводностью стали. Ожидаемый экономический эффект от внедрения результатов работы на Братском алюминиевом заводе составит более $ ,9 млн. Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и получили одобрение: на 2-ой Региональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов алюминиевой промышленности (Иркутск, ); научно практических конференциях «Перспективы развития технологии, экологии и автоматизации химических, пищевых ш металлургических производств» (Иркутск, ; ); 2 - ой Всероссийской школе-семинаре ученых «Обогащение руд», с международным участием, посвященной -летию со дня рождения члена корреспондента РА С. Б. Леонова (Иркутск, ); 4 -ой республиканской научно-технической конференции ученых и специалистов алюминиевой и электродной промышленности (Иркутск, ); научно - практической конференции «Оценка эколого-экономической ситуации водных экосистем в бассейне оз. Байкал и управление экологическим риском» (Иркутск, ); . Всероссийской научно -технической конференции, посвященной - летию института СибВАМИ (Иркутск, ). Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано работ. Структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 4 наименований. Работа содержит 5 страниц машинописного текста, включая таблицы и рисунка. Перечисленные требования заставляют искать пути экономии энергоносителей, сырья, расходных материалов, увеличивать эффективность улавливания вредностей либо сокращать их образование и выбросы в рабочую зону и в атмосферу. Рис. Электролизер Содерберга с верхним токоподводом (ВТ).