Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Зависимость расхода обожженных анодов от состава и применение пекового кокса в обожженных анодах 9
1.1. Взаимосвязь между расходом анодов, стабильностью заданной рецептуры и необходимостью ее корректировки 9
12. Оценка возможности использования пекового кокса в обожженных анодах 21
Выводы 27
Глава 2. Разработка способа оптимизации состава анодов и сравнительная оценка применения пекового кокса в обожженных анодах 31
2.1. Зависимость расхода анодов от общей разрушаемости в СОг, механизм оптимизации состава анодов 31
2.2. Сравнительные исследования физико-химических свойств и структурных характеристик пековых и нефтяных коксов 35
2.3. Оценка прессовых характеристик и макроструктуры пековых и нефтяных коксов 40
2.4. Влияние действительной плотности на свойства анодов при постоянном составе связующей матрицы 45
2.5. Повышение химической стойкости лабораторных анодов на основе пекового кокса за счет оптимизации состава связующей матрицы 53
2.6 Установление оптимального состава связующей матрицы и разработка требований к обожженным анодам на основе пековых коксов 60
Выводы 62
Глава 3. Оптимизация состава промышленных обожженных анодов Новочеркасского электродного завода 64
3.1. Результаты лабораторного тестирования и испытаний опытных и опытно-промышленных анодов НЭЗа при электролизе 64
3.2. Изготовление при разном давлении прессования лабораторных анодов аналогов промышленным 68
3.3. Вибронасыпная плотность коксовой шихты в зависимости от содержания отсева и пыли, свойства обожженных образцов 74
3.4. Оптимизация состава анодов НЭЗа 79
3.5. Установление оптимального состава анодов НЭЗа 83
Выводы 84
Глава 4. Промышленные испытания обожженных анодов с различным составом, расчет расхода обожженных анодов и экономического эффекта в зависимости от состава 86
4.1. Определение производителя анодов 86
4.2. Характеристики и влияние анодов фирмы «Орион» на показатели электролитического получения алюминия 87
4.3. Характеристики и влияние на процесс электролитического получения алюминия анодов фирмы «Орион» с оптимальным составом 92
4.4. Сравнительный расчет расхода обожженных анодов при электролитическом получении алюминия в зависимости от состава связующей матрицы, экономический эффект 96
Выводы 101
Заключение 102
Список литературы 104
Приложение 113
- Оценка возможности использования пекового кокса в обожженных анодах
- Сравнительные исследования физико-химических свойств и структурных характеристик пековых и нефтяных коксов
- Изготовление при разном давлении прессования лабораторных анодов аналогов промышленным
- Характеристики и влияние анодов фирмы «Орион» на показатели электролитического получения алюминия
Введение к работе
Актуальность работы. Технико-экономические показатели (ТЭП) процесса электролитического получения алюминия во многом определяются качеством обожженных анодов (ОА). Затраты на ОА в себестоимости А1 составляют от 15 до 17 %, достигая иногда 25 %. При отлаженных технологических параметрах и приемлемом качестве сырья рецептура шихты для изготовления анодов влияет на формирование их физико-химических свойств.
В электродной промышленности главными требованиями к электродам являются высокая электрическая проводимость и механическая прочность. Обожженные аноды в алюминиевом электролизере не только подводят ток, но и участвуют в электрохимическом процессе, сгорая в выделяющемся кислороде. Поэтому для анодов, используемых в качестве восстановителя при электролизе криолит-глиноземных расплавов, важным показателем является их расход. По данным научных исследований и практических результатов на расход ОА влияет междучастичная пористость. Междучастичная пористость образуется при обжиге анода и зависит от толщины прослойки связующего на поверхности пылевых частиц то есть от количества связующего и дисперсности пыли с заданной дисперсностью, или так называемого состава связующей матрицы (ССМ).
В настоящее время надежный способ оптимизации ССМ ОА путем регулирования толщины прослойки связующего между частицами наполнителя отсутствует, либо является предметом «ноу-хау». Поэтому разработка способа оптимизации состава ОА является актуальной.
Актуальной задачей является также оценка возможности использования в ОА нетрадиционного наполнителя - пекового кокса. Данный углеродный материал по своим физико-химическим свойствам не уступает нефтяным коксам, производство которых с оптимальными характеристиками (низкие содержания золы, серы и т.д.) ограничено. Отсутствие опыта использования пекового кокса в качестве наполнителя ОА может привести к потере объемов его производства при переводе устаревших электролизных производств отечественных (Уральского (УАЗ), Богословского (БАЗ), Новокузнецкого (НкАЗ)) алюминиевых заводов на электролизеры с обожженными анодами. Поэтому задачи оценки применения пекового кокса в составе шихты обожженных анодов, разработки критериев его подготовки и технических требований к ОА на его основе являются актуальными.
Цель и задачи работы. Оптимизация состава обожженных анодов на основе коксов различной природы для снижения их расхода при электролитическом получении алюминия.
В работе решались следующие задачи:
разработка способа оптимизации состава ОА, основанного на регулировании содержания пека и пыли в зависимости от ее удельной поверхности;
установление оптимального коэффициента связующей матрицы (К") для получения состава анодов на основе коксов различной природы с низким их расходом при электролизе криолит-глиноземных расплавов;
оценка возможности получения ОА из пекового кокса со свойствами, не уступающими аналогам на основе нефтяных коксов;
установление критериев подготовки пекового кокса и разработка технических требований к ОА на его основе;
создание методики разработки рецептуры, обеспечивающей низкий расход ОА, их приемлемые прочностные и электрические свойства;
оценка свойств промышленных ОА и технологических показателей процесса электролитического получения алюминия до и после оптимизации их состава;
анализ расчетного и практического расхода ОА до и после оптимизации их состава; оценка экономической эффективности от предлагаемых технологических решений по оптимизации состава анодов.
Материалы и методы исследования. В работе использованы стандартизированные методы определения физико-химических свойств кокса, каменноугольного пека и обожженных анодов.
Объемно-структурные, прочностные, электрические и прессовые характеристики коксов оценивались по отечественным методикам, применяемым в алюминиевой и электродной промышленности.
Для характеристики плотности коксовой шихты применялась методика определения вибронасыпной плотности (ВНП).
Определение термофизических и дополнительных прочностных свойств ОА производилось по стандартизированным методикам, используемым при технологическом опробовании подовых блоков. Оценка качества промышленных ОА производилась на основе измерения геометрии новых анодов и огарков, визуального определения чистоты поверхности новых анодных блоков, учета расхода анодов и выхода угольной пены при электролитическом получении алюминия.
Научная новизна работы
-
Установлена зависимость общей разрушаемости в токе СОг, характеризующей расход анодов, от толщины прослойки связующего между частицами наполнителя.
-
Получена закономерность влияния оптимальной толщины прослойки связующего между частицами тонкой фракции наполнителя обожженных анодов на их расход при электролитическом получении алюминия.
-
Теоретически обоснована целесообразность применения пекового кокса в качестве наполнителя обожженных анодов.
-
Научно обоснован подход к разработке рецептуры обожженных анодов, основанный на первоначальном получении максимальной вибронасыпной плотности сухой коксовой шихты без добавления пыли и последующей оптимизации состава связующей матрицы.
Практическая значимость 1. Предложен способ оптимизации состава ОА, основанный на контроле удельной поверхности пыли, определении количества пыли в шихте и заключительной корректировке содержания связующего.
-
Разработаны критерии подготовки иекового кокса для его использования в обожженных анодах.
-
Предложены технические требования к обожженным анодам с использованием пекового кокса в качестве наполнителя.
-
Рекомендована оптимальная толщина прослойки связующего между частицами наполнителя - для пекового кокса К"' = 0,00100 (кг/м2), для нефтяного кокса Ксвм = 0,00110 (кг/м2), обеспечивающая минимальный расход анодов при электролитическом получении алюминия.
-
Предложена методика разработки рецептуры шихты для получения обожженного анода с низким расходом при электролизе криолит-глиноземных расплавов.
Достоверность полученных результатов. Оценка физико-химических свойств коксов, пеков и ОА, дополнительных показателей качества исходного сырья и анодов на их основе произведена на прошедшем метрологическую поверку оборудовании аккредитованных лабораторий ОАО «СибВАМИ» (лабораторий производства анодной массы и физико-химических методов анализа) и ОАО «ИркАЗ-СУАЛ» (центральная заводская лаборатория).
Анализ и обработка полученных данных проводились с помощью аналитических и графических методов пакета прикладных программ Microsoft Excel.
Достоверность полученных результатов подтверждена использованием статистического и корреляционного методов анализа, сходимостью расчетного расхода анодов с практическими результатами.
На защиту выносятся:
принцип обеспечения низкого расхода ОА при электролитическом получении А1, основанный на поддержании состава с одинаковой толщиной прослойки связующего на поверхности частиц наполнителя путем контроля удельной поверхности пыли и корректировки в шихте содержания связующего и пыли;
способ оптимизации состава ОА, используемых для получения алюминия;
критерии использования пекового кокса и технические требования к ОА на его основе;
методика разработки рецептуры шихты для получения обожженных анодов с минимальным их расходом при электролизе криолит-глиноземных расплавов, основанная на использовании оптимального ССМ;
результаты расчетного и практического расхода ОА в процессе электролитического получения А1 при использовании оптимального ССМ.
Личный вклад автора состоит в проведении исследований на каждом этапе работы; в разработке способа оптимизации состава связующей матрицы и установлении оптимальной толщины прослойки связующего в анодах на основе коксов различного происхождения; в научном обосновании влияния толщины прослойки связующего между частицами кокса-наполнителя на физико-химические свойства обожженных анодов; в сборе данных и анализе свойств анодов и их поведения при электролитическом получении алюминия; в анализе
и расчетном сопоставлении данных лабораторных исследований с результатами промышленных испытаний.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на П, III, IV региональных, Всероссийских научно-технических конференциях молодых ученых и специалистов алюминиевой промышленности (Иркутск, 2004-2006, 2008), на IV международной конференции «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология» (Москва, 2005), на II международной научно-практической конференции «Металлургия легких металлов. Проблемы и перспективы» (Москва, 2006), на научно-практической конференции «Перспективы развития технологии, экологии и автоматизации химических, пищевых и металлургических производств» (Иркутск, 2010), на кафедре металлургии цветных металлов ИрГТУ.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 106 наименований и двух приложений. Работа изложена на 115 страницах машинописного текста, содержит 20 рисунков и 28 таблиц.
Оценка возможности использования пекового кокса в обожженных анодах
Наполнитель анодов алюминиевых электролизеров должен обладать низкой PC и зольностью, высокой насыпной плотностью, пониженной пористостью, достаточной прочностью и электропроводностью. В большей мере данным требованиям удовлетворяют пековые и нефтяные коксы. Преимущественным спросом в настоящей мировой практике пользуется нефтяной кокс [4], поскольку объемы его производства это позволяют. Производство пекового кокса ограничено наличием коксующихся углей и напрямую связано со сталелитейной промышленностью, которая через потребность в металлургическом коксе регулирует мощности по пековому.
Нефтяной кокс является продуктом переработки тяжелых нефтяных остатков и до недавнего времени в наибольшей степени соответствовал требованиям алюминиевой отрасли по соотношению «цена-качество».
В последние 10-15 лет отмечается ухудшение свойств нефтяного кокса. Этои . і связано с ограниченными остатками легкой нефти разведанных месторождений, " \ г что делает кокс, производимый из них, дорогостоящим, при этом на новых МЄ- сторождениях преимущественно перерабатывается высокосернистая нефть.
Сложившаяся ситуация приводит к увеличению содержания в коксе серы и зольных примесей, поскольку нефтяные компании не уделяют особого внимания его качеству, ведь он является побочным товарным продуктом переработки нефти, из которой стремятся максимально извлечь основные продукты - бензин, керосин, масло и т.д. На этом фоне также отмечается снижение насыпной плотности кокса, что требует адаптации рецептуры и параметров технологического процесса производства анодов. Кроме того, за последние два десятка лет цена на нефть постепенно росла и, соответственно, отразилась на стоимости кокса [3, 5, , 68].
В сложившихся условиях алюминиевые заводы вынуждены потреблять нефтяные коксы от разных поставщиков. С одной стороны для снижения себестоимости анодов из-за необходимости шихтовать коксы разного качества и с другой из-за малой единичной мощности установок по производству нефтяного кокса. При этом шихтовка коксов с различными свойствами, приводит к дестабилиза ции конечных свойств наполнителя и широкой вариации качества анодов при{ слабом технологическом контроле [3 ]./ Тем не менее, преимущественное использование нефтяного кокса было не всегда. По данным Колодина Э.А. [19] и Ондер [69] пековый кокс был классическим материалом для изготовления анодов в течение первых десятилетий прошлого столетия. Однако быстрые темпы развития алюминиевой промышленности привели к превышению потребности в пековом коксе над его производством. Потребность могла покрыть только одновременно развивающаяся нефтяная отрасль, которая на тот момент предлагала кокс с небольшой зольностью и низкой ценой. Совокупность приведенных факторов определила постепенное снижение объемов потребления пекового кокса. В начале прошлого столетия технология электролитического получения алюминия базировалась на использовании предварительно обожженных анодов за счет отсутствия промышленной технологии электролиза с анодами Содербер-га. Качество обожженных анодов тех лет было низкое и не позволяло иметь рас t ход ниже 650 кг/т А1, т.к. уровень знаний, техники и технологии были на началь I. ном этапе развития. ( Современные попытки использования пекового кокса в обожженных анодах охарактеризованы неудовлетворительными результатами за счет повышенного выхода анодов с трещинами после обжига [4]. Причиной полученных результатов назывался высокий коэффициент термического линейного расширения (КТЛР) пекового кокса. Очевидно, что речь в данном случае идет о коксе, полученном в камерных печах, которому в силу технологических особенностей производства и использования сырья с высокой ароматичностью свойственна изотропная струк тура, а соответственно высокий КТЛР. . Другими авторами [5, 70] наоборот приводится информация о целесообраз- I ности применения пекового кокса в анодах и наличия такой практики без ссылки і на алюминиевые заводы, технологию электролиза и критерии подготовки. Имеющиеся представления о формировании структуры углеродных изделий и успешное применение пекового кокса в разных видах углеродной продукции все-таки определяют возможность его использования в обожженных анодах, что предполагается оценить в данной диссертационной работе.
Во-первых, на это указывает успешный опыт применения пекового кокса изотропной структуры при изготовлении конструкционных графитов для атомной промышленности, относящихся к особо ответственным изделиям и подвер- І . гающимся неоднократному обжигу [41, 71]. В ходе поиска замены нефтяному коксу марки КНПС в этих работах [72, 73] определена возможность использования как пекового кокса, полученного традиционным способом в камерных печах, так и сланцевого вообще другой природы.
Во-вторых, имеется успешный опыт производства графитированных элек- тродов большого сечения для сталелитейных печей повышенной мощности. Для этих нужд используется игольчатый пековый кокс [74].
Для возможности использования пекового кокса в столь разнообразных областях промышленности он должен обладать необходимыми свойствами. Согласно Селезневу А.Н. [41] принципиальным фактором, влияющим на получаемую микроструктуру пекового кокса, является наличие и количество в исходном каменноугольном сырье коксования, веществ нерастворимых в хинолине — (Xi-фракции. Считается, что чем выше содержание аі-фракции в исходном сырье коксования, тем более изотропным получается кокс, поскольку вещества нерас- , творимые в хинолине препятствуют росту волокнистой структуры.
Таким образом, получение необходимой микроструктуры, а, соответственно, и свойств пекового кокса теоретически возможно на любом коксо-химическом заводе (КХЗ) при наличии возможности отгонки а і - фракции из пека и получения тем самым пекового масла, которое используется для производства кокса игольчатой структуры.
Сравнительные исследования физико-химических свойств и структурных характеристик пековых и нефтяных коксов
Для сравнения характеристик исследуемых материалов и оценки их соответствия ГОСТ 3213-91 (пековый кокс) и ГОСТ 22898-78 (нефтяной кокс) были отобраны пробы двух пековых и трех нефтяных коксов. С помощью атомно-эмиссионого и химического методов анализа было определено содержание примесей в них (см. табл. 2.3).
Самым высокозольным является нефтяной кокс СПЗ «Сланцы». Отмечается повышенная зольность нефтяного кокса ангарского НПЗ. Зольность смеси пековых коксов с ИркАЗа находится на верхнем допустимом пределе. Пековый кокс из ЮАР имеет самое низкое содержание золы и примесей в ней. Все коксы, кроме кокса с СПЗ «Сланцы», укладываются в действующие требования для электродного кокса по содержанию золы. По содержанию железа и кремния все коксы отвечают требованиям, предъявляемым к электродным коксам.
Содержание серы в пековых коксах значительно ниже, чем в нефтяных. Что касается примеси ванадия, то сернистые нефтяные коксы (пермский и ангарский) имеют повышенное содержание этой примеси-спутника серы, особенно высокосернистый пермский нефтяной кокс.
Содержание натрия в золе у всех коксов находится в пределах нормы. Следует лишь отметить, что смесь пековых коксов с ИркАЗа и нефтяной кокс СПЗ «Сланцы» имеют более высокое его содержание, чем другие исследуемые коксы.
С точки зрения химической чистоты в исследуемой группе коксов пековые не только не уступают нефтяным коксам, но даже в определенной мере превосходят их.
К коксам, применяемым в производстве обожженных анодов, не предъявляется требований к способности графитации, что существенно расширяет возможности использования в производстве обожженных анодов разных видов малозольных коксов [4]. Тем не менее, к качеству коксов в производстве обожженных анодов предъявляются достаточно жесткие требования по химической чистоте, объемно-структурным и электромеханических характеристикам. Поэтому по известным отечественным методикам [82] определялись коэффициент прочности, объемная (с10б) и насыпная плотность (dHac), общая (П0бЩ) и открытая (Поткр) пористость.
В наших исследованиях для определения объемно-структурных и электромеханических характеристик все коксы (за исключением пекового прокаленного кокса производства ЮАР) прокаливали в лабораторной прокалочной печи до дей-ствительной плотности 2,02, 2,03, 2,05, 2,06 и 2,07 г/см (нефтяные коксы) и 1,98, -37-1,99, 2,00, 2,02 и 2,03 г/см3 (пековый кокс), при соответствующей температуре (табл. 2.4). Максимальная температура прокалки ограничивалась техническими возможностями лабораторной прокалочной печи.
У большинства коксов с повышением температуры прокалки и ростом действительной плотности отмечается закономерное повышение объемной и насыпной плотности (рис. 2.2 а, б) и связанное с этим снижение УЭС (рис. 2.2 д). Это вполне согласуется с теоретическими представлениями о формировании структуры различных по природе коксов в процессе их термообработки.
У прокаленных пековых коксов зафиксирована более низкая действительная плотность, что соответствует их менее упорядоченной изотропной структуре.
В тоже время обращает на себя внимание более высокая прочность пековых коксов, особенно пекового кокса (ЮАР), имеющего практически одинаковое с нефтяными коксами УЭС (табл. 2.4 и рис. 2.2 д). Оба эти показателя являются важными для оценки пригодности кокса для производства обожженных анодов, и в этом смысле пековые коксы не уступают, а по прочности даже превосходят нефтяные коксы.
На основании проведенных исследований можно сказать, что менее упорядоченная микроструктура пековых коксов в определенной степени компенсируется более плотной макроструктурой, о чем свидетельствуют их сниженная общая и открытая пористость и повышенные значения объемной и насыпной плотности (см. табл. 2.4 и рис. 2.2).
Также следует отметить специфические свойства нефтяного кокса, прокаленного на СПЗ «Сланцы», который при одинаковой с нефтяными коксами действительной плотности по своим объемно-структурным характеристикам и прочности ближе к отечественному пековому коксу. Подобные свойства связаны с особенностями прокалки нефтяных коксов на СПЗ «Сланцы» в ретортных печах, в которых создаются условия для отложения пироуглерода в порах кокса и, по-видимому, уплотнения его макроструктуры.
Изготовление при разном давлении прессования лабораторных анодов аналогов промышленным
Целью проводимых исследований является.оценка свойств исходного сырья и изготовление по рецептуре НЭЗа лабораторных анодов - аналогов промышленным, полученных при разном давлении прессования.
Нефтяной кокс НБПЗ был протестирован согласно требованиям ГОСТ 22798 и дополнительным показателям, характеризующим его объемно-структурные и электрические свойства, содержание примесей (табл. 3.3).
Полученные результаты указывают на перепрокалку кокса НБПЗ, о чем свидетельствует чрезмерно высокий уровень действительной плотности И; электропроводности [93]: Перепрокалка кокса увеличивает открытую-пористость, и его адсорбционную способность, снижает насыпной вес и механическую прочность, увеличивает градиент между конечной температурой обработки кокса и обжигом анодов, т.е. спеканием связующего. При перепрокалке закономерно усиление механизма «селективного окисления» и возрастание осыпаемости анодов при электролитическом получении алюминия за счет различной PC кокса-наполнителя и кокса из связующего [5, 6, 45, 94, 95].
Уровень содержания примесей в представленном коксе близок к верхнему предельному уровню по ГОСТ 22798. Кроме того, в пылевой фракции кокса наблюдается запредельно высокое содержание железа и ванадия.
Среди других показателей у исследуемого кокса выделяется пониженная на-сыпная плотность. Это соответствует нижнему пределу диапазона 0,88-0,96 г/см , установленного в другой работе [99]. Низкая насыпная плотность является следствием получения низкой кажущейся плотности анодов при нормальном давлении прессования, что, как правило, на практике исправляется увеличением давления прессования и нежелательным переуплотнением анодов.
Физико-химические свойства каменноугольного пека марки «В» Магнитогорского ХДСК определялись по ГОСТ 10200 (табл. 3.4). Анализируемый пек характеризуется: высокой температурой размягчения и выходом летучих; повышенным содержанием первичных веществ, нераствори мых в хинолине; пониженным коксовым остатком и сниженным содержанием! веществ, нерастворимых в толуоле.
Отмечено повышенное содержание кремния и железа в отличие от требований, предъявляемыми зарубежными спецификациями к связующему.
В общем, совокупность свойств пека указывает на его низкие эксплуатационные характеристики.
Для изготовления лабораторных анодов аналогов промышленным был взят рецепт НЭЗа (табл. 3.5). С целью стабилизации содержания крупных фракций и снижения эффекта сегрегации фракция -13+4 мм была разделена на две более узких а)-13+8 мм и б)-8+4 мм. Далее изготавливали пыль лабораторного помола.
В виду отсутствия в ЛПАМ СибВАМИ сита 0,071 мм и наличия сита 0,08 мм для определения грансостава и дозировки пыли необходимо было установить соотношение содержания фракций -0,071 мм и -0,08 мм между собой. Для этого использовались результаты ситового анализа НЭЗа и результаты рассева пыли промышленного помола НЭЗа в ЛПАМ СибВАМИ (табл. 3.6). Далее по известному содержанию фракции -0,08 мм и удельной поверхности пыли помола НЭЗ была получена пыль лабораторного помола СибВАМИ.
Ситовой состав и удельная поверхность пыли лабораторного помола, приготовленная для лабораторных анодов, представлена в табл. 3.6.
Для получения лабораторных анодов аналогов промышленным, и оценки влияния давления прессования на их свойства было изготовлено 5 партий образ-цов при давлении прессования в пределах 300 - 500 кг/см с шагом изменения давления в 50 кг/см (табл. 3.7).
Образцы изготавливались по методике раздела 2. Отличие заключалось в дозировании пека в твердом виде. Для этого пек предварительно измельчали до крупности -0,5 мм, коксовую шихту разогревали до 200 С и увеличили длительность смешения до 40 мин. Свойства лабораторных обожженных анодов аналогов промышленным представлены в таблице 3.7.
По данным исследований с повышением давления прессования установлено ожидаемое возрастание кажущейся плотности «зеленых» и обожженных анодов (рис. 3.1а).
В противоположность кажущейся плотности прочность на сжатие и УЭС имеют тенденцию к снижению при повышении давления прессования (рис. 3.1 б и 3.1 в). Однако после достижения давления 400 кг/см единичные значения УЭС увеличиваются, что связывается с возрастанием количества дефектов в структуре образцов из-за действия сил упругой деформации после прессования. В любом случае наилучшие значения показателей прочности и электропроводности соот-ветствуют давлению прессования 400 кг/см .
Характеристики и влияние анодов фирмы «Орион» на показатели электролитического получения алюминия
С начала поставок в 1 квартале 2007 г. аноды подвергались входному контролю согласно принятой схеме контроля ИркАЗа с периодичностью 1 раз в квартал. После пуска электролизеров периодичность входного контроля участилась до 1 раза в декаду, начала проводиться визуальная оценка прикоксовывания пересыпки к поверхности анодов, приступили к измерению габаритов и веса огарков. Габариты и вес огарков, являются признанной мерой эксплуатационных характеристик анодов. Измерение габаритов и веса огарков производилось 1 раз в месяц на 12 огарках, извлеченных из различных мест установки в электролизерах каждого корпуса. Наличие остатков частиц коксовой пересыпки и следы ее очистки с поверхности анодов, локальные жирные пятна скоксовавшегося связующего й разрыхление поверхности анодов указывали согласно предыдущим исследованиям (разд. 2 и 3) на технологические проблемы у производителя. С одной стороны проблемы указывали на применение в анодах неоптимального ССМ. С другой стороны, предполагалось применение ускоренного темпа обжига анодов, приводящего к удалению повышенного объема летучих пека. Качество анодов «Орион» в период с января по сентябрь 2008 г. представлено в табл. 4.1. Определение физико-химических свойств производилось по ТУ 1913-001-002992-95. Из табл. 4.1 видно, что практически по всем показателям ОА имели либо постоянные, либо периодически возникающие отклонения от значений, регламентируемых условием контракта. Поі объемно-структурным: характеристикам исследуемые О А имели. завышенные значения кажущейся и действительной плотностей. Высокий уровень последней, объяснял повышенный выход-пены за счет действия механизма селективного окисления. Повышенная механическая прочность анодов в совокупности с высокой кажущейся плотностью приводила к снижению термостойкости анодов [83-91].. Увеличенные значения объемно-структурных и прочностных свойств ОА не согласовывались с повышенным УЭС, что косвенно указывало на наличие дефектов в структуре исследуемых образцов.
По содержанию примесей ОА характеризуются высокой зольностью, и по вышенным содержанием железа и кремния. В единичных случаях уровень со держания этих примесей не соответствовал требованиям: Содержание ванадия в целом тоже было завышено и это вызывало проблемы как с окислением поверх ности анодов кислородом воздуха [8,. 101]і так; и в литейном отделении ИркАЗа при выпуске продукции. Наиболее отрицательнойхарактеристикой ОАпри их использовании явилась низкая химическая стойкость, характеризуемая показателями, общей разрушаемо-сти и осыпаемости в токе СОг (табл. 4.1). При электролизе криолит-глиноземных расплавов с использованием ОА с такими эксплуатационными характеристиками было зафиксировано: - расход ОА в пределах 551 - 567 кг/т А1. В;среднем расход ОА -.за период составил 555,2 кг/т А1 против допустимой величины в 540 кг/т А1 (рис. 4.1); - низкая термостойкость ОА, которая являлась следствием потери 0;6 % от общего количества установленных анодов(рис. 4.1); - выход угольной пены в пределах 21-28 кг/т А1 при допустимом уровне не более 5 кг/т А1 (рис. 4.2); - повышенное количество отставаний на подошве анодов (5-10% перекаленной площади подошвы анода, принимающей основную токовую нагрузку) - в среднем до 50 случаев в месяц (рис. 4.2); - отклонения габаритов и веса огарков (рис. 4.3). Длина не более 129 см при допуске 131,5 см, ширина не более 57 см при допуске 63 см, высота порядка 15 см при допуске 18 см, обгар более 4 см при допуске не более 1 см. Вес огарков в среднем составлял 161 кг при допуске 180 кг; - геометрия огарков обуславливала повышение риска расплавления ниппелей при требуемом цикле работы ОА 30 суток. Низкий вес огарков подтверждал необходимость снижения, цикла работы анодов, что в свою очередь было бы следствием еще большего увеличения расхода ОА. У 70 % ОАч отмечаласьг взрыхленная поверхность, которая определялась визуально. На этом же количестве ОА выявлялись следы уборки значительного количества пересыпки, которая частично оставалась в виде комков коксовой пыли и крошки. За счет повышенной усадки выявлялись отклонения габаритов анодов от заданных значений. Уменьшение габаритов анодов (длина и ширина) и диаметра ниппельных гнезд составляли 15—30 мм И 10 мм соответственно. Отклонения от номинальных значений составляли от 3 до 5 раз. Выявленные недостатки ОА подтверждали применение производителем неоптимального ССМ, что подтверждалось отсутствием переуплотненных анодов с кажущейся плотностью свыше 1,61 кг/дм , наличием значительного объема при-коксовавшейся пересыпки и низкой химической стойкостью в процессе электролиза. С целью повышения качества анодов была проведена претензионная работа, в ходе которой были разработаны рекомендации по корректировке состава1 ОА и технологических параметров, по которым были зафиксированы отклонения (табл. 4.2).
