Введение к работе
Актуальность работы. Повышение эффективности производства алюминия может быть достипгуто за счет повышения выхода по току. Выход по току алюминия зависит от многих параметров, в том числе и от состава электролита. Получение алюминия путем электролиза из криолит-глиноземных расплавов сопровождается интенсивной высокотемпературной коррозией всего технологического оборудования. В процессе электролитического получения алюминия путем электролиза из криолит-глиноземных расплавов происходит коррозионное разрушение технологического инструмента и основного оборудования, что приводит к преждевременному выходу их из строя и, соответственно, к загрязнению алюминия-сырца железом. Повышенное содержание железа в криолит-глиноземных расплавах приводит к снижению выхода по току алюминия, что снижает эффективность производства алюминия. Интенсивной высокотемпературной коррозии подвергаются термопары, газосборные секции, газовые горелки, трубопроводы газоочистки, катодные и анодные токоподводы, шумовки, скребки, выполненные из черных металлов. Традиционным способом защиты от коррозии является изготовление оборудования из легированных хромом и никелем сталей или нанесение защитных покрытий на основе карбида кремния, титана и т.д. Однако изготовление инструмента из нержавеющей стали значительно повышает его стоимость, а применение защитных покрытий из керамики не всегда возможно в связи с их хрупкостью и слабой сцепляемостью с основой.
До настоящего времени на отечественных алюминиевых заводах технологический инструмент изготавливают из углеродистой стали, в результате чего происходит дополнительное загрязнение алюминия-сырца железом и снижаются , технико-экономические показатели производства алюминия.
Для защиты технологического инструмента (например, шумовки) целесообразен отход от традиционных методов защиты от коррозии. В качестве перспективного направления можно рассмотреть нанесение композиционных хромовых покрытий.
Цель работы. Повышение эффективности производства алюминия путем нанесения на технологический инструмент, изготовленный из углеродистой стали, композиционных хромовых покрытий.
Для реализации этих целей были поставлены и решены следующие задачи:
исследована коррозия металлов и хромсодержащих сплавов в криолит-глиноземных расплавах;
проведен анализ влияния коррозии инструмента на технико-экономические показатели промышленного производства алюминия;
разработана технология нанесения хромовых покрытий на технологический инструмент и определена их коррозионная стойкость в электролизном производстве;
проведены промышленные испытания работы оборудования с
нанесенными защитными покрытиями.
Объектом исследования был выбран технологический инструмент электролизных корпусов Братского алюминиевого завода.
Методы исследования. В работе для решения поставленных задач использовались гравиметрические и электрохимические методы определения коррозионной стойкости материалов в технологических средах производства алюминия; статистическая обработка результатов измерений с применением ЭВМ; микроскопический анализ для изучения структуры получаемых хромовых покрытий. Эксперименты с расплавленными электролитами проводились как в лабораторных, так и в промышленных условиях.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается привлечением установленных ГОСТом методик при современном метрологическом обеспечении лаборатории ИрГТУ и центральной заводской лаборатории Братского алюминиевого завода, сходимостью и воспроизводимостью результатов параллельных опытов, а также надежностью применяемого поверенного оборудования и результатами промышленных испытаний.
Научная новизна работы заключается в том, что на основе изучения коррозионного поведения металлов и сплавов в криолит-глиноземных расплавах электролизных корпусов Братского алюминиевого завода впервые:
определена скорость коррозии технологического инструмента для обработки электролизера и установлено, что она в промышленных условиях в 40 раз выше для стали СтЗ и в 150 раз выше для стали XI3, чем в лабораторных условиях;
установлено, что на поверхности технологического инструмента (шумовки) при перемещении в магнитном поле возникает потенциал до 41 мВ, что приводит к дополнительной электрохимической коррозии под воздействием внешнего тока;
- из проведенных экспериментальных зависимостей скорости коррозии от
температуры определена энергия активации коррозии для стали СтЗ, Х13, Х25,
Х18Н9Т, которая составляет 11,40, 11,48, 13,18 и 16,24 кДж/моль
соответственно. Низкое значение энергии активации свидетельствует о том, что
коррозия металлов и сплавов в криолит-глиноземных расплавах лимитируется
диффузионной стадией;
- установлено, что сталь Х13, Х25, Х18Н9Т и хромовые покрытия
нанесенные гальваническим способом в криолит-глиноземных расплавах
обладают повышенной коррозионной устойчивостью;
- в результате проведенных исследований достигнуто повышение
коррозионной стойкости стали СтЗ путем нанесения композиционных
хромовых покрытий электролитическим способом из сверхсульфатных
саморегулирующихся электролитов.
Практическая значимость. На основании проведенных исследований разработана новая технология хромирования технологического инструмента в
условиях Братского алюмшшевого завода, которая позволяет снизить скорость коррозии его в расплавленном электролите в 3—4 раза. Проведенные промышленные испытания хромированной шумовки в 1 корпусе БрАЗа показали, что ожидаемый экономический эффект от внедрения инструмента с хромовым покрытием составит 0,622 млн. руб. за счет снижения затрат на его изготовление. Суммарный же экономический эффект за счет повышения эффективности производства алюминия (повышение выхода по току на 0,027% за счет снижения железа в электролите на 0,00166%) составит 15,4 млн. руб.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на Международных конференциях «Алюминий Сибири - 2004» (г. Красноярск), научно-практических конференциях «СибВАМИ» 2003, 2004, 2005, научно-технических конференциях БрГТУ (г. Братск) и ИрГТУ (г. Иркутск).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ.
Объём и структура работы. Диссертациоішая работа содержит 127 страниц машинописного текста, 23 рисунка и 29 таблиц. Работа состоит in введения, трех глав, заключения, списка литературы из 117 наименований и приложения.
