Введение к работе
Актуальность работы.
Современные требования. предъявляемые отечественньши и >убежными потребителями к качеству катодных блоков, обусловлены зышением мощности алюминиевых электролизеров, высокой стоимостью хитального ремонта, экологическими проблемами.
Электролизеры существующих конструкций имеют потенциальный срок ,жбы 3000 суток. В России в настоящее время оптимальный срок службы ггавляет 1200 суток. Увеличение срока службы электролизеров возможно при ("чтении комплекса показателей: технологии эксплуатации, монтажа и пуска дины, а также материала подины. Статистика эксплуатации электролизеров казывает. что выход из строя по причине низкого качества углеродных териалов и плохого монтажа составляет около 30% от общего числа выходов.
В настоящий момент у отечественных потребителей и изготовителей
годных блоков не существует единого мнения в оценке их качественных
казателей. Общепринятым считается, что для достижения высокого срока
окбы подины катодные блоки должны обладать достаточно низкой натриевой
формацией, устойчивостью к химическом)" и абразивному износу, малой
:пршшчивостью к процессам, связанным с реакциями и кристаллизацией
лей в теле блоков и под подиной, стойкостью к термическому удару. Однако,
иного подхода в оценке предельных численных значений наиболее важных
казателей качества катодных блоков не существует. Не достигнуто также
гласия в определении приоритетных показателей качества, которые отразили
і в себе основные, наиболее важные эксплуатационные характеристики
годных блоков. \
Требования к качеству материала катодных блоков, вытекающие из ловий эксплуатации, можно сгруппировать в два основных комплексных нкциональных показателя: термопрочность в процессах заливки блюмса гуном. обжига подины и эксплуатации; стойкость к абразивному износу и триевому разрушению в процессе эксплуатации.
Одновременного высококачественного выполнения требований, ражаемых обеими функциями, на практике достигнуть трудно. Увеличение противления абразивном)' и натриевому износу ведет к повышению твердости плотности .материала блоков, что снижает термопрочность. И, наоборот, сличение термопрочности не всегда связано с увеличением стойкости к разивному износу. Оптимальным хія практического осуществления >едставляется следующий вариант: на электродных заводах производить ісокотермопрочньїе блоки, а защиту от натрия и абразивного износа проводить потребителя блоков путем нанесения защитного покрытия на поверхность оптированной подины.
В сил)' особенностей технологии производства и условий эксплуатации годных блоков показателем качества, объединяющим требования к физико-ханическим свойствам, является термопрочность. К показателям качества посредственно влияющим на эксплуатационную стойкость блоков, следует оке
отнести характер распределения физико-механических свойств по длине и
сечению блока и степень дефектности материала.
Действующие Технические условия не в полной мере характеризуют
эксплуатационную стойкость катодных блоков в целом и слабо отражают
требования потребителя к качеству материала, в особенности к величине
термопрочности, как основном)- критерию работоспособности
высокотермонагруженных конструкций.
Требования к уровню физико-механических свойств материала катодных блоков, обеспечивающих высокую термопрочность, наиболее полно и достоверно могут быть определены методом математического моделирования, который позволяет оперативно исследовать различные ситуации, возникающие в практике производства, монтажа и эксплуатации катодных блоков.
Одним из механизмов реализации критерия термопрочности катодных блоков может служить ультразвуковой контроль качества, а сравнительным параметром - скорость прохождения ультразвука в изделии. Выбор неразрушающего ультразвукового метода контроля качества катодных блоков обусловлен необходимостью контроля каждого изделия, так как выход из строя хотя бы одного блока приводит к отключению всего электролизера.
Таким образом, в настоящее время не установлены качественные характеристики, критерии и способы оценки термопрочностных свойств при производстве и эксплуатации катодных блоков.
Цель работы: повышение термопрочности катодных блоков при производстве и эксплуатации.
Для достижения поставленных целей решались следующие основные задачи:
1 .Разработать методы исследования механического поведенш крупнозернистых углеграфитовых материалов.
2.Исследовать характер распределения по объем)' изделия и степені неоднородности физико-механических свойств, определяющих уровеш термопрочности катодных блоков.
3.Разработать методические основы оценки уровня термопрочносп катодных блоков на базе методов математического моделирования і ультразвукового контроля.
4.Исследовать влияние компонентного и гранулометрического состав; наполнителя на термопрочностные свойства катодных блоков на основі параметров ультразвукового контроля.
Научная новизна работы.
1.Проведено экспериментальное исследование и получені систематизированные данные о характере распределения физико-механически: свойств по объему катодных блоков. Экспериментально и расчетным путе: установлено значительное влияние неоднородности механических свойств н уровень термопрочности катодных блоков.
2.Разработан способ оценки уровня термопрочности катодных блоков по амстрам ультразвукового контроля. Определены критерии ультразвукового троля качества катодных блоков в соответствии с уровнем термопрочности.
З.С помощью разработанного метода изучено влияние наполнителя на мопрочностные свойства катодных блоков. Выявлено, что термопрочностные ііства катодных блоков зависят от компонентного и фракционного состава олнителя. Показано, что эффективным путем повышения термопрочности и отоспособности катодных блоков является регулирование компонентного ґава графитового наполнителя и фракционного состава термоантрацита, сазана эффективность применения ультразвукового метода для оценки нологнческих факторов производства катодных блоков.
Практическая ценность работы.
1 .Получены систематизированные данные о характере и уровне днородности физико-механических свойств катодных блоков.
2.На основе параметров ультразвукового контроля разработан способ ора проб для механических испытаний материала катодных блоков.
3.Разработан метод оценки уровня термопрочности катодных блоков по амстрам ультразвукового контроля, позволяющий оценить уровень днородности механических свойств и степень дефектности материала блоков.
Методика ультразвукового контроля качества катодных блоков внедрена Братском. Красноярском. Иркутском. Волгоградском. Запорожском, юкузнецком. Уральском. Богословском алюминиевых заводах, работанный способ формирования подин из катодных блоков по параметрам тразвукового контроля применяется на Челябинском и Новосибирском ктродных заводах.
Материалы работы использовались при разработке новой редакции ;ничсских условий "Блоки подовые ятя алюминиевых электролизеров"' в '8-1999 годах.
Апробация работы.
