Preview

Izvestiya vuzov. Tsvetnaya metallurgiya

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Разработка и промышленные испытания композиционного материала на основе TiB2 для ремонта локальных разрушений подовых блоков электролизера

https://doi.org/10.17073/0021-3438-2019-3-12-19

Полный текст:

Аннотация

Разработаны состав и технология получения ремонтной смеси, состоящей из неформованного корунда с композиционным, смачиваемым алюминием покрытием TiB2–С, для ремонта локальных разрушений подовых блоков без остановки электролизера. Предложенное техническое решение позволило уменьшить износ подины и повысить срок службы алюминиевого электролизера на 6 мес. Для получения ремонтной смеси оптимального состава использовали порошок диборида титана с огнеупорным порошкообразным связующим в соотношении 50 : 50 (мас.%). Полученной смесью связующего и диборида титана покрывали неформованный корунд. Далее материал сушили при температуре 150 °С и подвергали термообработке в углеродной засыпке при t= 700÷900 °С. В результате обжига в восстановительной среде на поверхности неформованного корунда формируется композиционный материал TiB2–С с содержанием углерода 15–20 мас.%. Качественная оценка свойств разработанного композиционного покрытия показывает, что после обжига оно имеет достаточно высокую твердость, износостойкость, адгезию к основе. Для проведения опытно-промышленных испытаний ремонтную смесь заливали расплавленным алюминием, в результате чего была получена ремонтная масса состава Al–TiB2–С в виде плит. Проведенные опытно-промышленные испытания ремонтной массы на действующем электролизере РА-400 в опытном цехе ОАО «РУСАЛ-Саяногорск» показали, что через 3 мес. после ремонта локальных разрушений без остановки электролизной ванны удалось замедлить износ подины. Об этом факте свидетельствует уменьшение среднего значения глубины повреждения на 13 % при стабильном значении силы тока 4,7–4,8 кА/блюмс после ремонта. Таким образом, локальное использование ремонтной массы замедлило общий износ катодной поверхности и позволило продлить срок службы электролизера.

Об авторах

Г. Е. Нагибин
Сибирский федеральный университет.
Россия

Канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры «Проектирование зданий и экспертиза недвижимости» Инженерно-строительного института.

660074, г. Красноярск, ул. Борисова, 20.



А. В. Завадяк
ООО «Объединенная компания «РУСАЛ Инженерно-технологический центр» (ООО «РУСАЛ ИТЦ»).
Россия

Зам. директора по созданию высокоамперных технологий, инженерно-технологическая дирекция алюминиевого производства.

660067, г. Красноярск, ул. Пограничников, 37.



И. И. Пузанов
ООО «Объединенная компания «РУСАЛ Инженерно-технологический центр» (ООО «РУСАЛ ИТЦ»).
Россия

Менеджер, инженерно-технологическая дирекция алюминиевого производства.

660067, г. Красноярск, ул. Пограничников, 37.



А. В. Прошкин
ООО «Объединенная компания «РУСАЛ Инженерно-технологический центр».
Россия

Докт. техн. наук, нач-к лаборатории углеродных и футеровочных материалов, инженерно-технологическая дирекция алюминиевого производства.

660067, г. Красноярск, ул. Пограничников, 37.



Е. Н. Федорова
Сибирский федеральный университет; Институт вычислительных технологий СО РАН.
Россия

Канд. техн. наук, доцент кафедры прикладной механики Политехнического института; ст. науч. сотр.

660074, г. Красноярск, ул. Борисова, 20.

660049, г. Красноярск, пр. Мира, 53.

 



С. С. Добросмыслов
Сибирский федеральный университет; Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр СО РАН».
Россия

Канд. техн. наук, доцент кафедры «Проектирование зданий и экспертиза недвижимости» Инженерно-строительного института; науч. сотр.

660074, г. Красноярск, ул. Борисова, 20.

660036, г. Красноярск, ул. Академгородок, 50.



И. А. Кириллова
Сибирский федеральный университет.
Россия

Канд. техн. наук, ассистент кафедры «Композиционные материалы и физико-химия металлургических процессов» Института цветных металлов и материаловедения.

660122, г. Красноярск, ул. Академика Павлова, 77-2.



Н. В. Суходоева
Сибирский федеральный университет.
Россия

Инженер кафедры прикладной механики Политехнического института.

660074, г. Красноярск, ул. Борисова, 20.



Список литературы

1. Sorlie M., Øye H.A. Cathodes in aluminium electrolysis. 3-rd ed. Dusseldorf: Aluminium-Verlag Marketing and Kommunikation GmbH, 2010.

2. Сизяков В.М., Власов А.А., Бажин В.Ю. Стратегические задачи металлургического комплекса России. Цвет. металлы.2016. No. 1. C. 32—38.Sizyakov V.M., Vlasov A.A., Bazhin V.Yu.Strategy of the metallurgical industry of Russia. Tsvetnye metally. 2016. No. 1. P. 32—38 (In Russ.).

3. Фещенко Р.Ю. Интенсификация процесса высоко-амперного электролиза криолитоглиноземных расплавов в пусковой период: Дис. … канд. техн. наук. СПб: Нац. минер.-сырьевой ун-т «Горный», 2014. Feshchenko R.Yu. Intensification of the electrolysis of high-amperage of cryolite-alumina melts during the startup period: Dissertation of PhD. Saint-Petersburg: National Mineral and Raw University «Gornyi», 2014 (In Russ.).

4. Юрков А.Л. Проблема материаловедения углеродных подовых блоков для алюминиевых электролизеров. Росс. хим. журн. 2006. Т. 50. No. 1. С. 35—42.Yurkov A.L. The problem of materials science of carbon bottom blocks for aluminum cells. Rossiiskii khimicheskii zhurnal.2006. Vol. 50. No. 1. P. 35—42 (In Russ.).

5. Rafiei P., Hiltmann F., Hyland M., James B., Welch B. Electrolytic degradation within cathode materials. Light Metals. 2001. P. 747—752.

6. Øye H.A., Welch B.J. Cathode performance: The influence of design, operations, and operating conditions.JOM. Vol. 50. Febr. 1998. Р. 18—23.

7. Костюков А.А. Справочник металлурга по цветным металлам. М.: Металлургия, 1971. C. 248—250.Kostukov A.A. The metallurgist’s guide on non-ferrous metals. Moscow: Metallurgiya, 1971. P. 248—250 (In Russ.).

8. Матвеичев А.Н., Горбунов В.А., Коршунов А.Ф. Способ горячего ремонта футеровки электролизера: Пат. 3793386/22-02 (СССР). 1986.Matveichev A.N., Gorbunov V.A., Korshunov A.F. A method for hot patching of the cell lining: Pat. 3793386/22-02 (USSR). 1986 (In Russ.).

9. Yurkov A.L. Refractories and carbon cathode materials for the aluminum industry. Chapter 2. Refractories and carbon cathode blocks for electrolytic production of aluminum. Refract. Ind. Ceram. 2005. Vol. 46. No. 6. P. 365—760.10. Чанг Х. Материалы, используемые в производстве алюминия методом Эру-Холла. Пер. с англ. П. Полякова. Красноярск: КГУ, 1998.Chang Kh. Materials used in the production of aluminum by the Héroult-Hall method. Engl. transl. P. Polyakov. Krasnoyarsk: KGU, 1998 (In Russ.).

10. Парамонов С.А., Рагозин Л.В., Ефимов А.А., Горковенко В.И., Пухнаревич В.П. Способ горячего ремонта локальных разрушений углеродистой подины ка-тодного устройства алюминиевого электролизера: Пат. 2270886 (РФ). 2006.Paramonov S.A., Ragozin L.V., Efimov A.A., Gorkovenko V.I., Pukhnarevich V.P. A method for the hot patching of localized failure of the carbonaceous bottom of the cathode device of an aluminum electrolysis cell: Pat. 2270886 (RF). 2006 (In Russ.).

11. Кореневский А.Д., Дмитриев В.А., Крячко К.Н., Мамилов В.В. Многоблочный проточный электролизер для извлечения металлов из растворов их солей: Пат. 2109088C1 (РФ). 1996.Korenevskii A.D., Dmitriev V.A., Kryachko K.N., Mamilov V.V. Multi-block f low electrolyzer for the extraction of metals from their salts solutions: Pat. 2109088C1 (RF). 1996 (In Russ.).

12. Nora V., Duruz J.-J., Cronin B. Composite cell bottom for aluminum electrowinning: Pat. 5203971 (USA). 1993.

13. Devyatkin S.V.Chemical and electrochemical behavior of titanium diboride in cryolite-alumina melt and in molten aluminum.J. Solid State Chem. 2000. Vol. 154. No. 1. P. 107—109.

14. Самсонов Г.В., Панасюк А.Д., Боровикова М.С. Контактное взаимодействие тугоплавких соединений с жидкими металлами. Порошк. металлургия. 1973. No. 6. С. 51.Samsonov G.V., Panasyuk A.D., Borovikova M.S. Contact interaction of refractory compounds with liquid metals. Poroshkovaya metallurgiya. 1973. No. 6. P. 51 (In Russ.).

15. Минцис М.Я. Электрометаллургия алюминия. Новосибирск: Наука, 2001.Mintsis M.Ya.Aluminium electrometallurgy. Novosibirsk: Nauka, 2001 (In Russ.).

16. Finch C.B. Crack formation and swelling of TiB2—Ni ceramics in liquid aluminum. J. Amer. Ceram. Soc. 1982. Vol. 65. Iss. 7. P. 100—101.18. Li J., Lu X.-j., Lai Y.-q., Li Q.-y., Liu Y.-x. Research progress in TiB2wettable cathode for aluminum reduction. JOM. 2008. No. 8. P. 32—37.

17. Ibrahiem M.O., Foosnes T., Øye H.A. Properties of pitch and furan-based TiB2—C cathodes. Light Metals.2008. P. 1013 —1018 .

18. Novak B. Fundamentals of aluminium carbide formation. Light Metals. 2012. P. 1343—1348.

19. Li J.Electrical resistivity of TiB2/С composite cathode coating for aluminum electrolysis. J. Central South Univ. Technol. 2006. Vol. 13. No. 3. P. 209—213.

20. Пузанов И.И., Завадяк А.В., Прошкин А.В., Нагибин Г.Е., Добросмыслов С.С., Фёдорова Е.Н. Способ горячего ремонта локальных разрушений подины алюминиевого электролизера: Пат. 2629421 (РФ). 2017.Puzanov I.I., Zavadyak A.V., Proshkin A.V., Nagibin G.E., Dobrosmyslov S.S., Fedorova E.N. A method for the hot patching of localized failure of the bottom of an aluminum electrolysis cell: Pat. 2629421 (RF). 2017 (In Russ.).

21. Нагибин Г.Е., Пузанов И.И., Завадяк А.В., Прошкин А.В., Добросмыслов С.С., Фёдорова Е.Н. Повышение ресурса алюминиевого электролизера за счет горячего локального ремонта подины. В сб.: Матер. IX Междунар. конгр. «Цветные металлы и минералы»(г. Красноярск, 11—15 сент. 2017 г.). Красноярск: Науч-иннов. центр, 2017. С. 334—337.Nagibin G.E., Puzanov I.I., Zavodyak A.V., Proshkin A.V., Dobrosmyslov S.S., Fedorova E.N. Increase of the resource of the aluminum cell due to hot local patching of the bottom. In: Collection of materials of IX Intern. congress of non-ferrous metals and minerals (Krasnoyarsk, 11—15 Sept. 2017). Krasnoyarsk: Science and Innovation Centre Publ. House, 2017. P. 334—337 (In Russ.).


Для цитирования:


Нагибин Г.Е., Завадяк А.В., Пузанов И.И., Прошкин А.В., Федорова Е.Н., Добросмыслов С.С., Кириллова И.А., Суходоева Н.В. Разработка и промышленные испытания композиционного материала на основе TiB2 для ремонта локальных разрушений подовых блоков электролизера. Izvestiya vuzov. Tsvetnaya metallurgiya. 2019;(3):12-19. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2019-3-12-19

For citation:


Nagibin G.E., Zavadyak A.V., Puzanov I.I., Proshkin A.V., Fedorova E.N., Dobrosmyslov S.S., Kirillova I.A., Sukhodoeva N.V. Development and industrial tests of composite material based on TiB2 for repair of local destructions in electrolyzer bottom blocks. Izvestiya Vuzov Tsvetnaya Metallurgiya (Proceedings of Higher Schools Nonferrous Metallurgy. 2019;(3):12-19. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0021-3438-2019-3-12-19

Просмотров: 118


ISSN 0021-3438 (Print)
ISSN 2412-8783 (Online)