blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2020-11-12-883-890blackmet-2009Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESКоррозия чугунных секций газосборного колокола электролизеров ЭкоСодербергCorrosion of cast iron sections of gas-collecting bells of EcoSoderberg electrolyserЮрьевА. Б.Yur’evA. B.

д.т.н., доцент, врио ректора

654007, Россия, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Dr. Sci. (Eng.), Assist. Professor, Acting Rector

Novokuznetsk

rector@sibsiu.ruТемлянцевМ. В.TemlyantsevM. V.

д.т.н., профессор кафедры теплоэнергетики и экологии

654007, Россия, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Chair “Thermal Power and Ecology”

Novokuznetsk

uchebn_otdel@sibsiu.ruДеевВ. Б.DeevV. B.

д. т.н., профессор, ведущий эксперт кафедры обработки металлов давлением

119049, Россия, Москва, Ленинский пр., 4

Dr. Sci. (Eng.), Professor, Leading Expert of the Chair of Metal Forming

Moscow

deev.vb@mail.ruФеоктистовА. В.FeoktistovA. V.

д.т.н., доцент, директор

654006, Россия, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Орджоникидзе, 15

Dr. Sci. (Eng.), Assist. Professor, Director

Novokuznetsk

feoktistov_av@kasict.ruПинаевЕ. А.PinaevE. A.

директор по электролизному производству

660111, Россия, Красноярск, ул. Пограничников, 40

Director for Electrolysis Production

Krasnoyarsk

Evgeniy.Pinaev@rusal.comСибирский государственный индустриальный университетРоссияSiberian State Industrial UniversityRussian FederationНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС»РоссияNational University of Science and Technology “MISIS” (MISIS)Russian FederationКузбасский колледж архитектуры, строительства и цифровых технологийРоссияKuzbass College of Architecture, Construction and Digital TechnologiesRussian FederationАО «РУСАЛ Красноярск»РоссияJSC “RUSAL – Krasnoyarsk”Russian Federation2020020120216311-12883890Copyright © Юрьев А.Б., Темлянцев М.В., Деев В.Б., Феоктистов А.В., Пинаев Е.А., 20212021Юрьев А.Б., Темлянцев М.В., Деев В.Б., Феоктистов А.В., Пинаев Е.А.Yur’ev A.B., Temlyantsev M.V., Deev V.B., Feoktistov A.V., Pinaev E.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/2009

Представлены результаты исследования процессов высокотемпературной газовой коррозии, которой подвергаются секции газосборных колоколов электролизеров ЭкоСодерберг, выполненных из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом марки ВЧ 50. Для исследования удельных потерь массы секций вследствие коррозии использован гравиметрический метод. Микроструктура чугуна, строение, химический и фазовый состав продуктов коррозии исследованы с помощью методов оптической, электронной микроскопии и электронного микрозондового анализа. Установлено, что удельные потери массы секций в процессе эксплуатации достигают 0,36 – 0,46 г/(см2·мес.), процесс коррозии чугунных секций газосборных колоколов электролизеров ЭкоСодерберг характеризуется высокой неравномерностью по площади. Наблюдаются случаи вывода секций из эксплуатации по причине локальных сквозных «прогаров» при потере массы 19 – 24 кг. При относительно равномерной коррозии максимально допустимая потеря массы секций составляет 25 – 30 кг. Для осуществления прогнозных оценок на основе экспериментальных данных получена зависимость потерь массы секций от времени эксплуатации. Установлено, что продукты коррозии секций состоят из оксидов железа и легирующих элементов чугуна, для большинства проб характерно наличие повышенного содержания С, S, F, K, Al, Na. Продукты коррозии имеют выраженное слоевое строение, содержат большое количество дефектов в виде пор и трещин. Слои отличаются по химическому, фазовому составу и макроструктуре. Для всех исследуемых проб характерно циклическое чередование относительно плотных слоев оксидов железа Fe2O3 и Fe3O4 и более пористых прослоек между ними. Прослойки характеризуются повышенным содержанием углерода и фтора. Сера по толщине продуктов коррозии распределена равномерно. Особенностью исследованных образцов продуктов коррозии является высокая дефектность, рыхлость, наличие большого количества пор, трещин, нарушений сплошности, низкая адгезия к поверхности чугуна. Это является следствием наличия фаз и соединений, имеющих различные коэффициенты температурного расширения. Установлен и научно обоснован механизм формирования слоев продуктов коррозии.

The article presents results of the research of high-temperature gas corrosion of sections of EcoSoderberg electrolyzers’ gas-collecting bells (GSB) made of high-strength VCh50 cast iron with spherical graphite. The gravimetric method was used to study the specific mass losses of the sections due to corrosion. The microstructure of cast iron, structure, chemical and phase composition of corrosion products were studied using optical, electron microscopy and electron microprobe analysis. It was established that the specific weight loss of the sections during operation reaches 0.36 – 0.46 g/(cm2·month). Corrosion of cast iron sections of EcoSoderberg electrolyzers’ GSB is characterized by high unevenness by area. There are cases of decommissioning sections due to local through “burnouts” with a weight loss of 19 – 24 kg. With relatively uniform corrosion, the maximum allowable weight loss of the sections is 25 – 30 kg. To make predictive estimates based on experimental data, dependence of the sections’ mass loss on the operating time was obtained. It was found that the corrosion products of the sections consist of iron oxides and alloying elements of cast iron. Most samples are characterized by increased content of C, S, F, K, Al, and Na. Corrosion products have a pronounced layered structure and contain a large number of defects in the form of pores and cracks. The layers differ in chemical, phase composition, and macrostructure. All the studied samples are characterized by cyclic alternation of relatively dense layers of iron oxides Fe2O3 and Fe3O4 and more porous layers between them. The layers are characterized by increased content of C and F. Sulfur is evenly distributed over the thickness of corrosion products. The studied samples of corrosion products have high defectiveness, friability, large number of pores, cracks, discontinuities, and low adhesion to the surface of cast iron. This is due to the presence of phases and compounds with different coefficients of thermal expansion. The mechanism of corrosion products layers formation was established and scientifically proved.

высокотемпературная коррозиягазовая коррозиявысокопрочный чугунчугунная секциягазосборный колоколсостав продуктов коррозиитехнология ЭкоСодербергhigh-temperature corrosiongas corrosionhigh-strength cast ironcast iron sectiongas-collecting bellcomposition of corrosion productsEcoSoderberg technologyReferencesBuzunov V., Mann V., Chuchuk E. etc. The first results of the industrial application of the EcoSoderberg technology at the Krasnoyarsk aluminium smelter // TMS Light Metals. 2013. P. 573 – 576.Buzunov V., Mann V., Chuchuk E., Frizorger V., Pinaev A., Nikitin E. The first results of the industrial application of the EcoSoderberg technology at the Krasnoyarsk aluminium smelter. TMS Light Metals. 2013, pp. 573–576.Виноградов А.М., Пинаев А.А., Виноградов Д.А. и др. Повышение эффективности укрытия электролизеров Содерберга // Металлургия цветных металлов. 2017. № 1. С. 19 – 30.Vinogradov A.M., Pinaev A.A., Vinogradov D.A., Puzin A.V., Shadrin V.G., Zor’ko N.V., Somov V.V. Improving the efficiency of Soderberg electrolyzers’ shelter. Metallurgiya tsvetnykh metallov. 2017, no. 1, pp. 19–30. (In Russ.).Шахрай С.Г., Сугак Е.В. Проблемы очистки газовых выбросов алюминиевых заводов и пути их решения // Техн. экон. вестн. «Русского алюминия». 2006. № 14. С. 38 – 42.Shakhrai S.G., Sugak E.V. Problems of cleaning gas emissions from aluminum plants and ways to solve them. Tekhn. ekon. vestn. “Russkogo alyuminiya”. 2006, no. 14, pp. 38–42. (In Russ.).Минцис М.Я., Поляков П.В., Сиразутдинов Г.А. Электрометаллургия алюминия. – Новосибирск: Наука, 2001. – 368 с.Mintsis M.Ya., Polyakov P.V., Sirazutdinov G.A. Elektrometallurgiya alyuminiya [Electrometallurgy of Aluminum]. Novosibirsk: Nauka, 2001, 368 p. (In Russ.).Терентьев А.А., Ножко С.И. О качестве алюминия-сырца для производства алюминиевой катанки // Системы. Методы. Технологии. 2018. Т. 37. № 1. С. 136 – 141.Terent’ev A.A., Nozhko S.I. Quality of raw aluminum for the production of aluminum wire rod. Sistemy. Metody. Tekhnologii. 2018, vol. 37, no. 1, pp. 136–141. (In Russ.).Баранов А.Н., Гусева Е.А., Красноперов А.Н. и др. Исследование коррозионностойких процессов в производстве алюминия и разработка новых методов защиты металлов // Изв. вуз. Цветная металлургия. 2008. № 4. С. 51 – 56.Baranov A.N., Guseva E.A., Krasnoperov A.N., Pobedash A.S., Yudin A.N. Investigation of corrosion processes in aluminum production and development of new methods of protection of metals. Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2008, vol. 49, no. 4, pp. 5264-268.Темлянцев М.В., Михайленко Ю.Е. Окисление и обезуглероживание стали в процессах нагрева под обработку давлением. – М.: Теплотехник, 2006. – 200 с.Temlyantsev M.V., Mikhailenko Yu.E. Okislenie i obezuglerozhivanie stali v protsessakh nagreva pod obrabotku davleniem [Oxidation and Decarburization of Steel at Heating for Pressure Treatment]. Moscow: Teplotekhnik, 2006, 200 p. (In Russ.).Бобро Ю.Г. Легированные чугуны. – М.: Металлургия, 1976. – 288 с.Bobro Yu.G. Legirovannye chuguny [Alloyed Cast Iron]. Moscow: Metallurgiya, 1976, 288 p. (In Russ.).Foosnas T., Naterstad T., Bruheim M., Grjotheim K. Anode dusting in Hall - Heroult cells // Light Metals. 1986. Р. 633 – 642.Foosnas T., Naterstad T., Bruheim M., Grjotheim K. Anode dusting in Hall – Heroult cells. Light Metals. 1986, pp. 633–642.Bugnion L., Fischer J.C. Carbon dust in electrolysis pots – effect on the electrical resistivity of cryolite bath // Int. Aluminium Journal. 2016. Vol. 92. No. 1 – 2. P. 44 – 47.Bugnion L., Fischer J.C. Carbon dust in electrolysis pots – effect on the electrical resistivity of cryolite bath. Int. Aluminium Journal. 2016, vol. 92, no. 1-2, pp. 44–47.Бобро Ю.Г. Жаростойкие и ростоустойчивые чугуны. – М.: Машгиз, 1960. – 170 с.Bobro Yu.G. Zharostoikie i rostoustoichivye chuguny [Heat- and Growth-Resistant Cast Iron]. Moscow: Mashgiz, 1960, 170 p. (In Russ.).Малышев Г.П., Волчок И.П. Повышение эксплуатационной стойкости газосборных колоколов электролизных ванн с верхним токоподводом. – В кн.: Сб. науч. тр. «Металлургия». Вып. 12. – Запорожье: Изд-во ЗГИА, 2005. С. 129 – 133.Malyshev G.P., Volchok I.P. Improving the operational stability of gas-collection bells of electrolysis baths with upper current lead. In: Sb. nauch. tr. “Metallurgiya”. Vyp. 12 [Coll. of Sci. Papers “Metallurgy”. Issue 12]. Zaporizhia: Izd-vo ZGIA, 2005, pp. 129–133. (In Russ.).Шиманский И.А. Повышение коррозионной стойкости литых чугунных изделий в условиях высокотемпературной газовой коррозии: Автореф. дис. … канд. техн. наук. – Красноярск, 2012. – 22 с.Shimanskii I.A. Povyshenie korrozionnoi stoikosti litykh chugunnykh izdelii v usloviyakh vysokotemperaturnoi gazovoi korrozii: avtoref. dis... kand. tekh. nauk [Improving the corrosion resistance of cast iron products under high-temperature gas corrosion: Extended Abstract of Cand. Sci. Diss.]. Krasnoyarsk, 2012, 22 p. (In Russ.).Gomes A.S., Heilgendorff R.M. Carbon plant performance with blended coke // TMS Light Metals. 2005. P. 659 – 663.Gomes A.S., Heilgendorff R.M. Carbon plant performance with blended coke. TMS Light Metals. 2005, pp. 659–663.Edwards L.S., Neyrey K.J., Lossius L.P. A review of coke and anode desulfurization // TMS Light Metals. 2007. P. 895 – 900.Edwards L.S., Neyrey K.J., Lossius L.P. A review of coke and anode desulfurization. TMS Light Metals. 2007, pp. 895–900.Adams A., Cahill R., Belzile Y. etc. Minimizing impact of low sulfur coke on anode quality // TMS Light Metals. 2009. P. 957 – 962.Adams A., Cahill R., Belzile Y., Cantin K., Gendron M. Minimizing impact of low sulfur coke on anode quality. TMS Light Metals. 2009, pp. 957–962.Gendron M., Whelan S., Cantin K. Coke blending and fines circuit targeting at the Alcoa Deschambault smelter // TMS Light Metals. 2008. P. 861 – 864.Gendron M., Whelan S., Cantin K. Coke blending and fines circuit targeting at the Alcoa Deschambault smelter. TMS Light Metals. 2008, pp. 861–864.Vogt F., Tonti R., Edwards L.C. Global trends in anode grade coke availability & quality for Australasian aluminium industry // Proceedings of the 7th Australasian Smelting Technology Conference, Melbourne, Australia, November 11 – 15, 2001.Vogt F., Tonti R., Edwards L.C. Global trends in anode grade coke availability & quality for Australasian aluminium industry. Proceedings of the 7th Australasian Smelting Technology Conference, Melbourne, Australia, November 11–15, 2001.Abbas H., Khaji K., Sulaman D. Desulphurization control during anode baking, its impact on anode performance and operational Costs-Alba´s experience // TMS Light Metals. 2010. P. 1011 – 1014.Abbas H., Khaji K., Sulaman D. Desulphurization control during anode baking, its impact on anode perfomance and operational Costs-Alba´s experience. TMS Light Metals. 2010, pp. 1011–1014.Grandfield J.F., Taylor J.A. The downstream consequences of rising Ni and V concentrations in smelter grade metal and potential control strategies // TMS Light Metals. 2009. P. 1007 – 1011.Grandfield J.F., Taylor J.A. The downstream consequences of rising Ni and V concentrations in smelter grade metal and potential control strategies. TMS Light Metals. 2009, pp. 1007–1011.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.