Коррозия чугунных секций газосборного колокола электролизеров ЭкоСодерберг

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.

1. Buzunov 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.

2. Виноградов А.М., Пинаев А.А., Виноградов Д.А. и др. Повышение эффективности укрытия электролизеров Содерберга // Металлургия цветных металлов. 2017. № 1. С. 19 – 30.

3. 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.

4. Минцис М.Я., Поляков П.В., Сиразутдинов Г.А. Электрометаллургия алюминия. – Новосибирск: Наука, 2001. – 368 с.

5. Терентьев А.А., Ножко С.И. О качестве алюминия-сырца для производства алюминиевой катанки // Системы. Методы. Технологии. 2018. Т. 37. № 1. С. 136 – 141.

6. 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.

7. Темлянцев М.В., Михайленко Ю.Е. Окисление и обезуглероживание стали в процессах нагрева под обработку давлением. – М.: Теплотехник, 2006. – 200 с.

8. Бобро Ю.Г. Легированные чугуны. – М.: Металлургия, 1976. – 288 с.

9. Foosnas T., Naterstad T., Bruheim M., Grjotheim K. Anode dusting in Hall - Heroult cells // Light Metals. 1986. Р. 633 – 642.

10. 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.

11. Бобро Ю.Г. Жаростойкие и ростоустойчивые чугуны. – М.: Машгиз, 1960. – 170 с.

12. 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.

13. Шиманский И.А. Повышение коррозионной стойкости литых чугунных изделий в условиях высокотемпературной газовой коррозии: Автореф. дис. … канд. техн. наук. – Красноярск, 2012. – 22 с.

14. Gomes A.S., Heilgendorff R.M. Carbon plant performance with blended coke // TMS Light Metals. 2005. P. 659 – 663.

15. Edwards L.S., Neyrey K.J., Lossius L.P. A review of coke and anode desulfurization // TMS Light Metals. 2007. P. 895 – 900.

16. Adams A., Cahill R., Belzile Y. etc. Minimizing impact of low sulfur coke on anode quality // TMS Light Metals. 2009. P. 957 – 962.

17. Gendron M., Whelan S., Cantin K. Coke blending and fines circuit targeting at the Alcoa Deschambault smelter // TMS Light Metals. 2008. P. 861 – 864.

18. 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.

19. 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.

20. 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.