ООО «Легкие металлы», Красноярск, Россия:

Ю. Н. Попов, заместитель директора по международным связям, эл. почта: popov@lmltd.ru

Сибирский федеральный университет, Красноярск, Россия:
А. В. Мишуров, старший преподаватель
М. Г. Шамсутдинова, аспирант

ООО «РУСАЛ ИТЦ», Красноярск, Россия:

А. В. Завадяк, руководитель проекта

Приведен анализ способов контроля качества угольного анода с целью применимости их для выявления склонности анодов к технологическим нарушениям — появлению «конусов» при электролизе алюминия. Образование «конусов» на подошве анодов негативно сказывается на работе электролизеров, особенно больших мощностей, так как приводит к коротким замыканиям и снижению технико-экономических показателей. Рассмотрены различные причины образования «конусов». Показана необходимость оценки качества анодных блоков, так как наличие в нем дефектов приводит к неравномерному токораспределению и повышенному локальному расходу анода. Приведена технологическая схема для определения качества анодов разрушающим методом, который получил наибольшее распространение на производстве. Показано, что он не является эффективным, так как при этом требуется увеличение количества образцов, а следовательно, повышается себестоимость готовой продукции. Рассмотрены способы неразрушающего контроля, дана оценка их достоверности и возможностей использования в поточном производстве анодов. В качестве способов неразрушающего контроля анодов в работе приведены: рентгеновская томография; методы, основанные на использовании закона Ома; акустические методы собственных частот и вынужденных колебаний; акустические технологии УЗИ; способы контроля электросопротивления с использованием электромагнитной индукции. Выполнено срав нение этих способов с учетом максимального размера исследуемого образца, разрешающей способности приборов (минимальный размер обнаруживаемого дефекта), времени и производительности измерения, стоимости приборов. На основе исследования определены способы, которые могут быть рекомендованы для оценки качества анодных блоков в условиях их поточного производства.

Авторы выражают благодарность за участие в работе П. В. Полякову, О. Н. Поповой, И. И. Пузанову.
При подготовке использованы результаты работ, выполненные в рамках проекта «Разработка сверхмощной, энергоэффективной технологии получения алюминия РА-550» (договор с Минобрнауки России № 02.G25.31.0181 от 01.12.2015).

1. Aune F., Bugge M., Kvande H., Ringstad T., Rolseth S. Thermal effects by anode changing in prebake reduction cells // Light Metals. 1996. Р. 429–435.
2. Халс К. Производство анодов. Сырье, состав и технологические параметры / пер. с англ. ; под ред. П. В. Полякова. — Красноярск : Изд-во ООО «Классик центр», 2004. — 452 с.
3. ТУ 48-5-148–84. Блоки анодные обожженные для алюминиевых электролизеров. 1985. — 124 с.
4. ТУ 1913-001-00200992–95. Блоки анодные обожженные типа Б и В для алюминиевых электролизеров. 1996.
5. ГОСТ Р ИСО 15906–2016. Материалы углеродные для производства алюминия. Обожженные аноды. Определение воздухопроницаемости. Материалы углеродные для производства алюминия. Обожженные аноды. Определение воздухопроницаемости. — М. : Стандартинформ, 2016. — 14 с.
6. ИСО 12987:2004. Материалы углеродные для производства алюминия. Аноды, катодные блоки, боковые блоки и обожженная набивная подовая масса. Определение теплопроводности сравнительным мето дом. — М. : Стандартинформ, 2014. — 10 с.
7. ГОСТ Р ИСО 12985-1:2014. Материалы углеродные для производства алюминия. Обожженные аноды и катодные блоки. Часть 1. Определение кажущейся плотности способом измерения размеров. М. : Стандарт-информ. — 2014. — 7 с.
8. ГОСТ Р ИСО 11713–2014. Материалы углеродные для производства алюминия. Катодные блоки и обожженные аноды. Определение удельного электрического сопротивления при температуре окружающей среды. — М. : Стандартинформ, 2014. — 7 с.
9. ISO 12986-1:2014. Carbonaceous materials used in the production of aluminium. Prebaked anodes and cathode blocks. Determination of bending/shear strength by the three-point method. 2014. — 16 р.
10. ГОСТ Р ИСО 18515:2007. Материалы углеродные для производства алюминия. Катодные блоки и обожженные аноды. Определение предела прочности на сжатие. — М. : Стандартинформ, 2014. — 10 с.
11. ISO 9088:1997. Carbonaceous materials for the production of aluminium. Cathode blocks and prebaked anodes. Determination of density in xylene by a pyknometric method (IDT). 2014. — 10 р.
12. ISO 20203:2005. Carbonaceous materials used in the production of aluminium. Calcined coke. Determination of crystallite size of calcined petroleum coke by X-ray diffraction. 2005. — 14 р.
13. ISO 8005:2005. Carbonaceous materials used in the production of aluminium. Green and calcined coke. Determination of ash content. 2014. — 8 р.
14. ISO 12989-1:2000. Carbonaceous materials used in the production of aluminium — Baked anodes and sidewall blocks — Determination of the reactivity to air — Part 1: Loss in mass method. 2000. — 9 р.
15. ISO 12980:2000. Carbonaceous materials used in the production of aluminium — Green coke and calcined coke for electrodes — Analysis using an X-ray fluorescence method. 2000. — 16 р.
16. Adams A. N., Karasan O., Grader A. Non-destructive 3-D characterization of pre-baked carbon anodes using X-ray computerized tomography // Light Metals. 2002. Р. 535–539.
17. Suriyapraphadilok U., Halleck P., Grader A. Physical, chemical and X-ray computed tomography characterization of anode butt cores // Ibid. 2005. Р. 617–621.
18. Picard D., Alamdari H., Ziegler D. Characterization of pre-baked carbon anode samples using X-ray computed tomography and porosity estimation // Ibid. 2012. Р. 1283–1287.
19. Brassard M., Lebeut M., Blias A. Characterization of carbon cathode materials by X-ray microtomography // Ibid. 2012. Р. 1325–1329.
20. Pat. 3735253 US. Method and means for measuring electrode resistance / Seger E. J. ; filed 1971.
21. Chollier-Brym M. J., Laroche D., Alexandre A. New MIREA method for representative measurement of anode electrical resistance // Light Metals. 2012. Р. 1299–1302.
22. Гребенкин А. Ф., Московенко И. Б., Савинов В. И. и др. Неразрушающие методы контроля для оценки качества крупногабаритных углеродных изделий // Повышение эффективности и надежности работы алюминиевых электролизеров : cборник науч. трудов. — Л. : ВАМИ, 1988. С. 26–31.
23. Гребенкин А. Ф., Крюковский В. А., Московенко И. Б. Исследование физико-механических свойств углеродных блоков различных изготовителей с помощью акустического метода // Решение экологических проблем в производстве алюминия : сборник науч. трудов. — Л. : ВАМИ, 1990. С. 62–72.
24. VI Всесоюз. науч.-техн. конф. «Пути ускорения научно-технического прогресса производства углеродной продукции в свете решений ХХVII съезда КПСС» (Челябинск, октябрь 1988 г.) : тезисы докл. и сообщ., 1988. С. 58–60.
25. Коварская Е. З., Московенко И. Б. Использование частот собственных колебаний при неразрушающем контроле физико-механических свойств материалов и изделий // В мире неразрушающего контроля. 2012. № 4 (58). С. 5–8.
26. Measurement and evaluation of the natural. Frequencies of components and assemblies in manufacturing and in the laboratory. 2006 [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://www.rte.de/es/_Downloads_es/ARTIC-PUB_es/EF/RTE-PUB-EF-Natural-Frequency-Measurement-Production-E-1205817.pdf?id=2617 (дата обращения 10.01.2017).
27. Segger M., Shives G. Ultrasonic imaging of carbon and graphite artifacts [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://acs.omnibooksonline.com/data/papers/2004_G002.pdf (дата обращения 10.01.2017).
28. Boubaker M. B., Picard D., Tessier J., Alamdari H., Fafard M., Duchesne C. Inspection of baked carbon anodes using acoustic techniques // Proceedings of 33rd International ICSOBA Conference. 2015. Р. 467–476.
29. Pat. 7123004 US. Method of non-destructive inspection of rear surface flaws and material characteristics using electromagnetic technique and apparatus thereof / Saka M., Tohmyoh H., Saito Y. ; filed 06.10.2004.
30. Pat. 3273056 US. Eddy current testing system in which the power applying circuit has allow output impedance relative to the effective input impedance of the test coil unit / Flaherty J. J., Mountz J. M. ; filed 22.03.1963.
31. Pat. 5552704 US. Eddy current test method and apparatus for measuring conductance by determining intersection of lift-off and selected curves / Mallory C. L., Johnson W., Lehman K. ; filed 25.06.1996.
32. Pat. 5473248 US. Method and apparatus for non-destructively detection flaws in a carbon anode / Halde mann P. R., Fawzi E. P. ; filed 03.04.1995.
33. Pastor M.-L., Garnier C., Pescay C. Comparison of two non destructive tests in carbon / Еpoxy composites // Journal of Materials and Engineering. 2010. Vol. 4, No. 10 [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://oatao.univ-toulouse.fr/10897/ (дата обращения 10.01.2017).