Южно-Уральский государственный университет, Челябинск, Россия:

Г. Д. Апалькова, профессор, эл. почта: apalkova@yandex.ru

Показано, что свойства боковых блоков должны отличаться от свойств подовых блоков, так как они не предназначены для прохождения через них тока. В настоящее время основными направлениями совершенствования технологии производства углеродных катодных блоков, к которым относятся и подовые и боковые блоки, являются увеличение в рецептуре доли искусственного графита (блоки на графитовой основе или графитовые блоки) и дополнительная высокотемпературная обработка блоков с использованием электрической энергии — графитация (графитированные блоки). Это обеспечивает снижение удельного электросопротивления, повышение теплопроводности и термостойкости. Показана необходимость и возможность корректировки свойств боковых блоков, не предназначенных для прохождения через них тока. Исследования влияния компонентного состава на свойства углеродных боковых блоков на основе традиционных материалов — термоантрацита и графита показали, что снижение содержания графита по сравнению с подовыми блоками до уровня 15 % обеспечивает оптимизацию их свойств — повышение удельного электросопротивления в 3 раза. Это обеспечивает устранение потерь тока через стенки электролизера, повышение механической прочности в 2 раза, снижение теплопроводности в 4 раза, что компенсирует потребность в дополнительных теплоизолирующих вермикулитовых плитах. Учитывая, что графит и термоантрацит находятся в разных ценовых сегментах, уменьшение содержания графита обеспечивает возможность снижения затрат на производство боковых блоков, способных конкурировать с карбидокремниевыми плитами. Выполнен обзор общепринятых в мировой практике современных методов и средств контроля боковых блоков, показана актуальность перехода на международные стандарты контроля.

Статья выполнена при поддержке Правительства РФ (Постановление № 211 от 16.03.2013), соглашение № 02.A03.21.0011.

1. Скоров В. Г., Пальшин А. В., Бажин В. Ю., Патрин Р. К. Повышение стойкости катодной футеровки высоко амперного электролизера ОА-300М1 // Третий международный конгресс «Цветные металлы – 2011». — Красноярск, 2011. С. 243–253.
2. Акрамов М. Б., Сафаров М. М., Раджабов Ф. С., Эрзолов Б. Б. Повышение стойкости боковой футеровки алюминиевых электролизеров // Вестник технологического университета Таджикистана. 2010. № 2. С. 60–63.
3. Sorlie М., Oye H. A. Cathodes in aluminium electrolysis. — 2 ed. — Düsseldorf : Aluminium-Verlag GmbH, 2010.
4. Пат. RUS 767237, МПК C 25 C 3/06. Способ регулирования толщины бокового гарнисажа алюминиевого электролизера / Цыплаков А. М., Романов В. П., Махеров В. В., Репко А. П. ; опубл. 30.09.1980.
5. Пат. 2113550 RUS, МПК C 25 C 3/08. Катодное устройство алюминиевого электролизера / Громов Б. C., Пак Р. В., Баранцев А. Г. ; опубл. 20.06.1998.
6. Напсиков В. В. Боковая футеровка алюминиевого электролизера из карбида кремния // Записки Горного института. 2009. Т. 182. С. 159–161.
7. Высококачественные плиты SICAL-78 из карбида кремния на нитридной связке для бортовой футеровки электролизеров. URL : www.skamol.ru
8. Орач Т. Углеродная и графитовая футеровка катода в производстве первичного алюминия // Третий международный конгресс «Цветные металлы – 2011». — Красноярск, 2011. С. 678, 679.
9. Бутакова Т. В., Лепп М. В., Блескин Г. С., Спекторук А. А., Ольвовский С. А. Улучшение прочностных и теплофизических свойств подовых блоков ЗАО «ЭНЕРГОПРОМ — Новосибирский электродный завод» // Седьмой между-народный конгресс «Цветные металлы и минералы – 2014». Красноярск. 2014. С.1041–1042.
10. Тен В.П., Громыко А. И., Нефедов И. Е., Фризоргер В. К., Лазарев Д. Г. Контроль токораспределения в катодном узле алюминиевого электролизера // Седьмой международный конгресс «Цветные металлы и минералы – 2014». — Красноярск, 2014. С. 434–439.
11. Вохидов М. М., Мурадиён А., Азизов Б. С., Мурадиён П. Сравнительная характеристика антрацитов различных месторождений и изменение их свойств при термической обработке // Доклады Академии наук Республики Таджикистан. Физическая химия. 2012. Т. 55, № 4 (152). С. 322–325.
12. Pyaterneva A. A., Bazhin V. Yu. Fluorination of alumina sand type during exhaust gases treatment of aluminum reduction process // Non-ferrous Мetals. 2015. № 1. P. 25–28.
13. Song Yang, Peng Jianping, Di Yuezhong, Wang Yaowu, Li Baokuan, Feng Naixiang. The Impact of Cathode Material and Shape on Current Density in an Aluminum Electrolysis Cell // JOM — J. Miner., Metals and Mater. Soc. 2016. Vol. 68, No. 2. P. 593–599.
14. Apalkova G. D., Prosvirina I. I., Selesnev A. N. Design, development and production of cathode blocks for new generation of high power electrolyzers // 1-st World Conference on Carbon Eurocarbon 2000. — Berlin, 9–13 july 2000.
15. Борисоглебский Ю. В., Галевский Г. В., Кулагин Н. М., Минцис М. Я., Сиразутдинов Г. А. Металлургия алюминия. — Новосибирск : Наука; Сибирская издательская фирма РАН, 1999. — 438 с.
16. Пат. 1510408 RUS, МПК C 25 C 3/08. Шихта для изготовления углегpафитовых футеpовочных блоков / Мочалов В. В., Апалькова Г. Д., Безруков А. Н., Пуль Н. Г. ; oпубл. 22.05.1989.
17. ТУ 1913-109-014–2003 с изм. 1–3. Блоки боковые и угловые для алюминиевых электролизеров ; введ. 01.07.2003. — МТК 109. Электродная продукция. ОАО «Уральский электродный институт», Группа И 31. URL : http://docs.cntd.ru/document/415950623 (дата обращения 14.08.2017)
18. Уманский Я. С. Pентгеногpафия металлов и полупpоводников. — М. : Металлуpгия, 1979. — 496 с.
19. Апалькова Г. Д., Калядов Е. В., Варыпаев Э. С. Исследование взаимосвязи теплопpоводности и электpосопpотивления угольных электродов // Химия твердого топлива. 1985. № 5. С. 139–141.
20. Патрин Р. К. Повышение эффективности ресурсо сбережения при производстве алюминия электролизом на основе использования футеровочных материалов катода : дис. … канд. техн. наук, 2015. — 127 с.
21. Добровольная система стандартизации в США // Бюллетень иностранной коммерческой информации. 1998. № 21. С. 4, 5.
22. ГОСТ Р ИСО 12987–2014. Материалы углеродные для производства алюминия. Аноды, катодные блоки, боковые блоки и обожженная набивная подовая масса. Определение теплопроводности сравнительным методом (Carbonaceous materials for the production of aluminium. Anodes, cathodes blocks, sidewall blocks and baked ramming pastes. Determination of the thermal conductivity using a comparative method). URL : StandartGost.ru (дата обращения 14.08.2017).
23. ГОСТ Р ИСО 8005–2014. Материалы углеродные для производства алюминия. Сырой и прокаленный кокс. Определение содержания золы (Carbonaceous materials used in the production of aluminium. Green and calcined coke. Determination of ash content). URL : StandartGost.ru (дата обращения 14.08.2017)
24. ГОСТ Р ИСО 11713–2014. Материалы углеродные для производства алюминия. Катодные блоки и обожженные аноды. Определение удельного электрического сопротивления при температуре окружающей среды (Carbonaceous materials used in the production of aluminium. Cathode blocks and baked anodes. Determination of electrical resistivity at ambient temperature). URL : docs.cntd.ru/document/471853764 (дата обращения 14.08.2017)
25. ГОСТ Р ИСО 18515–2014. Материалы углеродные для производства алюминия. Катодные блоки и обожженные аноды. Определение предела прочности на сжатие (Carbonaceous materials used in the production of aluminium. Cathode blocks and baked anodes. Determination of compressive strength). URL : http://data.1000gost.ru/catalog/Data2/1/4293773/4293773446.pdf (дата обращения 30.01.2018)
26. ГОСТ 23776–79. Изделия углеродные. Методы измерения удельного электрического сопротивления. Введ. 01.01.1982.
27. ГОСТ 22692–77. Материалы углеродные. Метод определения зольности. Введ. 01.07.1978.
28. ГОСТ 23775–79. Изделия углеродные. Методы определения предела прочности на сжатие, изгиб, разрыв (диаметральное сжатие). Введ. 01.01.1981.
29. Апалькова Г. Д. Уплотняемость подовых масс алюминиевых электролизеров // Цветные металлы. 2017. № 6. С. 59–62.