Научная статья на тему 'Промышленные испытания магниевых электролизеров с футеровкой из литого слюдокристаллического материала фторфлогопитового типа'

Промышленные испытания магниевых электролизеров с футеровкой из литого слюдокристаллического материала фторфлогопитового типа Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
65
14
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЭЛЕКТРОЛИЗ МАГНИЯ / ОГНЕУПОРЫ / ЭЛЕКТРОЛИЗЕР / ФУТЕРОВКА / ФТОРФЛОГОПИТ / СЛЮДОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ / ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ / ПЕРЕТОЧНЫЙ КАНАЛ / БЕЗДИАФРАГМЕННЫЙ ЭЛЕКТРОЛИЗЕР / КАРНАЛЛИТ / MAGNESIUM ELECTROLYSIS / REFRACTORIES / ELECTROLYZER / LINING / FLUOROFLOGOPITE / MICA-CRYSTALLINE MATERIALS / INDUSTRIAL TESTS / FLOW CHANNEL / ELECTROLYZER WITHOUT DIAPHRAGM / CARNALLITE

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Игнатова А.М., Юдин М.В.

Промышленные испытания литого слюдокристаллического футеровочного материала фторфлогопитового типа необходимы для выявления особенностей износа и разрушения изделий, а также определения наиболее уязвимых элементов конструкции, для того чтобы впоследствии учесть их при корректировке технологии производства перед промышленным внедрением. В результате промышленных испытаний установлено, что применение футеровки из литого слюдокристаллического материала фторфлогопитового типа в магниевых электролизерах целесообразно. Анализ наблюдаемых повреждений показал, что к износу защиты в первую очередь приводит постепенная деформация разделительной стенки, ее выпучивание в сторону сборной ячейки. Это вызвало появление продольного излома по центру нижних камней, имеющее место в рассматриваемом электролизере. Это сказалось на состоянии поверхности элементов переточных каналов. На них отсутствовала крупная и мелкая поверхностная пористость, раковины. Этому способствовал также тот факт, что в электролизере верхняя кромка катодов находилась на 50 мм ниже уровня днища переточного канала. Можно предположить, что в этом случае не происходило воспламенения металлического магния. На состояние и работоспособность деталей из слюдокристаллического материала оказывает влияние процесс зашламления отдельных участков электролизера. Как удалось установить, изделия в этом случае работают не в идентичных условиях и стойкость их отличается от отливок, находящихся в участках интенсивной циркуляции электролита. Выявлено, что существующая конструкция огнеупорных изделий магниевых электролизеров соответствует новому материалу для их изготовления литых слюдокристаллических материалов фторфлогопитового типа. Состояние изделий из литого слюдокристаллического материала, проработавших в наиболее ответственных узлах магниевого электролизера в течение 30 месяцев на карналлитовом сырье, позволяет сделать заключение о том, что материал на основе литого слюдокристаллического материала и элемента пояса переточных каналов, защиты задней стенки, угловой защиты ванны, изготовленные из этого материала, в условиях электролиза магния являются вполне работоспособными, обеспечивающими заданную долговечность и эксплуатационную стойкость аппаратов большой единичной мощности.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

INDUSTRIAL TESTS OF MAGNESIUM ELECTROLYZERS WITH LAYER FROM CAST MIXED CRYSTALLINE FLUORINE FLUOROUS TYPE MATERIAL

Industrial tests of cast mica-crystalline fluoroflogopite-type lining material are necessary to identify features of wear and destruction of products, as well as identify the most vulnerable structural elements in order to take them into account when adjusting production technology before industrial introduction. As a result of industrial tests, it has been established that the use of a lining of molded mica-crystalline fluoroflogopite type material in magnesium electrolyzers is advisable. Analysis of the observed damage showed that the gradual deformation of the dividing wall, its buckling towards the precast cell, leads to wear of the protection in the first place. This caused the appearance of a longitudinal fracture in the center of the lower stones, which takes place in the electrolyzer under consideration. This affected the state of the surface of the elements of the overflow channels. They lacked large and shallow surface porosity, shells. This was also facilitated by the fact that in the electrolyzer the upper edge of the cathodes was 50 mm below the level of the overflow channel. It can be assumed that in this case no metallic magnesium ignited. The state and performance of parts made of mica-crystalline material are affected by the process of slimeing of individual sections of the electrolyzer. As it was possible to establish, the products in this case do not work in identical conditions, and their resistance differs from the castings that are in areas of intensive electrolyte circulation. It is revealed that the existing design of refractory products of magnesium electrolyzers corresponds to a new material for their manufacture molded fluorite-fluorite-type mica-crystalline materials. The condition of products made of cast mica-crystalline material, which have been working in the most critical units of the magnesium electrolyzer for 30 months on carnallite raw materials, allows us to conclude that the material based on cast mica-crystal material and belt channel component, back wall protection, corner protection baths from this material, under the conditions of electrolysis of magnesium are quite efficient, providing the specified durability and operational durability of the apparatus pain th power unit.

Текст научной работы на тему «Промышленные испытания магниевых электролизеров с футеровкой из литого слюдокристаллического материала фторфлогопитового типа»

ВЕСТНИК ПНИПУ

2019 Химическая технология и биотехнология № 3

DOI: 10.15593/2224-9400/2019.3.10 УДК 669.721.3

А.М. Игнатова, М.В. Юдин

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ МАГНИЕВЫХ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ С ФУТЕРОВКОЙ ИЗ ЛИТОГО СЛЮДОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА ФТОРФЛОГОПИТОВОГО ТИПА

Промышленные испытания литого слюдокристаллического футеровочного материала фторфлогопитового типа необходимы для выявления особенностей износа и разрушения изделий, а также определения наиболее уязвимых элементов конструкции, для того чтобы впоследствии учесть их при корректировке технологии производства перед промышленным внедрением. В результате промышленных испытаний установлено, что применение футеровки из литого слюдокристаллическо-го материала фторфлогопитового типа в магниевых электролизерах целесообразно. Анализ наблюдаемых повреждений показал, что к износу защиты в первую очередь приводит постепенная деформация разделительной стенки, ее выпучивание в сторону сборной ячейки. Это вызвало появление продольного излома по центру нижних камней, имеющее место в рассматриваемом электролизере. Это сказалось на состоянии поверхности элементов переточных каналов. На них отсутствовала крупная и мелкая поверхностная пористость, раковины. Этому способствовал также тот факт, что в электролизере верхняя кромка катодов находилась на 50 мм ниже уровня днища переточного канала. Можно предположить, что в этом случае не происходило воспламенения металлического магния.

На состояние и работоспособность деталей из слюдокристаллического материала оказывает влияние процесс зашламления отдельных участков электролизера. Как удалось установить, изделия в этом случае работают не в идентичных условиях и стойкость их отличается от отливок, находящихся в участках интенсивной циркуляции электролита.

Выявлено, что существующая конструкция огнеупорных изделий магниевых электролизеров соответствует новому материалу для их изготовления - литых слюдокристаллических материалов фторфлогопитового типа. Состояние изделий из литого слюдокристаллического материала, проработавших в наиболее ответственных узлах магниевого электролизера в течение 30 месяцев на карналлитовом сырье, позволяет сделать заключение о том, что материал на основе литого слюдок-ристаллического материала и элемента пояса переточных каналов, защиты задней стенки, угловой защиты ванны, изготовленные из этого материала, в условиях электролиза магния являются вполне работоспособными, обеспечивающими заданную долговечность и эксплуатационную стойкость аппаратов большой единичной мощности.

Ключевые слова: электролиз магния, огнеупоры, электролизер, футеровка, фторфлогопит, слюдокристаллические материалы, промышленные испытания, переточный канал, бездиафрагменный электролизер, карналлит.

A.M. Ignatova, M.V. Yudin

Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation

INDUSTRIAL TESTS OF MAGNESIUM ELECTROLYZERS WITH LAYER FROM CAST MIXED CRYSTALLINE FLUORINE FLUOROUS TYPE MATERIAL

Industrial tests of cast mica-crystalline fluoroflogopite-type lining material are necessary to identify features of wear and destruction of products, as well as identify the most vulnerable structural elements in order to take them into account when adjusting production technology before industrial introduction. As a result of industrial tests, it has been established that the use of a lining of molded mica-crystalline fluoroflogopite type material in magnesium electrolyzers is advisable. Analysis of the observed damage showed that the gradual deformation of the dividing wall, its buckling towards the precast cell, leads to wear of the protection in the first place. This caused the appearance of a longitudinal fracture in the center of the lower stones, which takes place in the electrolyzer under consideration. This affected the state of the surface of the elements of the overflow channels. They lacked large and shallow surface porosity, shells. This was also facilitated by the fact that in the electrolyzer the upper edge of the cathodes was 50 mm below the level of the overflow channel. It can be assumed that in this case no metallic magnesium ignited.

The state and performance of parts made of mica-crystalline material are affected by the process of slimeing of individual sections of the electrolyzer. As it was possible to establish, the products in this case do not work in identical conditions, and their resistance differs from the castings that are in areas of intensive electrolyte circulation.

It is revealed that the existing design of refractory products of magnesium electrolyzers corresponds to a new material for their manufacture - molded fluoritefluorite-type mica-crystalline materials. The condition of products made of cast mica-crystalline material, which have been working in the most critical units of the magnesium electrolyzer for 30 months on carnallite raw materials, allows us to conclude that the material based on cast mica-crystal material and belt channel component, back wall protection, corner protection baths from this material, under the conditions of electrolysis of magnesium are quite efficient, providing the specified durability and operational durability of the apparatus pain th power unit.

Keywords: magnesium electrolysis, refractories, electrolyzer, lining, fluoroflogopite, mica-crystalline materials, industrial tests, flow channel, electrolyzer without diaphragm, carnallite.

Введение. Важнейшим этапом внедрения новой химической технологии в производство являются промышленные испытания [1-4]. Среди промышленных испытаний выделяют те, которые проводятся на образцах стандартизированной формы, и те, которые проводят непосредственно на образцах самих изделий [5-7]. Последние позволяют установить не только срок службы изделий в определенных условиях, но и обеспечивают возможность изучения изменений внешнего вида изделий вовремя и после эксплуатации [8-10]. Такие сведения позволяют выявить особенности износа и разрушения изделий, выявить наиболее уязвимые элементы конструкции и впоследствии учесть их при корректировке технологии производства перед промышленным внедрением.

Особенное значение такие испытания приобретают, когда хорошо отработанная конструкция изготавливается из принципиально нового материала, в этом случае испытания позволяют определить, нуждается ли конструкция в доработке под новый материал или нет. Именно такая проблема сейчас является актуальной при внедрении огнеупорных изделий для защиты электролизеров титаномагниевого производства, изготовленных из литого слюдокристаллического материала на основе фторфлогопита.

Цель исследования - установить через промышленные испытания магниевых электролизеров целесообразность использования футеровки из литого слюдокристаллического материала фторфлогопитового типа.

Материалы и методы исследования. В качестве объекта исследования выступают наиболее сложные и ответственные детали защитной футеровки бездиафрагменного магниевого электролизера, изготовленные из литого слюдокристаллического материала фторфлогопи-тового типа. Опыт конструирования и эксплуатации электролизеров показал, что наиболее сложными, трудоемкими и уязвимыми узлами футеровки являются пояс переточного канала, элементы угловой защиты и места заделки катодов в заднюю стенку.

Пояс переточного V-образного канала состоит из 15 сборных элементов размером 530x355 мм (рис. 1), каждый элемент состоит из двух литых изделий: верхнего и нижнего камней, которые при монтаже между собой соединяются шпунтовым замком (рис. 2). Защитный пояс в виде угловых и брусковых элементов для защиты углов и задней стенки электролизера - из 10 отдельных идентичных элементов размером 680x110x65 мм, общая длина пояса составила 5760 мм (рис. 3).

Детали из литого слюдокристаллического материала фторфлогопито-вого типа в электролизере были уложены на штанги катодов и выступали над экраном на 20-25 мм. Кладка изделий в задней стенке осуществлялась «внахлестку»: детали перекрывали друг друга ступенчатой площадкой длиной 115 мм (см. рис. 3, а). При выполнении футеровки задней стенки электролизера одновременно устанавливали элементы угловой защиты. Каждый элемент, показанный на рис. 4, имел размеры 410x280x280 мм при толщине стенки, равной 65 мм.

Некоторые этапы монтажа переточных каналов в электролизе представлены на рис. 5. Угловую защиту монтировали на всю высоту ванны от подины до верхней кромки экрана катода, выставляя элементы вертикально друг на друга и заделывая их в футеровку ванны (см. рис. 5, в).

б

Рис. 1. Конструкция пояса переточного канала (а, б) магниевого электролизера из литого слюдокристаллического материала фторфлогопитового типа

а б

Рис. 2. Элемент переточного канала в сборе: а - схема; б - внешний вид изделий: 1 - нижний камень, 2 - верхний камень

а

б

Рис. 3. Схема кладки защитного пояса задней стенки из слюдокристаллического материала (а) и отдельный брусковый элемент защитного пояса (б)

В рамках проведенного промышленного испытания детали из литого слюдокристаллического материала фторфлогопитового типа монтировали на обычных огнеупорных замазках, используемых при монтаже футеровки электролизеров.

Детали защитного пояса, угловой защиты и переточного канала представляли собой отливки, полученные методом литья в закрытые разовые песочно-глинистые формы. Формовку осуществляли по неразъемной деревянной модели. Для изготовления форм применяли формовочную смесь, используемую при производстве чугунного и цветного литья. Положение брусковой детали в песчано-глинистой форме было выбрано горизонтальным. В связи с тем, что детали имели значительные размеры, питание формы расплавом для лучшей подпитки по всей длине отливки производили через прибыли [11, 12].

В условиях работающего элетролизера испытуемые изделия подвергались длительному и интенсивному воздействию высокотемпературного расплава магния, расплава электролита, газообразного хлора и электрического потенциала [13].

х

Рис. 4. Деталь угловой защиты из литого слюдокристаллического материала фторфлогопитового типа

в

Рис. 5. Монтаж изделий: а - установка элементов переточного канала электролизера; б - канал в сборе; в - установка углового элемента

Рис. 6. Поперечный разрез электролизера с указанием мест установки элементов футеровки из литого слюдокристаллического материала: а - переточный канал; б - защитный пояс

Схема установки деталей в электролизере представлена на рис. 6. Технические условия промышленной эксплуатации электролизера с элементами футеровки из литого слюдокристаллического мате-

риала фторфлогопитового типа:

- сила тока, кА ..............................................................160;

- сырье карналит;

- выход магния по току, %...........................................82;

- удельный расход электроэнергии на шунте электролизера, кВтч/М^ ..............................................13000;

- температура электролизера, °С.................................665-680;

- концентрация анодного хлора, % .............................92;

- потеря хлора с газами сантехотсоса, кг/т Mg..........18;

- срок службы электролизера, месяц ..........................30.

Промышленный электролизер с элементами футеровки из литого слюдокристаллического материала проработал 30 месяцев. Концентрация хлора за весь период эксплуатации оставалась высокой и составляла 92-96 %, потери хлора с газами сантехотсоса не превышали 15-20 кг/т Mg.

Результаты и их обсуждение. В ходе испытаний были проведены наблюдения в течение всего периода эксплуатации электролизера. Состояние элементов фиксировалось на различных сроках эксплуатации при частичной откачке электролита во время технических остановок. Откачку электролита производили до обнажения нижних камней каналов, что улучшало видимость и позволяло проследить за изменениями в элементах, происходящими в период длительной эксплуатации.

На рис. 7, а приведена схема переточного канала и характер изменений в камнях из слюдокристаллического материала после 11 месяцев эксплуатации. На рис. 7, б представлены результаты аналогичных наблюдений через 24 месяца.

а

б

Рис. 7. Состояние элементов переточных каналов электролизера: а - после 11 месяцев; б - после 24 месяцев эксплуатации

В период эксплуатации на отдельных верхних камнях появляются трещины в опорных щеках, видны незначительные сколы верхней кромки на некоторых камнях, разрушение камней в зоне заливки сырья.

Более подробно характер изменения деталей защиты и литого слюдокристаллического материала фторфлогопитового типа был определен после остановки электролизера на ремонт.

На рис. 8 представлены схемы с обнаруженными дефектами и изменениями в элементах переточного канала со стороны сборной ячейки (рис. 8, а) и со стороны рабочего пространства (рис. 8, б) в момент остановки электролизера.

В целом состояние переточного канала со стороны сборной ячейки на момент завершения испытания было вполне удовлетворительное

а

б

Рис. 8. Состояние элементов переточных каналов из литого слюдокристаллического материала в электролизере на момент остановки: а - вид со стороны сборной ячейки; б - со стороны рабочей зоны

(рис. 9). На момент остановки в наличии были все 15 верхних и нижних камней, хотя отмечено, что некоторые из элементов утратили функцию гидрозатвора. В удовлетворительном состоянии находятся изделия и со стороны рабочего пространства (рис. 10).

Рис. 9. Вид электролизера и пояса переточного канала после остановки со стороны сборной ячейки после 30 месяцев эксплуатации

Рис. 10. Вид пояса переточного канала со стороны рабочей зоны электролизера после 30 месяцев эксплуатации

Видны трещины, образовавшиеся преимущественно в нижней части опорных выступов (щек) верхних камней в местах перехода от тонкостенной к массивной части изделий. Как показал общий и более детальный осмотр всех верхних камней со стороны рабочего отделе-

ния, на них не обнаружено пористости и каверн. В результате того, что в электролизере желоба катодов находятся ниже уровня пода канала на « 50 мм, можно предположить, что не происходило воспламенения магния, вызывающего образование пористости и раковин на поверхности элементов канала.

Однако между нижними камнями переточного канала в рабочем пространстве имелся зазор величиной местами до 10 мм, в то время как со стороны сборной ячейки такого зазора не наблюдалось. Можно предположить, что в рабочей зоне более интенсивно происходило растворение замазки, заполняющей швы между камнями. Возможно, по образовавшемуся зазору происходило и постепенное вымывание материала изделий движущимся электролитом.

Со стороны сборной ячейки наблюдается большее разрушение камней (рис. 11). Видны поперечные трещины на камнях № 5, 6, 8, 13, 15, посечки и мелкие трещины. Самым характерным видом разрушения верхних камней каналов является образование трещин в опорных щеках. Трещины в этих местах имеются почти во всех верхних камнях, кроме № 10 и 11. В некоторых (№ 3, 4, 5, 9, 15) наблюдается частичный или полный скол по этим трещинам.

Рис. 11. Общий вид пояса переточных каналов электролизера со стороны сборной ячейки после 30 месяцев непрерывной эксплуатации

Весьма часто встречающимся видом разрушения верхних камней является наличие выбоен кромок от ударов шламозаборника. Наиболее крупные повреждения обнаружены на крайних камнях (№ 1, 2), которые находились в зоне заливки электролита, так как под воздействием потока электролита, заливаемого в электролизер, происходило размы-

вание и разрушение материала изделий. Опорные щеки полностью обрушены, на поверхности камней имеются многочисленные трещины различной глубины. Наиболее крупные трещины размыты электролитом. Сглажена и размыта электролитом верхняя кромка. Внешний вид верхних камней, расположенных в этой зоне, с характерными разрушениями приведен на рис. 12.

Рис. 12. Повреждения отдельных камней пояса У-образных переточных каналов электролизера после остановки на ремонт в области заливки сырья

в электролизер

Осмотр показал, что большинство камней имели трещины, проходившие в донной части. Направление этих трещин, как и в ранее обследованных камнях электролизеров, имело общую закономерность, они располагаются вдоль оси пояса переточных каналов. Некоторые камни разламывались в таком же направлении уже после извлечения из электролизера. Причиной такого разрушения может служить изгиб разделительной стенки и ее выпучивание в сторону сборной ячейки. На рис. 13 представлены темплеты, вырезанные из камней № 1, 6, 11. Видна продольная трещина и трещины по верху боковых граней. Как показали последующие исследования, видоизменение материала наблюдалось только в камне № 1. Коррозионное разрушение материала в остальных камнях отсутствовало. В нижней части темплетов изученных элементов имеются пустоты и пористость усадочного происхождения. Можно предположить, что по пустотам происходит проникновение электролита и постепенное разрушение материала изделий, так как в двух нижних камнях к № 9 и 11 были обнаружены сквозные отверстия, явившиеся причиной нарушения гидрозатвора в канале этих элементов.

Наличие усадочных раковин, приводящих к снижению качества изделий, является результатом несовершенного технологического регламента получения отливок на плавильной установке [14]. Это под-

тверждает необходимость дальнейшего совершенствования приемов литейной технологии изготовления отливок из слюдокристаллического материала.

Рис. 13. Поперечные темплеты, вырезанные из нижних камней (№ 1, 6, 11) электролизера

Несмотря на выявленные в результате осмотра наружные и внутренние дефекты, и верхние и нижние камни обладали достаточной прочностью после такого продолжительного срока непрерывной эксплуатации. Извлеченные после остановки электролизера, они сохранили форму и хорошую целостность. На рис. 14 представлен вид элементов переточных каналов, извлеченных из электролизера и выложенных в виде разделительного пояса в такой последовательности, как они находились в эксплуатации. Некоторые из элементов имели хорошо сохранившуюся конфигурацию. На рабочих поверхностях большинства камней отсутствовали следы коррозионного разрушения или растворения литого слюдокристаллического материала. Об этом свидетельствуют хорошо сохранившиеся на поверхности отливок следы литейной технологии и возникшие при литье дефекты [15].

Сохранились наносимые при отливке рифления. Со стороны заливки расплава в форму видны ужимины. На вертикальных и наклонных сторонах наблюдается волнистость. Имеются неслитины и глубокие спаи (рис. 15). Это еще раз свидетельствует о высокой работоспособности слюдокристаллического материала в условиях воздействия высокотемпературного расплава магния, хлоридов, газообразного хло-

ра, в условиях промышленной эксплуатации агрегата, в котором были установлены изделия.

Рис. 14. Пояс У-образного переточного канала из литого слюдокристаллического материала, извлеченный из электролизера

Рис. 15. Внешний вид отдельных камней переточного канала, извлеченных из электролизера после 30 месяцев эксплуатации

Осмотр электролизера при остановке на капитальный ремонт показал, что в зоне 6-8 элементов переточного канала на разделительной стенке было обнаружено черное пятно, охватывающее нижние камни и переходящее на 2-арочную разделительную стенку (рис. 16).

Рис. 16. Черное пятно на разделительной стенке электролизера в зоне 5-8 переточных камней. Вид со стороны сборной ячейки

Как было установлено, причиной появления пятна является накопление шлама в этой части электролизера и пропитка им огнеупоров, из которых была выложена стенка. С целью изучения этого явления были вырезаны темплеты нижнего камня № 6 переточного канала из литого слюдокристаллического материала и огнеупоров разделительной стенки из зоны зашламления. Из рассмотрения фотографии этих темплетов следует, что нижний камень переточного канала практически не подвергся пропитке (рис. 17). Цвет материала в разрезе светлосерый, с поверхности окрашен только слой толщиной около 1 мм.

Рис. 17. Темплеты нижнего камня переточного канала (№ 11) электролизера в зоне образования черного пятна

Детали электроизоляционной рассечки над токоподводящими штангами рамных катодов остались целыми. Обнаружена небольшая, длиной 180 мм, область разъеденного материала в промежутке между экранами двух секций катодов (рис. 18). Изоляционный пояс остался в основном целым. Толщина балок не изменилась и составляет 65 мм, ширина также осталась неизмененной - 100 мм.

Визуально пропитки материала изделий электролитом и шламом не наблюдается. Только с рабочей стороны изделия видно небольшое рыжевато-черное пятно.

Детали угловой защиты на торцевых стенках ванны и после извлечения их из электролита находились в удовлетворительном состоянии. На поверхности сохранившейся части угловой защиты видны каверны и раковины (рис. 19). Пропитки электролитом не отмечено, не изменилась и толщина изделия. Разрушалась только та часть угловой защиты, которая примыкала непосредственно к задней стенке. Разрушение произошло по всей высоте установленных в ванне угловых элементов. На рис. 20 представлена картина разрушения угла ванны электролизера после непрерывной работы в течение 30 месяцев. На снимке хорошо видны оставшиеся части элементов угловой защиты на торцевой стенке электролизера.

Рис. 18. Состояние центральной части задней стенки

и электроизоляционной рассечки из литого слюдокристаллического материала в электролизере при снятой графитовой защите

Рис. 20. Часть элемента угловой защиты, сохранившаяся на торцевой стене электролизера после 30 месяцев эксплуатации

Анализ наблюдаемых повреждений показал, что к износу защиты в первую очередь приводит постепенная деформация разделительной стенки, ее выпучивание в сторону сборной ячейки. Это вызвало появление продольного излома по центру нижних камней, имеющее место в рассматриваемом электролизере. Это сказалось на состоянии поверхности элементов переточных каналов. На них отсутствовала крупная

и мелкая поверхностная пористость, раковины. Этому способствовал также тот факт, что в электролизере верхняя кромка катодов находилась на 50 мм ниже уровня днища переточного канала. Можно предположить, что в этом случае не происходило воспламенения металлического магния.

На состояние и работоспособность деталей из слюдокристаллического материала оказывает влияние процесс зашламления отдельных участков электролизера. Как удалось установить, изделия в этом случае работают не в идентичных условиях, и стойкость их отличается от отливок, находящихся в участках интенсивной циркуляции электролита.

Таким образом, в результате промышленных испытаний установлено, что применение футеровки из литого слюдокристаллического материала фторфлогопитового типа в магниевых электролизеров целесообразно. Выявлено, что существующая конструкция огнеупорных изделий магниевых электролизеров соответствует новому материалу для их изготовления - литых слюдокристаллических материалов фторфлогопитового типа. Состояние изделий из литого слюдокристал-лического материала, проработавших в наиболее ответственных узлах магниевого электролизера в течение 30 месяцев на карналлитовом сырье, позволяет сделать заключение о том, что материал на основе литого слюдокристаллического материала и элемента пояса переточных каналов, защиты задней стенки, угловой защиты ванны, изготовленные из этого материала, в условиях электролиза магния являются вполне работоспособными, обеспечивающими заданную долговечность и эксплуатационную стойкость аппаратов большой единичной мощности.

Список литературы

1. Неразрушающий контроль: справ.: в 8 т. / под ред. В. В. Клюева. -М., 2005. - Т. 7. - 828 с.

2. Сушко А.Е. Разработка специального математического и программного обеспечения для автоматизированной диагностики сложных систем: дис. ... канд. техн. наук / МИФИ. - М., 2007. - 170 с.

3. Функциональная и технологическая схема производства фторфлого-питовых изделий / М.В. Юдин, М.М. Николаев, А.М. Игнатова, М.Н. Игнатов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. - 2017. - Т. 19, № 2. - С. 118-132.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

4. Лорян В.Э., Качин А.Р., Уваров В.И. Синтез в режиме горения слюдокристаллических материалов на основе фторфлогопита с использованием минерального сырья и отходов алюминиевого производства // Перспективные материалы. - 2017. - № 2. - С. 72-78.

5. Горшков А.С., Мартыненко Г.М. Применение прогрессивных материалов при строительстве и проектировании агрегатов цветной металлургии // Новые огнеупоры. - 2007. - № 1. - С. 5-8.

6. Изучение анизотропности симиналов фторфлогопитового типа методами матричного и динамического наноиндентирования / А.М. Игнатова, М.В. Юдин, М.М. Николаев, М.Н. Игнатов // Вестник Пермского университета. Геология. - 2012. - № 4(17). - С. 22-29.

7. Характеристика микроструктуры и пористости синтетических минеральных сплавов на примере рентгеновской микротомографии фторфло-гопита / А.М. Игнатова, М.Н. Игнатов, Д.В. Корост, М.М. Николаев, М.В. Юдин // Вестник Пермского университета. Геология. - 2013. - № 2(19). -С. 56-64.

8. Последовательность фазовоструктурных превращений при плавке фторфлогопитовой шихты / М.В. Юдин, М.М. Николаев, А.М. Игнатова, М.Н. Игнатов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. - 2018. -Т. 20, № 1. - С. 42-52.

9. Исследование анизотропии фторфлогопита методами матричного и динамического наноиндентирования / М.Н. Игнатов, А.М. Игнатова, М.В. Юдин, М.М. Николаев, А.М. Ханов // Комплексное изучение и оценка месторождений твердых полезных ископаемых: тез. докл. III науч.-практ. конф. - М., 2011. - С. 55-56.

10. Игнатова А.М., Юдин М.В., Игнатов М.Н. Идентификация структурных составляющих синтетических минеральных сплавов методом нано-индентирования и наносклерометрии // Будущее машиностроения России: сб. тр. VI Всерос. конф. молодых ученых и специалистов. - М., 2013. -С. 306-308.

11. Юдин М.В., Игнатова А.М., Игнатов М.Н. Идентификация калиевого фторфлогопита опытной партии на предмет соответствия стандарту // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. - 2018. - Т. 20, № 3. -С. 73-81.

12. Мониторинг традиционных огнеупоров и жаростойких бетонов для футеровки агрегатов производства магния и титана / М.В. Юдин, М.М. Николаев, А.М. Игнатова, М.Н. Игнатов // Master's Journal. - 2017. - № 1. - С. 73-81.

13. Игнатова А.М., Юдин М.В. Исследование стойкости огнеупорных материалов к пропитке в хлоридных расплавах // Химия. Экология. Урбани-

стика: материалы всерос. науч.-практ. конф. с международным участием. -Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2019. - С. 303-307.

14. Игнатова А.М., Юдин М.В. Исследование терморасплавоустойчи-вости литого слюдокристаллического материала фторфлогопитового типа // Химия. Экология. Урбанистика: материалы всерос. науч.-практ. конф. с международным участием. - Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2019. - Т. 1. - С. 307-312.

15. Игнатова А.М., Юдин М.В. Конструктивные особенности плавильной электродуговой печи для получения расплава литых слюдокристалличе-ских материалов // Химия. Экология. Урбанистика: материалы всерос. науч.-практ. конф. с международным участием. - Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2019. - Т. 1. - С. 312-316.

References

1. Nerazrushaiushchii kontrol': spravochnik [Non-Destructive Testing: A Handbook]. Ed. V.V. Kliuev. Moscow, 2005, vol. 7, 828 p.

2. Sushko A. E. Razrabotka spetsial'nogo matematicheskogo i programmnogo obe-specheniia dlia avtomatizirovannoi diagnostiki slozhnykh sistem [Development of special mathematical and software for automated diagnostics of complex systems]. Ph. D. thesis. Moscow, 2007, 170 p.

3. Iudin M.V., Nikolaev M.M., Ignatova A.M., Ignatov M.N. Funktsional'naia i tekhnologicheskaia skhema proizvodstva ftorflogopitovykh izdelii [Functional and technological scheme of production of fluoroflogopite products]. Vestnik Permskogo natsio-nal'nogo issledovatelskogo politekhnicheskogo universiteta. Mashinostroenie, materialov-edenie, 2017, vol. 19, no. 2, pp. 118-132.

4. Lorian V.E., Kachin A.R., Uvarov V.I. Sintez v rezhime goreniia sliudokristal-licheskikh materialov na osnove ftorflogopita s ispol'zovaniem mineral'nogo syr'ia i otkhodov aliuminievogo proizvodstva [Synthesis in the mode of combustion of fluorocrys-talline materials based on mica-crystalline materials using mineral raw materials and aluminum production wastes]. Perspektivnye materialy, 2017, no. 2, pp. 72-78.

5. Gorshkov A.S., Martynenko G.M. Primenenie progressivnykh materialov pri stroitel'stve i proektirovanii agregatov tsvetnoi metallurgii [The use of advanced materials in the construction and design of aggregates of non-ferrous metallurgy]. Novye ogneupory, 2007, no. 1, pp. 5-8.

6. Ignatova A.M., Iudin M.V., Nikolaev M.M., Ignatov M.N. Izuchenie anizotrop-nosti siminalov ftorflogopitovogo tipa metodami matrichnogo i dinamicheskogo nanoin-dentirovaniia [Studying the anisotropy of fluorines of the fluoroflogopite type with the methods of matrix and dynamic nanoindentation]. Vestnik Permskogo universiteta. Geologiia, 2012, no. 4(17), pp. 22-29.

7. Ignatova A.M., Ignatov M.N., Korost D.V., Nikolaev M.M., Iudin M.V. Kharak-teristika mikrostruktury i poristosti sinteticheskikh mineral'nykh splavov na primere rent-genovskoi mikrotomografii ftorflogopita [Characteristics of the microstructure and porosity of synthetic mineral alloys on the example of fluoroflogopite X-ray microtomography]. Vestnik Permskogo universiteta. Geologiia, 2013, no. 2(19), pp. 56-64.

8. Iudin M.V., Nikolaev M.M., Ignatova A.M., Ignatov M.N. Posledovatel'nost' fazovostrukturnykh prevrashchenii pri plavke ftorflogopitovoi shikhty [The sequence of phase-structural transformations in the smelting of fluoroflogopite charge]. Vestnik Permskogo natsional'nogo issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta. Mashinostroenie, materialovedenie, 2018, vol. 20, no. 1, pp. 42-52.

9. Ignatov M.N., Ignatova A.M., Iudin M.V., Nikolaev M.M., Khanov A.M. Issle-dovanie anizotropii ftorflogopita metodami matrichnogo i dinamicheskogo nanoindentiro-vaniia [Study of fluoroplogopite anisotropy using matrix and dynamic nanoindentation]. Kompleksnoe izuchenie i otsenka mestorozhdenii tverdykh poleznykh iskopaemykh, 2011, pp. 55-56.

10. Ignatova A.M., Iudin M.V., Ignatov M.N. Identifikatsiia strukturnykh sostav-liaiushchikh sinteticheskikh mineral'nykh splavov metodom nanoindentirovaniia i nanosk-lerometrii [Identification of structural components of synthetic mineral alloys by nanoindentation and nanosclerometry]. Budushchee mashinostroeniia Rossii. Sbornik trudov VI Vserossiiskoi konferentsii molodykh uchenykh i spetsialistov, 2013, pp. 306-308.

11. Iudin M.V., Ignatova A.M., Ignatov M.N. Identifikatsiia kalievogo ftorflogopita opytnoi partii na predmet sootvetstviia standartu [Identification of potassium fluoroplogopite of an experimental batch for compliance with the standard]. Vestnik Permskogo natsional'nogo issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta. Mashinostroenie, materialovedenie, 2018, vol. 20, no. 3, pp. 73-81.

12. Iudin M.V., Nikolaev M.M., Ignatova A.M., Ignatov M.N. Monitoring tradit-sionnykh ogneuporov i zharostoikikh betonov dlia futerovki agregatov proizvodstva mag-niia i titana [Monitoring of traditional refractories and heat-resistant concrete for lining of magnesium and titanium production units]. Master's Journal, 2017, no. 1, pp. 73-81.

13. Ignatova A.M., Iudin M.V. Issledovanie stoikosti ogneupornykh materialov k propitke v khloridnykh rasplavakh [Study of the resistance of refractory materials to impregnation in chloride melts]. Khimiia. Ekologiia. Urbanistika. Materialy vserossiiskoi konferentsii, 18-19 aprelia, Perm', 2019, pp. 303-307.

14. Ignatova A.M., Iudin M.V. Issledovanie termorasplavoustoichivosti litogo sliu-dokristallicheskogo materiala ftorflogopitovogo tipa [Investigation of thermo melting resistance of molten mica crystalline material of fluoroflogopite type]. Khimiia. Ekologiia. Urbanistika. Materialy vserossiiskoi konferentsii, 18-19 aprelia, Perm, pp. 307-312.

15. Ignatova A.M., Iudin M.V. Konstruktivnye osobennosti plavil'noi elektrodugo-voi pechi dlia polucheniia rasplava litykh sliudokristallicheskikh materialov [Design features of a melting electric arc furnace for producing a melt of cast mica-crystalline materials]. Khimiia. Ekologiia. Urbanistika. Materialy vserossiiskoi konferentsii, 18-19 aprelia, Perm, pp. 312-316.

Получено 09.04.2019

Об авторах

Игнатова Анна Михайловна (Пермь, Россия) - кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: iampstu@gmail.com).

Юдин Максим Владимирович (Пермь, Россия) - аспирант Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29).

About the authors

Anna M. Ignatova (Perm, Russian Federation) - Ph.D. in Technical Sciences, Leading Researcher, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky av., Perm, 614990; e-mail: iampstu@gmail.com).

Maxim V. Yudin (Perm, Russian Federation) - Postgraduate Student, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky av., Perm, 614990).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.