Пропитка материалов подины

   В процессе эксплуатации металлургических агрегатов происходит пропитка материалов футеровки компонентами расплава, что приводит к существенному изменению их свойств: прочность уменьшается, теплопроводность и коэффициент термического расширения материалов с низким значением заметно возрастают. Кроме того, внедрение компонентов расплава в футеровку сопровождается расширением материалов, что приводит к возникновению дополнительных механических напряжений. От скорости пропитки материалов футеровки компонентами расплава существенно зависит не только степень изменения их свойств по глубине футеровки, но и разность величины расширения пропитанных и непропитанных слоев футеровки, что, в свою очередь, влияет на величину механических напряжений и возможность разрушения футеровки.   Компоненты расплава, достигающие до несущих элементов конструкций, приводят к их коррозии со всеми вытекающими из этого отрицательными последствиями, при достижении токоведущих элементов агрегата увеличивают контактное электрическое сопротивление между электропроводной футеровкой и токоведущими элементами и/или могут вывести их из строя. При достижении компонентами расплава теплоизоляционных материалов происходит существенное увеличение их теплопроводности и потеря их функционального назначения, как теплоизолятора.

   Скорость пропитки футеровки компонентами расплава наиболее интенсивно происходит в послепусковой период и зависит не только от свойств материалов (пористость, смачиваемость и т.п.), но и от условий обжига перед пуском (температуры рабочей поверхности шахты и градиента температуры в футеровке) и технологических параметров пуска (состав и уровень расплава, плотность тока). Наиболее существенное влияние условий обжига и пуска проявляется в неформованных материалах, свойства которых формируются в процессе обжига, например, подовая масса швов подины электролизеров. 

  Для измерения скорости пропитки специалистами центра разработана экспериментальная установка ИП (Измерение Пропитки) рисунок 1., позволяющая измерить скорость пропитки компонентами электролита подовой массы и углеродных подовых блоков электролизера для производства алюминия, исследовать влияние на скорость пропитки свойств материалов, условий обжига электролизера, состава электролита, плотности тока.

Схема установки

рисунок 1.

В комплект установки входит:

1.    печь для плавления электролита;

2.    шкаф управления;

3.    станина и печь для нагрева образца и проведения электролиза;

4.    компьютер;

5.    печатное устройство (принтер);

6.    программное обеспечение.

Образцы для испытания 

рисунок 2. 

Сущность метода заключается в нагреве образца до заданной температуры и поддержании градиента температуры по высоте, наплавлении или заливке электролита, подключении постоянного электрического тока (пуск) и проведении электролиза в течение нескольких суток, определении глубины проникновения и концентрации компонентов и соединений.

Основные параметры эксперимента:

Время нагрева до заданной температуры обжига, час ................................…..5–72

Температура нагрева печи, °С ………….………………………………………........25–1050

Градиент температуры в печи сверху вниз, °С ………..………….....…….……...10–200

Ток электролиза, А.…………………………………….........................................…..0–100

Время проведения электролиза, суток………................................................…...0–7

Режим проведения электролиза ……………………………………….................… непрерывный

Параметры процесса обжига (пример)

Параметры электролиза (пример)

Образцы после испытаний

Результаты испытаний:

Графики газопроницаемости и распределения пор подового блока

Результаты рентгеноспектрального анализа

Результаты рентгеновского фазового анализа