Введение к работе
Актуальность проблеми. Нефтеперерабатывающая промыдлек- ность длительной время является основним поставщиком малозольных и малосерннстых коксов, применяемых в качестзе наполнителя в производстве анодной массы и обозленных анодов. До сих пор этот вид углеродного сырья был приоритетным.
.По мере развития алюминиевой промышленности происходит соверлекстзованиэ конструкций, футеровки и повыление мощности электролизеров. Ввод в эксплуатацию ванн средней и большой мощности повлек за собой увеличение силы тока до 255 кА и ужесточение условий эксплуатации электролизеров, что в свою очередь обострило проблему их долговечности.
Высокие требования к долговечности алшиняезых электролизеров, ресурс работы которых в первую очередь определяется сроком слугбы подины, предполагает повышение качества и разработку новых углеродных футеровочных материалов. Одной из причин низкого технического состояния подины является большой объем мех-блочных и периферийных швов, заполненных подовой массой, за-растеризующейся неоднородностью структуры, нестабильностью свойств а высокой усадкой при обздге. До сих пор подбор технологических приемов и расчет компонентного состава масс производился эмпирическим путем.
Для эффективного решения проблема получения углеродной подовой массы с заданными свойствами, необходимо принимать во внимание особенности дисперсного состояния, структуры и физико-механических свойств исходных сырьевых компонентов. В соответствии с научными представлениями о зависимости свойств дисперсных материалов от величини и состояния поверхности раздела фаз и элементов структуры, а такге с основными полевениями
теории регулирования фазовых переходов при физико-химических процессах, главная роль на начальных стадиях отводится созданию условий для поверхностного взаимодействия на границе раздела фаз, т.е. в нежфазноы слое. Мазфазный слой отделяет hobjb и исходную фазу. Его внутреннее строение обусловливается соотношением поверхностно-объемных характеристик фаз, к которым относятся энергия и силы иехмолекулярного" взаимодействия. Под влиянием внешнего воздействия происходит экстремальное изменение геометрических размеров меифазного слоя, что проявляется через соответствующее экстремальное изменение макросвойств си-стези на всех стадиях технологической переработки. Качественный состав и структура меафазного слоя обусловливает агрегатив-ную и кинетическую устойчивость систем я влияет на их структурно-реологические свойства.
Экспериментальные данные по изучение влияния природы и поверхностных свойств наполнителей на характер взаимодействия со связующи и структуру холоднонабивной подовой массы, а также влияние на эти процессы температуры, давления уплотнения, вибрации, свидетельствует об экстремальном изменении макросвойств массы в зависимости от соотношения компонентов. 5 связи с этим представляется актуальным обобщение имеющихся фактов с позиций физико-химической механики и теории регулируемых фазовых переходов, на базе этих обобщений осуществление теоретического обоснования условий формирования и способов регулирования толщины меяфазного слоя при смешивании компонентов, как основы для дальнейшего формирования структуры уплотненной и обожженной подовой массы.
Даль работе заключается в разработке научных основ совершенствования технологии процесса формирования углеродных масс с заданными свойствами посредством регулирования размеров и
качества меяЬазного слоя в системе углеродннй наполнитель -
связувдее (на стадии- смешивания компонентов).._.
Выполнение работы предусматривало решение следущюс задач:
проведение научно-обоснованного поиска способов регулирования фазовых переходов в углеродных дисперсних системах на стадии смешивания;
установление методами физико-химической механики взаимосвязи структурно-механических свойств систем на стадии смешивания и фпзнко-лпкических свойств уплотненных и обозаенных материалов;
теоретическое обоснование механизма действия добавок на структуру и толщину ыеаЬазного слоя в углеродной массе на всех стадиях технологического процесса - от смешивания до эксплуатации в криолит-глиноземном расплаве;
выдача научно-обоснованных рекомендаций по выбору природы и свойств наполнителя, связующего и добавок, оптимальному
их соотношении с целью внедрения технология регулируемых фазових переходов з производстве углеродных масс и паст для адши-киевых электролизеров;
- проведение опытно-промышленных работ по регулирования
размеров меж&азного слоя а наформованных углеродных материалах
и технико-экономическая оценка выполненных разработок.
Научная, ковщна. Настоящая работа является целенаправленным исследованием основных закономерностей формирования структуры углеродных масс с позиций физико-химической механики.
Разработана модель механизма формирования мезфазЕого слоя в углеродных массах. Определен комплексный подход к регулировании геометрических размеров меяфазного слоя на поверхности наполнителя внешними воздействиями на стадии смешивания компонентов, позволящий прогнозировать физико-механические свойства
касс в уплотненном и обожженном состоянии.
Показано, что толщина межфазиого слоя а его структура определяется природой, степенью дисперсности и температурой прокаливания Еаполяителя, качественными показателями связущего и добавок.
Установлено, что регулирование толщины мегфазного слоя внешними воздействиями, приводит к экстремальному изменению структурно-механических свойств неформованных масс, которое коррелирует с экстремальными изменениями физико-механических свойств уплотненных и обожкенннх материалов.
Показана роль геометрических размеров -и качества меафаз-ного. слоя в формирования углеродных подовых масс с заданными свойствами.
Практическая ценность. Результаты исследований, изложенные в диссертации, явились научной базой, на основе которой сформулированы и выдана рекомендации по свойствам компонентов, составу наполнителей и связующих материалов для углеродных масо ж паст, применяемых в алюминиевых'электролизерах. Рекомендации полоеєнн в основу разработки технологии производства холодно-набивной лещовой массы на Челябинском электродном и Саянском. алюминиевом заводах. Создание "новых видов углеродной продукции проводилось в соответствий с научно-технической проблемой 0.09.08 Госкомитета СССР по науке и технике и Госплана СССР, утвержденной 22.12.80 г. (Я 526/260).
Разработана и внедрена нормативно-техническая документация на производство холоднонабианой подовой массы (17 48-0132-06), приготовление клеящих паст для вклеивания катодных стержней в подовые блоки (Тй 4814-03), приготовления составов для заполне-нения подфяаяцевого пространства при монтаке алюминиевых электролизеров (Тй 4814-05), приготовления сакотвердещнх масс и
..5
заделки паза подозой секции под "потай" (ТИ 4814-04).
Разработан' "и внедрен- в-практику метод контроля, уплотняв- _.._ мости холсднонабивной подовой массы на ЧЭЗе, КрАЗе, БрАЗе, СаАЗе, ТадАЗэ.
На основании разработанной технология осуществлены опытяо-промишленнке испытания и внедрена холоднояабйвння подовая аисса при ыонтаге подин алшиниевых электролизеров на ТадАЗе, КрАЗе, НкАЗе, КрАЗе, СаАЗе.
Экономический эффект, полученкнй от внедрения новых технологических процессов и технических решений на Саянском алши-ниевом заводе в 1994 г. составил 227 млн.руб.
Апробация таботн. Материалы диссертации быта изложены и обсудцены на: 17 и УІ Всесоюзных конференциях электродной промышленности (Челябинск, 1978 и 1988 гг.), Всесопзной конференции по проблемам освоения Западно-сибирского топливно-энергетического комплекса (Уфа, 1982 г.), Республиканской Конференции по реологии и вискозиметра дисперсных систем и тонкодисперсиых композиций (Уфа, 1986 г.), Международной конференции "Научно-технический прогресс в металлургии легких металлов" (Ленинград, 1991 г.), Международной конференции по проблегган коксования (НРБ, Бургас, 1980)г.), отраслевом совещании по проблемам и путям развития отрасли фенопластов в условиях рыночной экономика (Кемерово, 1991 т.), Международной конференции J2Z TMS -Annual {Легіїпа,. Denver, Colot-зdo,Febp4,- A4S2iНаучно-црактическоЗ конференции "Углеродные материалы из нефтяного и каменноугольного сырья" (Новокузнецк, 1994 г.), заседаниях НТС ГОСНИИЭП (Челябинск).
Публикации. Содераание диссертации опубликовано в 47 работах, в том числе в тематическом сборнике. Получено II авторских свидетельств, одно положительное решение по заявке на
изобретение и один патент СССР.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на странидаг машинописного текста, включает 46 таблиц, 49 рисун- . ков и библиографический список из 261 наименования. Работа состоит из введения, семи глав, основных выводов, списка литературы. Документы, подтверхдахщие практическое использование научных разработок, приводятся в отдельном томе на 142 страницах.
