Systems. Methods. Technologies 1 (37) 2018

Системы Методы Технологии. А.А. Терентьев и др. О качестве алюминия-сырца … 2018 № 1 (37) с. 136-141 139 ствии достаточно большого количества газообразного фтора. Соответственно, повышение коррозионной стой- кости секций ГСК, дымовых труб в сравнении с анод- ными штырями требует иного подхода [23]. Сопоставление микроскопирования и химического микроанализа свидетельствует, что натрий и фторсо- держащие продукты в реакционной зоне отсутствуют, а их соединения не играют никакой роли в процессе кор- розии. Одно из наиболее важных наблюдений заключа- ется в том, что в реакционной зоне присутствует сера. Зона, обогащенная серой, имеет толщину около 100– 150 мкм, в то время как общая толщина чешуйчатого слоя около 2 мм. Рентгеновские исследования также показывают, что в зоне коррозии присутствуют пре- имущественно соединения железа и серы. Это означа- ет, что первичная реакция коррозии дает в качестве основного продукта FeS. Сера для образования FeS доставляется через SO2 путем диффузии газа к зоне коррозии через поры в слоях оксидов железа. SO2 яв- ляется продуктом окисления серы в ходе анодного процесса. Когда SO2 вступает в контакт с оксидами железа, например, с Fe2O3, в период, когда температу- ра ниппеля 325 °С и ниже, он адсорбируется окалиной в присутствии О2: Fe2O3 + 3SO2 + 3/2 O2 = Fe2(SO4)3. (2) Парциальное давление РSO2 соли Fe2(SO4)3 ниже 10–10 Па при 200 °С, поэтому Fe2O3 является хорошим сорбентом для SO2 при низких температурах. Даже следы SO2, образующиеся в электролизере, активно сорбируются оксидами железа в присутствии кислоро- да и соответствующим образом накапливаются. Когда температура поверхности секций достигает 430 °С и более, реакция, указанная выше, начинает протекать в обратном направлении. Поэтому накопленная соль Fe2(SO4)3 будет разрушаться с образованием Fe2O3, O2 и SO2. Образовавшиеся газы О2 и SO2 будут диф- фундировать в зону реакции, где парциальное давление кислорода и оксида серы низкое. В узком слое реакционной зоны кислород и оксид серы вступают в реакцию с железом секций газосбор- ного колокола и пояска анодного кожуха по схеме: Fe + 1/2 O2 = FeO; Fe + SO2 = FeS + O2; Fe + 2SO2 = FeS2 + 2O2. При этом FeO является неустойчивым соединением и переходит в Fe2O3, дополняя поверхность новыми чешуйками окалины. Сульфиды железа также быстро окисляются до оксидов и переходят в окалину. Концентрация диоксида серы в удаляемых от элек- тролизеров с самообжигающимся анодом газах колеб- лется в пределах 100–300 мг/нм 3 . Обследование группы электролизеров показало, что при нормальной работе температура секций газосбор- ного колокола не превышает 500 °С, причем на край- них и торцевых секциях температура несколько ниже, в то время как средние секции подвергаются действию более высоких температур. При прямом контакте сек- ций газосборного колокола с расплавом их температура резко возрастает и достигает 800 °С [24; 25]. Высокая температура вызывает изменение структу- ры чугуна: феррито-перлитная структура (при литье «в землю») или ледебуритная эвтектика (при литье в ко- киль) распадаются, и образуется ферритная структура с пластинчатым графитом. Изменение структуры сопро- вождается ростом содержания чугуна, изменением его механических свойств и создает благоприятные усло- вия для развития коррозионного процесса в объеме чугуна вдоль графитовых включений. Проведенные исследования позволяют сделать вывод, что быстрый выход из строя газосборных колоколов обусловлен резким снижением механической прочности серого чугуна в результате: – коррозии в среде анодных газов, распространяю- щейся вдоль графитовых включений по всему объему чугуна; – структурных изменений серого чугуна при изме- нении температурного режима эксплуатации секций; – коррозии под действием криолито-глиноземного расплава. Оценка коррозионной стойкости различных чугунов в криолит-глиноземном расплаве проводилась многими исследователями. Исследования в рамках данной рабо- ты в целом подтвердили полученные ранее результаты. Их анализ показывает, что лучшей стойкостью в атмо- сфере отходящих электролизных газов обладает хро- мистый чугун, содержащий 20–30 % хрома. Скорость коррозии такого чугуна в 5–6 раз меньше, чем у серого чугуна. Низкохромистые чугуны имеют практически такую же коррозионную стойкость, как и серый чугун. Образцы высокопрочного чугуна оказались не- сколько более устойчивы по сравнению с серым чугу- ном, что вполне закономерно и хорошо согласуется с теоретическими представлениями о процессах окисле- ния серых и высокопрочных чугунов. Наличие графита в виде разобщенных сфероидных включений препятст- вует проникновению окислительного агента вглубь матрицы, и окисление в таком чугуне идет практически только с поверхности, в то время как в сером чугуне, имеющем рассеченную пластинчатым графитом мат- рицу, процесс окисления захватывает не только по- верхность, но и внутреннюю (по графитовым включе- ниям) часть образца. Ускоренное охлаждение с целью получения перлит- ной матрицы в высокопрочном чугуне практически не сказывается на стойкости образцов в анодных газах, так как при данных температурах уже после 40 суток испы- тания структура металлической основы была чисто фер- ритной [26]. Нестойкими в агрессивной среде анодных газов оказались алюминиевые чугуны, причем менее стой- ким оказался чугун, содержащий большее количество алюминия. Это, по-видимому, связано с наличием фто- ра в атмосфере анодных газов, с которыми алюминий может давать соединения. На высокохромистых чугунах окисел имеет плотно- упакованную решетку типа Me3O4. На алюминиевом чугуне продукты коррозии содержат окислы железа и алюминия. Металлографический анализ образцов чугуна в ис- ходном состоянии и после испытания в газах электро- лизера показал, что наиболее значительные структур-