Підвищення експлуатаційних властивостей матеріалів футеровки алюмінієвих електролізерів за рахунок удосконалення їх структурно-фазових характеристик

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МАТЕРІАЛОЗНАВСТВА

ім. І.М. Францевича

Підвищення експлуатаційних властивостей матеріалів футеровки алюмінієвих електролізерів за рахунок удосконалення їх структурно-фазових характеристик

Спеціальність 05.02.01 - Матеріалознавство

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Шарапова Валентина Володимирівна

Київ - 2009

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на Державному підприємстві «Український науково-дослідний інститут спеціальних сталей, сплавів та феросплавів», Міністерство промислової політики України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Середа Борис Петрович, завідувач кафедри обробки металів тиском Запорізької державної інженерної академії.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, Панасюк Алла Денисівна, Інститут проблем матеріалознавства НАН України, провідний науковий співробітник;

доктор технічних наук, професор Симановський Віктор Михайлович, Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, завідуючий відділом.

Захист відбудеться «_25_» ___ січня____ 2010 р. о _14_ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.26.207.03 при Інституті проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, 03630, Україна, м. Київ-142, вул. Кржижанівського, 3

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, 03630, Україна, м. Київ-142, вул. Кржижанівського, 3

Автореферат розісланий «18» ___грудня__ 2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д.26.207.03 Р.В. Мінакова.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

футеровка катод алюмінієвий електролізер

Актуальність теми. Строк служби алюмінієвих електролізерів - важливий технологічний показник. Значення його пов'язане не тільки з витратами на капітальний ремонт, але також з кількістю одержаного металу, його якістю, витрачанням електроенергії, сировини, об'ємом відпрацьованих матеріалів футеровки. Строк служби вітчизняних і російських електролізерів значно менший, ніж на провідних зарубіжних підприємствах. Однією з причин, що впливає на строк служби електролізера, є якість матеріалів катода. Наявні на вітчизняному ринку матеріали, зокрема вогнетриви, за своїми службовими, механічними властивостями, стійкістю роботи в умовах агресивного середовища поступаються матеріалам, рекомендованим зарубіжними фірмами для застосування в алюмінієвих електролізерах.

Важливим напрямком є пошук та розробка матеріалів, що відповідають сучасним вимогам електролітичного виробництва алюмінію. Цього можна досягти, застосовуючи комплексні методи досліджень, зокрема сучасні методи технічної петрографії вивчення різноманітних матеріалів, у тому числі вогнетривів. Пари натрію і фтор сполук, дифундуючи у вогнетривкий шар (розташований нижче подових блоків) спричиняють зміну його хіміко-мінералогічного й фазового складів і руйнування як самого вогнетрива, так і всієї катодної футеровки. Тому питання про вибір марки вогнетриву є постійно актуальним.

У зв'язку з великою вартістю перспективних матеріалів для використання в криоліт-глиноземних розплавах, у футеровці катоду для запобігання потраплянню агресивних компонентів електролізної ванни всередину футеровки (бар'єрів) на основі оксидів олова, нікелю, заліза, цинку, діоксиду титану, цирконію порівняно з вартістю шамотних виробів перспективним напрямком є оптимізація неоптимального з хімічної точки зору матеріалу за рахунок покращення його макро- та мікроструктури.

Для алюмінієвих електролізерів доцільно застосовувати алюмосилікатний вогнетрив з підвищеними експлуатаційними властивостями. Найбільш перспективним для електролізерів із подовими блоками з вмістом графіту 50% є вогнетриви марки ШПД (шамот для доменних печей), виробництво яких налагоджено на ВАТ «Запоріжвогнетрив». Показники службових, механічних характеристик, покращення макро- та мікроструктури, криолітостійкість вогнетривів ШПД можуть бути суттєво покращені шляхом додавання шамоту мулітокорундового складу й використання титановмісного каоліну з оптимізацією температури їх випалу.

Зв'язок з науковими програмами, планами, темами. Результати досліджень входять до договірних робіт: 1) «Визначення мінералогічного складу та кількісна оцінка фазових перетворень у швах подини алюмінієвого електролізера» (№ держ. реєстрації 01030007139, 2003р.), 2) «Визначення мінералогічного складу та кількісна оцінка фазових перетворень і теплоізоляційного шару подини алюмінієвих електролізерів (№ держ. реєстрації 01040005606, 2004р.). Окремі результати дисертаційної роботи виконувались у якості надання технічної допомоги ВАТ «Запоріжвогнетрив» (2007р.), ВАТ «ЗАлК» (2006-2007рр.) у рамках програми «Державна програма розвитку і реформування гірничо-металургійного комплексу України на період до 2011 року». У наведених НДР автор дисертації був керівником робіт і виконував їх.

Мета й завдання досліджень. Підвищення терміну безаварійної експлуатації елементів футеровки алюмінієвих електролізерів на основі вивчення деградації властивостей існуючих матеріалів і оптимізація хімічного складу та структурно-фазових і експлуатаційних характеристик футеровки.

Для досягнення поставленої мети були визначені й вирішені такі завдання:

- за результатами аналізу складу, структури, службових властивостей, криолітстійкості, механізмів руйнування існуючих матеріалів, використаних у алюмінієвих електролізерах, обґрунтувати систему комплексних вимог до матеріалів, призначених для футеровки катода;

- встановити склад газової фази над системою рідкий алюміній-криолітовий розплав і вивчити механізми взаємодії агресивних побічних продуктів електролізу з матеріалами футеровки катода;

- встановити вплив добавки шамоту мулітокорундового складу та використання титановмісного каоліну на поліпшення макро- та мікроструктури, підвищення експлуатаційних властивостей вогнетривів марки ШПДм-45 вимогам, що висуваються до властивостей виробів для алюмінієвих електролізерів;

- встановити стійкість алюмосилікатних вогнетривів до впливу промислового електроліту, змочуваності вогнетривів марки ШПД промисловим електролітом і хімічно чистим фторидом натрію;

- перевірити ефективність використання вогнетриву ШПДм-45, що містить шамот мулітокорундового складу і титановмісний каолін при службі у вогнетривкому шарі футеровки катода реального електролізера.

Об'єкт досліджень. Промислові проби футеровки, що відслужила, катодного вузла алюмінієвого електролізера, алюмосилікатні матеріали, карбід-корундова кераміка, стійкість до впливу агресивного середовища, механічних навантажень.

Предмет досліджень. Підвищення якості матеріалів футеровки катода алюмінієвого електролізера за ступінню удосконалення макро- та мікроструктури й рівня механічних і службових властивостей.

Методи досліджень. Особливості хіміко-мінералогічних перетворень і механізм пертворень, дослідження макро- і мікроструктури проб проводили петрографічним методом. Для дослідження стійкості алюмосилікатних вогнетривів до впливу промислового електроліту застосовували стаціонарний метод в поєднанні з петрографічним. Процеси змочування алюмосилікатних вогнетривів досліджували вдосконаленим методом високотемпературної мікроскопії. Використовувалися інші методи, такі як хімічний, спектральний, мікрорентгеноспектральний, стандартні методи встановлення ймовірної щільності, механічних властивостей, газопроникненості, пористості.

Наукова новизна отриманих результатів.

1. Вперше встановлено, що побічні агресивні газоподібні продукти електролізу, дифундуючи в футеровку катода, призводять до негативної зміни її хіміко-мінералогічного складу, зниженню характеристик міцності і руйнуванню.

2. Вперше встановлено, що покращенню макро- і мікроструктури, підвищенню механічних властивостей при більш високих показниках корозійної стійкості вогнетривів ШПДм-45 сприяє домішка 11% шамоту мулітокорундового складу, застосування титановмісного каоліну відповідної марки з оптимізацією температури їх відпалу. Довгопризматичний муліт, який містить у вигляді твердого розчину TiO2, титановмісна склофаза більш стійкі до впливу фторидного іону.

3. Вперше встановлено механізм перетворень футеровочних матеріалів на основі особливостей їх хіміко-мінералогічного складу. Вперше встановлено, що перетворення -Al2O3 в - Al2O3 відбуваються при взаємодії корунду з парами натрію.

4. Вперше встановлено, що в умовах промислового електролізера утворюються сполуки нестехіометричного складу: субфториди заліза FeFx, субкарбіди алюмінію, фториди заліза двовалентного, трьохвалентного, які вказують на сильний розвиток у футеровці катодного вузла дифузійних процесів, посилений знос матеріалів і корозію кожуха електролізера.

Практична цінність отриманих результатів. Розроблений склад вогнетрива марки ШПДм-45 (шамоту щільного доменного) з домішкою шамоту мулітокорундового складу, що має пористість 8%, щільність 2,43 г/см3, газопроникність 0,08 мкм2, границю міцності при стисканні при 850 С =90 МПа з перевагою частки пор менше 5 мкм. Крайовий кут змочування вогнетриву ШПДм-45 промисловим електролітом з к.в.=2,4 складає 10, а хімічно чистим фторидом натрію - 7. Внесені корективи в технологію одержання вогнетривів марки ШПД.

Отримані результати досліджень і промислового впровадження дають можливість зробити висновок, що застосування розробленого алюмосилікатного вогнетриву ШПДм-45 з покращеними експлуатаційними характеристиками у вогнетриваному шарі електролізерів із подовими блоками із вмістом графіту 50% на ВАТ «ЗАлК» замість виробів ША-5, сприяло укріпленню вогнетривного шару, стабілізації технологічного режиму електролізу, відносної економії електроенергії на 4,9%, підвищенню виходу по струму на 1%, а також дозволить збільшити термін служби алюмінієвих електролізерів. Результати досліджень підтверджені довідками з провідних підприємств: ВАТ «Запоріжвогнетрив», ВАТ «ЗАлК» при використання матеріалів роботи.

Особистий внесок здобувача. Здійснено аналіз існуючих матеріалів, що використовуються в футеровці катода алюмінієвого електролізера, подано оцінку їх працездатності в агресивних умовах, механізмів їх руйнування. Розроблено методологію проведення експериментальних досліджень за безпосередньою участю в їх виконанні. На основі одержаних результатів довів ефективність застосування добавки муліто-корундового шамоту та використання титановмісного каоліну при виробництві шамоту щільного доменного.

Запропоновано склад алюмосилікатного вогнетриву з оптимальним поєднанням пористості, газопроникненності, механічних властивостей і корозійної стійкості. Доведено неефективність застосування карбідно-корундової кераміки в міжблочних швах. Основні результати, що визначають зміст дисертаційної роботи, одержані автором самостійно.

Внесок здобувача в роботах, опублікованих разом із співавторами, представлено в анотаціях до списку опублікованих робіт з теми дисертації.

Апробація результатів дисертації. Основні висновки й результати дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися на науково-практичній конференції «Металургія і освіта. Проблеми і перспективи» до 80-річчя Ю.М. Потебні, ЗДІА, м. Запоріжжя, 2006р., на Міжнародній конференції «Сучасні економічні можливості розвитку і реалізації мінерально-сировинної бази України і Росії в умовах глобалізації ринку мінеральної сировини», Київ, 2005р., на Міжнародній конференції HighMatTech, Київ, 2007р., на 67-й Міжнародній науково-практичній конференції «Проблеми і перспективи розвитку залізничного транспорту», Дніпропетровськ, 2007р., на конференціях і семінарах ДП «УкрНДІспецсталь», на Міжнародній конференції «Materials, Sceince & Technology», 2008, Conference and Exibition «Pitsburg, 2008».

Публікації. Матеріали дисератції опубліковані в 19 друкованих роботах, з них 15 - у фахових виданнях, що входять до переліку ВАК України.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел із 147 найменувань і 2 додатків. Обсяг дисертації 169 сторінки, у тому числі 93 сторінки основного тексту і вміщує 48 рисунків на 32 сторінках та 18 таблиць на 22 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

У вступі подана загальна характеристика роботи, розглянута актуальність теми дисертації, мета й завдання досліджень, наукова новизна та практична цінність одержаних результатів.

У першому розділі наведено аналіз сучасного стану теорії та практики підвищення терміну служби алюмінієвого електролізера. Встановлено, що одним із важливих факторів, що впливають на термін служби алюмінієвого електролізера, є якість застосованих матеріалів катода.

Проведено аналіз літератури з питань роботи та існуючих механізмів руйнування матеріалів катода під впливом фторсолей і натрію.

Показано, що склад матеріалів, застосованих у вітчизняній алюмінієвій промисловості, не забезпечує повною мірою захист футеровки та кожуха електролізера від агресивних складових електролізної ванни. В цій частині роботи проаналізовано склад газової фази над системою рідкий алюміній - криолітовий розплав.

Визнаючи вважливу роль нижчих сполук у руйнуванні матеріалів катода, необхідні й актуальні більш детальні дослідження їх утворення, а також їх впливу в процесах руйнування матеріалів катода для розробки більш ефективних матеріалів і технологічних схем підвищення терміну служби катода.

Розглянуто методи криолітстійкості матеріалів катода.

Проаналізовані удосконалення в вогнетривних матеріалах для катодів. Відзначено, що основними вимогами, що висуваються до вогнетривів, рекомендованих для електролізерів, є підвищена щільність, газопроникність на рівні 0,1 мкм2, пористість нижча 12-15%, перевага частки пор з діаметром менше 5 мкм, підвищення криолітстійкості, механічні властивості.

Відзначено, що актуальним і економічно доцільним є більш глибоке вивчення механізмів руйнування матеріалів футеровки катода на основі особливостей їх хіміко-мінералогічного складу для розробки матеріалів для алюмінієвих електролізерів, у тому числі вогнетривів широкого призначення з покращеною макро- та мікроструктурою, з оптимальним поєднанням службових і механічних властивостей.

На основі аналітичного огляду поставлені мета та завдання досліджень.

У другому розділі розглядаються матеріали, які застосовували в роботі, а також обґрунтовано вибір матеріалів теоретичного та експериментального дослідження механізмів руйнування та визначення стійкості матеріалів реального електролізера на ВАТ «ЗАлК».

Для теоретичного аналізу використовували розрахункові методи ймовірності протікання реакції, стандартної ентальпії, ентропії речовин і кінетики хімічних реакцій.

Для проведення експериментів з визначення стійкості алюмосилікатних вогнетривів об'єктом досліджень були обрані вироби промислового виробництва ВАТ «Запоріжвогнетрив». Для порівняльного аналізу механічних, технологічних і експлуатаційних властивостей розроблених вогнетривів ШПДм-45 з масовим вмістом Al2O3 48,7 % на основі аналізу існуючого досвіду виготовлення в Україні вогнетривів були обрані алюмосилікатні вогнетриви ША-5 з масовим вмістом Al2O3 37-41 % і ШПД-43 з масовим вмістом Al2O3 43 %, а також вогнетриви зарубіжного виробництва.

Для визначення особливостей хіміко-мінералогічного складу відпрацьованої футеровки та механізму перетворювань проводили порівняльний аналіз синтезованих, промислових вихідних зразків з більш 100 зразками відпрацьованої футеровки реального електролізера. Зразки для вивчення структури й випробувань корозійної стійкості, механічних властивостей, визначення газопроникненості, щільності, пористості виготовляли у відповідності з існуючими стандартами. Для уникнення гідратації фаз для виготовлення аншліфів використовували алмазні пасти, тонкий шліфувальний папір, щільний ватман, спирт, гас.

Вивчення макро- і мікроструктури, мінералогічного фазового складу проводили на синтезованих зразках і промислового виробництва із застосуванням сучасних методів петрографічного аналізу на оптичних мікроскопах МБИ-6, МБС-2, МИН-8 (у відбитому і прохідному світлі при збільшених до 90-1800), рентгеноструктурного аналізу на ДРОН-3 у мідному випромінюванні Cu-K, мікрорентгеноспректральним у катодно-люмінісцентному світінні на MS-46 «Cameca», фазовим хімічним аналізом, методом діагностичного травлення, розрахунковими методами.

Показники світлозаломлення, як одну із найголовніших оптичних характеристик речовини, вимірювали в імерсійних рідинах придатного стандартного набору, етиловому 96% спирті, дистильованій воді. Визначення невідомих у літературі показників заломлення речовин проводили імерсійним методом з ідентифікацією фаз синтезованих зразків рентгеноструктурним методом. Нижчі сполуки досліджували оптичними методами і мікрорентгеноспектральним методом на MS-46 «Cameca» в порівнянні із відомими еталонами стехіометричних сполук, а також рентгеноспектральним експрес-аналізом виносу на ЭДАРЕ.

Визначення стійкості алюмосилікатних вогнетривів до впливу промислового електроліту з к.в.=2,4 проводили комплексним методом, а саме, вдосконаленим стандартним методом при закупорених зразках з температурою випалу 1000 С в поєднанні з визначенням мінералогічного та фазового складу петрографічним і мікрорентгеноспектральним методами.

Вивчення змочування вогнетривів розплавом промислового електроліту з к.в.=2,4, хімічно чистим фторидом натрію проводили вдосконаленим методом оптичної мікроскопії на високотемпературному мікроскопі МНО-2 з фіксацією зміни вигляду зразків матеріалів на відеокамеру в режимі кадрової зйомки з подальшим друком знімків і вимірювань крайових кутів змочування і часу життя зразків NaF і промислового електроліту на підставках із вогнетривів, вивчення складу виносів у камері мікроскопа на захисному склі імерсійним методом на МИН-8 і рентгеноспектральним експрес-аналізом.

Третій розділ присвячений визначенню особливостей хіміко-мінералогічної природи проб відпрацьованої футеровки катодного вузла алюмінієвого електролізера, а саме відпрацьованого алюмосилікатного вогнетрива ША-5, шару сухої бар'єрної суміші із дистенсиліманітового концентрату КДСЗ і електрокорунду нормального ЕКН, теплоізоляції із вермикуліту. У цьому ж розділі розглядаються питання стійкості кожуха алюмінієвого електролізера на базі вивчення стального листа із Ст. 3 після корозії та проб теплоізоляційного шару після служби. Наводиться термодинамічна модель фазових перетворень у матеріалах катода та стального листа.

Комплексним методом були проаналізовані більше 50 проб відпрацьованої футеровки, досліджено 10 зразків шамотного вогнетриву ША-5 після служби . Ймовірна щільність проб вогнетрива ША-5 після служби склала 2,5-2,61 г/см3. Границя міцності при стисканні промислових проб шамотного вогнетриву ША-5 після 3,5 років служби при 850 С складає 21 МПа, за винятком порохоподібних проб, у результаті перетворень муліту в -Al2O3.

За даними петрографічного аналізу зразки шамотного вогнетриву ША-5 після 45,6 міс. служби повністю перетворилося в сольову лінзу. Зерна шамоту, муліту, кристобаліту, вільного кварцу не знайдено.

Алюмосилікати у пробах, що вивчались, представлені більш за все нефеліном -NaSiAlO4 (3-33,5%), карнегіїтом NaSiAlO4 с Ng=1,511 (3-10%), а також альбітом NaSi3AlO8 (5-10%).

Встановлено, що у твердому розчині вміст кріоліту у вигляді твердого розчину в нефеліні складає 1,711-19,43%.

В пробах знайдені силікати натрію: Na4SiO4; Na2SiO3; Na2Si2O4. Для деяких проб характерний підвищений вміст (50-20%) агрегатів -глинозему непостійного складу.

Переважно у всіх пробах знайдена склофаза змінного складу. Елементний склад «загальної» склоподібної фази в ША-5 після служби (мас.%) Siзаг.=20,1, Alзаг.=16,9, Na=8,86, F=12,2. Щільність цієї фази - 2,37 г/см3. Оксифторидне скло з N=1,33 має склад 3,92% Al, 20,65% Si, 8,48% F. Для проб з низьким загальним вмістом елементного кремнію (за рахунок його виносу) характерна наявність оксифторидного скла з N=1,362 такого складу (мас.) 17% Al, 18,91% Nа, 10,62% F, Si - сліди. Наявність натрій-фторидного скла, а також скла нефелінового складу, натрієвого скла типу Na2Si2O5, скла альбітового складу показує, що частина парів натрію, що потрапляє вглиб футеровки, акумулюється склофазою.

Спостерігається підвищений вміст металевої фази, представленої алюмінієм (2-7%), феросиліцієм з високим змінним вмістом кремнію (3-10%), силіцидів заліза різноманітної форми та розміру.

Фториди представлені NaF (7%), криолітом Na3AlF6 (2-5%), MgF2(1-2%), NaFMgF2(1%), маландритом Na2SiF6 (1-2%). У порах деяких проб знайдено склоподібний монооксид кремнію SiO з N=1,54 (3-5%), а також -глинозем (1%). Знайдено оксифторид змінного складу з включеннями AlOF, окремі кристали AlOF, а також оксифторид AlOF.

Низький вміст загального кремнію, присутність звивистих тріщин і пор, пор з глобулярним металом, з'єднаних пор вказують на те, що відбувається винос кремнію у вигляді газоподібних сполук SiO і фторидів кремнію. Це підтверджується підвищеним вмістом загального кремнію (21,34-31,62%) в пробах теплоізоляційного шару після служби порівняно з вихідною пробою (19,61%). Крім того, відбувається винос з вогнетриву алюмінію у вигляді Al2O, AlO, що підтверджується даними хімічного аналізу.

Поява феросиліцію і алюмінію в пробах після служби свідчать про те, що в вогнетривному шарі присутнє відновне середовище. Відновниками є дифундуючі через вуглеграфітову подину натрій, субфторид алюмінію, які є основними складовими газової фази системи рідкий алюміній - криолітовий розплав.

Особливий інтерес являє собою ймовірність існування сполуки Na2Fг+ і участь її в процесах, що відбуваються при експлуатації алюмінієвого електролізера.

Розрахункова So298 сполуки Na2Fг+ складає 57,992 Дж/мольК. Температура початку реакції сполуки Na2F при взаємодії AlF з Naг складає 803С. Очевидно, що при температурному інтервалі вогнетрвного шару Na2Fг+ утворюватися не може. При 850С цієї реакції Gp=-92,224 КДж/моль. Таким чином, встановлено, що шамот ША-5 має низькі експлуатаційні властивості.

З метою визначення ефективності застосування в алюмінієвих електролізерах шару сухої бар'єрної суміші (СБС) і впливу його на термін служби алюмінієвого електролізеру на ЗАлКу були проаналізовані 20 проб відпрацьованого шару СБС після 45,6 місяців експлуатації ванни. Спочатку шар СБС складався з суміші концентрату дистенсиліманітового зернистого (КДСЗ) і електрокорунду нормального (ЕКН) фракції 20 мм. Основу КДСЗ складають силікати алюмінію дистен Al2[SiO4]О і силіманіт Al[AlSiO5]. Серед домішок у КДСЗ присутні кварц та скло.

Мікропорошок ЕКН складається переважно з -Al2O3. Характерною особливістю ЕКН є присутність Ti+3 у вигляді твердого розчину. В зернах корунду за базальною виділеністю кристалу є оксиди титану та заліза. Знайдені домішки підтверджують дефектність кристалічної решітки зерен -Al2O3. У порошку ЕКН у вигляді самостійної фази знаходиться рутил TiO2. Густина проб СБС після служби складає 3,06-2,66 г/см3.

Згідно з петрографічними дослідженнями перетворення в пробах СБС після служби мають вибірковий характер від часткового (0,5-22,5% новоутворень) до практично повного перетворення (до 80% новоутворень) у сольову лінзу. Найбільш повно процеси перетворень протікають за рахунок проникнення продуктів електролізу у верхні області по центру СБС. Спочатку порохоподібні складові СБС перетворились у кускові за рахунок протікання процесів твердорідинного спікання та утворення натрієвих алюмосилікатів, силікатів і склофази змінного складу. Склофаза в цих пробах є цементуючою зв'язкою. Склофаза представлена склом нефелінового складу в кількості 1-10%, оксифторидним склом змінного складу (3-10%), має місце оскловане SiO з N=1,54, та, що звертає увагу, титановмісне скло з N=1,49-1,62 у зернах з верхніх областей центральної частини шару СБС. Фториди знайдені у вигляді NaF (7-10%), Na2SiF6(5-7%), MgF2 (1%). У всіх пробах присутні -глинозем та -глинозем.

Практично найбільше перетворень зазнала дрібна фракція складових СБС (<20мкм). За великими зернами КДСЗ знайдена реакційна кайма.

Зерна КДСЗ розтріскуються. Продукти електролізу й руйнування шамоту вогнетривкого шару (у тому числі SiF4, Na2SiF6, NaAlF4) по площинам спайності та дефектам проникають у кристали дистену й силіманіту, відбувається спочатку насичення кристалів цими сполуками з подальшою взаємодією. В результаті фазових і об'ємних перетворень зерна КДСЗ розтріскуються, тріщини заповнюються речовинами, що утворюються при взаємодії силіманіту, дистену з натрієм і продуктами диспропорціонування. В першу чергу руйнуються зерна дистену по їх довжині.

Дефекти кристалічної решітки зерен ЕКН і проникаючий Naг сприяють проникненню в неї чужорідних речовин та збільшенню пористості. Зазначені фактори зумовлюють розтріскування та роз'їдання зерен корунду.

Петрографічними дослідженнями встановлено, що має місце процес спікання за участю рідкої фази.

Наявність у спечених пробах СБС металевого алюмінію у вигляді дисперсних корольків, відновленого Ti2O3 до рутилу свідчить, що в шарі СБС переважає відновна атмосфера. Шар склофази, що утворюється, в тому числі титановмісної, перешкоджає проникненню в шар СБС продуктів електролізу.

Оскільки нижчі шари та віддалені від центру відбору проб зразки не спеклись, вони не виконують функцію перешкоджання потраплянню вглиб футеровки агресивних складових електролізної ванни.

З часом у вивчених пробах теплоізоляційного шару, попередньо заповнених вермікулітовими плитами, відбувалися процеси просочення фтористими сполуками й натрієм, оскільки щільність окремих проб 1,623-1,187 г/см3. Коливання в температурному режимі ведення електролізу та інтенсивне нагрівання кожуха (> 300 С) призводять до дегідратації таі спучування вермікуліту. Про це свідчать знайдений анальцит та натроліт.

По площині спайності вермікуліту проходить насищення його нижчими сполуками, натрієм та іншими речовинами. При цьому проходить розтріскування, дроблення, подрібнення листочків вермікуліту з одночасним протіканням процесів конденсації, диспропорціонування нижчих сполук і взаємодія їх з вермікулітом з утворенням нових речовин, у тому числі скла змінного складу, фторидів, натрієвих алюмосилікатів, силікатів натрію, металевої фази, - -,-глинозему (1-3%), криптокристалічної речовини змінного складу (5-35%). Кількість кінцевого вермікуліту 5-20%.

Натрієві алюмосилікати представлені нефеліном (2-10%), карнегіїтом (1-5%), а силікати натрію - Na2SiO3, Na2Si2O5, Na4SiO4 (1-5%).

Склофаза представлена алюмосилікатним склом, лешательєритовим склом, оксифторидним склом змінного складу з N=1,33-1,362, знайдено оксифторидні евтектики.

Спостерігається незмішуваність алюмосилікатного та фторидного скла. При вмісті алюмінію 8,41% в алюмосилікатному склі відбувається розподіл на алюмосилікатну та оксифторидну складові.

Склофаза прозора або червоного кольору з багатьма мікролітами Fe2O3.

Фториди представлені AlF3 (1-7%), хіолітом Na5Al3F14 (1-55), MgF2(1-3%), NaFMgF2 (1-2%), маладритом Na2SiF6 (1-5%), NaF (1-5%). Має місце ряд фторидів нестехіометричного змінного складу з показником заломлення 1,33N1,362 у вигляді твердого розчину або механічної суміші. Знайдено AlF3H2O (0.5-1%).

AlF3, хіоліт Na5Al3F14 утворилися шляхом конденсації та диспропорціонування AlF, NaAlF4. Ряд фторидів мають червоний колір через наявність у них твердого розчину Fe2O3 та покриті шаром скла. «Чистих» фторидів чіткої кристалографічної форми мало.

Знайдено петрографічним методом аналізу маладрит Na2SiF6, його дисперсність, а також підвищений вміст загального кремнію (до 32% порівняно з вмістом кремнію 19,61 у вихідному вермікуліті) дозволяють зробити висновок, що в теплоізоляційному шарі «осідають» продукти виносу кремнію з шамоту вогнетривного шару.

Утворення металевого алюмінію (0,5-3%) відбувається в результаті конденсації та диспропорціонування AlF, а також нижчих кисневих сполук алюмінію. В теплоізоляційному шарі при конденсації диспропорціонують нижчі кисневі та субфторидні сполуки алюмінію, а також магнію, кальцію зутворенням 2 MgOMgF23CaF2, AlF3, Al. У результаті петрографічного аналізу проб, збагачених як металевим залізом (до 7,28%), так і Fe2O3 (до 5,59%), встановлено, що вони вміщують гомогенне червоне скло, склофазу з мікролітами з Fe2O3, склофазу змінного складу з N=1,33-1,416, фториди червоного кольору, а також частинки металевого заліза, низькозаломлюючі з N=1,33-1,362, непрозорі в прохідному світлі, при косому освітленні червоні частинки. В розглянутих пробах вермікуліту спостерігається процес зустрічної дифузії: фтористі сполуки - залізовмістні компоненти.

Газовий потік фтористих сполук у т.ч. AlF руйнує стальний лист, насичується залізовмісними речовинами та у вигляді нижчих фтористих сполук заліза піднімається до верхніх зон вермікуліту. Продукт диспропорціонування нижчих сполук є дисперсна суміш вищого фториду заліза з включеннями металевої фази - заліза (і частково гематиту).

Рентгенографічно підтверджено, що в «залізних» пробах містяться фториди заліза ІІ - FeF2 (15%), а також FeF3 та фториди заліза нестехіометричного складу FeFx, де 2<x<3. На основі синтезу стандартних зразків FeF2, FeF3 визначено, що FeF2 - прозорі, безбарвні ізотропні пластинки з показником заломлення N=1,347, а FeF3 - прозорі анізотропні пластинки з с Ng=1,408 та Np=1,41. Оптичні властивості субфторидів заліза змінюються в інтервалі N=1,33-1,416. Таким чином встановлено, що в процесі роботи алюмінієвого електролізера в футеровці катоду утворюються фториди заліза та субфториди заліза.

Таким чином встановлено, що пари натрію, нижчі фтористі та кисневі сполуки алюмінію, кремнію, кальцію, магнію, дифундуючи у вогнетривний, бар'єрний і теплоізоляційний шари, приводять до негативної зміни їх хімічного та фазового складу й руйнування катодної футеровки алюмінієвого електролізера.

У четвертому розділі подається оцінка фазових перетворень, що відбуваються при тривалому (1560 діб) впливові компонентів промислової електролізної ванни на оксидно-карбідну кераміку міжблочних швів.

Вихідний матеріал швів являє собою суміш глинозему керамічного (ГК) та карбіду кремнію чорного (ККЧ). У мінералогічному наборі ГК виявлено % (об.): -Al2O3 - 84-86, -Al2O3 - 5, -кристобаліт, скло високоглиноземисте до 1 кожного, анортит CaOAl2O3SiO2 до1, псевдобуркіту 0,5, металовмісної фази 2,5 (за рахунок забруднення ГК при подрібненні).

ККЧ, крім основного компоненту -SiC, має склофазу та SiO2 різної модифікації - 5, монооксид кремнію 1, домішки заліза, алюмінію і кальцію, знайдені у вигляді силікатної складової (залізний кордієрит 2FeOAl2O35SiO2, анортит CaOAl2O32SiO2 до 1, вуглець до 1. Після експлуатації в електролізері ймовірна густина зразків 3,13-3,18 г/см3.

Досліджувалось 28 проб швів подини після служби. Крім фазових перетворень -Al2O3 в -Al2O3 в результаті тривалої теплової дії відбувається ріст кристалів -Al2O3 в -Al2O3. Перехід -Al2O3 в -Al2O3 протікає в незначній мірі в «гарячих» зонах і повністю протікає в «холодних» зонах. Утворені агрегати --Al2O3 не є однорідними індивідами. Частина агрегатів -Al2O3 містить у вигляді домішок Al2O. В агрегатах -Al2O3 спостерігаються дисперсні корольки алюмінію (1-4 мкм) та зкоагульовані корольки алюмінію (20 мкм). В пробах верхніх шарів в результаті підняття подини та вимивання шва знайдені затіки металу розміром 240-940 мкм. У всіх пробах знайдено субкарбіди алюмінію (3-9%). Концентрація субкарбіду алюмінію в місцях прилягання шва до вуглеграфітового блоку дуже зростає до 15-25%.

Вміст -SiC в лускоподібних зразках 35-42%. В частині індивідів -SiC спостерігається розколювання зерен із заповненням тріщин оксидно-фторидною евтектикою, склофазою, фторсполуками. По зернах -SiC спостерігається реакційна кайма, що складається з оксидно-фторидної склофази.

Силікати (10%) представлені карнегіїтом (переважно) для всіх проб, нефеліном, андалузитом, прагітом. В порохоподібних пробах жовтого кольору «гарячої» зони, збагачених карбідом алюмінію, міститься підвищена кількість Al2O та SiO. Початковими процесами, що відбуваються в швах, заповнених оксидно-карбідною керамікою, є пропитка і заповнення пор компонентами розплаву та проникненням побічних газоподібних продуктів електролізу (AlF, Na). Подальші фазові перетворення відбуваються з участю рідкої і газоподібної фаз.

Процес перетворення -Al2O3 в -Al2O3 відбувається в більш холодних областях при взаємодії -Al2O3 з конденсованою фазою Na

12Na(р)+68-Al2O3(тв) 6Na2O11 Al2O3(тв)+4Al(тв).

Протікання даного процесу підтверджується наявністю дисперсного алюмінію в агрегатах -Al2O3 і практично повним переходом корунду в -Al2O3 в «холодних» зонах футеровки. Згідно наведеній реакції кількість утвореного дисперсного та зкоагульованого алюмінію повинна складати 1,5%, що добре узгоджується з даними петрографічного аналізу.

В результаті напруги (термічного та натрієвого розширення) і напруги фазових перетворень відбулося розколювання частини зерен -SiC. Вміст карбіду кремнію в зразках кускових складає 35-42%, в порохоподібних - 12-30% (об.). На зернах -SiC спостерігається реакційна кайма, що складається з оксидно-фторидної склофази. Крім того утворюються силікати (10%), оксифторидні евтектики, карбід алюмінію, металевий кремній, оксифторид алюмінію. Наявність субкарбіду алюмінію в глибині зразків і кристалах -SiC зумовлено також і реакціями з участю SiC. Найбільш вірогідний процес утворення карбіду алюмінію з участю нижчих форм алюмінію:

3SiC+6AlF+2NA=Al4C3+Na2SiF6+2Si+2Al (G реакції при 980С=-138,12 КДж)

Рентгеноструктурними дослідженнями встановлено, що утворюються карбіди алюмінію нестехіометричного складу.

Наявність субкарбідів алюмінію, SiO, Al2O - продуктів взаємодії вихідної кераміки з агресивними складовими електролізної ванни сприяє інтенсифікації в міжблочних швах дифузійних процесів. Крім цього мають місце дифузійні процеси під дією градієнта температури. Очевидно, при цьому посилене руйнування міжблочних швів з оксидно-карбідної кераміки.

Утворення оксифторида алюмінію можливо при взаємодії -SiC, корунду з газоподібними компонентами електролізної ванни - AlF, Na (G=-85817 КДж), що підтверджується петрографічним аналізом. Встановлено, що при службі в електролізері відбуваються перетворення структури -SiC. У виділених кристалах -SiC знайдено підвищений вміст домішок натрію, алюмінію, міді, магнію порівняно з вихідним -SiC. Їх масова доля складає (%): Na - 0,01-0,1; Al - 0,1-0,2; Mg - 0,1-0,2; Cu - 0,2. Знайдені тріщини в карбіді кремнію свідчать, що процес перетворення структури карбіду кремнію супроводжується розтріскуванням мінералу.

Встановлено, що при взаємодії SiC з AlF, Na, утворюється вторинний -SiC та вуглець. Границя міцності при стиску проб швів оксидно-карбідної кераміки після служби при 1000С складає =0,62 МПа, що нижче тиску шару рідкого алюмінію та електроліту. Дослідженнями встановлено, що оксидно-карбідну кераміку на основі -Al2O3 та карбіду кремнію чорного недоцільно застосовувати в міжблочних швах алюмінієвого електролізера.

В п'ятому розділі приводяться експериментальні дослідження перетворень алюмосилікатних вогнетривів під дією промислового електроліту. Показано, що вогнетриви ШПДм-45, що виробляються з оптимізацією температури відпалу, з додаванням шамоту мулітокорундового складу, з використанням титановмістного каоліну, за своїми технологічними властивостями і фазовим складом, макро- і мікроструктурою мають перевагу над виробами ШПД-43, одержаними за звичайною технологією та знаходяться на рівні зарубіжних виробів. Фізико-хімічні показники ШПД, одержані обома способами виробництва наведені в таблиці 1.

Таблиця 1. Фізико-хімічні показники вогнетривів ШПД.

Марка	Массовая частка, %	Пористість відкрита, %	Ймовірна щільність, г/см3	Газопроникність, мкм2	Границя міцності стиску, МПа
	Al2O3	Fe2O3	TiO2
ШПДм-45	48,7	1,2	1,3	8	2,43	0,08	при 850С 90
ШПД-43	43,2	1,3	1,4	12	2,29	0,092	при 850С 56

Вогнетриви ШПДм-45 відзначаються порівняно однорідною структурою. Переважно в зернах шамоту присутній довгопризматичний муліт. Кристали муліту зцементовані прошарками скла. Розподіл скла рівномірний. Спостерігаються залишкові зерна корунду (з мулітокорундового шамоту) з резорбцією мулітом. Муліт нестехіометричного складу має оксиди титану, заліза, алюмінію у вигляді твердого розчину. Формуванню довгопризматичного муліту сприяють сполуки титану, що знаходиться в каоліні і домішці шамоту мулітокорундового складу.

Склофаза в ШПДм-45 містить мікроліти - оксиди титану і заліза. Частка високозаломлюючої фази з Ng=1,546-1,606 більше, ніж кислої з N=1,477-1,498.

Результати петрографічного і хімічного аналізів по кількісному складу та щільності фаз в досліджуваних вогнетривах наведені в таблиці 2.

Таблица 2. Фазовий склад вогнетривів ШПД

Марка вогнетрива	Вміст муліту	Вміст склофази об'ємний	Щільність муліту, г/см3	Розрахункова щільність склофази, г/см3
	масовий, %	об'ємний
ШПДм-45	65,88	60,89	38,5	3,12	2,54
ШПД-43	56,22	50,00	50,00	3,00	2,33

Покращення структури і властивостей вогнетривів ШПДм-45 відбувається за рахунок впливу домішки шамоту мулітокорундового складу. Так як вміст Al2O3 знаходиться в межах до 53%, вогнетриви можна рекомендувати для застосування у вогнетривкому шарі алюмінієвого електролізера з подовими блоками, що містять 50% графіту, що характерно для ЗАлКу.

Дослідно встановлено, що вогнетрив ШПДм-45 більш стійкий до дії промислового електроліту. У нього відзначається найменша ступінь перетворень (найменший діаметр вихідного отвору 16,1%, найменша глибина скловидної зони, практично повна відсутність перехідної зони, представленої переважно SiO). Довгопризматичний титанвмістний муліт в перехідній малозміненій зоні залишився без змін, тоді як короткопризматичний в ШПД-43 перейшов в прагіт (G=-210,715 КДж). Знос елементного кремнію із малозміненої зони для ШПДм-45 складає біля 2%, для ШПД-43 - 2%, для ША-5 - 9% (із робочої 31,1%), за рахунок кремнію з -муліту.

Аналіз титановмістної склофази в ШПДм-45 з температурою початку ром'якшення та каплеутворення 890-1130С та аналіз склофази проби 28-1в СБС показує, що вона є стійкою до впливу фтори-іону поряд з довгопризматичним титанвмістним мулітом і виконує захисну функцію.

Дані оптичної мікроскопії (N=1,579) та мікрорентгеноспектрального аналізів голок та пластинок виносів дозволили віднести їх до CaF. Наявність сполук 2MgOMgF33CaF2 в теплоізоляційному шарі після служби, а також знайдений CaF свідчать, що в процесі електролізу утворюється побічний продукт - нижчі фториди кальцію CaF і магнію MgF.

Крайові кути змочування розплавом промислового електроліту та хімічно чистим NaF вогнетриву ШПДм-45 у відсутності поляризації дорівнює 10 та 7, відповідно.

Для вогнетриву ШПД-43 крайові кути змочування фторсолями дорівнюють нулю, середня швидкість змочування розплавом промислового електроліту ШПДм-45 V1=0,171 град/сек. Середня швидкість змочування NaF: вогнетриву ШПДм-45 V'1=0,186 град/сек. NaF має більшу здатність до змочування, ніж промисловий електроліт. А вогнетрив ШПДм-45 більш стійкий до дії фторсолей, ніж ШПД-43. При взаємодії вогнетрива ШПДм-45 з промисловим електролітом утворюються виноси на основі SiO. Вміст елементного кремнію у виносах 51,83%, заліза 0,1%. Винос кремнію з вогнетриву відбувається у вигляді фторидів, монооксиду кремнію. Має місце винос алюмінію, заліза.

Кінетичні параметри взаємодії: константа швидкості k=0,3127210-7 сек-1, швидкість реакції w=0,615580210-13 моль/сек, період напіврозпаду =250,54 доби, порядок реакції - Iго порядку по кріоліту. Вогнетриви ШПДм-45 мають перевагу над ШПД-43.

Приведена промислова апробація результатів досліджень. При заміні вогнетривів ША-5 на ШПДм-45 на ЗАлКу в електролізерах з боковим струмовідводом на 70 КА витрата електроенергії на 1 т алюмінію, середня напруга зменшилася на 4,91% і 1,81% відповідно. Вихід по струму збільшився на 1%. Таким чином, ТЕП виробництва алюмінію покращилися.

Петрографічними і мікрорентгеноспектральними дослідженнями встановлено, що вогнетрив ШПДм-45 після 2-х років служби в електролізері має незначні фазові перетворення.

Захисна роль титанвмістної скло фази робочої зони вогнетриву ШПДм-45 після служби крім її вбирної здатності по елементам натрію і фтору полягає також в тому, що її шар щільно закупорює особливо дрібні пори та запобігає проникненню вглиб тіла вогнетриву і футеровки катоду побічних продуктів електролізу - нижчих субсполук та натрію і зберігає вихідні складові вогнетриву без змін.

Загальні висновки

1. Згідно літературним джерелам термін служби алюмінієвих електролізерів - важливий технологічний параметр. Одним з актуальних питань матеріалознавства є встановлення причин низької стійкості футеровки катода електролізера, що призводить до передчасного виходу електролізерів з ладу. Як показує аналіз відомих рішень, склад матеріалів, що застосовуються у вітчизняній алюмінієвій промисловості, не забезпечує у повній мірі оптимальний захист футеровки від агресивних складових електролізної ванни. Це робить актуальним і доцільним розробку для алюмінієвих електролізерів складів матеріалів широкого призначення з оптимальним поєднанням службових та механічних властивостей.

2. Встановлено, що однією з причин низького строку служби алюмінієвого електролізера є застосування в футеровці катода матеріалів недостатньо високої якості і також «несумісних» між собою (таких як корундо-карбідна кераміка на основі корунду ГК і карбіду кремнию ККЧ) при використанні їх в умовах промислового електролізера.

3. Вперше встановлено, що побічні агресивні газоподібні продукти електролізу кріолітового складу Na, NaAlF4, AlF, а також низші фтористі сполуки кальцію CaF, магнію MgF сольових домішок промислового електроліту, дифундуючи в футеровку катодного вузла, приводять до негативної зміни її хіміко-мінералогічного складу, зниженню границь міцності (21-0,62 МПа), подальшому руйнуванню, корозії кожуха і виходу електролізера з ладу.

4. Встановлено механізм взаємодії побічних агресивних газоподібних продуктів електролізу з матеріалами футеровки катодного вузла. Вперше встановлено, що перетворення -Al2O3 в - глинозем відбувається при взаємодії корунду з парами натрію. Ступінь перетворень складає 94 % (у швах) - 50% (у вогнетривному шарі). Встановлено, що перетворення структури -SiC відбувається при проникненні в нього Na, Mg, Al, Fe, Cu з утворенням субкарбідів алюмінію, вторинного -SiC, вуглецю, металевого кремнію.

5. Вперше встановлено, що домішка 11 % шамоту мулітокорундового складу (Al2O3 - 77%), використання Кіровоградського каоліну марки КО-1 з оптимізацією їх температури відпалу 1480-1500 С сприяє покращенню макро- і мікроструктури, підвищенню експлуатаційних властивостей (850 С =90МПа, пористість 8%, газоппроникненість 0,08мкм2), підвищенню на 52% антикорозійних властивостей вогнетрива ШПДм-45, що призначені для алюмінієвих електролізерів з подовими блоками.

6. Встановлено, крайовий кут змочування промисловим електролітом к.в.=2 і хімічно чистим NaF вогнетрива ШПДм-45 у відсутність поляризації дорівнюють 10 і 7 відповідно. Розраховані кінетичні параметри змочування (швидкість змочування V1=0,171 град/сек; V1'=0,186 град/сек), взаємодії (k=0,3127210-7 сек-1; w=0,61580210-13 моль/сек, n=1) вогнетриву ШПДм-45. Встановлено, що ШПДм-45 мають підвищену корозійну стійкість.

7. Встановлено, що титановмісний довгопризматичний муліт поряд з титановмісною склофазою більш стійкий до впливу фтоидного іона, ніж короткопризматичний, так як не відбувається його першопочатковий перехід в прагіт за рахунок виносу елементного кремнію.

8. Вперше імерсійним методом визначені оптичні властивості фторидів FeF2, FeF3, FeFx, CaF. На основі адитивності оптичних властивостей уточненосклад твердого розчину (криоліта в нефеліні) і встановлено, що вміст криоліта в нефеліні складає 1,711-19,43%, мінералогічними дослідженнями підтверджена загальноприйнята теорія будови криоліто-глиноземних розплавів.

Список публікацій

1. Прутцков Д.В. Синтез муллита из шлама нормального электрокорунда и каолина / Д.В. Прутцков, В.Д. Троян, И.П. Малышев, Т.Ф. Шаповалова, В.В. Шарапова // Огнеупоры и техническая керамика. - 2000. - №10. - С. 13-17. (Виконано петрографічний аналіз матеріалів, фазових перетворень, обгрунтувано механізм мулітоутворення).

2. Солонин Г.В. Изучение процессов, происходящих в швах подины алюминиевого электролизера / Г.В. Солонин, И.И. Лищук, В.В. Чесняк, В.В. Шарапова // Цветные металлы. - 2004. - №11. - С. 63-66. (Виконано петрографічний аналіз проб, обгрунтувано механізм перетворень).

3. Шарапова В.В. Часть1. Изменения минерального состава и фазовые превращения в футеровке подины алюминиевых электролизеров / В.В. Шарапова, И.И. Лищук, Д.Ю. Богуславский и [др.] // Новые огнеупоры. 2005. №3. - С. 13-17. (Виконані петрографічні дослідження, надана їх оцінка).

4. Шарапова В.В. Часть 2. Термодинамическая вероятность протекания фазовых превращений огнеупорного слоя подины алюминиевых электролизеров / В.В. Шарапова, И.И. Лищук, Д.Ю. Богуславский и [др.] // Новые огнеупоры. - 2005. - №5. - С. 24-26. (Термодинамічна оцінка та механізм фазових перетворень).

5. Шарапова В.В. Часть 3. Фазовые превращения в слое сухой барьерной смеси алюминиевых электролизеров / В.В. Шарапова, И.И. Лищук, Д.Ю. Богуславский и [др.] // Новые огнеупоры. - 2005. - №9. - С. 7-12. (Петрографічний аналіз, обгрунтування результатів, механізм перетворень).

6. Шарапова В.В. Часть 4. Фазовые превращения, происходящие в теплоизоляционном слое алюминиевых электролизеров / В.В. Шарапова, И.И. Лищук, Д.Ю. Богуславский и [др.] // Новые огнеупоры. - 2006. - № 3. - С. 11-17. (Петрографічний аналіз, обгрунтування результатів, механізм перетворень).

7. Шарапова В.В. Перспективы применения алюмосиликатных огнеупоров для алюминиевых электролизеров. Часть 1. О стойкости алюмосиликатных огнеупоров к воздействию промышленного электролита / В.В. Шарапова, Б.П. Середа, Д.Ю. Богуславский и [др.] // Новые огнеупоры. - 2007. - №9. - С. 20-23. (Петрографічний аналіз макро-, мікроструктури вогнетривів, основні фізико-механічні властивості, обгрунтування результатів).

8. Шарапова В.В. Перспективы применения алюмосиликатных огнеупоров для алюминиевых электролизеров. Часть 2. О стойкости алюмосиликатных огнеупоров к воздействию промышленного электролита / В.В. Шарапова, Б.П. Середа, Д.Ю. Богуславский и [др.] // Новые огнеупоры. - 2007. - №10. - С. 26-32. (Петрографічний аналіз, випробування стійкості, основні висновки та обгрунтування результатів досліджень).

9. Шарапова В.В. Перспективы применения алюмосиликатных огнеупоров для алюминиевых электролизеров. Часть 3. О роли стеклофазы, образующейся при работе алюминиевого электролизера / В.В. Шарапова, Б.П. Середа, Д.Ю. Богуславский и [др.] // Новые огнеупоры. - 2007. - №12. - С. 10-11. (Петрографічний аналіз скла, оптичні та фізичні властивості скла, обгрунтування результатів, висновки).

10. Шарапова В.В. Перспективы применения алюмосиликатных огнеупоров для алюминиевых электролизеров. Часть 4. О смачиваемости алюмосиликатных огнеупоров расплавом промышленного электролита и фторидом натрия / В.В. Шарапова, Б.П. Середа, Д.Ю. Богуславский и [др.] // Новые огнеупоры. - 2008. - №1. - С. 17-21. (Експериментальні дослідження змочування, петрографічний аналіз, кінетичні параметри змочування та взаємодії, термодинамічний аналіз).

11. Шарапова В.В. Особенности фазовых превращений в материале межблочных швов подины электролизера / В.В. Шарапова, Б.П. Середа // Новые огнеупоры. - 2008. - №4. - С. 47-52. (Петрографічний аналіз, термодинамічні розрахунки, висновки).

12. Шарапова В.В. Особенности фазовых превращений карбида кремния в межблочных швах алюминиевого электролизера / В.В. Шарапова, Б.П. Середа // Металургія. Наук. праці ЗДІА, Вип.17. Запоріжжя, 2008. - С. 74-80. (Петрографічний аналіз, термодинамічні розрахунки, висновки, обгрунтування результатів).

13. Шарапова В.В. Исследование взаимосвязи стойкости футеровки алюминиевого электролизера с коррозией его кожуха // Новые огнеупоры. - 2009. - №1. - С. 39-42.

14. Шарапова В.В. Исследование минералогическоего и фазового составов алюмосиликатного огнеупора ШПДм-45 после службы в алюминиевом электролизере ОАО «Запорожский алюминиевый комбинат» / В.В. Шарапова, И.П. Малышев, В.Д. Троян и [др.] // Новые огнеупоры. - 20097. - №3. - С. 45-50. (Петрографічний аналіз, термодинамічні розрахунки, розрахунки концентрацій надходження агресивних сполук, висновки, обгрунтування результатів).

15. Шарапова В.В. Актуальные вопросы использования минерального сырья в металлургическом производстве/ В.В. Шарапова, С.Г. Грищенко, Ю.В. Артамонов и [др.] // Сучасні економічні можливості розвитку та реалізації мінерально-сировинної бази України і Росії в умовах глобалізації ринку мінеральної сировини. Зб. наук. праць ІГН НАН України. - Київ. - 2005. - С. 288-291. (Петрографічний аналіз сировини, основні висновки).

16. Шарапова В.В. Взаимодействие продуктов электролиза алюминия с огнеупорами катодного узла электролизера / В.В. Шарапова, Д.Ю. Богуславский // Сб. тезисов научно-практической конференции «Металургія та освіта. Проблеми та перспективи». - Запорожье: ЗГИА, 2006 с. 288-291. (Петрографічний аналіз, висновки).

17. Шарапова В.В. О стойкости межблочных швов подины алюминиевого электролизера / В.В. Шарапова, Д.Ю. Богуславский // Сб. тезисов Междунар. конф. High Mat Tec под ред. академика НАН Украины В.В. Скорохода, - Киев. - Украина. - 2007. - С. 327. (Петрографічний аналіз, обгрунтування результатів досліджень).

18. Шарапова В.В. О электрохимической коррозии кожуха алюминиевого электролизера / В.В. Шарапова, Середа Б.П. // Сб. тезисов докладов 67 Междунар. Научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта». - Д.: ДИИТ. - 2007. - с. 267. (Петрографічний аналіз, висновки).

19. Sereda B. Receptionof Ceramic Aluminium Silicate Castables Indended for Aluminium Electrolitic Tank / B Sereda, S, Sheyko, I Kruglyak, V. Sharapova // Abstract book. - 2008. - October 5-9, Pittsburg, Pensylvania. - Fund 005. (Петрографічний аналіз, обгрунтування результатів, фізико-химічні, механічні властивості).

Анотація

Шарапова В.В. Підвищення експлуатаційних властивостей матеріалів футеровки алюмінієвих електролізерів за рахунок удосконалення їх структурно-фазових характеристик - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук по спеціальності 05.02.01 - Матеріалознавство. - Міністерство промислової політики України, Державне підприємство «Український науково-дослідний інститут спеціальних сталей, сплавів та феросплавів». - Запоріжжя, 2009р.

Захист в м. Київ, інститут ІПМ, 2010р.

Дисертаційна робота присвячена актуальному питанню підвищення терміну служби алюмінієвого електролізера і підвищення стійкості матеріалів алюмінієвого електролізера.

...