에서, 장쑤 뤼톈허 에너지 절약 환경 보호 기술 유한회사 기술 이사인 후궈징은 “전해 알루미늄 양극용 산화 방지 기능성 세라믹 코팅의 탄소 절감 기술 및 검출 기준”이라는 주제로 인사이트를 공유했습니다.
기술 솔루션
전해 알루미늄 업계의 애로 사항
양극 산화:
양극은 알루미늄 전해 공정의 핵심 원료로, 그 성능은 전류 효율, 일차 알루미늄 품질, 원료 소비량, 노동 강도 등 생산 및 경제 지표에 직접적인 영향을 미칩니다.
탄소는 500°C 이상에서 쉽게 산화되어 순 양극 소모량 증가, 산화 슬래그 발생, 불균일한 소모를 초래합니다. 따라서 탄소 양극의 산화 저항성을 향상시키는 것은 원가 절감, 효율 증대 및 안정적인 생산에 매우 중요합니다.
산화의 영향:
순 양극 소모량 증가
1. 순 양극 소모량의 현저한 증가와 비용 상승;
2. 양극 주기 감소, 양극 교체 빈도 증가, 전해조 열 균형 교란 가중.
불규칙하고 얇은 잔여 양극
1. 바닥 노출 및 클로(집게) 용융을 유발하여 일차 알루미늄 품질 저하;
2. 양극 성장 및 소모 불균일 초래.
전해질 내 탄소 슬래그
1. 탄소 슬래그는 전류 효율 손실을 초래;
2. 작업자의 업무 부하 증가;
3. 탄소 슬래그는 유해 폐기물로 분류되어 처리 비용 증가.
열 균형에 대한 영향
1. 전해조의 열 균형에 영향;
2. 효과 계수 증가.
양극 소모 구성
양극 산화 방지 기술 개발
기술 발전을 제한하는 핵심 요인: 1. 산화 방지 효과; 2. 비용 투자. 고객에게 가치를 창출해야만 기술이 진정한 가치를 가집니다!
솔루션 - 양극 산화 방지 나노 세라믹 코팅 기술
자동 또는 수동 스프레이 장치로 양극 측면과 상부 일부에 0.3~0.4mm 두께의 나노 세라믹 코팅을 도포합니다. 자연 건조 및 경화 후 양극 표면에 치밀한 세라믹 보호층이 형성되어 공기와 이산화탄소를 효과적으로 차단하고 산화 소모를 줄여 양극의 수명을 연장합니다.
기존 세라믹 코팅의 특성
고강도, 고취성; 내고온성, 안정적인 화학적 활성; 탄소 재료와의 젖음성 불량.
1. 실험 조건: 900°C, 공기 분위기, 5일 소성(120시간); 결과: 산화 소모 <1.5%, 접착력 저하, 현저한 박리 발생;
2. 실험 조건: 900°C, 공기 분위기, 168시간; 결과: 산화 소모율 >30%, 코팅 급속 손상.
기존 세라믹 코팅 제품의 장단점
장점: 1. 우수한 치밀성; 2. 상온에서의 강력한 접착력; 3. 높은 경도; 4. 우수한 단기 보호 효과;
단점: 1. 젖음성 불량; 2. 코팅의 열충격 저항성 저하.
열충격 후 코팅 탄소 블록의 형태
열충격 조건: 900°C 머플로, 공기 분위기. 첫 24시간 동안 매 8시간마다 탄소 블록을 꺼내 실온으로 냉각 후 다시 900°C로 가열하는 열충격 과정을 3회 반복합니다. 이후 머플로에서 48시간 연속 소성한 후 블록을 꺼냅니다.
결과: 코팅 표면에 뚜렷한 열충격 균열 발생, 코팅 접착력 불량; 탄소 블록에 다수의 산화 피트; 산화 소모 > 18%;
설명: 열충격 후 세라믹 코팅에 국부 균열이 발생하고, 국부 산화 후 접합 계면에서 급속 확산이 일어나 코팅이 손상됩니다.
Lvtianhe - 차세대 기능성 세라믹 기술 원리
Lvtianhe - 차세대 기능성 세라믹 기술 원리
저온 치밀화: 특정 알루미나 나노 분말이 나노 접착제와 촉매 작용으로 저온 경화되며, 500°C 이상에서 입자 결합 및 소결 치밀화가 진행됩니다.
고투과성 자가 치유: 활성 물질이 고온에서 공극을 메우고 양극 미세 기공으로 침투하여 투과성 및 접착력을 향상시킵니다.
세라믹 강화: 세라믹 휘스커 강화 재료를 첨가하여 인성, 계면 접합 및 열충격 저항성을 개선합니다.
핵심 기술
나노 세라믹 분말 제조 기술: 1. 저나트륨 미결정 알루미나 미분말 제조 기술; 2. 알루미나 미분말 결정 형태 및 모폴로지 제어 기술; 3. 입도 구성 및 최적화 기술; 4. 초미분 건식 해쇄 기술.
2세대 산화 방지 코팅 핵심 기술: 1. 코팅 접착력 향상; 2. 코팅의 고온 인성 향상 및 열충격 저항성 개선; 3. 코팅의 고온 투과성 향상;
자동 분사 로봇: 양극 이송 트랙을 최적화하고, 현장 조건에 따라 자동 분사기를 설계하여 양극 탄소 블록의 자동화되고 효율적이며 친환경적인 분사 작업을 구현합니다.
분사 시공 방법 - 수동 분사
열악한 분사 현장 환경 : 1. 작업 환경 오염; 2. 다량의 분진 발생
낮은 분사 효율: 효율이 낮아 산업적 요구를 충족하기 어렵습니다.
과다한 분사 인력: 연간 100만 톤 규모, 1,200개 양극 기준 3교대 작업에 20명 이상의 인력이 필요합니다.
분사 작업자의 높은 노동 강도: 분사 작업의 노동 강도가 상당히 높습니다.
불안정한 분사 코팅 품질: 분사 코팅 품질은 작업자 숙련도 및 장비 성능 등의 영향을 받습니다.
번거로운 계획 수립: 정기적인 조달을 위해 전담 인력이 필요합니다.
높은 분사 코팅 운영 비용: 높은 인건비, 과도한 장비 비용, 심각한 재료 낭비, 막대한 환경 보호 처리 비용 및 넓은 소요 면적으로 인해 비용이 증가합니다.
다양한 간섭 요인
솔루션 - 뤼톈허 자동 스프레이 코팅 로봇
스프레이 코팅 속도: 시간당 70~80개, 8시간 교대 근무 시 약 500개 코팅;
자동화: 자동 스프레이 코팅을 실현하여 균일하고 안정적인 품질을 보장합니다.
자동 스프레이 코팅 로봇의 장점
친환경:
1. 청결한 스프레이 코팅 작업장;
2. 분진 포집, 무공해, 비산 없음;
높은 스프레이 코팅 효율:
자동 스프레이 코팅 효율이 높아 교대당 600~700개를 코팅하여 산업 수요를 완벽히 충족합니다.
인력 절감:
연간 100만 톤의 전해 알루미늄 생산 능력 기준으로, 매일 약 1,200개의 양극을 처리해야 하며, 2교대 근무 시 총 3~6명의 인원이 필요합니다.
코팅 작업자의 낮은 노동 강도:
높은 자동화 수준으로 노동 강도가 크게 감소합니다.
안정적인 코팅 품질:
자동 스프레이 코팅으로 안정적인 품질을 보장하며, 장비 성능도 안정적입니다.
턴키 프로젝트, 종합 솔루션:
B측은 원자재, 장비, 스프레이 코팅 서비스 및 적용 과정 전반에 걸친 종합적인 사후 서비스를 제공하여 고객의 우려를 해소하고 “편안하게 혜택을 누릴” 수 있도록 합니다.
낮은 스프레이 코팅 운영 비용:
인건비 절감, 높은 장비 효율, 긴 사용 수명, 낮은 에너지 소비, 재료 낭비 없음, 작은 설치 면적.
효과 보장:
원자재, 장비, 스프레이 코팅 공정의 사용 효과를 종합적으로 관리하여 최적의 결과를 보장합니다.
뤼톈허 전해 알루미늄 양극 탄소 절감 기술 솔루션의 장점
제품 품질 장점: 최고의 항산화 효율과 최상의 탄소 절감 효과;
원자재 장점: 기초 원자재부터 기능성 세라믹 코팅 재료까지 전 공정 보유;
생산 라인; 장비 장점: 자동화 및 지능형 스프레이 코팅 장비의 연구개발 및 설계 역량 보유.
제품 성능 및 검출 표준
뤼톈허의 전해 알루미늄 양극 탄소 절감 기술 솔루션 특성
양극 주기 1~2일 연장: 주기를 1~2일 연장하여 탄소 잔류물과 양극 교체 횟수를 줄이고 전류 효율을 향상시킵니다.
상온 경화 및 치밀화: 자연적으로 피막 형성 및 경화, 소성 불필요, 균열 없음; 코팅은 0~900°C에서 치밀함을 유지합니다.
친환경: 주성분은 알루미나이며 모든 보조 성분은 안전하고 친환경적인 무기 원료로, 부식성이 없고 유기 휘발 물질이 없으며 일차 알루미늄 품질이나 전해질 조성에 영향을 미치지 않습니다.
LTH 나노 세라믹 코팅의 기본 특성
내산화 성능 – 실험실 검출
우수한 내산화성; 900°C에서 7시간 산화 후 코팅 부위에 산화가 발생하지 않았습니다.
탄소 재료와의 강력한 결합력, 균열 및 박리 없음, 뛰어난 내열 충격성.
내산화 성능 – 실험실 검출
900°C 대기 중 산화(최대 720시간 고온 산화 시험, 산화 없음).
성능 시험 표준
양극 강철 클로의 산화
양극 강철 클로의 표면 부식 메커니즘
산화철은 고체 상태의 이온 결정 구조를 가지며, 철 표면의 산화층은 서로 다른 유형의 반도체 특성을 나타내므로 철의 산화 과정은 본질적으로 전기화학 반응입니다.
강철 클로 산화로 인한 손실
1. Si와 Fe의 주요 공급원은 알루미나, 불화알루미늄, 양극 피복재, 탄소 양극의 네 가지 원료입니다.
2. 강철 클로 산화로 인해 직·간접적으로 유입되는 Fe 함량이 최대 60%를 차지합니다.
전해 알루미늄 생산 능력 40만 톤 규모 기업의 양극 강철 클로 부식으로 인한 손실:
1. 용융 알루미늄 내 Fe의 약 60%(550~650ppm)는 강철 클로의 부식에서 기인하여 최종적으로 용융 알루미늄으로 유입되는 것으로 추정됩니다.
2. 강철 클로의 산화로 인해 매년 1만 개 이상의 강철 클로가 폐기되며, 수리 비용은 1,000만 위안을 초과합니다.
3. 산화로 인해 강철 클로의 직경이 18cm에서 14cm로 감소하여, 강철 클로의 전압 강하가 약 25mV 증가하고 알루미늄 톤당 전력 소비량이 82.5kWh 증가합니다.
양극 강철 클로용 내산화 코팅의 기술적 특징
본 코팅의 기술적 특징:
불화물 및 HF 가스에 의한 고온 증기 부식에 대한 내성;
강철 클로와 유사한 열팽창 계수로 균열 발생 가능성이 낮음;
강철 클로와의 강한 결합력으로 박리 가능성이 낮음;
고온에서의 자기 치유 능력;
고온에서 낮은 증기압으로 코팅 휘발 손실 최소화;
낮은 온도에서 소결 및 치밀화 가능.
강철 클로 코팅의 효과
적용 방법:
1. 강철 클로 세척: 강철 클로 표면의 잔류 부착물 제거;
2. 도포: 붓칠 또는 스프레이, 1kg/m²의 비율로;
3. 도포 후 8시간 자연 건조 후 사용.
참고: 도장 전 강철 스터브 표면이 깨끗한지 확인하십시오. 그렇지 않으면 코팅 효과가 저하될 수 있습니다.
강철 스터브 코팅 효과
6회 연속 사이클 산화 테스트:
1. 코팅된 강철 스터브 표면은 금속성 회색을 띠며, 매끄럽고 노듈이나 심각한 산화가 없습니다;
2. 코팅되지 않은 강철 스터브 표면에는 산화철 스케일 노듈이 발생하며, 노듈 제거 후 표면에 산화 피트가 보입니다;
3. 코팅 적용 후 강철 스터브의 평균 산화 부식 속도가 80% 이상 감소합니다.
스틸 스터브 산화 방지 코팅의 이점
1. 일반적으로 산화 방지 코팅을 사용하면 스틸 스터브의 산화를 80% 이상 줄일 수 있습니다.
2. 스틸 스터브에 산화 방지 코팅을 적용하면 스틸 스터브의 사용 수명이 2배 이상 연장되어 연간 스틸 스터브 유지 보수 비용을 900만 위안 절감할 수 있습니다.
3. 스틸 스터브의 산화율이 감소하여 1차 알루미늄으로 유입되는 철 함량이 현저히 줄어들어 1차 알루미늄의 품질이 향상되고 99.85 1차 알루미늄의 수율이 증가하여 연간 900만 위안 이상의 추가 이익을 창출합니다.
산업 적용의 경제적 이점
전해 알루미늄 양극용 회사의 탄소 절감 기술 솔루션을 채택하면 일반적으로 양극 소모가 3-6% 감소하고, 양극 주기가 최대 2일까지 연장되며, 알루미늄 톤당 총 양극 소모량이 15kg 이상 감소합니다. 경제적 이점은 100만 톤의 전해 알루미늄 생산 능력을 기준으로 계산됩니다.
순 양극 소모량 감소:15 kg C/t-Al × 100만 t-Al/년 = 15,000 t C/년; 15,000 t C/년 × $930/t-C = 연간 $14,000,000
전해질 내 탄소 잔류물 감소:탄소 잔류물의 양이 50% 이상 감소하여 전해질 손실 감소: 걷어낸 탄소 잔류물의 양은 연간 약 5,000톤입니다. 탄소 잔류물 걷어내기를 50% 줄이면 탄소 잔류물 2,500톤에 해당합니다. 탄소 잔류물 내 탄소 함량은 약 20%이고 전해질 함량은 80%에 달하므로, 2,000톤의 전해질 손실이 감소하며 이는 연간 $100만 달러에 해당합니다.
이산화탄소 배출량 감소:양극 산화 및 연소 감소를 통해 이산화탄소 배출량이 연간 50,000톤 감소합니다.
코팅 내 알루미나 성분의 전환 이점:산화 방지 코팅의 주성분은 알루미나로, 원료로서 전해질에 유입되어 최종적으로 금속 알루미늄으로 전환됩니다. 이 원료의 가치는 연간 $100만 달러에 해당합니다.
양극 교체 수량 및 작업량 감소:양극 주기를 이틀 연장하면 연간 양극 교체 작업을 1만5천 건 줄일 수 있습니다.
전해조 안정성 향상의 숨은 경제적 효과:양극 산화 방지 나노 세라믹 코팅 적용 후, 양극 산화가 감소하고 전해질 내 탄소 잔류물이 줄어들어 전해질 저항률과 전력 소비가 감소하며 전해조 상태가 개선됩니다. 또한 양극의 도전 단면적이 증가하여 전류 밀도가 낮아지고, 이로 인해 셀 전압이 감소하여 전해조의 운전 안정성이 향상됩니다. 전류 효율은 0.5% 이상 증가하고, 직류 전력 소비량은 100kWh 이상 감소하며, 경제적 효과는 5천만 위안입니다.
산화 방지 기술에 대한 종합 투자: 코팅 재료, 자동 분사 장비, 분사 서비스 및 적용 효과 보증을 포함한 풀 서비스를 제공하여 고객의 우려를 해소하고 비용 절감을 실현합니다. 을사는 총 비용 절감액의 50%를 기술 서비스 수수료로 받습니다.
고객에게 창출되는 종합 혜택
뤼톈허사의 양극 탄소 절감 기술을 도입하면, 전해 알루미늄 100만 톤 규모의 알루미늄 기업은 연간 1천만 달러의 경제적 이익을 얻을 수 있습니다.
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