Detection of Surface- and Volume Cracks in Carbon Anodes for the Aluminium Industry

Abstract

Denne masteroppgaven er skrevet i samarbeid med Alcoa Mosjøen og omhandler tidligfase konseptuell testing av mulige inspeksjonsmetoder for å finne sprekker i karbon anoder. Anodene er brukt som offeranoder i Hall-Héroult prosessen. Sprekker er et kjent problem i anodeproduksjonen, og kan lede til feil i elektrolyseprosessen og økonomiske belastninger. Inspeksjon av sprekker i anoder er i dag gjort manuelt ved at en ansatt visuelt inspiserer et utvalg av anodene i produksjonen.

En prosjektoppgave som omhandlet samme tema ble skrevet høsten 2018, hvor mulige inspeksjonsmetoder for sprekker ble undersøkt. Dette forarbeidet har vært et grunnlag for videre arbeid i denne masteroppgave hvor et utvalg avmetoder blir undersøkt i større detalj. Oppskaleringspotensialet til computed tomography ble utprøvd med både medisinske- og industrielle systemer. Ingen av testene ga tydelige indikasjoner på at de kan skanne en fullskala anode. En spesialtilpasning av teknologien vil trolig gi gode resultater likevel. Termografi viste seg å være en håpefull kandidat for å detektere overflatesprekker basert på tester i realistiske omstendigheter ved AlcoaMosjøen. Radar ogmåling av tetthet som indikasjon på sprekker var nye inspeksjonsmetoder som be undersøkt i denne oppgaven med mangelfulle resultater.

This Master’s thesis is written in collaboration with Alcoa Mosjøen and concerns early-stage conceptual testing of inspection methods suited for finding cracks in carbon anodes. The anodes are used as the sacrificial end of the Hall-Héroult process. Cracks are a known problem during the anode production, leading to faulty peration of the electrolysis and financial losses. Inspection for cracks in anodes are to this date done manually by having an employee visually inspect samples from the production.

A project thesis has done preliminary investigation of possible crack detection methods. Methods discussed in this thesis are based on those results, but are investigated to a greater extent. Computed tomography had its scale-up capabilities tested with both medical- and industrial commercial systems. Neither of these tests resulted in unambiguous indications that a computed tomography system can radiate a full scale anode. Regardless, a custom adaptation of this technology can likely give good results. Thermal imaging proved a hopeful candidate for finding surface cracks, having reassuring results from high-fidelity tests at Alcoa Mosjøen. Radar and density tests as an indication for crack formation were new inspection methods tested in this thesis with unfavourable results.