陰極材料對(duì)鋁電解行為的影響研究論-在線瀏覽
2025-02-24 05:05本頁(yè)面
【正文】 — 35 事實(shí)上電解液對(duì)陰極炭塊的壓力是很小的，而炭塊自身膨脹引起的應(yīng)力是造成破損的主要原因，而無論炭塊的熱膨脹還是鈉侵蝕膨脹是隨著石墨化程度的提高而下降，對(duì)其產(chǎn)生的應(yīng)力也相應(yīng)減小，因此，隨著陰極炭塊石墨化程度的提高，適度降低陰極的機(jī)械強(qiáng)度是不會(huì)影響槽壽命的。側(cè)部材 料散熱良好，易于形成電解槽的槽幫 ,，及時(shí)形成對(duì)側(cè)部材料的保護(hù)殼；低導(dǎo)電性可以減少電解槽的水平電流，減少電能損失，減少自身發(fā)熱。 氮化硅結(jié)合碳化硅材料與傳統(tǒng)的炭素材料和石墨材料有著完全不同的物理、化學(xué)性能，符合鋁電解生產(chǎn)對(duì)材料的要求。Ω .m ∝ ≤ 60 ≤ 15 導(dǎo)熱系數(shù) W/m.℃ 18 5 30 國(guó)內(nèi)、外少數(shù)先進(jìn)槽已經(jīng)采用氮化硅結(jié)合碳化硅材料與碳的復(fù)合材料，充分利用了碳化硅材料的絕緣性和耐氧化性，是理想的鋁電解槽側(cè)部材料。按照木桶原理，鋁電解槽的壽命取決于陰極的最薄弱處，陰極糊的質(zhì)量和搗固質(zhì)量將直接影響鋁電解槽的壽命。冷搗糊是近幾年出現(xiàn)的新工藝，它不僅給施工帶來了方便，其質(zhì)量也不次于傳統(tǒng)的熱搗糊。 炭糊不能象炭塊那樣進(jìn)行成型、焙燒、石墨化一系列工序改善材料的性能，炭糊的性能直接取決于原料的性能和配方的合理性，因此，炭糊原料的選用要優(yōu)于或相近于生產(chǎn)配 套炭塊所采用原料的性能，炭糊的原料應(yīng)具有優(yōu)良的抗鈉侵蝕性能，才有利于避免炭塊接縫的早期損壞，而引起整個(gè)電解槽的破損。因此炭糊應(yīng)選擇粘結(jié)劑含量低的冷搗糊和低收縮率糊，以減少收縮裂紋的產(chǎn)生。 根據(jù) 柯羅鮑夫經(jīng)驗(yàn)公式 Vk=[Lp10+(10A+ . a )B/S] 其中： L＝ （ H－ h） P— 炭塊的電阻率 H— 炭塊的高度 h— 陰極棒的高度 b— 陰極鋼棒寬 L— 炭塊的平均導(dǎo)電高度 A— 爐膛寬度之半 a— 爐底靠側(cè)部結(jié)殼厚度 B— 包括炭縫在內(nèi)的炭塊寬度 S— 陰極鋼棒斷面積 — 陰極電流密度 根據(jù)以上公式可知 :陰極電壓除與設(shè)計(jì)的陰極鋼棒、炭塊、槽膛尺寸等參數(shù)有關(guān)外，與陰極炭塊的比電阻有著直接的關(guān)系。 三種炭塊的理化指標(biāo) A％ dk g/cm2 du g/cm2 ρ 181。 試驗(yàn)中由于陰極壓降減少，在槽電壓不變的情況下，提高極距，降低鋁液水平，單槽出 鋁量明顯增加，電流效率提高 ,實(shí)際結(jié)果如下表 : 節(jié)電效果計(jì)算 : 以 180KA 電解槽為例 1mv 壓降 24 小時(shí)節(jié)電為： Q=IVT=1800024247。 同時(shí) ,陰極電壓降還與鋼棒糊的燒成電阻率有關(guān) ,也與鋼棒 —鋼棒糊 — 炭塊之間的接組電阻有關(guān)。 四、 結(jié)論及建議 (一 )、 結(jié)論 （ 1） 鋁電解槽的壽命與陰極的抗鈉侵蝕性能有直接的關(guān)系 ,與組成陰極的底塊、側(cè)塊和陰極糊的質(zhì)量以及施工質(zhì)量有關(guān) ,它們整體抗鈉侵蝕性能越好槽壽命越長(zhǎng)。 （ 3）不同原材料抗鈉侵蝕能力不同 ,但經(jīng)過高溫處理之后槽 種 無定形炭塊槽 半石墨質(zhì)塊槽 半石墨化塊槽 平均陰極壓降 mv 455 386 364 電流效率 % 提 高 % 0 其性能發(fā)生變化，制造陰極時(shí)對(duì)于原料的選擇應(yīng)考慮產(chǎn)品的熱處理溫度。 (二 )、建議 （ 1） 隨著我國(guó)鋁電解槽容量的增大 ,盡快開發(fā)半石墨化和石墨化陰極 ,有利于提高我國(guó)鋁工業(yè)的整體技術(shù)水平 ,其綜合經(jīng)濟(jì)效益可觀。 （ 3）盡快開發(fā)和推廣碳化硅和碳的復(fù)合側(cè) 部材料 ,以提高鋁電解綜合水平。 陰極材料對(duì)鋁電解行為的影響研究 張國(guó)輝 山西華泰炭素有限公司 作者簡(jiǎn)介 張國(guó)輝： 高級(jí)工程師 ，從事炭素生產(chǎn)技術(shù)研究二十年，現(xiàn)任 山西華泰炭素有限公司技術(shù)中心主任。 關(guān)鍵詞： 陰極；鋁電解；半石墨質(zhì)；半石墨化；槽壽命 一、 前 言 眾所周知，鋁電解的陰極和陽(yáng)極組成電解槽的工作區(qū)域，如果把陽(yáng)極比喻為鋁電解槽的‘心臟’，那么陰極是電解槽的‘腹腔’，陰極是陽(yáng)極以及工作區(qū)所有介質(zhì)的承載體，同時(shí)承擔(dān)著傳導(dǎo)陰極電流的作用 陰極主要由底部陰極炭塊、側(cè)部材料、陰極導(dǎo)電鋼棒以及將其三者 結(jié)合起來的炭糊組成，人們總是希望組成電解槽的陰極具有長(zhǎng)久的壽命和優(yōu)良的傳導(dǎo)電流的能力，使鋁電解槽能夠高效．低耗．優(yōu)質(zhì)的運(yùn)行。目前，國(guó)外鋁電解槽壽命已達(dá)到 2400―― 3000 天，而我國(guó)一般為 1500―― 1800天，如此短的槽壽命，使我國(guó)鋁電解的大修頻繁，其中消耗了大量人 力．物力．財(cái)力，降低了生產(chǎn)效率，使我國(guó)鋁工業(yè)在國(guó)外市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力大打折扣。 國(guó)際上普遍采用高導(dǎo)電率、高石墨化度、低膨脹率的陰極材料，使的鋁電解槽有較低的陰極壓降，大大降低了鋁電解的單位電耗，降低了成本。 本文通過一些實(shí)驗(yàn)，研究陰極的不同材質(zhì)對(duì)鋁電解生產(chǎn)過程中行為的影響，提出陰極材料的選擇的一些建議和看法。 鋁電解槽的破損，一是含鈉和鋁的電解液對(duì)陰極材料的侵蝕使?fàn)t底上抬引起破損；二是陰極材料自身受熱膨脹而產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力引起破損；三是陰極材料在使用過程中受電解液磨損產(chǎn)生消耗。 32C+Na=C32Na（固） 由于鈉的滲入自上而下形成一定的濃度梯度，因此，陰極的上膨脹較大，下面膨脹較小，迫使炭陰極中間向上隆起，同時(shí)向邊部槽殼擠壓，使槽殼
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