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陰極材料對鋁電解行為的影響研究論-預覽頁

2026-01-30 05:05 上一頁面

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【正文】極材料的磨蝕。側部材料散熱良好，易于形成電解槽的槽幫 ,，及時形成對側部材料的保護殼；低導電性可以減少電解槽的水平電流，減少電能損失，減少自身發熱。Ω .m ∝ ≤ 60 ≤ 15 導熱系數 W/m.℃ 18 5 30 國內、外少數先進槽已經采用氮化硅結合碳化硅材料與碳的復合材料，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部材料。冷搗糊是近幾年出現的新工藝，它不僅給施工帶來了方便，其質量也不次于傳統的熱搗糊。因此炭糊應選擇粘結劑含量低的冷搗糊和低收縮率糊，以減少收縮裂紋的產生。三種炭塊的理化指標 A％ dk g/cm2 du g/cm2 ρ 181。同時 ,陰極電壓降還與鋼棒糊的燒成電阻率有關 ,也與鋼棒 —鋼棒糊 — 炭塊之間的接組電阻有關。（ 3）不同原材料抗鈉侵蝕能力不同 ,但經過高溫處理之后槽種無定形炭塊槽半石墨質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 其性能發生變化，制造陰極時對于原料的選擇應考慮產品的熱處理溫度。（ 3）盡快開發和推廣碳化硅和碳的復合側部材料 ,以提高鋁電解綜合水平。關鍵詞：陰極；鋁電解；半石墨質；半石墨化；槽壽命一、前言眾所周知，鋁電解的陰極和陽極組成電解槽的工作區域，如果把陽極比喻為鋁電解槽的‘心臟’，那么陰極是電解槽的‘腹腔’，陰極是陽極以及工作區所有介質的承載體，同時承擔著傳導陰極電流的作用陰極主要由底部陰極炭塊、側部材料、陰極導電鋼棒以及將其三者結合起來的炭糊組成，人們總是希望組成電解槽的陰極具有長久的壽命和優良的傳導電流的能力，使鋁電解槽能夠高效．低耗．優質的運行。國際上普遍采用高導電率、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。鋁電解槽的破損，一是含鈉和鋁的電解液對陰極材料的侵蝕使爐底上抬引起破損；二是陰極材料自身受熱膨脹而產生機械應力引起破損；三是陰極材料在使用過程中受電解液磨損產生消耗。另外陰極受熱產生膨脹時，炭塊受槽殼的作用力出現破損。0204060801001201 2 3 4 5 6 7石墨化度 %鈉侵蝕膨脹系數% 由圖可見，石墨化度越高，對鈉的抵抗能力愈強，侵入陰極材料的鈉離子越少，滲入炭材中的鈉與冰晶石、氧化鋁反應的機會也越少，引起的膨脹也就越小。同時，用石油焦制造的陰極在半石墨化處理溫度高于 1950C 時，抗鈉侵蝕性能大大高于相同溫度處理過的無煙煤，這主要是由于石油焦屬于易石墨化炭，當溫度達到 1950C0 以上時石墨化程度要高于其它難石墨化原料，機械強度保持較高水平，所以在生產半石墨化或石墨化炭塊時，石油焦是選的優質原料。品名普通炭塊半石墨炭塊半石墨化炭塊抗壓強度 MPa 35— 50 30— 40 20— 35 事實上電解液對陰極炭塊的壓力是很小的，而炭塊自身膨脹引起的應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，對其產生的應力也相應減小，因此，隨著陰極炭塊石墨化程度的提高，適度降低陰極的機械強度是不會影響槽壽命的。氮化硅結合碳化硅材料與傳統的炭素材料和石墨材料有著完全不同的物理、化學性能，符合鋁電解生產對材料的要求。按照木桶原理，鋁電解槽的壽命取決于陰極的最薄弱處，陰極糊的質量和搗固質量將直接影響鋁電解槽的壽命。炭糊不能象炭塊那樣進行成型、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于或相近于生產配套炭塊所采用原料的性能，炭糊的原料應具有優良的抗鈉侵蝕性能，才有利于避免炭塊接縫的早期損壞，而引起整個電解槽的破損。根據柯羅鮑夫經驗公式 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— 陰極捧的高度 b— 陰極鋼捧寬 L— 炭塊的平均導電高度 A— 爐膛寬度之半 a— 爐底靠側部結殼厚度 B— 包括炭縫在內的炭塊寬度 S— 陰極鋼捧斷面積 — 陰極電流密度根據以上公式可知 :陰極電壓除與設計的陰極鋼捧、炭塊、槽膛尺寸等參數有關外，與陰極炭塊的比電阻有著直接的關系。試驗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 ,實際結果如下表 : 節電效果計算 : 以 180KA 電解槽為例 1mv 壓降 24 小時節電為： Q=IVT=1800024247。四、結論及建議 (一 )、結論（ 1）鋁電解槽的壽命與陰極的抗鈉侵蝕性能有直接的關系 ,與組成陰極的底塊、側塊和陰極糊的質量以及施工質量有關 ,它們整體抗鈉侵蝕性能越好槽壽命越長。 (二 )、建議（ 1）隨著我國鋁電解槽容量的增大 ,盡快開發半石墨化和石墨化陰極 ,有利于提高我國鋁工業的整體技術水平 ,其綜合經濟效益可觀。

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