鋁電解陰極炭塊力學性能的劣化研究.pdf

1、近些年來,我國鋁電解工業(yè)發(fā)展迅速,技術水平在國際上已屬中等偏上,但與國際領先水平相比,在電解槽壽命方面仍有較大差距。我國鋁電解槽早期破損嚴重,槽壽命偏短的問題非常突出,一直是制約我國鋁電解工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。在鋁電解槽早期破損事故中,電解槽的最重要組成部分陰極炭塊,發(fā)生先行失效是一個最為常見的誘發(fā)因素。因此,作為槽中最薄弱的環(huán)節(jié),陰極炭塊已成為鋁電解槽中最關鍵的結構元件之一,日益被鋁電解業(yè)界所關注。
　　本課題采用自行研制的實驗

2、裝置研究了陰極炭塊在鋁電解環(huán)境下的相關力學性能,并采用數(shù)學方法描述了演化規(guī)律,可為鋁電解槽的優(yōu)化設計以及延長和預測槽壽命提供技術參數(shù)和理論依據(jù)。本文的主要研究內容如下:
　　研究了陰極炭塊鈉滲透膨脹的影響因素,對比了炭塊鋁電解前后的顯微結構及化學成分,用解析法模擬了鋁電解過程中,鈉在陰極炭塊中的濃度和應力場分布規(guī)律。結果表明,炭塊的石墨化程度越高抗鈉膨脹性能越好;增加電解質分子比,炭塊的鈉膨脹速率和最終鈉膨脹率增大;增加電流密度,

3、炭塊的鈉膨脹速率增大,但最終鈉膨脹率相同;采用的解析法能較好模擬鈉濃度和應力場分布隨時間和空間的變化規(guī)律,鈉膨脹實驗驗證了模擬方法的正確性以及結果的可靠性。
　　研究了陰極炭塊在單軸壓縮下的蠕變力學特性,分析了蠕變機理,并模擬分析了實驗結果。結果表明,在相同實驗條件下,SMH炭塊的抗蠕變力學性能最好,其次是HC35炭塊,HC100炭塊最差;炭塊的蠕變應變隨著應力水平增加而增大;加載應力相同時,炭塊的蠕變變形由小到大依次為:30℃、

4、965℃、鋁電解條件下;炭塊的蠕變形式主要是位錯以及滑移;模擬與實驗結果對比表明,Burgers模型能較好地描述炭塊蠕變的前兩個階段。
　　研究了陰極炭塊在單軸壓縮下的受力性能,將損傷理論應用于陰極炭塊,構建了反映陰極炭塊損傷和力學行為的統(tǒng)一損傷演化方程以及本構模型。結果表明,在相同的電解條件下,SMH炭塊的力學性質最好,其次是HC100炭塊,HC35炭塊最差;炭塊在高溫下的力學性質優(yōu)于常溫,高溫熔鹽電解條件下最差;隨著加載速率的