全石墨質(zhì)陰極碳塊的研制.pdf

1、近年來，我國鋁工業(yè)得到了快速發(fā)展，電解槽容量基本上達(dá)到了世界先進(jìn)水平，但在許多關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)上，如：電流效率、噸鋁電耗、槽壽命等方面與國際先進(jìn)水平相比，差距仍然很大，這與我國陰極碳塊的質(zhì)量長期落后于世界先進(jìn)水平有很大關(guān)系。在鋁電解生產(chǎn)中，電解槽的破損幾乎都是先由陰極的破損引起的。我國目前只半石墨質(zhì)陰極碳塊，槽壽命在1500天左右，它的最大缺點是熱膨脹率較大和抗鈉侵蝕性能較差。與國外普遍使用的石墨化和全石墨質(zhì)陰極碳塊相比，在主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

2、上差距較大。因此，陰極碳塊可以說是阻礙我國鋁工業(yè)做大做強(qiáng)的“軟肋”。 隨著電解槽向大型化方向的不斷發(fā)展，電解槽產(chǎn)能得到不斷提高，鋁電解技術(shù)也不斷向前發(fā)展，對鋁用陰極碳塊的質(zhì)量也提出了更高的要求。要求陰極碳塊要具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、熱膨脹性、抗鈉侵蝕性及抗熱震性等。理論研究表明，碳塊的石墨含量或石墨化度越高，熱膨脹率和鈉膨脹率越低，有利于延長槽壽命；電阻率越低有利于降低爐底壓降和強(qiáng)化電流，可降低電耗和增加鋁產(chǎn)量。石墨化陰極碳塊

3、有很多優(yōu)良的性質(zhì)，如在電解過程中，石墨化碳塊的低電阻可以節(jié)省能耗，高導(dǎo)熱性滿足了現(xiàn)代大型電解槽熱平衡的需要。在電解槽運轉(zhuǎn)期間，碳塊抗鈉侵蝕性好，熱應(yīng)力低，保證了電解槽運行的穩(wěn)定性。但由于其價格較高，因此在電解槽向大電流方向發(fā)展的趨勢下，為了提高陰極碳塊的質(zhì)量，除不進(jìn)行石墨化外還可考慮增大陰極碳塊中的石墨含量。全石墨質(zhì)陰極碳塊既具有良好的導(dǎo)電性、抗鈉侵蝕性和抗熱震性，同時還具有良好的抗機(jī)械磨損和抗融鹽沖刷能力，是半石墨質(zhì)和高石墨質(zhì)陰極碳塊

4、的新型換代產(chǎn)品，也是一種適宜于在大型電解槽上使用的新型陰極材料，為電解生產(chǎn)節(jié)能和延長電解槽使用壽命開辟了新的途徑。 本文根據(jù)中鋁貴州分公司碳素廠的生產(chǎn)工藝條件與原料狀況，進(jìn)行了全石墨質(zhì)陰極碳塊的研制和性能分析。在實驗室通過原料和粒徑范圍的選擇、容重、混捏、成型、焙燒實驗及實驗塊理化性能指標(biāo)分析，確定干料配方和粘結(jié)劑配入量。根據(jù)實驗室實驗內(nèi)容和結(jié)果，將實驗室配方在碳素廠進(jìn)行工業(yè)性生產(chǎn)試驗，對試驗塊的理化性能進(jìn)行分析和研究，并與國外

5、同類先進(jìn)產(chǎn)品進(jìn)行比較。 試驗結(jié)果表明，試驗塊電阻率的平均值為15.25μΩ m，導(dǎo)熱系數(shù)的平均值為22.18W/mK，熱膨脹系數(shù)的平均值為2.70×10<'-6> 1/℃，揚氏模量的平均值為3.60GPa，抗鈉侵蝕系數(shù)的平均值為0.84，抗折強(qiáng)度的平均值為13.81MPa，真密度的平均值為2.12g/cm<'-3>，體積密度的平均值為1.62g/cm<'-3>，氣孔率的平均值為23.62％，抗壓強(qiáng)度的平均值為29.31MPa。總