了得網工業技術_炭陽極裂紋的性能李慶義譯

內容簡介

本書收錄了當代國際先進水平的R&D炭素有限公司的技術資料、國際鋁用炭素技術和在R&D炭素有限公司從事專題研究的博士論文中的研究成果等。本書第1章描述了霍爾一埃魯特電解法生產鋁的過程。從生產使用的原料開始，詳細討論了陽極的生產過程。接著對炭消耗數據進行分析，揭示了它對電解鋁生產成本的影響以及生產高質量陽極的重要性。第2章把重點放在陽極理化性能指標的測定方面，包括對所有檢測方法進行說明，從而說明了陽極性能是如何受原料質量以及陽極制造過程影響的。第3章對炭陽極的斷裂力學問題進行了處理，同時說明了如何應用陶瓷業中研究發展而來的不同方法進行分析。第4章涉及陽極在電解槽中使用時的抗熱衝擊性問題。第5章對前幾章的研究發現進行了總結，並且為了對這些理論逐一地加以驗證，並在本章將它們應用於實際工廠內，討論實踐中的陽極開裂問題。第6章對未來鋁用預焙陽極相關的問題進行了探討。

1 鋁用炭陽極生產
1.1 電解鋁生產
1.1.1 簡介
1.1.2 拜耳法生產氧化鋁
1.1.3 霍爾－埃魯特法電解鋁
1.2 陽極原料
1.2.1 制造陽極的原料
1.2.2 石油焦
1.2.3 煤瀝青黏結劑
1.3 陽極的生產工藝過程
1.3.1 簡介
1.3.2 生產陽極糊料
1.3.3 陽極糊料成型
1.3.4 陽極焙燒1 鋁用炭陽極生產
1.1 電解鋁生產
1.1.1 簡介
1.1.2 拜耳法生產氧化鋁
1.1.3 霍爾－埃魯特法電解鋁
1.2 陽極原料
1.2.1 制造陽極的原料
1.2.2 石油焦
1.2.3 煤瀝青黏結劑
1.3 陽極的生產工藝過程
1.3.1 簡介
1.3.2 生產陽極糊料
1.3.3 陽極糊料成型
1.3.4 陽極焙燒
1.3.5 陽極澆鑄
1.4 電解鋁生產和陽極消耗
1.4.1 簡介
1.4.2 陽極電化學消耗
1.4.3 陽極化學消耗
1.4.4 陽極物理消耗
1.4.5 陽極消耗總量
1.4.6 經濟方面的考慮
2 陽極描述
2.1 陽極采樣與測試
2.2 陽極的微觀結構
2.2.1 炭晶體和光學結構測定
2.2.2 氣孔率
2.3 陽極的理化性能
2.3.1 體積密度
2.3.2 比電阻
2.3.3 抗折強度
2.3.4 抗壓強度
2.3.5 靜態彈性模量
2.3.6 動態彈性模量
2.3.7 斷裂能
2.3.8 熱膨脹
2.3.9 熱導率
2.3.10 用二甲苯法測量密度
2.3.11 氣體滲透性
2.3.12 二氧化碳反應性
2.3.13 空氣反應性
2.4 原料的質量對陽極性能的影響
2.4.1 用實驗室生產的電極對焦子進行評估
2.4.2 混合優化實驗
2.5 陽極制造過程參數對陽極性能的影響
2.5.1 陽極制造過程的優化
2.5.2 陽極配方和加工參數的影響
2.5.3 陽極終焙燒溫度的影響
2.5.4 優化參數的選擇
3 斷裂力學
3.1 脆性材料斷裂性能基本知識
3.2 能量法
3.2.1 裂紋應力集中的影響
3.2.2 Grififth能量平衡法
3.2.3 線彈性特性：能量釋放速率
3.2.4 非線彈性性能：J積分輪廓線
3.2.5 非彈性特性：不穩定性和R曲線（抗裂紋曲線）
3.3 應力集中方法
3.3.1 Irwin的分析方法
3.3.2 裂紋頂點開口位移
3.4 增韌機理
3.4.1 裂紋發生偏轉與彎曲
3.4.2 微裂紋
3.4.3 裂紋構架（橋鍵）
3.5 在實踐中測定斷裂參數
3.6 斷裂實驗數據統計分析
3.6.1 缺陷大小對材料強度的影響
3.6.2 韋伯分布函數的原理及應用
4 抗熱衝擊性
4.1 熱應力的來源
4.2 Kingery設計的熱彈性模型
4.3 Hasselman提出的能量法
4.4 陽極的抗熱衝擊性
4.4.1 關於電解槽中陽極抗熱衝擊的基礎知識
4.4.2 抗熱衝擊能指標
4.4.3 物理推導陽極抗熱衝擊指數TSR
4.4.4 實踐中測定TSR指標
5 陽極開裂
5.1 裂紋構造類型
5.1.1 角部裂紋
5.1.2 垂直裂紋
5.1.3 水平裂紋
5.1.4 熱衝擊的影響
5.2 由生陽極制造產生的破裂
5.2.1 干骨料制備和混捏
5.2.2 糊料成型
5.2.3 生塊冷卻
5.3 焙燒過程中產生的裂紋
5.3.1 階段：釋放產生的應力
5.3.2 第二階段：瀝青液化揮發應力釋放引起的裂紋
5.3.3 終焙燒溫度
5.4 由陽極澆鑄和鋼爪設計引起的破裂
5.4.1 陽極的幾何形狀
5.4.2 澆鑄參數
5.4.3 鋼爪連接架的熱膨脹
5.5 由電解槽熱衝擊產生的破裂
5.5.1 電解槽與陽極的溫差
5.5.2 由於磁場效應和對流影響引起金屬和電解質運動
5.5.3 陽極的浸入深度與陽極尺寸
6 結論與展望
6.1 兩個主要目標
6.2 未來發展趨勢
6.3 改善陽極抗熱衝擊性的方法
附錄
1 計算
1.1 炭碗上的彎曲應力（見第5章5.4.1節）
1.2 炭碗周圍的張應力（第5章5.4.2節）
1.3 炭碗之間的張應力（第5章5.4.3節）
1.4 影響抗熱衝擊性的因素（TSR）
2 在全世界範圍內對陽極的熱衝擊性進行調查的結果
2.1 工廠A：批號l號和批號2號
2.2 工廠B：批號3號和批號4號
2.3 工廠C：批號5號和批號6號
2.4 工廠D：批號7號
2.5 工廠E：批號8號
2.6 工廠F：批號9號
2.7 工廠G：批號7號
2.8 工廠H
2.9 數據單
主題索引
Subject Index
參考文獻

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1鋁用炭陽極生產
1.1電解鋁生產
1.1.1簡介
鋁是地殼中含量素之一，占8％，位於氧47％，硅26％之後，處於第三位。然而由於鋁的化學性質活潑，人們在自然界中從未發現過鋁的純淨物，而是以Al2為３這種氧化物存在於鋁土礦或硅酸鹽中（比如黏土、高嶺土）化合物中。
鋁土礦被開采出來以後，還要通過下面兩個過程纔能生產出工業用鋁：
（1）使用拜耳法從鋁土礦中萃取氧化鋁。
（2）將氧化鋁加入電解槽內，通過霍爾一埃魯特法從氧化鋁中電離出鋁。
1991年，全球鋁年產量達到2000萬t（凱勒、佛切1992），與20世紀初鋁年產量6000t相比，說明鋁產量和需求量都有了很大的提高。由於鋁質量輕並且還有其他特征，因此鋁的應用越來越廣泛。鋁的密度是2.79／cm 3，大約是鐵密度的1／3。盡管鋁的密度小，但鋁與其他金屬材料相比，強度非常高。由於鋁和氧發生化學反應時在鋁的表面形成一層氧化物薄膜，因而具有很高的抗氧化性。另外，鋁容易加工，熔點低隻有660°C（鋼的熔點大約為1500。（2）。因此鋁同其他金屬相比，無論在加工、應用和回收利用方面都能節約大量的能源，優勢顯著。從而使得鋁在建築業、交通運輸業、工具制造業、集裝箱制造業和包裝業生產中被廣泛應用。
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