鋁電解槽內(nèi)襯材料的導(dǎo)熱性及滲透性研究.pdf

1、本文是在前人工作的基礎(chǔ)上，對鋁電解槽內(nèi)襯材料的導(dǎo)熱性和滲透性進行了綜合研究，尤其是陰極碳塊的滲透性，對不同種陰極碳塊的性能進行實驗分析，為工業(yè)應(yīng)用提供理論依據(jù)。 在工業(yè)鋁電解槽上，內(nèi)襯材料占有很重要的地位。內(nèi)襯材料的導(dǎo)熱性對鋁電解槽的熱量損失尤其重要，其導(dǎo)熱系數(shù)是計算熱平衡的重要數(shù)據(jù)之一。對于導(dǎo)熱系數(shù)的測量方法有很多種，本文是在中華人民共和國黑色冶金行業(yè)標準YB/T059-91的基礎(chǔ)上，設(shè)計做出了沸騰平板導(dǎo)熱儀，通過測量已知導(dǎo)熱

2、系數(shù)的碳化硅磚的導(dǎo)熱系數(shù)，檢驗系統(tǒng)測量誤差，其誤差小于8％；通過對同一試樣的兩個小試樣進行平行測量，其相對偏差小于3％。利用此儀器對工業(yè)鋁電解槽的筑爐及刨爐材料的導(dǎo)熱系數(shù)進行了測定，得出了內(nèi)襯材料導(dǎo)熱系數(shù)的回歸方程。 利用坩堝法對防滲料的抗?jié)B性進行了研究，研究了防滲料的堆積密度及鋁液對抗?jié)B性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，隨著防滲料堆積密度的增大，防滲料的抗?jié)B功能逐漸增強。搗實試樣(密度為2.023g/cm<'3>)防滲料與電解質(zhì)接觸的部分已

3、經(jīng)形成了一個薄層，此薄層下的防滲料成灰白色的松散狀，電解質(zhì)沒有滲透下來，防滲料結(jié)殼與電解質(zhì)層的界面清晰，結(jié)殼比較密實、規(guī)整。鋁液能夠使電解質(zhì)對防滲料的濕潤性得到改善，有利于電解質(zhì)自然滲透到防滲料中，滲透量增多。 利用浸泡法和坩堝法對粘土質(zhì)磚進行了抗?jié)B性研究，利用X射線衍射法對工業(yè)上已經(jīng)使用過的粘土質(zhì)磚進行了分析。結(jié)果表明，粘土質(zhì)耐火磚在高分子比(CR=5.0)的電解質(zhì)中浸泡2h后，質(zhì)量損失率是47.25％，而粘土質(zhì)保溫磚經(jīng)90m

4、in的浸泡后完全溶解在電解質(zhì)里。坩堝法實驗中，耐火磚要比保溫磚的抗?jié)B性能好，但兩種磚都不耐電解質(zhì)滲透。這兩種磚的耐電解質(zhì)侵蝕深度都是隨著時間的延長而加深。工業(yè)電解槽中，滲透到粘土質(zhì)磚的物質(zhì)中含有大量的NaF，粘土質(zhì)磚中的莫來石變成了霞石。 利用雙室電解槽研究了電極極性對滲透性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，陰極室內(nèi)的電解液面變化不明顯，而陽極室的電解液面下降很大，陽極室內(nèi)的電解質(zhì)在電場力的作用下，穿過多孔的中間壁滲透到陰極室。隨著電流密度的增

5、大，陰陽極室的液面差增大。利用EDX分析發(fā)現(xiàn)，滲透到陰極壁中的元素含量要大于陽極壁中的含量。增大電流密度或提高分子比，兩室的液面差增加，而添加劑氟化鎂能夠降低兩室的液面差。研究了鈉的產(chǎn)生途徑，發(fā)現(xiàn)鈉的析出是由化學(xué)反應(yīng)和電化學(xué)反應(yīng)共同作用的結(jié)果，電化學(xué)反應(yīng)引起的滲透要強于化學(xué)反應(yīng)的，并指出了本研究所發(fā)現(xiàn)的鈉滲透機理。在研究電流密度、電解質(zhì)組成對滲透性的影響時發(fā)現(xiàn)：電流密度越大，鈉的滲入量越多；隨著電解質(zhì)的分子比增加，碳陰極中滲透的物質(zhì)也增

6、多，并且以氟化鈉為主；加大氧化鋁的含量使鈉和電解質(zhì)向碳陰極的滲透能力增強；而添加劑氟化鎂能夠減小鈉和電解質(zhì)向陰極的滲透。 研究了鈉和電解質(zhì)對不同石墨含量的陰極碳塊的濕潤性和滲透性的影響。闡明了碳鈉化合物的形成機理。 在實驗條件下，20mass％石墨質(zhì)陰極碳塊在電解質(zhì)中滲透2h后，滲透深度達到了21mm，在非電解情況下其濕潤角是隨著時間的增加而減小，熔滴的壽命是4min30s；而30 mass％石墨質(zhì)陰極碳塊在2h內(nèi)的滲透

7、深度是6mm，濕潤角是98°；75 mass％石墨質(zhì)陰極碳塊在電解質(zhì)中2h內(nèi)的滲透深度是15mm，濕潤角隨著時間的改變而逐漸減小，熔滴最后完全攤散在碳塊上，熔滴壽命是6min10s；完全石墨質(zhì)陰極碳塊的滲透深度是3mm，濕潤角是103.4°。從綜合性能方面考慮，30 mass％石墨質(zhì)陰極碳塊很適合在工業(yè)上推廣使用。 振動成型TiB<,2>復(fù)合層陰極由于TiB<,2>的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和鋁液對其良好的濕潤性，能夠有效的阻止鈉和電解質(zhì)的滲透