新型高石墨质铝用阴极制品的研究

摘要

随着铝电解工业的发展，电流越来越大、从180KA到230KA、直到300-350KA，国外甚至达到500KA，电解槽大型化是铝工业发展的必然趋势，电解槽的大型化对铝用阴极的质量要求也就越来越高，对铝用阴极的导电率、强度、孔隙度、真密度、灰份等等指标要求越来越严格，如何优化各项指标，同时又能提高槽寿命是铝用阴极制品的当务之急。 在电解铝工业飞速发展的同时，我国的铝用炭素工业也取得了较大的进步，主体生产企业的技术装备水平已达到或接近国际先进水平，但铝用阴极制品工业也面临着发展中的新问题，主要体现在三个方面：首先，国内在铝用阴极制品的研究方面跟不上铝工业发展的步伐；其次，国内阴极制品的电阻率、真密度、抗钠侵蚀性能、抗热震性、气孔率、抗压强度、电解膨胀率和国外先进阴极制品相比还存在差距；最后，电解槽寿命与国外先进水平比差距较大，我国的平均槽寿命为1000-1200天，而国外的先进水平在3000天左右。针对国际上先进的铝用阴极制品的指标，特别是法国沙瓦公司的牌号为HC3、HC5、HC10及G和K系列产品的先进理化指标、实际的使用效果和较高的槽寿命，从中受到启示，公司从2004年开始进行高石墨质铝用阴极制品的研究，本课题就来源于此次高石墨质铝用阴极制品的开发项目。 因为石墨在导电、灰份、真密度及晶体结构等方面卓越的性能，给阴极制品工业很大的启示，开发高石墨质、全石墨质、甚至石墨化阴极制品就成为铝电解工业的一种趋势。本科题2004年5月开始在我公司进行研究，首先进行的是理论研究、文献查新、实验室研究、确定实验用配方三个GS-5-1、GS-5-2、GS-5-3，然后进行了工艺适应性研究、工业性实验，通过长达2年的研究，在我公司现有的实验设备(容重试验设备、抗钠分析设备等)，并在现有生产设备：能煅烧到2000℃左右的电气煅烧炉；破碎及筛分设备；2400升混捏锅；凉料机；带真空脱气的3000T立捣卧压成型机； 32室带盖环式焙烧炉；加工锯床、铣床进行工业实验，试制的三个配方产品平均检测理化指标达到灰份3.17％、真密度2.04g/cm<'3>、体积密度1.58g/cm<'3>、气孔率20.06％、抗压强度27.82Mpa电阻率22.8 μΩ m电解膨胀率0.52％，全面完成研制目标要求。 通过研究发现，在我公司炭素厂现有的工艺流程及设备基础上，采用改质沥青调质技术，可以提高析焦率和改善制品性能；雾化水直接冷却凉料调控技术，可以使凉料更为均匀，更适宜于成型；超高温煅烧技术，可以降低煅后煤的比电阻；超高温焙烧技术，可以改善制品的电阻率理化指标。在不作半石墨化和石墨化工艺处理的条件下，进行GS-5高石墨质阴极炭块的研制，产品性能指标达到国外同类产品HC5的水平。同时在电解槽上试用，取得了较好的效果，不论是电流效率和槽先期破损状况与BSL-1(半石墨质炭块)相比都有较大程度的改观。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1国际铝工业发展现状

1.2我国铝电解工业现状

1.2.1我国铝电解工业主要存在问题

1.2.2我国铝工业的发展对铝用阴极炭素材料的要求

1.3铝用炭素材料简述

1.3.1铝用阴极制品发展现状

1.3.2阴极炭块的发展方向

1.3.3国内相关产品及技术特点

1.4国内外研究相关工作

1.5本课题研究内容

1.6研究方法

1.7小结

第二章实验原理与方法

2.1铝用阴极制品生产工艺概述

2.2阴极配方简述

2.2.1配方的定义及内容

2.3炭素原料组成的理论基础

2.3.1各组分的体积比对材料结构和性能的影响

2.3.2粉末分散度对制品性能的影响

2.3.3颗粒形状对制品性能的影响

2.4骨料最大粒度的确定和最紧密堆积

2.4.1骨料的最大粒度的确定

2.4.2骨料最紧密堆积

2.5粘结剂用量及软化点的确定

2.5.1粘结剂用量对制品体积密度的影响

2.5.2粘结剂用量极值与制品性质

2.5.3粘结剂用量的确定

2.5.4粘结剂软化点的确定

2.6工艺过程理论基础

2.6.1煅烧

2.6.2混捏

2.6.3成型

2.6.4焙烧

2.7小结

第三章实验室试验

3.1、研制GS-5炭素原料的选择

3.1.1原料选择原则：

3.2、研制新配方

3.2.1、最大骨料粒径的确定

3.2.2、原料品种及粒级的比例研究

3.2.3、粘结剂及用量的研究

3.3工艺试验

3.3.1工艺实验研究

3.4、小结

第四章工业试验及结果讨论与分析

4.1原材料标准：

4.2工业性试验配方：

4.3工艺条件

4.3.1煅烧工艺条件：

4.3.2粘结剂处理工序

4.3.3混捏工艺条件：

4.3.4凉料/成型工艺条件：

4.3.5焙烧工艺技术条件：

4.3.6加工工序：

4.4试验结果

4.4.1GS-5的理化指标结果

4.4.2不同焙烧温度下炭块的比电阻检测结果

4.4.3GS-5抗钠侵蚀性分析结果

4.4.4GS-5应用结果

4.5讨论与分析

第五章结论

参考文献

致谢