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铝电解槽阴极的优化试验研究

作　者: 陈晓洪
导　师: 冯乃祥；李希明
学　校: 东北大学
专　业: 冶金工程
关键词: 铝电解槽阴极内衬槽壳破损变形优化
分类号: TF351
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

铝电解槽是铝电解工业中的核心设备,其性能直接影响着生产指标。电解槽寿命的长短,不仅关系到大修费用、铝的产量和质量,更关系到铝的成本和整个铝企业的效益。本文介绍了铝电解槽的演变的历史及进程。通过对电解槽破损征状的特征及典型槽破损的类型的观察总结,深入对破损原因进行了分析,得出了电解槽破损主要是阴极内衬和槽体破损的结论,并对破损机理作了深入剖析。根据中铝河南分公司1999年投产的85KA电解槽槽壳变形情况的观察,并对近期大修的部分电解槽槽壳变形尺寸进行了测量,据此描述了槽壳变形情况。对85KA电解槽槽壳结构进行了受力分析,并在此基础上,对现有槽壳的大修理提出了修补方案。对中铝河南分公司铝电解槽内衬结构的逐步优化及所取得的良好效果作了介绍。在优化内衬结构中,中铝河南分公司采用了硅酸钙纤维板,干粉防渗料,异型侧部炭块等新型耐火材料,并对TiB2-C一体化复合阴极、氮化硅-碳化硅+碳(Si3N4-SiC+C)复合侧壁等进行了试验,对提高内衬热阻,降低侧壁热阻,取得了良好的效果。根据国内阴极碳素材料产品现状,对阴极内衬筑炉施工工艺进行优化。应用了新型的FR-3Z捣固机和自制研发的覆盖式红外线阴极加热罩,提高了筑炉质量,保证了筑炉施工的稳定性。实践证明,优化的铝电解槽阴极对保证85KA铝电解槽稳定生产,降低电耗,提高电流效率起到了积极的作用。直流电耗下降至13700kWh,电流效率稳定在92.05%。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-12
第1章概论  12-25
  1.1 世界铝冶炼史与中国铝工业  12-13
  1.2 工业铝电解槽结构的演变  13-15
  1.3 大型预焙铝电解槽的出现及其生产特征  15-17
    1.3.1 新世纪伊始大型铝电解槽纷纷涌现  15
    1.3.2 大型铝电解槽的优点  15-17
  1.4 预焙阳极电解槽的构造  17
  1.5 铝电解槽的阴极  17-21
    1.5.1 铝电解槽阴极形式及阴极炭块的分类  18-20
    1.5.2 铝电解槽阴极的现状  20-21
    1.5.3 铝用阴极发展方向  21
  1.6 铝电解槽的寿命及提高铝电解槽寿命的意义  21-24
    1.6.1 铝电解槽的寿命  21
    1.6.2 提高铝电解槽槽寿命的意义  21-22
    1.6.3 中铝河南分公司电解厂电解槽及电解槽的寿命  22-24
  1.7 本课题研究的内容  24-25
第2章河南分公司85KA电解槽破损研究  25-42
  2.1 中铝河南分公司电解槽及其槽寿命  25
  2.2 中铝河南分公司电解槽的寿命统计分析  25-26
  2.3 破损槽的特征及类型  26-31
    2.3.1 破损电解槽的特征  27-29
    2.3.2 破损槽的类型  29-31
    2.3.3 三种典型的因槽破损而发生漏槽  31
  2.4 破损电解槽的干刨解剖实验  31-34
    2.4.1 阴极炭块表面和横断面破损情形  31-33
    2.4.2 破损阴极炭块局部分析  33-34
  2.5 破损原因及机理分析与讨论  34-39
    2.5.1 钠渗透机理  35-36
    2.5.2 碳化铝腐蚀机理  36
    2.5.3 空气渗入使内衬氧化破损  36-37
    2.5.4 电解质渗漏下部耐火砖受熔体侵蚀  37
    2.5.5 电解质渗漏使钢棒熔化  37
    2.5.6 炭块水平裂纹和垂直裂纹产生的机理  37-38
    2.5.7 生产工艺不稳定造成的电解槽破损  38
    2.5.8 阴极炭块特性与阴极寿命关系  38-39
  2.6 结论和建议  39-42
    2.6.1 结论  39-40
    2.6.2 铝电解槽阴极优化的方向  40-42
第3章 85KA铝电解槽槽壳结构的改型研究  42-59
  3.1 绪言  42
  3.2 铝电解槽槽壳结构的应力形式  42-46
    3.2.1 荷重  42
    3.2.2 内衬的膨胀力  42-44
    3.2.3 槽壳本身的热应力  44
    3.2.4 内衬对槽壳施加的压力  44-46
  3.3 河南分公司85KA电解槽槽壳的改型试验  46-47
  3.4 试验结果  47-50
    3.4.1 槽壳变形状况测量  47-48
    3.4.2 槽壳变形受力分析  48-49
    3.4.3 摇篮架变形分析  49-50
    3.4.4 槽壳变形与摇篮架变形的修复  50
  3.5 槽壳应力变形的有限元分析  50-58
    3.5.1 铝电解槽几何模型的建立  50
    3.5.2 有限元分析的计算机软件  50-51
    3.5.3 有限元模型的建立  51-52
    3.5.4 计算结果分析与讨论  52-58
  3.6 结论  58-59
第4章优化铝电解槽阴极内衬材料内衬结构的研究  59-83
  4.1 绪言  59-68
    4.1.1 阴极内衬结构及作用  59-60
    4.1.2 铝电解槽底部阴极炭块在两种内衬模式下的典型变形形式  60-61
    4.1.3 炭阴极底块变形分析  61-63
    4.1.4 铝电解槽阴极内衬的优化、结构的优化的方向及其理论问题  63-68
  4.2 铝电解槽内衬材料及内衬结构的优化  68-75
    4.2.1 在铝电解内衬中使用硅酸钙纤维板  69
    4.2.2 在槽底铺设干式防渗料  69-70
    4.2.3 在铝电解槽阴极上使用TiB_2材料  70-74
    4.2.4 在铝电解槽中使用Si_3N_4结合SiC侧砖  74-75
  4.3 铝电解上使用可湿润性阴极的研究开发与工业试验  75-80
    4.3.1 新型铝电解可湿润性阴极的技术要求  76-78
    4.3.2 铝电解可湿润性阴极研制与工业试验  78-80
  4.4 效果分析  80-81
    4.4.1 防渗料使用的效果分析  80
    4.4.2 TiB_2-C复合阴极使用效果分析  80
    4.4.3 Si_3N_4-SiC砖使用效果分析  80-81
  4.5 结论  81-83
第5章优化筑炉与电解槽焙烧启动技术的研究  83-96
  5.1 铝电解槽筑炉施工工艺的改进  83-84
  5.2 改进筑炉工器械  84-85
  5.3 对半石墨质冷捣糊的施工温度进行有效控制  85-87
  5.4 对筑炉施工流程进行合理优化  87-88
  5.5 85KA铝电解槽焙烧启动技术的改进  88-93
    5.5.1 铝电解槽的焙烧  88-89
    5.5.2 铝液焙烧方法的改进  89-92
    5.5.3 电解槽的启动技术的改进  92-93
  5.6 改进电解槽初期管理方法  93-94
  5.7 结论  94-96
第6章结论  96-98
参考文献  98-101
致谢  101-102
作者简介  102

铝电解槽阴极的优化试验研究

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