预焙铝电解槽寿命影响因素分析研究

发布时间：2023-01-08 18:48

　　现代大型预焙铝电解槽的使用寿命是铝电解生产技术经济水平的重要综合标志之一。电解槽使用寿命的长短,直接关系着生产企业的经济效益和环境效益。本文在大量文献资料、实地调研、结合已有研究工作成果与生产实践数据,较为全面地探讨了影响铝电解槽寿命的因素和应对措施,主要研究工作如下:⑴通过对预焙电解槽发生的破损现象的系统分析,总结出电解槽发生破损的表现形式。分析研究了引起电解槽破损的相关因素。⑵针对电解槽的不同破损形式,分析讨论了其破损机理,引起电解槽破损的主要原因是钠、电解质、铝液对碳素阴极的渗透引起的应力膨胀。其次,电解槽存在物理场引起的熔体剧烈流动加剧了电解槽内衬材料的磨损,同时熔体中钠离子、铝离子的放电构成了电化学腐蚀。以及焙烧过程中电解条件的变化对内衬的热冲击也是引起电解槽早期破损的重要原因之一。⑶在系统的研究了铝电解槽破损的五大因素基础上,从电解槽结构设计、筑炉材料、焙烧启动方法、生产运行技术参数选择及管理、新材料应用等方面,论述了提高电解槽槽龄的技术方案。⑷研究和生产实践证明铝电解槽侧壁用Si3N4-SiC材料代替普通碳质材料侧壁,电解槽侧部散热效果较为明显;采用TiB2材料阴极涂层可... 

【文章页数】：95 页

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摘要
Abstract
1 文献综述
    1.1 铝电解技术概述
        1.1.1 铝工业概况
        1.1.2 铝工业发展历程
        1.1.3 铝工业发展现状及存在问题
    1.2 铝电解槽结构
        1.2.1 预焙阳极电解槽结构
        1.2.2 预焙铝电解槽的使用寿命
    1.3 陕西有色榆林新材料有限责任公司情况介绍
        1.3.1 公司基本情况介绍
        1.3.2 榆林新材料电解槽简介
    1.4 课题研究内容、目的及意义
        1.4.1 研究目的和内容
        1.4.2 课题研究意义
2 预焙铝电解槽破损形式及分析机理
    2.1 内衬破损形式
        2.1.1 阴极炭块隆起、上台
        2.1.2 阴极炭块产生剥层、裂纹、冲蚀坑
        2.1.3 耐火层与保温层间形成灰白层物质
        2.1.4 阴极钢棒严重熔化
        2.1.5 捣固糊脱落、分层，侧部炭块经磨损引起渗漏
        2.1.6 槽壳变形
    2.2 破损机理分析
        2.2.0 电解槽内衬破损原因的研究
        2.2.1 金属钠与熔盐的渗透
        2.2.2 物理场作用下的机械磨损
        2.2.3 电化学发应腐蚀
        2.2.4 热冲击
3 影响因素分析
    3.1 设计因素
        3.1.1 物理场的设计
        3.1.2 槽壳的优化设计
    3.2 筑炉因素
        3.2.1 粘结糊料
        3.2.2 保温材料和耐火材料
    3.3 炭素质量
        3.3.1 预焙阳极炭块
        3.3.2 阴极炭块
        3.3.3 侧部炭块
    3.4 焙烧启动因素
        3.4.1 焙烧方法的分类及各自特点
        3.4.2 焙烧工艺方法对槽衬材料的影响
        3.4.3 启动工艺方法分类及特点
    3.5 电解槽运行管理因素
        3.5.1 工艺技术条件与电解生产的关系
        3.5.2 各项工艺技术条件的控制管理
4 延长铝电解槽使用寿命措施
    4.1 改善内衬材料
        4.1.1 氮化硅结合碳化硅材料的研究进展
        4.1.2 侧壁炭块应用碳化硅结合氮化硅材料
        4.1.3 氮化硅结合碳化硅材料的制备工艺
    4.2 TiB_2涂层技术在电解槽上的应用
        4.2.1 硼化钛材料概况
        4.2.2 硼化钛涂层的制备及应用
    4.3 电解槽焙烧启动制度
        4.3.1 严格焙烧启动工艺
        4.3.2 优化焙烧工艺过程
    4.4 提高阳极炭素质量
        4.4.1 提高原料的质量及优化配方
        4.4.2 改善炭素生产工艺
        4.4.3 新设备、新技术的应用
    4.5 槽壳的优化设计
        4.5.1 槽壳变形与应力计算
        4.5.2 优化摇篮式槽壳结构
5 结论
致谢
参考文献
附录：硕士期间所发表的论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]氮化硅结合碳化硅材料的特性及应用范围[J]. 侯撑选.  陶瓷. 2014(08)
[2]铝电解用新型等离子喷涂制备TiB2基惰性阴极的研究进展[J]. 王有维,谢刚,于站良,彭如振,刘龙.  热加工工艺. 2014(14)
[3]电解槽寿命的影响因素[J]. 边韩国.  中国有色金属. 2014(08)
[4]高效低耗长寿命铝电解槽的综合技术开发与应用[J]. 赵群,田永,谢刚.  云南冶金. 2013(06)
[5]铝电解槽燃气焙烧过程中出现的问题及其控制措施[J]. 刘民章,李贤.  有色冶金节能. 2013(06)
[6]铝电解槽燃气焙烧二次启动实践与分析[J]. 马耀奎.  有色冶金节能. 2013(06)
[7]浅谈大型铝电解槽生产管理[J]. 宋日进.  甘肃冶金. 2013(04)
[8]快速建立炉膛技术在180 kA铝电解槽上的应用[J]. 高连山.  甘肃冶金. 2013(03)
[9]碳化硅结合氮化硅制品的发展现状[J]. 滕莹雪.  科技资讯. 2013(12)
[10]碳化硅和氮化硅在熔融铝硅合金中的腐蚀研究[J]. 邹世轩,李风,张仁元.  广东工业大学学报. 2013(01)

硕士论文
[1]350KA铝电解槽焙烧过程控制研究[D]. 范康平.北方工业大学 2013
[2]浮选法分离铝电解废旧阴极中的碳和电解质的工艺研究[D]. 李楠.昆明理工大学 2013
[3]铝电解槽内熔体涡运动与氧化铝输运过程的数值模拟研究[D]. 张翮辉.中南大学 2012
[4]现代铝用预焙阳极焙烧工艺研究与应用[D]. 孙金国.湖南大学 2011
[5]碱酸法处理铝电解废旧阴极的研究[D]. 李伟.东北大学 2009
[6]GL190kA预焙铝电解槽槽寿命问题研究[D]. 孙志宏.中南大学 2005



本文编号：3728995