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1铝电解用炭素阳极1

1.1铝的生产1

1.1.1概述1

1.1.2拜耳法1

1.1.3霍尔-埃鲁特法2

1.2阳极原材料5

1.2.1概述5

1.2.2骨料石油焦5

1.2.3煤沥青黏结剂7

1.3阳极生产工艺9

1.3.1概述9

1.3.2阳极糊的生产10

1.3.3阳极糊成型12

1.3.4阳极焙烧13

1.3.5阳极组装16

1.4铝的生产和阳极消耗18

1.4.1概述18

1.4.2阳极的电化学消耗19

1.4.3阳极的化学消耗20

1.4.4阳极的物理消耗21

1.4.5阳极总消耗22

1.4.6阳极消耗的财务分析24

2阳极特性描述27

2.1取样与测试27

2.2阳极的微观结构28

2.2.1微晶结构和光学结构的检测28

2.2.2孔隙度32

2.3物理和化学性能34

2.3.1体积密度34

2.3.2比电阻34

2.3.3抗弯强度35

2.3.4抗压强度37

2.3.5静态弹性模量37

2.3.6动态弹性模量38

2.3.7断裂能40

2.3.8热膨胀42

2.3.9热传导性42

2.3.10二甲苯密度44

2.3.11气体渗透性45

2.3.12CO2反应性45

2.3.13空气反应性47

2.4原材料质量对阳极性能的影响48

2.4.1焦炭用于实验室级规模电极的评价48

2.4.2混合优化实验51

2.5阳极制造工艺参数对阳极性能的影响55

2.5.1中间实验电极工艺的优化55

2.5.2阳极配方和工艺参数的影响56

2.5.3最终焙烧温度的影响60

2.5.4优化参数的选择61

3断裂力学64

3.1脆性固体的断裂行为基础64

3.2动力学研究65

3.2.1缺陷的应力集中效应65

3.2.2Griffith的能量平衡研究65

3.2.3线性弹性行为：能量的释放速率67

3.2.4非线性弹性行为：J线积分68

3.2.5非线性非弹性行为：不稳定性和R曲线70

3.3应力强度研究71

3.3.1Irwin的分析方法71

3.3.2裂纹顶点开口移位72

3.4增韧机理74

3.4.1裂纹偏离和弯曲74

3.4.2微裂纹75

3.4.3弥合裂纹76

3.5断裂参数的实际测定76

3.6断裂实验数据的统计解释77

3.6.1缺陷尺寸对材料强度的影响77

3.6.2Weibull分布函数的理论与应用78

4热冲击特性84

4.1热应力的起因：热力学研究84

4.2Kingery的热弹性模型86

4.3Hasselman的动力学研究88

4.4阳极的抗热震性91

4.4.1电解槽内阳极抗热震性基础91

4.4.2抗热震性指标的概念93

4.4.3阳极抗热震性因子TSR的物理推导94

4.4.4TSR的实际测定96

5阳极裂纹101

5.1裂纹的构成类型101

5.1.1角裂纹101

5.1.2纵裂102

5.1.3横裂103

5.1.4热冲击的影响103

5.2生阳极生产造成的裂纹103

5.2.1干骨料的制备与混捏103

5.2.2成型105

5.2.3冷却106

5.3由焙烧工艺造成的裂纹107

5.3.1阶段1：应力的释放107

5.3.2阶段2：沥青脱挥发作用108

5.3.3焙烧终温110

5.4因导杆和钢梁设计导致的裂纹111

5.4.1阳极的几何形状111

5.4.2组装的参数112

5.4.3钢梁的热膨胀116

5.5由热冲击导致的裂纹118

5.5.1电解质与阳极之间的温度差118

5.5.2由于磁效应和对流效应引起铝液和电解液的运动119

5.5.3浸入深度和阳极的尺寸121

6结论与展望122

6.1主要研究目的122

6.2未来发展趋势123

6.3改善阳极抗热震性的方法123

附录125

附录1计算125

附录1.1在钢爪上的弯曲应力125

附录1.2钢爪孔周围的张应力126

附录1.3钢爪孔之间的张应力128

附录1.4影响抗热震性的因素130

附录2在全世界范围内对热震性研究的结果135

附录2.1冶炼厂A：1号样和2号样135

附录2.2冶炼厂B：3号样和4号样135

附录2.3冶炼厂C：5号样和6号样136

附录2.4冶炼厂D：7号样136

附录2.5冶炼厂E：8号样137

附录2.6冶炼厂F：9号样137

附录2.7冶炼厂G：10号样137

附录2.8冶炼厂H138

附录2.9数据表139

参考文献149