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《中南大学》 2003年
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铝电解用惰性可润湿性TiB_2复合阴极涂层的研制与工业应用

李庆余  
【摘要】:为了克服我国预焙铝电解槽槽寿命过短的严重弊端,并且发展新型铝电解槽用惰性可润湿性阴极材料,本文在广泛的文献调查和前人工作基础上,对TiB_2复合阴极涂层材料和技术进行了深入的研究。 (1)对TiB_2粉末原料的性质和TiB_2阴极涂层的性能进行了较为全面的研究。选出了较佳的TiB_2粉末原料;确定了TiB_2阴极涂层加热固化、炭化变温升温制度;探讨了TiB_2阴极涂层电阻率随温度变化的规律,并发现TiB_2阴极涂层能使基体阴极炭块的电阻率在一定的程度上变小;研究了涂层中的TiB_2含量对的涂层电阻率、抗钠渗透性及与铝液的润湿性的影响。 提出了用数值简明扼要表征铝电解用阴极材料抗钠渗透性的思路;建立起了钠渗透数学模型:In(ΔL)/L)=Ina-(b/t),寻找到了数字化表征阴极材料抗钠渗透性的因子,即a和Q(=a/b),并用众多的实验数据验证了可用a、Q表征阴极材料抗钠渗透性。 (2)探讨了TiB_2阴极涂层的增强机理。研究了涂层中碳纤维的含量,碳纤维表面氧化处理方法、碳纤维表面含氧基团的多少,呋喃树脂粘均分子量的大小等与TiB_2阴极涂层的抗拉强度、粘结强度等性能的关系。对TiB_2阴极涂层材料进行了进一步的优化。研究了液相法氧化处理碳纤维表面的工艺。 (3)在实验室内,检测了优化后的TiB_2阴极涂层材料的性能,结果表明,各项性能指标均达到或超过GB8744-88对铝电解用半石墨 博士学位论文。摘要 阴极炭块的要求;模拟了工业涂层阴极层焦粒焙烧和电解过程,焦粒 焙烧炭化后的涂层不开裂、不分层,电解12小时后涂层阴极同样完 整、完好。 将TIB:阴极涂层技术在160kA大型预焙槽进行了应用,并考核了 涂层槽的指标,结果显示,焙烧启动后,TIB:阴极涂层不脱落,涂层 槽的工作状态良好,炉膛规整,炉底干净,电流分布均匀;与对比槽比 较,阴极内衬对钠的吸收减少,钠渗透速率减缓,炉底压降降低(平 均降低39mv),电流效率提高(平均提高0.41%);涂层的寿命为38个 月。 (4)提出了常温固化TIB:阴极涂层的概念;研制了常温固化TIBZ 复合阴极涂层材料,并检测了其性能;分别在160kA和75认预焙槽 上,应用了常温固化TIB:复合阴极涂层技术,并对常温固化涂层槽 进行了考核。应用实践表明,常温固化涂层技术简化了高温固化涂层 施工工艺,节约了高温固化涂层所需加热固化设备的投资,缩短了涂 层施工时间,大大降低应用成本,对TIB:阴极涂层技术的推广应用 起到了促进作用。 常温固化涂层阴极性能显示,其各项性能与高温固化涂层阴极相 当,均超过了GB8744一88对铝电解用半石墨阴极炭块的要求,具备 应用于铝电解生产的基本条件。 对常温固化涂层槽的考核表明,与高温固化涂层槽一样,阴极内 衬对钠的吸收减少,钠渗透速度减缓,从而减小钠膨胀危害,减少了 博士学位论文摘要 铝电解槽早期破损的几率;启动后,常温固化涂层不脱落,同样具有 良好的粘接性能; 与对比槽相比较,常温固化涂层槽正常生产后,阴极表面干净、 光洁,无沉淀或结壳,炉膛规整,阴极、阳极电流分布均匀,炉底压 降降低(平均降低11.smv),电流效率提高(平均提高1.48%);涂层 在电解槽内存在的时间可达到44个月以上;常温固化涂层同样可以 起到改善电解槽工作状态、节能降耗、延长槽寿命的作用。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TF351

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