Развитие технологии производства углеродных материалов для электролиза алюминия в Китае. Сравнительная характеристика графитизироваииых и графитовых катодных блоков, страница 10

Рисунок 10 - Зависимость коэффициента термического расширения

от истинной плотности

Рисунок 11 - Зависимость коэффициента термического расширения от механической прочности (среднее значение прочности на сжатие, изгиб и диаметральной прочности)

Коэффициент термического расширения, истинная плотность, электрическое сопротивление и теплопроводность непосредственно связаны со степенью однородности структуры кокса. Блок, выполненный из кокса с более анизотропной структурой имеет более низкое значение коэффициента термического расширения и лучшие электрические и термические свойства, но более низкие механические свойства. Кокс с анизотропной структурой легко графитизируется, тогда как изотропный кокс вследствие его беспорядочной структуры с трудом графитизируется в процессе тепловой обработки. Некоторые поставщики графитизированных блоков стремятся к увеличению сопротивления эрозии за счет использования кокса наполнителя с более изотропной структурой или/и более низкие температуры графитизации. Эти стратегии приводят к значительно более высокому значению коэффициента термического расширения, более низкой истинной плотности и более сильным механическим свойствам, а также, в некоторых случаях, более низким электро- и теплопроводности. Гранулометрический состав наполнителя, содержание пека и другие параметры процесса могут также влиять на свойства блоков. Блоки, выполненные с более крупным гранулометрическим составом наполнителя имеет тенденцию иметь более низкие значения КТР. При оптимальных кривой грансостава наполнителя и параметрах производственного процесса, такие свойства блоков, как электросопротивление и

Сравнение графитизированных и графитовых блоков

Графитизированные блоки имеют более низкое электросопротивление, чем графитовые блоки. Однако значения электросопротивления некоторых графитовых блоков, например, блоков компании Alcan, являются близкими к значениям некоторых графитизированных блоков. Предыдущие исследователи [5, 6] показали, что электросопротивление угольных блоков падает по мере увеличения температуры. Наибольшее снижение электросопротивления наблюдается в аморфных подовых блоках и становится меньше с увеличением содержания графита. Электросопротивление графитизированных блоков немного увеличивается при изменении температуры от 20 до 1000 С, тогда как для графитовых блоков электросопротивление при 1000 °С является меньше, чем при 20 °С (см. рисунок 13). Электросопротивление графитизированных блоков при комнатной температуре составляет половину от электросопротивления графитовых блоков, в то время как при рабочей температуре 950 - 1000 С электросопротивление графитизированных блоков составляет 65 % от электросопротивления графитовых блоков.

чтобы предотвратить потери тепла и образование намерзаний на поверхности катодного блока.

70

й 40

о

Я

g 30

Вариация коэффициента термического расширения графитизированных блоков выше, чем графитовых. Это указывает на то, что это свойство зависит от кокса наполнителя больше, чем от других параметров производства.

Механические свойства графитизированных блоков немного ниже, чем у графитовых. Более высокие механические свойства могут быть благоприятны для сопротивления эрозии блоков. Графит, как известно, является мягким материалом вследствие очень слабых Ван- дер-Ваальсовых связей между слоями [9]. Графитовые блоки, у которых не графитовое связующее, имеют более сильные механические свойства. Это подтверждается несколькими измерениями эрозии в течение работы ванн: типичная средняя скорость эрозии графитовых блоков ванн АР 18 под анодами составляет от 1,2 до 1,8 см/год за первые четыре года, тогда как у графитизированных этот показатель находится в интервале от 2 до 3 см/год [10]. Наблюдения компании Alcan также показали похожие результаты, которые привели к более длительному сроку службы графитовых блоков в сравнении с графитизированными блоками, как упоминалось выше.

В общем, несовместимые требования для свойств катодных блоков не могут быть соблюдены за счет только одного типа материала. Эффективность потребления энергии и срок службы ванны зависят не только от характеристики материала, но также от конструкции и работы ванны. При выборе типа блока одновременно должны рассматриваться стоимость материала, срок службы ванны и производительность.