Прогнозирование эксплуатационных качеств материалов в электролизерах, страница 2

№

Для измерения электросопротивления используются стальные измерительные устройства, падение напряжения определяется между нижним и верхним измерителем (разделенных на 60мм), в то время, как только нижний конец образца обеспечивает электрический контакт с электролитом. После каждого измерения падения напряжения, образец заново погружался в электролит (на глубину 80мм).

Механические свойства в зависимости от температуры

Было разработано оборудование для измерения показателя прочности на изгиб или работы разрушения для углеродных материалов при температуре вплоть до 1400°С [4,5]. Оно основывается на трехточечном испытании на изгиб, с точкой нагрузки в середине образца. Выбор трехточечного метода вместо четырехточечного метода выбран по нескольким причинам:

-  стандартные измерения для углерода в соответствии со стандартами ISO, DIN и JIS проводятся с помощью трехточечного испытания на изгиб,

-  проводить это испытание легче,

-  разброс результатов должен быть меньше, так как критическая точка перелома находится в середине, тогда как для четырехточечной схемы, перелом может произойти из-за любого дефекта на нижней поверхности бруска,

-  измерения работы разрушения требует надрезанных брусков, с надрезом в середине образца.

Размер образца составлял 150х30х30мм. Его помещали в графитовый ящик, содержащий графитовый порошок, необходимый для предотвращения окисления образца. Эксперименты выполнялись в атмосфере азота с помощью механического пресса Ада меля Ломарджи. Во время опытов на компьютер записывались кривые нагрузка-смещение.

Выполнялись два вида нагрузок: монотонная нагрузка на цельные бруски для определения прочности на изгиб и циклическая нагрузка на надрезанные бруски для определения работы разрушения.

Использование циклов нагрузка-разгрузка позволило вычислить развитие трещины от надреза (глубиной 15мм) и энергию, необходимую на образование трещины. В компьютерной программе были использованы графические методы, разработанные Райсом и Сакаи. Эти методы были представлены в предшествующих статьях [6, 7]. Они дают соответственно энергию упругой деформации, необходимую для развития трещины (метод Райса), а также энергию упругой деформации и энергию пластической деформации, рассеиваемую в материале (метод Сакаи). Эта последняя составляющая возникает из необратимых механизмов, которые предупреждают закрытие трещины во время разгрузки (например, трещина перекрывается с помощью зерен, трения, осколков и т.д.) или которые связаны с образованием микротрещин. На кривых нагрузка-разгрузка составляющая пластической деформации, связана с остаточным смещением, которое наблюдается во время разгрузки. Общая энергия обозначается R и является суммой Jr (энергии упругой деформации) и фр (энергия пластической деформации).

При монотонной нагрузке скорость крейцкопфа составляет 0.5 мм/мин, а при циклической нагрузке она составляет 0.2 мм/мин с шагом смещения 20мкм между двумя успешными циклами. Во время эксперимента выполняется около 30 циклов.

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИЗУЧАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ

Цель этой статьи сосредоточена на сортах графита, используемых в качестве катодов в электролизерах для получения алюминия. Вообще говоря, графитовые материалы состоят из зерен нефтяного кокса перемешанных с каменноугольным пеком и обожженные примерно при 3000°С. Как и для углеродных материалов, к графитовым блокам может быть применено прессование или вибрация, которые оказывают влияние на ориентацию зерен внутри блока.

Свойства материалов будут рассмотрены в двух направлениях относительно положения блока в ячейке: горизонтальном направлении (длина блока), которое будет обозначено h, и вертикальном направлении, которое будет обозначено v.