Прогнозирование эксплуатационных качеств материалов в электролизерах

АННОТАЦИЯ

ДЛЯ ТОГО чтобы прогнозировать поведение катодных блоков в электролизерах, измерения ^их свойств, на сколько это возможно, должны проводиться в условиях, приближенных к реальным. Были разработаны эксперименты для определения термических, электрических и механических свойств в зависимости от температуры, а также электросопротивления в условиях электролиза.

Определили характеристики различных сортов графитовых блоков путем измерения их электропроводности, электросопротивления, прочности на изгиб, работы разрушения. Изучается изменение этих свойств на интервале температур от комнатной до 1000°С, и эти свойства сравниваются со свойствами углеродных блоков. Значения при 1000°С могут быть использованы для моделирования электролизера.

ВВЕДЕНИЕ

Качество катодного блока является ключевым фактором в производительности электролизеров. Для того чтобы определить свойства катодного блока в настоящее время проводится множество измерений. Большинство из них проводятся при комнатной температуре, хотя известно, что изменение свойств углерода и графита с увеличением температуры происходит по-разному, в зависимости от материала.

В прошлом, для прогнозирования поведения температуры в электролизере было разработано различное оборудование для измерения механических и термических свойств углеродных материалов вплоть до 1000°С [1]. Не так давно, определили изменение электропроводности с увеличением температуры и во время электролиза в лабораторной ячейке.

Так как графитовые материалы становятся все более и более используемыми в качестве катодных блоков в электролизерах с большой силой протекающего тока, важно знать их свойства в условиях, максимально приближенных к условиям в электролизере. Это необходимо как для выбора наилучшего материала, так и для моделирования электролизера, где данные, принимаемые в расчет, имеют огромное значение.

Определили характеристики нескольких сортов графита при 1000°С, а их свойства сравниваются со стандартным углеродным материалом.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Зависимость термических и электрических свойств от температуры

Оборудование было уже представлено ранее [1,2]. Оно основано на методе Kohlrausch, который позволяет определить как теплопроводность, так и электросопротивление у крупных электропроводных образцов.

Цилиндрические образцы нагреваются, благодаря эффекту Джоуля, вызванного прямым прохождением электрического тока через образец. Так как концы образца охлаждаются, то возникает тепловой поток. Предполагая что:

-  тепловой поток является стационарным,

-  тепловой поток имеет место только в осевом направлении (в продольном направлении),

можно записать математическое уравнение, основанное на законе Фурье, которое следует решить:

д\ дк

где /-. - теплопроводность в продольном направлении, (W/m/K);

Т - температура, °С;

q(T) - количество тепла на единицу объема и за единицу времени, (W/m³).