炭素加工技术-铝用炭素生产-低电阻率炭阳极生产-滕瑜案例名称低.DOC

炭素加工技术-铝用炭素生产-低电阻率炭阳极生产-滕瑜 案例名称 低电阻率炭阳极生产 案例说明 本案例适合中职、高职、职业本科等院校炭素加工技术专业，在炭素阳极生产、石墨电极生产或相似的综合性课程教学中使用，也适合在炭素煅烧工、焙烧工等工种的职工培训中使用。 案例背景 某炭素生产企业，产品种类众多，包括铝电解用炭素阳极、阴极、石墨电极、石墨坩埚、阳极糊、阴极糊等。其中铝电解用预焙阳极的产量占总产品量的80%以上，并可根据用户需求制备不同形状和质量指标的产品。炭阳极作为铝电解槽的心脏，其质量和工作状况对铝电解生产是否正常及电解能耗、铝品位等经济技术指标影响巨大。在电解槽中，阳极的电阻率增大，导致阳极电压降升高，电解消耗也随之增大。而实际生产中电阻率往往波动比较大，给阳极质量造成不稳定因素，进而影响在电解槽中的高效节能使用。 案例所涉及的知识点 铝电解生产对炭素阳极材料提出的要求 炭阳极生产原料及质量要求 案例所涉及的技能点 炭阳极生产工艺及操作 案例工作任务的分解 生产工艺路线、原料选取、性能指标测定及工艺调整方案。 教学目标 （1）掌握炭素阳极的生产工艺流程及其各个工序的关键点； （2）掌握影响材料电阻率的因素； （3）综合考虑原料、设备，选择合理的工艺路线； （4）全面复习所学知识，并将知识转化为能力。 案例建议的教学时间 4学时 案例的操作演示 现场调研、问题讨论、点评、案例分析、讲授、课堂练习、课后作业。 案例点评 案例教学可实现现场案例与所学理论知识的有机结合，将书本知识转化为现实工作能力，培养了学生的分析问题、解决问题的能力。本案例可迁移为其他品种炭素材料加工技术学习，学生通过本案例学习，具有生产高质量炭素阳极的能力。 低电阻率炭阳极生产 1.背景介绍 某炭素生产企业，产品种类众多，包括铝电解用炭素阳极、阴极、石墨电极、石墨坩埚、阳极糊、阴极糊等。其中铝电解用预焙阳极的产量占总产品量的80%以上，并可根据用户需求制备不同形状和质量指标的产品。炭阳极作为铝电解槽的心脏，其质量和工作状况对铝电解生产是否正常及电解能耗、铝品位等经济技术指标影响巨大。在电解槽中，阳极的电阻率增大，导致阳极电压降升高，电解消耗也随之增大。而实际生产中电阻率往往波动比较大，给阳极质量造成不稳定因素，进而影响在电解槽中的高效节能使用。 2.主要内容 2.1预焙阳极的用途和要求 预焙阳极是以石油焦、沥青焦为骨料，煤沥青为黏结剂制造而成，用作预焙铝电解槽作阳极材料。这种炭块已经过焙烧，具有稳定的几何形状，所以也称预焙阳极炭块，习惯上又称为铝电解用炭阳极。 预焙阳极电解槽和阳极炭块几乎与现代炼铝方法同时诞生。1880年，美国的霍尔（Hall）和法国的埃鲁(Heroult)同时提出冰晶石-氧化铝溶解炼铝法。1888年，美国匹兹堡电解厂把这种炼铝方法应用于工业生产，建成了世界上最早的预焙阳极电解槽，所用阳极炭块以木炭作为原料，采用模压法生产，单个阳极横截面积只有8～10cm2，其质量指示也比较落后。之后，瑞士、法国、英国、德国等几个国家都使用了类似的预焙阳极，用电解法生产铝。 预焙炭阳极通常安装在电解槽上部，强大的直流电流60-300kA通过炭阳极，导入电解液。炭阳极的电阻率为50-70 μΩ·m，加上导杆与接点电阻，正常铝电解生产时，消耗的炭阳极上的电压降为300-500mV，占电解槽电压降的10％-15％。在炭阳极底部接触熔融电解液的部位，发生分解氧化铝的复杂电化学反应（阳极反应）。在碳的参与下，阳极最终产物是CO和CO2。铝电解生产中，炭阳极日平均消耗1-2cm 阳极炭块一般为长方体，在其导电方向的上表面有2～4个直径为160～180 mm、深为80～110 mm的圆槽，俗称炭碗。在阳极组装时，炭碗用来安放阳极爪头，通过磷生铁浇注，使阳极导杆与阳极炭块连为一体，组成阳极炭块组。阳极炭块根据电解槽电流的大小和工艺的不同而有不同的尺寸，但通过它的电流密度一般为0.70～0.76 A/cm2，使用周期为20～28天。 铝电解生产对炭素阳极材料提出如下要求： （1）纯度高。铝电解生产中，炭素阳极材料被电解反应逐渐消耗，其中的灰分杂质进入金属铝液中，污染铝的质量。因此，要求炭素阳极材料中的杂质含量越低越好，一般灰分不应大于0.5％。 （2）导电性能良好。在铝电解槽上，炭素阳极参与传导电流，消耗在炭阳极的电压降达0.35～0.5 V，每生产一吨铝消耗在阳极上的电能约1500～2000 kW·h，占铝生产电耗的10％～15％。因此，降低阳极材料的电阻率对降低铝生产成本十分重要。阳极炭块电阻率不应大于60 μΩ.m，阳极糊烧结体电阻率不应大于80 μΩ.m。 （3）足够的机械强度。铝电解槽上阳极重达几十吨，还要承受电、热等的冲击，因此要有足够的机械强度。阳极糊烧结体