炭陽極的裂紋性能

前言

《炭陽極的裂紋性能》一書，包含Markus博士在瑞士蘇黎世聯(lián)邦技術(shù)學(xué)院（ETH）攻讀博士學(xué)位時(shí)，他的博士論文中的研究成果。論文的研究得到了R&D炭素有限責(zé)任公司非金屬材料部主任L.J.Gauckler教授的指導(dǎo)。炭陽極的質(zhì)量對鋁生產(chǎn)有重要的影響。電解過程中炭的消耗量受陽極反應(yīng)及其裂紋性能的影響。在很多出版物中，對空氣和二氧化碳反應(yīng)性現(xiàn)象都已經(jīng)作過大量的報(bào)道。我們已在去年出版的《鋁用炭陽極技術(shù)》一書中對其中大部分內(nèi)容進(jìn)行了總結(jié)，這本書在工業(yè)范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)了大家普遍感興趣的問題，但是對炭陽極斷裂機(jī)理的理解強(qiáng)調(diào)得還不夠。由于大家對這一特殊領(lǐng)域缺乏理解，因此對陽極裂紋這一普遍存在的問題作進(jìn)一步的討論，是本書的出發(fā)點(diǎn)。在Meier's博士的研究基礎(chǔ)上，現(xiàn)在我們對陽極不同的裂紋機(jī)理進(jìn)行區(qū)分已成為可能。同時(shí)他也論證了影響陽極裂紋的因素，也就是原料的質(zhì)量、炭陽極制造過程以及電解槽的條件等。隨著人們對陽極抗熱沖擊指標(biāo)（TSR）的研究，以及在陶瓷工業(yè)中應(yīng)用的靜態(tài)彈性模量（韋伯模量），從而使我們現(xiàn)在了解材料遭到破壞的風(fēng)險(xiǎn)性是可能的。本書總結(jié)的一些研究成果在科學(xué)上和實(shí)踐中具有較高的價(jià)值。在科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用中如何能以最好的方式解決，對于煉鋁業(yè)來說是非常重要的一個(gè)課題，塑造了一個(gè)很好的榜樣。

內(nèi)容概要

本書收錄了當(dāng)代國際先進(jìn)水平的R&D炭素有限公司的技術(shù)資料、國際鋁用炭素技術(shù)和在R&D炭素有限公司從事專題研究的博士論文中的研究成果等。 本書第1章描述了霍爾一埃魯特電解法生產(chǎn)鋁的過程。從生產(chǎn)使用的原料開始，詳細(xì)討論了陽極的生產(chǎn)過程。接著對炭消耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，揭示了它對電解鋁生產(chǎn)成本的影響以及生產(chǎn)高質(zhì)量陽極的重要性。第2章把重點(diǎn)放在陽極理化性能指標(biāo)的測定方面，包括對所有檢測方法進(jìn)行說明，從而說明了陽極性能是如何受原料質(zhì)量以及陽極制造過程影響的。第3章對炭陽極的斷裂力學(xué)問題進(jìn)行了處理，同時(shí)說明了如何應(yīng)用陶瓷業(yè)中研究發(fā)展而來的不同方法進(jìn)行分析。第4章涉及陽極在電解槽中使用時(shí)的抗熱沖擊性問題。第5章對前幾章的研究發(fā)現(xiàn)進(jìn)行了總結(jié)，并且為了對這些理論逐一地加以驗(yàn)證，并在本章將它們應(yīng)用于實(shí)際工廠內(nèi)，討論實(shí)踐中的陽極開裂問題。第6章對未來鋁用預(yù)焙陽極相關(guān)的問題進(jìn)行了探討。

作者簡介

作者:（瑞士）R＆D炭素有限公司　編，李慶義，賈魯寧，劉改云　

書籍目錄

1  鋁用炭陽極生產(chǎn)  1.1  電解鋁生產(chǎn)    1.1.1  簡介    1.1.2  拜耳法生產(chǎn)氧化鋁    1.1.3  霍爾－埃魯特法電解鋁  1.2  陽極原料    1.2.1  制造陽極的原料    1.2.2  石油焦    1.2.3  煤瀝青黏結(jié)劑  1.3  陽極的生產(chǎn)工藝過程    1.3.1  簡介    1.3.2  生產(chǎn)陽極糊料    1.3.3  陽極糊料成型    1.3.4  陽極焙燒    1.3.5  陽極澆鑄  1.4  電解鋁生產(chǎn)和陽極消耗    1.4.1  簡介    1.4.2  陽極電化學(xué)消耗    1.4.3  陽極化學(xué)消耗    1.4.4  陽極物理消耗    1.4.5  陽極消耗總量    1.4.6  經(jīng)濟(jì)方面的考慮2  陽極描述  2.1  陽極采樣與測試  2.2  陽極的微觀結(jié)構(gòu)    2.2.1  炭晶體和光學(xué)結(jié)構(gòu)測定    2.2.2  氣孔率  2.3  陽極的理化性能    2.3.1  體積密度    2.3.2  比電阻    2.3.3  抗折強(qiáng)度    2.3.4  抗壓強(qiáng)度    2.3.5  靜態(tài)彈性模量    2.3.6  動態(tài)彈性模量    2.3.7  斷裂能    2.3.8  熱膨脹    2.3.9  熱導(dǎo)率    2.3.10  用二甲苯法測量密度    2.3.11  氣體滲透性    2.3.12  二氧化碳反應(yīng)性    2.3.13  空氣反應(yīng)性  2.4  原料的質(zhì)量對陽極性能的影響    2.4.1  用實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)的電極對焦子進(jìn)行評估    2.4.2  混合優(yōu)化實(shí)驗(yàn)  2.5  陽極制造過程參數(shù)對陽極性能的影響    2.5.1  陽極制造過程的優(yōu)化    2.5.2  陽極配方和加工參數(shù)的影響    2.5.3  陽極最終焙燒溫度的影響    2.5.4  優(yōu)化參數(shù)的選擇3  斷裂力學(xué)  3.1  脆性材料斷裂性能基本知識  3.2  能量法    3.2.1  裂紋應(yīng)力集中的影響    3.2.2  Grififth能量平衡法    3.2.3  線彈性特性：能量釋放速率    3.2.4  非線彈性性能：J積分輪廓線    3.2.5  非彈性特性：不穩(wěn)定性和R曲線（抗裂紋曲線）    3.3  應(yīng)力集中方法    3.3.1  Irwin的分析方法    3.3.2  裂紋頂點(diǎn)開口位移  3.4  增韌機(jī)理    3.4.1  裂紋發(fā)生偏轉(zhuǎn)與彎曲    3.4.2  微裂紋    3.4.3  裂紋構(gòu)架（橋鍵）  3.5  在實(shí)踐中測定斷裂參數(shù)  3.6  斷裂實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析    3.6.1  缺陷大小對材料強(qiáng)度的影響    3.6.2  韋伯分布函數(shù)的原理及應(yīng)用4  抗熱沖擊性  4.1  熱應(yīng)力的來源  4.2  Kingery設(shè)計(jì)的熱彈性模型  4.3  Hasselman提出的能量法  4.4  陽極的抗熱沖擊性    4.4.1  關(guān)于電解槽中陽極抗熱沖擊的基礎(chǔ)知識    4.4.2  抗熱沖擊能指標(biāo)    4.4.3  物理推導(dǎo)陽極抗熱沖擊指數(shù)TSR    4.4.4  實(shí)踐中測定TSR指標(biāo)5  陽極開裂  5.1  裂紋構(gòu)造類型    5.1.1  角部裂紋    5.1.2  垂直裂紋    5.1.3  水平裂紋    5.1.4  熱沖擊的影響  5.2  由生陽極制造產(chǎn)生的破裂    5.2.1  干骨料制備和混捏    5.2.2  糊料成型    5.2.3  生塊冷卻  5.3  焙燒過程中產(chǎn)生的裂紋    5.3.1  第一階段：釋放產(chǎn)生的應(yīng)力    5.3.2  第二階段：瀝青液化揮發(fā)應(yīng)力釋放引起的裂紋    5.3.3  最終焙燒溫度  5.4  由陽極澆鑄和鋼爪設(shè)計(jì)引起的破裂    5.4.1  陽極的幾何形狀    5.4.2  澆鑄參數(shù)    5.4.3  鋼爪連接架的熱膨脹  5.5  由電解槽熱沖擊產(chǎn)生的破裂    5.5.1  電解槽與陽極的溫差    5.5.2  由于磁場效應(yīng)和對流影響引起金屬和電解質(zhì)運(yùn)動    5.5.3  陽極的浸入深度與陽極尺寸6  結(jié)論與展望  6.1  兩個(gè)主要目標(biāo)  6.2  未來發(fā)展趨勢  6.3  改善陽極抗熱沖擊性的方法附錄  1  計(jì)算    1.1  炭碗上的彎曲應(yīng)力（見第5章5.4.1節(jié)）      1.2  炭碗周圍的張應(yīng)力（第5章5.4.2節(jié)）      1.3  炭碗之間的張應(yīng)力（第5章5.4.3節(jié)）      1.4  影響抗熱沖擊性的因素（TSR）    2  在全世界范圍內(nèi)對陽極的熱沖擊性進(jìn)行調(diào)查的結(jié)果    2.1  工廠A：批號l號和批號2號    2.2  工廠B：批號3號和批號4號    2.3  工廠C：批號5號和批號6號    2.4  工廠D：批號7號    2.5  工廠E：批號8號    2.6  工廠F：批號9號    2.7  工廠G：批號7號    2.8  工廠H    2.9  數(shù)據(jù)單  主題索引  Subject Index參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

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