兩種鋁電解用惰性陽極模型的設計與制備.pdf

1、現(xiàn)在電解鋁生產(chǎn)過程中采用碳素材料作為電解陽極,存在著電能消耗高,優(yōu)質(zhì)碳消耗大,電解過程中會排放出CO<,2>及大量致癌性碳氟化合物CF<,n>等有害氣體產(chǎn)生環(huán)境污染,效率低,生產(chǎn)不穩(wěn)定等問題.因此國內(nèi)外大力開展惰性陽極的研究以取代碳素材料陽極,來解決碳素材料陽極所存在的問題.本文著重進行兩種惰性陽極模型的設計和制備研究,選取NiFe<,2>O<,4>/Cu金屬陶瓷體系作為制備惰性陽極的主要材料,使之兼?zhèn)涮沾闪己玫哪透g、抗氧化性能和金屬

2、良好的導電、抗熱震、可焊接性能.首先設計出一種二維梯度陽極模型并著重對其進行了表面熱應力緩和設計,利用ANSYS有限元分析軟件得到了優(yōu)化設計參數(shù)(梯度層數(shù)n=9,成分指數(shù)p=0.2,錐角θ=45°),但模型電極的局部區(qū)域存在著數(shù)值范圍很大的熱應力,分析認為高溫下該區(qū)域易產(chǎn)生開裂.為驗證計算結(jié)果的真實性,采用離心沉降方法制取坯料、氣氛燒結(jié)致密化的工藝路線制備出一種環(huán)狀梯度樣品,并證實了理論設計結(jié)果與試驗結(jié)果相吻合.針對第一種二維梯度陽極模

3、型存在的缺陷進行改進,設計了一種簡化的梯度陽極模型,整個模型由外部杯狀結(jié)構(gòu)(NiFe<,2>O<,4>+Ni)、芯桿(1Crl2WMoV合金鋼)、中間填充層(NiFe<,2>O<,4>+Cu)三部分組成,由于這三部分的熱膨脹系數(shù)、彈性模量等物性參數(shù)是呈梯度緩慢過渡的,因此可以把這個模型看成是廣義的梯度模型.利用ANSYS有限元分析軟件計算了在工作溫度下整個模型的熱應力分布,結(jié)果表明,杯狀部位的熱應力值較第一種模型有大幅度的降低,但是杯壁