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1 铝用炭阳极生产1

1.1 电解铝生产1

1.1.1 简介1

1.1.2 拜耳法生产氧化铝1

1.1.3 霍尔—埃鲁特法电解铝2

1.2 阳极原料4

1.2.1 制造阳极的原料4

1.2.2 石油焦5

1.2.3 煤沥青黏结剂7

1.3 阳极的生产工艺过程8

1.3.1 简介8

1.3.2 生产阳极糊料9

1.3.3 阳极糊料成型12

1.3.4 阳极焙烧13

1.3.5 阳极浇铸16

1.4 电解铝生产和阳极消耗17

1.4.1 简介17

1.4.2 阳极电化学消耗19

1.4.3 阳极化学消耗19

1.4.4 阳极物理消耗21

1.4.5 阳极消耗总量22

1.4.6 经济方面的考虑23

2 阳极描述27

2.1 阳极采样与测试27

2.2 阳极的微观结构28

2.2.1 炭晶体和光学结构测定28

2.2.2 气孔率32

2.3 阳极的理化性能34

2.3.1 体积密度34

2.3.2 比电阻34

2.3.3 抗折强度35

2.3.4 抗压强度37

2.3.5 静态弹性模量38

2.3.6 动态弹性模量39

2.3.7 断裂能40

2.3.8 热膨胀42

2.3.9 热导率43

2.3.10 用二甲苯法测量密度44

2.3.11 气体渗透性45

2.3.12 二氧化碳反应性47

2.3.13 空气反应性48

2.4 原料的质量对阳极性能的影响49

2.4.1 用实验室生产的电极对焦子进行评估49

2.4.2 混合优化实验52

2.5 阳极制造过程参数对阳极性能的影响57

2.5.1 阳极制造过程的优化57

2.5.2 阳极配方和加工参数的影响59

2.5.3 阳极最终焙烧温度的影响63

2.5.4 优化参数的选择64

3 断裂力学66

3.1 脆性材料断裂性能基本知识66

3.2 能量法67

3.2.1 裂纹应力集中的影响67

3.2.2 Griffith能量平衡法68

3.2.3 线弹性特性：能量释放速率70

3.2.4 非线弹性性能：J积分轮廓线71

3.2.5 非弹性特性：不稳定性和R曲线（抗裂纹曲线）72

3.3 应力集中方法73

3.3.1 1rwin的分析方法73

3.3.2 裂纹顶点开口位移76

3.4 增韧机理76

3.4.1 裂纹发生偏转与弯曲77

3.4.2 微裂纹77

3.4.3 裂纹构架（桥键）78

3.5 在实践中测定断裂参数80

3.6 断裂实验数据统计分析80

3.6.1 缺陷大小对材料强度的影响80

3.6.2 韦伯分布函数的原理及应用81

4 抗热冲击性87

4.1 热应力的来源87

4.2 Kingery设计的热弹性模型89

4.3 Hasselman提出的能量法91

4.4 阳极的抗热冲击性96

4.4.1 关于电解槽中阳极抗热冲击的基础知识96

4.4.2 抗热冲击能指标98

4.4.3 物理推导阳极抗热冲击指数TSR99

4.4.4 实践中测定TSR指标101

5 阳极开裂105

5.1 裂纹构造类型105

5.1.1 角部裂纹105

5.1.2 垂直裂纹106

5.1.3 水平裂纹107

5.1.4 热冲击的影响107

5.2 由生阳极制造产生的破裂107

5.2.1 干骨料制备和混捏107

5.2.2 糊料成型109

5.2.3 生块冷却110

5.3 焙烧过程中产生的裂纹111

5.3.1 第一阶段：释放产生的应力111

5.3.2 第二阶段：沥青液化挥发应力释放引起的裂纹112

5.3.3 最终焙烧温度114

5.4 由阳极浇铸和钢爪设计引起的破裂115

5.4.1 阳极的几何形状115

5.4.2 浇铸参数116

5.4.3 钢爪连接架的热膨胀120

5.5 由电解槽热冲击产生的破裂122

5.5.1 电解槽与阳极的温差123

5.5.2 由于磁场效应和对流影响引起金属和电解质运动123

5.5.3 阳极的浸入深度与阳极尺寸125

6 结论与展望127

6.1 两个主要目标127

6.2 未来发展趋势128

6.3 改善阳极抗热冲击性的方法128

附录130

1 计算130

1.1 炭碗上的弯曲应力（见第5章5.4.1节）130

1.2 炭碗周围的张应力（第5章5.4.2节）131

1.3 炭碗之间的张应力（第5章5.4.3节）134

1.4 影响抗热冲击性的因素（TSR）135

2 在全世界范围内对阳极的热冲击性进行调查的结果140

2.1 工厂A：批号1号和批号2号140

2.2 工厂B：批号3号和批号4号141

2.3 工厂C：批号5号和批号6号141

2.4 工厂D：批号7号142

2.5 工厂E：批号8号142

2.6 工厂F：批号9号142

2.7 工厂G：批号7号142

2.8 工厂H143

2.9 数据单145

主题索引155

Subject Index159

参考文献163