兩種鋁電解用惰性陽極模型的設(shè)計(jì)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(huì)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(jìn)行兩種惰性陽極模型的設(shè)計(jì)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(dǎo)電、抗熱震、可焊接性能.首先設(shè)計(jì)出一種二維梯度陽極模型并著重對(duì)其進(jìn)行了表面熱應(yīng)力緩和設(shè)計(jì),利用ANSYS有限元分析軟件得到了優(yōu)化設(shè)計(jì)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(yīng)力,分析認(rèn)為高溫下該區(qū)域易產(chǎn)生開裂.為驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果的真實(shí)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(shí)了理論設(shè)計(jì)結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相吻合.針對(duì)第一種二維梯度陽極模

3、型存在的缺陷進(jìn)行改進(jìn),設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)化的梯度陽極模型,整個(gè)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(gè)模型看成是廣義的梯度模型.利用ANSYS有限元分析軟件計(jì)算了在工作溫度下整個(gè)模型的熱應(yīng)力分布,結(jié)果表明,杯狀部位的熱應(yīng)力值較第一種模型有大幅度的降低,但是杯壁