+86-13805316387
Катодный блок: «Сердце» и основа алюминиевой электролитической ячейки.
2026-01-22
Катодные блоки, в частности, основные углеродные материалы, используемые в алюминиевой электролитической промышленности для создания катодной системы электролитических ячеек, являются не только электродами, через которые протекает ток, но и футеровкой контейнера, в котором находится высокотемпературный расплавленный алюминий. Они напрямую определяют срок службы, энергопотребление и эксплуатационную стабильность электролитической ячейки и считаются «сердцем» алюминиевой электролитической ячейки.
-Ключевые компоненты и производственные процессы
Катодный блок изготовлен не из чистого графита, а из антрацита, металлургического кокса, фрагментов графита и других заполнителей с использованием каменноугольной смолы в качестве связующего вещества, посредством ряда процессов углеродирования.
1.Сырье и состав: Основным сырьем является высококачественный антрацитовый уголь, обожженный при высоких температурах, характеризующийся низким содержанием золы, высокой механической прочностью и хорошей термической стабильностью. Для улучшения электропроводности и устойчивости к коррозии натрием обычно добавляют определенную долю искусственного графита или фрагментов графита.
2.Формование и обжиг: Смешанные материалы формуются в заготовки методом вибрационного формования или экструзионного формования, а затем подвергаются процессу обжига. Это ключевой процесс, в результате которого связующее вещество коксуется и образует твердый углеродистый каркас.
3.Обработка и сборка: Обожженные углеродные блоки подвергаются прецизионной механической обработке для обеспечения точности размеров во время сборки. Внутри электролитической ячейки несколько катодных углеродных блоков соединяются межуглеродными швами (закрепленными катодной пастой), образуя цельный катодный слой. Под ним обычно укладывается огнеупорный изоляционный материал.
4.Тенденция графитизации: Все более широко используются высокоэффективные полностью графитизированные или частично графитизированные катодные углеродные блоки. Благодаря обработке графитизацией при более высоких температурах внутренняя часть углеродного блока преобразуется в кристаллическую структуру графита, что значительно улучшает электрическую и тепловую проводимость, повышает коррозионную стойкость и эффективно снижает падение напряжения в электролитической ячейке.
- Ключевые слова: Основные функции и особенности
1.Проводящий катод: являясь ключевым звеном в контуре тока, его проводимость напрямую влияет на потребление энергии.
2.Устойчивость к высокотемпературной эрозии расплавом: материал должен выдерживать длительное воздействие истирания и проникновения высокотемпературного криолито-глиноземного расплавленного солевого электролита и расплавленного алюминия.
3.Устойчивость к коррозии натрием: Металлический натрий, образующийся в процессе электролиза, может проникать в угольный блок, вызывая его расширение и растрескивание, что является основной причиной преждевременного повреждения катода. Показатель устойчивости катодного блока к расширению натрием является ключевым показателем качества.
4.Превосходная термическая стабильность: он выдерживает огромные термические нагрузки во время запуска и работы электролитической ячейки и предотвращает растрескивание.
5.Достаточная механическая прочность: способность выдерживать внутренние напряжения, возникающие при монтаже, термические напряжения и расширение материала.
-Основные типы (классифицированные по материалу)
1.Антрацитовые катодные угольные блоки: традиционный тип с более низкой стоимостью, но относительно низкой проводимостью и коррозионной стойкостью.
2.Полуграфитовые катодные углеродные блоки: Они изготавливаются путем добавления графита в заполнитель. Их свойства находятся между свойствами антрацитовых и графитовых материалов, и в настоящее время они являются основным продуктом.
3.Графитовый катодный углеродный блок: В качестве заполнителя используется в основном искусственный графит, обладающий превосходными характеристиками и значительным энергосберегающим эффектом.
4.Полностью графитизированный катодный углеродный блок: После графитизации он обладает наилучшей электропроводностью, теплопроводностью и коррозионной стойкостью. Это ключевой материал для создания электролизеров со сверхнизким энергопотреблением, но он имеет самую высокую стоимость.
-Проблемы и механизмы повреждения
1.Эрозия и расширение под действием натрия: проникновение натрия в углеродную решетку вызывает напряжение расширения, которое является основной причиной повреждений.
2.Проникновение электролита/расплавленного алюминия и эрозия: расплав проникает вдоль пор, ускоряя разрушение материала.
3.Повреждения, вызванные механическим напряжением: трещины возникают в результате совокупного воздействия термического напряжения, напряжения расширения натрия и т. д.
4.Повреждения при запуске: Большой температурный градиент на ранних стадиях запуска способствует легкому образованию трещин, вызванных термическим ударом.
-Подведем итоги
Катодные блоки являются краеугольным материалом в алюминиевой электролитической промышленности, и их технологическое развитие напрямую связано с энергопотреблением и эффективностью производства алюминия. От традиционных катодов на основе антрацита до высокоэффективных графитизированных катодов путь модернизации явно указывает на высокую эффективность, энергосбережение и длительный срок службы. В условиях растущей актуальности глобальных требований к сокращению выбросов углерода, внедрение высокоэффективных катодных блоков для снижения энергопотребления на тонну алюминия стало одним из ключевых аспектов модернизации электролитической технологии производства алюминия. В будущем высокопроводящие, высококоррозионностойкие и недорогие композитные катодные материалы останутся ключевым направлением исследований и разработок.
