陽極炭塊主要裂紋形態及原因分析

明裂紋和暗裂紋是怎麼一回事

炭陽極裂紋問題是影響到炭陽極成品率，影響到陽極廠經濟效益，也影響到炭陽極在電解槽上的應用效果，進而影響到鋁廠經濟效益的重大技術問題。它是炭陽極的空氣氧化反應性、CO

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反應性和裂紋這三大損害中技術面影響最為複雜的一個問題。三大損害都使陽極掉渣、掉塊、過量消耗，並使電解槽發熱，影響鋁廠經濟效益。其中陽極裂紋，用肉眼可以看出，成為影響成品率的主要問題。在電解槽上應用，裂紋擴充套件引起的掉塊，陽極斷層甚至可以造成電解槽重大事故。

一般來說，陽極裂紋是其結構內部連線斷裂的最後形態。斷裂面的擴充套件引起裂紋。不同的陽極裂紋形態概述見表。引起裂紋擴充套件既有陽極製造工藝原因，也有陽極組裝和電解槽操作條件引起的。對裂紋的形態分析，從應力的起源處開始，因此解決裂紋問題也從應力分析入手。

注：1。影響裂紋的程度從大到小依次為+++，++，+；2。配方包括骨料細度的變化

引起陽極裂紋的一系列因素，有些是相互獨立的，有些是相互關聯的。上表展示裂紋的不同形態和每個重要的影響因素。為了區分裂紋產生的原因，必須要進行控制和分析。

1、角部裂紋

陽極上電解槽後，有時出現陽極角部裂紋。這意味著陽極角部材質有缺陷，但沒到破裂程度，上電解槽之後缺陷惡化

出理

明顯裂紋。

由於受熱衝擊，陽極角部裂紋沿等溫線發生，熱衝擊應力超過陽極的承受限度。按照模擬計算，熱應力擴張最大值在陽極上電解槽25m後，角部應力的最大位置在陽極底部15cm和陽極上部25m處，實際觀測陽極角部裂紋形態和發生時間一般多發生在陽極上槽5-25min。

不均勻的熱衝擊引起角部裂紋，它涉及到與原料質量有關的一系列陽極特性（膨脹係數，彈性模量等），與此類似乾料製備、糊料配方、混捏、成型條件影響到陽極對熱衝擊抵抗能力，尤其是細粉的組成，瀝青最佳加入量，原材料質量，混程條件和成型條件冷卻倒運條件是必須執行的，不適宜的成型條件，糊質量差，易引起生塊分層，密度變差在陽極角部熱衝擊等壓線與等溫線一致，導致龜裂。透過從陽極下部鑽取芯樣可以檢測到原來的薄弱易裂部位。韋泊爾模擬試驗可以證明這種作用的存在。

影響角部裂紋的主要是成型，其次生塊倒運貯存、原料、配方和培燒對產生角部裂紋有一定的影響。生塊“品”字形堆垛受力不均，因生塊內部脆弱，易引起

角部

暗裂紋。暗裂紋在陽極焙燒尤其上電解槽時才明顯暴露。

2、垂直裂紋

一些在陽極水平面上作用的力引起陽極垂直裂紋。

生陽極結燒到230-600℃，瀝青煙揮發，陽極內部產生壓力，溫開太快，內部壓力超過陽極的承受壓力，陽極在焙燒爐內開裂。雖然這些裂紋透過垂直面但寬度很小。生陽極在200℃時，瀝青軟心膨脹，此時生陽極透氣率近於零，在橫向即最長的方向，膨脹力最大，故易引起與此力垂直的垂直裂紋，在一引起混捏、成型、料粉有隱患的部位，膠結力小，首先出現裂紋。

通常培燒後觀測不到垂直裂紋，但是由於材料內部缺陷，宏觀、微觀的原因可能在陽極內部薄弱處出現垂直裂紋。除非鑽取芯樣，否則檢測這些薄弱環節是困難的。

第三個產生垂直裂紋的原因是陽極組裝作業。選擇組裝引數（鋼爪、炭碗幾何形狀預熱溫度）使鋼爪一炭碗連線儘可能緊密，電解時接觸電阻最小。但是連線太緊密，導致使炭陽極承受的擴張應力增大，有時可以看到炭碗鑄鐵出現徑向裂紋。

陽極上電解槽使用時，最大應力區從角部向陽極中心移動，換陽極1h後應力最大，比在角部增加90%，根據炭碗鑄鐵機械模型，這種擴張應力足夠高時導致陽極裂為兩部分。

當電解槽換上新陽極時，陽極有規律地下降並接觸電解質被加熱，相應地，鋼爪、鑄鐵溫度上升引起熱際賬，由於鋼爪的熱膨脹係數比炭陽極大得多，在炭碗問施加的擴充套件應力超過陽極的承受限度，結果導致陽極垂直裂紋。通常陽極使用後期，陽極高度變小時會出現這種情況，此時，垂直裂紋與熱衝擊沒有直接聯絡，除非原來陽極有缺陷，抵抗不住熱膨賬應力。與前述熔燒工藝有關和與組裝時鋼一炭連線引起的應力有關，垂直裂紋可以穿過兩個炭碗或直達鋼爪，此時陽極有落入電解質的危險，裂縫的產生，不能進一步固定鋼爪的連線，陽極落下引起電解槽振動。振動成型機一些故障，也會導致垂直裂紋。

3、水平裂紋

陽極的水平裂紋，在陽極的下部，或四分之一處或二分之一等處分開落入電解質中這是對電解槽操作的最大損害。垂直作用力的發展引起陽極裂開。材料固有的裂紋以及熱應力作用在通常條件下引起的熱衝擊應力遠超過陽極承受的臨界值，可以解釋水平裂紋。這些水平裂紋，作為小裂紋主要在成型時已經出現。出現水平裂紋的主要原因是混捏成型和熔燒，原料的配方也有一定影響。

4、無規則裂紋

除了垂直和接近垂直的裂紋水平和接近水平裂紋，角部的技肩紋、斜裂紋之外，其餘各最裂紋都歸類為無規則裂紋，其深度在30-180mm的表面角部無規則裂紋，炭碗處無規則裂紋，區域性網狀紋和偶爾區域性出現的幾條方向不一的裂紋。它們有時在各個面的表面出現深度僅幾毫米到幾十毫米，長度也多在100-200mm之內，有時深可達100mm以上，長可達300mm以上，有時甚至和幾個炭碗連通。無規則裂紋主要與配方成型培燒工藝有關，原材料質量，混捏條件等對其也有一定影響，區域性糊料不均質，區域性升溫或降溫過快是其主要原內部糊料不均質包括區域性糊溫的差別，區域性體積密度的差別，區域性材料質量的差別，尤其是含有流態化焦鍛後焦炭粉，它對瀝青浸潤差，成型時易在表而集中。