專利名稱：一種鋁電解槽陰極碳塊及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種鋁電解槽陰極碳塊及其制作方法。屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域中，電解槽零部件技術(shù).
鋁電解生產(chǎn)是在950℃左右的溫度下和在含有冰晶石氧化鋁熔體的電解槽中，用電解的方法生產(chǎn)的。用于電解槽的碳陰極是由單塊或幾個碳塊筑成的。通常這種陰極碳塊有如下幾種1.以煅燒后的無煙煤為主要骨料成份的無定型碳質(zhì)碳塊。
2.以碎石墨為為主要骨料成份，以瀝青為粘結(jié)劑，成型后，經(jīng)焙燒而成的碳塊，稱為半石墨質(zhì)碳塊。
3.以煅后石油焦為主要原料(骨料)與瀝青混捏成型后，先焙燒成半制品，然后在石墨化爐中熱處理到2300～2500℃而制成的碳塊，稱之為半石墨化碳塊。
4.以煅后石油焦為主要原料(骨料)與瀝青混捏成型后，先焙燒成半制品，然后在石墨化爐中熱處理到2700～3000℃而制成的碳塊，稱之為石墨化碳塊。
在鋁電解槽中上述各種陰極碳塊各有優(yōu)缺點。
1.無定型碳質(zhì)碳塊，機械強度大，抗鋁液的沖蝕性能好，且原料便宜，生產(chǎn)成本低，價格便宜。缺點是電阻大，抗鈉和電解質(zhì)的腐蝕性能差。使用在鋁電解槽上，爐底電壓降高。
2.半石墨化和半石墨質(zhì)碳塊的性能相似，它們的抗鈉和抗電解質(zhì)的腐蝕性，導(dǎo)電特性都大大好于無定型碳質(zhì)碳塊。其缺點是抗壓強度低于無定型碳質(zhì)碳塊，抗鋁液的沖蝕性能也不如無定型碳質(zhì)碳塊。
3.石墨化碳塊具有比半石墨化和半石墨質(zhì)碳塊更好的導(dǎo)電、抗鈉和電解質(zhì)滲透性能。但抗壓強度太低，抗鋁液的沖蝕性能太差，且價格太高，除了電解槽強化生產(chǎn)時，很少被鋁廠選用。
本發(fā)明的目的，在于提供一種新型的鋁電解槽陰極碳塊及其制作方法。這種碳塊既有無定型炭質(zhì)碳塊的優(yōu)點，又有半石墨質(zhì)無定型碳質(zhì)碳塊的優(yōu)點。
本發(fā)明的鋁電解槽陰極碳塊，其技術(shù)特征表現(xiàn)在碳塊的下部其碳塊骨料的主要成份為人造石墨或天然石墨，其密度在1.45～1.70g/cm3之間，電阻率在15～30Ω·m之間。在上部其碳塊基體骨料的主要成份為煅后無煙煤，其密度在1.45～1.65g/cm3之間，電阻率在40～70Ω·m之間.
本發(fā)明新型陰極碳塊的制作方法，其技術(shù)特征表現(xiàn)在鋁電解槽陰極碳塊的制作方法的配料、混捏、振動成型、焙燒等步驟中，其配料、混捏、振動成型分三步進行第一步，先以人造石墨或天然石墨，或以二者的混合物為骨料，加粘結(jié)劑瀝青，經(jīng)混捏后，倒入振動成型機的模中，然后振動成型，成型后的高度(厚度)應(yīng)不低于陰極鋼棒(圓的或方的)斷面的高度。
第二步，在此振動成型后，對成型后的基體表面進行粗糙化處理。
第三步，以煅后無煙煤為骨料組份，與粘結(jié)劑瀝青混合，經(jīng)混捏后均勻地鋪撒在經(jīng)上述粗糙化處理的炭素成型基體的表面上，進行振動成型。此時振動成型的碳塊基體，下層是以石墨為骨料的基體，上層是以煅后無煙煤為骨料的基體。成型后碳塊基體的總高度要符合電解鋁廠對碳塊的要求。
利用本發(fā)明方法制得的鋁電解槽陰極碳塊，下部半石墨基體部分的高度要不小于陰極鋼棒斷面的高度，比電阻在15～30Ω·m，密度在1.45～1.70g/cm3之間。上部以煅后無煙煤為主要成份的基體高度等于電解鋁廠要求的碳塊體的總高度減去下部高度。這種碳塊的上部有較大的抗壓強度，抗鋁液沖刷的能力也較強，在電解過程中消耗小。下部具有較高的導(dǎo)電性，抗鈉腐蝕性強，與陰極鋼棒的接觸電阻小，陰極電壓降低。
如果在以石墨為主要骨料成分的下部陰極碳塊和以煅后無煙煤為主要骨料成分的上部陰極碳塊之間，設(shè)置由石墨骨料和煅后無煙煤混合物為骨料成分的中間過渡層，則有此結(jié)構(gòu)的陰極碳塊，更有利于上下層碳塊基體的結(jié)合，在加入中間過渡層后，制作方法為五個步驟。中間過渡層厚度1～10cm。其密度與電阻率介于碳塊下部和上部密度和電阻率之間。
下面通過具體實施方案，進一步敘述本發(fā)明的技術(shù)特征。
實施方案一本發(fā)明所述的鋁電解槽陰極碳塊的制作方法，具體步驟如下1.炭塊下層配料。
用石墨作為主要原料成份進行配料，其中石墨70％～100％，煅后無煙煤為0～30％。
2.混捏。
將上述骨料加入混捏鍋中，再加入粘結(jié)劑瀝青，瀝青占15％～20％，其余為骨料，在200℃左右的溫度下進行充分混捏。
3.下層混捏料振動成型。
將上述混捏好的物料加入振動成型機的模中，并振動成型。所加混捏料使成型后成型基體達到預(yù)定高度。
4.碳塊下層成型體的表面粗糙化處理。
對成型基體的表面進行粗糙化處理。
5.碳塊上層的配料及混捏。
用煅后無煙煤作為主要骨料成份進行配料，與瀝青混合后，在常規(guī)的技術(shù)條件下，在混捏鍋中進行混捏。
6.加入上層混捏料進行振動成型。
將上層的混捏料均勻地鋪撒在經(jīng)表面處理的過渡層基體的表面上并進行振動成型，使整體碳塊的成型高度達到電解鋁廠所要求的高度。
實施方案二本發(fā)明所述的鋁電解槽陰極碳塊的制作方法，具體步驟如下1.炭塊下層配料。
用石墨作為原料成份進行配料，其中石墨70％～100％，煅后無煙煤為0～30％。
2.混捏。
將上述骨料加入混捏鍋中，再加入粘結(jié)劑瀝青，瀝青15％～20％，其余為骨料，在200℃左右的溫度下進行充分混捏。
3.下層混捏料振動成型。
將上述混捏好的物料加入振動成型機的模中，并振動成型。所加混捏料使成型后成型基體達到預(yù)定高度。
4.碳塊下層成型體的表面粗糙化處理。
對成型基體的表面進行粗糙化處理。
5.過渡層配料及混捏。
以石墨和煅后無煙煤的混合物料為骨料成份進行配料，其中石墨骨料占整個骨料成份的5％～95％，其余為煅后無煙煤骨料。加入占整個骨料組份的15％～20％粘結(jié)劑瀝青，然后按常規(guī)技術(shù)條件在混捏鍋中進行混捏。
6.加入過渡層混捏料后進行振動成型。
將混捏好的過渡層的混捏料均勻地鋪撒在粗糙化處理后的以石墨為主要骨料的成型基體的表面(表面已經(jīng)過粗糙化處理)，并進行振動成型。振動成型后的過渡層的厚度在1～10cm之間。
7.對振動成型后的過渡層的炭基體表面進行粗糙化處理。
8.碳塊上層的配料及混捏。
用煅后無煙煤作為骨料成份進行配料，與瀝青混合后，在常規(guī)的技術(shù)條件下，在混捏鍋中進行混捏。
9.加入上層混捏料進行振動成型。
將上層的混捏料均勻地鋪撒在經(jīng)表面處理的過渡層基體的表面上并進行振動成型，使整體碳塊的成型高度達到電解鋁廠所要求的高度。
權(quán)利要求
1一種鋁電解槽陰極碳塊，其陰極碳塊由上、下兩種不同的骨料成份制成，其碳塊的下部其碳塊骨料的主要成份為人造石墨或天然石墨，其密度在1.45～1.70g/cm3之間，電阻率在15～30Ω·m之間，在上部其碳塊基體骨料的主要成份為煅后無煙煤，其密度在1.45～1.65g/cm3之間，電阻率在40～70Ω·m之間。
2根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解槽陰極碳塊，其特征在于在上下基體之間設(shè)置1～10cm厚度的中間過渡層，其密度與電阻率介于碳塊下部和上部密度和電阻率之間。
3一種鋁電解槽陰極碳塊制作方法，其特征在于鋁電解槽陰極碳塊的制作方法的配料、混捏、振動成型、焙燒等步驟中，其配料、混捏、振動成型分三步進行第一步，先以人造石墨或天然石墨，或以二者的混合物為骨料，加粘結(jié)劑瀝青，經(jīng)混捏后，倒入振動成型機的模中，然后振動成型，成型后的高度(厚度)應(yīng)不低于陰極鋼棒(圓的或方的)斷面的高度。第二步，在此振動成型后，對成型后的基體表面進行粗糙化處理。第三步，以煅后無煙煤為骨料組份，與粘結(jié)劑瀝青混合，經(jīng)混捏后均勻地鋪撒在經(jīng)上述粗糙化處理的炭素成型基體的表面上，進行振動成型，此時振動成型的碳塊基體，下層是以石墨為骨料的基體，上層是以煅后無煙煤為骨料的基體，成型后碳塊基體的總高度要符合電解鋁廠對碳塊的要求。
4根據(jù)權(quán)利要求3所述一種鋁電解槽陰極碳塊制作方法，其特征在于具體步驟如下1).炭塊下層配料。用石墨作為主要原料成份進行配料，其中石墨70％～100％，煅后無煙煤為0～30％。2).混捏。將上述骨料加入混捏鍋中，再加入粘結(jié)劑瀝青，瀝青占15％～20％，其余為骨料，在200℃左右的溫度下進行充分混捏。3).下層混捏料振動成型。將上述混捏好的物料加入振動成型機的模中，并振動成型，所加混捏料使成型后成型基體達到預(yù)定高度。4).碳塊下層成型體的表面粗糙化處理。對成型基體的表面進行粗糙化處理。5).碳塊上層的配料及混捏。用煅后無煙煤作為主要骨料成份進行配料，與瀝青混合后，在常規(guī)的技術(shù)條件下，在混捏鍋中進行混捏。6).加入上層混捏料進行振動成型。將上層的混捏料均勻地鋪撒在經(jīng)表面處理的過渡層基體的表面上并進行振動成型，使整體碳塊的成型高度達到電解鋁廠所要求的高度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述 一種鋁電解槽陰極碳塊制作方法，其特征在于具體步驟如下1).炭塊下層配料。用石墨作為原料成份進行配料，其中石墨70％～100％，煅后無煙煤為0～30％。2).混捏。將上述骨料加入混捏鍋中，再加入粘結(jié)劑瀝青，瀝青15％～20％，其余為骨料，在200℃左右的溫度下進行充分混捏。3).下層混捏料振動成型。將上述混捏好的物料加入振動成型機的模中，并振動成型，所加混捏料使成型后成型基體達到預(yù)定高度。4).碳塊下層成型體的表面粗糙化處理。對成型基體的表面進行粗糙化處理。5).過渡層配料及混捏。以石墨和煅后無煙煤的混合物料為骨料成份進行配料，其中石墨骨料占整個骨料成份的5％～95％，其余為煅后無煙煤骨料，加入占整個骨料組份的15％～20％粘結(jié)劑瀝青，然后按常規(guī)技術(shù)條件在混捏鍋中進行混捏。6).加入過渡層混捏料后進行振動成型。將混捏好的過渡層的混捏料均勻地鋪撒在粗糙化處理后的以石墨為主要骨料的成型基體的表面(表面已經(jīng)過粗糙化處理)，并進行振動成型，振動成型后的過渡層的厚度在1～10cm之間。7).對振動成型后的過渡層的炭基體表面進行粗糙化處理。8).碳塊上層的配料及混捏。用煅后無煙煤作為骨料成份進行配料，與瀝青混合后，在常規(guī)的技術(shù)條件下，在混捏鍋中進行混捏。9).加入上層混捏料進行振動成型。將上層的混捏料均勻地鋪撒在經(jīng)表面處理的過渡層基體的表面上并進行振動成型，使整體碳塊的成型高度達到電解鋁廠所要求的高度。
全文摘要
一種鋁電解槽陰極碳塊及其制作方法，其陰極碳塊由上、下兩種不同的骨料成份制成，其碳塊的下部其碳塊骨料的主要成份為人造石墨或天然石墨，其密度在1.45～1.70g/cm
文檔編號C25C3/00GK1392291SQ0111409
公開日2003年1月22日 申請日期2001年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月18日
發(fā)明者馮乃祥 申請人:馮乃祥