專利名稱：鋁電解陽(yáng)極裝置及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋁電解生產(chǎn)中使用的設(shè)備，是一種鋁電解陽(yáng)極裝置及其制備方法。
背景技術(shù)：
在鋁電解生產(chǎn)中使用的鋁電解陽(yáng)極裝置(也稱陽(yáng)極炭塊組)由陽(yáng)極炭塊、陽(yáng)極導(dǎo)桿和陽(yáng)極鋼爪構(gòu)成。通常陽(yáng)極導(dǎo)桿和陽(yáng)極鋼爪為一體，將陽(yáng)極鋼爪與陽(yáng)極炭塊采用磷生鐵溶化澆鑄冷卻后連結(jié)為一體。這種結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)方法存在的不足是磷生鐵在溶化時(shí)需要加溫至130°C以上，耗電量極大，并且磷生鐵在溶化過(guò)程中產(chǎn)生大量的氧化碳等有害氣體，嚴(yán)重污染大氣環(huán)境，特別是操作車間內(nèi)有害氣體濃度很高，對(duì)操作人員的身體健康有較大的損害；另外，當(dāng)鋁電解陽(yáng)極裝置在鋁電解生產(chǎn)時(shí)，陽(yáng)極氧化及電解后水平上漲時(shí)，易造成磷生鐵被沖刷熔化掉，導(dǎo)致原鋁質(zhì)量下降，并縮短了鋁電解陽(yáng)極裝置的使用壽命；由于磷生鐵與陽(yáng)極炭塊接觸時(shí)是完全利用磷生鐵的受熱膨脹進(jìn)行接觸的，它們的接觸壓降較高，導(dǎo)致電解時(shí)的耗電量較高等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種鋁電解陽(yáng)極裝置及其制備方法，它改變采用磷生鐵與陽(yáng)極炭塊連接的方式和材料，從而消除公知技術(shù)的不足。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)鋁電解陽(yáng)極裝置，包括陽(yáng)極炭塊，陽(yáng)極炭塊上部開設(shè)炭碗，陽(yáng)極鋼爪置入炭碗內(nèi)，炭碗與陽(yáng)極鋼爪之間的空腔內(nèi)填充炭素料，炭素料采用的原料重量比為人造石墨45-80、金屬屑5-40和樹脂結(jié)合劑15-20。炭素料的上平面高于陽(yáng)極炭塊的上平面。炭素料的上平面高于陽(yáng)極炭塊的上平面的距離為20-40 毫米。炭素料的原料重量比為人造石墨55-75、金屬屑10-30和樹脂結(jié)合劑15-20。所述的鋁電解陽(yáng)極裝置的制備方法，包括以下步驟
①取已加工完成的陽(yáng)極炭塊和陽(yáng)極鋼爪備用；
②按重量比取人造石墨45-80、金屬屑5-40和樹脂結(jié)合劑15-20混合均勻制成炭素
料；
③將炭素料置入陽(yáng)極炭塊上部開設(shè)的炭碗的下部，采用壓力將炭素料壓密實(shí)；
④將陽(yáng)極鋼爪置入炭碗內(nèi)，使陽(yáng)極鋼爪的底面與步驟③壓密實(shí)的炭素料相接觸，使陽(yáng)極鋼爪的中心部位與炭碗的中心部位重合；
⑤將步驟②的炭素料置入炭碗內(nèi)，使炭素料充滿陽(yáng)極鋼爪外壁與炭碗內(nèi)壁間的距離形成的空腔內(nèi)，向炭素料加壓將炭素料壓密實(shí)，使炭素料在常溫或加熱下凝固后即可。所述的鋁電解陽(yáng)極裝置的制備方法，制取兩個(gè)半圓形模具，將半圓形模具置入陽(yáng)極鋼爪位于陽(yáng)極炭塊上平面的外周，使半圓形模具的內(nèi)壁與陽(yáng)極鋼爪的外壁間的距離與炭碗的內(nèi)壁與陽(yáng)極鋼爪的外壁間的距離相等，再將步驟②的炭素料置入半圓形模具內(nèi)壁與陽(yáng)極鋼爪外壁間的距離形成的空腔內(nèi)，向炭素料加壓，將炭素料壓密實(shí)，然后將兩個(gè)半圓型模具分別在兩側(cè)取下，形成炭素料凸塊，使炭素料在常溫或加熱下凝固。所述的向炭素料加壓，可采用壓力機(jī)或搗固機(jī)向炭素料加壓使炭素料密實(shí)。陽(yáng)極鋼爪的外壁與炭碗內(nèi)壁間的距離為40-180毫米。步驟③中采用壓力壓密實(shí)后的炭素料的厚度為10-20毫米。本發(fā)明所述的鋁電解陽(yáng)極裝置及其制備方法采用炭素料使陽(yáng)極炭塊與陽(yáng)極鋼爪連接，徹底改變了采用磷生鐵連接陽(yáng)極炭塊和陽(yáng)極鋼爪存在的不足，生產(chǎn)中無(wú)粉塵、無(wú)異味、無(wú)有害氣體、無(wú)任何污染，對(duì)操作人員身體健康無(wú)任何損害，同時(shí)，耗能極低，僅為用磷生鐵連接時(shí)耗能的二十分之一左右。經(jīng)過(guò)測(cè)試證明炭素料在溫度升高時(shí)，導(dǎo)電率增強(qiáng)，電阻率下降，在鋁電解生產(chǎn)過(guò)程中能夠節(jié)省大量的電能，炭素料還能有效抵抗電解質(zhì)的侵蝕， 從而延長(zhǎng)了陽(yáng)極炭塊的使用壽命，并且，采用炭素料將陽(yáng)極鋼爪與陽(yáng)極炭塊連接為一體的強(qiáng)度與采用磁生鐵連接強(qiáng)度相同。同時(shí)，由于增加了炭素料與陽(yáng)極鋼爪的接觸面積，提高了其導(dǎo)電性，并保護(hù)了陽(yáng)極炭塊在使用時(shí)免受沖刷，延長(zhǎng)了其使用壽命等。


附圖1是本發(fā)明鋁電解陽(yáng)極炭塊裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式對(duì)照附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明為了完成發(fā)明目的，達(dá)到本發(fā)明所述的優(yōu)點(diǎn)，提供的技術(shù)方案中的實(shí)施例是如圖1所示，圖中4是陽(yáng)極炭塊，陽(yáng)極炭塊4上部開設(shè)炭碗5，陽(yáng)極鋼爪3置入炭碗5內(nèi)， 炭碗5與陽(yáng)極鋼爪3之間的空腔內(nèi)填充炭素料6，炭素料6采用的原料重量比為人造石墨 45-80、金屬屑5-40和樹脂結(jié)合劑15-20。本發(fā)明炭素料6采用的原料重量比優(yōu)選的方案是人造石墨55-75、金屬屑10-30和樹脂結(jié)合劑15-20。所述樹脂結(jié)合劑可以是粉狀、也可以是液體或半干粉狀。樹脂結(jié)合劑用于將人造石墨與金屬屑粘結(jié)在一起，凝固后為一體。本發(fā)明所述的鋁電解陽(yáng)極裝置及其制備方法中所述的炭素料6采用的原料按重量比計(jì)可以有多種組合
1、人造石墨45、金屬屑40和樹脂結(jié)合劑15。2、人造石墨65、金屬屑15和樹脂結(jié)合劑20。3、人造石墨80、金屬屑5和樹脂結(jié)合劑15。4、人造石墨70、金屬屑10和樹脂結(jié)合劑20。5、人造石墨60、金屬屑20和樹脂結(jié)合劑20。6、人造石墨52、金屬屑30和樹脂結(jié)合劑18。7、人造石墨50、金屬屑35和樹脂結(jié)合劑15。8、人造石墨75、金屬屑10和樹脂結(jié)合劑15。9、人造石墨70、金屬屑15和樹脂結(jié)合劑15。10、人造石墨55、金屬屑30和樹脂結(jié)合劑15。本發(fā)明所述炭素料6采用的原料還可采用廢陰極炭塊或廢陽(yáng)極炭塊粉碎磨成粉狀替代人造石墨。本發(fā)明為了增加導(dǎo)電面積，可以使炭素料6的上平面高于陽(yáng)極炭塊4的上平面。本發(fā)明為了增加導(dǎo)電面積，并達(dá)到較好效果的設(shè)計(jì)方案為將炭素料6的上平面高于陽(yáng)極炭塊4的上平面的距離H為20-40毫米。
本發(fā)明所述的鋁電解陽(yáng)極裝置的制備方法，包括以下步驟
①取已加工完成的陽(yáng)極炭塊4和陽(yáng)極鋼爪3備用；
②按重量比取人造石墨45-80、金屬屑5-40和樹脂結(jié)合劑15-20混合均勻制成炭素料
6 ；
③將炭素料6置入陽(yáng)極炭塊4上部開設(shè)的炭碗5的下部，采用壓力將炭素料6壓密實(shí)；
④將陽(yáng)極鋼爪3置入炭碗5內(nèi)，使陽(yáng)極鋼爪3的底面與步驟③壓密實(shí)的炭素料6相接觸，使陽(yáng)極鋼爪3的中心部位與炭碗5的中心部位重合；
⑤將步驟②的炭素料6置入炭碗5內(nèi)，使炭素料6充滿陽(yáng)極鋼爪3外壁與炭碗5內(nèi)壁間的距離形成的空腔內(nèi)，向炭素料6加壓將炭素料6壓密實(shí)，使炭素料6在常溫或加熱下凝固后即可。本發(fā)明所述的鋁電解陽(yáng)極裝置的制備方法為增加炭素料與鋼爪的接觸面積，提高其導(dǎo)電性等優(yōu)點(diǎn)，還可增加下述步驟制取兩個(gè)半圓形模具，將半圓形模具置入陽(yáng)極鋼爪3 位于陽(yáng)極炭塊4上平面的外周，使半圓形模具的內(nèi)壁與陽(yáng)極鋼爪3的外壁間的距離與炭碗 5的內(nèi)壁與陽(yáng)極鋼爪3的外壁間的距離相等，再將步驟②的炭素料6置入半圓形模具內(nèi)壁與陽(yáng)極鋼爪3外壁間的距離形成的空腔內(nèi)，向炭素料6加壓，將炭素料6壓密實(shí)，然后將兩個(gè)半圓型模具分別在兩側(cè)取下，形成炭素料凸塊7，此處已壓密實(shí)的炭素料凸塊7高出陽(yáng)極炭塊4上平面的高度H —般為20-40毫米為佳，這是以低成本達(dá)到提高導(dǎo)電性能等優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)選方案。使炭素料6在常溫或加熱下凝固。加熱下可使凝固時(shí)間縮短，加熱溫度一般為 50-150°C。本發(fā)明所述的向炭素料6加壓，可采用壓力機(jī)或搗固機(jī)向炭素料6加壓使炭素料 6密實(shí)，壓力機(jī)、搗固機(jī)均為公知技術(shù)。本發(fā)明陽(yáng)極鋼爪3的外壁與炭碗5內(nèi)壁間的距離為40-180毫米。本發(fā)明步驟③中采用壓力壓密實(shí)后的炭素料6的厚度H1為10-20毫米。本發(fā)明所述的金屬屑的比表面積一般為250-450m2/kg。圖中，1是陽(yáng)極導(dǎo)桿，2是陽(yáng)極鋼爪連接筋。
權(quán)利要求
1.鋁電解陽(yáng)極裝置，包括陽(yáng)極炭塊(4)，陽(yáng)極炭塊(4)上部開設(shè)炭碗(5)，陽(yáng)極鋼爪(3) 置入炭碗(5)內(nèi)，其特征在于炭碗(5)與陽(yáng)極鋼爪(3)之間的空腔內(nèi)填充炭素料(6)，炭素料(6)采用的原料重量比為人造石墨45-80、金屬屑5-40和樹脂結(jié)合劑15-20。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解陽(yáng)極裝置，其特征在于炭素料(6)的上平面高于陽(yáng)極炭塊(4)的上平面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋁電解陽(yáng)極裝置，其特征在于炭素料(6)的上平面高于陽(yáng)極炭塊(4)的上平面的距離H為20-40毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解陽(yáng)極裝置，其特征在于炭素料(6)的原料重量比為 人造石墨55-75、金屬屑10-30和樹脂結(jié)合劑15-20。
5.權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的鋁電解陽(yáng)極裝置的制備方法，其特征在于包括以下步驟①取已加工完成的陽(yáng)極炭塊(4)和陽(yáng)極鋼爪(3)備用；②按重量比取人造石墨45-80、金屬屑5-40和樹脂結(jié)合劑15-20混合均勻制成炭素料(6)；③將炭素料(6)置入陽(yáng)極炭塊(4)上部開設(shè)的炭碗(5)的下部，采用壓力將炭素料(6) 壓密實(shí)；④將陽(yáng)極鋼爪(3)置入炭碗(5)內(nèi)，使陽(yáng)極鋼爪(3)的底面與步驟③壓密實(shí)的炭素料 (6)相接觸，使陽(yáng)極鋼爪(3)的中心部位與炭碗(5)的中心部位重合；⑤將步驟②的炭素料(6)置入炭碗(5)內(nèi)，使炭素料(6)充滿陽(yáng)極鋼爪(3)外壁與炭碗(5)內(nèi)壁間的距離形成的空腔內(nèi)，向炭素料(6)加壓將炭素料(6)壓密實(shí)，使炭素料(6)在常溫或加熱下凝固后即可。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋁電解陽(yáng)極裝置的制備方法，其特征在于制取兩個(gè)半圓形模具，將半圓形模具置入陽(yáng)極鋼爪(3)位于陽(yáng)極炭塊(4)上平面的外周，使半圓形模具的內(nèi)壁與陽(yáng)極鋼爪(3)的外壁間的距離與炭碗(5)的內(nèi)壁與陽(yáng)極鋼爪(3)的外壁間的距離相等， 再將步驟②的炭素料(6)置入半圓形模具內(nèi)壁與陽(yáng)極鋼爪(3)外壁間的距離形成的空腔內(nèi)，向炭素料(6)加壓，將炭素料(6)壓密實(shí)，然后將兩個(gè)半圓型模具分別在兩側(cè)取下，形成炭素料凸塊(7)，使炭素料在常溫或加熱下凝固。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋁電解陽(yáng)極裝置的制備方法，其特征在于所述的向炭素料(6)加壓，可采用壓力機(jī)或搗固機(jī)向炭素料(6)加壓使炭素料(6)密實(shí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋁電解陽(yáng)極裝置的制備方法，其特征在于陽(yáng)極鋼爪(3)的外壁與炭碗(5)內(nèi)壁間的距離為40-180毫米。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋁電解陽(yáng)極裝置的制備方法，其特征在于步驟③中采用壓力壓密實(shí)后的炭素料(6)的厚度(H1)為10-20毫米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋁電解陽(yáng)極裝置及制備方法，包括陽(yáng)極炭塊，陽(yáng)極炭塊上部開設(shè)炭碗，陽(yáng)極鋼爪置入炭碗內(nèi)，炭碗與陽(yáng)極鋼爪之間的空腔內(nèi)填充炭素料，炭素料采用的原料重量比為人造石墨45-80、金屬屑5-40和樹脂結(jié)合劑15-20。其制備方法包括以下步驟①取已加工完成的陽(yáng)極炭塊和陽(yáng)極鋼爪備用；②按重量比取上述重量比原料混合均勻制成炭素料；③將炭素料壓密實(shí)；④將陽(yáng)極鋼爪置入炭碗內(nèi)，使陽(yáng)極鋼爪的中心部位與炭碗的中心部位重合；⑤使炭素料在常溫或加熱下凝固后即可。本發(fā)明改變采用磷生鐵與陽(yáng)極炭塊連接的方式和材料，從而消除公知技術(shù)的不足。
文檔編號(hào)C25C3/12GK102168286SQ20111009531
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者朱振國(guó), 譚春耕, 譚春雷 申請(qǐng)人:淄博春耕工貿(mào)有限公司