CN109913905A - 一种连续预焙阳极炭块的粘接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续预焙阳极炭块的粘接方法。按照下述方法进行粘接，阳极炭块在电解槽上使用厚度剩250～300mm时，得旧阳极炭块，先对旧阳极炭块上表面进行降温后，将旧阳极炭块上表面已被烧结硬化了的预涂抹泡泥进行打毛，然后在新阳极炭块下表面上涂抹泡泥，和旧阳极炭块上下叠加，挤压粘结在一起。具有新、旧两块炭块粘接牢固可靠，新、旧阳极炭块之间电阻小，降低电解能耗，消除了残极，连接方便安全的有益效果。

Description

一种连续预焙阳极炭块的粘接方法

技术领域

本发明涉及一种铝电解槽预焙阳极炭块的生产方法领域，特别是一种连续预焙阳极炭块的粘接方法。

背景技术

现代电解铝工业，均采用预焙阳极生产电解铝。通常的预焙阳极炭块是间断使用的，一块阳极炭块的使用周期是30天左右。预焙阳极炭块在使用过程中逐步消耗，当剩余高度为15～18cm时，必须从电解槽上取出，更换新的阳极炭块。预焙阳极一般为长方体，具有稳定的几何形状，以石焦油、沥青焦为骨料，以煤沥青为粘结剂，根据电解槽电流的大小和工艺的不同而有不同的尺寸，其电流密度一般在0 .68-0 .9A/cm²范围内。

本发明申请人在申请了一系列的铝电解连续阳极生产专利基础上，如中国专利201710088066.4——预焙阳极铝电解在线连接阳极的方法及结构，对阳极钢爪和阳极炭块结构以及钢爪与炭块的连接方式等方面进行了改造，连续阳极炭块不需要炭块消耗到很薄就可直接对接新阳极炭块，所以不需要担心阳极钢爪会被高温的电解质烧蚀而变形、损坏。钢爪和阳极炭块的连接，用铝水浇铸替代磷生铁，阳极炭块在电解槽中逐渐烧损，炭块高度剩240～300mm时，炭块表面温度会达到750℃左右，而铝的熔点为660℃，此时炭碗中的铝早已彻底熔化，解锁复合式机械钢爪，提起铝导杆，整体移除机械复合式阳极钢爪。移除了钢爪的炭块，被其四周烧结了的保温料支撑，保留在原位未动，能承受巨大的重压也不会下沉。

连续预焙阳极在电解槽上使用时，当阳极炭块被消耗时，定期将阳极钢爪从被烧损的旧阳极炭块上取出，在阳极炭块上部粘结新的阳极炭块，可以节约电能、降低炭耗、稳定电解操作和提高电流效率。国内外很多研究机构都发现要实现连续阳极炭块的连续使用，存在两个较大的问题难以解决，首先是预焙阳极炭块之间粘接电阻大，导致阳极在电解过程中槽电压高，不利于节能；更重要的是缺少优良的泡泥；更加没有能直接粘接炭块对接温差达700℃以上的粘接剂。大型预焙阳极炭块重达1吨左右，要确保研究在电解过程中不会出现掉块的现象，必须保证所用的泡泥具有足够的粘接强度。

因为现有预焙阳极炭块的生产工艺决定，焙烧后的炭块均有翘曲变形，以变形小于1%为合格，预焙阳极炭块长度为1600～1700mm，单块翘曲一般为5～10mm，甚至更多，阳极炭块的翘曲变形增加了连续阳极炭块粘接难度。

综上所述，现有技术存在以下技术缺陷：1、中国专利201710088066.4-公开的预焙阳极铝电解在线连接阳极的方法及结构，旧阳极炭块要和新阳极炭块进行连接时，温度达到750℃左右，和常温的新阳极炭块温差在700℃以上，二者粘结后，随着新阳极炭块的温度逐渐上升到750℃左右，由于热胀冷缩的原因，新阳极炭块体积膨胀，粘结处发生剪切，粘结不牢，新、旧阳极炭块之间电阻过大；2、预焙阳极炭块之间粘接电阻大，导致阳极在电解过程中槽电压高，不利于节能；3、由于阳极炭块现有生产工艺的限制，生产出的阳极炭块均有翘曲变形，阳极炭块的翘曲变形增加了连续阳极炭块粘接难度，新、旧两块炭块进行上下连接时，炭块翘曲变形的不平整会导致对接处有缝隙，增大对接处电阻，甚至出现无法连接的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种连续预焙阳极炭块的粘接方法。本发明具有新、旧两块炭块粘接牢固可靠，新、旧阳极炭块之间电阻小，降低电解能耗，连接方便安全的特点。

本发明的技术方案：一种连续预焙阳极炭块的粘接方法，按照下述方法进行粘接，阳极炭块在电解槽上使用后得旧阳极炭块，移除浇铸--机械复合式钢爪，将对旧阳极炭块上表面进行降温后，在旧阳极炭块上表面已被烧结硬化了的预涂抹泡泥进行打毛，然后在新阳极炭块下表面上涂抹泡泥，和旧阳极炭块上下叠加，挤压粘结在一起。

前述的连续预焙阳极炭块的粘接方法中，所述阳极炭块在电解槽上使用厚度剩250～300mm时得旧阳极炭块。

前述的连续预焙阳极炭块的粘接方法中，所述阳极炭块使用前，先对阳极炭块上下表面进行机械加工，除去翘曲及表面凹凸点，再在上、下表面各涂抹一层泡泥，进行加温挤压找平，然后将泡泥层表面打毛。

前述的连续预焙阳极炭块的粘接方法中，所述对旧阳极炭块上表面进行降温是在旧阳极炭块上覆盖风冷罩，通过加湿冷风对旧阳极炭块进行降温。

前述的连续预焙阳极炭块的粘接方法中，所述旧阳极炭块上表面降温至200℃以下。

前述的连续预焙阳极炭块的粘接方法中，所述泡泥本采用以常规泡泥配方为基础，用石墨粉部分或全部取代焦粉，再配以1-3%的铝粉制得高导电性电解铝炭块粘接泡泥。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明为了新、旧阳极炭块在电解槽上能牢固粘接，并使炭块导电良好。采用的粘连剂为泡泥，泡泥是用来封堵出铁口的耐火材料，目前可分为有水泡泥和无水泡泥两大类，前者用在顶压较低、强化冶炼程度不高的中小型高炉，后者在顶压较高、强化冶炼程度高的大中型高炉上。本发明采用以常规无水泡泥配方为基础，用石墨粉部分或全部取代焦粉，再配以1～3%的铝粉的泡泥为最佳泡泥，并命名为高导电性电解铝炭块粘接泡泥。连续预焙阳极炭块用泡泥粘接时，必须顾及不能给电解槽带入过多杂质，影响铝水品质。需粘接的炭块上、下表面积大，须在保证粘接牢固可靠的前提下，尽可能地控制粘接层厚度，以新、旧阳极炭块之间的粘接层厚度不超过2mm为宜。经机加工涂抹了泡泥的炭块上、表面，在电解槽上工作时，因泡泥含有大量不可燃的炭化硅等不可燃成分隔绝空气可防止炭块表面氧化。

2、本发明所采用的泡泥中加入了足量的导电性能优异的石墨粉、铝粉确保烧结后泡泥层的导电性优于炭块本体的导电性，特别是泡泥配方中的焦炭粉，部分或全部被石墨粉所代替。钢铁工业用泡泥着重泡泥烧结后的强度和快速起炮功能。本发明所用泡泥着重泡泥烧结后的导电性和强度以及高温快速粘接能力。泡泥中石墨粉本来就是常规组分，本发明使用的石墨粉只是比一般的配方中占比大，炭质的组分一般配方中不宜大于40%，石墨粉占比越大焦粉占比就越小。本发明泡泥配方特殊点在于，所用泡泥为高导电性泡泥，为了进一步提高导电性可配入1～3%的铝粉。

3、为了确保新、旧阳极炭块粘接牢固可靠、导电良好，且尽可能少的使用泡泥。先对阳极炭块进行机械加工，特别是阳极炭块的上、下平面，经机加工后的阳极炭块初步消除了翘曲及表面凹凸点，使阳极炭块上、下平面基本平行，也提高了阳极炭块表面的平整度。把机加工后的阳极炭块上、下表面同时涂抹一层泡泥，再把阳极炭块置于上、下两块平行、平整的挤压板之间挤压，挤压板可以是两平板，也可以是凹凸平面对应的平行折板，挤压板材料以钢材为佳。用辅助调整机构调整上、下挤压板的平行度，尽量减小平行度误差，挤压板上、下挤压涂抹了泡泥的阳极炭块，挤压时给挤压板加温。阳极炭块表面机加工、涂抹泡泥、加温了的挤压板挤压等多种技术手段配合使用，保证了阳极炭块上、下平面之间的翘曲、凹坑、凸起的消失，多余的泡泥在钢板的挤压下，会自动从四周的缝隙中挤出，在保证了阳极炭块平行度、平整度的前提下，使泡泥用量降至最低。因为阳极炭块本身有15～18%的孔隙率，泡泥在加温状态下被挤压，有足够的流动性填充进入阳极炭块表面的孔隙中，极大的增强了泡泥在烧结后与阳极炭块结合的机械强度。挤压板不加温挤压，泡泥与阳极炭块的粘接效果比加温的要差。在完成挤压后，用钢丝刷或其他工具，打毛阳极炭块上、下表面的泡泥层，可增加新、旧阳极炭块对接时，新、旧泡泥的粘接可靠性。

5、新、旧阳极炭块粘接前，预先在阳极炭块上、下表面各涂抹一层泡泥且找平、打毛，阳极炭块上表面的泡泥在炭块逐步升温过程中烧结硬化，硬化的泡泥强度超过了炭块强度，更重要的是新、旧阳极炭块对接时，新阳极炭块泡泥要粘接的不是粘接相对困难的旧阳极炭块高温上表面，而是粘接互粘性良好的旧泡泥烧结面，彻底的克服了泡泥直接与炽热炭块粘接的可靠性、牢固性低的致命缺陷。这种预涂抹泡泥、烧结、再涂抹泡泥，新、旧阳极炭块泡泥互粘，再烧结的二次粘接烧结方式，克服了一次性粘接烧结粘接不可靠、不牢固的致命问题。

6、在电解槽上移除了保温罩和钢爪的旧阳极炭块上表面温度约在750℃左右，如此时直接对接新阳极炭块，两炭块对接面温差达700℃以上。为了粘接牢固，克服温差造成新、旧阳极炭块之间发生剪切，破坏粘接效果，先用冷风（特别是加湿冷风）给旧阳极炭块上表面降温，降温后的炭块长度、宽度收缩，对接时在炭块、钢爪的重压挤迫下，新、旧阳极炭块上下表面接触，两表面之间的新、旧泡泥层相互粘接，在旧阳极炭块不断传导的热量作用下，新、旧阳极炭块同步升温，形成统一的温度梯度，同步变长、变宽，防止了温差过大造成粘接层的剪切破坏。泡泥在360℃以下无任何强度可言，500℃以上才开始烧结硬化，700℃以上泡泥烧结硬化后，其内所含的焦油、沥青彻底炭化，富含石墨粉、铝粉的泡泥恢复其良好的导电性，使新、旧阳极炭块之间导电良好，且牢固的粘接在一起。

由于炭块的热传导系数为1.7W/m.K，与普通密实砖1.3w/m.k的热传导系数相差不大（铜377w/m.k、铝250w/m.k）在最佳对接新阳极炭块时，旧阳极炭块表面距离电解质层约100mm，电解槽内的热量、温度传导速率有限，用冷风（特别是加湿冷风）把其上表面降温至200℃以下，是比较容易的事。用加湿冷风冷却速度适宜，克服了液态冷却的极冷破坏炭块表面泡泥；用有机物冷却还污染环境、成本高；用水冷却不安全的弊端。冷风配合的加湿冷风是最佳的冷却方案，风冷——特别是加湿风冷是一个从冷却介质到冷却方法的一种最经济、可靠、实用、安全、温度可控、简单、环保的冷却新方法。

7、机加工找平炭块表面；上表面预涂抹了泡泥的旧阳极炭块，在电解槽上工作时，其上表面的泡泥被先期烧结，在准备对接新阳极炭块时先打毛；加湿冷风预冷，可确保旧阳极炭块冷却、收缩效果；新、旧阳极炭块同步升温膨胀，互粘的是互粘性优良的新、旧泡泥层的二次粘接烧结方式；新、旧阳极炭块涂抹的泡泥高温才会硬化的配方设计，共同保证了炭块粘接连接的可靠性、牢固性。

8、对接上的新阳极炭块在旧阳极炭块消耗完后，接着自身被消耗，逐步变成了旧阳极炭块，阳极炭块一块接一块的连续消耗，炭块在被消耗、对接新阳极炭块、再消耗、再对接新阳极炭块的不断循环中，实现了预焙阳极炭块的连续使用，消除了残极的产生，节能降耗效果明显，且消除了残极本身和它吸附的氟化盐带来的严重环境污染。

9、当新、旧阳极炭块对接时，常温状态下的新阳极炭块下部涂抹的泡泥有大量的焦油、沥青的存在，泡泥层此时是绝缘的，在新、旧阳极炭块对接时起到可靠良好的绝缘作用，保证了接极工作的绝对安全。

综上所述，本发明具有新、旧两块炭块粘接牢固可靠，新、旧阳极炭块之间电阻小，降低电解能耗，消除了残极，连接方便安全的有益效果。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例1。一种连续预焙阳极炭块的粘接方法，按照下述方法进行粘接，阳极炭块在电解槽上使用厚度剩250～300mm时得旧阳极炭块，移除浇铸--机械复合式钢爪，将对旧阳极炭块上表面进行降温后，在旧阳极炭块上表面已被烧结硬化了的预涂抹泡泥进行打毛，然后在新阳极炭块下表面上涂抹泡泥，和旧阳极炭块上下叠加，挤压粘结在一起。

所述阳极炭块使用前，先对阳极炭块上下表面进行机械加工，除去翘曲及表面凹凸点，再在上、下表面各涂抹一层泡泥，进行加温挤压找平，然后将泡泥层表面打毛。

所述对旧阳极炭块上表面进行降温是在旧阳极炭块上覆盖风冷罩，通过加湿冷风对旧阳极炭块进行降温。

所述旧阳极炭块上表面降温至200℃以下。

本发明具体是通过以下步骤进行粘接：

1、先对阳极炭块进行机械加工，特别是阳极炭块的上、下平面，经机加工后的阳极炭块初步消除了翘曲及表面凹凸点，使阳极炭块上、下平面基本平行，也提高了阳极炭块表面的平整度。把机加工后的阳极炭块上、下表面同时涂抹一层泡泥，再把阳极炭块置于上、下两块平行、平整的挤压板之间挤压，挤压板可以是两平板，也可以是凹凸平面对应的平行折板，挤压板材料以钢材为佳。用辅助调整机构调整上、下挤压板的平行度，尽量减小平行度误差，挤压板上、下挤压涂抹了泡泥的阳极炭块，挤压时给挤压板加温，在完成挤压后，用钢丝刷或其他工具，打毛阳极炭块上、下表面的泡泥层；

2、将阳极炭块与钢爪连接后在电解槽进行电解使用，阳极炭块在电解槽上使用厚度剩250～300mm时得旧阳极炭块，将旧阳极炭块上钢爪取下，取下的钢爪与新阳极炭块连接，将钢爪上的新阳极炭块与旧阳极炭块粘接前，对旧阳极炭块上表面覆盖风冷罩，通过加湿冷风对旧阳极炭块进行降温，用冷风（特别是加湿冷风）把其旧阳极炭块上表面降温至200℃以下；

3、将旧阳极炭块上表面已被烧结硬化了的预涂抹泡泥进行打毛，然后在新阳极炭块下表面上涂抹泡泥，和旧阳极炭块上下叠加，挤压粘结在一起，对接上的新阳极炭块在旧阳极炭块消耗完后，接着自身被消耗，逐步变成了旧阳极炭块，阳极炭块一块接一块的连续消耗，炭块在被消耗、对接新阳极炭块、再消耗、再对接新阳极炭块的不断循环中，实现阳极炭块的连续使用。

Claims (5)

1.一种连续预焙阳极炭块的粘接方法，其特征在于：按照下述方法进行粘接，阳极炭块在电解槽上使用后时得旧阳极炭块，先对旧阳极炭块上表面进行降温后，将旧阳极炭块上表面已被烧结硬化了的预涂抹泡泥进行打毛，然后在新阳极炭块下表面上涂抹泡泥，和旧阳极炭块上下叠加，挤压粘结在一起。

2.根据权利要求1所述的连续预焙阳极炭块的粘接方法，其特征在于：所述阳极炭块在电解槽上使用厚度剩250～300mm时得旧阳极炭块。

3.根据权利要求1所述的连续预焙阳极炭块的粘接方法，其特征在于：所述阳极炭块使用前，先对阳极炭块上下表面进行机械加工，除去翘曲及表面凹凸点，再在上、下表面各涂抹一层泡泥，进行加温挤压找平，然后将泡泥层表面打毛。

4.根据权利要求1所述的连续预焙阳极炭块的粘接方法，其特征在于：所述对旧阳极炭块上表面进行降温是在旧阳极炭块上覆盖风冷罩，通过加湿冷风对旧阳极炭块进行降温。

5.根据权利要求1所述的连续预焙阳极炭块的粘接方法，其特征在于：所述旧阳极炭块上表面降温至200℃以下。