CN1230574C - 一种铝电解槽阴极碳块及其制作方法 - Google Patents

Abstract

一种铝电解槽阴极碳块及其制作方法，其阴极碳块由上、下两种不同的骨料成分制成，其碳块的下部其碳块骨料的主要成分为人造石墨或天然石墨，其密度在1.45～1.70g/cm³之间，电阻率在15～30Ω·m之间，在上部其碳块基体骨料的主要成分为煅后无烟煤，其密度在1.45～1.65g/cm³之间，电阻率在40～70Ω·m之间。这种碳块既有无定型炭质碳块的优点，又有半石墨质无定型碳质碳块的优点。阴极碳块的成型是分步进行的，加入新一层物料之前，要对其振动成型表面进行粗糙化处理。

Description

一种铝电解槽阴极碳块及其制作方法

本发明提供一种铝电解槽阴极碳块及其制作方法。属于冶金技术领域中，电解槽零部件技术。

铝电解生产是在950℃左右的温度下和在含有冰晶石氧化铝熔体的电解槽中，用电解的方法生产的。用于电解槽的碳阴极是由单块或几个碳块筑成的。通常这种阴极碳块有如下几种：

1.以煅烧后的无烟煤为主要骨料成份的无定型碳质碳块。

2.以碎石墨为主要骨料成份，以沥青为粘结剂，成型后，经焙烧而成的碳块，称为半石墨质碳块。

3.以煅后石油焦为年要原料(骨料)与沥青混捏成型后，先焙烧成半制品，然后在石墨化炉中热处理到2300～2500℃而制成的碳块，称之为半石墨化碳块。

4.以煅后石油焦为主要原料(骨料)与沥青混捏成型后，先焙烧成半制品，然后在石墨化炉中热处理到2700～3000℃而制成的碳块，称之为石墨化碳块。

在铝电解槽中上述各种阴极碳块各有优缺点。

1.无定型碳质碳块，机械强度大，抗铝液的冲蚀性能好，且原料便宜，生产成本低，价格便宜。缺点是电阻大。抗钠和电解质的腐蚀性能差。使用在铝电解槽上，炉底电压降高。

2.半石墨化和半石墨质碳块的性能相似，它们的抗钠和抗电解质的腐蚀性，导电特性都大大好于无定型碳质碳块。其缺点是抗压强度低于无定型碳质碳块，抗铝液的冲蚀性能也不如无定型碳质碳块。

3石墨化碳块具有比半石墨化和半石墨质碳块更好的导电、抗钠和电解质渗透性能。但抗压强度太低，抗铝液的冲蚀性能太差，且价格太高，除了电解槽强化生产时，很少被铝厂选用。

本发明的目的，在于提供一种新型的铝电解槽阴极碳块及其制作方法。这种碳块既有无定型碳质碳块的优点，又有半石墨质无定型碳质碳块的优点。

本发明的铝电解槽阴极碳块，其技术特征表现在碳块的下部其碳块骨料的主要成份为人造石墨或天然石墨，其密度在1.45～1.70g/cm³之间，电阻率在15～30Ω·m之间。在上部其碳块基体骨料的成份为煅后无烟煤，其密度在1.45～1.65g/cm³之间，电阻率在40～70Ω·m之间。

本发明新型阴极碳块的制作方法，其技术特征表现在铝电解槽阴极碳块的制作方法的的配料、混捏、振动成型、焙烧等步骤中，其配料、混捏、振动成型包括在阴极碳块上下部三步生产工序中：

第一步，先以人造石墨或天然石墨，或以二者的混合物为骨料，加粘结剂沥青，经混捏后，倒入振动成型机的模中，然后振动成型，成型后的高度(厚度)应不低于阴极钢棒(圆的或方的)断面的高度。

第二步，在此振动成型后，对成型后的基体表面进行粗糙化处理。

第三步，以煅后无烟煤为骨料组份，与粘结剂沥青混合，经混捏后均匀地铺撒在经上述粗糙化处理的碳素成型基体的表面上，进行振动成型。此时振动成型的碳块基体，下部是以石墨为骨科的基体，上部是以煅后无烟煤为骨料的基体。成型后碳块基体的总高度要符合电解铝厂对碳块的要求。

利用本发明方法制得的铝电解槽阴极碳块，下部半石墨基体部分的高度要不小于阴极钢棒断面的高度，比电阻在15～30Ω·m，密度1.45～1.70g/cm³之间。上部以煅后无烟煤为主要成份的基体高度等于电解铝厂要求的碳块体的总高度减去下部高度。这种碳块的上部有较大的抗压强度，抗铝液冲刷的能力也较强，在电解过程中消耗小。下部具有较高的导电性，抗钠腐蚀性强，与阴极钢棒的接触电阻小，阴极电压降低。

如果在以石墨为主要骨料成分的下部阴极碳块和以煅后无烟煤为主要骨料成分的上部阴极碳块之间，设置由石墨骨料和煅后无烟煤混合物为骨料成分的中间过渡层。则有此结构的阴极碳块，更有利于上下部碳块基体的结合。在加入中间过渡层后，制作方法为五个步骤。中间过渡层厚度1～10cm。其密度与电阻率介于碳块下部和上部密度和电阻率之间。

下面通过具体实施方案，进一步叙述本发明的技术特征。

实施方案一

本发明所述的铝电解槽阴极碳块的制作方法，具体步骤如下：

1.碳块下部配料。

用石墨作为主要原料成份进行配料，其中石墨70％～100％，煅后无烟煤为0～30％。

2.混捏。

将上述骨料加入混捏锅中，再加入粘结剂沥青，沥青占15％～20％，其余为骨料，在200℃左右的温度下进行充分混捏。

3.下部混捏料振动成型。

将上述混捏好的物料加入振动成型机的模中，共振动成型。所加混捏料使成型后成型基体达到预定高度。

4.碳块下部成型体的表面粗糙化处理。

对成型基体的表面进行粗糙化处理。

5.碳块上部的配料及混捏。

用煅后无烟煤作为骨料成份进行配料，与沥青混合后，在常规的技术条件下，在混捏锅中进行混捏。

6.加入上部混捏料进行振动成型。

将上部的混捏料均匀地铺撒在经粗糙化处理的碳素成型基体的表面上并进行振动成型，使整体碳块的成型高度达到电解铝厂所要求的高度。

实施方案二

本发明所述的铝电解槽阴极碳块的制作方位，具体步骤如下：

1.碳块下部配料。

用石墨作为主要原料成份进行配料，其中石墨70％-100％，煅后无烟煤为0～30％。

2.混捏。

将上述骨料加入混捏锅中，再加入粘结剂沥青，沥青15％～20％，其余为骨料，在200℃左右的温度下进行充分混捏。

3.下部混捏料振动成型。

将上述混捏好的物料加入振动成型机的模中，并振动成型。所加混捏料使成型后成型基体达到预定高度。

4.碳块下部成型体的表面粗糙化处理。

对成型基体的表面进行粗糙化处理。

5.过渡层配料及混捏。

以石墨和煅后无烟煤的混合物料为骨料成份进行配料，其中石墨骨料占整个骨料成份的5％～95％，其余为煅后无烟煤骨料。加入占整个骨料组份的15％～20％粘结剂沥青，然后按常现技术条件在混捏锅中进行混捏。

6.加入过渡层混捏料后进行振动成型。

将混提好的过渡层的混捏料均匀地铺撒在粗糙化处理后的以石墨为主要骨料的成型基体的表面(表面已经过粗糙化处理)，并进行振动成型。振动成型后的过渡层的厚度在1～10cm之间。

7.对振动成型后的过渡层的碳素基体表面进行粗糙化处理。

8.碳块上部的配料及混捏。

用煅后无烟煤作为骨料成份进行配料，与沥青混合后，在常规的技术条件下，在混捏锅中进行混捏。

9.加入上部混捏料进行振动成型。

将上部的混捏料均匀地铺撒在经表面处理的过渡层基体的表面上并进行振动成型，使整体碳块的成型高度达到电解铝厂所要求的高度。

Claims (4)

1.一种铝电解槽阴极碳块，其阴极碳块由上、下两种不同的骨料成份制成，其碳块的下部其碳块骨料的主要成份为人造石墨或天然石墨，其密度在1.45～1.70g/cm³之间，电阻率在15～30Ω·m之间，在上部其碳块基体骨料的主要成份为煅后无烟煤，其密度在1.45～1.65g/cm³之间，电阻率在40～70Ω·m之间，碳块下部用石墨作为主要原料成份进行配料，其中石墨70％～100％，煅后无烟煤为0～30％，碳块上部用煅后无烟煤作为骨料成份进行配料。

2.根据权利要求1所述的铝电解槽阴极碳块，其特征在于在上、下部之间设置1～10cm厚度的中间过渡层，其密度与电阻率介于碳块下部和上部密度和电阻率之间，过渡层以石墨和煅后无烟煤的混合物料为骨料成份进行配料，其中石墨骨料占整个骨料成份的5％～95％，其余为煅后无烟煤骨料，加入占整个骨料组份的15％～20％粘结剂沥青。

3.一种铝电解槽阴极碳块制作方法，其特征在于具体步骤如下：

1).碳块下部配料

用石墨作为主要原料成份进行配料，其中石墨70％～100％，煅后无烟煤为0～30％；

2).混捏

将上述骨料加入混捏锅中，再加入粘结剂沥青，沥青占15％～20％，其余为骨料，在200℃的温度下进行充分混捏；

3).下部混捏料振动成型

将上述混捏好的物料加入振动成型机的模中，并振动成型，所加混捏料使成型后成型基体达到预定高度；

4).碳块下部成型体的表面粗糙化处理

对成型基体的表面进行粗糙化处理；

5).碳块上部的配料及混捏

用煅后无烟煤作为骨料成份进行配料，与沥青混合后，在常规的技术条件下，在混捏锅中进行混捏；

6).加入上部混捏料进行振动成型

将上部的混捏料均匀地铺撒在经上述粗糙化处理的碳素成型基体的表面上并进行振动成型，使整体碳块的成型高度达到电解铝厂所要求的高度。

4.根据权利要求3所述一种铝电解槽阴极碳块制作方法，其特征在于具体步骤如下：

1).碳块下部配料

用石墨作为主要骨料进行配料，其中石墨70％～100％，煅后无烟煤为0～30％；

2).混捏

将上述骨料加入混捏锅中，再加入粘结剂沥青，沥青15％～20％，其余为骨料，在200℃的温度下进行充分混捏；

3).下部混捏料振动成型

将上述混捏好的物料加入振动成型机的模中，并振动成型，所加混捏料使成型后成型基体达到预定高度；

4).碳块下部成型体的表面粗糙化处理

对成型基体的表面进行粗糙化处理；

5).过渡层配料及混捏

以石墨和煅后无烟煤的混合物料为骨料成份进行配料，其中石墨骨料占整个骨料成份的5％～95％，其余为煅后无烟煤骨料，加入占整个骨料组份的15％～20％粘结剂沥青，然后按常规技术条件在混捏锅中进行混捏；

6).加入过渡层混捏料后进行振动成型

将混捏好的过渡层的混捏料均匀地铺撒在粗糙化处理后的以石墨为主要骨料的成型基体的表面，并进行振动成型，振动成型后的过渡层的厚度在1～10cm之间；

7).对振动成型后的过渡层的碳基体表面进行粗糙化处理

8).碳块上部的配料及混捏

用煅后无烟煤作为骨料成份进行配料，与沥青混合后，在常规的技术条件下，在混捏锅中进行混捏；

9).加入上部混捏料进行振动成型

将上部的混捏料均匀地铺撒在经表面处理的过渡层基体的表面上并进行振动成型，使整体碳块的成型高度达到电解铝厂所要求的高度。