CN1443875A - 铝电解槽用阴极的硼化钛涂层配方 - Google Patents

铝电解槽用阴极的硼化钛涂层配方 Download PDF

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Abstract

铝电解槽用阴极硼化钛涂层配方在阴极涂层中添加电解铝用半石墨质阴极碎，缩小了涂层与阴极炭块热膨胀率的差异；在阴极涂层添加对甲苯磺酸复合固化剂，扩大固化反应温度范围，降低反应剧烈程度，减少涂层的形变；本发明将35小时以上的固化时间缩短至24小时，达到了节能增效的目的；使用本发明得到了铝电解槽用形变小、粘接强度大，不脱落的TiB2阴极涂层。

Description

铝电解槽用阴极的硼化钛涂层配方
本发明与铝电解槽阴极有关，涉及到呋喃树脂类TiB2阴极涂层糊料的成分和含量。
由于TiB2能与铝液完全润湿，且具有优良的导电性，而成为制造铝电解槽用可润湿性惰性阴极的首选材料。已有的TiB2阴极涂层糊料配方主要包括粉状TiB2、热固性树脂、固化剂及溶剂等。固化剂的成分主要是无机酸乙脂(磷酸乙脂、硫酸乙脂等)。混有TiB2粉末的树脂在固化剂的作用下，高温固化。随着温度的升高，树脂交联、聚合成为不溶、不熔的固体，从而起到将TiB2粘接在炭素阴极表面的作用。固化速度及固化反应的剧烈程度会对涂层形貌的稳定性产生影响。固化速度越快，反应越剧烈，涂层的裂纹和孔隙就越大。以无机酸乙脂为固化剂的TiB2阴极涂层，固化反应主要集中在160℃-240℃温度段进行剧烈反应。为了减缓固化反应的剧烈程度，减少涂层的形变，现行的措施是降低固化升温速度，延长加热时间达35小时以上。这种办法的直接后果就是增加能耗，浪费时间。因此，已有的TiB2涂层与阴极炭素基体的热膨胀率存在较大的差异，热应力大，涂层容易块状脱落。
为了克服上述铝电解槽用阴极硼化钛的缺陷，而改进一种涂层形变小，粘接强度大，不脱落，固化反应温度范围宽的硼化钛涂层。
本发明采用的技术方案是：提供一种改进的TiB2涂层配方及其固化、炭化升温制度。
其特征在于：
                            表1涂层糊料配方
名称 规格   重量百分含量(％)
功能材料     TiB2粉末     3-10μm     40-60
复合粘接剂     呋喃树脂     粘均分子量4000-6000     10-18
    环氧树脂     E-44     5-10
    氧化沥青粉     小于246μm     5-12
添加剂①     石油焦粉     小于246μm147-246μm     5-123-10
电解铝用半石墨质阴极碎     小于246μm     3-8
添加剂②     炭素纤维   单根直径6-7μm，长度3-5cm     0.5-1
    炭素纤维粉     小于74μm     1-2
混合溶剂     乙醇     化学纯     2-8
    丙酮     化学纯     2-8
    乙酸丁脂     化学纯     1-5
复配固化剂     对甲苯磺酸     化学纯     0.5-2
    硫酸乙酯     化学纯     0.3-0.6
    磷酸乙脂     化学纯     0.3-0.6
控制如下工艺参数，可获得固化反应温度范围宽，形变小，粘接强度大，不脱落的硼化钛涂层。
固化升温制度如下：
25-60℃：13℃/h；
60-120℃：6℃/h；
120-180℃：10℃/h；
180-220℃：7℃/h；
涂层炭化升温制度：
25-300℃：25℃/h；
300-600℃：8℃/h；
600-900℃：12℃/h；
本发明具有以下优点：
①功能材料TiB2的粒度小，只有3～10μm有利于提高涂层的耐磨性；
②在阴极涂层中添加电解铝用半石墨质阴极碎，其结构和组成与基本炭块一致，缩小了涂层与阴极炭块热膨胀率的差异；
③在阴极涂层添加对甲苯磺酸的固化剂，扩大固化反应温度范围，从原来的160℃-240℃变为80℃-220℃，使固化变为一个逐步反应过程，降低反应剧烈程度，减少涂层的形变；
④缩短了固化时间，将35小时以上的固化时间缩短至24小时，达到了节能增效的目的；
⑤使用本发明得到了铝电解槽用形变小、粘接强度大(参照GB-8721-88测定阴极涂层的抗拉强度)，不脱落的TiB2阴极涂层。
下面结合实施例作进一步的说明：
实例1：实例TiB2阴极涂层糊料配方见表2。
                  表2涂层糊料配方
    名称         规格 重量百分含量(％)
TiB2粉末 3-10μm     52
石油焦粉 小于147μm147-246μm     5.53.5
电解铝用阴极碎 小于147μm     4.5
炭素纤维 单根直径6-7μm，长度3-5cm 1.2
炭素纤维粉 小于74μm     1
呋喃树脂 粘均分子量4000-6000     10.5
环氧树脂 E-44     6
氧化沥青粉 小于147μm     8
乙醇 工业纯     4
丙酮 工业纯     3
乙酸丁脂 工业纯     1
对甲苯磺酸 化学纯     08
硫酸乙脂 工业纯     0.3
磷酸乙脂 工业纯     0.3
将表2中的各物料混合成糊料，涂抹于炭素阴极上，按上节所述的固化、炭化升温制度加热得阴极涂层。所得阴极涂层无裂纹，不脱落，粘接强度大于铝电解用炭素阴极的抗拉强度，＞2.7MPa。

Claims (2)

1.铝电解槽用阴极硼化钛涂层配方，其特征在于：
                         表1涂层糊料配方 名称 规格   重量百分含量(％) 功能材料     TiB2粉末     3-10μm      40-60 复合粘接剂     呋喃树脂     粘均分子量4000-6000      10-18     环氧树脂     E-44      5-10     氧化沥青粉     小于246μm      5-12 添加剂①     石油焦粉     小于246μm147-246μm      5-123-10  电解铝用半石墨质阴极碎     小于246μm      3-8 添加剂②     炭素纤维 单根直径6-7μm，长度3-5cm      0.5-1     炭素纤维粉     小于74μm      1-2 混合溶剂     乙醇     化学纯      2-8     丙酮     化学纯      2-8     乙酸丁脂     化学纯      1-5 复配固化剂     对甲苯磺酸     化学纯      0.5-2     硫酸乙酯     化学纯      0.3-0.6     磷酸乙脂     化学纯      0.3-0.6
2.铝电解槽用阴极硼化钛涂层配方，其特征在于：
                   表2实例糊料配方      名称         规格 重量百分含量(％) TiB2粉末 3-10μm     52 石油焦粉 小于147μm147-246μm     5.53.5 电解铝用阴极碎 小于147μm     4.5 炭素纤维 单根直径6-7μm，长度3-5cm 1.2 炭素纤维粉 小于74μm     1 呋喃树脂 粘均分子量4000-6000     10.5 环氧树脂 E-44     6 氧化沥青粉 小于147μm     8 乙醇 工业纯     4 丙酮 工业纯     3 乙酸丁脂 工业纯     1 对甲苯磺酸 化学纯     08 硫酸乙脂 工业纯     0.3 磷酸乙脂 工业纯     0.3
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103443332A (zh) * 2011-02-11 2013-12-11 西格里碳素欧洲公司 具有抗磨表面的表面异形化的石墨阴极块
CN103936333A (zh) * 2014-04-21 2014-07-23 西安建筑科技大学 一种铝电解阴极焙烧及启动过程用高温抗氧化涂层及其制备方法

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