CN1986896B - 大规格铝用高石墨质阴极炭块及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大规格、大截面尺寸的高石墨质炭块及其生产方法。将0-50％的电煅煤、20-100％石墨碎、0-30％的焙烧碎、15-25％的改质沥青进行混捏，混捏温度120℃～180℃，混捏时间45-120分钟，凉料时间10-35分钟，挤压磨具尺寸尺寸截面425×425mm2～800×650mm2预压压力20～25MPa，挤压压力3-20MPa，挤压速度＜5mm/s。大规格阴极炭块截面积为425×425mm2～800×650mm2，这种大截面积的阴极炭块将为大型预焙电解槽提供更加理想的阴极材料，将使电解槽的电场、热场、磁场分布更加合理，同时采用新的配方和工艺生产，将使电解槽阴极压降降低，达到节能的效果。
Description
技术领域
本发明属于电解铝技术领域，涉及铝电解槽使用的阴极炭块加工技术，特别是一种大规格铝用高石墨质阴极炭块及其生产方法。
背景技术
电解槽在生产电解铝的过程中，电流由阳极流过电解质及铝液，然后由阴极流入阴极母线，在电解槽中发生的电化学反应及高温作用下，铝液对阴极炭块表面有冲刷、磨损作用，电解质则对阴极炭块产生电解质侵蚀会导致阴极炭块过早损坏，阳极和阴极之间电流分布不均匀又影响电解槽的技术经济指标。小规格阴极炭块接缝多，接缝填缝糊过早破损而导致电解槽早期报废，降低电解槽使用寿命。中国专利《高石墨阴极炭块及其生产方法》(申请号03144094.0)，该发明是将电锻煤、焙烧碎、石墨和沥青通过混捏、成型、焙烧。通过该方法生产出的阴极炭块具有导电率较高、抗钠侵蚀性、机械强度和耐高温性好的特点，使用该阴极炭块可有效地提高铝电解槽的使用寿命。但生产大规格阴极炭块容易出现裂缝破损，强度低。目前，国内和发达国家电解槽向大型化槽型发展，300～350KA容量的电解槽已逐步成为主流，大型预焙电解槽单槽造价相当高，而且电流强度又特别大，因此，对铝电解槽阴极炭块要求具有使用寿命长和节电性能好，目前的国内各厂家生产的阴极炭块都不能同时达到要求。
发明内容
本发明是针对以上已有技术存在的不足，提供了一种满足大型、超大型预焙电解槽使用的大规格铝用高石墨质阴极炭块；本发明的另一目的是提供一种上述炭块的制造方法。
本发明的技术方案是：一种大规格铝用高石墨质阴极炭块，其生产原料由骨料、煤焦油和改质沥青混合后的粘结剂组成，其特征在于其外在尺寸为截面：425×425mm2～800×650mm2，长度为2000～4500mm，其骨料是由粒度小于15mm的0—50％电锻煤，20—100％的石墨碎，0—30％的焙烧碎组成。
上述石墨碎、电锻煤、焙烧碎的粒度分布为：小于1mm：10—40％、0—20％、0—10％，1—4mm：5—40％、0—15％、0—12％，4—15mm：5—20％、0—15％、0—8％。
一种生产大规格高石墨质阴极炭块的方法，包括骨料筛分、配料、混捏、凉料、成型、焙烧、加工，其特点在于：
筛分、配料：将电煅煤、焙烧碎、石墨碎筛分到所需不同粒级。
混捏：将筛分的所需的不同粒级用电子配料秤精确配完后混入混捏锅中，使温度达到120～180℃然后加入粘结剂沥青，在120～180℃温度下，混捏
120分钟。
凉料：将混捏好的的糊料放入圆筒凉料机、双轴凉料机，使混捏好的糊料温度达到90～130℃；
成型：采用挤压机成型。保持温度在90～150℃，保持预压过程中的柱塞压力为20～25Mpa，保持挤压过程中的柱塞压力为3～20Mpa。
焙烧：将截面尺寸425×425mm2～800×650mm2，长度为2000～4500mm的大规格阴极炭块放入焙烧炉中进行焙烧，使用冶金焦或石油焦作为填充料，自动化温度控制系统控制焙烧曲线，加热至最高温度1300℃，焙烧时间为300～420小时，保温时间30～80小时。
加工：将焙烧好的截面尺寸425×425mm2～800×650mm2，长度为2000～4500mm的大规格炭块采用铣床、开槽床、锯床进行加工所需的不同尺寸。
本发明的特点：
1、截面尺寸大：大截面尺寸可以使电解槽的一块阳极炭块对应一块阴极炭块，电流垂直导电，不会偏流，电流的效益高；
2、电解槽的阴极炭块间接缝减少：使用大截面尺寸阴极炭块接缝减少，可以减少因接缝填缝糊过早破损而导致电解槽早期报废，延长电解槽使用寿命；
3、导电性能高：由于截面尺寸大和采用高石墨炭块生产工艺技术，电阻小，所以导电性能高，也可以强化电流提高电流强度，可以达到0.8A/cm2；
4、增加铝产量：由于导电性能好，可以强化电流，提高电解槽电流强度，也就在不增加成本的情况下提高单槽铝产量；
5、导热性能和抗热性能好：由于使用高石墨质配方，定形碳的成分比较多，故导热性能好，而且截面尺寸425×425mm2～800×650mm2的大规格阴极炭块是在同一工艺条件生产出来，大规格阴极炭块的物理化学性能在电解槽中的一致性好于普通规格的炭块，承受的抗热震性能比较好；
6、延长电解槽的使用寿命：由于导热性能好和抗热震性能好，大规格阴极炭块不会出现裂缝破损，阴极炭块接缝减少和定形碳较多，抵抗电解质侵蚀的能力增强，所以可以延长电解槽的使用寿命；
7、强度高：通过优化工艺和配方，可以提高阴极炭块的强度，抵抗铝液和电解质对阴极炭块的冲刷、抗磨损能力增强
附图说明
附图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
实施例一：
如图1所示的工艺流程图：如将将100kg的石墨碎和20kg煤焦油和5kg改质沥青混合后的粘结剂混捏，其中石墨碎的粒度分布为：小于1mm：40kg；1—4mm：40kg；4—15mm：20kg。其工艺过程：将石墨碎筛分到所需不同粒级。将筛分的所需的不同粒级用电子配料秤精确配完后混入混捏锅中，使温度达到180℃然后加入粘结剂沥青，在180℃温度下，混捏45分钟。将混捏好的的糊料放入圆筒凉料机、双轴凉料机，使混捏好的糊料温度达到130℃，凉料时间为35分钟；采用挤压机成型。保持温度在150℃，保持预压过程中的柱塞压力为25Mpa，保持挤压过程中的柱塞压力为20Mpa，挤压速度<5mm/s。将截面尺寸≤800×650mm2，长度为4500mm的大规格阴极炭块放入焙烧炉中进行焙烧，使用冶金焦或石油焦作为填充料，自动化温度控制系统控制焙烧曲线，加热至最高温度1300℃，焙烧时间为420小时，保温时间80小时。将焙烧好的截面尺寸≤800×650mm2，长度为4500mm的大规格炭块采用铣床、开槽床、锯床进行加工所需的不同尺寸。
实施例二：
如图1所示的工艺流程图：如将40kg的石墨碎、40kg的电锻煤、20kg焙烧碎混合后和15kg的煤焦油、10kg改质沥青混合后的粘结剂混捏，其中石墨碎、电锻煤、焙烧碎的粒度分布为：小于1mm：40kg、30kg、30kgl—4mm：40kg、20kg、40kg；4—15mm：20kg、50kg、30kg。其工艺过程：将电煅煤、焙烧碎、石墨碎筛分到所需不同粒级。将筛分的所需的不同粒级用电子配料秤精确配完后混入混捏锅中，使温度达到150℃然后加入粘结剂沥青，在150℃温度下，混捏110分钟。将混捏好的的糊料放入圆筒凉料机、双轴凉料机，使混捏好的糊料温度达到110℃，凉料时间为20分钟；采用挤压机成型。保持温度在120℃，保持预压过程中的柱塞压力为22Mpa，保持挤压过程中的柱塞压力为15Mpa，挤压速度<3mm/s。将截面尺寸≤660×450mm2，长度为3000mm的大规格阴极炭块放入焙烧炉中进行焙烧，使用冶金焦或石油焦作为填充料，自动化温度控制系统控制焙烧曲线，加热至最高温度1300℃，焙烧时间为350小时，保温时间50小时。将焙烧好的截面尺寸≤660×450mm2，长度为3000mm的大规格炭块采用铣床、开槽床、锯床进行加工所需的不同尺寸。
实施例三：
如图1所示的工艺流程图：如将将20kg的石墨碎、50kg的电锻煤、30kg的焙烧碎混合后和5kg的煤焦油、20kg的改质沥青混合后的粘结剂混捏，其中石墨碎、电锻煤、焙烧碎的粒度分布为：小于1mm：20kg、50kg、30kg；1—4mm：40kg、30kg、30kg；4—15mm：40kg、20kg、40kg。其工艺过程：将电煅煤、焙烧碎、石墨碎筛分到所需不同粒级。将筛分的所需的不同粒级用电子配料秤精确配完后混入混捏锅中，使温度达到120℃然后加入粘结剂沥青，在120℃温度下，混捏120分钟。将混捏好的的糊料放入圆筒凉料机、双轴凉料机，使混捏好的糊料温度达到90℃，凉料时间为10分钟；采用挤压机成型。保持温度在150℃，保持预压过程中的柱塞压力为20Mpa，保持挤压过程中的柱塞压力为3Mpa，挤压速度<2mm/s。将截面尺寸≤425×425mm2，长度为2000mm的大规格阴极炭块放入焙烧炉中进行焙烧，使用冶金焦或石油焦作为填充料，自动化温度控制系统控制焙烧曲线，加热至最高温度1300℃，焙烧时间为300小时，保温时间30小时。将焙烧好的截面尺寸≤425×425mm2，长度为2000mm的大规格炭块采用铣床、开槽床、锯床进行加工所需的不同尺寸。
如实施例一所示，实施例四、五工艺流程和配比力度不变，改变温度、时间、压力、速度如下表：
| 混捏温度 | 混捏时间 | 凉料时间 | 保持温度 | 预压压力 | 挤压压力 | 焙烧时间 | 保温时间 | 糊料温度 | 挤压速度 | |
| 实施例四 | 150℃ | 110分钟 | 20分钟 | 120℃ | 22Mpa | 15Mpa | 350小时 | 50小时 | 110℃ | <3mm/s |
| 实施例五 | 120℃ | 120分钟 | 10分钟 | 150℃ | 20Mpa | 3Mpa | 300小时 | 30小时 | 90℃ | <2mm/s |
如实施例二所示，实施例六、七工艺流程和配比力度不变，改变混捏的温度、时间、挤压压力、速度如下表：
| 混捏温度 | 混捏时间 | 凉料时间 | 保持温度 | 预压压力 | 挤压压力 | 焙烧时间 | 保温时间 | 糊料温度 | 挤压速度 | |
| 实施例六 | 180℃ | 45分钟 | 35分钟 | 150℃ | 25Mpa， | 20Mpa | 420小时 | 80小时 | 130℃ | <5mm/s |
| 实施例七 | 120℃ | 120分钟 | 10分钟 | 150℃ | 20Mpa | 3Mpa | 300小时 | 30小时 | 90℃ | <2mm/s |
如实施例三所示，实施例八、九工艺流程和配比力度不变，改变混捏的温度、时间、挤压压力、速度如下表：
| 混捏温度 | 混捏时间 | 凉料时间 | 保持温度 | 预压压力 | 挤压压力 | 焙烧时间 | 保温时间 | 糊料温度 | 挤压速度 | |
| 实施例八 | 180℃ | 45分钟 | 35分钟 | 150℃ | 25Mpa， | 20Mpa | 420小时 | 80小时 | 130℃ | <5mm/s |
| 实施例九 | 150℃ | 120分钟 | 20分钟 | 120℃ | 22Mpa | 15Mpa | 350小时 | 50小时 | 110℃ | <3mm/s |
Claims (3)
1.一种大规格铝用高石墨质阴极炭块，其生产工艺为：将100kg的石墨碎，20kg煤焦油和5kg改质沥青混合后的粘结剂混捏，其中石墨碎的粒度分布为：小于1mm：40kg；1-4mm：40kg；4-15mm：20kg；其工艺过程：将石墨碎筛分到所需不同粒级，将筛分的所需的不同粒级用电子配料秤精确配完后混入混捏锅中，使温度达到180℃，然后加入粘结剂，在180℃温度下，混捏45分钟；将混捏好的糊料放入圆筒凉料机、双轴凉料机，使混捏好的糊料温度达到130℃，凉料时间为35分钟；采用挤压机成型；保持温度在150℃，保持预压过程中的柱塞压力为25MPa，保持挤压过程中的柱塞压力为20MPa，挤压速度＜5mm/s；将截面尺寸≤800×650mm2，长度为4500mm的大规格阴极炭块放入焙烧炉中进行焙烧，使用冶金焦或石油焦作为填充料，自动化温度控制系统控制焙烧曲线，加热至最高温度1300℃，焙烧时间为420小时，保温时间30小时；将焙烧好的截面尺寸≤800×650mm2，长度为4500mm的大规格炭块采用铣床，开槽床，锯床进行加工，得到所需的不同尺寸。
2.一种大规格铝用高石墨质阴极炭块，其生产工艺为：将40kg的石墨碎、40kg电煅煤、20kg焙烧碎混合后和15kg的煤焦油、10kg改质沥青混合后的粘结剂混捏，其中石墨碎、电煅煤、焙烧碎的粒度分布为：小于1mm：40kg、30kg、30kg；1-4mm：40kg、20kg、40kg；4-15mm：20kg、50kg、30kg；其工艺过程：将电煅煤、焙烧碎、石墨碎筛分到所需不同粒级；将筛分的所需的不同粒级用电子配料秤精确配完后混入混捏锅中，使温度达到150℃然后加入粘结剂，在150℃温度下，混捏110分钟；将混捏好的糊料放入圆筒凉料机、双轴凉料机，使混捏好的糊料温度达到110℃，凉料时间为20分钟；采用挤压机成型；保持温度在120℃，保持预压过程中的柱塞压力为22MPa，保持挤压过程中的柱塞压力为15MPa，挤压速度＜3mm/s；将截面尺寸≤660×450mm2，长度为3000mm的大规格阴极炭块放入焙烧炉中进行焙烧，使用冶金焦或石油焦作为填充料，自动化温度控制系统控制焙烧曲线，加热至最高温度1300℃，焙烧时间为350小时，保温时间50小时；将焙烧好的截面尺寸≤660×450mm2，长度为3000mm的大规格炭块采用铣床，开槽床，锯床进行加工，得到所需的不同尺寸。
3.一种大规格铝用高石墨质阴极炭块，其生产工艺为：将20kg的石墨碎、50kg的电煅煤、30kg的焙烧碎混合后和5kg的煤焦油、20kg的改质沥青混合后的粘结剂混捏，其中石磨碎、电煅煤、焙烧碎的粒度分布为：小于1mm：20kg、50kg、30kg；1-4mm：40kg、30kg、30kg；4-15mm：40kg、20kg、40kg；其工艺过程：将电煅煤、焙烧碎、石墨碎筛分到所需不同粒级；将筛分的所需的不同粒级用电子配料秤精确配完后混入混捏锅中，使温度达到120℃然后加入粘结剂，在120℃温度下，混捏120分钟；将混捏好的糊料放入圆筒凉料机、双轴凉料机，使混捏好的糊料温度达到90℃，凉料时间为10分钟；采用挤压机成型；保持温度在150℃，保持预压过程中的柱塞压力为20MPa，保持挤压过程中的柱塞压力3MPa，挤压速度＜2mm/s；将截面尺寸≤425×425mm2，长度为2000mm的大规格阴极炭块放入焙烧炉中进行焙烧，使用冶金焦或石油焦作为填充料，自动化温度控制系统控制焙烧曲线，加热至最高温度1300℃，焙烧时间为300小时，保温时间30小时；将焙烧好的截面尺寸≤425×425mm2，长度为2000mm的大规格炭块采用铣床，开槽床，锯床进行加工，得到所需的不同尺寸。
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