EA044706B1 - CATHODE BLOCKS FOR ELECTROLYSIS OF ALUMINUM AND METHOD OF THEIR MANUFACTURE - Google Patents

CATHODE BLOCKS FOR ELECTROLYSIS OF ALUMINUM AND METHOD OF THEIR MANUFACTURE Download PDF

Info

Publication number
EA044706B1
EA044706B1 EA202292666 EA044706B1 EA 044706 B1 EA044706 B1 EA 044706B1 EA 202292666 EA202292666 EA 202292666 EA 044706 B1 EA044706 B1 EA 044706B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
cathode
composite
segments
unsintered
block
Prior art date
Application number
EA202292666
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Йенсен Мортен Сундхейм
Original Assignee
Норск Хюдро Аса
Filing date
Publication date
Application filed by Норск Хюдро Аса filed Critical Норск Хюдро Аса
Publication of EA044706B1 publication Critical patent/EA044706B1/en

Links

Description

Область техникиField of technology

Изобретение предлагает новый способ изготовления катодных блоков для электролиза алюминия в электролитических ячейках Холла-Эру, в котором вся поверхность или части поверхности катодных блоков покрыты композиционным материалом. Изобретение также относится к катодам, изготовленным с помощью данного способа. В зависимости от конструкции, эти катодные блоки могут иметь разное назначение и улучшать эксплуатационные характеристики электролитических ячеек Холла-Эру. Блоки могут быть прикреплены друг к другу с помощью катодных штанг, медных стержней или токосъемными пластинами в футеровке электролизёра для формирования катодного раствора.The invention provides a new method for manufacturing cathode blocks for the electrolysis of aluminum in Hall-Heroux electrolytic cells, in which the entire surface or parts of the surface of the cathode blocks are coated with a composite material. The invention also relates to cathodes produced using this method. Depending on the design, these cathode blocks can have different purposes and improve the performance characteristics of Hall-Heroult electrolytic cells. The blocks can be attached to each other using cathode rods, copper rods, or current collector plates in the cell lining to form a cathode solution.

Уровень техникиState of the art

Гомогенные композиционные катодные блоки для электролиза алюминия на основе C-TiB2 обычно изготавливают так же, как и традиционные катодные блоки, но порошок TiB2 добавляют в сухой коксовый заполнитель и смолу, служащую связующим, во время приготовления катодной пасты. Затем этот композиционный блок C-TiB2 подвергается виброформованию или экструзии для формирования сырого неспечённого катодного блока перед обжигом и последующей графитизацией. В качестве альтернативы, двухслойная конструкция катодного блока может быть изготовлена из композиционного материала CTiB2 только в верхнем слое, чтобы сократить использование дорогостоящего порошка TiB2. В этом случае на нижнюю поверхность виброформы равномерно распределяется один толстый базовый слой традиционной катодной пасты. Затем поверх базового слоя равномерно наносится верхний слой композиционной катодной пасты С-TiB2 перед виброформованием для формирования неспечённого блока с последующим обжигом и графитизацией. Однако точность при нанесении пасты С-TiB2 для верхнего слоя является ограниченной, и может быть затруднительным добиться ровного и тонкого верхнего слоя. Кроме того, более сложные конструкции катодных блоков с композиционным верхним слоем C-TiB2 трудно изготовить при использовании композиционной катодной пасты C-TiB2 в процессе формования.Homogeneous composite cathode blocks for aluminum electrolysis based on C-TiB2 are usually manufactured in the same way as traditional cathode blocks, but TiB2 powder is added to the dry coke aggregate and binder resin during the preparation of the cathode paste. This C-TiB2 composite block is then vibroformed or extruded to form a green unsintered cathode block before firing and subsequent graphitization. Alternatively, a two-layer cathode block design can be made of CTiB 2 composite material in the top layer only to reduce the use of expensive TiB 2 powder. In this case, one thick base layer of traditional cathode paste is evenly distributed on the bottom surface of the vibration mold. A top layer of C-TiB 2 composite cathode paste is then uniformly applied over the base layer before vibration molding to form an unsintered block, followed by firing and graphitization. However, accuracy when applying C-TiB 2 topcoat paste is limited and it may be difficult to achieve an even and thin topcoat. In addition, more complex cathode block designs with a C-TiB2 composite top layer are difficult to fabricate when using C-TiB2 composite cathode paste in the molding process.

Документ WO 0036187 раскрывает структуру многослойного катода для алюминиевых электролитических ячеек.WO 0036187 discloses a multilayer cathode structure for aluminum electrolytic cells.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention

Настоящее изобретение предлагает новый способ изготовления катодных блоков с верхним слоем из композита C-TiB2 или композиционным верхним слоем, содержащим порошки других боридов металлов, таких как HfB2, ZrB2, CrB2, WB2, или порошок карбида огнеупорного металла, такой как SiC, Cr3C2, В4С, TiC, или Al2O3, и углерода.The present invention provides a new method for making cathode blocks with a C-TiB 2 composite top layer or a composite top layer containing other metal boride powders such as HfB 2 , ZrB 2 , CrB 2 , WB2 or refractory metal carbide powder such as SiC , Cr 3 C 2 , B 4 C, TiC, or Al 2 O 3 , and carbon.

Настоящий способ изготовления катодного блока для электролитической ячейки Холла-Эру для производства алюминия может быть осуществлен посредством позиционирования одного или нескольких предварительно изготовленного(ых) неспечённого(ых) композиционного(ых) сегмента(сегментов) на нижней поверхности большой виброформы для производства традиционных катодных блоков, и где углеродсодержащая катодная паста заливается в виброформу и равномерно распределяется поверх предварительно изготовленных неспечённых композиционных сегментов, позиционируемых на нижней поверхности виброформы, с последующим виброформованием для сплавления упомянутых композиционных сегментов с углеродсодержащей катодной пастой, таким образом формируя неспечённый катодный блок с интегрированным композиционным слоем на поверхности катодного блока или частях поверхности катодного блока.The present method for manufacturing a cathode block for a Hall-Heroult electrolytic cell for aluminum production can be carried out by positioning one or more prefabricated unsintered composite segment(s) on the bottom surface of a large vibration mold for producing conventional cathode blocks, and wherein the carbon-containing cathode paste is poured into a vibratory mold and uniformly distributed over prefabricated unsintered composite segments positioned on the bottom surface of the vibratory mold, followed by vibration molding to fuse said composite segments with the carbon-containing cathode paste, thereby forming a green cathode block with an integrated composite layer on the surface of the cathode block or parts of the surface of the cathode block.

Упомянутый предварительно изготовленный неспечённый композиционный сегмент (сегменты) может быть изготовлен из неспечённого композиционного материала или сегментов, содержащих сухой наполнитель из TiB2, или другого порошка борида металла, такого как, HfB2, ZrB2, CrB2, WB2, или порошка карбида огнеупорного металла, такого как SiC, Cr3C2, В4С, TiC, или Al2O3, вместе с углеродсодержащими материалами, такими как частицы кокса и смола, служащая связующим, формованные или предварительно изготовленные в небольшой виброформе.Said prefabricated green composite segment(s) may be made from green composite material or segments containing a dry filler of TiB 2 , or other metal boride powder such as HfB 2 , ZrB 2 , CrB 2 , WB2, or refractory carbide powder metal such as SiC, Cr 3 C 2 , B 4 C, TiC, or Al 2 O 3 together with carbonaceous materials such as coke particles and binder resin, molded or prefabricated in a small vibromold.

Новый изобретательный способ изготовления упростит изготовление, повысит точность изготовления, облегчит создание более сложных конструкций катодного блока и верхнего слоя C-TiB2 и, возможно, снизит стоимость изготовления.The new ingenious fabrication method will simplify fabrication, improve fabrication accuracy, facilitate more complex designs of the C-TiB2 cathode block and top layer, and possibly reduce fabrication costs.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

Далее настоящее изобретение будет дополнительно объяснено с помощью примеров и фигур, где: фиг. 1 раскрывает изготовление предварительно изготовленного неспечённого композиционного сегмента в малой виброформе;Hereinafter, the present invention will be further explained with the help of examples and figures, wherein: FIG. 1 discloses the production of a prefabricated unsintered composite segment in a small vibration mold;

фиг. 2 раскрывает детали предварительно изготовленного неспечённого композиционного сегмента, если смотреть с одной стороны;fig. 2 reveals details of a prefabricated green composite segment as viewed from one side;

фиг. 3 раскрывает традиционную виброформу, если смотреть с одной стороны, для формирования неспечённого катодного блока на основе традиционной катодной пасты и предварительно изготовленных неспечённых композиционных сегментов;fig. 3 reveals a traditional vibration mold, viewed from one side, for forming a green cathode block based on a traditional cathode paste and prefabricated green composite segments;

фиг. 4 раскрывает тот же катодный блок, что и на фиг. 3, после виброформования, теперь перевернутый вверх дном относительно положения в пресс-форме и с заполненным композиционным поверхностным слоем катода;fig. 4 reveals the same cathode block as in FIG. 3, after vibration molding, now turned upside down relative to the position in the mold and with a composite cathode surface layer filled;

фиг. 5 раскрывает тот же блок, что и на фиг. 4, при обзоре сверху;fig. 5 reveals the same block as in FIG. 4, viewed from above;

- 1 044706 фиг. 6 раскрывает тот же блок, что и на фиг. 4, при обзоре с торца блока, но с двумя углублениями для катодных штанг;- 1 044706 fig. 6 reveals the same block as in FIG. 4, when viewed from the end of the block, but with two recesses for cathode rods;

фиг. 7 раскрывает виброформу, если смотреть с одной стороны, с предварительно изготовленными неспечёнными композиционными сегментами, размещенными в определенных областях, и где традиционная катодная паста распределяется поверх композиционных сегментов;fig. 7 reveals a vibrator mold, viewed from one side, with prefabricated unsintered composite segments placed in defined areas, and where conventional cathode paste is spread over the composite segments;

фиг. 8 раскрывает тот же катодный блок, что и на фиг. 7, после виброформования, но перевернутый вверх дном относительно положения в пресс-форме и с композиционным слоем на участках поверхности катода;fig. 8 reveals the same cathode block as in FIG. 7, after vibration molding, but turned upside down relative to the position in the mold and with a composite layer on the cathode surface areas;

фиг. 9 раскрывает тот же самый катодный блок, что и на фиг. 8, если смотреть сверху;fig. 9 reveals the same cathode block as in FIG. 8, viewed from above;

фиг. 10 раскрывает виброформу на виде сбоку с наклонным дном, покрытым предварительно изготовленными неспечёнными композиционными сегментами, где поверх композиционных сегментов нанесена традиционная катодная паста;fig. 10 reveals a vibrating mold in a side view with a sloped bottom covered with prefabricated unsintered composite segments, where traditional cathode paste is applied over the composite segments;

фиг. 11 раскрывает тот же катодный блок, что и на фиг. 10, перевёрнутый вверх дном относительно положения в пресс-форме, и с заполненным композиционным слоем на наклонной поверхности катода;fig. 11 reveals the same cathode block as in FIG. 10, turned upside down relative to the position in the mold, and with a filled composite layer on the inclined surface of the cathode;

фиг. 12 раскрывает тот же блок, что и на фиг. 11, если смотреть сверху;fig. 12 reveals the same block as in FIG. 11, viewed from above;

фиг. 13 раскрывает на виде сверху ещё одну конструкцию катодного блока, показывающую две области с композиционным слоем, проходящими от одного конца блока к другому, изготовленными таким же способом посредством размещения предварительно изготовленных неспечённых композиционных сегментов в определенных положениях на нижней поверхности виброформы;fig. 13 reveals in a plan view another cathode block structure showing two composite layer regions extending from one end of the block to the other, manufactured in the same manner by placing prefabricated unsintered composite segments at specific positions on the bottom surface of the vibrator;

фиг. 14 раскрывает тот же блок, что и на фиг. 13, если смотреть с торца блока;fig. 14 reveals the same block as in FIG. 13, when viewed from the end of the block;

фиг. 15 раскрывает вид сбоку катодного блока с расположенным в поперечном направлении композиционным слоем, изготовленного таким же способом посредством размещения предварительно изготовленных неспечённых композиционных сегментов в определенных положениях на нижней поверхности виброформы;fig. 15 is a side view of a cathode block with a laterally disposed composite layer manufactured in the same manner by placing prefabricated non-sintered composite segments at specific positions on the bottom surface of a vibrating mold;

на фиг. 16 показан вид сверху катодного блока, показанного на фиг. 15.in fig. 16 is a top view of the cathode block shown in FIG. 15.

Осуществление изобретенияCarrying out the invention

Фиг. 1 раскрывает изготовление неспечённого композиционного сегмента 11 в малой виброформе 10, где композиционная катодная паста заливается в часть 10'' пресс-формы, а вибрирующий груз 10' уплотняет массу для формирования композиционного сегмента с определённой формой и жёсткостью, который называют предварительно изготовленным неспечённым композиционным сегментом.Fig. 1 discloses the production of a green composite segment 11 in a small vibrating mold 10, where the composite cathode paste is poured into the mold portion 10'' and a vibrating weight 10' compacts the mass to form a composite segment with a certain shape and rigidity, which is called a prefabricated green composite segment. .

Фиг. 2 раскрывает детали предварительно изготовленного неспечённого композиционного сегмента 20.Fig. 2 reveals details of the prefabricated green composite segment 20.

Фиг. 3 раскрывает виброформу 30 на виде сбоку, где предварительно изготовленные неспечённые композиционные сегменты 31 покрывают всю нижнюю поверхность виброформы, и где традиционная катодная паста 32 равномерно распределена поверх этих сегментов. Таким образом, неспечённый катодный блок формируется в перевернутом вверх дном виде.Fig. 3 reveals the mold 30 in a side view, where prefabricated unsintered composite segments 31 cover the entire bottom surface of the mold, and where conventional cathode paste 32 is evenly distributed over these segments. Thus, the unsintered cathode block is formed upside down.

Фиг. 4 раскрывает тот же катодный блок 32, что и на фиг. 3, после виброформования. Теперь с заполненным композиционным слоем 31 катодной пасты 32 на верхней части блока.Fig. 4 reveals the same cathode block 32 as in FIG. 3, after vibroforming. Now with the composite layer 31 filled with cathode paste 32 on the top of the block.

Фиг. 5 раскрывает тот же катодный блок, что и на фиг. 4, если смотреть сверху. С этой точки обзора можно увидеть только композиционный слой 31.Fig. 5 reveals the same cathode block as in FIG. 4, viewed from above. From this vantage point, only composition layer 31 can be seen.

Фиг. 6 раскрывает тот же катодный блок 32, что и на фиг. 4, если смотреть с торца блока, обеспечиваемый двумя углублениями 21, 2 Г для катодных штанг 22, 22' и композиционного слоя 31.Fig. 6 reveals the same cathode block 32 as in FIG. 4, when viewed from the end of the block, provided by two recesses 21, 2 G for the cathode rods 22, 22' and the composite layer 31.

Фиг. 7 раскрывает виброформу 30, если смотреть со стороны, где предварительно изготовленные неспечённые композиционные сегменты 31', 31'' аккуратно размещены только в некоторых определённых областях на концах нижней поверхности виброформы и где традиционная катодная паста 32 равномерно распределена по верхней части этих сегментов. Таким образом, катодный блок изготавливается в перевернутом виде.Fig. 7 reveals the vibrating mold 30 as viewed from the side, where prefabricated unsintered composite segments 31', 31'' are neatly placed only in certain defined areas at the ends of the lower surface of the vibrating mold and where conventional cathode paste 32 is evenly distributed over the top of these segments. Thus, the cathode block is manufactured upside down.

Фиг. 8 раскрывает тот же катодный блок 32, что и на фиг. 7, после виброформования. Теперь блок развернулся композитными слоями вверх в направлении к концам катодного блока.Fig. 8 reveals the same cathode block 32 as in FIG. 7, after vibroforming. Now the block has turned with the composite layers upward towards the ends of the cathode block.

Фиг. 9 раскрывает тот же катодный блок, что и на фиг. 8, если смотреть сверху. С этой точки обзора можно увидеть две области с композиционным слоем 31', 31'' на концах блока, разделённые областью на основе традиционной катодной пасты 32.Fig. 9 reveals the same cathode block as in FIG. 8, viewed from above. From this vantage point, two composite layer regions 31', 31'' can be seen at the ends of the block, separated by a conventional cathode paste region 32.

Фиг. 10 раскрывает виброформу 40, на виде сбоку, где дно виброформы имеет наклонную поверхность, и где это наклонное дно виброформы полностью покрыто предварительно изготовленными неспечёнными композиционными сегментами 41, при этом традиционная катодная паста 42 распределена равномерно поверх этих сегментов 41.Fig. 10 reveals the vibration mold 40 in a side view, where the bottom of the vibration mold has a sloped surface, and where the sloped bottom of the vibration mold is completely covered with prefabricated unsintered composite segments 41, with conventional cathode paste 42 distributed evenly over these segments 41.

Фиг. 11 раскрывает тот же катодный блок 42, что и на фиг. 10, после виброформования. Теперь с наклонным композиционным слоем 41 сверху.Fig. 11 reveals the same cathode block 42 as in FIG. 10, after vibroforming. Now with an inclined composite layer 41 on top.

Фиг. 12 раскрывает тот же блок, что и на фиг. 10, если смотреть сверху. С этой точки обзора можно увидеть только композиционный слой 41.Fig. 12 reveals the same block as in FIG. 10 when viewed from above. From this vantage point, only composition layer 41 can be seen.

Фиг. 13 раскрывает пример другой конструкции катодного блока, которая стала возможной благодаря использованию предварительно изготовленных неспечённых композиционных сегментов. ЗдесьFig. 13 discloses an example of another cathode block design made possible by the use of prefabricated non-sintered composite segments. Here

- 2 044706 катодный блок изображён на виде сверху, показывая две области с композиционным материалом, проходящими от одного конца блока к другому концу, подготовленные посредством тщательного позиционирования предварительно изготовленных неспечённых композиционных сегментов 51, 51'. Традиционная катодная паста показана как обозначенная ссылками 52, 52', 52'', 52'''.- 2 044706 the cathode block is shown in a plan view showing two areas of composite material extending from one end of the block to the other end, prepared by careful positioning of prefabricated unsintered composite segments 51, 51'. Traditional cathode paste is shown as indicated by references 52, 52', 52'', 52'''.

Фиг. 14 раскрывает тот же блок, что и на фиг. 13, если смотреть с левого торца блока, и с двумя углублениями 21, 21' для катодных штанг 22, 22'.Fig. 14 reveals the same block as in FIG. 13, when viewed from the left end of the block, and with two recesses 21, 21' for cathode rods 22, 22'.

Фиг. 15 раскрывает вид сбоку катодного блока с одной областью с композиционным слоем на поверхности катода, расположенным в поперечном направлении в катодном блоке 62, подготовленным посредством тщательного позиционирования предварительно изготовленных неспечённых композиционных сегментов 61.Fig. 15 reveals a side view of a cathode block with one region having a composite layer on the surface of the cathode located laterally in the cathode block 62 prepared by careful positioning of prefabricated green composite segments 61.

Фиг. 16 показывает вид сверху катодного блока 62, показанного на фиг. 15, с композиционным сегментом 61.Fig. 16 shows a top view of the cathode block 62 shown in FIG. 15, with composition segment 61.

Способ изготовления катода может быть основан на нескольких основных этапах:The cathode manufacturing method can be based on several main stages:

i) Для изготовления композиционных сегментов готовят специальную композиционную катодную пасту посредством добавления сухого заполнителя из порошка TiB2 или других порошков боридов металлов, таких как HfB2, ZrB2, CrB2, WB2, или порошков карбидов огнеупорных металлов, таких как SiC, Cr3C2, В4С, TiC, или Al2O3 и кокс в дополнение к смоле, служащей связующим, в смесителе, аналогичном используемому для приготовления традиционной катодной пасты, и с использованием процедуры смешивания, аналогичной используемой для приготовления традиционной катодной пасты. В качестве альтернативы, вместо традиционного кокса композиционная катодная паста может быть приготовлена с использованием кокса с включениями упомянутых боридов, карбидов или оксида алюминия в дополнение к смоле, служащей связующим, и порошку TiB2.i) For the manufacture of composite segments, a special composite cathode paste is prepared by adding dry filler from TiB 2 powder or other metal boride powders such as HfB 2 , ZrB 2 , CrB 2 , WB 2 or refractory metal carbide powders such as SiC, Cr 3 C 2 , B 4 C, TiC, or Al 2 O 3 and coke in addition to the binder resin, in a mixer similar to that used for preparing conventional cathode paste, and using a mixing procedure similar to that used for preparing conventional cathode paste. Alternatively, instead of traditional coke, the composite cathode paste can be prepared using coke containing the aforementioned borides, carbides or alumina in addition to the binder resin and TiB 2 powder.

ii) Сухой заполнитель состоит из 10-90 мас.% упомянутого порошка борида, карбида или оксида алюминия и 10-90 мас.% частиц кокса, но наиболее часто заполнитель состоит из 20-40 мас.% упомянутого борида, карбида или порошка глинозема и 60-80 мас.% частиц кокса. В процессе смешивания добавляют 10-20 мас.% смолы, служащей связующим, по отношению к массе сухого заполнителя. Что касается производства традиционной катодной пасты, то температура в процессе смешивания зависит от температуры размягчения смолы, служащей связующим. Обычно температура при смешивании составляет 120-200°C.ii) The dry aggregate consists of 10-90% by weight of said boride, carbide or alumina powder and 10-90% by weight of coke particles, but most commonly the aggregate consists of 20-40% by weight of said boride, carbide or alumina powder and 60-80 wt.% coke particles. During the mixing process, 10-20 wt.% of the resin serving as a binder is added, relative to the weight of the dry aggregate. As for the production of traditional cathode paste, the temperature during the mixing process depends on the softening temperature of the resin that serves as the binder. Typically the mixing temperature is 120-200°C.

iii) Упомянутые бориды, карбиды или порошок оксида алюминия в сухом заполнителе обычно имеют размер частиц 0,1-100 мкм (d50), тогда как гранулометрическое распределение частиц кокса обычно составляет 0,05-8 мм (d50).iii) Said borides, carbides or alumina powder in dry aggregate generally have a particle size of 0.1-100 µm (d50), while the particle size distribution of coke particles is usually 0.05-8 mm (d50).

iv) После смешивания формируются неспеченные композиционные сегменты, посредством помещения композиционной катодной пасты в небольшую предварительно нагретую виброформу. Дно формы может иметь остроконечную, зигзагообразную, коническую, пирамидальную или аналогичную структуру, чтобы увеличить площадь поверхности одной из поверхностей неспечённого композиционного сегмента. Сегменты, сформированные в этом процессе, называются предварительно изготовленными неспечёнными композиционными сегментами, поскольку эти сегменты могут быть изготовлены заранее и храниться до тех пор, пока они не будут использованы для изготовления катодных блоков на более позднем этапе.iv) After mixing, green composite segments are formed by placing the composite cathode paste into a small preheated vibrating mold. The bottom of the mold may have a pointed, zigzag, conical, pyramidal or similar structure to increase the surface area of one of the surfaces of the unsintered composite segment. The segments formed in this process are called prefabricated green composite segments because these segments can be prepared in advance and stored until they are used to make cathode blocks at a later stage.

v) Перед изготовлением катодного блока предварительно изготовленные неспечённые композиционные сегменты предварительно нагревают, а затем помещают на нижнюю поверхность виброформы, используемой для приготовления неспечённых катодных блоков, остроконечной структурой вверх.v) Before making the cathode block, the prefabricated green composite segments are preheated and then placed on the bottom surface of the vibrating mold used for preparing the green cathode blocks, with the pointed structure facing up.

vi) Традиционная катодная паста заливается в виброформу и равномерно распределяется поверх предварительно изготовленных неспечённых композиционных сегментов до начала виброформования катодного блока. При виброформовании предварительно изготовленные неспечённые композиционные сегменты сплавляются с катодной пастой, а после виброформования эти сегменты являются составной частью блока неспечённого катода. Таким образом, неспечённый катодный блок изготавливается в перевёрнутом виде со встроенным композиционным верхним слоем, лежащим на нижней поверхности виброформы.vi) Traditional cathode paste is poured into a vibratory mold and spread evenly over pre-fabricated unsintered composite segments before vibration molding of the cathode block begins. In vibroforming, prefabricated unsintered composite segments are fused with cathode paste, and after vibration molding, these segments are an integral part of the unsintered cathode block. Thus, the unsintered cathode block is manufactured upside down with an integrated composite top layer lying on the bottom surface of the vibrating mold.

vii) После виброформования неспечённый катодный блок обжигают, а затем графитизируют с помощью способа, аналогичного традиционным катодным блокам.vii) After vibroforming, the unsintered cathode block is fired and then graphitized using a process similar to traditional cathode blocks.

viii) Механическая обработка и прикрепление с помощью стержней катодных блоков могут быть выполнены любым способом, известным в данной области техники, например, с помощью катодных штанг, медных стержней или токосъемных пластин.viii) Machining and rod attachment of the cathode blocks can be done by any method known in the art, for example, using cathode rods, copper rods or collector plates.

Композиционный слой может быть расположен таким образом, что он частично или полностью покрывает верхнюю часть катодного блока.The composite layer may be positioned such that it partially or completely covers the top of the cathode block.

--

Claims (10)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Способ изготовления катодного блока для электролитических ячеек Холла-Эру для производства алюминия, характеризующийся тем, что предварительно изготовленные неспечённые композиционные сегменты с определённой формой и жёсткостью, выполненные из пасты, содержащей сухой заполнитель из порошка борида металла, такого как TiB2, HfB2, ZrB2, CrB2, WB2, или порошка карбида огнеупорного металла, такого как SiC, Cr3C2, В4С, TiC, или Al2O3, вместе с углеродсодержащими материалами, такими как частицы кокса и смола, служащая связующим, предварительно изготавливают в отдельном уплотняющем устройстве для изготовления упомянутых композиционных сегментов, причем уплотняющее устройство представляет собой виброформу, затем указанные сегменты размещают на нижней поверхности виброформы для изготовления традиционных катодных блоков, заполняют виброформу углеродсодержащей катодной пастой и равномерно распределяют ее поверх предварительно изготовленных неспечённых композиционных сегментов, расположенных на нижней поверхности виброформы, с последующим виброформованием для объединения упомянутых композиционных сегментов с углеродсодержащей катодной пастой с образованием неспечённого катодного блока с интегрированным композиционным слоем на поверхности катодного блока или частях поверхности катодного блока, при этом после виброформования неспечённый катодный блок с композиционным слоем обжигают при соответствующей температуре и продолжительности и соответствующим образом, как и для традиционных катодных блоков, перед графитизацией при соответствующей температуре и продолжительности и таким же образом, как и для традиционных катодных блоков.1. A method for manufacturing a cathode block for Hall-Heroult electrolytic cells for the production of aluminum, characterized in that pre-fabricated unsintered composite segments with a certain shape and rigidity, made of a paste containing a dry aggregate of metal boride powder, such as TiB2, HfB2, ZrB2 , CrB2, WB2, or refractory metal carbide powder such as SiC, Cr 3 C2, B 4 C, TiC, or Al2O 3 , together with carbonaceous materials such as coke particles and binder resin, are pre-fabricated in a separate compaction device for the manufacture of said composite segments, wherein the compacting device is a vibromold, then said segments are placed on the lower surface of the vibrator mold for the production of traditional cathode blocks, the vibromold is filled with carbon-containing cathode paste and evenly distributed over the pre-fabricated unsintered composite segments located on the lower surface of the vibrator mold, with subsequent vibroforming to combine said composite segments with the carbon-containing cathode paste to form a green cathode block with an integrated composite layer on the surface of the cathode block or portions of the surface of the cathode block, wherein after vibroforming the green cathode block with the composite layer is fired at an appropriate temperature and duration and in an appropriate manner, as for traditional cathode blocks, before graphitization at the appropriate temperature and duration and in the same manner as for traditional cathode blocks. 2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что сухой заполнитель состоит из 10-90 мас.% упомянутого порошка борида, карбида или оксида алюминия и 90-10 мас.% частиц кокса, но обычно сухой заполнитель состоит из 20-40 мас.% упомянутого порошка борида, карбида или оксида алюминия, и из 8060 мас.% частиц кокса.2. The method according to claim 1, characterized in that the dry aggregate consists of 10-90 wt.% of said boride, carbide or aluminum oxide powder and 90-10 wt.% coke particles, but usually the dry aggregate consists of 20-40 wt. .% of said boride, carbide or aluminum oxide powder, and of 8060 wt.% coke particles. 3. Способ по п.1 или 2, характеризующийся тем, что гранулометрическое распределение частиц (d50) упомянутых порошков боридов, карбидов или оксида алюминия составляет 0,1-100 мкм, тогда как гранулометрическое распределение частиц (d50) кокса составляет 0,05-8 мм.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the particle size distribution (d50) of said borides, carbides or aluminum oxide powders is 0.1-100 μm, while the particle size distribution (d50) of coke is 0.05- 8 mm. 4. Способ по любому из пп.1-3, характеризующийся тем, что указанную пасту готовят посредством смешивания сухого заполнителя и 10-30 мас.% смолы, служащей связующим, по отношению к сухому заполнителю в традиционном смесителе, используемом для приготовления традиционной катодной пасты, и способом, аналогичным способу приготовления традиционной катодной пасты.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that said paste is prepared by mixing dry aggregate and 10-30 wt.% resin serving as a binder with respect to the dry aggregate in a conventional mixer used for preparing conventional cathode paste , and in a manner similar to the method of preparing traditional cathode paste. 5. Способ по любому из пп.1-4, характеризующийся тем, что предварительно изготовленные неспечённые композиционные сегменты формируют посредством добавления пасты в виброформу для изготовления упомянутых композиционных сегментов с двумя частями с противоположными формами, где одна часть имеет остроконечную, зигзагообразную, коническую или пирамидальную структуру поверхности, в результате чего предварительно изготовленный неспечённый композиционный сегмент будет иметь упомянутую структуру поверхности на одной стороне.5. A method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that pre-fabricated unsintered composite segments are formed by adding paste to a vibrating mold for producing said composite segments with two parts with opposite shapes, where one part is pointed, zigzag, conical or pyramidal surface structure, whereby the prefabricated green composite segment will have said surface structure on one side. 6. Способ по п.5, характеризующийся тем, что предварительно изготовленные неспечённые композиционные сегменты располагают на нижней поверхности виброформы для изготовления катодных блоков, имеющей остроконечную, зигзагообразную, коническую или пирамидальную структуру поверхности, направленную вверх, перед добавлением углеродсодержащей катодной пасты в виброформу.6. The method according to claim 5, characterized in that the pre-fabricated unsintered composite segments are placed on the bottom surface of a vibration mold for producing cathode blocks having a pointed, zigzag, conical or pyramidal surface structure directed upwards, before adding the carbon-containing cathode paste to the vibration mold. 7. Способ по любому из пп.1-6, характеризующийся тем, что предварительно изготовленные неспечённые композиционные сегменты размещают на обоих концах виброформы, причем указанные сегменты простираются на 20-100 см по направлению к центру виброформы, образуя таким образом неспечённый катодный блок с композиционной поверхностью на концах блока.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that pre-fabricated unsintered composite segments are placed at both ends of the vibroform, and said segments extend 20-100 cm towards the center of the vibromould, thus forming an unsintered cathode block with a composite surface at the ends of the block. 8. Способ по любому из пп.1-6, характеризующийся тем, что предварительно изготовленные неспечённые композиционные сегменты размещают в центре нижней поверхности виброформы для изготовления катодных блоков, причем указанные сегменты простираются на 20-50 см по направлению к каждой стороне указанной виброформы, таким образом образуя неспечённый катодный блок с композиционным слоем в центре поверхности катодного блока.8. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that pre-fabricated unsintered composite segments are placed in the center of the lower surface of the vibration mold for the production of cathode blocks, and said segments extend 20-50 cm towards each side of the specified vibration mold, such thus forming an unsintered cathode block with a composite layer at the center of the surface of the cathode block. 9. Способ по любому из пп.1-6, характеризующийся тем, что предварительно изготовленные неспечённые композиционные сегменты размещают в определённых областях на нижней поверхности виброформы для изготовления катодных блоков, простирающихся от одного конца блока к другому, формируя параллельные линии шириной 5-20 см вдоль виброформы, таким образом формируя в неспечённом катодном блоке композиционный слой параллельными линиями вдоль поверхности катодного блока.9. A method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that prefabricated unsintered composite segments are placed in certain areas on the lower surface of a vibration mold to produce cathode blocks extending from one end of the block to the other, forming parallel lines 5-20 cm wide along the vibration mold, thus forming a composite layer in the unsintered cathode block in parallel lines along the surface of the cathode block. 10. Способ по п.5, характеризующийся тем, что предварительно изготовленные неспечённые композиционные сегменты размещают на наклонной поверхности на дне виброформы для изготовления катодных блоков с остроконечной, зигзагообразной, конической или пирамидальной структурой поверхно-10. The method according to claim 5, characterized in that pre-fabricated unsintered composite segments are placed on an inclined surface at the bottom of a vibration mold for the production of cathode blocks with a pointed, zigzag, conical or pyramidal surface structure. --
EA202292666 2020-04-30 CATHODE BLOCKS FOR ELECTROLYSIS OF ALUMINUM AND METHOD OF THEIR MANUFACTURE EA044706B1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA044706B1 true EA044706B1 (en) 2023-09-26

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2555747C2 (en) Fabrication of solid-oxide fuel cell
CN106475563A (en) A kind of gradient tungsten-copper composite material and preparation method thereof
ZA200505248B (en) Cathode systems for elecrtolytically obtaining aluminium
EA013138B1 (en) Method of electrolytic reduction of metal oxides such as titanium dioxide and method for use thereof
US20040178063A1 (en) High swelling ramming paste for aluminum electrolysis cell
EP0134797B1 (en) Refractory hard metal containing tiles for aluminum cell cathodes
EA044706B1 (en) CATHODE BLOCKS FOR ELECTROLYSIS OF ALUMINUM AND METHOD OF THEIR MANUFACTURE
CN103194101A (en) Titanium boride-based coating composite material for aluminum electrolysis, preparation method and coating method thereof
CN201049966Y (en) Abnormal structure cathode carbon block of aluminum electrolysis bath
US4526669A (en) Cathodic component for aluminum reduction cell
EP4143368B1 (en) Cathode blocks for aluminium electroysis and a method for producing same
JP6457397B2 (en) Side wall bricks for electrolytic cell walls for reducing aluminum
CA1324250C (en) Refractory oxycompound/refractory hard metal composite
CA2805866A1 (en) Cathode block for an aluminium electrolysis cell and a process for the production thereof
AU2009242939B2 (en) Multi-layer cathode block
JP2016505714A5 (en)
CN1724712A (en) Manufacturing method of alumnium electrolytic bath cathode carbon block having TiB2/C composite material layer
JP6018227B2 (en) Method for manufacturing a cathode block for an aluminum electrolytic cell
RU2568542C2 (en) Method of manufacturing of cathode pack for cell of aluminium electrolyser and cathode pack
US7799187B2 (en) Inert electrode assemblies and methods of manufacturing the same
NZ211026A (en) Refractory hard material-containing plates for aluminium cell cathodes
SU969790A1 (en) Contact device
Juel et al. Composite of TiB 2-graphite
NO853813L (en) ANTI-FAST H ALUMINUM CELLS.