RU2556192C2 - Method of obtaining of cathode pack for electrolyser for aluminium production and cathode pack - Google Patents
Method of obtaining of cathode pack for electrolyser for aluminium production and cathode pack Download PDFInfo
- Publication number
- RU2556192C2 RU2556192C2 RU2013108752/02A RU2013108752A RU2556192C2 RU 2556192 C2 RU2556192 C2 RU 2556192C2 RU 2013108752/02 A RU2013108752/02 A RU 2013108752/02A RU 2013108752 A RU2013108752 A RU 2013108752A RU 2556192 C2 RU2556192 C2 RU 2556192C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coke
- cathode block
- cathode
- graphitization
- layer
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
- C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к способу получения катодного блока для электролизера для получения алюминия и к катодному блоку.The present invention relates to a method for producing a cathode block for an electrolytic cell for producing aluminum and to a cathode block.
Известным способом получения металлического алюминия является способ Холла-Эру. В этом электролитическом способе дно ячейки электролизера типично образовано катодной поверхностью, которая состоит из отдельных катодных блоков. Снизу катоды контактируют через стальные стержни, которые введены в соответствующие удлиненные углубления на нижней стороне катодных блоков.A known method for producing aluminum metal is the Hall-Heroux method. In this electrolytic method, the cell bottom is typically formed by a cathode surface, which consists of individual cathode blocks. From the bottom, the cathodes contact through steel rods that are inserted into the corresponding elongated recesses on the underside of the cathode blocks.
Получение катодных блоков осуществляется обычно путем перемешивания кокса с углеродсодержащими частицами, такими как антрацит, углерод или графит, уплотнением и карбонизацией. При необходимости за этим непосредственно следует этап графитизации при повышенных температурах, на котором углеродсодержащие частицы и кокс по меньшей мере частично превращаются в графит.Obtaining cathode blocks is usually carried out by mixing coke with carbon-containing particles, such as anthracite, carbon or graphite, compaction and carbonization. If necessary, this immediately follows the graphitization step at elevated temperatures, at which the carbon-containing particles and coke are at least partially converted to graphite.
В результате графитизации значительно повышается теплопроводность материала катода, а удельное электрическое сопротивление сильно снижается.As a result of graphitization, the thermal conductivity of the cathode material is significantly increased, and the electrical resistivity is greatly reduced.
Однако графитизированный углерод и графит плохо или почти совсем не смачиваются жидким алюминием. В результате повышается потребность в электроэнергии и, тем самым, потребность электролизера в энергии.However, graphitized carbon and graphite are poorly or almost completely not wetted by liquid aluminum. As a result, the demand for electricity increases and, thus, the need for the cell in energy.
Для решения данной задачи, согласно уровню техники, в поверхностный слой катодного блока вводят TiB2. Это описано, например, в DE 112006004078. Такой поверхностный слой, который представляет собой композит TiB2 и графита, находится в прямом контакте с расплавом алюминия и тем самым имеет решающее значение для подачи тока от катода в расплав алюминия. TiB2 и подобные твердые керамические материалы приводят к улучшению смачиваемости катода в графитизированном состоянии и, таким образом, к лучшей энергоэффективности процесса электролиза. Твердые керамические материалы могут, кроме того, повышать объемную плотность и твердость катодов, что в результате приводит к лучшей износостойкости по отношению, в частности, к расплавам алюминия и криолита. Твердые материалы называются также RHM (refractory hard material - тугоплавкий твердый материал).To solve this problem, according to the prior art, TiB 2 is introduced into the surface layer of the cathode block. This is described, for example, in DE 112006004078. Such a surface layer, which is a composite of TiB 2 and graphite, is in direct contact with the molten aluminum and is thus crucial for supplying current from the cathode to the molten aluminum. TiB 2 and similar solid ceramic materials lead to improved wettability of the cathode in the graphitized state and, thus, to better energy efficiency of the electrolysis process. Solid ceramic materials can, in addition, increase the bulk density and hardness of the cathodes, which as a result leads to better wear resistance in relation, in particular, to melts of aluminum and cryolite. Solid materials are also called RHM (refractory hard material).
Однако порошок TiB2 и подобные порошки твердых материалов в процессе графитизации частично теряют свою смачиваемость и эффект повышения износостойкости.However, TiB 2 powder and similar powders of solid materials partially lose their wettability and the effect of increasing wear resistance during graphitization.
Поэтому задачей настоящего изобретения является разработать простой способ получения катода из композита TiB2 и графита, который хорошо смачивается жидким алюминием и обладает хорошими свойствами в отношении износа, а также разработать соответствующий катодный блок.Therefore, it is an object of the present invention to develop a simple method for producing a cathode from a TiB 2 composite and graphite, which is well wetted by liquid aluminum and has good wear properties, and to develop an appropriate cathode block.
Эта задача решена способом согласно п. 1 формулы изобретения.This problem is solved by the method according to claim 1 of the claims.
Предлагаемый изобретением способ получения катодного блока содержит этапы приготовления исходных материалов, содержащих кокс и порошок твердого материала, как, например TiB2, а также, при необходимости, другого углеродсодержащего материала, этапы перемешивания исходных материалов, формования катодного блока, карбонизации и графитизации, а также охлаждения и отличается тем, что этап графитизации проводится при температурах от 2300 до 3000°C, в частности, от 2400 до 2900°C.The inventive method for producing a cathode block comprises the steps of preparing starting materials containing coke and solid material powder, such as, for example, TiB 2 , and also, if necessary, another carbon-containing material, the steps of mixing the starting materials, forming the cathode block, carbonization and graphitization, and cooling and differs in that the step of graphitization is carried out at temperatures from 2300 to 3000 ° C, in particular from 2400 to 2900 ° C.
Особенно предпочтительными показали себя температуры ниже 2900°C, так как обычный TiB2 не плавится до 2900°C. Хотя расплавление предположительно не приводит к какому-либо химическому изменению TiB2, так как рентгеновская дифрактометрия показала присутствие TiB2 в катодном блоке и после расплавления и последующего охлаждения. Однако в результате расплавления тонкодисперсные частицы TiB2 могут собираться в более крупные частицы. Определенная опасность состоит в том, что жидкий TiB2 неконтролируемым образом перемещается через открытые поры.Temperatures below 2900 ° C have been shown to be particularly preferred since conventional TiB 2 does not melt to 2900 ° C. Although the melting does not presumably lead to any chemical change in TiB 2 , since X-ray diffractometry showed the presence of TiB 2 in the cathode block even after melting and subsequent cooling. However, as a result of melting, finely dispersed TiB 2 particles can collect into larger particles. A certain danger is that liquid TiB 2 moves uncontrollably through open pores.
В температурном диапазоне согласно изобретению процесс графитизации продолжается до тех пор, пока имеется высокая тепло- и электропроводность углеродсодержащего материала.In the temperature range according to the invention, the graphitization process continues until there is a high thermal and electrical conductivity of the carbon-containing material.
Предпочтительно, этап графитизации проводится со средней скоростью нагрева от 90 до 200 K/ч. Альтернативно или дополнительно, температура графитизации выдерживается в течение от 0 до 1 ч. При этих скоростях нагрева и этой длительности выдерживания достигаются особенно хорошие результаты в отношении графитизации и получения твердого материала.Preferably, the graphitization step is carried out with an average heating rate of from 90 to 200 K / h. Alternatively or additionally, the temperature of the graphitization is maintained for from 0 to 1 hour. At these heating rates and this aging time, particularly good results are achieved with respect to graphitization and the production of solid material.
Предпочтительно, длительность термообработки, рассчитываемая до момента начала охлаждения, может составить от 10 до 28 часов.Preferably, the duration of the heat treatment, calculated before the start of cooling, can be from 10 to 28 hours.
Может оказаться предпочтительным, что композит твердого материала и графита или графитизированного углерода образует весь катодный блок. Это предпочтительно тем, что нужен всего один состав подлежащей обработке массы и, соответственно, всего один этап перемешивания.It may be preferable that a composite of solid material and graphite or graphitized carbon form the entire cathode block. This is preferable in that only one composition of the mass to be treated is needed and, accordingly, only one mixing step.
Альтернативно, может быть предпочтительным, чтобы катодный блок содержал по меньшей мере два слоя, причем слой композита образует второй слой катодного блока. Этот второй слой находится в прямом контакте с расплавом в ячейке электролизера.Alternatively, it may be preferred that the cathode block contains at least two layers, the composite layer forming a second layer of the cathode block. This second layer is in direct contact with the melt in the cell of the cell.
Предпочтительно, катодный блок содержит по меньшей мере один другой слой (далее называемый первым слоем), который содержит меньше порошка твердого материала, чем поверхностный слой, или вообще не содержит порошка твердого материала. Это позволяет снизить количество используемого дорогостоящего порошка твердого материала. Первый слой при введении катода в алюминиевый электролизер не контактирует напрямую с расплавленным алюминием и поэтому не обязан иметь хорошей смачиваемости и износостойкости.Preferably, the cathode block contains at least one other layer (hereinafter referred to as the first layer), which contains less solid material powder than the surface layer, or no solid material powder at all. This reduces the amount of expensive solid powder used. When the cathode is introduced into the aluminum electrolyzer, the first layer does not directly contact molten aluminum and therefore does not have to have good wettability and wear resistance.
Второй слой может предпочтительно иметь толщину, составляющую от 10 до 50%, в частности от 15 до 45%, от полной толщины катодного блока. Малая толщина второго слоя, например, 20%, может быть предпочтительной, так как в таком случае необходимо лишь незначительное количество дорогостоящего твердого материала.The second layer may preferably have a thickness of 10 to 50%, in particular 15 to 45%, of the total thickness of the cathode block. The small thickness of the second layer, for example, 20%, may be preferable, since in this case only a small amount of expensive solid material is necessary.
Альтернативно, может быть предпочтительной более значительная толщина второго слоя, например, 40%, так как слой, который содержит твердый материал, обладает высокой износостойкостью. Чем больше составляет толщина этого высокоизносостойкого материала от общей толщины катодного блока, тем выше износостойкость катодного блока в целом.Alternatively, a greater thickness of the second layer, for example, 40%, may be preferable, since the layer that contains the solid material has high wear resistance. The greater the thickness of this highly wear-resistant material from the total thickness of the cathode block, the higher the wear resistance of the cathode block as a whole.
Предпочтительно, кокс включает в себя два сорта кокса, имеющие разные характеристики изменения объема во время карбонизации, и/или графитизации, и/или охлаждения.Preferably, coke includes two varieties of coke having different characteristics of volume changes during carbonization and / or graphitization and / or cooling.
Неожиданно оказалось, что срок службы катодных блоков, полученных таким способом, заметно выше, чем у катодных блоков, получаемых при обычном способе.It was unexpectedly found that the service life of the cathode blocks obtained in this way is noticeably higher than that of the cathode blocks obtained in the conventional method.
Предпочтительно, углеродная фракция катодного блока уплотняется до объемной плотности выше 1,68 г/см3, в частности выше 1,71 г/см3, в частности до 1,75 г/см3.Preferably, the carbon fraction of the cathode block is compacted to a bulk density above 1.68 g / cm 3 , in particular above 1.71 g / cm 3 , in particular up to 1.75 g / cm 3 .
Предполагается, что повышенная объемная плотность предпочтительно способствует повышению срока службы. Это может быть основано, во-первых, на том, что на единицу объема катодного блока имеется больше массы, что при заданном съеме массы за единицу времени ведет к более высокой остаточной массе после заданной длительности съема. Во-вторых, можно предположить, что более высокая объемная плотность вместе с соответствующей более низкой пористостью предотвращают инфильтрацию электролита, который действует как коррозионная среда.It is believed that increased bulk density preferably contributes to an increase in service life. This can be based, firstly, on the fact that there is more mass per unit volume of the cathode block, which for a given mass removal per unit time leads to a higher residual mass after a given removal duration. Secondly, it can be assumed that a higher bulk density together with a corresponding lower porosity prevent the infiltration of electrolyte, which acts as a corrosive medium.
В этом варианте преимущества предлагаемого изобретением диапазона температуры графитизации от 2300 до 3000°C комбинируются с повышением объемной плотности катодного блока. Тем самым, предпочтительно по меньшей мере частично компенсируются последствия неполной графитизации.In this embodiment, the advantages of the graphitization temperature range of 2300 to 3000 ° C according to the invention are combined with an increase in the bulk density of the cathode block. Thus, it is preferable to at least partially compensate for the effects of incomplete graphitization.
Так как второй слой вследствие добавления твердого материала после графитизации всегда имеет высокую объемную плотность, например, выше 1,80 г/см3, предпочтительно, если первый слой после графитизации также имеет высокую объемную плотность, составляющую согласно изобретению выше 1,68 г/см3. Незначительное различие коэффициентов теплового расширения и объемной плотности на этапах термообработки снижает период производства и процент дефектных катодных блоков. Кроме того, при применении предпочтительно повышается также стойкость к термическим напряжениям и вызываемым ими повреждениям.Since the second layer, due to the addition of solid material after graphitization, always has a high bulk density, for example, above 1.80 g / cm 3 , it is preferable if the first layer after graphitization also has a high bulk density, which according to the invention is higher than 1.68 g / cm 3 . A slight difference in the coefficients of thermal expansion and bulk density at the stages of heat treatment reduces the production period and the percentage of defective cathode blocks. In addition, when applied, the resistance to thermal stresses and damage caused by them is also preferably increased.
Предпочтительно, два сорта кокса содержат первый сорт кокса и второй сорт кокса, причем первый сорт кокса во время карбонизации, и/или графитизации, и/или охлаждения имеет более сильное сжатие и/или расширение, чем второй сорт кокса. При этом более сильное сжатие и/или расширение является предпочтительным вариантом осуществления разных характеристик изменения объема, который, предположительно, особенно хорошо подходит, чтобы привести к более сильному уплотнению, чем когда смешиваются сорта кокса, которые имеют одинаковое сжатие и/или расширение. При этом более сильное сжатие и/или расширение относится к любому температурному интервалу. Так, например, более сильное сжатие первого кокса может иметь место только при карбонизации. С другой стороны, дополнительно или альтернативно, более сильное расширение может иметь место в область перехода от карбонизации к графитизации. Альтернативно или дополнительно, разные характеристики изменения объема могут иметь место при охлаждении.Preferably, the two coke grades comprise a first coke grade and a second coke grade, the first coke grade being more compressed and / or expanded during carbonization and / or graphitization and / or cooling than the second coke grade. Moreover, stronger compression and / or expansion is the preferred embodiment of different characteristics of the volume change, which is supposedly particularly well suited to lead to stronger compaction than when coke varieties that have the same compression and / or expansion are mixed. Moreover, stronger compression and / or expansion refers to any temperature range. So, for example, stronger compression of the first coke can take place only during carbonization. On the other hand, additionally or alternatively, a stronger expansion can take place in the region of transition from carbonization to graphitization. Alternatively or additionally, different characteristics of the volume change may occur upon cooling.
Предпочтительно, сжатие и/или расширение первого сорта кокса во время карбонизации, и/или графитизации, и/или охлаждения, в расчете на объем, по меньшей мере на 10% выше, чем у второго сорта кокса, в частности, по меньшей мере на 25% выше, в частности, по меньшей мере на 50% выше. Таким образом, например, в случае, когда сжатие первого сорта кокса выше на 10%, то при температуре от комнатной температуры до 2000°C сжатие у второго сорта кокса составляет 1,0 об.%, а у первого сорта кокса, напротив, 1,1 об.%.Preferably, the compression and / or expansion of the first grade of coke during carbonization and / or graphitization and / or cooling, based on the volume, is at least 10% higher than that of the second grade of coke, in particular at least 25% higher, in particular at least 50% higher. Thus, for example, in the case when the compression of the first grade of coke is 10% higher, then at a temperature from room temperature to 2000 ° C the compression for the second grade of coke is 1.0 vol.%, And for the first grade of coke, on the contrary, 1 , 1 vol.%.
Предпочтительно, сжатие и/или расширение первого сорта кокса при карбонизации, и/или графитизации, и/или охлаждении, в расчете на объем по меньшей мере на 100% выше, чем второго сорта кокса, в частности, по меньшей мере на 200% выше, в частности по меньшей мере на 300% выше. Таким образом, например, в случае, когда расширение первого сорта кокса выше на 300%, то расширение второго сорта кокса при температуре от комнатной температуры до 1000°C составляет 1,0 об.%, тогда как у кокса первого сорта - 4,0 об.%.Preferably, the compression and / or expansion of the first grade of coke during carbonization and / or graphitization and / or cooling, based on the volume, is at least 100% higher than the second grade of coke, in particular at least 200% higher in particular at least 300% higher. Thus, for example, in the case when the expansion of the first grade of coke is 300% higher, the expansion of the second grade of coke at a temperature from room temperature to 1000 ° C is 1.0 vol.%, Whereas for coke of the first grade - 4.0 about.%.
Способ согласно изобретению охватывает также случай, когда первый сорт кокса испытывает сжатие, а второй сорт кокса в этом же температурном интервале испытывает, наоборот, расширение. Таким образом, сжатие и/или расширение более чем на 300% относится, например, и к случаю, когда второй сорт кокса сжимается на 1,0 об.%, а первый сорт кокса, напротив, расширяется на 2,0 об.%.The method according to the invention also covers the case when the first grade of coke is under compression, and the second grade of coke in the same temperature range experiences, on the contrary, expansion. Thus, the compression and / or expansion of more than 300% applies, for example, to the case when the second grade of coke is compressed by 1.0 vol.%, And the first grade of coke, on the contrary, expands by 2.0 vol.%.
Альтернативно возможно, чтобы в по меньшей мере одном любом температурном интервале способа согласно изобретению более сильное сжатие и/или растяжение, описанное выше для первого сорта кокса, испытывал не первый сорт кокса, а второй сорт кокса.Alternatively, it is possible that in at least one temperature range of the method according to the invention, the stronger compression and / or tension described above for the first grade of coke is experienced not by the first grade of coke, but by the second grade of coke.
Предпочтительно, по меньшей мере один из двух сортов кокса является нефтяным коксом или коксом на основе каменноугольного пека.Preferably, at least one of the two varieties of coke is petroleum coke or coal tar pitch coke.
Предпочтительно, количественная доля (в весовых процентах) второго сорта кокса составляет от 50 до 90% от общего количества кокса. В этом количественном диапазоне разные характеристики изменения объема первого и второго сорта кокса особенно хорошо воздействуют на уплотнение при карбонизации, и/или графитизации, и/или охлаждении. Возможные предпочтительные количественные диапазоны второго сорта кокса могут составлять от 50 до 60%, а также от 60 до 80%, даже от 80 до 90%.Preferably, the proportion (in weight percent) of the second grade of coke is from 50 to 90% of the total amount of coke. In this quantitative range, different characteristics of changes in the volume of the first and second grades of coke have a particularly good effect on compaction during carbonization and / or graphitization and / or cooling. Possible preferred quantitative ranges of the second grade of coke can be from 50 to 60%, as well as from 60 to 80%, even from 80 to 90%.
Предпочтительно, добавлять в кокс по меньшей мере один углеродсодержащий материал, и/или пек, и/или присадки. Это может быть предпочтительным как с точки зрения пригодности кокса к переработке, так и с точки зрения последующих свойств полученного катодного блока.Preferably, at least one carbon-containing material and / or pitch and / or additives are added to the coke. This may be preferable both from the point of view of the suitability of coke for processing, and from the point of view of the subsequent properties of the obtained cathode block.
Предпочтительно, дополнительный углеродсодержащий материал содержит графитсодержащий материал, в частности, дополнительный углеродсодержащий материал состоит из графитсодержащего материала, такого, например, как графит. Графит может быть синтетическим и/или натуральным графитом. Благодаря такому дополнительному углеродсодержащему материалу достигается снижение необходимого сжатия катодной массы, в которой преобладает кокс.Preferably, the additional carbon-containing material contains graphite-containing material, in particular, the additional carbon-containing material consists of a graphite-containing material, such as, for example, graphite. Graphite may be synthetic and / or natural graphite. Thanks to this additional carbon-containing material, a reduction in the necessary compression of the cathode mass, in which coke predominates, is achieved.
Предпочтительно, углеродсодержащий материал присутствует в количестве, в расчете на общее количество кокса и углеродсодержащего материала, от 1 до 40 вес.%, в частности от 5 до 30 вес.%.Preferably, the carbonaceous material is present in an amount, based on the total amount of coke and carbonaceous material, from 1 to 40 wt.%, In particular from 5 to 30 wt.%.
Предпочтительно, дополнительно к количеству кокса и при необходимости углеродсодержащего материала, которые вместе составляют 100 вес.%, может добавляться пек в количестве от 5 до 40 вес.%, в частности от 15 до 30 вес.% (в расчете на 100 вес.% от общей подлежащей обработки смеси). Пек действует как связующее и служит для образования недеформируемых тел во время карбонизации.Preferably, in addition to the amount of coke and, if necessary, carbon-containing material, which together comprise 100% by weight, pitch may be added in an amount of from 5 to 40% by weight, in particular from 15 to 30% by weight (based on 100% by weight) of the total mixture to be processed). Pitch acts as a binder and serves to form non-deformable bodies during carbonation.
Предпочтительными присадками могут быть масло, такое как масло, облегчающее прессование, или стеариновая кислота. Они облегчают смешение кокса и в известных случаях других компонентов.Preferred additives may be an oil, such as a compression aid oil, or stearic acid. They facilitate the mixing of coke and, in known cases, other components.
Предпочтительно, кокс по меньшей мере в одном из двух слоев, то есть в первом и/или втором слое, содержит два сорта кокса, которые имеют разные характеристики изменения объема во время карбонизации, и/или графитизации, и/или охлаждения. Это вероятно может привести к повышению плотности образующегося графита больше 1,70 г/см3, в частности больше 1,71 г/см3. Таким образом, в зависимости от желания и/или потребности можно получать оба слоя или один из двух слоев согласно изобретению с разными сортами кокса. Тем самым создается возможность устанавливать объемную плотность и соотношения объемных плотностей по потребности или по желанию. Например, можно, чтобы только первый слой согласно изобретению был выполнен из двух сортов кокса, а второй слой был выполнен только из одного сорта кокса, но дополнительно включал TiB2 в качестве твердого материала. Благодаря этому выравниваются характеристики расширения обоих слоев, что предпочтительно может повышать срок службы слоев.Preferably, the coke in at least one of the two layers, that is, in the first and / or second layer, contains two varieties of coke, which have different characteristics of volume changes during carbonization and / or graphitization and / or cooling. This can probably lead to an increase in the density of the formed graphite of more than 1.70 g / cm 3 , in particular more than 1.71 g / cm 3 . Thus, depending on the desire and / or need, you can get both layers or one of two layers according to the invention with different varieties of coke. This makes it possible to set the bulk density and the ratio of bulk densities as needed or as desired. For example, it is possible that only the first layer according to the invention was made of two grades of coke, and the second layer was made of only one grade of coke, but further included TiB 2 as a solid material. Due to this, the expansion characteristics of both layers are aligned, which preferably can increase the service life of the layers.
В известных условиях может быть предпочтительным, чтобы многослойный блок содержал более двух слоев. В этом случае согласно изобретению можно из более чем двух слоев получить произвольное число слоев, соответственно с двумя сортами кокса, обладающих разными характеристиками изменения объема.Under known conditions, it may be preferable that the multilayer block contains more than two layers. In this case, according to the invention, it is possible to obtain from more than two layers an arbitrary number of layers, respectively, with two varieties of coke having different characteristics of the change in volume.
Другие предпочтительные варианты осуществления и усовершенствования изобретения поясняются далее на одном предпочтительном примере осуществления.Other preferred embodiments and improvements of the invention are explained below with one preferred embodiment.
Для получения катодного блока согласно изобретению первый и второй кокс измельчают по отдельности, делят на фракции по крупности зерен и смешивают вместе с пеком с примерно 15-25 вес.%, например 20 вес.%, TiB2. Весовая доля первого кокса может составлять, например, от 10 до 20 вес.% или от 40 до 45 вес.% от общего количества кокса. Смесью заполняют форму, которая по существу соответствует последующей форме катодных блоков, и уплотняют вибрацией или прессуют на блок-прессе. Образующуюся подлежащую обработки заготовку нагревают до конечной температуры в диапазоне от 2300 до 3000°C, например при 2600 или 2800°C, при этом протекает этап графитизации, и затем охлаждают. Полученный катодный блок имеет объемную плотность 1,68 г/см3 и очень высокую износостойкость в отношении жидкого алюминия и криолита. Благодаря полученной средней степени графитизации тепло- и электропроводность являются высокими. Рентгеновской дифрактометрией не была установлена потеря TiB2. Смачиваемость катодного блока жидким алюминием очень хорошая.To obtain the cathode block according to the invention, the first and second coke are crushed separately, divided into fractions by grain size and mixed together with pitch with about 15-25 wt.%, For example 20 wt.%, TiB 2 . The weight fraction of the first coke can be, for example, from 10 to 20 wt.% Or from 40 to 45 wt.% Of the total amount of coke. The mixture is filled into a mold, which essentially corresponds to the subsequent form of the cathode blocks, and compacted by vibration or pressed on a block press. The resulting workpiece to be processed is heated to a final temperature in the range from 2300 to 3000 ° C, for example at 2600 or 2800 ° C, the graphitization step proceeds, and then it is cooled. The resulting cathode block has a bulk density of 1.68 g / cm 3 and a very high wear resistance against liquid aluminum and cryolite. Due to the obtained average degree of graphitization, the thermal and electrical conductivity are high. X-ray diffractometry has not been established loss of TiB 2 . The wettability of the cathode block with liquid aluminum is very good.
Альтернативно используется единственный сорт кокса. Характеристики смачиваемости полученного катодного блока по существу такие же хорошие, как и в первом примере осуществления. Как тепло-, так и электропроводность лежат в диапазонах, близких к диапазонам в первом примере осуществления.Alternatively, a single coke variety is used. The wettability characteristics of the obtained cathode block are essentially the same as in the first embodiment. Both thermal and electrical conductivity lie in ranges close to those in the first embodiment.
В другом варианте примера осуществления в коксовую смесь добавляют графитный порошок или углеродные частицы.In another embodiment, graphite powder or carbon particles are added to the coke mix.
Все отличительные признаки, содержащиеся в описании, примерах и формуле, могут использоваться согласно изобретению в произвольных комбинациях. Однако изобретение не ограничено приведенными примерами, но может также быть осуществлено с модификациями, которые в данной заявке не описываются конкретно.All the features contained in the description, examples and formula can be used according to the invention in arbitrary combinations. However, the invention is not limited to the examples given, but can also be carried out with modifications that are not specifically described in this application.
Claims (8)
подготовку исходных материалов, содержащих кокс и порошок твердого материала в виде TiB2, и углеродсодержащий материал при необходимости,
перемешивание исходных материалов,
формования катодного блока, причем первый слой в качестве исходного материала содержит кокс, а второй слой в качестве исходного материала содержит кокс и твердый материал в виде TiB2,
карбонизацию, графитизацию и охлаждение катодного блока, при этом этап графитизации проводят при температурах от 2300 до 3000°C, в частности от 2400 до 2900°C, причем второй слой получают с толщиной, составляющей от 10 до 50%, в частности от 15 до 45%, от общей толщины катодного блока.1. A method of obtaining a multilayer cathode block having at least the first and second layers, comprising the steps of:
preparation of starting materials containing coke and powder of solid material in the form of TiB 2 , and carbon-containing material, if necessary,
mixing of the starting materials,
forming a cathode block, the first layer containing coke as a starting material, and the second layer containing coke and a solid material in the form of TiB 2 as a starting material,
carbonization, graphitization and cooling of the cathode block, while the graphitization step is carried out at temperatures from 2300 to 3000 ° C, in particular from 2400 to 2900 ° C, and the second layer is obtained with a thickness of 10 to 50%, in particular from 15 to 45% of the total thickness of the cathode block.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102010038665A DE102010038665A1 (en) | 2010-07-29 | 2010-07-29 | A method of manufacturing a cathode block for an aluminum electrolytic cell and a cathode block |
| DE102010038665.0 | 2010-07-29 | ||
| PCT/EP2011/063077 WO2012013769A1 (en) | 2010-07-29 | 2011-07-29 | Process for producing a cathode block for an aluminium electrolysis cell and a cathode block |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013108752A RU2013108752A (en) | 2014-09-10 |
| RU2556192C2 true RU2556192C2 (en) | 2015-07-10 |
Family
ID=44546387
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013108752/02A RU2556192C2 (en) | 2010-07-29 | 2011-07-29 | Method of obtaining of cathode pack for electrolyser for aluminium production and cathode pack |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP2598674B1 (en) |
| JP (1) | JP5631492B2 (en) |
| CN (1) | CN103069053A (en) |
| CA (1) | CA2805562C (en) |
| DE (1) | DE102010038665A1 (en) |
| NO (1) | NO2598674T3 (en) |
| RU (1) | RU2556192C2 (en) |
| UA (1) | UA109020C2 (en) |
| WO (1) | WO2012013769A1 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102012201468A1 (en) * | 2012-02-01 | 2013-08-01 | Sgl Carbon Se | A method of making a cathode block for an aluminum electrolytic cell and a cathode block |
| DE102013202437A1 (en) * | 2013-02-14 | 2014-08-14 | Sgl Carbon Se | Cathode block with a wettable and abrasion resistant surface |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4308115A (en) * | 1980-08-15 | 1981-12-29 | Aluminum Company Of America | Method of producing aluminum using graphite cathode coated with refractory hard metal |
| US4376029A (en) * | 1980-09-11 | 1983-03-08 | Great Lakes Carbon Corporation | Titanium diboride-graphite composits |
| RU2245396C2 (en) * | 1999-02-02 | 2005-01-27 | Карбон Савуа | Impregnated graphitic cathode for electrolysis of aluminum |
| CN101158048A (en) * | 2007-08-03 | 2008-04-09 | 中国铝业股份有限公司 | Graphitized wetable cathode carbon block for aluminium electrolysis bath and production method thereof |
| RU2395477C9 (en) * | 2004-11-29 | 2010-10-10 | Сен-Гобен Сантр Де Решерш Э Д'Этюд Эропен | Sintered refractory block based on silicon carbide with silicon nitride binder |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4308114A (en) * | 1980-07-21 | 1981-12-29 | Aluminum Company Of America | Electrolytic production of aluminum using a composite cathode |
| CN85205776U (en) * | 1985-12-31 | 1986-10-22 | 东北工学院 | Tib2 composite layers-type cathode for ai electrolysis |
| US6001236A (en) * | 1992-04-01 | 1999-12-14 | Moltech Invent S.A. | Application of refractory borides to protect carbon-containing components of aluminium production cells |
| DE19714433C2 (en) * | 1997-04-08 | 2002-08-01 | Celanese Ventures Gmbh | Process for producing a coating with a titanium boride content of at least 80% by weight |
| CN100491600C (en) | 2006-10-18 | 2009-05-27 | 中国铝业股份有限公司 | Method for preparing carbon block of cathode capable of being humidified |
-
2010
- 2010-07-29 DE DE102010038665A patent/DE102010038665A1/en not_active Withdrawn
-
2011
- 2011-07-29 UA UAA201302501A patent/UA109020C2/en unknown
- 2011-07-29 CA CA2805562A patent/CA2805562C/en active Active
- 2011-07-29 WO PCT/EP2011/063077 patent/WO2012013769A1/en active Application Filing
- 2011-07-29 EP EP11738711.8A patent/EP2598674B1/en active Active
- 2011-07-29 CN CN2011800374644A patent/CN103069053A/en active Pending
- 2011-07-29 RU RU2013108752/02A patent/RU2556192C2/en active
- 2011-07-29 NO NO11738711A patent/NO2598674T3/no unknown
- 2011-07-29 JP JP2013521156A patent/JP5631492B2/en active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4308115A (en) * | 1980-08-15 | 1981-12-29 | Aluminum Company Of America | Method of producing aluminum using graphite cathode coated with refractory hard metal |
| US4376029A (en) * | 1980-09-11 | 1983-03-08 | Great Lakes Carbon Corporation | Titanium diboride-graphite composits |
| RU2245396C2 (en) * | 1999-02-02 | 2005-01-27 | Карбон Савуа | Impregnated graphitic cathode for electrolysis of aluminum |
| RU2395477C9 (en) * | 2004-11-29 | 2010-10-10 | Сен-Гобен Сантр Де Решерш Э Д'Этюд Эропен | Sintered refractory block based on silicon carbide with silicon nitride binder |
| CN101158048A (en) * | 2007-08-03 | 2008-04-09 | 中国铝业股份有限公司 | Graphitized wetable cathode carbon block for aluminium electrolysis bath and production method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2013532772A (en) | 2013-08-19 |
| DE102010038665A1 (en) | 2012-02-02 |
| CA2805562C (en) | 2015-06-16 |
| CA2805562A1 (en) | 2012-02-02 |
| EP2598674B1 (en) | 2018-02-14 |
| NO2598674T3 (en) | 2018-07-14 |
| WO2012013769A1 (en) | 2012-02-02 |
| CN103069053A (en) | 2013-04-24 |
| EP2598674A1 (en) | 2013-06-05 |
| JP5631492B2 (en) | 2014-11-26 |
| UA109020C2 (en) | 2015-07-10 |
| RU2013108752A (en) | 2014-09-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2374342C2 (en) | Graphite electrode for furnace of thermal-electric preduction, electrode column and manufacturing method of graphite electrodes | |
| CA2570101C (en) | Electrodes useful for molten salt electrolysis of aluminum oxide to aluminum | |
| CA2800855C (en) | Carbon body, method for producing a carbon body and use thereof | |
| JP5714108B2 (en) | Cathode block for aluminum electrolytic cell and method for producing the same | |
| RU2556192C2 (en) | Method of obtaining of cathode pack for electrolyser for aluminium production and cathode pack | |
| CN1244517C (en) | Wettable cathode paste and its using method | |
| RU2666806C2 (en) | Method of manufacturing cathode block for electrolytic cell for aluminum production | |
| RU2568542C2 (en) | Method of manufacturing of cathode pack for cell of aluminium electrolyser and cathode pack | |
| CA2900418C (en) | Cathode block having an abrasion-resistant surface that can be wetted | |
| JP2016514204A5 (en) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20180511 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20191205 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner |