大規格鋁用高石墨質陰極炭塊及其生產方法
2023-06-13 15:29:56
專利名稱：大規格鋁用高石墨質陰極炭塊及其生產方法
技術領域：
本發明屬於電解鋁技術領域，涉及鋁電解槽使用的陰極炭塊加工技術，特別是一種大規格鋁用高石墨質陰極炭塊及其生產方法。
背景技術：
電解槽在生產電解鋁的過程中，電流由陽極流過電解質及鋁液，然後由陰極流入陰極母線，在電解槽中發生的電化學反應及高溫作用下，鋁液對陰極炭塊表面有衝刷、磨損作用，電解質則對陰極炭塊產生電解質侵蝕會導致陰極炭塊過早損壞，陽極和陰極之間電流分布不均勻又影響電解槽的技術經濟指標。小規格陰極炭塊接縫多，接縫填縫糊過早破損而導致電解槽早期報廢，降低電解槽使用壽命。中國專利《高石墨陰極炭塊及其生產方法》(申請號03144094.0)，該發明是將電鍛煤、焙燒碎、石墨和瀝青通過混捏、成型、焙燒。通過該方法生產出的陰極炭塊具有導電率較高、抗鈉侵蝕性、機械強度和耐高溫性好的特點，使用該陰極炭塊可有效地提高鋁電解槽的使用壽命。但生產大規格陰極炭塊容易出現裂縫破損，強度低。目前，國內和發達國家電解槽向大型化槽型發展，300～350KA容量的電解槽已逐步成為主流，大型預焙電解槽單槽造價相當高，而且電流強度又特別大，因此，對鋁電解槽陰極炭塊要求具有使用壽命長和節電性能好，目前的國內各廠家生產的陰極炭塊都不能同時達到要求。
發明內容
本發明是針對以上已有技術存在的不足，提供了一種滿足大型、超大型預焙電解槽使用的大規格鋁用高石墨質陰極炭塊；本發明的另一目的是提供一種上述炭塊的製造方法。
本發明的技術方案是一種大規格鋁用高石墨質陰極炭塊，其生產原料由骨料、煤焦油和改質瀝青混合後的粘結劑組成，其特徵在於其外在尺寸為截面425×425mm2～800×650mm2，長度為2000～4500mm，其骨料是由粒度小於15mm的0-50％電鍛煤，20-100％的石墨碎，0-30％的焙燒碎組成。
上述石墨碎、電鍛煤、焙燒碎的粒度分布為小於1mm10-40％、0-20％、0-10％，1-4mm5-40％、0-15％、0-12％，4-15mm5-20％、0-15％、0-8％。
一種生產大規格高石墨質陰極炭塊的方法，包括骨料篩分、配料、混捏、涼料、成型、焙燒、加工，其特點在於篩分、配料將電煅煤、焙燒碎、石墨碎篩分到所需不同粒級。
混捏將篩分的所需的不同粒級用電子配料秤精確配完後混入混捏鍋中，使溫度達到120～180℃然後加入粘結劑瀝青，在120～180℃溫度下，混捏45-120分鐘。
涼料將混捏好的的糊料放入圓筒涼料機、雙軸涼料機，使混捏好的糊料溫度達到90～130℃；成型採用擠壓機成型。保持溫度在90～150℃，保持預壓過程中的柱塞壓力為20～25Mpa，保持擠壓過程中的柱塞壓力為3～20Mpa。
焙燒將截面尺寸425×425mm2～800×650mm2，長度為2000～4500mm的大規格陰極炭塊放入焙燒爐中進行焙燒，使用冶金焦或石油焦作為填充料，自動化溫度控制系統控制焙燒曲線，加熱至最高溫度1300℃，焙燒時間為300～420小時，保溫時間30～80小時。
加工將焙燒好的截面尺寸425×425mm2～800×650mm2，長度為2000～4500mm的大規格炭塊採用銑床、開槽床、鋸床進行加工所需的不同尺寸。
本發明的特點1、截面尺寸大大截面尺寸可以使電解槽的一塊陽極炭塊對應一塊陰極炭塊，電流垂直導電，不會偏流，電流的效益高；2、電解槽的陰極炭塊間接縫減少使用大截面尺寸陰極炭塊接縫減少，可以減少因接縫填縫糊過早破損而導致電解槽早期報廢，延長電解槽使用壽命；3、導電性能高由於截面尺寸大和採用高石墨炭塊生產工藝技術，電阻小，所以導電性能高，也可以強化電流提高電流強度，可以達到0.8A/cm2；4、增加鋁產量由於導電性能好，可以強化電流，提高電解槽電流強度，也就在不增加成本的情況下提高單槽鋁產量；5、導熱性能和抗熱性能好由於使用高石墨質配方，定形碳的成分比較多，故導熱性能好，而且截面尺寸425×425mm2～800×650mm2的大規格陰極炭塊是在同一工藝條件生產出來，大規格陰極炭塊的物理化學性能在電解槽中的一致性好於普通規格的炭塊，承受的抗熱震性能比較好；6、延長電解槽的使用壽命由於導熱性能好和抗熱震性能好，大規格陰極炭塊不會出現裂縫破損，陰極炭塊接縫減少和定形碳較多，抵抗電解質侵蝕的能力增強，所以可以延長電解槽的使用壽命；7、強度高通過優化工藝和配方，可以提高陰極炭塊的強度，抵抗鋁液和電解質對陰極炭塊的衝刷、抗磨損能力增強
附圖1為本發明工藝流程圖。
具體實施例方式
實施例一如圖1所示的工藝流程圖如將將100kg的石墨碎和20kg煤焦油和5kg改質瀝青混合後的粘結劑混捏，其中石墨碎的粒度分布為小於1mm40kg；1-4mm40kg；4-15mm20kg。其工藝過程將石墨碎篩分到所需不同粒級。將篩分的所需的不同粒級用電子配料秤精確配完後混入混捏鍋中，使溫度達到180℃然後加入粘結劑瀝青，在180℃溫度下，混捏45分鐘。將混捏好的的糊料放入圓筒涼料機、雙軸涼料機，使混捏好的糊料溫度達到130℃，涼料時間為35分鐘；採用擠壓機成型。保持溫度在150℃，保持預壓過程中的柱塞壓力為25Mpa，保持擠壓過程中的柱塞壓力為20Mpa，擠壓速度＜5mm/s。將截面尺寸≤800×650mm2，長度為4500mm的大規格陰極炭塊放入焙燒爐中進行焙燒，使用冶金焦或石油焦作為填充料，自動化溫度控制系統控制焙燒曲線，加熱至最高溫度1300℃，焙燒時間為420小時，保溫時間80小時。將焙燒好的截面尺寸≤800×650mm2，長度為4500mm的大規格炭塊採用銑床、開槽床、鋸床進行加工所需的不同尺寸。
實施例二如圖1所示的工藝流程圖如將40kg的石墨碎、40kg的電鍛煤、20kg焙燒碎混合後和15kg的煤焦油、10kg改質瀝青混合後的粘結劑混捏，其中石墨碎、電鍛煤、焙燒碎的粒度分布為小於1mm40kg、30kg、30kg1-4mm40kg、20kg、40kg；4-15mm20kg、50kg、30kg。其工藝過程將電煅煤、焙燒碎、石墨碎篩分到所需不同粒級。將篩分的所需的不同粒級用電子配料秤精確配完後混入混捏鍋中，使溫度達到150℃然後加入粘結劑瀝青，在150℃溫度下，混捏110分鐘。將混捏好的的糊料放入圓筒涼料機、雙軸涼料機，使混捏好的糊料溫度達到110℃，涼料時間為20分鐘；採用擠壓機成型。保持溫度在120℃，保持預壓過程中的柱塞壓力為22Mpa，保持擠壓過程中的柱塞壓力為15Mpa，擠壓速度＜3mm/s。將截面尺寸≤660×450mm2，長度為3000mm的大規格陰極炭塊放入焙燒爐中進行焙燒，使用冶金焦或石油焦作為填充料，自動化溫度控制系統控制焙燒曲線，加熱至最高溫度1300℃，焙燒時間為350小時，保溫時間50小時。將焙燒好的截面尺寸≤660×450mm2，長度為3000mm的大規格炭塊採用銑床、開槽床、鋸床進行加工所需的不同尺寸。
實施例三如圖1所示的工藝流程圖如將將20kg的石墨碎、50kg的電鍛煤、30kg的焙燒碎混合後和5kg的煤焦油、20kg的改質瀝青混合後的粘結劑混捏，其中石墨碎、電鍛煤、焙燒碎的粒度分布為小於1mm20kg、50kg、30kg；1-4mm40kg、30kg、30kg；4-15mm40kg、20kg、40kg。其工藝過程將電煅煤、焙燒碎、石墨碎篩分到所需不同粒級。將篩分的所需的不同粒級用電子配料秤精確配完後混入混捏鍋中，使溫度達到120℃然後加入粘結劑瀝青，在120℃溫度下，混捏120分鐘。將混捏好的的糊料放入圓筒涼料機、雙軸涼料機，使混捏好的糊料溫度達到90℃，涼料時間為10分鐘；採用擠壓機成型。保持溫度在150℃，保持預壓過程中的柱塞壓力為20Mpa，保持擠壓過程中的柱塞壓力為3Mpa，擠壓速度＜2mm/s。將截面尺寸≤425×425mm2，長度為2000mm的大規格陰極炭塊放入焙燒爐中進行焙燒，使用冶金焦或石油焦作為填充料，自動化溫度控制系統控制焙燒曲線，加熱至最高溫度1300℃，焙燒時間為300小時，保溫時間30小時。將焙燒好的截面尺寸≤425×425mm2，長度為2000mm的大規格炭塊採用銑床、開槽床、鋸床進行加工所需的不同尺寸。
如實施例一所示，實施例四、五工藝流程和配比力度不變，改變溫度、時間、壓力、速度如下表
如實施例二所示，實施例六、七工藝流程和配比力度不變，改變混捏的溫度、時間、擠壓壓力、速度如下表
如實施例三所示，實施例八、九工藝流程和配比力度不變，改變混捏的溫度、時間、擠壓壓力、速度如下表
權利要求
1.一種大規格鋁用高石墨質陰極炭塊，其生產原料由骨料、煤焦油和改質瀝青混合後的粘結劑組成，其特徵在於其外在尺寸為截面425×425mm2～800×650mm2，長度為2000～4500mm，其骨料是由粒度小於15mm的0-50％電鍛煤，20-100％的石墨碎，0-30％的焙燒碎組成。
2.根據權利要求1所述的一種大規格鋁用高石墨質陰極炭塊，其特徵在於石墨碎的粒度分布為小於1mm10-40％，1-4mm5-40％，4-15mm5-20％。
3.根據權利要求1或2所述的一種大規格鋁用高石墨質陰極炭塊，其特徵在於電段煤的粒度分布為小於1mm0-20％，1-4mm0-15％，4-15mm0-15％。
4.如權利要求3所述一種大規格鋁用高石墨質陰極炭塊，其特徵在於焙燒碎的粒度分布為小於1mm0-10％，1-4mm0-12％，4-15mm0-8％。
5.如權利要求1所述一種大規格鋁用高石墨質陰極炭塊的生產方法，其特徵在於a.篩分、配料將電煅煤、焙燒碎、石墨碎篩分到所需不同粒級；b.混捏將篩分的所需的不同粒級用電子配料秤精確配完後混入混捏鍋中，使溫度達到120～180℃然後加入粘結劑瀝青，在120～180℃溫度下，混捏45-120分鐘；c.涼料將混捏好的的糊料放入圓筒涼料機、雙軸涼料機，使混捏好的糊料溫度達到90～130℃；d.成型採用擠壓機成型。保持溫度在90～150℃，保持預壓過程中的柱塞壓力為20～25Mpa，保持擠壓過程中的柱塞壓力為3～20Mpa；e.焙燒將截面尺寸≤425×425mm2～800×650mm2，長度為2000～4500mm的大規格陰極炭塊放入焙燒爐中進行焙燒，使用冶金焦或石油焦作為填充料，自動化溫度控制系統控制焙燒曲線，加熱至最高溫度1300℃，焙燒時間為300～420小時，保溫時間30～80小時；f.加工將焙燒好的截面尺寸≤425×425mm2～800×650mm2，長度為2000～4500mm的大規格炭塊採用銑床、開槽床、鋸床進行加工所需的不同尺寸。
全文摘要
本發明涉及一種大規格、大截面尺寸的高石墨質炭塊及其生產方法。將0－50％的電煅煤、20－100％石墨碎、0－30％的焙燒碎、15－25％的改質瀝青進行混捏，混捏溫度120℃～180℃，混捏時間45－120分鐘，涼料時間10－35分鐘，擠壓磨具尺寸尺寸截面425×425mm
文檔編號C25C3/08GK1986896SQ20051013635
公開日2007年6月27日 申請日期2005年12月23日 優先權日2005年12月23日
發明者張創奇, 候新, 師碧雄, 蔡永澤, 劉建平, 陸俊義, 楊軍, 楊福光, 李春虎, 鍾錄善 申請人:青銅峽市青鑫炭素有限責任公司