[发明专利]一种铝电解槽用石墨化可湿润阴极炭块及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝电解槽用石墨化可湿润阴极炭块及其生产方法。

背景技术

在铝电解生产过程中，阴极炭块的性能和质量直接影响着铝电解槽的使用寿命和电解生产技术经济指标。阴极炭块是电解槽的内衬材料的重要组成部分，其用量约为阴极重量的70％～75％，占约整个槽底面积的四分之三。由于铝电解生产过程中，是将阴极炭块砌筑在铝电解槽的最内层，形成铝电解生产的反应熔池的一部分，与熔体接触直接。由于铝电解的熔体温度为930～1050℃，对阴极材料的性能和质量的改进，具有十分重要的意义。

铝电解阴极炭块从无定型炭块到可湿润阴极炭块，经历了多次改进。目前，使用的阴极炭块多为半石墨质炭块、石墨化炭块、可湿润阴极炭块。由于组成和生产工艺的不同，导致其在电解槽中的表现和使用性能有很大差异；无定型、半石墨质炭块导电能力和抗热震性较差，石墨化炭块具有优良的导热导电性能，但熔融电解质和铝液冲刷能力差，容易被磨蚀，影响电解槽寿命。

随着大型预焙铝电解槽技术的发展，为了降低电解槽阴极电阻，节省电耗，要求阴极炭块有很好的导电导热性，石墨化阴极炭块开始逐步采用。同时，为了克服熔融电解质和铝液冲刷能力差，容易被磨蚀，影响电解槽寿命的缺点，研究开发耐磨型石墨化阴极炭块，成为大型电解槽阴极炭块的发展方向。

TiB₂是一种导电性能良好的高温难熔材料，其熔点为2980℃。含TiB₂的阴极材料，对铝液具有较好的湿润性，可以对电解质具有较好的耐腐蚀性能，被称为可湿润阴极。但由于TiB₂非常昂贵，一般只用在阴极炭块的表层。TiB₂层与阴极炭块的结合方法一般涂抹法、一体化成型法。涂抹法与炭块基体接合并不很牢固，在电解槽启动初期很容易被电解质冲刷掉。一体化成型法是在普通阴极炭块成型时，在其表面压制一层含TiB₂的糊料，得到一体化成型的复合层可湿润阴极炭块。但目前复合层可湿润阴极炭块的基体都是普通阴极炭块或半石墨质的阴极炭块，难以满足大型铝电解槽对阴极炭导电导热的要求。

发明内容

本发明的目的是针对上述已有技术的不足，提供一种能够有效改善石墨化阴极炭块与铝液湿润性能的、增强石墨化阴极炭块抗电解质侵蚀和抗铝液冲刷能力的、特别是提高阴极炭块导电导热性能、延长铝电解槽使用寿命的铝电解槽用石墨化可湿润阴极炭块及其生产方法。

本发明的方法是通过以下技术方案实现的。

一种铝电解槽用石墨化可湿润阴极炭块，其特征在于其石墨化可湿润阴极炭块由石墨化的炭块基体和一体化成型于基体上的TiB₂复合层组成。

本发明的一种铝电解槽用石墨化可湿润阴极炭块，其特征在于其石墨化可湿润阴极炭块是在炭块基体成型时一体化成型了TiB₂复合层，经高温热处理而成的。

本发明的一种铝电解槽用石墨化可湿润阴极炭块，其特征在于其炭块基体是选自煅烧石油焦、沥青焦、石墨化焦、石墨碎的一种或一种以上的混合物为骨料，加入的粘结剂为选自煤沥青、煤焦油一种或一种以上的混合料。

本发明的一种铝电解槽用石墨化可湿润阴极炭块，其特征在于TiB₂复合层为由TiB₂、炭质材料组成的可湿润复合层，其中炭质材料为选自人造石墨、煅后石油焦和无烟煤的一种或其中一种以上的混合料。

一种铝电解槽用石墨化可湿润阴极炭块的制备方法，其特征在于其制备过程包括：

1)将TiB₂粉、炭质材料骨料混合配料，配料中，TiB₂重量含量为20％～60％，余量为炭质材料；其中，炭质材料为人造石墨、煅后石油焦和无烟煤的一种或其中几种的；再加入选用煤沥青、煤焦油的一种或其混合为粘结剂制成复合层糊料，粘结剂的用量为制成的糊料重量的15％～30％；

2)将选自煅烧石油焦、沥青焦、石墨化焦、石墨碎的一种或一种以上的混合物为骨料，加入为选自煤沥青、煤焦油一种或一种以上的混合物为粘结剂，制成炭块基体糊料；

3)将基体糊料装入模具内，落下重锤预压，预压；接着提起重锤，将糊料表面扒毛后，均匀铺上一层复合层炭糊料，落下重锤振动成型，脱模，冷却后得到可湿润阴极炭块的生块；

4)将制得的阴极炭块的生块，在700～1100℃进行焙烧，焙烧周期7～30天，最高温度保持4～72小时，焙烧时在复合层面进行多点测温保证温差在50℃以内；

5)将焙烧后的炭块在石墨化炉内，进行高温热处理，热处理温度为1800～2850℃，最高温度保持2～72小时；