專利名稱：自焙型電解槽陽極保護(hù)環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有色金屬鋁電解技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種用于預(yù)焙陽極鋁電解槽陽極鋼爪的保護(hù)環(huán)及制作工藝。
背景技術(shù)：
預(yù)焙陽極鋁電解槽陽極碳塊組包括導(dǎo)桿、鋼爪、碳塊三部分。碳塊頂部有四個(gè)裝配鋼爪用的碳孔，鋼爪和碳孔之間用磷生鐵澆鑄連接。在鋁電解生產(chǎn)中陽極碳塊下部浸在950℃左右的高溫電解質(zhì)中，并不斷發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而消耗。為避免電解質(zhì)侵蝕鋼爪和磷生鐵，影響原鋁質(zhì)量和造成掉極事故，當(dāng)碳陽極在電解過程中不斷消耗即將達(dá)到極限高度時(shí)，就必須更換陽極。預(yù)焙鋁電解槽陽極保護(hù)環(huán)是九十年代初開始研究的，由于陽極保護(hù)環(huán)具有抗侵蝕的特性，使得陽極有效參與電化學(xué)反應(yīng)的時(shí)間延長，即延長了陽極使用周期。但是，現(xiàn)有的預(yù)焙鋁電解槽陽極保護(hù)環(huán)(簡稱預(yù)焙環(huán))是用碳素材料制成的，炭素材料為煅后石油焦或無煙煤、石墨，經(jīng)破碎、篩分后，按不同的粒級配成骨料，再將瀝青加入骨料中，在混捏鍋內(nèi)攪拌、混捏，然后用擠壓或振動(dòng)成型機(jī)在模具內(nèi)成型為兩個(gè)半圓環(huán)，而后置于焙燒爐以1000℃高溫焙燒而成，使用時(shí)把兩個(gè)半圓環(huán)用碳膠粘結(jié)成一個(gè)整環(huán)，對鋼爪起到保護(hù)作用。該預(yù)焙環(huán)是套在碳陽極以上的鋼爪外部，由于使用前已經(jīng)經(jīng)過預(yù)先焙燒處理，在電解過程中無粘結(jié)劑軟化、焦化粘結(jié)的過程，所以與陽極塊的結(jié)合處難免存在縫隙，使少量電解質(zhì)侵入而腐蝕鋼爪和磷生鐵，仍然存在污染電解原鋁、陽極殘極率和鋼爪修復(fù)成本居高不下的情況。另外，該保護(hù)環(huán)需專門耗能焙燒，浪費(fèi)能源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用電解槽干式陽極糊切割的同時(shí)產(chǎn)生的顆粒作為原料，制作出與陽極間粘結(jié)強(qiáng)勁、抗腐蝕作用顯著、可有效延長換極周期、降低生產(chǎn)成本、保證原鋁質(zhì)量的自焙型電解槽陽極保護(hù)環(huán)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種自焙型電解槽陽極保護(hù)環(huán)的制作工藝，可充分利用高溫電解輻射、傳導(dǎo)的熱量和碳塊自身的電阻熱自行燒結(jié)成型，而無需專門耗能焙燒。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為該自焙型電解槽陽極保護(hù)環(huán)，以生產(chǎn)干式陽極糊過程產(chǎn)生的顆粒糊為原料，顆粒糊粒級組成按重量百分比計(jì)為＞15mm粒級3％、10～15mm粒級25％、6～10mm粒級41％、2～6mm粒級20％、6～0mm粒級11％。
所述干式陽極糊，是指煅后石油焦或?yàn)r青焦76±4％，經(jīng)破碎、煅燒、篩分后，按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)+10mm不小于2％、-10～+4mm粒級17±3％、-4～+2mm粒級18±3％、-2mm～+0.15mm粒級不要求、-0.15mm粒級42±3％(其中-0.075mm粒級30±3％)制成干料，用24％±4％的改質(zhì)煤瀝青加入干料中，糊料在混捏鍋加熱至170℃～180℃，干混15分鐘加入改質(zhì)高軟化點(diǎn)瀝青濕混35分鐘出糊；經(jīng)制團(tuán)機(jī)制成φ100mm左右的條形糊，過切割機(jī)切割成15～100mm無規(guī)則塊糊，在切割的同時(shí)產(chǎn)生15～0mm的顆粒；干式塊糊和顆粒糊隨皮帶各自在不同的部位分離，干式塊糊進(jìn)入成品倉供電解使用，顆粒糊進(jìn)入鐵箱中作為生產(chǎn)自焙型陽極保護(hù)環(huán)的原料。
該自焙電解槽陽極保護(hù)環(huán)的制作工藝，在預(yù)焙陽極碳塊組裝時(shí)，在陽極鋼爪與碳孔之間澆鑄的磷生鐵上環(huán)繞鋼爪圍成一環(huán)狀殼體，將上述干式陽極糊顆粒堆砌在中間，干式陽極糊顆粒在鋁電解生產(chǎn)過程中，利用高溫電解輻射、傳導(dǎo)的熱量和碳塊自身的電阻熱自行燒結(jié)成型，焙燒溫度140℃～700℃，陽極糊顆粒焦化過程完成后，在陽極鋼爪周圍形成一個(gè)堅(jiān)硬的、結(jié)合緊密的并具有良好導(dǎo)電性能的燒結(jié)環(huán)。
本發(fā)明提供的自焙型電解槽陽極保護(hù)環(huán)，其環(huán)狀殼體內(nèi)的干式陽極糊顆粒在鋁電解生產(chǎn)過程中利用高溫電解輻射、傳導(dǎo)的熱量和碳塊自身的電阻熱自行燒結(jié)成一個(gè)堅(jiān)硬的、結(jié)合緊密的并具有良好導(dǎo)電性能的燒結(jié)環(huán)，對鋼爪和磷生鐵起到保護(hù)作用，延長換極周期，降低噸鋁預(yù)焙陽極碳塊消耗，保證原鋁質(zhì)量。據(jù)不完全測算按每個(gè)碳陽極延長兩天的換極周期來計(jì)算，可節(jié)約陽極碳塊0.6噸，申請人蘭州鋁業(yè)股份有限公司228臺(tái)預(yù)焙電解槽，年產(chǎn)電解鋁12萬噸，每臺(tái)預(yù)焙電解槽有28組陽極碳塊，則全公司年可節(jié)約預(yù)焙陽極碳塊3786噸，扣除干式陽極糊顆粒一年的用量1200噸，年可創(chuàng)效益589萬元。由于采用自焙型電解槽陽極保護(hù)環(huán)，年節(jié)約外購陽極環(huán)費(fèi)用為292萬元。則每年總的經(jīng)濟(jì)效益為881萬元。
本發(fā)明的目的、特征及優(yōu)點(diǎn)將通過實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說明。


圖1為自焙電解鋁陽極保護(hù)環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為自焙電解鋁陽極保護(hù)環(huán)的局部俯視圖。
具體實(shí)現(xiàn)方式 本發(fā)明提供的自焙型電解槽陽極保護(hù)環(huán)，是以生產(chǎn)干式陽極糊過程產(chǎn)生的顆粒為原料，制備10噸保護(hù)環(huán)所需顆粒糊，其原料粒度按重量百分比計(jì)為＞15mm粒級0.3噸、10～15mm粒級2.5噸、6～10mm粒級4.1噸、2～6mm粒級2.0噸、6～0mm粒級1.1噸。
上述干式陽極糊是取煅后石油焦或?yàn)r青焦76噸，經(jīng)破碎、煅燒、篩分后，按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)+10mm粒級7噸、-10～+4mm粒級17噸、-4～+2mm粒級18噸、-2mm～+0.15mm粒級16噸、-0.15mm粒級42噸(其中-0.075mm粒級為30％)制成干料，用24噸的改質(zhì)煤瀝青加入干料中，糊料是用底開門間接式加熱介質(zhì)為熱煤油的2000L混捏鍋加熱至175℃，干混15分鐘加入高軟化點(diǎn)瀝青濕混35分鐘出糊；經(jīng)制團(tuán)機(jī)制成φ100mm左右的條形糊，過切割機(jī)切割成15～100mm無規(guī)則塊糊，在切割的同時(shí)產(chǎn)生顆粒15～0mm的碎糊顆粒；干式塊糊和顆粒糊隨皮帶各自在不同的部位分離，干式塊糊進(jìn)入成品倉供電解使用，顆粒糊進(jìn)入鐵箱中作為生產(chǎn)自焙型陽極保護(hù)環(huán)的原料。
如圖1、2所示，該自焙電解鋁陽極保護(hù)環(huán)是這樣制作的在預(yù)焙陽極碳塊組裝時(shí)，在陽極鋼爪2與碳孔之間澆鑄的磷生鐵4上環(huán)繞鋼爪2設(shè)一環(huán)狀殼體6，環(huán)狀殼體6用自插式、鑲嵌式或粘扣式工業(yè)紙板、薄鋁板或?qū)υX不造成污染的其它材質(zhì)圍成，將上述干式陽極糊顆粒5堆砌在環(huán)狀殼體6與鋼爪2之間，顆粒糊5在鋁電解生產(chǎn)過程中利用高溫電解輻射、傳導(dǎo)的熱量和碳塊自身的電阻熱自行燒結(jié)成型，當(dāng)溫度超過140℃左右時(shí)，干式陽極糊顆粒中的粘結(jié)劑開始軟化、分解；200℃～300℃時(shí)糊內(nèi)吸附水和化合水以及低分子烷烴被排除；當(dāng)溫度超過350℃時(shí)，改質(zhì)瀝青中的焦碳開始粘結(jié)糊中的固體碳粒形成焦碳格，整體呈粘稠狀態(tài)；500℃～650℃時(shí)，碳環(huán)聚合形成半焦；當(dāng)溫度超過700℃時(shí)，焦化過程基本完成，在陽極鋼爪周圍形成一個(gè)堅(jiān)硬的、結(jié)合緊密的并具有良好導(dǎo)電性能的燒結(jié)環(huán)。
氧化鋁是瀝青煙氣的良好吸附劑。在預(yù)焙陽極鋁電解槽電解生產(chǎn)中陽極碳塊上面有一層適當(dāng)厚度的氧化鋁保溫料。這樣，自焙環(huán)和陽極塊一起被覆蓋在氧化鋁下面。電解時(shí)環(huán)被焙燒，含24％煤瀝青的糊料中約35％左右的揮發(fā)物在其達(dá)到軟化點(diǎn)時(shí)揮發(fā)。然而，所揮發(fā)的瀝青煙被覆蓋在環(huán)上的氧化鋁通過范德華力所吸附。加之瀝青煙非常之少可忽略不計(jì)。故不影響干法凈化的運(yùn)行，也不影響氧化鋁氟化氫的吸附效果。
本發(fā)明提供的自焙型電解槽陽極保護(hù)環(huán)的工業(yè)實(shí)驗(yàn)是在蘭州鋁業(yè)股份有限公司200KA電解槽上進(jìn)行的。自焙環(huán)組裝在陽極碳塊上，從掛極到換極的時(shí)間為28天。自焙環(huán)在電解槽經(jīng)過28天焙燒焦化后，將殘極放在工作臺(tái)上清理周圍氧化鋁面塊料，自焙環(huán)完全被焦化形成一個(gè)收縮均勻的環(huán)。外形高度從未焙燒時(shí)的120mm減少到75mm。環(huán)的外徑也明顯收縮，環(huán)底部和陽極塊結(jié)合處燒結(jié)為一體，無縫隙、無裂紋、無掉角、無掉塊，打碎后沒有發(fā)現(xiàn)電解質(zhì)滲透現(xiàn)象，特別是環(huán)與塊的結(jié)合處。這是由于環(huán)與陽極接觸面、環(huán)與鋼爪接觸面明顯比預(yù)焙環(huán)密實(shí)，粘結(jié)強(qiáng)勁，抗侵蝕作用優(yōu)于預(yù)焙環(huán)，采用自焙型保護(hù)環(huán)可以降低碳陽極的殘極率20％，使殘極有效做功時(shí)間延長2天以上，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
權(quán)利要求
1.一種自焙型電解槽陽極保護(hù)環(huán)，其特征在于保護(hù)環(huán)是以干式陽極糊切割產(chǎn)生的顆粒為原料，其粒度組成按重量百分比計(jì)為＞15mm粒級3％、10～15mm粒級25％、6～10mm粒級41％、2～6mm粒級20％、6～0mm粒級11％。
2.一種用于權(quán)利要求1所述的自焙型電解槽陽極保護(hù)環(huán)的干式陽極糊，其特征在于它是由煅后石油焦或?yàn)r青焦76±4％，經(jīng)破碎、煅燒、篩分后，按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)+10mm不小于2％、-10～+4mm粒級17±3％、-4～+2mm粒級18±3％、-2mm～+0.15mm粒級不要求、-0.15mm粒級42±3％(其中-0.075mm粒級30±3％)制成干料，用24±4％的改質(zhì)煤瀝青加入干料中，糊料在混捏鍋加熱至170℃～180℃，干混15分鐘加入改質(zhì)高軟化點(diǎn)瀝青濕混35分鐘出糊；經(jīng)制團(tuán)機(jī)制成φ100mm左右的條形糊，過切割機(jī)切割成15～100mm無規(guī)則塊糊，在切割的同時(shí)產(chǎn)生15～0mm的顆粒糊廢料；干式塊糊和顆粒糊隨皮帶各自在不同的部位分離，干式塊糊進(jìn)入成品倉供電解使用，顆粒糊進(jìn)入鐵箱中作為生產(chǎn)自焙式陽極保護(hù)環(huán)的原料。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述自焙式鋁電解槽陽極保護(hù)環(huán)的制作工藝，其特征在于在預(yù)焙陽極碳塊組裝時(shí)，在陽極鋼爪與碳孔之間澆鑄的磷生鐵上環(huán)繞鋼爪用工業(yè)硬紙板、薄鋁板或?qū)υX不造成污染的其它材質(zhì)圍成環(huán)狀殼體，將上述干式陽極糊顆粒堆砌在中間，干式陽極糊顆粒在鋁電解生產(chǎn)過程中，利用高溫電解輻射、傳導(dǎo)的熱量和碳塊自身的電阻熱自行燒結(jié)成型，焙燒溫度140℃～700℃，陽極糊顆粒焦化過程完成后，在陽極鋼爪周圍形成一個(gè)堅(jiān)硬的、結(jié)合緊密的并具有良好導(dǎo)電性能的燒結(jié)環(huán)。
全文摘要
一種自焙型電解槽陽極保護(hù)環(huán)，它以干式陽極糊切割產(chǎn)生的顆粒為原料，粒度組成按重量百分比計(jì)為＞15mm粒級3％、10～15mm粒級25％、6～10mm粒級41％、2～6mm粒級20％、6～0mm粒級11％。在預(yù)焙陽極碳塊組裝時(shí)，在陽極鋼爪與碳孔之間澆鑄的磷生鐵上環(huán)繞鋼爪用工業(yè)硬紙板、薄鋁板或?qū)υX不造成污染的其它材質(zhì)圍成環(huán)狀殼體，將上述干式陽極糊顆粒堆砌在中間，干式陽極糊顆粒在鋁電解生產(chǎn)過程中，利用高溫電解輻射、傳導(dǎo)的熱量和碳塊自身的電阻熱自行燒結(jié)成型，焙燒溫度140℃～700℃，陽極糊顆粒焦化過程完成后，在陽極鋼爪周圍形成一個(gè)堅(jiān)硬的、結(jié)合緊密的并具有良好導(dǎo)電性能的燒結(jié)環(huán)。對鋼爪和磷生鐵起到保護(hù)作用，延長換極周期，降低噸鋁預(yù)焙陽極碳塊消耗，保證原鋁質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
文檔編號(hào)C25C3/12GK1445383SQ0310899
公開日2003年10月1日 申請日期2003年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月16日
發(fā)明者王洪, 肖偉峰, 肇玉卿, 陸惠國, 屈毅, 唐瑤 申請人:蘭州鋁業(yè)股份有限公司