本發(fā)明涉及鋁電解技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種鋁電解槽用搗固糊及其連接鋁電解陰極鋼棒與炭塊的使用方法。
背景技術(shù)：
工業(yè)原鋁生產(chǎn)一直采用Hall-Heroult鋁電解工藝，鋁電解槽作為原鋁生產(chǎn)最為核心的關(guān)鍵裝備，其使用壽命和質(zhì)量的好壞決定著鋁電解生產(chǎn)過程的各項技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。陰極作為鋁電解槽的關(guān)鍵組成部分，其材質(zhì)和組裝質(zhì)量直接影響著陰極電壓降，進而影響著能耗指標(biāo)。陰極電壓降是指電解槽內(nèi)陰極炭塊上表面至陰極導(dǎo)電鋼棒出口端之間的電壓降，其主要由陰極炭塊本體壓降、鋼棒壓降、陰極鋼棒－炭塊間接觸壓降(其包括陰極鋼棒糊本體壓降、炭塊－鋼棒糊間接觸壓降以及鋼棒糊與鋼棒間接觸壓降)等部分組成。以當(dāng)前工業(yè)大型預(yù)焙槽為例，一般陰極電壓降為250～450mV，Richard Beeler等研究發(fā)現(xiàn)，陰極鋼棒－炭塊間接觸壓降在陰極壓降中的占比高達25％左右，因此，如何降低陰極鋼棒與炭塊間的接觸壓降對降低陰極電壓降、實現(xiàn)鋁電解節(jié)能降耗具有重要意義。
現(xiàn)行鋁電解陰極鋼棒組裝多采用磷生鐵澆注法或者傳統(tǒng)搗固糊搗固法將陰極鋼棒與炭塊連接在一塊，它們都存在一定的缺點，采用磷生鐵澆注法的缺點如下:(1)在搗固前需要對炭塊和鋼棒預(yù)熱到高溫才能澆注，需要耗能增加成本，同時，由于鋼棒兩端溫差較大容易造成鋼棒彎曲變形，燕尾槽表面在高溫下氧化脫皮，給磷生鐵與炭塊界面結(jié)合帶來隱患，特別是經(jīng)歷高溫澆注以及焙燒啟動兩次熱震后對界面結(jié)合更為不利。(2)在使用磷生鐵搗固時，由于陰極組裝采用間斷式澆注，所以對鐵的流動性要求較高，磷與鐵二元素可以降低鐵水的粘度，但過多的磷元素增加了磷生鐵環(huán)的冷脆性；在澆注后磷生鐵環(huán)極易發(fā)生破裂，甚至?xí)?dǎo)致陰極鋼棒與炭塊脫落，增加了鋁電解操作和生產(chǎn)的危險性。(3)磷生鐵在重復(fù)使用時會使其成分發(fā)生變化，禁錮效果變差，出現(xiàn)微小的間隙，使其電阻增加，耗能增加。(4)在取出陰極時鋼棒上粘帶的磷生鐵難以清理，使工作難度加大，操作費用增加，磷生鐵在陰極鋼棒上長期存在會腐蝕陰極鋼棒，導(dǎo)致陰極鋼棒損壞。采用傳統(tǒng)搗固糊搗固法的缺點如下:盡管比磷生鐵澆注方便、成本低，但現(xiàn)行陰極鋼棒－炭塊間接觸壓降高的最為重要原因是由于鋼棒糊在高溫過程中與炭塊和陰極鋼棒之間的熱匹配性較差導(dǎo)致，其次是鋼棒糊自身導(dǎo)電性有待提高。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種搗固糊以連接陰極鋼棒和炭塊，實現(xiàn)陰極鋼棒與炭塊間的高強高導(dǎo)電，以克服現(xiàn)有技術(shù)中磷生鐵澆注和傳統(tǒng)搗固糊帶來的不足。
一種鋁電解槽用搗固糊，搗固糊的組成包括炭質(zhì)骨料、粘結(jié)劑、金屬粉末、膨脹劑和固化劑混合而成。
所述的炭質(zhì)骨料為無煙煤、石墨、電煅煤、冶金焦、石油焦中的一種或者多種；
所述的粘結(jié)劑為瀝青、樹脂、煤焦油、蒽油中的一種或者多種。
所述的金屬粉末為鋁、鐵、銅、銀、鈣、鎂中的一種或多種。
所述的膨脹劑為膨脹石墨、碳纖維粉、碳纖維中一種或多種。
所述的固化劑為二乙烯基三胺、氨乙基哌嗪、多乙烯多胺、三甲基六亞甲基二胺、二已基三胺中的一種或多種組成。
所述的鋁電解槽用搗固糊，各組分質(zhì)量百分比如下：
炭質(zhì)骨料：60％-75％；
粘結(jié)劑：10％-25％；
金屬粉末：1％-10％；
膨脹劑：1％-10％；
固化劑：1％-5％。
所述的鋁電解槽用搗固糊的使用方法，清潔燕尾槽和陰極鋼棒，燕尾槽底面鋪設(shè)薄層搗固糊，放置陰極鋼棒，搗固糊填充搗固，常溫固化。
本發(fā)明陰極鋼棒與炭塊之間的搗固糊連接在常溫下實施，分1-5層搗固，常溫放置5-10小時進行固化，待固化后上槽使用。
本發(fā)明使用的炭質(zhì)骨料是由無煙煤、普通煤、石墨、電煅煤、冶金焦、石油焦等其中的一種或者多種組成。炭質(zhì)骨料的主要成分是炭，炭素產(chǎn)品的燒結(jié)強度和導(dǎo)電性高，構(gòu)成了搗固糊的基本骨架，在鋁電解高溫下形成陰極鋼棒和炭塊之間的導(dǎo)電介質(zhì)。粘結(jié)劑是由瀝青、樹脂、煤焦油、蒽油等其中的一種或者多種復(fù)合而成。粘結(jié)劑具有較好的粘結(jié)性，使炭質(zhì)骨料和其他成分較好的結(jié)合在一起，同時還可以增加搗固糊的可成型性。金屬粉末是由鋁、鐵、銅、銀、鈣、鎂等其中的一種或多種復(fù)合組成。金屬粉末的添加極大程度上增加了搗固糊的導(dǎo)電性，降低了陰極鋼棒與炭塊二者之間的電阻率，使鋁電解的能耗降低，從而節(jié)約鋁電解的費用。膨脹劑是由膨脹石墨、碳纖維粉、碳纖維等其中一種或多種復(fù)合而成，以調(diào)節(jié)搗固糊的熱膨脹特性，增強陰極鋼棒－炭塊間界面結(jié)合強度，提高界面導(dǎo)電性。固化劑是由二乙烯基三胺(DETA)、氨乙基哌嗪(AEP)、多乙烯多胺、三甲基六亞甲基二胺(TMD)、二已基三胺等其中的一種或多種復(fù)合而成。固化劑反應(yīng)活性高，常溫或低溫下可以快速固化，對濕度相對不敏感，具有一定的顏色穩(wěn)定性，尤其是耐溶劑，用于熱固化時，具有良好的高溫表現(xiàn)，還有很好的耐化學(xué)腐蝕性，以及有良好的電性能和機械性能。
本發(fā)明的搗固糊以及陰極鋼棒－炭塊間的連接方法，具有以下優(yōu)點：
(1)陰極鋼棒、搗固糊、炭塊三者間有更好的熱匹配性，陰極鋼棒和炭塊間界面結(jié)合強度更高，顯著降低鋼棒－炭塊間的接觸電阻。同時，搗固糊自身也具有良好的導(dǎo)電性，因此，采用該搗固糊組裝的鋼棒－炭塊對降低陰極電壓降具有顯著效果，也有利于延長陰極的使用壽命，增加生產(chǎn)效率。
(2)在常溫下實施陰極鋼棒和炭塊鋼棒之間搗固連接，降低操作難度，改善工人的工作環(huán)境。
(3)固化劑的添加使搗固糊能在常溫下固化，減少不必要的預(yù)熱，節(jié)約能量和時間。
按上述配制好搗固糊后，經(jīng)過以下程序組裝鋁電解陰極。具體的操作工序為：用清理刷把陰極鋼棒和炭塊燕尾槽清理干凈，避免不必要的雜質(zhì)影響搗固糊固定陰極鋼棒和炭塊的效果。再在燕尾槽底面鋪設(shè)一層薄薄的搗固糊并搗實，將陰極鋼棒放入炭塊燕尾槽中，緊接著將搗固糊填充鋼棒兩側(cè)的縫隙，然后搗固，可分1-5層搗固，最后常溫放置5-10小時固化后即可使用。
具體實施方式
以下結(jié)合實施例旨在進一步說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。
實施例1
第一步搗固糊的制備
炭質(zhì)骨料：無煙煤、石墨、電煅煤、冶金焦、石油焦等其中的一種或者多種，其含量為75％。
粘結(jié)劑：瀝青、樹脂、煤焦油、蒽油等其中的一種或者多種，其含量為15％。
金屬粉末：鋁、鐵、銅、銀、鈣、鎂等其中的一種或多種，其含量為5％。
膨脹劑：膨脹石墨、碳纖維粉、碳纖維等其中的一種或多種，其含量為3％。
固化劑：二乙烯基三胺(DETA)、氨乙基哌嗪(AEP)、多乙烯多胺、三甲基六亞甲基二胺(TMD)、二已基三胺等其中的一種或多種，其含量為2％。
以上百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
第二步鋁電解陰極的組裝
具體的操作工序為：用清理刷把陰極鋼棒和炭塊燕尾槽清理干凈，避免不必要的雜質(zhì)影響搗固糊固定陰極鋼棒和炭塊的效果。再在燕尾槽底面鋪設(shè)一層薄薄的搗固糊并搗實，將陰極鋼棒放入炭塊燕尾槽中，緊接著將搗固糊填充鋼棒兩側(cè)的縫隙，然后搗固，分1層搗固，最后常溫放置10小時固化后即可使用。上槽投入運行后，陰極電壓降控制在230mV，而在相同的操作條件下，傳統(tǒng)搗固糊組裝的陰極電壓降為280mV，因此，本發(fā)明的搗固糊及其組裝的陰極可顯著降低能耗。
實施例2
第一步搗固糊的制備
炭質(zhì)骨料：無煙煤、石墨、電煅煤、冶金焦、石油焦等其中的一種或者多種，其含量為60％。
粘結(jié)劑：瀝青、樹脂、煤焦油、蒽油等其中的一種或者多種，其含量為17％。
金屬粉末：鋁、鐵、銅、銀、鈣、鎂等其中的一種或多種，其含量為10％。
膨脹劑：膨脹石墨、碳纖維粉、碳纖維等其中的一種或多種，其含量為10％。
固化劑：二乙烯基三胺(DETA)、氨乙基哌嗪(AEP)、多乙烯多胺、三甲基六亞甲基二胺(TMD)、二已基三胺等其中的一種或多種，其含量為3％。
以上百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
第二步鋁電解陰極的組裝
具體的操作工序為：用清理刷把陰極鋼棒和炭塊燕尾槽清理干凈，避免不必要的雜質(zhì)影響搗固糊固定陰極鋼棒和炭塊的效果。再在燕尾槽底面鋪設(shè)一層薄薄的搗固糊并搗實，將陰極鋼棒放入炭塊燕尾槽中，緊接著將搗固糊填充鋼棒兩側(cè)的縫隙，然后搗固，分5層搗固，最后常溫放置8小時固化后即可使用。上槽投入運行后，陰極電壓降控制在220mV，而在相同的操作條件下，傳統(tǒng)搗固糊組裝的陰極電壓降為280mV，因此，本發(fā)明的搗固糊及其組裝的陰極可顯著降低能耗。
實施例3
第一步搗固糊的制備
炭質(zhì)骨料：無煙煤、石墨、電煅煤、冶金焦、石油焦等其中的一種或者多種，其含量為70％。
粘結(jié)劑：瀝青、樹脂、煤焦油、蒽油等其中的一種或者多種，其含量為20％。
金屬粉末：鋁、鐵、銅、銀、鈣、鎂等其中的一種或多種，其含量為3％。
膨脹劑：膨脹石墨、碳纖維粉、碳纖維等其中的一種或多種，其含量為3％。
固化劑：二乙烯基三胺(DETA)、氨乙基哌嗪(AEP)、多乙烯多胺、三甲基六亞甲基二胺(TMD)、二已基三胺等其中的一種或多種，其含量為4％。
以上百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
第二步鋁電解陰極的組裝
具體的操作工序為：用清理刷把陰極鋼棒和炭塊燕尾槽清理干凈，避免不必要的雜質(zhì)影響搗固糊固定陰極鋼棒和炭塊的效果。再在燕尾槽底面鋪設(shè)一層薄薄的搗固糊并搗實，將陰極鋼棒放入炭塊燕尾槽中，緊接著將搗固糊填充鋼棒兩側(cè)的縫隙，然后搗固，分3層搗固，最后常溫放置5小時固化后即可使用。上槽投入運行后，陰極電壓降控制在240mV，而在相同的操作條件下，傳統(tǒng)搗固糊組裝的陰極電壓降為280mV，因此，本發(fā)明的搗固糊及其組裝的陰極可顯著降低能耗。