专利名称：一种自润复合层惰性阴极碳块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铝电解工业用阴极碳素材料。特别是涉及铝电解用电 解槽的自润复合层t性阴极碳块。
背景技术：
中国专利说明书CN1620.08A披露了铝电解槽阴极碳块及其制作方法， 它主要是采用挤压成型、环式焙烧炉焙烧的方法生产整体为电煅煤和煤新 青混合物的阴极碳块。现在还有普遍使用的半石墨碳块是由电煅煤和人造 石墨加煤沥青混合焙烧而成。由于普通阴极碳块和半石墨阴极碳块具有电 阻率低、热稳定性好，有一定的.耐电解质和溶渣铁水侵蚀的能力，.被广泛 用于铝电解槽和冶金窑炉的内衬材料，特别是大量用作炼铝业电解槽的阴 极材料。研究发现，在铝电解槽开动初期，特别是在电解开始的短时间内 钠及电解质对普通阴极碳块和半石墨碳块内部的渗透是快速的，它是引起 阴极碳块膨胀和变形，导致阴极碳块早期破损的关键原因，同时也是引起 槽底电阻增大、阴极电压降升高的因素。再有普通阴极碳块和半石墨质碳 块其表面不易被铝液湿润，其不湿润性会使电解槽中的大量铝液呈汇聚状 态，这种汇聚状态的铝液与电磁力和粘滞力相作用，导致铝液的反复无常 的波动与涡流旋转。这就容易使铝液层的铝进入电解质而参与二次反应或 铝液层瞬间与阳极底掌接触造成短路，使电流效率降低，能耗增高。由此 可见，采用整体为普通阴极碳块和半石墨碳块作炼铝电解槽的阴极材料具 有一定的缺陷，会造成电解消耗过高和电解槽使用期限短。硼化钬合成材料出现后，由于硼化钛具有很好的导电性、.热稳定性、抗腐蚀性能，对铝 液的湿润性能好，与铝液的接触电阻小，且几乎不吸收电解质成份， 一些 厂家对硼化钛应用于铝电解槽阴极材料进行了研究，具体办法是在整体为 f通阴极碳块或半石墨质阴极碳块砌成的电解槽工作表面涂覆一层硼化钛 糊，然后通过固化，随电解槽一起进行烘烤焙烧。使用这种方法的重要缺
陷是涂层与碳块基体在电解槽焙烧启动过程中热膨胀收宿不一致，易造 成深层剥离、脱落，使槽底不平整，不平整的槽底在铝液的冲刷下，进一 步脱落，失去了硼化钛的作用，反而造成铝制品品质的下降。
中囯专利说明书CN1091471C公开了一种硼化钛一碳复合层阴极碳块 及其制备方法，它是在阴极碳块基体表面制上一层硼化钛复合碳糊层，通 过振动成型使硼化钛复合层与阴极碳块基体紧密结合在一起，然后装入焙 烧炉内一同焙烧，使二者成为结合一致的复合体。这种复合碳块虽然克服 了在普通阴极碳块表面涂覆硼化钛层的缺陷，但它也有其不可避免的问题 钠及电解质同样能渗透至碳块内部，同时由于仅使用硼化钛一种惰性材料， 它抗铝液冲刷的能力有限。
发明内容
本发明的目的是研制一种在半石墨碳块基体的铝液接触面一体化成型 上自润复合层惰性阴极碳块，使之具有抗冲刷能力强、电阻率低、热稳定 性好、热导率高、耐电解质浸蚀、对铝液的湿润性好等特性。
本发明的技术内容主要是解决自润复合层惰性阴极碳块的复合层的配 方及其生产工艺方法问题，充分利用硼化钛材料具有惰性好、对钼液自润 性强、导电性高、热稳定性和抗腐蚀性能良好等特性，利用碳化硅和氮化 硅材料的高硬度，耐冲刷性和高热导性等特性。这样，硼化钛材料的使用使阴极碳块易被铝液湿润而具有自润性，使电解槽中的铝液不会呈现汇聚
状态，从而避免发生二次反应或短路而降低电流效率；碳化硅和氮化硅材
料的使用则提高阴极碳块的硬度及抗冲刷性能，也同时提高了阴极碳块的 热导率，从而降低了能耗，提高了槽龄和电流效率。再有在复合层与碳块 基体之间涂覆一层高温改性沥青，经过振动一体化成形，高温焙烧使其炭 化形成纯炭层，从而提高了整个碳块的惰性来阻止电解质对碳块内部的侵 蚀。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是在振动成型生产半石墨 阴极碳块的过程中，在碳块基体面向铝液的表面上均布硼化钛一碳化硅一 氮化硅一碳糊层，在该复合层与碳块基体之间涂覆一层高温改性沥青，经 振动成型压制使它们与碳块基体紧密结合在一起，然后装入焙烧炉内一同 焙烧及炭化，使三者成为结合一致的复合体，硼化钛一碳化硅一氮化碌一 碳复合层作为电解槽阴极的工作面。
半石墨阴极碳块基体配方重量百分组成是 电煅无烟煤50-80%,人造石墨10-35%,粘结剂5-25%。 硼化钛一碳化硅一氮化硅一碳复合层配方重量百分组成是 电煅无烟煤10-70%;硼化钛5-75%;碳化硅0-8%;氮化硅0-2%; 粘结剂10-40%。
本发明的制备工艺方法如下
1、 取半石墨碳块基体和硼化钬一碳化硅一氮化硅碳复合层骨料。
2、 将上述两类骨料破碎、筛分、制粉，按重量百分比称重配料。
3、 将粘结剂溶化后称量加入上述两种骨料中。
4、 分别进行混捏。5、 先将半石墨碳块混料初步振动成型加工，再在其上层表面均覆一层
高温改性沥青粘结剂，然后在粘结剂层上均布一层已混捏好的硼化钛一碳 化硅一氮化硅一碳复合层配料，然后再进行一体化整体振动成型。
6、 将成型好的自润复合层惰性阴极,块送入箱式焙烧炉中焙烧并使高 温改性沥青粘结剂层炭化。
7、 冷却后进行机加工。
8、 检验、包装、入库。
其中关键是在半石墨碳块基体表面引入了硼化钛一碳化硅一氮化硅一 碳复合层，复合层厚度2-200mm,同时在半石墨碳块基体和硼化钬一碳化 硅一氮化硅一碳复合层之间加入一层高温改性沥青的粘结剂层，该粘结剂 层厚度为0-5腿,它经高温炭化后，变为纯炭层，有利于增强阴极碳块的 惰性，提高抗电解质侵蚀的能力。混捏出糊料温度15(TC,模具温度150-160 °C,焙烧止火温度130(TC,所有其他粘结剂是由煤沥青、蒽油、煤焦油等 中的两种或几种混合调制而成。
与已有技术相比，本发明有下列特点
1、 使用硼化钛、碳化硅、氮化硅的自润复合层惰性阴极碳块砌筑的电 解槽槽堂规整、抗腐蚀、抗冲刷、热导率高，电解槽的使用寿命延长。
2、 该自润复合层惰性阴极碳块砌筑的电解槽运行更平稳、电流效率增 高，节能降耗。
具体实施例方式
实施例半石墨碳块基体重量配方百分比组成为电煅无烟煤65%, 人造石墨20%，粘结剂15%。
硼化钛一碳化硅一氮化硅一碳复合层重量配方百分比组成为电煅无烟煤50. 5%,硼化钛粉24. 5%，碳化硅粉3. 85%,氮化硅粉1. 2%， 粘结剂20%。
制备工艺方法如下
1、 按上述配方的组成取半石墨碳块和硼化钛一碳化硅一氮化硅一碳复 合层的骨料。
2、 将上述两类骨料破碎、筛分、制粉，并按上述配方的重量百分比称 重配料。
3、 在上述两种已配好的骨料中分别加入已配制好的粘结剂，粘结剂由 煤沥青和蒽油按9: l的比例混合组成，再分别送入混捏锅中充分混捏。
4、 先将半石墨碳块基体混捏料送入振动成型机进行初步振动成型，再 在其上层表面均覆一层高温改性沥青粘结剂，然后在沥青粘结剂层上均布 一层已混捏好的硼化钛一碳化硅一氮化硅一碳复合层配料，然后再进行一 体化整体振动成型。
5、 把成型好的自润复合层惰性阴极碳块送入箱式焙烧炉中焙烧并使高 温改性沥青粘结剂层炭化形成纯炭层。
6、 冷却后进行机加工。
7、 检验、包装、入库。 工艺控制
半石墨碳块基体骨料的颗粒及配方为
粒径4-8mm, 4-2mm, 2-0mm， 200目以下粉料。
含量20 ±2%, 16 ±2%, 18 ±2%, 46 ± 2%
复合层内电煅无烟煤的粒径为0-2mm，硼化钛、碳化硅、氮化硅的粉 体粒径均为200目以下。高温改性沥青粘结剂层的厚度为3mm. 混捏出糊料温度为150°C，模具温度150-16(TC。 成型后复合层厚度控制在30mm±5mm。 焙烧止火温度1300°C。
权利要求
1、一种自润复合层惰性阴极碳块，其特征在于在半石墨碳块基体上结合一层硼化钛-碳化硅-氮化硅-碳复合层，该复合层配方重量百分组成是电煅无烟煤10-70％、硼化钛5-75％、碳化硅0-8％、氮化硅0-2％、粘结剂10-40％。
全文摘要
一种铝电解槽用的自润复合层惰性阴极碳块，它是半石墨阴极碳块基体的一表面上制一层硼化钛—碳化硅—氮化硅—碳复合层，基体与复合层之间由一层高温改性沥青相连接，通过振动成型使复合层、高温改性沥青粘结剂层与半石墨碳块基体紧密结合在一起，然后装入焙烧炉内一同焙烧并使高温改性沥青粘结剂层炭化形成纯炭层，使三者成为结合紧密的复合体，硼化钛—碳化硅—氮化硅—碳复合层作为电解槽的工作表面，该复合层具有导电性能好、湿润性好、热导率高、抗冲刷、热稳定性好等特点，高温改性沥青粘结剂层经高温炭化后成纯炭层，提高了阴极碳块的惰性，该炭化层能有效阻止电解质对碳块内部的侵蚀，能有效延长铝电解槽的使用寿命，提高电流效率，节能降耗。该复合层碳块可广泛地应用于作铝电解槽的阴极材料和冶炼高炉的内衬材料。
文档编号C25C3/00GK101314857SQ200710035050
公开日2008年12月3日 申请日期2007年6月1日 优先权日2007年6月1日
发明者肖咏鸿 申请人:肖咏鸿