本发明涉及电解铝用碳块
技术领域：
，特别涉及一种50％高石墨质阴极碳块与阴极钢棒组装的方法。
背景技术：
：铝电解槽是将氧化铝通过霍尔法还原成金属铝的主要设备。电解槽的炉膛中主要包含各种内衬或阴极材料，其中，阴极碳块是炉膛底部的电导体，其通过与之装配在一起的阴极钢棒将电流输送到电解槽中。根据国内外阴极生产的现状，阴极碳块可分为无定形、半石墨质、高石墨质、全石墨质和石墨化阴极碳块。全石墨质阴极碳块又叫石墨质阴极碳块或100％石墨质阴极碳块，其与石墨化阴极碳块由于费用高(约12820.51元/吨)、抗冲刷能力差以及降低电解槽寿命等缺点，在国内外应用较少。半石墨质阴极碳块根据石墨添加量分为30％和50％两种，其中，50％高石墨质阴极碳块价格约为6602.17元/吨，与石墨质阴极碳块相比成本低，并且具有比电阻低、抗电解质侵蚀性好的优点，因此，目前电解铝行业主要将50％高石墨质阴极碳块应用于660ka自焙铝电解槽，来降低阴极电压降、提高电流效率，延长槽寿命。阴极碳块与阴极钢棒之间的连接直接决定着铝电解槽的阴极电压。传统的电解槽阴极碳块组装方式是将阴极钢棒放置于阴极碳块的沟槽中，然后将炭骨料和沥青调制的热捣糊填充到钢棒与阴极碳块两侧的间隙中，形成电导体。但是传统方法需要对钢棒、碳块和糊料进行加热才能填充捣实，热捣糊中的沥青挥发分大量排出，有害气体的排放加剧了电解车间的空气污染。冷捣糊无需在加热条件下即可将钢棒与碳块连接，解决了能够避免组装时的空气污染。但是，电解槽焙烧时，钢棒两端的温度达200℃以上，而电解槽正常生产时，钢棒中部的最高温度可达900～950℃。在上述高温条件下，无论是热捣糊还是冷捣糊，都会分解产生气体，导致糊料骨料间产生大量孔洞，引起局部结构疏松，孔隙度增大，糊料与碳块之间的接触压力减小，糊料与碳块之间的接触压降增加；同时，电解过程中气体的大量排出，导致电解铝槽中形成冷涡，影响电解效果。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种50％高石墨质阴极碳块与阴极钢棒组装的方法，无需捣糊固定组装，得到的阴极组耐高温，在使用时结构不会破坏。本发明提供了一种50％高石墨质阴极碳块与阴极钢棒组装的方法，包括以下步骤：(1)将阴极钢棒置于50％高石墨质阴极碳块的钢棒槽中，得到预装结构；所述预装结构的50％高石墨质阴极碳块与阴极钢棒之间存在间隙；(2)将所述步骤(1)得到的预装结构进行预热，得到预热组；(3)向所述步骤(2)得到的预热组中的间隙内浇铸磷生铁，得到阴极碳块组。优选的，所述步骤(2)中50％高石墨质阴极碳块预热的温度为400～500℃。优选的，所述步骤(2)中50％高石墨质阴极碳块预热的时间为10～15min。优选的，所述步骤(2)中阴极钢棒预热的温度为600～700℃。优选的，所述步骤(2)中阴极钢棒预热的时间为5～10min。优选的，所述步骤(3)中浇铸的温度为1350～1450℃。优选的，所述步骤(3)中磷生铁包括如下质量含量的成分：c3～4％，si2～2.5％，mn0.6～0.9％，s<0.2％，p0.6～1.0％，以及余量的铁。优选的，所述磷生铁包括如下质量含量的成分：c3.2～3.5％，si2.2～2.4％，mn0.7～0.8％，s<0.15％，p0.7～0.9％，以及余量的铁。优选的，所述步骤(3)中的浇铸后还依次包括冷却、填充浇注料和静置。优选的，所述静置的时间为23～30h。本发明提供了一种50％高石墨质阴极碳块与阴极钢棒组装的方法，包括以下步骤：将阴极钢棒置于50％高石墨质阴极碳块的钢棒槽中，得到预装结构；所述预装结构的50％高石墨质阴极碳块与阴极钢棒之间存在间隙；将所述预装结构进行预热，得到预热组；向所述预热组中的间隙内浇铸磷生铁，得到阴极碳块组。本发明以具有高熔点的磷生铁代替冷捣糊和热捣糊对50％高石墨质阴极碳块与阴极钢棒进行连接，在制备及使用过程中不会分解产生气体，能够有效避免因连接体结构疏松和孔隙度增大导致的连接体与碳块之间的接触压降增加；并且，使用过程中随着温度的升高，所浇铸的磷生铁重新加热体积膨胀，降低了磷铸铁与阴极碳块接触压降；且电解过程中不会形成冷涡，影响电解效果。实验结果表明，本发明提供的50％高石墨质阴极碳块与阴极钢棒组装的方法在使用过程中无气体产生，不会形成冷涡，使用后对阴极碳块组的连接处进行检查，未发现疏松和气孔。此外，磷生铁中具有较高的磷含量，能够提高铸铁的共晶度，使磷生铁具有较好的流动性，进而提高填充效果；磷生铁与50％高石墨质阴极碳块配合使用，与其他种类的阴极碳块相比，能够降低裂纹率，提高成品率。在本发明的优选方案中，所述50％高石墨质阴极碳块和阴极钢棒的预热温度能够避免阴极碳块在磷生铁浇铸时产生较大的热冲击造成碳块开裂，成品率高。实验结果表明，本发明提供的50％高石墨质阴极碳块与阴极钢棒组装的方法成品率可达98％。具体实施方式本发明提供了一种50％高石墨质阴极碳块与阴极钢棒组装的方法，包括以下步骤：(1)将阴极钢棒置于50％高石墨质阴极碳块的钢棒槽中，得到预装结构；所述预装结构的50％高石墨质阴极碳块与阴极钢棒之间存在间隙；(2)将所述步骤(1)得到的预装结构进行预热，得到预热组；(3)向所述步骤(2)得到的预热组中的间隙内浇铸磷生铁，得到阴极碳块组。本发明将阴极钢棒置于50％高石墨质阴极碳块的钢棒槽中，得到预装结构；所述预装结构的50％高石墨质阴极碳块与阴极钢棒之间存在间隙。本发明对所述阴极钢棒在50％高石墨质阴极碳块的钢棒槽中的放置位置没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的位置进行组装即可。在本发明中，所述阴极钢棒的轴向中心线与碳块钢棒槽的轴向中心线的平行度偏差不超过碳块长度的1‰。阴极钢棒置于钢棒槽中后，本发明优选对所述阴极钢棒进行表面处理，得到预装结构。在本发明中，所述表面处理优选包括：在露出钢棒槽的阴极钢棒表面涂覆耐火泥浆。本发明对所述耐火泥浆的成分和涂覆厚度没有特殊的限定，能够防止浇铸时磷生铁的附着即可。得到预装结构后，本发明将所述预装结构进行预热，得到预热组。本发明优选分别对预装结构中50％高石墨质阴极碳块和阴极钢棒进行预热。在本发明中，所述预热优选为电磁感应加热。在本发明中，所述预装结构中50％高石墨质阴极碳块预热的温度优选为400～500℃，更优选为420～480℃，最优选为440～460℃；所述50％高石墨质阴极碳块预热的时间优选为10～15min，更优选为13min。在本发明中，加热至所述50％高石墨质阴极碳块的预热温度的升温速率优选为35～45℃/min，更优选为36℃/min。在本发明中，所述预装结构中阴极钢棒预热的温度优选为600～700℃，更优选为620～680℃，最优选为640～660℃；所述阴极钢棒预热的时间优选为5～10min，更优选为9min。在本发明中，加热至所述阴极钢棒的预热温度的升温速率优选为60～70℃/min，更优选为64～69℃/min。在本发明中，所述预装结构中50％高石墨质阴极碳块和阴极钢棒的预热温度能够避免阴极碳块在磷生铁浇铸时产生较大的热冲击造成碳块开裂，成品率高。本发明对所述预热的装置没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的用于加热的装置即可。本发明优选在预热前对预装结构中的50％高石墨质阴极碳块和阴极钢棒进行清理。本发明对所述清理的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的清理的技术方案即可。在本发明中，所述清理优选包括：用压缩空气或毛刷将碳块钢棒槽及阴极钢棒连接表面的灰尘和杂质去除。得到预热组后，本发明向所述预热组中的间隙内浇铸磷生铁，得到阴极碳块组。在本发明中，所述浇铸的温度优选为1350～1450℃，更优选为1370～1430℃，最优选为1390～1410℃。在本发明中，所述浇铸优选为一次浇铸完成。在本发明中，所述磷生铁包括如下质量含量的成分：c3～4％，si2～2.5％，mn0.6～0.9％，s<0.2％，p0.6～1.0％，以及余量的铁，更优选为c3.2～3.5％，si2.2～2.4％，mn0.7～0.8％，s<0.15％，p0.7～0.9％，以及余量的铁。在本发明中，所述磷生铁具有较高的磷含量，能够提高铸铁的共晶度，使磷生铁具有较好的流动性，进而提高填充效果。在本发明中，所述浇铸后优选还依次包括冷却、填充浇注料和静置。本发明对所述冷却的方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的冷却的技术方案即可。在本发明中，所述冷却优选为自然冷却。本发明优选在所述冷却后将附着于耐火泥浆表面的磷生铁铲除。本发明优选在所述阴极钢棒的中缝部位填充浇注料。本发明对所述浇注料的成分和填充浇注料的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的浇注料进行填充即可。本发明对所述填充浇注料的方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的填充浇注料的技术方案即可。在本发明中，所述浇注料优选通过模板进行填充。本发明优选在填充浇注料前在阴极钢棒上焊接锚固件。本发明对所述焊接锚固件的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的焊接锚固件的技术方案即可。在本发明中，所述锚固件能够防止浇注料散落。在本发明中，所述静置的时间优选为23～30h，更优选为25～28h。在本发明中，所述静置使浇注料固化。为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的50％高石墨质阴极碳块与阴极钢棒组装的方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。实施例1:1.准备程序：在组装前利用专用抛丸机对阴极钢棒进行喷丸除锈处理，直至除锈后的阴极钢棒露出明显的金属光泽；2.浇铸程序：阴极碳块采用50％高石墨质阴极碳块，采用磷生铁浇铸的方式将所述阴极钢棒和所述阴极碳块连接。如表1～5所示，所述50％高石墨质阴极碳块及磷生铁材料各项参数指标如下：表1高石墨质阴极碳块理化指标表2碳块毛坯尺寸允许偏差(mm)表3加工后碳块尺寸允许偏差(mm)所述50％高石墨质阴极碳块外观应符合如下规定：a.碳块表面应平整，断面组织不允许有空穴、分层和夹杂物。b.加工长度大于1m时，弯曲度不大于长度的0.1％。c.碳块严禁受潮和油污染。d.碳块表面允许有符合下表中所示的缺角、裂纹、缺棱、表面凹陷等缺陷，但其尺寸及数量应符合下表中的规定，表4。表4碳块表面的缺陷a、b、c分别为缺陷的近似边长。磷生铁成分配比如表5所示。表5磷生铁成分配比分析元素c％si％mn％s％p％标准>32～2.50.6～0.9<0.20.6～1.0化验指标3.52.20.70.090.9阴极碳块组浇铸工作的操作步骤如下：1)将碳块运至指定操作工位，利用固定卡尺划线工具，划出钢棒安装位置、绝缘处理位置等；2)用压缩空气及毛刷等将碳块钢棒槽及阴极钢棒连接表面的灰尘、杂质清理干净；3)将硅酸铝圆编绳摆放在阴极钢棒端头指定位置，用于堵住磷生铁外溢，并利用水玻璃与沙子的混合物配合封堵；4)将50％高石墨质阴极碳块和阴极钢棒分别送至阴极加热设备中进行加热；50％高石墨质阴极碳块预热的温度为450℃，预热的时间为10min，加热至所述预热温度的升温速率为44℃/min；阴极钢棒预热的温度为650℃，预热的时间为10min，加热至预热温度的升温速率为65℃/min；5)利用调整工具以及检测工具，调整阴极钢棒轴向中心线与碳块钢棒槽轴向中心线，二者的平行度偏差不超过碳块长度的1‰；6)在1400℃进行磷生铁浇铸，浇铸应及时，每次浇铸尽量将钢棒槽一次浇铸完成，并及时对浇铸抬包进行清理，避免浇铸不充分现象；浇铸后及时将多余磷生铁铲刮干净；7)阴极碳块组浇铸并充分冷却后，送至下一工位，铲刮清理多余磷生铁，去除硅酸铝圆编绳以及沙子，并利用压缩空气进行吹扫；8)在钢棒上焊接锚固件，周边角焊缝，焊接后续牢固；锚固件用牛皮纸包裹，避免在受热初期锚固件膨胀时将浇注料胀裂；9)预制模板，对钢棒中缝部位以及此位置的圆编绳空余位置用炭糊填充，钢棒端部采用捣打料振打填充并利用针入度检验仪器，检验振打密度是否合格；10)预制浇注料模板，将配比后的浇注料注入模具，利用砌筑工具，刮铲等将浇注料抹平；模板与浇注料接触面应涂抹有煤油等，便于脱模以及模板清理和重复利用；所述浇注料的配比应遵循混合后手攥起时不流水且不散的准则；11)砌筑浇注料后，静置28h，转移碳块组时仍需采用专用碳块夹具进行搬运；12)钢棒露出阴极碳块的局部用耐火泥浆加水玻璃的混合物进行涂抹，厚度不少于3mm；所述耐火泥浆加水玻璃的混合物中二者混合配比原则是此涂抹的绝缘层不能在内衬捣固周围糊时脱落，配比可根据现场实际到货情况进行调整；绝缘层在阴极浇铸区或在电解槽槽壳内砌筑时制作。3.检验程序对浇铸组装后的阴极碳块组进行各参数检测：1)阴极碳块组外观规矩，利用强光手电对钢棒头处的燕尾槽进行检验，阴极碳块没有浇铸裂纹，无钢棒变形等缺陷，中部炭糊密实无疏松、凹凸不平等缺陷，其它缺陷符合ys/t623-2007铝电解用石墨质阴极碳块标准规定；2)浇铸后半个小时内，仔细观测阴极碳块组状况，未出现“啪”的声响，可判断出磷铁与碳块之间没有脱离或裂纹产生；3)含钢棒长度的阴极碳块组总长度偏差小于±5mm；4)阴极碳块组端部钢棒中心距误差不大于±1mm；钢棒组装后总长度偏差不大于±5mm，弯曲度不大于3mm；5)浇注完成后的阴极碳块组总高度偏差小于±2mm；6)浇注完成后的阴极碳块组冷却后阴极碳块与磷铁之间的缝隙不大于1mm；7)利用针入度仪器进行检验，浇注后的阴极碳块组中部的扎糊的体积密度≥1.2g/cm3；sic捣打料的体积密度≥2.2g/cm3。传统炭糊联接的阴极炭块与阴极钢棒，在电解槽通电受热后，糊料沥青中的挥发性物质大量排出，造成与钢棒接触表面结构疏松，并形成大量多孔结构，导致接触电阻增加进而接触压降增加；(传统方式压降在260～310mv，本发明提供的碳块组使用时压降在230～250mv)；用炭糊联接非阴极炭块与阴极钢棒，由于使用过程中挥发性物质大量排出，一定程度上加剧了电解车间的污染，影响操作工人的身体健康，本发明提供的碳块组使用过程中不会产生挥发性物质。从以上实施例可以看出，本发明提供的方法在使用过程中无气体产生，不会形成冷涡，使用后对阴极碳块组的连接处进行检查，未发现疏松和气孔。以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页12