专利名称：一种制取高密度铝电解槽阳极碳块生坯的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明属于电解铝技术领域，具体涉及铝电解槽阳极的制备技术。
背景技术：
在铝电解生产中，碳阳极被称作"铝电解槽的心脏"，阳极的质量直接影响着铝电 解槽的运行状况及其技术经济指标。大型铝电解槽的实践操作表明，电解槽的故障有70% 左右是因阳极产生的。导致这些故障的主要原因是生产的阳极质量较差，目前铝电解用的 阳极碳块绝大部分是用煅烧后的石油焦为骨料配入部分的阳极残极，以煤沥青为粘结剂混 捏成型后，在焙烧炉内经过高温焙烧获得的。 一般阳极配料中沥青的加入量为14 18%， 焙烧后的阳极碳块密度一般在1. 55g/cn^左右。提高碳阳极的密度可提高阳极的使用寿命， 减少碳氧化损失，降低阳极消耗。密度较高的阳极碳块不仅强度高，而且导电性能好，有利 于减少铝电解生产的电能消耗和强化电解槽的电流强度。提高碳阳极生坯的密度是提高 碳阳极密度最基本的方法，目前工业上生产铝电解槽碳阳极生坯的方法有两种，一种是振 动成型法，另一种是模压成型法。两种方法的原理虽不相同，但都受糊性质和方法本身的限 制，很难在现有的基础上有很大的提高。
发明内容
针对以上现有技术的问题，本发明提供一种制取高密度铝电解槽阳极碳块生坯的 方法和装置，进一步提高铝电解槽碳阳极生坯密度和碳阳极密度。 本发明的制取高密度铝电解槽阳极碳块生坯的装置为直接电阻加热热模压成型 制取高密度碳阳极生坯的装置，由上压模芯、型模绝缘内衬、型模钢壳、热电偶、下压模芯和 电源构成，型模钢壳内壁设有型模绝缘内衬，上压模芯侧壁与型模绝缘内衬的内壁紧密贴 合，上压模芯能够双向滑动，即能向上或向下滑动。热电偶穿过型模钢壳和型模绝缘内衬， 用于测量阳极糊料的温度。上压模芯、下压模芯分别与电源的一极连接。型模绝缘内衬的 材料为耐火混凝土或碳氮化硅或高温陶瓷材料。上压模芯和下压模芯由锻钢制成，且具有 导电的功能。 本发明的装置为单向给压结构或双向给压结构 (1)单向给压结构的装置，下压模芯的下部具有向两侧突出的结构，该突出的结构 上表面与型模钢壳和型模绝缘内衬的下端面接触，下压模芯侧壁与型模绝缘内衬的内壁紧 密贴合，下压模芯能单向滑动，即只能向下滑动。 (2)双向给压结构的装置，下压模芯侧壁与型模绝缘内衬的内壁紧密贴合，下压模 芯能双向滑动，即能向上或向下滑动。 采用上述装置制取高密度铝电解槽阳极碳块生坯的方法如下。
首先配制阳极糊料。本发明的阳极糊料配比按质量百分比计，煅后石油焦55 90%，碳阳极残极为0 30%，其余为煤沥青。其中煅后石油焦和碳阳极残极为骨料，煤沥 青为粘结剂，粘结剂煤沥青的粒度不做要求。骨料的粒度组成为四粒级配方，其中粗粒粒度为9. 00 15. OOmm，中粒粒度为4. 00 8. 99mm，细粒粒度为0. 15 3. 99mm，粉粒粒度 0. 01 0. 14mm，按照质量百分比计，其中粗粒骨料为5 20%，中粒骨料为5 30%，细粒 骨料为10 40%，其余为粉粒骨料。阳极糊料的混捏采用常规方法。 将下压模芯置于模腔的下部，将上压模芯提出模腔，将混捏好的阳极糊料倒入模 腔中；将上压模芯压在阳极糊料的上面，然后通过上压模芯和下压模芯对阳极糊料施压，同 时将电流通过上压模芯和下压模芯导入模腔中的阳极糊料，使被压的阳极糊料同时被加热 和加压，在此过程中，阳极糊料中的粘结剂沥青熔化，被挤压入骨料之间的空隙中和骨料颗 粒本身的孔隙中，使骨料和粘结剂沥青成为一体。 当阳极糊料被加热到150 25(TC、施加的压力达到40 70MPa时，保持此压力 30 100秒之后切断电流，并释放压力，将上压模芯和下压模芯提出，并将型模钢壳、型模 绝缘内衬和已经被模压成型的阳极生坯一起移到脱模机中，将模腔内的被压实的阳极生坯 从模腔内脱出成为碳阳极生坯。 或者在切断电流并释放压力后，将下压模芯移出，然后在上压模芯上施压，将模腔 内被模压成型的阳极生坯压出。 本发明制备的阳极生坯，经常规方法焙烧后制得的阳极碳块密度1. 58 1. 70g/ cm3，比电阻50 65Q mm7m，抗压强度40 50MPa，热膨胀系数3. 5 4. 0 X 10—6/K。不
仅密度大、强度高，而且导电性能良好。
图1为单向给压结构的本发明的装置结构示意图；
图2为双向给压结构的本发明的装置结构示意图。 图中1上压模芯，2型模绝缘内衬，3型模钢壳，4热电偶，5阳极糊料，6下压模芯， 7电源。
具体实施例方式
以下通过实施例进一步说明本发明。 如附图所示，本发明的制取高密度铝电解槽阳极碳块生坯的装置为直接电阻加热 热模压成型制取高密度碳阳极生坯的装置，由上压模芯1、型模绝缘内衬2、型模钢壳3、热 电偶4、下压模芯6和电源7构成，型模钢壳3内壁设有型模绝缘内衬2，上压模芯1侧壁与 型模绝缘内衬2的内壁紧密贴合，上压模芯1能够双向滑动，即能向上或向下滑动。热电偶 4穿过型模钢壳3和型模绝缘内衬2，用于测量阳极糊料5的温度。上压模芯1、下压模芯6 分别与电源7的一极连接。型模绝缘内衬2的材料为耐火混凝土或碳氮化硅或高温陶瓷材 料。上压模芯1和下压模芯6由锻钢制成，且具有导电的功能。
本发明的装置为单向给压结构或双向给压结构 (1)单向给压结构的装置，下压模芯6的下部具有向两侧突出的结构，该突出的结 构上表面与型模钢壳3和型模绝缘内衬2的下端面接触，下压模芯6侧壁与型模绝缘内衬 2的内壁紧密贴合，下压模芯6能单向滑动，即只能向下滑动。 (2)双向给压结构的装置，下压模芯6侧壁与型模绝缘内衬2的内壁紧密贴合，下 压模芯6能双向滑动，即能向上或向下滑动。
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实施例1 制取高密度铝电解槽阳极碳块生坯的方法如下。 首先配制阳极糊料。本发明的阳极糊料配比按质量百分比计，煅后石油焦75%，碳 阳极残极为15%，其余为煤沥青。其中煅后石油焦和碳阳极残极为骨料，煤沥青为粘结剂， 粘结剂煤沥青的粒度不做要求。骨料的粒度组成为四粒级配方，其中粗粒粒度为12.00mm， 中粒粒度为6. 50mm，细粒粒度为2. OOmm，粉粒粒度0. 08mm，按照质量百分比计，其中粗粒骨 料为12%，中粒骨料为17%，细粒骨料为25%，其余为粉粒骨料。阳极糊料的混捏采用常规 方法。 将下压模芯置于模腔的下部，将上压模芯提出模腔，将混捏好的阳极糊料倒入模 腔中；将上压模芯压在阳极糊料的上面，然后通过上压模芯和下压模芯对阳极糊料施压，同 时将电流通过上压模芯和下压模芯导入模腔中的阳极糊料，使被压的阳极糊料同时被加热 和加压，在此过程中，阳极糊料中的粘结剂沥青熔化，被挤压入骨料之间的空隙中和骨料颗 粒本身的孔隙中，使骨料和粘结剂沥青成为一体。 当阳极糊料被加热到200°C 、施加的压力达到55MPa时，保持此压力65秒之后切断
电流，并释放压力，将上压模芯和下压模芯提出，并将型模钢壳、型模绝缘内衬和已经被模
压成型的阳极生坯一起移到脱模机中，将模腔内的被压实的阳极生坯从模腔内脱出成为碳
阳极生坯。 实施例2 制取高密度铝电解槽阳极碳块生坯的方法如下。 首先配制阳极糊料。本发明的阳极糊料配比按质量百分比计，煅后石油焦90%， 其余为煤沥青。其中煅后石油焦为骨料，煤沥青为粘结剂，粘结剂煤沥青的粒度不做要求。 骨料的粒度组成为四粒级配方，其中粗粒粒度为15. OOmm，中粒粒度为8. 90mm，细粒粒度为 3. 90mm，粉粒粒度0. 14mm，按照质量百分比计，其中粗粒骨料为20%，中粒骨料为30%，细 粒骨料为10%，其余为粉粒骨料。阳极糊料的混捏采用常规方法。 将下压模芯置于模腔的下部，将上压模芯提出模腔，将混捏好的阳极糊料倒入模 腔中；将上压模芯压在阳极糊料的上面，然后通过上压模芯和下压模芯对阳极糊料施压，同 时将电流通过上压模芯和下压模芯导入模腔中的阳极糊料，使被压的阳极糊料同时被加热 和加压，在此过程中，阳极糊料中的粘结剂沥青熔化，被挤压入骨料之间的空隙中和骨料颗 粒本身的孔隙中，使骨料和粘结剂沥青成为一体。 当阳极糊料被加热到250°C 、施加的压力达到70MPa时，保持此压力30秒之后切断
电流，并释放压力，将下压模芯移出，然后在上压模芯上施压，将模腔内被模压成型的阳极
生坯压出。 实施例3 制取高密度铝电解槽阳极碳块生坯的方法如下。 首先配制阳极糊料。本发明的阳极糊料配比按质量百分比计，煅后石油焦55%，碳 阳极残极为30%，其余为煤沥青。其中煅后石油焦和碳阳极残极为骨料，煤沥青为粘结剂， 粘结剂煤沥青的粒度不做要求。骨料的粒度组成为四粒级配方，其中粗粒粒度为9. OOmm，中 粒粒度为4. OOmm，细粒粒度为0. 15mm，粉粒粒度0. Olmm，按照质量百分比计，其中粗粒骨料 为5%，中粒骨料为5%，细粒骨料为40%，其余为粉粒骨料。阳极糊料的混捏采用常规方法。 将下压模芯置于模腔的下部，将上压模芯提出模腔，将混捏好的阳极糊料倒入模 腔中；将上压模芯压在阳极糊料的上面，然后通过上压模芯和下压模芯对阳极糊料施压，同 时将电流通过上压模芯和下压模芯导入模腔中的阳极糊料，使被压的阳极糊料同时被加热 和加压，在此过程中，阳极糊料中的粘结剂沥青熔化，被挤压入骨料之间的空隙中和骨料颗 粒本身的孔隙中，使骨料和粘结剂沥青成为一体。当阳极糊料被加热到150°C、施加的压力达到40MPa时，保持此压力100秒之后切 断电流，并释放压力，将上压模芯和下压模芯提出，并将型模钢壳、型模绝缘内衬和已经被 模压成型的阳极生坯一起移到脱模机中，将模腔内的被压实的阳极生坯从模腔内脱出成为 碳阳极生坯。
权利要求
一种制取高密度铝电解槽阳极碳块生坯的装置，其特征在于由上压模芯、型模绝缘内衬、型模钢壳、热电偶、下压模芯和电源构成，型模钢壳内壁设有型模绝缘内衬，上压模芯侧壁与型模绝缘内衬的内壁紧密贴合，且能够双向滑动，热电偶穿过型模钢壳和型模绝缘内衬，上压模芯、下压模芯分别与电源的一极连接，下压模芯包括以下两种结构形式(1)单向给压结构下压模芯的下部具有向两侧突出的结构，该突出的结构上表面与型模钢壳和型模绝缘内衬的下端面接触，下压模芯侧壁与型模绝缘内衬的内壁紧密贴合，且能单向滑动；(2)双向给压结构下压模芯侧壁与型模绝缘内衬的内壁紧密贴合，且能双向滑动。
2. 按照权利要求1所述的制取高密度铝电解槽阳极碳块生坯的装置，其特征在于型模 绝缘内衬的材料为耐火混凝土或碳氮化硅或高温陶瓷材料；上压模芯和下压模芯由锻钢制 成。
3. 采用权利要求1所述的装置制取高密度铝电解槽阳极碳块生坯的方法，其特征在于首先配制阳极糊料，阳极糊料配比按质量百分比计，煅后石油焦55 90%，碳阳极残 极为0 30%，其余为煤沥青；将下压模芯置于模腔的下部，将上压模芯提出模腔，将混捏好的阳极糊料倒入模腔中； 将上压模芯压在阳极糊料的上面，然后通过上压模芯和下压模芯对阳极糊料施压，同时将 电流通过上压模芯和下压模芯导入模腔中的阳极糊料，使被压的阳极糊料同时被加热和加 压；当阳极糊料被加热到150 25(TC、施加的压力达到40 70MPa时，保持此压力30 100秒之后切断电流，并释放压力，将上压模芯和下压模芯提出，并将型模钢壳、型模绝缘内 衬和已经被模压成型的阳极生坯一起移到脱模机中，将模腔内的被压实的阳极生坯从模腔 内脱出成为碳阳极生坯；或者在切断电流并释放压力后，将下压模芯移出，然后在上压模芯 上施压，将模腔内被模压成型的阳极生坯压出。
4. 按照权利要求3所述的制取高密度铝电解槽阳极碳块生坯的方法，其特征在于阳极 糊料骨料的粒度组成为四粒级配方，其中粗粒粒度为9. 00 15. OOmm，中粒粒度为4. 00 8. 99mm，细粒粒度为0. 15 3. 99mm，粉粒粒度0. 01 0. 14mm，按照质量百分比计，其中粗 粒骨料为5 20%，中粒骨料为5 30%，细粒骨料为10 40%，其余为粉粒骨料。
全文摘要
一种制取高密度铝电解槽阳极碳块生坯的方法和装置，装置为单向给压结构或双向给压结构，由上压模芯、型模绝缘内衬、型模钢壳、热电偶、下压模芯和电源构成。首先配制阳极糊料，将阳极糊料倒入模腔中；然后通过上压模芯和下压模芯对阳极糊料施压，同时将电流通过上压模芯和下压模芯导入模腔中的阳极糊料，当阳极糊料被加热到150～250℃、施加的压力达到40～70MPa时，保持此压力30～100秒之后切断电流，并释放压力，然后脱模。本发明制备的阳极生坯，经常规方法焙烧后制得的阳极碳块密度1.58～1.70g/cm3，比电阻50～65Ω·mm2/m，抗压强度40～50MPa，热膨胀系数3.5～4.0×10-6/K。
文档编号C25C3/00GK101748441SQ20101010017
公开日2010年6月23日 申请日期2010年1月25日 优先权日2010年1月25日
发明者冯乃祥, 王耀武 申请人:冯乃祥