一种阴极炭块组件及其制备工艺的制作方法

本发明属于电解铝装置技术领域，特别涉及一种阴极炭块组件及其制备工艺。

背景技术：

阴极炭块的安装施工是电解铝生产过程中能耗成本构成中的重要环节，阴极炭块与钢棒之间的连接对阴极压降很重要，不同的阴极安装方法形成不同的阴极压降。在我国的铝工业生产中，阴极炭块的安装技术一般还是采用传统的冷捣糊捣固安装，这种技术虽然有施工简单、施工成本低的优点，但是，在后期的电解槽运行过程中电压降要高很多，所以，从长期的铝厂生产成本考虑，这种施工技术就显得落后了。所以，如何通过改变阴极炭块的结构从而降低电解槽运行过程中阴极炭块与钢棒的接触压降，成为电解铝行业亟待解决的问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的不足，解决电解槽运行过程中阴极炭块与钢棒的接触压降高、能耗大的技术问题，本发明提供一种阴极炭块组件及其制备工艺。

本发明通过以下技术方案予以实现。

一种阴极炭块组件，它包括阴极炭块和钢棒，其中：阴极炭块上表面的中部设置有糊料区，阴极炭块上表面位于糊料区两侧对称设置有若干沟槽，糊料区一侧设置的沟槽相互平行，沟槽侧壁的中部靠上位置处向沟槽内部凹陷，沟槽底部设置为燕尾槽；每条所述沟槽内均设置有钢棒，钢棒靠外一端延伸至阴极炭块外部，钢棒上位于阴极炭块外侧的根部四周涂覆有碳化硅粉浆层；钢棒上表面设置于沟槽外部，位于沟槽上方的钢棒的侧壁上设置有若干锚固件，位于沟槽外部的钢棒外包裹有耐火浇筑料层，钢棒与沟槽内壁之间设置有缝隙，在钢棒上靠内侧处与沟槽内壁之间设置的缝隙中填充有磷生铁层，在钢棒上靠外端处与沟槽内壁之间设置的缝隙中填充有碳化硅捣打料层。

进一步地，所述燕尾槽尖角处的两条临边之间采用半径为30mm的过渡圆连接。

进一步地，所述碳化硅粉浆层的涂覆长度为100±10mm。

进一步地，所述耐火浇筑料层的厚度为100±10mm。

一种阴极炭块组件的制备工艺，按下属步骤依次进行：

a、在阴极炭块上表面开设沟槽，清洗钢棒，确定钢棒、糊料区、磷生铁层与碳化硅捣打料层的位置与尺寸，留待后步使用；

b、根据上步a预先确定的位置，将清洗过的钢棒一端的端部安装密封圈，在钢棒的另一端位于碳化硅捣打料层与磷生铁层交界处亦安装密封圈，然后将钢棒吊装于阴极炭块上表面设置的沟槽内，钢棒在阴极炭块中安装就位；

c、将钢棒与阴极炭块一起置于加热炉中加热，加热温度为400～600℃，直至钢棒与阴极炭块的表层与心部均匀热透；同时，加热磷生铁，加热温度为1400±50℃，直至磷生铁为液态，留待后步使用；

d、将上步c制得的液态磷生铁浇铸至加热后的钢棒与阴极炭块之间的缝隙中形成磷生铁层，并随炉冷却至室温；

e、将浇铸磷生铁的钢棒与阴极炭块取出，拆除钢棒两端的密封圈，然后在钢棒上靠外端处与沟槽内壁之间设置的缝隙中填充碳化硅捣打料形成碳化硅捣打料层，在沟槽上方的钢棒的侧壁上安装若干锚固件，制得阴极炭块组件毛坯；

f、将上步e制得的阴极炭块组件毛坯的前表面处和后表面处分别竖直安装夹板，然后向位于两夹板之间的钢棒上方浇铸耐火浇筑料形成耐火浇筑料层，冷却直至耐火浇筑料干结；

g、向糊料区内添加糊料并打碎压实，并在钢棒上位于阴极炭块外侧的根部四周涂覆碳化硅粉浆形成碳化硅粉浆层，制得制得阴极炭块组件坯料；

h、拆除夹板，根据尺与寸精度要求打磨上步g制得的阴极炭块组件坯料，制得阴极炭块组件。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

本发明提供的一种阴极炭块组件及其制备工艺，阴极炭块和钢棒采用磷生铁浇铸，炉底阴极压降可降低到230mv-240mv，采用高导电钢棒比普通钢棒可降低60mv。

例如400ka电解槽采用本发明提供的阴极炭块组件，阴极压降可降低50-80mv，按最低50mv节电计算的话，电流*电压＝功率，即400ka*50mv＝20kw，20kw*1小时＝20kw·h，20kwh*24小时＝480kw·h(即每台槽昼夜可节电480kw·h)，假设每槽昼夜产铝3吨，即480kwh/3t＝160kwh/吨(即每吨铝可节电160kw·h)，按0.4元电价计算,每吨铝可降低64元成本，一个年50万吨产量的电解铝厂，年可节约：50*64＝3200万元。故采用本发明提供的阴极炭块组件，能大幅节约能耗、降低成本。

附图说明

图1为本发明整体结构主剖视示意图。

图2为图1的俯视半剖视示意图。

图3为图1中a-a面向视图。

图中，1、阴极炭块；2、钢棒；3、糊料区；4、沟槽；5、燕尾槽；6、碳化硅粉浆层；7、锚固件；8、耐火浇筑料层；9、磷生铁层；10、碳化硅捣打料层。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做详细说明：本实施例是以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下面的实施例。

如图1～3所示的一种阴极炭块组件，它包括阴极炭块1和钢棒2，其中：阴极炭块1上表面的中部设置有糊料区3，阴极炭块1上表面位于糊料区3两侧对称设置有若干沟槽4，糊料区3一侧设置的沟槽4相互平行，沟槽4侧壁的中部靠上位置处向沟槽内部凹陷，沟槽4底部设置为燕尾槽5；每条所述沟槽4内均设置有钢棒2，钢棒2靠外一端延伸至阴极炭块1外部，钢棒2上位于阴极炭块1外侧的根部四周涂覆有碳化硅粉浆层6；钢棒2上表面设置于沟槽4外部，位于沟槽4上方的钢棒2的侧壁上设置有若干锚固件7，位于沟槽4外部的钢棒2外包裹有耐火浇筑料层8，钢棒2与沟槽4内壁之间设置有缝隙，在钢棒2上靠内侧处与沟槽4内壁之间设置的缝隙中填充有磷生铁层9，在钢棒2上靠外端处与沟槽4内壁之间设置的缝隙中填充有碳化硅捣打料层10。

进一步地，所述燕尾槽5尖角处的两条临边之间采用半径为30mm的过渡圆连接。

进一步地，所述碳化硅粉浆层10的涂覆长度为100±10mm。

进一步地，所述耐火浇筑料层8的厚度为100±10mm。

一种阴极炭块组件的制备工艺，按下属步骤依次进行：

a、在阴极炭块1上表面开设沟槽4，清洗钢棒2，确定钢棒2、糊料区3、磷生铁层9与碳化硅捣打料层10的位置与尺寸，留待后步使用；

b、根据上步a预先确定的位置，将清洗过的钢棒2一端的端部安装密封圈，在钢棒2的另一端位于碳化硅捣打料层10与磷生铁层9交界处亦安装密封圈，然后将钢棒2吊装于阴极炭块1上表面设置的沟槽4内，钢棒2在阴极炭块1中安装就位；

c、将钢棒2与阴极炭块4一起置于加热炉中加热，加热温度为400～600℃，直至钢棒2与阴极炭块4的表层与心部均匀热透；同时，加热磷生铁，加热温度为1400±50℃，直至磷生铁为液态，留待后步使用；

d、将上步c制得的液态磷生铁浇铸至加热后的钢棒2与阴极炭块4之间的缝隙中形成磷生铁层9，并随炉冷却至室温；

e、将浇铸磷生铁的钢棒2与阴极炭块1取出，拆除钢棒2两端的密封圈，然后在钢棒2上靠外端处与沟槽4内壁之间设置的缝隙中填充碳化硅捣打料形成碳化硅捣打料层10，在沟槽4上方的钢棒2的侧壁上安装若干锚固件7，制得阴极炭块组件毛坯；

f、将上步e制得的阴极炭块组件毛坯的前表面处和后表面处分别竖直安装夹板，然后向位于两夹板之间的钢棒上方浇铸耐火浇筑料形成耐火浇筑料层8，冷却直至耐火浇筑料干结；

g、向糊料区3内添加糊料并打碎压实，并在钢棒2上位于阴极炭块1外侧的根部四周涂覆碳化硅粉浆形成碳化硅粉浆层6，制得制得阴极炭块组件坯料；

h、拆除夹板，根据尺与寸精度要求打磨上步g制得的阴极炭块组件坯料，制得阴极炭块组件。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。