铝电解阳极钢爪的制备方法、电解槽与流程

本申请涉及铝电解工业，尤其涉及阳极装置。

背景技术：

1、2022年，我国电解铝产能达到4021万吨，已经连续22年位居世界第一。电解铝阳极由铝导杆、钢爪和预焙炭块三个部分组成，钢爪连着炭块和铝导杆，承担阳极的重量，还要输送强大的电流。在400～900℃的高温下，阳极钢爪易受到电解质、极上料、空气和电解烟气的侵蚀，同时还承受热应力、电磁力和碰撞力的破坏，很容易受到高温的氧化和电解质的腐蚀。钢爪腐蚀不仅会缩短其使用寿命，形成“细腰”现象，且钢爪被腐蚀后形成的腐蚀物会进入电解质中，影响原铝的质量、电流的分布以及对电解槽运行工况的正确判断。以某铝厂年产20万吨原铝为例，钢爪腐蚀严重时，阳极钢爪平均使用周期约为15个周期，远低于国外水平。每年因腐蚀报废的钢爪超过1万根，修复费用高达1000万元以上，大大增加了生产成本。所以减少阳极钢爪腐蚀，对延长钢爪使用寿命、提高原铝质量、降低生产成本有着重要的意义。

2、目前关于阳极钢爪的专利大多集中于阳极钢爪保护环技术、涂层技术、包裹技术等，但在实际作业中，阳极钢爪爪头和阳极钢爪横梁的服役条件不同，其损耗的方式和程度差异较大，这使得涂层难以兼顾阳极钢爪爪头和阳极钢爪横梁的抗腐蚀要求，导致阳极钢爪的寿命低。

技术实现思路

1、本申请实施例提供了一种铝电解阳极钢爪的制备方法、电解槽，以解决涂层难以兼顾阳极钢爪爪头和阳极钢爪横梁的抗腐蚀要求的技术问题。

2、第一方面，本申请实施例提供一种铝电解阳极钢爪的制备方法，所述铝电解阳极钢爪的制备方法包括如下步骤：

3、提供钢爪横梁、包括铝的渗透材料，在所述钢爪横梁表面制备金属渗透层，得到抗氧化横梁；

4、提供钢爪爪头、包括铁铬合金粉的熔覆材料，在所述钢爪爪头表面制备熔覆涂层，得到耐腐蚀爪头；

5、焊接所述抗氧化横梁与耐腐蚀爪头，得到所述铝电解阳极钢爪。

6、在本申请的一些实施例中，所述在所述钢爪横梁表面制备金属渗透层，所述制备金属渗透层的方法为固相渗透或液相渗透。

7、在本申请的一些实施例中，所述制备金属渗透层的方法为固体包埋溶渗法、液态热浸溶渗法、双层辉光离子渗金属法中的至少一种；和/或，

8、所述金属渗透层的厚度为0.2～0.5mm。

9、在本申请的一些实施例中，所述渗透材料还包括fe、c、ti中的至少一种。

10、在本申请的一些实施例中，以所述渗透材料的质量百分比计，所述渗透材料包括18％～25％的铁、9％～13％的铝、4％～5％的氯化铵、55％～60％的α-氧化铝、0.5％～1.5％的氧化钇、3％～4％的石墨。

11、在本申请的一些实施例中，所述在所述钢爪爪头表面制备熔覆涂层，所述制备熔覆涂层的方法为为等离子熔覆或激光熔覆。

12、在本申请的一些实施例中，所述熔覆涂层的厚度为2.5～6mm。

13、在本申请的一些实施例中，所述熔覆材料还包括si、ni、mo、b、cu、w、co中的至少一种。

14、在本申请的一些实施例中，以所述熔覆材料的质量百分比计，所述熔覆材料包括4％～20％的ni、18％～26％的cr、0.6％～0.8％的b、1.8％～2.5％的si、0～0.6％的cu、0～0.8％的w、0～0.6％的co、0～0.6％的mo，余量为fe。

15、第二方面，本申请实施例提供一种电解槽，所述电解槽包括第一方面任一实施例所述的方法制备得到的铝电解阳极钢爪。

16、本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

17、本申请实施例提供的铝电解阳极钢爪的制备方法，通过针对钢爪爪头所处的工作环境相对于钢爪横梁更加恶劣的情况，在所述钢爪横梁表面制备适合抵抗高温气体氧化、通常较薄的金属渗透层，且渗透材料包括铁铝合金粉，使得金属渗透层可起到优异地抗氧化效果；在所述钢爪爪头表面制备保护效力强、厚度通常较厚、能抵抗化学腐蚀和机械磨损的熔覆涂层，且熔覆材料包括铁铬合金粉，使得熔覆涂层具有优异的抗氧化性、耐腐蚀性、强度、硬度和耐磨性，使得铝电解阳极钢爪的寿命大大延长。

技术特征：

1.一种铝电解阳极钢爪的制备方法，其特征在于，所述铝电解阳极钢爪的制备方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的铝电解阳极钢爪的制备方法，其特征在于，所述在所述钢爪横梁表面制备金属渗透层，所述制备金属渗透层的方法为固相渗透或液相渗透。

3.根据权利要求1所述的铝电解阳极钢爪的制备方法，其特征在于，所述制备金属渗透层的方法为固体包埋溶渗法、液态热浸溶渗法、双层辉光离子渗金属法中的至少一种；和/或，

4.根据权利要求1所述的铝电解阳极钢爪的制备方法，其特征在于，所述渗透材料还包括fe、c、ti中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的铝电解阳极钢爪的制备方法，其特征在于，以所述渗透材料的质量百分比计，所述渗透材料包括18％～25％的铁、9％～13％的铝、4％～5％的氯化铵、55％～60％的α-氧化铝、0.5％～1.5％的氧化钇、3％～4％的石墨。

6.根据权利要求1所述的铝电解阳极钢爪的制备方法，其特征在于，所述在所述钢爪爪头表面制备熔覆涂层，所述制备熔覆涂层的方法为为等离子熔覆或激光熔覆。

7.根据权利要求1所述的铝电解阳极钢爪的制备方法，其特征在于，所述熔覆涂层的厚度为2.5～6mm。

8.根据权利要求1所述的铝电解阳极钢爪的制备方法，其特征在于，所述熔覆材料还包括si、ni、mo、b、cu、w、co中的至少一种。

9.根据权利要求8所述的铝电解阳极钢爪的制备方法，其特征在于，以所述熔覆材料的质量百分比计，所述熔覆材料包括4％～20％的ni、18％～26％的cr、0.6％～0.8％的b、1.8％～2.5％的si、0～0.6％的cu、0～0.8％的w、0～0.6％的co、0～0.6％的mo，余量为fe。

10.一种电解槽，其特征在于，所述电解槽包括权利要求1～9中任意一项所述的方法制备得到的铝电解阳极钢爪。

技术总结
本申请涉及一种铝电解阳极钢爪的制备方法，所述铝电解阳极钢爪的制备方法包括如下步骤：提供钢爪横梁、包括铁铝合金粉的渗透材料，在所述钢爪横梁表面制备金属渗透层，得到抗氧化横梁；提供钢爪爪头、包括铁铬合金粉的熔覆材料，在所述钢爪爪头表面制备熔覆涂层，得到耐腐蚀爪头；焊接所述抗氧化横梁与耐腐蚀爪头，得到所述铝电解阳极钢爪。本申请实施例提供的铝电解阳极钢爪的制备方法，可使得铝电解阳极钢爪的寿命大大延长。

技术研发人员：侯光辉,李冬生,刘丹,马军义,丁国臣,张贤民
受保护的技术使用者：中铝郑州有色金属研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16