[发明专利]铝电解槽用耐磨蚀石墨化阴极炭块及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金工程材料学非金属材料领域，尤其是一种大型铝电解槽用耐磨蚀石墨化阴极炭块及其制造方法。 

背景技术

阴极炭块是电解法炼铝的主体设备——电解槽的主要构成部分，其作用一方面是作为电解槽砌体的一部分，承载铝电解过程中电解槽内的电解液、炼制产生的液态铝等物料；另一方面作为阴极起到导电作用。阴极炭块的品种主要有普通阴极、半石墨质阴极、石墨质阴极和石墨化阴极。 

普通阴极是以普煅无烟煤(煅烧温度为1300℃左右)为主要原料生产的，由于其煅烧温度低，由此制成的普通阴极炭块电阻率偏高，电解膨胀率很高，容易受电解质侵蚀，发生电解槽的早期破损，目前除少数小型电解槽尚在使用外，大中型电解槽已不再使用普通阴极炭块。半石墨质阴极炭块是以电煅煤(煅烧温度在1200～2000℃之间，平均煅烧温度为1700℃)为主要原料生产的，与普煅煤相比，电煅煤的煅烧深度有所提高，与此对应，半石墨质阴极炭块的性能也相应提高，但由于电煅炉内存在着沿径向的温度梯度，电煅煤煅烧质地不够均匀，影响了炭块使用性能。为了解决此类问题，许多厂家在半石墨质阴极炭块配料中加入了石墨，由此更进一步的提高了半石墨质阴极炭块的性能。但当石墨添加量超过50％时，炭块在焙烧过程中会产生大量的分层废品，从经济的角度讲是不可行的。石墨质阴极是用100％人造石墨碎和煤沥青制造的，由于石墨碎价格昂贵且不易得到，使得石墨质阴极虽然性能比半石墨质阴极有所提高，但因为价格的原因，性价比不高，因而没有生产推广价值。普通阴极炭块、半石墨质阴极炭块和石墨质阴极炭块都不经过石墨化，由于这种工艺过程上的限制，炭块性能不可能得到突破性的提高。另外，随着电解槽的日益大型化，电流密度和强度不断提高，电解槽内容易蓄积热量，为了加强散热，电解槽内衬材料要求具有很高的导热系数，需要用石墨化的炭素材料砌筑。石墨化阴极是以低硫煅后石油焦和煤沥青经混捏、成型、焙烧、石墨化而制成的。其抗钠侵蚀性、导电性、导热性等都得到了很大改善，是现代大型铝电解槽的必备材料。经检索，中国专利00804590.9号“用于铝电解的石墨阴极”，00803372.2号“用于铝电解的浸渍石墨阴极”，200410040135.7号“石墨化阴极生产工艺”，200410026089.5号“铝电解用石墨化阴极炭块及其制造方法”，200710119898.4号“一种铝电解槽用的石墨化可润湿阴极炭块的生产方法”和200710119908.4号“一种铝电解槽用石墨化可润湿阴极炭块及其生产方法”中都介绍了石墨化阴极的制造方法。但是上述石墨化阴极由于其原料是多孔性的低硫石油焦，颗粒强度低，再加上石墨本身质地柔软，使其有了强度低，经不住电解槽内铝液冲刷的缺点，影响电解槽寿命的进一步提高。例如，几种阴极炭块的耐磨蚀性能对比：半石墨质阴极磨损速率10～20mm/年，石墨质阴极磨损速率20～40mm/年，石墨化阴极磨损速率40～80mm/年。最为接近的是中国专利00803372.2号“用于铝电解的浸渍石墨阴极”介绍的方法，该方法通过把经过石墨化完了的阴极炭块再用煤沥青浸渍一次、焙烧一次，这样就在石墨化阴极表面和气孔内壁上涂了一层耐磨蚀的沥青热解炭，提高了石墨化阴极的耐磨蚀性能。但这种方法并没有从根本上解决石墨化阴极不耐磨蚀的缺点。

发明内容

本发明的目的就是要克服上述石墨化阴极不耐磨蚀的不足，提供一种耐磨蚀的铝电解槽用石墨化阴极炭块及其制造方法，以及在大型铝电解槽用石墨化阴极炭块制造中提高质量、降低能耗、缩短工序、降低成本上有所作为。 

实现本发明之目的的技术解决方案是这样的：一种铝电解槽用耐磨蚀石墨化阴炭极块，生产石墨化阴极块的主要原料是硫含量1～3％的高硫石油焦与改质煤沥青，原料配比重量百分比为： 

硫含量1～3％的高硫石油焦80～85％；改质煤沥青15～20％。 

本发明所述的铝电解槽用耐磨蚀石墨化阴极炭块制造方法，工序包括： 

(1)煅烧； 

(2)破碎、筛分、磨粉； 

(3)配料：按其原料配比(重量百分比：除去高硫石油焦硫的干料80～85％；改质煤沥青15～20％，其中干料预热温度130～140℃；煤沥青加热溶化温度165～175℃； 

(4)湿混：温度160～170℃； 

(5)大型振动成型：成型温度155～165℃；生坯密度大于1.7g/cm³； 

(6)焙烧：温度控制1100～1300℃； 

(7)浸渍； 

(8)二次焙烧； 

(9)内串石墨化；