本发明涉及铝电解技术领域，特别涉及到一种铝电解槽用捣固糊及其连接铝电解阴极钢棒与炭块的使用方法。
背景技术：
工业原铝生产一直采用Hall-Heroult铝电解工艺，铝电解槽作为原铝生产最为核心的关键装备，其使用寿命和质量的好坏决定着铝电解生产过程的各项技术经济指标。阴极作为铝电解槽的关键组成部分，其材质和组装质量直接影响着阴极电压降，进而影响着能耗指标。阴极电压降是指电解槽内阴极炭块上表面至阴极导电钢棒出口端之间的电压降，其主要由阴极炭块本体压降、钢棒压降、阴极钢棒－炭块间接触压降(其包括阴极钢棒糊本体压降、炭块－钢棒糊间接触压降以及钢棒糊与钢棒间接触压降)等部分组成。以当前工业大型预焙槽为例，一般阴极电压降为250～450mV，Richard Beeler等研究发现，阴极钢棒－炭块间接触压降在阴极压降中的占比高达25％左右，因此，如何降低阴极钢棒与炭块间的接触压降对降低阴极电压降、实现铝电解节能降耗具有重要意义。
现行铝电解阴极钢棒组装多采用磷生铁浇注法或者传统捣固糊捣固法将阴极钢棒与炭块连接在一块，它们都存在一定的缺点，采用磷生铁浇注法的缺点如下:(1)在捣固前需要对炭块和钢棒预热到高温才能浇注，需要耗能增加成本，同时，由于钢棒两端温差较大容易造成钢棒弯曲变形，燕尾槽表面在高温下氧化脱皮，给磷生铁与炭块界面结合带来隐患，特别是经历高温浇注以及焙烧启动两次热震后对界面结合更为不利。(2)在使用磷生铁捣固时，由于阴极组装采用间断式浇注，所以对铁的流动性要求较高，磷与铁二元素可以降低铁水的粘度，但过多的磷元素增加了磷生铁环的冷脆性；在浇注后磷生铁环极易发生破裂，甚至会导致阴极钢棒与炭块脱落，增加了铝电解操作和生产的危险性。(3)磷生铁在重复使用时会使其成分发生变化，禁锢效果变差，出现微小的间隙，使其电阻增加，耗能增加。(4)在取出阴极时钢棒上粘带的磷生铁难以清理，使工作难度加大，操作费用增加，磷生铁在阴极钢棒上长期存在会腐蚀阴极钢棒，导致阴极钢棒损坏。采用传统捣固糊捣固法的缺点如下:尽管比磷生铁浇注方便、成本低，但现行阴极钢棒－炭块间接触压降高的最为重要原因是由于钢棒糊在高温过程中与炭块和阴极钢棒之间的热匹配性较差导致，其次是钢棒糊自身导电性有待提高。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种捣固糊以连接阴极钢棒和炭块，实现阴极钢棒与炭块间的高强高导电，以克服现有技术中磷生铁浇注和传统捣固糊带来的不足。
一种铝电解槽用捣固糊，捣固糊的组成包括炭质骨料、粘结剂、金属粉末、膨胀剂和固化剂混合而成。
所述的炭质骨料为无烟煤、石墨、电煅煤、冶金焦、石油焦中的一种或者多种；
所述的粘结剂为沥青、树脂、煤焦油、蒽油中的一种或者多种。
所述的金属粉末为铝、铁、铜、银、钙、镁中的一种或多种。
所述的膨胀剂为膨胀石墨、碳纤维粉、碳纤维中一种或多种。
所述的固化剂为二乙烯基三胺、氨乙基哌嗪、多乙烯多胺、三甲基六亚甲基二胺、二已基三胺中的一种或多种组成。
所述的铝电解槽用捣固糊，各组分质量百分比如下：
炭质骨料：60％-75％；
粘结剂：10％-25％；
金属粉末：1％-10％；
膨胀剂：1％-10％；
固化剂：1％-5％。
所述的铝电解槽用捣固糊的使用方法，清洁燕尾槽和阴极钢棒，燕尾槽底面铺设薄层捣固糊，放置阴极钢棒，捣固糊填充捣固，常温固化。
本发明阴极钢棒与炭块之间的捣固糊连接在常温下实施，分1-5层捣固，常温放置5-10小时进行固化，待固化后上槽使用。
本发明使用的炭质骨料是由无烟煤、普通煤、石墨、电煅煤、冶金焦、石油焦等其中的一种或者多种组成。炭质骨料的主要成分是炭，炭素产品的烧结强度和导电性高，构成了捣固糊的基本骨架，在铝电解高温下形成阴极钢棒和炭块之间的导电介质。粘结剂是由沥青、树脂、煤焦油、蒽油等其中的一种或者多种复合而成。粘结剂具有较好的粘结性，使炭质骨料和其他成分较好的结合在一起，同时还可以增加捣固糊的可成型性。金属粉末是由铝、铁、铜、银、钙、镁等其中的一种或多种复合组成。金属粉末的添加极大程度上增加了捣固糊的导电性，降低了阴极钢棒与炭块二者之间的电阻率，使铝电解的能耗降低，从而节约铝电解的费用。膨胀剂是由膨胀石墨、碳纤维粉、碳纤维等其中一种或多种复合而成，以调节捣固糊的热膨胀特性，增强阴极钢棒－炭块间界面结合强度，提高界面导电性。固化剂是由二乙烯基三胺(DETA)、氨乙基哌嗪(AEP)、多乙烯多胺、三甲基六亚甲基二胺(TMD)、二已基三胺等其中的一种或多种复合而成。固化剂反应活性高，常温或低温下可以快速固化，对湿度相对不敏感，具有一定的颜色稳定性，尤其是耐溶剂，用于热固化时，具有良好的高温表现，还有很好的耐化学腐蚀性，以及有良好的电性能和机械性能。
本发明的捣固糊以及阴极钢棒－炭块间的连接方法，具有以下优点：
(1)阴极钢棒、捣固糊、炭块三者间有更好的热匹配性，阴极钢棒和炭块间界面结合强度更高，显著降低钢棒－炭块间的接触电阻。同时，捣固糊自身也具有良好的导电性，因此，采用该捣固糊组装的钢棒－炭块对降低阴极电压降具有显著效果，也有利于延长阴极的使用寿命，增加生产效率。
(2)在常温下实施阴极钢棒和炭块钢棒之间捣固连接，降低操作难度，改善工人的工作环境。
(3)固化剂的添加使捣固糊能在常温下固化，减少不必要的预热，节约能量和时间。
按上述配制好捣固糊后，经过以下程序组装铝电解阴极。具体的操作工序为：用清理刷把阴极钢棒和炭块燕尾槽清理干净，避免不必要的杂质影响捣固糊固定阴极钢棒和炭块的效果。再在燕尾槽底面铺设一层薄薄的捣固糊并捣实，将阴极钢棒放入炭块燕尾槽中，紧接着将捣固糊填充钢棒两侧的缝隙，然后捣固，可分1-5层捣固，最后常温放置5-10小时固化后即可使用。
具体实施方式
以下结合实施例旨在进一步说明本发明，而非限制本发明。
实施例1
第一步捣固糊的制备
炭质骨料：无烟煤、石墨、电煅煤、冶金焦、石油焦等其中的一种或者多种，其含量为75％。
粘结剂：沥青、树脂、煤焦油、蒽油等其中的一种或者多种，其含量为15％。
金属粉末：铝、铁、铜、银、钙、镁等其中的一种或多种，其含量为5％。
膨胀剂：膨胀石墨、碳纤维粉、碳纤维等其中的一种或多种，其含量为3％。
固化剂：二乙烯基三胺(DETA)、氨乙基哌嗪(AEP)、多乙烯多胺、三甲基六亚甲基二胺(TMD)、二已基三胺等其中的一种或多种，其含量为2％。
以上百分数均为质量分数。
第二步铝电解阴极的组装
具体的操作工序为：用清理刷把阴极钢棒和炭块燕尾槽清理干净，避免不必要的杂质影响捣固糊固定阴极钢棒和炭块的效果。再在燕尾槽底面铺设一层薄薄的捣固糊并捣实，将阴极钢棒放入炭块燕尾槽中，紧接着将捣固糊填充钢棒两侧的缝隙，然后捣固，分1层捣固，最后常温放置10小时固化后即可使用。上槽投入运行后，阴极电压降控制在230mV，而在相同的操作条件下，传统捣固糊组装的阴极电压降为280mV，因此，本发明的捣固糊及其组装的阴极可显著降低能耗。
实施例2
第一步捣固糊的制备
炭质骨料：无烟煤、石墨、电煅煤、冶金焦、石油焦等其中的一种或者多种，其含量为60％。
粘结剂：沥青、树脂、煤焦油、蒽油等其中的一种或者多种，其含量为17％。
金属粉末：铝、铁、铜、银、钙、镁等其中的一种或多种，其含量为10％。
膨胀剂：膨胀石墨、碳纤维粉、碳纤维等其中的一种或多种，其含量为10％。
固化剂：二乙烯基三胺(DETA)、氨乙基哌嗪(AEP)、多乙烯多胺、三甲基六亚甲基二胺(TMD)、二已基三胺等其中的一种或多种，其含量为3％。
以上百分数均为质量分数。
第二步铝电解阴极的组装
具体的操作工序为：用清理刷把阴极钢棒和炭块燕尾槽清理干净，避免不必要的杂质影响捣固糊固定阴极钢棒和炭块的效果。再在燕尾槽底面铺设一层薄薄的捣固糊并捣实，将阴极钢棒放入炭块燕尾槽中，紧接着将捣固糊填充钢棒两侧的缝隙，然后捣固，分5层捣固，最后常温放置8小时固化后即可使用。上槽投入运行后，阴极电压降控制在220mV，而在相同的操作条件下，传统捣固糊组装的阴极电压降为280mV，因此，本发明的捣固糊及其组装的阴极可显著降低能耗。
实施例3
第一步捣固糊的制备
炭质骨料：无烟煤、石墨、电煅煤、冶金焦、石油焦等其中的一种或者多种，其含量为70％。
粘结剂：沥青、树脂、煤焦油、蒽油等其中的一种或者多种，其含量为20％。
金属粉末：铝、铁、铜、银、钙、镁等其中的一种或多种，其含量为3％。
膨胀剂：膨胀石墨、碳纤维粉、碳纤维等其中的一种或多种，其含量为3％。
固化剂：二乙烯基三胺(DETA)、氨乙基哌嗪(AEP)、多乙烯多胺、三甲基六亚甲基二胺(TMD)、二已基三胺等其中的一种或多种，其含量为4％。
以上百分数均为质量分数。
第二步铝电解阴极的组装
具体的操作工序为：用清理刷把阴极钢棒和炭块燕尾槽清理干净，避免不必要的杂质影响捣固糊固定阴极钢棒和炭块的效果。再在燕尾槽底面铺设一层薄薄的捣固糊并捣实，将阴极钢棒放入炭块燕尾槽中，紧接着将捣固糊填充钢棒两侧的缝隙，然后捣固，分3层捣固，最后常温放置5小时固化后即可使用。上槽投入运行后，阴极电压降控制在240mV，而在相同的操作条件下，传统捣固糊组装的阴极电压降为280mV，因此，本发明的捣固糊及其组装的阴极可显著降低能耗。