一种生产高品质铝合金板材铝电解槽的阴极整体筑炉方法与流程

本发明涉及高品质铝合金板材加工生产，具体涉及一种生产高品质铝合金板材铝电解槽的阴极整体筑炉方法。

背景技术：

1、在加工高品质铝合金板材时，目前仍然采用铝电解工艺来加工，而传统的矿热炉炉衬砌筑均是以预焙炭砖或自焙炭砖作为高温部分的筑炉材料。在焙烧过程中，由于炭砖与填充炭砖缝隙处糊料的收缩率存在差异，每一个填充处在焙烧过程中都可能产生缝隙，易造成炭砖飘起的状况。且炭砖及缝隙处会通过合金渗碳及铁水冲刷参与还原反应，使得缝隙变大，在出铁口及接缝处铁水易将炉壳烧穿，导致被迫停产，造成巨大的经济损失。

2、冷捣糊整体筑炉与传统筑炉施工工艺的区别在于前者不需要炭砖砌筑，只要采用微膨胀冷捣糊和一定的捣固方法就能无缝地构成矿热炉炉衬。在炉体内部打出炉体框架，在炉底炉壁用冷捣糊铺筑并整体捣筑成型。炉衬建成后，必须经过严格的烘炉阶段，在生产开始时使用炉内自身的热量，历经半年的烘烤，使炉衬焙烧炭化。最后冷捣层结焦、石墨化，形成坩埚效应，这是冷捣糊整体筑炉工艺的关键。整体筑炉工艺不仅可以用于制备矿热炉、黄磷炉的炉衬砌筑，在铝电解槽及其他冶炼炉中也可以得到很好的应用。通过所用糊料制备工艺及砌筑工艺的综合使用，冷捣糊整体筑炉技术能够得到更广泛的应用，带来显著的经济与社会环境效益。

3、故而如何采用冷捣糊整体筑炉技术制作铝电解槽的阴极内衬，以求获得实现阴极生产的短流程，节省阴极制造投资、提高电解槽能效，实现绿色制造，获得更高品质铝合金板材，减少劳动定员，获取良好的经济和社会效益，是目前所面临的主要问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：提供一种生产高品质铝合金板材铝电解槽的阴极整体筑炉方法，以解决常规炭砖制作而成的铝电解槽筑炉炉衬存在的容易破损、变形弯曲的问题。

2、为解决上述问题，本发明提供了如下技术方案：

3、一种生产高品质铝合金板材铝电解槽的阴极整体筑炉方法；它包括底部阴极和侧部阴极；其特征在于：底部阴极和侧部阴极均使用包括骨料、粘接剂和添加剂在内制成的冷捣糊作为基础材料进行制作；其成型流程包括以下步骤：

4、s1、将底部阴极和侧部阴极所对应的底部冷捣糊和侧部冷捣糊分别进行混捏；

5、s2、将混料完成的底部冷捣糊和侧部冷捣糊分层敷设在铝电解槽阴极的底部和侧部，对其进行捣制，并逐层振打成型为铝电解槽阴极的内衬；

6、s3、对铝电解槽阴极整体结构进行焙烧，以形成一个物相和结构均匀连续的整体铝电解槽阴极耐火材料炉壳内衬。

7、在制作底部阴极的底部冷捣糊中，骨料选用电煅煤和石墨的混合料，且骨料用量占冷捣糊的质量比为55～65％；骨料的粒径包括3～5mm、1～3mm、0.074～1mm和小于0.074mm四种，其中3～5mm粒径的占比为19.73～21.50％，1～3mm粒径的占比为30.94～32.44％，0.074～1mm粒径的占比为33.53～34.92％，小于0.074mm粒径的占比为12.53～14.41％；粘接剂使用中温沥青和改质沥青中的一种或多种，粘接剂用量占冷捣糊的质量比为16～20％；添加剂使用树脂和煤焦油中的一种或多种，添加剂的用量占冷捣糊的质量比为35～45％；

8、在制作侧部阴极的侧部冷捣糊中，骨料选用普通煅烧煤、土状石墨和碳化硅颗粒的混合料，骨料中最大颗粒的粒度大小不超过8mm，其中碳化硅颗粒的粒度大小不超过6mm；粘接剂使用改质沥青；添加剂使用树脂和煤焦油中的一种或多种。

9、优选的，骨料的粒径选择时，3～5mm粒径的占比为20.87％，1～3mm粒径的占比为31.49％，0.074～1mm粒径的占比为33.90％，小于0.074mm粒径的占比为13.74％

10、优选的，在步骤s1中进行混捏时，先将各类粒径称量好的骨料和粘接剂混合均匀，此后再加入添加剂进行混捏，直至糊料均匀。

11、在步骤s2中，需要先结合电解槽内衬使用的要求，确定合适的铺料高度；对底部阴极施工时，需要确保铺料均匀；再确定打压方式、捣打频率、倒锤的行走路线及捣打次数以保证材料成型结合紧密；并对捣打质量进行监测；

12、在对侧部筑炉施工时，需要确保侧部筑炉时不破坏侧部保温板，同时保证捣打后边部区域完整；

13、对电解槽侧部与底部的结合处施工时，由于结合处存在倾斜区域，需要保证捣锤垂直于斜面，并确保捣打的强度；

14、对电解槽内衬四个角落施工时；需要确保角部成型无缺陷。

15、每层筑炉糊料铺料高度为100mm；层与层之间的界面采用筑炉夯击梅花锤进行打毛处理；捣制过程中所使用的夯实密度不低于0.8mpa。

16、优选的，步骤s3中进行焙烧时按照以下“一段三区”式焙烧工艺进行处理：

17、预热区：该区先用19小时将温度从室温上升至150℃并保温，这段过程中升温速率为10℃/h；再用11小时将温度从150℃上升至300℃并保温，这段过程中的升温速率为6℃/h；

18、焙烧区：该区分为四个加热区段，其总时长为47小时；每个加热区段都是先升温在保温的流程，而每次升温的温度均为75℃，升温速率为6℃/h，最终阴极的温度为600℃；

19、焦化区：该区用19小时将温度从600℃上升至850℃并保温，其升温速率为13℃/h。

20、进一步的，在使用“一段三区”式焙烧工艺时采用电加热的手段进行处理；在预热区，输入功率为180kw，阴极散热功率为36kw，电解槽罩散热功率为0kw；在焙烧区，四个加热区段内的输入功率分别为330kw、330kw、390kw和450kw，阴极散热功率统一为131kw，电解槽罩散热功率统一为9kw；在焦化区，输入功率为540kw，阴极散热功率为259kw，电解槽罩散热功率为9kw。

21、进一步的，电加热采用由三项电源供电的电热片组进行供热，其中每组电热片的功率为15kw；预热区前后分别使用了12组和18组电热片；焙烧区的四个加热区段依次使用了22组、22组、26组和30组电热片；焦化区使用了36组电热片。

22、优选的，步骤s3中进行焙烧时需要尽量将阴极与外界空气隔绝。

23、本发明有益效果体现在以下几个方面：

24、1、可有效降低槽电压和水平电流，实现铝电解生产的节能增效，并能降低筑炉成本，减小漏炉风险，延长槽寿命。铝电解槽内衬用新型碳/碳高性能复合材料(即冷捣糊)与整体成型工艺的研究应用，可省去预制阴极生产厂投资，实现电解槽短流程制造，显著节约基建投资

25、2、实现阴极生产的短流程，节省阴极制造投资、获得更高品质铝合金板材，提高电解槽能效，实现绿色制造，减少劳动定员，获取良好的经济和社会效益。

技术特征：

1.一种生产高品质铝合金板材铝电解槽的阴极整体筑炉方法，它包括底部阴极和侧部阴极；其特征在于：底部阴极和侧部阴极均使用包括骨料、粘接剂和添加剂在内制成的冷捣糊作为基础材料进行制作；其成型流程包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种生产高品质铝合金板材铝电解槽的阴极整体筑炉方法，其特征在于：在步骤s1中进行混捏时，先将各类粒径称量好的骨料和粘接剂混合均匀，此后再加入添加剂进行混捏，直至糊料均匀。

3.根据权利要求1所述的一种生产高品质铝合金板材铝电解槽的阴极整体筑炉方法，其特征在于：骨料的粒径选择时，3~5mm粒径的占比为20.87%，1~3mm粒径的占比为31.49%，0.074~1mm粒径的占比为33.90%，小于0.074mm粒径的占比为13.74%。

4.根据权利要求1所述的一种生产高品质铝合金板材铝电解槽的阴极整体筑炉方法，其特征在于：在步骤s2中，需要先结合电解槽内衬使用的要求，确定合适的铺料高度；对底部阴极施工时，需要确保铺料均匀；再确定打压方式、捣打频率、倒锤的行走路线及捣打次数以保证材料成型结合紧密；并对捣打质量进行监测；

5.根据权利要求4所述的一种生产高品质铝合金板材铝电解槽的阴极整体筑炉方法，其特征在于：每层筑炉糊料铺料高度为100mm；层与层之间的界面采用筑炉夯击梅花锤进行打毛处理；捣制过程中所使用的夯实密度不低于0.8mpa。

6.根据权利要求1所述的一种生产高品质铝合金板材铝电解槽的阴极整体筑炉方法，其特征在于：步骤s3中进行焙烧时按照以下“一段三区”式焙烧工艺进行处理：

7.根据权利要求6所述的一种生产高品质铝合金板材铝电解槽的阴极整体筑炉方法，其特征在于：在使用“一段三区”式焙烧工艺时采用电加热的手段进行处理；在预热区，输入功率为180kw，阴极散热功率为36kw，电解槽罩散热功率为0kw；在焙烧区，四个加热区段内的输入功率分别为330kw、330 kw、390 kw和450 kw，阴极散热功率统一为131kw，电解槽罩散热功率统一为9kw；在焦化区，输入功率为540kw，阴极散热功率为259kw，电解槽罩散热功率为9kw。

8.根据权利要求7所述的一种生产高品质铝合金板材铝电解槽的阴极整体筑炉方法，其特征在于：电加热采用由三项电源供电的电热片组进行供热，其中每组电热片的功率为15kw；预热区前后分别使用了12组和18组电热片；焙烧区的四个加热区段依次使用了22组、22组、26组和30组电热片；焦化区使用了36组电热片。

9.根据权利要求1所述的一种生产高品质铝合金板材铝电解槽的阴极整体筑炉方法，其特征在于：步骤s3中进行焙烧时需要尽量将阴极与外界空气隔绝。

技术总结
本发明公开了一种生产高品质铝合金板材铝电解槽的阴极整体筑炉方法，属于电解铝设备技术领域；它包括底部阴极和侧部阴极；其特征在于：底部阴极和侧部阴极均使用包括骨料、粘接剂和添加剂在内制成的冷捣糊作为基础材料进行制作；其成型流程包括以下步骤：其制作流程包括：S1、混捏底部冷捣糊和侧部冷捣糊材料；S2、将两种冷捣糊对应分层地敷设在铝电解槽阴极的底部和侧部，对其进行捣制，并逐层振打成型为铝电解槽阴极的内衬；S3、焙烧阴极整体以形成一个物相和结构均匀连续的整体铝电解槽阴极耐火材料炉壳内衬。

技术研发人员：杨孟刚,王庆祝,颜非亚,王先黔,张嘉,王弋源,程守勇,王宁,夏井平
受保护的技术使用者：中国铝业股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/20