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全石墨鋁陰極炭塊的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用.pdf

時(shí)間:2023-10-24 09:07:00 點(diǎn)擊:459次

(山東鄒城炭素廠 ) 摘要:介紹了全石墨正極炭塊原材料的選擇、生產(chǎn)配方的選擇、粘結(jié)劑用量的確定及生產(chǎn)工藝技術(shù)參數(shù)等,并成功研制了全石墨正極炭塊堵塞。 石墨鋁陰極碳?jí)K。 將所得工業(yè)試塊應(yīng)用于電解槽實(shí)驗(yàn)。 結(jié)果表明,工業(yè)試驗(yàn)炭塊完全達(dá)到了開(kāi)發(fā)目標(biāo),性能優(yōu)于國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品,節(jié)電效果顯著。 關(guān)鍵詞:全石墨陰極碳?jí)K電阻率電解槽 1、前言 隨著我國(guó)鋁工業(yè)的快速發(fā)展,鋁工業(yè)技術(shù)發(fā)生了革命。 大型中心切削材料的制備。 它取代了以前的小型自烤罐。 這使我國(guó)電解鋁行業(yè)從數(shù)量到質(zhì)量發(fā)生了深刻變化。 推廣大型預(yù)焙槽鋁冶煉技術(shù)。 ,成為國(guó)內(nèi)鋁電解廠快速發(fā)展的支柱技術(shù)。 陰極炭塊是鋁電解槽結(jié)構(gòu)的主要部分。 它與鋁水和電解液直接接觸,具有導(dǎo)電作用。 它是影響電解槽壽命的關(guān)鍵部件。 由于電解槽容量的增大,鋁電解過(guò)程中的電場(chǎng)、磁場(chǎng)、熱場(chǎng)變得更加復(fù)雜。 電化學(xué)力和機(jī)械力對(duì)正極材料的侵蝕和侵蝕增加。 電解槽的早期損壞日益突出,鋁隧道已分解。 節(jié)能鋰生活問(wèn)題已成為國(guó)內(nèi)外鋁行業(yè)關(guān)注的話題。 目前國(guó)際上普遍采用高導(dǎo)電率、高石墨化度、低膨脹率的全石墨陰極炭塊和石墨化陰極炭塊,這使得鋁電解槽具有較低的陰極壓降,大大降低了鋁電解效率。 單位消耗減少,降低成本。

因此,盈鋼優(yōu)質(zhì)炭塊(優(yōu)質(zhì)半石墨和全石墨陰極炭塊)和石墨化陰極炭塊的開(kāi)發(fā)和推廣,可以進(jìn)一步延長(zhǎng)電解槽壽命,提高產(chǎn)量,降低電耗,越來(lái)越受到鋁行業(yè)的關(guān)注。 采礦技術(shù)研究人員在原有半石墨陰極炭塊生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上,對(duì)全石墨陰極炭塊的原料選擇、生產(chǎn)配方的選擇、生產(chǎn)工藝的調(diào)整進(jìn)行了探討,成功成功開(kāi)發(fā)出鋁用高品質(zhì)全石墨陰極碳?jí)K。 應(yīng)用于電解槽實(shí)驗(yàn),節(jié)電效果顯著。 2. 全石墨鋁陰極炭塊的發(fā)展 2.1 全石墨鋁陰極炭塊的發(fā)展目標(biāo)及主要技術(shù)指標(biāo) 2.1.1 發(fā)展目標(biāo) 根據(jù)鋁陰極炭塊國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求,生產(chǎn)全石墨鋁陰極炭塊已選擇。 石墨鍋陰極炭塊所用原料為:人造石墨和瀝青。 我們開(kāi)發(fā)了高品質(zhì)的全石墨鋁陰極碳?jí)K,其防火規(guī)格高于 Shan的國(guó)內(nèi)和國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),以提高碳?jí)K的導(dǎo)電性和電阻。 抗壓強(qiáng)度和耐鈉47蝕刻,降低鋁功耗并延長(zhǎng)槽壽命。 2.1.2主要技術(shù)指標(biāo):電阻率,抗壓強(qiáng)度,灰分1%,體積密度1.599/cm3,真密度2.109/cm3,開(kāi)孔率190元 2.2全石墨鋁 研制陰極碳?jí)K的工藝流程。 生產(chǎn)全石墨陰極炭塊的主要工藝流程為:破碎、配料、捏合、成型、焙燒、添加:[。

圖1 全石墨鋁陰極炭塊生產(chǎn)工藝流程圖 2.3 主要生產(chǎn)設(shè)備及檢測(cè)方法 主要生產(chǎn)設(shè)備為:德國(guó)公司強(qiáng)力間歇式混合機(jī); 生產(chǎn)的ZI)C-TF四軸調(diào)幅振動(dòng)成型機(jī):48室?guī)w環(huán)型焙燒爐。 焙燒過(guò)程采用+/-H360小時(shí)升溫曲線。 試驗(yàn)過(guò)程中,成型工藝逐片檢查生料的外觀質(zhì)量,并測(cè)試堆積密度。 焙燒過(guò)程:以爐品(24件)為一批,對(duì)灰分、容重、真密度、抗壓強(qiáng)度、電阻率等質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行取樣分析。 1)灰分采用GB/炭材料灰分測(cè)定方法; 2)堆積密度采用YB/Yll9碳材料體積密度測(cè)定方法; 3)真密度采用GB/碳材料真密度測(cè)定方法;。 48.4)抗壓強(qiáng)度采用GB/碳材料抗壓強(qiáng)度測(cè)定方法; 5)電阻率采用YB/T120碳材料電阻率測(cè)量方法: 2.4原材料的選擇。 鋁電解槽的陰極在電解過(guò)程中含有電解液。 液體和鋁液,在電場(chǎng)、磁場(chǎng)、熱場(chǎng)的作用下,這些物質(zhì)與陰極碳材料發(fā)生化學(xué)腐蝕和物理機(jī)械作用,以及鋁液對(duì)陰極的磨損。 傳統(tǒng)研究表明,以石油焦為基礎(chǔ)的碳制品在2300℃以上的溫度下石墨化后成為人造石墨。 石墨化程度高,結(jié)構(gòu)致密,粉末比電阻低。 具有優(yōu)良的耐鈉腐蝕性能。 因此,選擇抗鈉腐蝕能力強(qiáng)的廢舊石墨電極塊和碎屑作為生產(chǎn)全石墨陰極炭塊的固體原料。

人造石墨的技術(shù)條件見(jiàn)表1。 表1 人造石墨技術(shù)條件 單位指標(biāo) 總水分 O.5 真密度 g/ca32.20 電阻率 由于改性瀝青含有較高的B樹(shù)脂和合適的甲苯不溶物,具有粘結(jié)力強(qiáng)、碳化率高的特點(diǎn)。 用它作為粘結(jié)劑可以提高焙燒過(guò)程的結(jié)焦值,增加炭塊的密度,增加炭塊的體積密度和抗壓強(qiáng)度,提高炭塊的導(dǎo)電性和耐鈉腐蝕性能,提高炭塊的耐鈉腐蝕性能。碳?jí)K的產(chǎn)量。 因此,選用改性瀝青作為粘結(jié)劑。 改性瀝青技術(shù)條件見(jiàn)表2。 表2 改性瀝青技術(shù)條件\項(xiàng)目指標(biāo)名稱(chēng) 單位指標(biāo) 3.0(超過(guò)該指標(biāo)不會(huì)失效) 含水率僅作為生產(chǎn)中的控制指標(biāo),不作為生產(chǎn)中的控制指標(biāo)。一個(gè)評(píng)估依據(jù)。 2.5 配方中固體原料最大粒徑及粒徑用量的測(cè)定。 配方中干料的最大粒徑和粒徑組成是影響產(chǎn)品質(zhì)量極其重要的因素。 最大粒徑和粒度組成的合理性幾乎影響到炭素產(chǎn)品的收率和各項(xiàng)性能。 在確定全石墨鋁用陰極炭塊的最大粒徑和粒度組成時(shí),要充分考慮原料石墨塊的物理、化學(xué)性質(zhì)對(duì)產(chǎn)品性能的影響,同時(shí)還要考慮原料二級(jí)破碎系統(tǒng)的物料粒度分布保證物料平衡,有利于組織生產(chǎn)。 根據(jù)生產(chǎn)規(guī)格半石墨鋁陰極炭塊產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn),并考慮到影響振動(dòng)成型工藝的因素,配方中適當(dāng)增加小顆粒的用量,以提高其密度和強(qiáng)度。產(chǎn)品。 綜合以上因素,調(diào)整確定全石墨鋁陰極炭塊配方中骨料最大粒徑為,其粒徑級(jí)別為A-BIn、B-Omm和粉末。 干料配方如表3所示。

. 49. 表3 干料配方粒度名稱(chēng) 混合百分比/% A--.6 粘結(jié)劑用量根據(jù)普通半石墨鋁生產(chǎn)陰極炭塊粘結(jié)劑用量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定,考慮考慮到干料配方的變化、石墨對(duì)粘結(jié)劑吸附性能的影響等,初步計(jì)算出作為粘結(jié)劑的煤瀝青的比例,然后觀察第一鍋捏制的膏體顏色來(lái)判斷是否添加量油適量,然后根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)并根據(jù)原晶的熱容重,確定全石墨鋁陰極碳?jí)K粘結(jié)劑的用??量為cd%。 2.7捏合、成型、烘烤工藝的調(diào)整。 兩種工藝的調(diào)整是根據(jù)半石墨鋁用陰極炭塊混煉、成型、焙燒工藝的技術(shù)參數(shù),必須充分考慮。 石墨導(dǎo)熱系數(shù)高、糊料可塑性和流動(dòng)性變化等因素。在生產(chǎn)試驗(yàn)過(guò)程中,對(duì)全石墨鍋_Hj陰極炭塊的干料加熱時(shí)間和振動(dòng)成型時(shí)間進(jìn)行了調(diào)整。 由于模壓生坯中瀝青用量的增加,焙燒溫升曲線也作了相應(yīng)調(diào)整。 3. 試驗(yàn)結(jié)果及應(yīng)用 3.1試驗(yàn)結(jié)果 碳素制品廠于2007年8月進(jìn)行了全石墨鋁陰極炭塊試制,第一批試制的全石墨鋁陰極炭塊原料共計(jì)69塊。 生料合格率為98.5%,烤鍋合格率為100%,機(jī)加工產(chǎn)品合格率為92%。 物理和化學(xué)性質(zhì)分析非常好。 ,達(dá)到了pre-j弱測(cè)試的目的。 理化性能指標(biāo)分析統(tǒng)計(jì)如下表4所示。

表4 全石墨鋁陰極炭塊理化性能分析結(jié)果取樣真密度體積密度電阻率抗壓強(qiáng)度彎曲強(qiáng)度序號(hào)g/cm3g/。 662.121..21O。 822.111..500。 622.131.。 14O。 822.121..30O。 902.131.。 600.922.131.。 080.642.141..60O。 882.121..620.862.141.68 17 41 10.52 O.902.14 1.68 20 40 11.62 最小值 O.66 2.11 1.64 16 32 21 平均 O. 80 2.13 1.67 18 36.7 10.73 標(biāo)準(zhǔn) O. 3 2.16 1.65 20 27 10 代表 90 年代國(guó)際先進(jìn)水平,5BGN 全石墨鋁芯陰極炭塊土理化性能指標(biāo)見(jiàn)表 5 . . 50. 表 55 BGN 全石墨鋁陰極炭塊主要理化性能 標(biāo)準(zhǔn) 真密度 體積密度 電阻率 抗壓強(qiáng)度 彎曲強(qiáng)度 項(xiàng)目 g/cm3g/cm3 UQm MPa MPa 標(biāo)準(zhǔn) 0.3 2.16 1.65 20 27 10 試制 理化對(duì)比分析全石墨鋁用陰極炭塊性能分析結(jié)果4及德國(guó)良力公司5BGN全石墨鋁用陰極炭塊主要理化性能指標(biāo)表5:體積密度、電阻率、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度四強(qiáng)度指標(biāo)優(yōu)于5BGN指標(biāo),表明配方選擇和工藝技術(shù)確定已達(dá)到最優(yōu)水平,而灰分和真密度低于德國(guó)良力公司5BGN標(biāo)準(zhǔn)。 其原因是所用石墨原料灰分高、真密度低造成的。

這也對(duì)生產(chǎn)高品質(zhì)全石墨鋁陰極碳?jí)K所用的原材料提出了更高的質(zhì)量要求。 3.2全石墨鋁陰極炭塊在電解槽中的應(yīng)用試驗(yàn)。 在系列電解槽上選用兩槽(103#、247#)搭建電解槽爐體。 ,并選取國(guó)家普通半石墨陰極碳?jí)K進(jìn)行對(duì)比一:工業(yè)運(yùn)行試驗(yàn)。 3.2.1 筑爐及焙燒啟動(dòng) 全石墨鋁陰極炭塊筑爐所用的碳糊、鋼棒糊必須與普通半石墨陰極炭塊所用的碳糊、鋼棒相配套。 膏體不一樣。 只有這樣,才有利于穩(wěn)定和降低碳?jí)K、碳?jí)K與鋼棒之間的陰極壓降,增強(qiáng)耐鈉腐蝕性能。 在制作全石墨鋁陰極碳?jí)K爐用碳糊和鋼棒糊的過(guò)程中,我們重新選擇了原材料,調(diào)整了成分和工藝條件,生產(chǎn)出了配套的糊。 電解槽建爐過(guò)程中,采用與普通半石墨陰極炭塊相同的建爐技術(shù)、操作程序和方法。 電解槽的焙燒啟動(dòng)會(huì)影響電解槽壽命的15-25%。 因此,必須對(duì)電解槽的焙燒啟動(dòng)給予足夠的重視和重視,合理選擇電解槽的焙燒啟動(dòng)方法和工藝技術(shù)控制措施。 本次電解槽的焙燒啟動(dòng)是J焦炭粒-石墨粉混合物的電阻焙燒的無(wú)效啟動(dòng)。 電解槽焙燒啟動(dòng)過(guò)程中,必須嚴(yán)格執(zhí)行焙燒啟動(dòng)工藝控制和操作規(guī)程,確保電解槽焙燒啟動(dòng)正常運(yùn)行,為提高電解槽壽命奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。電解池。

電解槽焙燒開(kāi)始后的鋁填充量為16t/臺(tái)。 3.2.2 生產(chǎn)異常期的管理 生產(chǎn)異常期(即電解槽啟動(dòng)后三個(gè)月)的控制和管理必須精心照顧(像照顧嬰兒一樣),為生產(chǎn)創(chuàng)造良好的先天條件。好1:工藝技術(shù)條件良好,聚合物爐結(jié)構(gòu)良好,爐頂組織良好。 只有這樣,電解槽才能在正常生產(chǎn)期的后期運(yùn)行管理中達(dá)到事半功倍的效果。 生產(chǎn)異常期電解槽的運(yùn)行是其壽命中內(nèi)部矛盾變化最激烈的時(shí)期,也是調(diào)整工藝和技術(shù)條件最關(guān)鍵的時(shí)期。 應(yīng)逐步調(diào)整電解槽的初始高溫、聚合物比例、高電解液液位等工藝參數(shù)以及電解槽運(yùn)行的內(nèi)外溫差,并定期調(diào)整爐溫。已確立的。 這一系列技術(shù)措施將極大有利于后續(xù)生產(chǎn)的穩(wěn)定性和延長(zhǎng)電解槽的壽命,也為電解槽的安全運(yùn)行奠定了良好的基礎(chǔ)。 因此,電解槽在異常生產(chǎn)期間必須嚴(yán)格遵循以下工藝技術(shù)曲線。 . 51. (cm) 30 60 90 電解液高度與時(shí)間的關(guān)系 995 電量 990 溶液 985 溫度 980 度 975 970 965 960 955 時(shí)間 60 90 120 時(shí)間(天) 圖3為電解溫度與時(shí)間的關(guān)系。 52. 3.1 2.52.4 3060 90 120 時(shí)間(天) 圖4 分子比與時(shí)間的關(guān)系 3060 90 時(shí)間(天) 圖5 效果系數(shù)與時(shí)間的關(guān)系 3.2.3 全石墨鋁正極 2個(gè)電池使用炭塊(103#、247#)在系列電解槽上。 工業(yè)運(yùn)行試驗(yàn)是在正常運(yùn)行條件下進(jìn)行的,并與使用普通半石墨陰極炭塊進(jìn)行比較。

103#、#兩罐工業(yè)試驗(yàn)中,與對(duì)比罐(普通半石墨陰極炭塊)相比,全石墨陰極炭塊表明罐體工況穩(wěn)定,多項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)理想,尤其是爐底電壓降更低,試驗(yàn)槽電流效率高于對(duì)比槽,功耗低于對(duì)比槽。 爐底壓降對(duì)比見(jiàn)表5,第一、二、三、四次試驗(yàn)的平均值(10謝) 267 266 262 259 261.5 263.5 15l 332 352 324 335.3 131 11緩19 349 336 360 341. 336 119 件 332 353 358 335 344.5 331.6 123 125# 348 345 352 338 345.8 290