[go: up one dir, main page]

RU2548875C1 - Холоднонабивная подовая масса - Google Patents

Холоднонабивная подовая масса Download PDF

Info

Publication number
RU2548875C1
RU2548875C1 RU2013158601/02A RU2013158601A RU2548875C1 RU 2548875 C1 RU2548875 C1 RU 2548875C1 RU 2013158601/02 A RU2013158601/02 A RU 2013158601/02A RU 2013158601 A RU2013158601 A RU 2013158601A RU 2548875 C1 RU2548875 C1 RU 2548875C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mass
cold
modifying additive
liquid carbon
additive
Prior art date
Application number
RU2013158601/02A
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Юрьевич Бажин
Антон Викторович Саитов
Роман Юрьевич Фещенко
Роман Константинович Патрин
Эльвира Юрьевна Георгиева
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный"
Priority to RU2013158601/02A priority Critical patent/RU2548875C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2548875C1 publication Critical patent/RU2548875C1/ru

Links

Landscapes

  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Abstract

Изобретение относится к холоднонабивной подовой массе для футеровки подины алюминиевого электролизера. Холоднонабивная подовая масса содержит электрокальцинированный антрацит, пластификатор и жидкое углеродное связующее, включающее каменноугольный пек, поглотительное масло и карбонат лития в качестве модифицирующей добавки. Обеспечивается повышение эксплуатационных свойств и стойкости катодного устройства, увеличение срока службы электролизера и его производительности и улучшение сортности получаемого алюминия при снижении удельного расхода электроэнергии за счет снижения электрического сопротивления в межблочном пространстве катодной футеровки. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству углеродных материалов, применяемых для футеровки углеграфитовой подины алюминиевого электролизера.
Известна холоднонабивная подовая масса (патент РФ №2155305, опубл. 27.08.2000), включающая жидкое углеродное связующее и термообработанный антрацит, дополнительно содержит пластификатор и специальную добавку. В качестве пластификатора холоднонабивная подовая масса содержит многоатомные спирты жирного ряда (полигликоли), диэтиленгликоль. В качестве специальной добавки масса содержит боросодержащий компонент - борную кислоту (Н3ВО3), оксид бора (В2О3), карбид бора (В4С) или буру.
Недостатком данного способа является использование в качестве пластификатора диэтиленгликоля, который относится к 3-му классу опасности, он токсичен и при попадании в организм вызывает острое отравление, действуя на почки и печень. Также добавление борной кислоты в электродную массу приводит к выделению бора в алюминии-сырце, что ухудшает литейные свойства алюминия.
Известна холоднонабивная подовая масса с высокой набухающей способностью для алюминиевых электролизеров (патент US №2004/0178063 А1, опубл. 16.09.2004), которая состоит из смеси пека с легким маслом, наполнителем, содержащего антрацит, прокаленный кокс и дробленные анодные огарки. Наполнитель также может содержать частицы огнеупорного твердого материала - диборида титана, с целью улучшения смачиваемости холоднонабивной подовой пасты расплавом алюминия. Для объемного расширения подовой массы в качестве наполнителя используются дробленные анодные огарки.
Недостатком данного способа является высокая стоимость используемых материалов, а именно диборида титана. Объемное расширение достигается за счет натриевого расширения, что является одним из главных факторов разрушения углеграфитовой футеровки алюминиевого электролизера.
Известен способ приготовления холоднонабивной подовой массы для алюминиевых электролизеров (патент РФ №2128731, опубл. 10.04.1999), которая состоит из смеси органической пластифицирующей добавки, связующего вещества и наполнителя. Наполнитель содержит углеродсодержащие отходы анодов и катодов, природный графит и хвосты флотации угольной пены. В качестве органической пластифицирующей добавки используют высокомолекулярные продукты фракционирования каменноугольной смолы или нефтяных остатков. В качестве связующего материала используют среднетемпературный пек.
Недостатком данного способа является высокая пористость обожженной массы 27-29%, что служит следствием быстрой пропитки и проникновением криолит-глиноземного расплава в межблочные швы.
Известна холоднонабивная подовая масса (патент РФ №2375503, опубл. 10.12.2009), принятая за прототип, представляющая собой массу, содержащую электрокальцинированный антрацит, жидкое углеродное связующее, пластификатор и специальную добавку. Жидкое углеродное связующее имеет следующий состав: каменноугольный пек, поглотительное масло, антиокислительная добавка. В качестве антиокислительной добавки используют нитрид бора.
Недостатком прототипа является использование в качестве добавки нитрида бора, что приведет к увеличению стоимости монтажных работ и материалов. Способ недостаточно эффективен по причине высокого удельного электрического сопротивления кристаллов нитрида бора, и его добавка в подовую массу приведет к перерасходу электроэнергии из-за перепада напряжения между слоями.
Техническим результатом является получение холоднонабивной подовой пасты, обладающей высокой уплотняемостью при набойке швов, меньшей пористостью обожженной массы, большими прочностными свойствами, а также снижение расхода электроэнергии за счет уменьшения удельного электросопротивления массы.
Технический результат достигается тем, что холоднонабивная подовая масса содержит жидкое углеродное связующее следующего состава, мас.%:
каменноугольный пек 62,1-69,3
поглотительное масло 30,2-33,9
модифицирующая добавка 0,5-4,0
в качестве модифицирующей добавки используют карбонат лития, в качестве пластификатора используется жидкое стекло Na2O·Li2O·mSiO2 с кремнеземистым модулем 1,5-2,5.
Состав жидкого углеродного связующего и количество вводимой модифицирующей добавки приведены в таблице 1. Физико-механические свойства обожженной холоднонабивной подовой массы с различным составом углеродного связующего представлены в таблице 2.
Способ осуществляют следующим образом. Для приготовления жидкого углеродного связующего используется стальная емкость объемом 5 литров и мешалка. В стальную емкость добавляют необходимое количество каменноугольного пека и нагревают до температуры 120°C. Затем в полученную смесь добавляют модифицирующую добавку и перемешивают в течение 3-х минут. После этого заливают поглотительное масло с температурой 50°C. Смесь постоянно перемешивается до тех пор, пока ее температура не будет 50°C. Для приготовления холоднонабивной подовой массы в растворосмеситель загружается 3/4 количества электрокальцинированного антрацита, затем добавляют пластификатор (жидкое стекло) и перемешивают в течении 4-х минут с последующей заливкой жидкого углеродного связующего. Далее добавляют оставшуюся часть электрокальцинированного антрацита и проводят окончательное перемешивание не менее 15 минут.
Суть предлагаемого технического решения в том, что добавление модифицирующей добавки - карбоната лития, обеспечивает снижение негативных эффектов, связанных с адсорбцией натрия в катодных материалах, поскольку атомы лития из-за маленького радиуса, в отличие от других щелочных металлов, способны внедрятся в слои и поры угольного материла без искажения кристаллической структуры углерода. Углеграфитовые материалы имеют свойство образовывать фазы внедрения при постепенном нагреве благодаря их слоистой структуре и протеканию реакции взаимодействия (интеркаляции) в межслоевых пространствах углерода и графита с высокой скоростью. Эффективность процесса интеркаляции лития в углеграфитовом материале зависит от его структуры и состава, которые определяют кинетические и количественные характеристики процесса внедрения лития. В связи с высокой чувствительностью реакции интеркаляции к характеристикам катодного материала важное значение имеет состав холоднонабивной подовой массы, выполняющей роль матрицы для растворения лития.
Применение модифицирующей добавки, карбоната лития, необходимого для воздействия между компонентами холоднонабивной подовой массы, не влияет на технологию получения подовой массы.
Выбор вышеупомянутого соотношения компонентов холоднонабивной подовой массы объясняется следующим образом.
При интеркаляции лития происходит его взаимодействие с узлами решетки графита с образованием устойчивых соединений LiC6, при котором изменяются структура и свойства основного наполнителя холоднонабивной подовой массы. Также повышается прочность массы с увеличением удельного веса материала приблизительно на 5-10% за счет металлизации внутренних слоев, в этом случае доля связующего возрастает при сохранении общих свойств массы.
Повышение уплотняемости и прочностных свойств, уменьшение пористости и удельного электрического сопротивления, не присущие прототипу, достигаются путем применения в предлагаемой холоднонабивной подовой массе модифицирующей добавки - карбоната лития, в жидком углеродном связующем заявленного состава.
Присутствие модифицирующей добавки - карбоната лития, в количестве 0,5-4,0% обеспечивает эффект понижения удельного электрического сопротивления, понижение пористости, а также повышения прочности подовой массы.
Способ выполняется по следующим примерам.
Пример 1. Для сравнения используется стандартная холоднонабивная подовая масса следующего состава, мас.%:
электрокальцинированный антрацит 83
пластификатор 2
жидкое углеродное связующее 15
В качестве пластификатора применяется жидкое стекло. Состав жидкого углеродного связующего, мас.%:
каменноугольный пек 55
поглотительное масло 45
модифицирующая добавка 0
Полученная смесь уплотнялась на лабораторном гидравлическом прессе под давлением 30±2 МПа в форму. Образец представляет правильный цилиндр с высотой 20±3 мм и диаметром 10 мм. Далее образцы помещались в предварительно разогретую до 100°C печь и выдерживались там в течение 3-х часов при 950°C.
Результаты проведения испытаний представлены в таблице 2.
Пример 2. То же, что и в примере 1. Отличие в том, что используют жидкое углеродное связующее следующего состава, мас.%:
каменноугольный пек 62,1
поглотительное масло 33,9
модифицирующая добавка 4
Результаты проведения испытаний представлены в таблице 2.
Пример 3. То же, что и в примере 1. Отличие в том, что используют жидкое углеродное связующее следующего состава, мас.%:
каменноугольный пек 67
поглотительное масло 32
модифицирующая добавка 1
Результаты проведения испытаний представлены в таблице 2.
Пример 4. То же, что и в примере 1. Отличие в том, что используют жидкое углеродное связующее следующего состава, мас.%:
каменноугольный пек 69,3
поглотительное масло 30,2
модифицирующая добавка 0,5
Результаты проведения испытаний представлены в таблице 2.
Пример 5. То же, что и в примере 1. Отличие в том, что используют жидкое углеродное связующее следующего состава, мас.%:
каменноугольный пек 63
поглотительное масло 32
модифицирующая добавка 5
Результаты проведения испытаний представлены в таблице 2.
Пример 6. То же, что и в 1. Отличие в том, что используют жидкое углеродное связующее следующего состава, мас.%:
каменноугольный пек 67
поглотительное масло 32,8
модифицирующая добавка 0,2
Результаты проведения испытаний представлены в таблице 2.
При изучении образцов установлено, что холоднонабивная подовая масса при введении в нее необходимого количества модифицирующей добавки - карбоната лития в количестве 0,5-4 мас.%, отличается более высокими физико-техническими характеристиками по сравнению со стандартной холоднонабивной подовой массой. Так, например, по сравнению со стандартным образцом кажущаяся плотность обожженной массы увеличилась с 1,38 г/см3 до 1,45-1,53 г/см3, открытая пористость снизилась с 18% до 15-16%, степень уплотнения снизилась с 63% до 60-62%, удельное электросопротивление снизилось с 78 мкОм·м до 45-58 мкОм·м, а прочность при сжатии увеличилась с 8 МПа до 10-12 МПа. Выход за заявленные пределы содержания модифицирующей добавки не удовлетворяет требуемому техническому результату.
Таким образом, использование предлагаемой холоднонабивной подовой массы повышает эксплуатационные свойства и стойкость катодного устройства, а следовательно, увеличивает срок службы электролизера и его производительность, также позволяет улучшить сортность получаемого алюминия при снижении удельного расхода электроэнергии за счет снижения электрического сопротивления в межблочном пространстве катодной футеровки.
ХОЛОДНОНАБИВНАЯ ПОДОВАЯ МАССА
Таблица 1
Состав жидкого углеродного связующего, мас.%
Пример Каменноугольный пек, % Поглотительное масло, % Модифицирующая добавка - карбонат лития
1 54,5 45,5 0
2 62,1 33,9 4
3 67 32 1
4 69,3 30,2 0,5
5 63 32 5
6 67 32,8 0,2
Таблица 2
Показатели Единицы измерения Характеристика ХНПМ без модифицирующей добавки Характеристика ХНПМ с модифицирующей добавкой
1 2 3 4 5 6
Кажущаяся плотность обожженной массы г/см3 1,38 1,53 1,48 1,45 1,48 1,38
Открытая пористость % 18 16 18 15 15 18
Степень уплотнения % 63 62 60 62 62 63
Удельное электросопротивление мкОм·м 78 45 52 58 44 70
Прочность при сжатии МПа 8 12 10 10 10 8

Claims (3)

1. Холоднонабивная подовая масса, содержащая электрокальцинированный антрацит, жидкое углеродное связующее и пластификатор, отличающаяся тем, что жидкое углеродное связующее содержит, в мас.%:
каменноугольный пек 62,1-69,3
поглотительное масло 30,2-33,9
модифицирующая добавка 0,5-4,0.
2. Масса по п.1, отличающаяся тем, что в качестве модифицирующей добавки использован карбонат лития.
3. Масса по п.1, отличающаяся тем, что в качестве пластификатора использовано жидкое стекло Na2O·Li2O·mSiO2 с кремнеземистым модулем 1,5-2,5.
RU2013158601/02A 2013-12-27 2013-12-27 Холоднонабивная подовая масса RU2548875C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013158601/02A RU2548875C1 (ru) 2013-12-27 2013-12-27 Холоднонабивная подовая масса

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013158601/02A RU2548875C1 (ru) 2013-12-27 2013-12-27 Холоднонабивная подовая масса

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2548875C1 true RU2548875C1 (ru) 2015-04-20

Family

ID=53289514

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013158601/02A RU2548875C1 (ru) 2013-12-27 2013-12-27 Холоднонабивная подовая масса

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2548875C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105441978A (zh) * 2015-11-27 2016-03-30 贵阳铝镁设计研究院有限公司 一种铝电解槽阴极结构整体捣固成型方法及其冷捣糊阴极结构
CN117658647A (zh) * 2023-08-07 2024-03-08 中国铝业股份有限公司 一种铝电解槽整体筑炉用冷捣糊及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5961811A (en) * 1997-10-02 1999-10-05 Emec Consultants Potlining to enhance cell performance in aluminum production
RU2342471C2 (ru) * 2003-03-12 2008-12-27 Алкан Интернешнел Лимитед Набивная паста высокой набухающей способности для электролизера алюминия
RU2347856C2 (ru) * 2007-02-13 2009-02-27 Общество с ограниченной ответственностью "Русская инжиниринговая компания" Способ получения холоднонабивной подовой массы
RU2375503C2 (ru) * 2007-07-03 2009-12-10 Общество с ограниченной ответственностью "Русская инжиниринговая компания" Холоднонабивная подовая масса
CN102010202A (zh) * 2010-12-10 2011-04-13 昆明冶金研究院 一种制备电解铝用冷捣糊的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5961811A (en) * 1997-10-02 1999-10-05 Emec Consultants Potlining to enhance cell performance in aluminum production
RU2342471C2 (ru) * 2003-03-12 2008-12-27 Алкан Интернешнел Лимитед Набивная паста высокой набухающей способности для электролизера алюминия
RU2347856C2 (ru) * 2007-02-13 2009-02-27 Общество с ограниченной ответственностью "Русская инжиниринговая компания" Способ получения холоднонабивной подовой массы
RU2375503C2 (ru) * 2007-07-03 2009-12-10 Общество с ограниченной ответственностью "Русская инжиниринговая компания" Холоднонабивная подовая масса
CN102010202A (zh) * 2010-12-10 2011-04-13 昆明冶金研究院 一种制备电解铝用冷捣糊的方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105441978A (zh) * 2015-11-27 2016-03-30 贵阳铝镁设计研究院有限公司 一种铝电解槽阴极结构整体捣固成型方法及其冷捣糊阴极结构
CN117658647A (zh) * 2023-08-07 2024-03-08 中国铝业股份有限公司 一种铝电解槽整体筑炉用冷捣糊及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103290430B (zh) 一种电解铝用阳极钢爪保护环的制备方法
CN101844926B (zh) 二硼化钛粉末造粒方法
CN102584277A (zh) 一种低碳镁碳砖及其制备方法
CN101255568B (zh) 一种铝电解用粒度级配功能梯度TiB2/C复合阴极及制备方法
CN103449401A (zh) 一种高石墨质冷捣糊的制备方法
RU2371523C1 (ru) Композиционный материал для смачиваемого катода алюминиевого электролизера
RU2548875C1 (ru) Холоднонабивная подовая масса
CN115874229B (zh) 一种铝电解用环保碳素阳极及其制备方法
CN103387221A (zh) 一种铝电解槽用无沥青结合阴极炭块材料及其生产方法
CN105350019A (zh) 一种含硅添加剂的微膨胀低收缩铝电解用炭间糊及其制备方法
RU2397277C1 (ru) Способ формирования самообжигающегося угольного анода алюминиевого электролизера
RU2013108797A (ru) Катодный блок для алюминиевого электролизера и способ его получения
CN111072393B (zh) 一种适用于铝电解槽的环保型干式防渗料
WO2024222247A1 (zh) 一种阳极糊、制备方法和用途
RU2412284C1 (ru) Материал смачиваемого катода алюминиевого электролизера
Zhao et al. Alkali metals (K and Na) penetration and its effects on expansion of TiB2-C composite cathode during aluminum electrolysis
CN106882970B (zh) 一种电解槽用复合防渗砖
CA2997712C (en) Method for lining a cathode of a reduction cell for production of primary aluminum
RU2155305C2 (ru) Холоднонабивная подовая масса
RU2556192C2 (ru) Способ получения катодного блока для электролизера для получения алюминия и катодный блок
RU2412283C1 (ru) Материал для смачиваемого катода алюминиевого электролизера
CN101306949A (zh) 一种铝电解用半石墨质侧部炭块及其生产方法
CN105401169A (zh) 一种铝电解槽废弃阴极炭块的再循环环保利用方法
RU2347856C2 (ru) Способ получения холоднонабивной подовой массы
RU2375503C2 (ru) Холоднонабивная подовая масса

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181228