CN104562088A - 电解铝阴极导电棒及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电解铝阴极导电棒及其制备方法，旨在解决现有阴极导电棒使用过程中出现的渗碳严重，电阻不断增加，使用寿命较短的技术问题。该电解铝阴极导电棒包括阴极钢棒，在所述阴极钢棒的表面设有金属复合层，所述金属复合层为金属铝、金属铜或铝-铜、铝-银、铜-银的复合层。该制备方法包括下列步骤：配制酸洗液；对阴极钢棒进行酸洗、除锈；覆设金属复合层；打磨抛光。本发明的电解铝阴极导电棒，具备防优良的渗碳功能，可以重复循环使用，使用寿命长，有助于降低电解槽维修成本，大幅度减少阴极导电棒的钢材用量，对我国电解铝行业节能降耗具有巨大的意义。
Description
技术领域
本发明涉及电解铝技术领域，具体涉及一种电解铝阴极导电棒及其制备方法。
背景技术
目前，在电解铝的导电***中，阴极导电***由阴极炭块、阴极导电棒构成。其中阴极炭块为碳素材料，阴极导电棒为钢质材料，二者通过糊料捣固或磷生铁浇筑的方式组装在一起。在正常生产过程中，阴极导电棒与阴极炭块接触处的温度高达900℃，在这种高温富碳环境下，阴极导电棒会不断的发生渗碳，材料渗碳后，电阻率变大，同时材料的硬度提高，强度下降，材料会变得非常脆，严重时引起金属粉末化，损坏钢材的使用性能。所以在电解槽启动后期，阴极导电棒渗碳是造成电解槽炉底压降会不断增加的一个重要因素；而在电解槽的一个大修周期后，阴极导电棒由于渗碳脆化不能继续使用，也增加了电解铝的生产成本。长期以来阴极导电棒渗碳的技术问题未获解决。
发明内容
本发明旨在解决现有阴极导电棒使用过程中出现的渗碳严重，电阻不断增加，使用寿命较短的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
设计一种电解铝阴极导电棒，包括阴极钢棒，在所述阴极钢棒的表面设有金属复合层，所述金属复合层为金属铝、金属铜或铝-铜、铝-银、铜-银的复合层。
优选的，所述金属复合层的厚度为0.01～0.5mm。
优选的，所述金属复合层的导电率≤所述阴极钢棒的导电率。
本发明还设计了一种上述电解铝阴极导电棒的制备方法，包括下列步骤：
（1）配制酸洗液：将H2O、HCL和HNO3按3～5:4～6:1的重量比配制酸洗液；
（2）对阴极钢棒进行酸洗、除锈：将加工成型后的阴极钢棒完全浸入步骤（1）所得的酸洗液中，浸泡8～12小时后取出，用清水对阴极钢棒表面进行清洗，然后将该阴极钢棒放入烘干炉进行烘干；
（3）采用下列方法覆设金属复合层：
A.将金属铝、金属铜或金属铝-铜、铝-银、铜-银的混合物置于熔炉内加热熔化，得到熔融后的液态金属；
其中，金属铝-铜的混合物中，金属铜所占比例为金属铝重量的5～15%；金属铝-银的混合物中，金属银所占比例为金属铝重量的0.5～5%；金属铜-银的混合物中，金属银所占比例为金属铜重量的0.5～5%；
B.将步骤（2）所得的阴极钢棒浸入步骤A所得的液态金属中，金属熔体温度波动范围保持在5℃和50℃之间，反应5min～45min后取出；
C.将步骤B所得的阴极钢棒放置于高温炉内，在温度为800℃～1250℃的条件下放置15min～75min，然后取出，得到覆有金属复合层的阴极钢棒；
（4）对步骤（3）所得的覆有金属复合层的阴极钢棒表面打磨光滑并进行抛光处理，即得到电解铝阴极导电棒成品。
优选的，上述步骤A中，金属铝熔融时的温度控制在700～800℃；金属铜熔融时的温度控制在1120～1200℃；金属铝-铜的混合物熔融时的温度控制在1120～1280℃；金属铝-银的混合物熔融时的温度控制在1010～1060℃；金属铜-银的混合物熔融时的温度控制在1120～1150℃。
还可以下列步骤取代上述步骤（3）来覆设金属复合层：
将步骤（2）所得的阴极钢棒置于喷涂房内，使用铝、铜金属丝或铝-铜、铝-银、铜-银合金丝中的任意一种，通过超音速电弧喷涂设备，将该金属丝或合金丝熔化后喷涂在阴极钢棒的表面，形成金属复合层；其中，金属铝-铜的合金丝中，金属铜所占比例为金属铝重量的5～15%；金属铝-银的合金丝中，金属银所占比例为金属铝重量的0.5～5%；金属铜-银的合金丝中，金属银所占比例为金属铜重量的0.5～5% 。
所述金属复合层厚度优选为0.01～0.5mm。
本发明的有益效果在于：
1.本发明的电解铝阴极导电棒，独辟蹊径，采用新的防渗碳技术路线，即在阴极钢棒表面覆设有特定的金属复合层，使该阴极导电棒具备优良的防渗碳功能，使该阴极导电棒在800℃以上富碳环境下工作时，电阻率不会升高，解决了本领域长期存在的由于阴极导电棒渗碳所造成的电阻增大、炉底压降升高、后期维修成本大等问题；电解槽启动后期，也不会造成阴极导电棒电阻的增加，不会造成因该原因造成的炉底压降升高，有助于提高阴极导电棒的整体使用性能，减少阴极导电棒的损耗，有利于降低电解铝的生产成本。
2.该型阴极导电棒可以重复循环使用，使用寿命长，有助于降低电解槽维修成本，大幅度减少阴极导电棒的钢材用量，对我国电解铝行业节能降耗具有巨大的意义。
3.本发明的电解铝阴极导电棒制备方法，优化了工艺参数，工艺步骤简单，易于操作、加工成本低，制备的金属复合层孔隙率低、与阴极钢棒之间的结合强度高，且均匀度高、致密性好、不易变形，使阴极导电棒具备良好的防渗碳功能，且提高了阴极导电棒的整体使用性能、增加了使用寿命。
附图说明
图1是本发明电解铝阴极导电棒的结构示意图。
其中1为金属复合层；2为阴极钢棒。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。
实施例1：一种电解铝阴极导电棒，如图1所示，包括阴极钢棒2，在阴极钢棒2的表面设有金属复合层1，金属复合层1为金属铝；金属复合层1的厚度为0.01～0.5mm，金属复合1的导电率≤阴极钢棒2的导电率。
实施例2：一种电解铝阴极导电棒，与实施例1的不同之处在于，金属复合层1为金属铜。
实施例3：一种电解铝阴极导电棒，与实施例1的不同之处在于，金属复合层1为金属铝-铜的复合层。
实施例4：一种电解铝阴极导电棒，与实施例1的不同之处在于，金属复合层1为金属铝-银的复合层。
实施例5：一种电解铝阴极导电棒，与实施例1的不同之处在于，金属复合层1为金属铜-银的复合层。
实施例6：一种电解铝阴极导电棒的制备方法，包括下列步骤：
（1）配制酸洗液：将H2O、HCL和HNO3按4:5:1的重量比配制酸洗液；
（2）对阴极钢棒进行酸洗、除锈：将加工成型后的阴极钢棒完全浸入步骤（1）所得的酸洗液中，浸泡10小时后取出，用清水对阴极钢棒表面进行清洗，然后将该阴极钢棒放入烘干炉进行烘干；
（3）采用下列方法覆设金属复合层：
A.将金属铝、金属铜或金属铝-铜、铝-银、铜-银的混合物置于熔炉内加热熔化，得到熔融后的液态金属；
其中，金属铝-铜的混合物中，金属铜所占比例为金属铝重量的5～15%；金属铝-银的混合物中，金属银所占比例为金属铝重量的0.5～5%；金属铜-银的混合物中，金属银所占比例为金属铜重量的0.5～5%；金属铝熔融时的温度控制在700～800℃；金属铜熔融时的温度控制在1120～1200℃；金属铝-铜的混合物熔融时的温度控制在1120～1280℃；金属铝-银的混合物熔融时的温度控制在1010～1060℃；金属铜-银的混合物熔融时的温度控制在1120～1150℃。
B.将步骤（2）所得的阴极钢棒浸入步骤A所得的液态金属中，金属熔体温度波动范围保持在5℃和50℃之间，反应30min后取出；
C.将步骤B所得的阴极钢棒放置于高温炉内，在温度为1000℃的条件下放置40min，然后取出，得到覆有金属复合层的阴极钢棒；
（4）对步骤（3）所得的覆有金属复合层的阴极钢棒表面打磨光滑并进行抛光处理，使金属复合层厚度为0.01～0.5mm，即得到电解铝阴极导电棒成品。
实施例7：一种电解铝阴极导电棒的制备方法，与实施例6的不同之处在于，以下列步骤取代上述步骤（3）来覆设金属复合层：将步骤（2）所得的阴极钢棒置于喷涂房内，使用铝、铜金属丝或铝-铜、铝-银、铜-银合金丝中的任意一种，通过超音速电弧喷涂设备，将该金属丝或合金丝熔化后喷涂在阴极钢棒的表面，形成金属复合层；其中，金属铝-铜的合金丝中，金属铜所占比例为金属铝重量的5～15%；金属铝-银的合金丝中，金属银所占比例为金属铝重量的0.5～5%；金属铜-银的合金丝中，金属银所占比例为金属铜重量的0.5～5% 。
在以上实施例中所涉及的设备、工艺如无特别说明，均为常规设备、工艺；所涉及的工业原料如无特别说明，均为市售常规工业原料。
长期的应用实践表明，本发明阴极导电棒在800℃以上富碳环境下工作时，电阻率不会升高，不会产生由于阴极导电棒渗碳而造成的电阻增大、炉底压降升高、后期维修成本大等问题；在电解槽启动后期，也不会造成阴极导电棒电阻的增加，从而也不会产生因该原因造成的炉底压降升高的问题。该阴极导电棒可以重复循环使用2次以上，使用寿命长，有助于降低电解槽维修成本，可以大幅度减少阴极导电棒的钢材用量。该阴极导电棒的加工方法易于操作、加工成本低，在阴极钢棒表面形成的金属复合层孔隙率低、与阴极钢棒之间的结合强度高，且均匀度高、致密性好、不易变形，使阴极导电棒具备良好的防渗碳功能，提高了阴极导电棒的整体使用性能。目前，我国铝电解行业约有4万多台电解槽，以槽平均寿命5年计算，平均每年需大修电解槽8000余台，平均每台电解槽约使用阴极导电棒20吨，采用本发明中的电解铝阴极导电棒和制备方法，仅此一项，每年我国电解铝行业可减少钢材用量约8万吨，对我国电解铝行业节能降耗具有巨大的意义。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。
Claims (7)
1.一种电解铝阴极导电棒，其特征在于，包括阴极钢棒，在所述阴极钢棒的表面设有金属复合层，所述金属复合层为金属铝、金属铜或铝-铜、铝-银、铜-银的复合层。
2.根据权利要求1所述的电解铝阴极导电棒，其特征在于，所述金属复合层的厚度为0.01～0.5mm。
3.根据权利要求1所述的电解铝阴极导电棒，其特征在于，所述金属复合层的导电率≤所述阴极钢棒的导电率。
4.一种权利要求1所述电解铝阴极导电棒的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
（1）配制酸洗液：将H2O、HCL和HNO3按3～5:4～6:1的重量比配制酸洗液；
（2）对阴极钢棒进行酸洗、除锈：将加工成型后的阴极钢棒完全浸入步骤（1）所得的酸洗液中，浸泡8～12小时后取出，用清水对阴极钢棒表面进行清洗，然后将该阴极钢棒放入烘干炉进行烘干；
（3）采用下列方法覆设金属复合层：
A.将金属铝、金属铜或金属铝-铜、铝-银、铜-银的混合物置于熔炉内加热熔化，得到熔融后的液态金属；
其中，金属铝-铜的混合物中，金属铜所占比例为金属铝重量的5～15%；金属铝-银的混合物中，金属银所占比例为金属铝重量的0.5～5%；金属铜-银的混合物中，金属银所占比例为金属铜重量的0.5～5%；
B.将步骤（2）所得的阴极钢棒浸入步骤A所得的液态金属中，金属熔体温度波动范围保持在5℃和50℃之间，反应5min～45min后取出；
C.将步骤B所得的阴极钢棒放置于高温炉内，在温度为800℃～1250℃的条件下放置15min～75min，然后取出，得到覆有金属复合层的阴极钢棒；
（4）对步骤（3）所得的覆有金属复合层的阴极钢棒表面打磨光滑并进行抛光处理，即得到电解铝阴极导电棒成品。
5.根据权利要求4所述的电解铝阴极导电棒的制备方法，其特征在于，上述步骤A中，金属铝熔融时的温度控制在700～800℃；金属铜熔融时的温度控制在1120～1200℃；金属铝-铜的混合物熔融时的温度控制在1120～1280℃；金属铝-银的混合物熔融时的温度控制在1010～1060℃；金属铜-银的混合物熔融时的温度控制在1120～1150℃。
6.根据权利要求4所述的电解铝阴极导电棒的制备方法，其特征在于，以下列步骤取代上述步骤（3）来覆设金属复合层：
将步骤（2）所得的阴极钢棒置于喷涂房内，使用铝、铜金属丝或铝-铜、铝-银、铜-银合金丝中的任意一种，通过超音速电弧喷涂设备，将该金属丝或合金丝熔化后喷涂在阴极钢棒的表面，形成金属复合层；其中，金属铝-铜的合金丝中，金属铜所占比例为金属铝重量的5～15%；金属铝-银的合金丝中，金属银所占比例为金属铝重量的0.5～5%；金属铜-银的合金丝中，金属银所占比例为金属铜重量的0.5～5% 。
7.根据权利要求4或6所述的电解铝阴极导电棒的制备方法，其特征在于，所述金属复合层厚度为0.01～0.5mm。
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