1.本发明涉及有色冶金领域，即铝的电解沉积，可用于保护具有焙烤阳极(ba)的铝电解槽阴极块，以减少阴极块的磨损，延长使用寿命。
背景技术：
2.现代铝工业需要增加电解槽的功率，这需要底部块对电解液具有更强的抗腐蚀性、高导热性和导电性。为了满足上述要求，电极制造商正在转向石墨化产品和石墨底部块的生产，使用它们可以提高电解槽的使用寿命。然而，在传统工业使用的电解液中，铝不会润湿底部材料，这会导致在阴极材料表面形成一层熔融金属。这显著增加了两极间的距离和电流消耗。此外，润湿程度取决于在启动期间渗入金属层下面并浸渍底部的电解液的浸渍强度。电解液和金属铝渗入正极块的裂纹和大孔隙中是造成正极块表面层强度低和耐磨性低的原因之一。这个问题主要与石墨块有关，与早期使用的碳石墨块相比，石墨块的机械磨损能力较差。润湿的铝阴极在克服这些缺点上具有显著优势。
3.已知一种通过涂覆由耐热材料制成的耐热涂层来保护阴极块的方法(专利us 20010046605)。该方法包括制备分散在草酸盐络合物中的粉末状二硼化钛的水性悬浮液，将悬浮液涂层涂覆在表面上并干燥以形成坚硬的耐热表面。该涂层用于高温冰晶石浴的阴极，在电解过程中，涂层中的草酸盐络合物被破坏形成氧化铝和20-30％的水合al2o3。同时，草酸铝络合物是草酸与粉末的络合物，含有比例为3:1至1:1的氧化铝(70-80％无水al2o3)。草酸盐络合物在与粉末状二硼化钛混合前4小时制备。该悬浮液含有30-90wt.％二硼化钛(5-30μm的颗粒)，是一种分散在草酸铝络合物中的粉末状耐热材料。涂层的厚度在1-15mm之间。
4.就技术本质和取得的成果而言，最接近的是铝生产中电解槽含碳部件保护涂层的形成方法(专利ru 2257425、c25c3/08、c25c7/02、b05d1/00、b05d7/24或专利us 6475358)。这种处理电解槽的含碳元素(阴极)的方法提供了耐热材料的液体悬浮液的制备，例如，对于阴极，优选使用分散在木质素磺酸盐粘合剂(50％溶液)和酚醛树脂混合物中的二硼化钛(tib2)，并将悬浮液作为涂层涂覆在含碳组分的表面上。悬浮液中组分的含量可以在以下范围内变化，wt.％：
[0005]-20-70wt.％的二硼化钛；
[0006]-5-40wt.％的酚醛聚合物(粘合剂)；
[0007]-5-40wt.％的木质素磺酸盐溶液(50％)。
[0008]
一些化合物还可能含有高达5wt.％的无烟煤。
[0009]
本发明的作者获得了粘性分散系统形式的悬浮液，该系统具有足够的流动性以在阴极块上涂覆厚度为1-3mm的涂层，优选通过喷射器进行喷涂。也可以用刷子或滚筒将所得悬浮液以多层的形式连续涂覆在表面上。涂层在室温下露天干燥10小时。然后，在涂层表面覆盖一层焦炭(10cm)，然后按照常规的启动模式对阴极进行预热。在900℃下进行100小时
的电解测试表现处理过的阴极样品的整个表面都被铝润湿，并且没有显示出腐蚀迹象。
[0010]
该范例的缺点是：
[0011]-使用木质素磺酸盐粘合剂和酚醛树脂的混合物时，焦炭的剩余量低，并且形成的保护涂层既没有高温机械强度，也没有耐磨性；
[0012]-涂料涂在底部的整个表面上，但没有考虑底部的磨损状况，这也降低了经济效益；
[0013]-未提供可以调整保护涂层收缩和开裂的做法。
技术实现要素：
[0014]
本发明的目的是开发一种用于保护具有焙烤阳极的铝电解槽阴极块的方法，以及可以减少磨损并延长具有焙烤阳极的铝电解槽阴极块使用寿命的复合混合物和涂层。
[0015]
技术成果是问题的人生就是博尊龙ag旗舰厅的解决方案和电解槽的使用寿命的延长。
[0016]
该问题得到了解决，并且取得了技术成果是由于要保护具有焙烤阳极的铝电解槽的阴极块以延长使用寿命这一事实，根据所提出的发明，该制备方法的新颖性包括耐热材料与粘合剂的复合混合物，将混合物涂覆在阴极块的表面上并干燥所得涂层，包括粘结剂以萘和甲醛反应的磺化产物的形式使用，粘结剂具有至少30wt％的焦炭剩余量，耐热材料以二硼化钛粉末或二硼化钛粉末的双峰或多峰混合物的形式使用，其粒度组成的特征符合双峰或多峰颗粒度分布，干燥后，在涂层表面涂上一层石墨粉，以防止涂层在启动过程中被氧化，该启动过程伴随着加热时形成铝润湿的tib
2-c保护性复合涂层。
[0017]
本发明的其他显著特征有助于实现技术效果。因此，制备粘合剂含量为35-50wt.％和二硼化钛含量为65-50wt.％的混合物，并通过浇注后用滚筒整平或喷涂的方式将其分层涂敷在阴极块的表面上。考虑到底部的磨损状况，至少将混合物涂覆到底部磨损最大的区域，混合物以500-1,200mm宽的条带形式沿着电解槽的侧面局部涂覆，以获得厚度为0.8-1mm的保护涂层。在将混合物涂覆到电解槽的阴极块上之后，在生产现场的室温条件下干燥涂层至少8小时。将石墨粉涂在涂层表面，厚度为15-30mm。经过48-72小时将底部加热至950℃，以形成tib
2-c保护性复合涂层。tib
2-с保护性复合涂层含有15-40wt.％的碳。将混合物连续混合直至顺滑，以防止tib2颗粒的沉降和混合物的离析。
[0018]
用于保护具有焙烤阳极的铝电解槽的阴极块的相关复合混合物中，粘合剂含量为65-50wt.％，二硼化钛为65-50wt.％，干燥后，在涂层表面涂上一层石墨粉，以保护其在启动过程中不被氧化，该启动过程伴随着加热时形成铝润湿的tib
2-c保护性复合涂层。
[0019]
本发明还公开了一种复合混合物，用于获得具有焙烤阳极的铝电解槽阴极块的tib
2-c保护性复合涂层，其中tib2的含量为65-50wt.％，其以二硼化钛粉末或二硼化钛粉末的双峰或多峰混合物的形式使用，其粒度组成的特征符合双峰或多峰粒度分布，以及用量为35-50wt.％的粘合剂，粘结剂以萘和甲醛反应的磺化产物的形式使用，粘结剂具有至少为30wt.％焦炭剩余量。
[0020]
通过上述方法获得的具有焙烤阳极的铝电解槽阴极块的tib
2-с保护性复合涂层也已经被宣告。涂层应优选包含15-40wt.％的碳。
[0021]
发明的实施方式
[0022]
该方法包括通过已知方法初步确定底部的最大磨损区域(通过绘制底部磨损状
况)并获得铝润湿的tib
2-c保护性复合涂层。
[0023]
通过将粘合剂与二硼化钛(tib2)混合获得tib2-c保护复合涂层，其粒度组成的特征符合双峰或多峰粒度分布，直到获得以下比例的顺滑浆料：35-50wt.％的粘合剂，65-50wt.％的tib2。使用萘与甲醛反应的磺化产物作为粘合剂，粘结剂具有至少为30wt.％的焦炭剩余量。作为tib2，使用二硼化钛粉末或二硼化钛粉末的双峰或多峰混合物，其粒度组成的特征符合双峰或多峰粒度分布，这有助于改善悬浮液制备过程中的工艺性能，以及提高保护涂层的物理和机械性能，即减少收缩和消除开裂。
[0024]
在进一步的操作过程中，将化合物连续混合直到顺滑，以防止tib2颗粒的沉降和混合物的离析。接下来，将制备的混合物通过浇注然后用辊子整平或通过喷涂的方式将混合物涂覆到电解槽的底部。在这种情况下，混合物以宽度为500-1,200mm的条带形式沿电解槽的侧面局部涂覆在底部磨损最大的区域上。保护涂层厚度层为0.8-1mm。在生产现场的室温条件下干燥涂层至少8小时。然后，在涂层表面涂上一层厚度为15-30mm的石墨粉，以保护其在启动过程中不被氧化。
[0025]
在电解槽启动过程中，经过48-72小时将底部加热至950℃，形成了碳浓度约为15-40wt.％且铝润湿的tib
2-c复合涂层。
[0026]
tib
2-c保护性复合涂层对阴极块材料具有高附着力、耐磨性、抗开裂性，而且其被液态铝润湿，这导致接触电阻降低，并且al-tib
2-c边界的耐化学性增加。
[0027]
复合混合物中粘合剂含量的增加超过50wt.％会导致所需的物理和机械性能(即上述性能)的损失，以及表观密度、抗压强度值的降低，以及开放孔隙度和电阻率的增加。将粘合剂含量降低到35wt.％以下，会导致复合混合物的工艺性能损失。
[0028]
本发明的作者在具有焙烤阳极的工业电解槽上测试了所提出的方法、复合混合物和涂层。通过控制粗铝中杂质的质量百分比、阴极电压降值和钢条上的电流分布来确定具有焙烤阳极的工业电解槽上保护涂层的质量。
[0029]
启动后电解槽的运行结果证实了底部润湿涂层没有降解，因此，所提出的保护方法以及相应的复合混合物和涂层的有效性也得到了证实。
[0030]
发明的实施方式示例
[0031]
示例1
[0032]
将1kg的颗粒度为1-80μm的二硼化钛粉末装入混合器中。然后，以50wt.％的比例添加到50wt.％的tib2粘合剂中，将粘合剂混合至顺滑。在进一步操作过程中，将化合物连续混合直至顺滑，以防止tib2颗粒的沉降和混合物的离析。
[0033]
将制备的混合物以大小为100x100mm2和厚度为20
±
2mm的尺寸涂覆在碳基底上，然后用刮刀或滚针整平。基于明确的物理和机械性能测试的类型，保护涂层的厚度为0.6
±
0.1mm、1mm和10mm。
[0034]
涂层在室温下干燥不超过48小时。
[0035]
然后在涂层上覆盖一层焦炭粉并放入烘箱中，烘箱中通过48小时加热至950℃，然后在该温度下保持5小时，从而形成tib
2-c复合涂层。
[0036]
复合涂层中的碳含量为20％。
[0037]
tib
2-с保护涂层材料具有以下特性：表观密度为1.98
±
0.12g/cm3；抗压强度32
±
3mpa；开孔率为30
±
2％；室温下的电阻率为70
±
5微欧
·
米；热膨胀系数5.7
±
0.5x10-6
к-1
；对阴极块材料的粘合强度为2
±
0.5mpa；润湿角《90度。
[0038]
示例2
[0039]
1kg具有双峰粒度分布(d
av1
＝2.5μm和d
av2
＝53μm)或具有多峰粒度分布(包含1至100μm的大、中和小颗粒)的二硼化钛粉末混合物装入混合器中。然后，将35wt.％比例的粘合剂添加到65wt.％的tib2中，将粘合剂混合15分钟直至顺滑。在进一步的操作过程中，将化合物连续混合直至顺滑以防止tib2颗粒的沉降和混合物的离析。
[0040]
将制备的混合物以大小为100x100mm2和厚度为20
±
2mm的尺寸涂覆在碳基底上，然后用刮刀或滚针整平。基于明确的物理和机械性能测试的类型，保护涂层的厚度为0.6
±
0.1mm、1mm和10mm。
[0041]
涂层在室温下干燥不超过48小时。
[0042]
然后在涂层上覆盖一层焦炭粉并放入烘箱中，烘箱中经过48小时加热至950℃，然后在该温度下保温5小时，由此形成tib
2-c复合涂层。
[0043]
复合涂层中的碳含量为15wt.％。
[0044]
tib
2-с保护涂层材料具有以下特性：表观密度为2.2
±
0.1g/cm3，抗压强度46
±
2мpa；孔隙率9
±
2％；室温下的电阻率为52
±
5微欧
·
米；热膨胀系数5.3
±
0.5x10-6
к-1
；对阴极块材料的粘附强度为4
±
0.5мpa；润湿角《90度。
[0045]
示例3
[0046]
将40kg的颗粒度为1-80μm的二硼化钛粉末装入混合器中。然后，将50wt.％比例的粘合剂添加到50wt.％的tib2，将粘合剂混合至顺滑。在接下来的操作中，将化合物连续混合直至顺滑以防止tib2颗粒的沉降和混合物的离析。
[0047]
然后将制备的混合物涂覆在具有焙烤阳极的电解槽的底部。在这种情况下，涂层以宽度为900mm的条带形式沿着电解槽的侧面涂覆在底部磨损最大的区域。
[0048]
通过用喷枪喷涂将制备的混合物涂覆在高电流电解池的底部。层厚为0.8-1mm。
[0049]
在生产现场的条件下，将涂层在室温下干燥8小时。
[0050]
涂层表面覆盖有一层30mm厚的石墨粉，以保护其在启动过程中免受氧化。
[0051]
在电解槽启动期间，经过48-72小时将底部加热至950℃，形成了铝润湿的复合涂层tib
2-c。
[0052]
复合涂层中的碳含量为20％。涂层的磨损率为2.8
±
0.5mm/年。
[0053]
示例4
[0054]
将40kg具有双峰粒度分布的二硼化钛粉末混合物(d
av1
＝2.5μm和d
av2
＝53μm)或具有多峰粒度分布(包含从1到100μm的大、中和小颗粒)装入混合器中。然后，将35wt.％比例的粘合剂添加至65wt.％的tib2，并将粘合剂混合15分钟直至顺滑。在进一步的操作过程中，将化合物连续混合直至顺滑以防止tib2颗粒的沉降和混合物的离析。
[0055]
通过浇注将制备的混合物涂覆在高电流电解槽的底部，然后用滚筒整平。
[0056]
涂层以宽度为900mm的条带形式沿着电解槽的侧面涂覆在底部磨损最大的区域。该层厚度为0.8-1mm。
[0057]
在生产现场的条件下，将涂层在室温下干燥至少8小时。
[0058]
涂层表面覆盖了一层厚度为15-30mm的石墨粉，以保护其在启动过程中不被氧化。在电解槽启动期间，经过48-72小时将底部加热至950℃，结果形成了铝润湿的复合涂层
tib
2-c。
[0059]
复合涂层中的碳含量为15wt.％。涂层的磨损率为2.8
±
0.5mm/年。
[0060]
根据前述说明和权利要求，寻求以下标的物的法律保护范围：
[0061]
1.一种制备具有焙烤阳极的铝电解槽阴极块的tib
2-c保护性复合涂层的方法，包括制备耐热材料与粘合剂的复合混合物，将该混合物涂覆在阴极块表面并使涂层干燥，其中粘合剂以萘与甲醛反应的磺化产物的形式使用，粘合剂具有至少为30wt.％的焦炭剩余量，耐热材料以二硼化钛粉末或二硼化钛粉末的双峰或多峰混合物的形式使用，其粒度组成的特征符合双峰或多峰粒度分布，干燥后，在涂层表面涂覆一层石墨粉末以防止它在启动过程中被氧化，该启动过程伴随着加热底部时形成铝润湿的tib
2-c保护性复合涂层。
[0062]
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述制备混合物的粘合剂含量为35-50wt.％，二硼化钛含量为65-50wt.％。
[0063]
3.根据权利要求1所述的方法，其中，通过浇注然后用滚轮整平或通过喷涂的方式，将混合物分层地涂覆到阴极块的表面上。
[0064]
4.根据权利要求1所述的方法，其中，考虑到底部的磨损状况，将混合物至少涂覆到底部磨损最大的区域。
[0065]
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述混合物以500-1,200mm宽的条带的形式沿着所述电解槽的侧面局部涂覆。
[0066]
6.根据权利要求1所述的方法，其中，涂覆所述混合物以获得厚度为0.8-1mm的保护涂层。
[0067]
7.根据权利要求1所述的方法，其中，在将所述混合物涂覆到所述电解槽的阴极块上之后，在生产现场条件下，将所述涂层在室温下干燥至少8小时。
[0068]
8.根据权利要求1所述的方法，其中，将石墨粉以15-30mm的厚度涂敷在涂层表面。
[0069]
9.根据权利要求1所述的方法，其中，经过48-72小时将底部加热至950℃形成tib
2-c保护性复合涂层。
[0070]
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述tib
2-с保护性复合涂层含有15-40wt.％的碳。
[0071]
11.根据权利要求1所述的方法，其中，将混合物连续混合直至顺滑以防止tib2颗粒的沉降和混合物的离析。
[0072]
12.一种制备具有焙烤阳极的铝电解槽阴极块的tib
2-c保护性复合涂层的方法，包括制备耐热材料与粘合剂的复合混合物，将该混合物涂覆到阴极块表面并干燥以获得涂层，其中粘合剂以萘与甲醛反应的磺化产物的形式使用，所述粘合剂具有至少为30wt.％焦炭剩余量，耐热材料以二硼化钛粉末或二硼化钛粉末的双峰或多峰混合物的形式使用，其粒度组成的特征符合双峰或多峰粒度分布，在这种情况下，该制备的混合物的粘合剂含量为35-50wt.％和65-50wt.％的二硼化钛，干燥后，在涂层表面涂上一层石墨粉，以保护它在启动过程中不被氧化，该启动过程伴随着在底部加热期间形成用铝润湿的tib
2-c保护性复合涂层。
[0073]
13.一种用于获得具有焙烤阳极的铝电解槽的阴极块的tib2-c保护性复合涂层的复合混合物，其包含65-50wt.％的tib2，以二硼化钛粉末或二硼化钛粉末的双峰或多峰混合物的形式使用，其粒度组成的特征符合双峰或多峰粒度分布，以及用量为35-50wt.％的
粘合剂，其以萘与甲醛反应的磺化产物形式使用，并具有至少为30wt.％焦炭剩余量。
[0074]
14.一种具有焙烤阳极的铝电解槽的阴极块的tib2-c保护性复合涂层，其特征在于，它是通过根据权利要求1-10中任一项所述的方法获得的并且含有量为15-40wt.％的碳。
[0075]
15.一种具有焙烤阳极的铝电解电池的阴极块的tib
2-c保护性复合涂层，其特征在于，它是通过根据权利要求12的方法获得的并且含有15-40wt.％的碳。