本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及納米陶瓷基涂料在預(yù)防鋁電解槽陽極鋼爪氧化中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

陽極是鋁電解槽的“心臟”，它由陽極鋁質(zhì)導(dǎo)桿、鋁鐵爆炸焊塊、陽極鋼爪和陽極炭塊四個部分組成。陽極鋼爪連接著連接陽極導(dǎo)桿和陽極炭塊，不但要承擔(dān)陽極重量還要輸送大功率電流，因此陽極鋼爪在鋁電解過程中十分重要。陽極鋼爪處于300～900℃的高溫下，空氣、氟化氫氣體及高濃度co2氣氛中，不斷受到氧化性腐蝕，同時還要承受電磁力、振動力、熱應(yīng)力以及碰撞力，這些因素對于鋼爪都具有一定的破壞性。而這種破壞性直接影響鋼爪的使用壽命、鋁液的污染以及對電解槽運行工況的正確判斷。因此研究陽極鋼爪橫梁在鋁電解槽中的腐蝕原因，找到相應(yīng)的解決對策對于延長陽極鋼爪使用壽命、降低鋁電解生產(chǎn)成本有著積極的意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出納米陶瓷基涂料在預(yù)防鋁電解槽陽極鋼爪氧化中的應(yīng)用，通過將納米陶瓷基涂料應(yīng)用到鋁電解槽陽極鋼爪上，可以有效降低陽極鋼爪的腐蝕速度，進(jìn)而延長陽極鋼爪以及鋁電解槽的使用壽命，降低生產(chǎn)成本。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提出了一種處理鋁電解槽的方法，包括：

在所述鋁電解槽的陽極鋼爪表面噴涂納米陶瓷基涂料，以便在所述陽極表面形成納米陶瓷基涂層。

根據(jù)本發(fā)明上述實施例的處理鋁電解槽的方法，通過在鋁電解槽的陽極鋼爪表面噴涂納米陶瓷基涂料，可以使陽極鋼爪表面形成一層致密的納米陶瓷基涂層，有效隔絕空氣、二氧化碳、氟化氫、冰晶石蒸汽與陽極鋼爪直接接觸，使陽極鋼爪具有優(yōu)良的抗腐蝕性能，顯著降低陽極鋼爪的腐蝕速度，有效延長陽極鋼爪以及鋁電解槽的使用壽命，降低生產(chǎn)成本。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的處理鋁電解槽的方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

在本發(fā)明的一些實施例中，處理鋁電解槽的方法進(jìn)一步包括：預(yù)先對所述納米陶瓷基涂料進(jìn)行攪拌，并在完成所述攪拌后5分鐘內(nèi)利用對所述納米陶瓷基涂料進(jìn)行噴涂。由此，可以使納米陶瓷基涂料能夠被均勻的噴涂到陽極鋼爪上。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述陽極鋼爪的下部套設(shè)有磷鐵環(huán)，在所述陽極鋼爪上未套設(shè)所述磷鐵環(huán)的表面噴涂所述納米陶瓷基涂料。由此，可以有效針對陽極鋼爪最容易被腐蝕的部位進(jìn)行有效防護(hù)，顯著提高涂料的利用率。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述噴涂采用的噴嘴為225#噴嘴、227#噴嘴或者229#噴嘴。由此可以進(jìn)一步提高噴涂效率。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述噴涂的壓力不低于14mpa。由此可以顯著提高噴涂的效率。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述噴涂的壓力為14-20mpa。由此可以進(jìn)一步提高噴涂的效率。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述噴涂的距離為5-10cm。由此不僅可以提高涂料的噴涂效果，還能有效提高涂料的利用率。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述陽極鋼爪為舊陽極鋼爪，在噴涂所述敷納米陶瓷基涂料之前進(jìn)一步包括：除去所述舊陽極鋼爪表面的形成的氧化產(chǎn)物。由此，可以使舊陽極鋼爪表面更加干凈平整便于噴涂涂料。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述噴涂采用上下移動的點噴法進(jìn)行，經(jīng)過所述噴涂形成的所述納米陶瓷基涂層的厚度為2-3mm。由此，可以有效避免噴涂過程中涂料流掛或造成后噴的涂料飛濺到已噴好的涂料層上，提高涂料的噴涂效率。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明還提出了一種鋁電解槽，包括：陰極炭塊、陽極炭塊、陽極鋼爪和陽極導(dǎo)桿，其中，所述陽極鋼爪的表面具有納米陶瓷基涂層。

根據(jù)本發(fā)明上述實施例的鋁電解槽，通過使用表面具有納米陶瓷基涂層的陽極鋼爪，可以有效隔絕空氣、二氧化碳、氟化氫、冰晶石蒸汽與陽極鋼爪直接接觸，使陽極鋼爪具有優(yōu)良的抗腐蝕性能，顯著降低陽極鋼爪的腐蝕速度，進(jìn)而有效延長鋁電解槽的使用壽命。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的鋁電解槽還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

在本發(fā)明的一些實施例中，所述納米陶瓷基涂層的厚度為2-3mm。由此，可以進(jìn)一步提高陽極鋼爪的的抗腐蝕性能，進(jìn)而提高鋁電解槽的使用壽命。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的噴涂納米陶瓷基涂料的舊鋼爪和未噴涂納米陶瓷基涂料的舊鋼爪對比圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的噴涂納米陶瓷基涂料的舊鋼爪和未噴涂納米陶瓷基涂料的舊鋼爪分別使用2個電解周期后的對比圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的噴涂納米陶瓷基涂料的舊鋼爪和未噴涂納米陶瓷基涂料的舊鋼爪分別使用2個電解周期后的局部放大圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的噴涂納米陶瓷基涂料的舊鋼爪使用2個電解周期后的周長變化圖。

圖5是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的未噴涂納米陶瓷基涂料的舊鋼爪分別使用2個電解周期后的周長變化圖。

具體實施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

本發(fā)明是在致力于解決以下問題的基礎(chǔ)上提出的：在實際生產(chǎn)中，陽極鋼爪在使用過程中被氧化腐蝕會帶來很大地危害，首先，會影響原鋁質(zhì)量，發(fā)明人經(jīng)大量實驗測試得出結(jié)論：每棵陽極鋼爪在使用周期內(nèi)將減少25～35㎏，大量fe的氧化物進(jìn)入電解極上料和殘極，導(dǎo)致陽極炭塊、電解極上料fe含量偏高，二者對電解原鋁液鐵含量影響約占電解生產(chǎn)物料的49.78％。面殼塊中的鐵主要以fe2o3和fe3o4存在，由于fe2o3沒有磁性，除鐵器對其基本無作用，現(xiàn)在除鐵工藝除鐵率達(dá)不到50％，最終進(jìn)入鋁液導(dǎo)致原鋁中鐵含量升高；其次，縮短鋼爪使用周期：發(fā)明人經(jīng)大量實驗發(fā)現(xiàn)，陽極鋼爪在循環(huán)使用30個電解周期后，直徑最小處的周長將降低50％以上，陽極鋼爪的氧化剝落不但會增加原鋁fe含量，更會縮短其使用壽命，帶來額外的生產(chǎn)成本；第三，影響電流均衡分布，安裝于鋁電解槽內(nèi)的陽極鋼爪爪頭直徑差異越大，對電流均衡分布越不利，導(dǎo)致陽極之間消耗速度的差異，增加露底化爪的幾率。有時出現(xiàn)部分爪頭發(fā)紅，鋼爪電阻增加，極端情況將出現(xiàn)陽極脫落現(xiàn)象；此外，還會影響陽極澆鑄質(zhì)量，陽極鋼爪氧化形成的“細(xì)腰”鋼爪容易產(chǎn)生向內(nèi)彎曲現(xiàn)象，鋼爪軸向中心線與碳碗中心不重合，鋼爪澆鑄均分效果差。并且鋼爪上形成的氧化物也會阻礙鐵水在在鋼爪與碳碗內(nèi)壁之間順暢的流動，制作的磷鐵環(huán)質(zhì)量較差，鐵碳壓降升高，情況嚴(yán)重時將出現(xiàn)鋼爪發(fā)紅甚至脫極。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提出了一種處理鋁電解槽的方法，包括：在鋁電解槽的陽極鋼爪表面噴涂納米陶瓷基涂料，以便在陽極表面形成納米陶瓷基涂層。

根據(jù)本發(fā)明上述實施例的處理鋁電解槽的方法，通過在鋁電解槽的陽極鋼爪表面噴涂納米陶瓷基涂料，可以使陽極鋼爪表面形成一層致密的納米陶瓷基涂層，有效隔絕空氣、二氧化碳、氟化氫、冰晶石蒸汽與陽極鋼爪直接接觸，使陽極鋼爪具有優(yōu)良的抗腐蝕性能，顯著降低陽極鋼爪的腐蝕速度，有效延長陽極鋼爪以及鋁電解槽的使用壽命，降低生產(chǎn)成本。

根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，處理鋁電解槽的方法可以進(jìn)一步包括：預(yù)先對納米陶瓷基涂料進(jìn)行攪拌，并在完成攪拌后5分鐘內(nèi)利用對納米陶瓷基涂料進(jìn)行噴涂。為了有效解決涂料在使用之前可能發(fā)生的沉降問題，本發(fā)明中通過預(yù)先對涂料進(jìn)行攪拌，可以使納米陶瓷基涂料具有較好的均一性，進(jìn)而使納米陶瓷基涂料能夠被均勻地噴涂到陽極鋼爪上。此外，并在完成攪拌后5分鐘內(nèi)利用對納米陶瓷基涂料進(jìn)行噴涂可以避免涂料再次發(fā)生沉降導(dǎo)致涂料噴涂不均，同時還可以有效防止噴涂過程中堵塞噴槍。根據(jù)本發(fā)明的實施示例，對納米陶瓷基涂料進(jìn)行攪拌的方式并不受特別限制，例如，可以使用電錘對納米陶瓷基涂料進(jìn)行攪拌。由此可以進(jìn)一步提高攪拌的效率。

根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，陽極鋼爪由鋼爪橫梁和連接在述鋼爪橫梁上的多個爪柱組成，具體地在多個爪柱的表面噴涂納米陶瓷基涂料。根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，陽極鋼爪的下部套設(shè)有磷鐵環(huán)，可以在陽極鋼爪上未套設(shè)磷鐵環(huán)的表面噴涂納米陶瓷基涂料。根據(jù)本發(fā)明的具體示例，磷鐵環(huán)套設(shè)在爪柱的下部，由此可以在陽極鋼爪的爪柱上未套設(shè)磷鐵環(huán)的表面噴涂納米陶瓷基涂料。發(fā)明人經(jīng)過大量實踐研究發(fā)現(xiàn)，陽極鋼爪與磷鐵環(huán)結(jié)合部以上的鋼爪是最容易被腐蝕、氧化的部位，腐蝕生成黑色結(jié)塊，脫落并混合于極上料中，最終進(jìn)入鋁液，使鋁液中鐵含量升高，降低了陽極鋼爪的利用率，給生產(chǎn)造成不利影響。本發(fā)明中通過對陽極鋼爪爪柱上未套設(shè)磷鐵環(huán)的表面噴涂納米陶瓷基涂料，可以有效針對陽極鋼爪最容易被腐蝕的部位進(jìn)行有效防護(hù)，顯著提高納米陶瓷基涂料的利用率。

根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，噴涂采用的噴嘴可以為225#噴嘴、227#噴嘴或者229#噴嘴。發(fā)明人經(jīng)過大量的實驗發(fā)明，通過選用上述幾種型號的噴嘴能夠有效滿足本發(fā)明對噴涂涂料時噴霧流量、噴霧扇形面、噴霧角度和噴霧壓力等的要求，顯著提高對陽極鋼爪噴涂納米陶瓷基涂料的噴涂效率。

根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，噴涂的壓力可以不低于14mpa。發(fā)明人經(jīng)過大量的實驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)噴涂壓力過小時，涂料滲透力度較小，容易在陽極鋼爪上形成分散分布的涂料滴，嚴(yán)重影響噴涂效果。由此，本發(fā)明中通過控制噴涂壓力不低于14mpa，可以使納米陶瓷基涂料能夠被均勻的噴涂到陽極鋼爪上，顯著提高噴涂的效率。

根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，噴涂的壓力可以為14-20mpa。由此，可以進(jìn)一步提高噴涂的效率，并避免由于噴涂壓力過大時可能出現(xiàn)的涂料在陽極鋼爪上流掛的現(xiàn)象，提高涂料的利用率。

根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，噴涂的距離可以為5-10cm。需要說明的是，本發(fā)明中所述的噴涂距離指的是噴嘴與涂料在陽極鋼爪上實際噴涂點之間的距離。發(fā)明人經(jīng)過大量實驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)噴嘴與陽極鋼爪上實際噴涂點之間的距離過小時，容易造成涂料在陽極鋼爪上流掛，造成噴涂效果不均勻，而當(dāng)噴嘴與陽極鋼爪上實際噴涂點之間的距離過大時，容易造成涂料在噴涂過程中飛散造成涂料浪費。由此，本發(fā)明中通過控制噴涂距離為5-10cm，不僅可以提高涂料的噴涂效果，還能有效提高涂料的利用率。

根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，當(dāng)陽極鋼爪為舊陽極鋼爪時，在噴涂納米陶瓷基涂料之前可以進(jìn)一步包括：除去舊陽極鋼爪表面的形成的氧化產(chǎn)物。由此，可以使舊陽極鋼爪表面更加干凈平整便于噴涂涂料，使涂料能夠緊密覆蓋陽極鋼爪，避免陽極鋼爪進(jìn)入電解槽后隨著溫度升高，噴涂材料隨著氧化產(chǎn)物一起脫落。

根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，噴涂采用上下移動的點噴法進(jìn)行，經(jīng)過所述噴涂形成的所述納米陶瓷基涂層的厚度為2-3mm。本發(fā)明中通過采用上下移動的點噴法進(jìn)行噴涂，可以有效避免噴涂過程中涂料流掛或造成后噴的涂料飛濺到已噴好的涂料層上，提高涂料的噴涂效率。此外，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)經(jīng)過噴涂形成的納米陶瓷基涂層的厚度為2-3mm，可以有效隔絕空氣、二氧化碳、氟化氫、冰晶石蒸汽與陽極鋼爪直接接觸，使陽極鋼爪具有優(yōu)良的抗腐蝕性能。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明還提出了一種鋁電解槽，包括：陰極炭塊、陽極炭塊、陽極鋼爪和陽極導(dǎo)桿，其中，陽極鋼爪的表面具有納米陶瓷基涂層。

根據(jù)本發(fā)明上述實施例的鋁電解槽，通過使用表面具有納米陶瓷基涂層的陽極鋼爪，可以有效隔絕空氣、二氧化碳、氟化氫、冰晶石蒸汽與陽極鋼爪直接接觸，使陽極鋼爪具有優(yōu)良的抗腐蝕性能，顯著降低陽極鋼爪的腐蝕速度，進(jìn)而有效延長鋁電解槽的使用壽命。

根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，納米陶瓷基涂層的厚度為2-3mm。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)經(jīng)過噴涂形成的納米陶瓷基涂層的厚度為2-3mm時，可以有效隔絕空氣、二氧化碳、氟化氫、冰晶石蒸汽與陽極鋼爪直接接觸，使陽極鋼爪具有優(yōu)良的抗腐蝕性能，進(jìn)一步提高陽極鋼爪的的抗腐蝕性能，進(jìn)而提高鋁電解槽的使用壽命。

實施例1

通過測量鋁電解槽中陽極鋼爪的周長對比噴涂納米陶瓷基涂料的鋼爪與未噴涂的鋼爪之間的差異。選擇試驗鋼爪和對比鋼爪各24顆，其中，試驗鋼爪使用納米陶瓷基涂層保護(hù)技術(shù)，噴涂量為403克/顆鋼爪，噴涂納米陶瓷基涂層后的舊鋼爪如圖1(a)所示；對比鋼爪不噴涂，未噴涂納米陶瓷基涂層的舊鋼爪如圖1(b)所示。試驗前測量并記錄各試驗鋼爪和各對比鋼爪的周長。將上述處理后的試驗鋼爪和對比鋼爪各24顆進(jìn)行連續(xù)試驗2個換極周期，試驗后測量并記錄鋼爪最細(xì)處周長，并進(jìn)行計算分析。

其中，納米陶瓷基涂料為由云南澤能科技有限公司研發(fā)的by-2型納米陶瓷基涂料，該產(chǎn)品以氧化鋁為骨料，微量稀土為催化劑，主要組成如表1所示。

表1納米陶瓷基防氧化涂層材料主要組成

試驗結(jié)果：

圖2(a)顯示了使用2個電解周期后的試驗鋼爪圖(噴涂納米陶瓷基涂料)，圖2(b)顯示了使用2個電解周期后的對比鋼爪圖(未噴涂米陶瓷基涂料)。從圖中可以看出，經(jīng)過2個換極周期之后，噴涂了納米陶瓷基涂料的陽極鋼爪的氧化剝落物明顯少于未噴涂納米陶瓷基涂料的陽極鋼爪。

圖3(a)顯示了使用2個電解周期后的試驗鋼爪的局部放大圖(噴涂納米陶瓷基涂料)，圖3(b)顯示了使用2個電解周期后的對比鋼爪的局部放大圖(未噴涂米陶瓷基涂料)。從圖中可以看出，噴涂了納米陶瓷基涂料的陽極鋼爪的表面比較光滑，而未噴涂納米陶瓷基涂料的陽極鋼爪的表面則有明顯的氧化結(jié)塊。

進(jìn)一步地，通過對試驗前后的試驗鋼爪和對比鋼爪的周長進(jìn)行計算分析。其中2個換極周期的涂層試驗鋼爪試驗前后周長和2個換極周期的對比試驗鋼爪試驗前后周長分別見表2-3和圖4-5。

表22個換極周期的涂層試驗鋼爪試驗前后周長(試驗24顆，回收20顆)

表32個換極周期的對比試驗鋼爪試驗前后周長(試驗24顆，回收22顆)

如表2所示，涂層試驗鋼爪初始平均周長為434.53mm，2個換極周期后平均周長降低至425.13mm，涂層試驗鋼爪平均周長降低(434.53-425.13)÷2＝4.70mm/周期，半徑腐蝕速度為0.75mm/周期；如表3所示，對比鋼爪初始平均周長為420.77mm，2個換極周期后平均周長降低至401.06mm，對比鋼爪平均周長降低了(420.77-401.06)÷2＝9.86mm/周期，半徑腐蝕速度為1.57mm/周期；因此，涂層試驗鋼爪的腐蝕速率較對比鋼爪降低(9.86-4.70)/9.86×100％＝52.3％。

由圖4可知，納米陶瓷基涂層技術(shù)試驗鋼爪在試驗2個換極周期之后周長變化較小，因此兩條折線相似度及重合率較高。圖5未使用納米陶瓷基涂層技術(shù)的對比鋼爪，2條折線之間出現(xiàn)了較大的空隙，這說明2個換極周期之后周長明顯降低。而圖5第5點竟然出現(xiàn)明顯的周長增加的現(xiàn)象，這是因為鋼爪基體氧化膨脹，但是氧化腐蝕強(qiáng)度較低，氧化層未脫離基體，因此出現(xiàn)周長增加的假象。

綜上可以得出結(jié)論：通過在鋁電解槽的陽極鋼爪上噴涂納米陶瓷基涂料可以有效降低鋼爪的氧化腐蝕速度，鋼爪氧化腐蝕速度可降低52.3％。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。