一種鋁電解槽側牆用不燒SiC-C磚及方法

2023-04-27 15:20:46 1

專利名稱：一種鋁電解槽側牆用不燒SiC-C磚及方法
技術領域：
本發明涉及一種鋁電解槽側牆用不燒SiC-C矽及製作方法，屬於SiC基耐火材料領域。
背景技術：
電解鋁工業是國民經濟的基礎產業之一，在當今社會發展中起到了重要作用。鋁電解槽側牆目前使用的耐火材料是碳質耐火磚、氮化矽結合碳化矽耐火磚、氮化娃結合碳化娃耐火磚和碳質耐火磚複合的複合磚結構。碳質耐火磚很容易被高溫氧化損壞造成鋁電解槽槽體壽命短的問題，而氮化矽結合碳化矽耐火磚抗冰晶石電解質溶液侵蝕 能力不是非常令人滿意，國內的鋁電解槽槽體的設計壽命一般低於5年，與國外鋁電解槽槽體的實際使用壽命一般超過7年，有的達到12年以上的先進水平存在較大的差距，該差距主要表現在氮化矽結合碳化矽耐火磚抗冰晶石電解質溶液侵蝕能力較差。通常採取方法是增加氮化娃結合碳化娃耐火磚的厚度來延長氮化娃結合碳化娃耐火磚的工作壽命。但是，增加氮化矽結合碳化矽耐火磚的厚度除了增加電解鋁槽側牆的用磚成本外，還給氮化娃結合碳化娃耐火磚的製造工藝增加了很多困難。隨著氮化娃結合碳化娃耐火磚厚度的增力口，在磚體燒結過程中氮氣不能有效地滲透到磚體內部並與矽粉體發生氮化反應生成氮化娃結合相，容易造成氮化娃結合碳化娃耐火磚內部娃粉氮化不完全、磚體分層、磚體夾心、磚體強度等質量問題，從而直接影響氮化矽結合碳化矽耐火磚的質量和使用效果。為此，清華大學提出了含有ZrB2材料和TiB2材料補強Si3N4結合SiC磚，以替代普通的Si3N4結合的SiC磚(CN1562883A)。在鋁電解槽側牆用氮化矽結合碳化矽耐火磚體中添加含ZrB2材料和TiB2材料，可以大大提高氮化矽結合碳化矽耐火磚抗冰晶石電解質溶液侵蝕和滲透的能力，從而有效減緩氮化矽結合碳化矽耐火磚遭受鋁電解槽內冰晶石電解質溶液侵蝕的速度，達到明顯延長含含ZrB2材料和TiB2材料的新型氮化矽結合碳化矽耐火磚使用壽命的目的。同時，避免了通過增加氮化矽結合碳化矽耐火磚的厚度來彌補氮化矽結合碳化矽耐火磚工作壽命的缺陷，保證了含ZrB2材料和TiB2材料的新型氮化矽結合碳化矽耐火磚質量的一致性和穩定性。但是這種材料的成本卻大大增加，影響了它的推廣應用。又如中國鋁業股份有限公司提出了鋁電解槽槽側內襯複合側塊的申請(CN1238567C)，所述複合側塊是將SiC磚與普通碳塊上下放置，組成複合側塊，碳化矽磚與普通碳塊的厚度比例為5-7 5-3。據稱可以比純SiC磚節約投資30-50%，槽壽命可達2000天以上。再如東北大學提出的鋁電解槽的廢舊碳化矽側壁材料的處理方法(申請號301010571952. 0)，首先將鋁電解槽的廢舊碳化矽磚進行剝離，分為腐蝕部分和未腐蝕部分；然後將腐蝕部分粉碎為粒度為300-700 μ m的顆粒，再用水進行洗滌和過濾，得到濾餅和一次濾液；對濾餅進行洗滌和過濾，得到主要成分是SiC和Si3N4的濾渣和二次濾液；二次濾液循環到一次洗滌過程中用作洗液；一次濾液經蒸發濃縮後得到氟化鈉含量〈O. 15wt%的矽酸鈉濃縮液，或通過添加CaCl2生成矽酸鈣和氟化鈣沉澱；對矽酸鈣和氟化鈣沉澱進行洗滌和過濾，得到主要成分是矽酸鈣的濾渣和三次濾液，三次濾液循環到一次洗滌過程中用作洗液。所述的SiC的重量百分比為75-81wt%，Si3N4的重量百分比為19-25wt%。綜上所述，當前鋁電解槽側牆仍多般使用碳塊或氮化矽結合的碳化矽製品。前者使用壽命為3-5年，後者為5-7年。前者價格低廉，後者價格高昂。氮化矽結合的碳化矽雖然是高性能的產品，隨著這種技術的普遍被認知，它的性價比已不高，社會效益也不理想。為了進一歩降低成本和提高使用效果，本發明擬提供一種鋁電解槽用不燒碳化矽-碳製品。用它代替氮化矽結合的碳化矽製品。它顯著減少了投資，降低了能耗，提高了使用壽命和性價比，而製造成本可以降低15%以上。且不燒SiC-C用於鋁電解槽鮮有報導，從而引得出本發明的構思。

發明內容
本發明的目的在於提供一種鋁電解槽側牆用不燒SiC-C磚及製作方法。 本發明是鋁電解槽側牆用的不燒SiC-C磚。該產品是以碳化矽、石墨和金屬矽粉為原料，外加一定量結合剤，按照碳化矽45-97 %，石墨2. 9-50 %，餘量為矽粉(均為質量百分數)的配比和外加碳素結合劑2. 5-8%進行混料，混料是在混料機內進行的，混合好料後，在壓磚機上進行成型。成型好的坯體經過低溫固化處理後，得到產品。該產品應用在鋁電解槽側牆，耐侵蝕好，比氮化矽結合的碳化矽耐侵蝕性提高20%以上，而成本卻可降低15%以上，是ー類既環保而又節能的產品。所指的碳化矽是純度為90%以上的碳化矽原料，而以純度為97% -98%含量為最好； 所述的碳化娃的顆粒組成的質量比例為5-3mm: 3-lmm: 200目碳化娃=0-1:1. 5-5. 0:0-1 ；所述的石墨是指天然石墨、電極碳或它們的組合，它的粒度為彡O. 6mm,以彡O. 15mm為佳；它的純度為90%以上，尤以95%以上含量最佳；所述的矽粉，要求它的純度為95%以上。粒度小於O. 088mm;Fe203含量〈O. 5% ;所述的碳素結合劑，可以是酚醛樹脂、呋喃樹脂或改性浙青樹脂結合劑之ー以及組合。它的粘度為l_20Pa. S，殘碳量大於30%，在42-55%之間為最好；所述的低溫固化的溫度在120-300° C內。以180-200° C為佳；所述的壓磚機為振動加壓成型機，摩擦壓磚機或液壓機；所述的低溫固化處理後磚坯的水分控制在小於O. 3%以內。本發明提供的不燒SiC-C磚的導熱率比氮化矽結合的碳化矽高，導致工作面的溫度降低，在工作面形成凝固層。這個凝固層覆蓋磚的工作面，把空氣與磚層隔離，起到防止磚的氧化作用，腐蝕介質的凝固也顯著降低了侵蝕速度。SiC-C磚的石墨和碳化矽抗氟鋁酸鈉的侵蝕能力比氮化矽強，因此與氮化矽結合的碳化矽磚相比較，該產品抗侵蝕能力進ー步提高。與碳磚中的石油焦相比較，不燒SiC-C磚的石墨具有更高的熱穩定性和抗氧化性以及抗渣的侵蝕性，因此它在SiC-C磚中發揮更耐用的作用。同樣石墨與氮化矽結合碳化矽磚中的氮化矽相比較，它具有更高的抗含氟化物的侵蝕，因此與Si3N4結合碳化矽磚相比較，含石墨的SiC-C磚具有更高的抗侵蝕性和耐用性。
鋁電解槽側牆的侵蝕速度與製品的顯氣孔率成直接的線性關係。顯氣孔率越高，侵蝕速度越快，使用壽命越低。而一般氮化矽結合碳化矽製品的顯氣孔率為16%，而本發明提供的不燒SiC-C製品的顯氣孔率最高< 10%，本發明提供的不燒SiC-C磚的顯氣孔率顯著地低。因此，它的抗侵蝕性應該明顯地高。從導熱率、顯氣孔率和抗侵蝕組分(抗侵蝕成分好壞次序為石墨、碳化矽、氮化矽)來看，本發明提供的SiC-C磚導熱率高，易形成渣凝固層，提高了抗氧化性和抗侵蝕性；緻密度高，提高了抗氧化性和抗侵蝕性；利用緻密度高和碳化矽抗氧化保護作用，保護了石墨免於氧化，發揮了抗侵蝕性好的特點。因此使用壽命顯著高。同時本發明中的碳是使用的是石墨，從而大大提高了不燒SiC-C磚的導熱性，抗氧化性和抗侵蝕性、矽細粉又提高了SiC-C磚的熱態強度(表I)。
具體實施例方式下面通過具體實施例的介紹，以進一歩闡明發明的實質性特點和顯著的進步，但 絕非僅局限於實施例。本發明的具體實施例機比較例列於表1，實施例均為不燒SiC-C磚，從所列產品的性能，如顯氣孔率明顯低於比較例，導熱係數大於比較例，而耐壓強度又高於對比例，所以本發明提供的SiC-C磚不僅成本降低，環保且使用壽命又有提高。表I
實施實施實施實施比較比較 例I 例2 例3 例4 例I 例2 碳化矽97 79 67.5 45 85
細矽粉0.1 I 2.5 5 15
石墨2 9 20 30 50
焦炭Ilil9權利要求
1.一種鋁電解槽側牆用不燒SiC-C磚，其特徵在於所述的SiC-C不燒磚以碳化矽、石墨和金屬矽粉為原料，外加碳素結合劑，具體質量百分組成為SiC45-97%石墨2.9-50%矽粉餘量外加碳素結合劑2. 5-8%。
2.按權利要求I所述的不燒SiC-C磚，其特徵在於 a)所述的碳化矽為顆粒級配，顆粒級配的質量比例為；5-3mm: 3-lmm: 200 目碳化娃=0-1:1. 5-5. 0:0-1 ； b)所述的石墨為天然石墨、電極碳或它們的組合； c)所述的娃粉粒度小於O.088mm ； d)所述碳素結合劑的粘度為l_20Pa· S，殘碳量大於30%。
3.按權利要求I或2所述的不燒SiC-C磚，其特徵在於 a)所述的碳化矽純度為90%以上； b)所述的石墨純度為90%以上，粒度為彡O.6mm ； c)所述的矽粉純度為95%以上，Fe2O3含量〈O.5% ； d)所述的碳素結合劑為酚醛樹脂、呋喃樹脂或改性浙青樹脂。
4.按權利要求I或2所述的不燒SiC-C磚，其特徵在於 a)所述的碳化矽純度為97-98%以上； b)所述的石墨純度>95%以上，粒度為彡O.15mm。
5.按權利要求3所述的不燒SiC-C磚，其特徵在於 a)所述的碳化矽純度為97-98%以上； b)所述的石墨純度>95%以上，粒度為彡O.15mm。
6.按權利要求3所述的不燒SiC-C磚，其特徵在於所述的碳素結合劑的殘碳量為42-45%ο
7.製備如權利要求I或2所述的不燒SiC-C磚，其特徵在於將SiC、石墨和矽粉及外加碳素結合劑按比例在混料機內混料，混料後再用壓磚機成型，成型後的磚坯經120-300°C低溫固化處理。
8.按權利要求7所述的方法，其特徵在於 a)所述的壓磚機為振動加壓成型機、摩擦壓磚機或液壓機； b)所述的磚坯低溫固化溫度為180-200°C。
9.按權利要求7或8所述的方法，其特徵在於低溫固化後磚坯的水份控制在小於O.3%以內。
全文摘要
本發明涉及一種鋁電解槽用不燒SiC-C磚，其特徵在於所述的SiC-C不燒磚以碳化矽、石墨和金屬矽粉為原料，外加碳素結合劑，具體質量百分組成為SiC 45-97%，石墨2.9-50%，矽粉餘量，外加碳素結合劑2.5-8%。且SiC為顆粒級配。本發明中的碳使用的是石墨，從而大大提高了所提供的不燒SiC-C磚的導熱性、抗氧化性、抗侵蝕性。
文檔編號C04B35/622GK102701765SQ20121018941
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月8日 優先權日2012年6月8日
發明者劉金朋, 林強, 田雲鵬, 田守信 申請人:上海柯瑞冶金爐料有限公司, 山東柯信新材料有限公司, 陽穀信民耐火材料有限公司