铝电解槽用碳化硅砖_河南宏泰窑炉耐火材料有限公司-耐火材料-耐火浇注料-高铝耐火砖

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编辑:admin   分类:耐火知识   发布:2020-04-14 15:41   浏览:次
摘要: 铝电解槽用碳化硅砖 ...
电解槽是电解铝过程中的重要部件,而影响铝电解槽寿命的两个主要因素为碳阴极和内衬耐火材料。本文对碳化硅砖在铝电解槽上的应用,以及目前存在的问题、研究状况作简单的叙述: 
铝电解槽内衬按区域分,可分为底部内衬和侧部内衬。底部内衬从功能上讲,起着支撑阴极结构和保温的作用。侧部内衬则主要起着保护钢制金属外壳面免受电解质熔体的侵蚀的作用。 
铝电解槽侧部内衬是电解槽的一个重要结构部分,根据现代的观念,提出了铝电解槽的侧壁材料在高温下应该具有如下一些重要性能:电阻率高、导热性好、不与熔融的冰晶石起化学反应、孔隙度小、不渗透电解液和铝、不被空气氧化。 
由于碳化硅的价键结构特点决定了它的一系列优良性能,如高强度、高硬度、耐高温、抗氧化、高导热系数、低热膨胀率、优良的抗热震性、良好的化学稳定性、不被有色金属润湿等,并且耐高温化学腐蚀性能良好,特别适合作为铝电解槽内衬耐火材料。 
随着材料技术的发展并随着电解槽容量的增大,电解槽侧部内衬材料结构,已由早期的双炭块外加保温砖结构,逐渐演变为无保温砖、单层炭块,以至当今的单独的碳化硅结合氮化硅材料。 
存在的问题及目前的研究状况 
碳化硅砖是我国有色行业近期推广使用的一种新型筑炉材料,最早应用于我国平果铝320kA大型预焙铝电解槽上。近年来,企业的使用情况表明,无论是使用纯碳化硅砖侧块还是复合侧块,在生产过程中普遍发现有不同程度的断裂、脱落现象,而复合侧块的碳化硅层还有上抬现象。 
温度差(以人造伸腿上沿为界)是造成碳化硅砖断裂的主要原因。碳化硅砖虽然具有良好导热的性能,较低的热膨胀系数,但因制品经1450℃以上高温烧成,形成六方结构陶瓷体,因此,耐热振性和耐温差性能差。在碳化硅砖上部和下部反复形成温差的环境下,极易断裂。 
当碳化硅复合层断裂后,电解质浸入到裂缝中,当电解槽从效应温度恢复到正常温度时,缝中电解质凝固收缩,新的电解质进入裂缝中又凝固。当下一次效应时,浸入到裂缝中的固体电解质受热膨胀顶起上部断裂块,待槽温恢复正常时电解质又凝固收缩形成缝隙,然后又进入新的电解质再凝固。再来效应时,又膨胀将断裂块上顶,这样反复作用,断裂的上部逐渐上抬了。 
在电解铝过程中,温度接近1000℃,此时电解槽内衬的侵蚀主要分为3部分,靠近下方的金属铝熔体,中间部位的熔体电解质,以及上部分各种侵蚀性气体(如HF、AINaF4等)。通常情况下在电解质.氧化铝熔液中阳离子渗透以Na+矿为主,阴离子渗透以F-为主。 
气孔率、基质相、润湿性等各种因素都能够影响耐火材料的抗侵蚀性。气孔率高,孔径大的材料其抗侵蚀性肯定差,因为冰晶石或者铝液等能够直接渗透到材料内部。肖亚明指出,熔融金属对耐火材料的极限孔径,钢水30μm,铁水5μm,铝熔液为0.5μm,因此铝液对材料的渗透能力相当强。基质相薄,抗侵蚀性好,但是强度会受到直接影响,基质相厚,则抗侵蚀性就差。如果材料与铝液润湿角大,则其抗侵蚀性能就优越。 
研究了各种结合相的SiC质材料抗电解质侵蚀的性能,结果表明除自结合SiC外,Si3N4结合SiC材料抗电解质性能最佳,尽管Si3N4结合相被熔体润湿,但渗透很浅,也没有分解。 
葛山等人的结果表明:Si3N4结合SiC制品在空气部分的损坏主要是由于Si3N4和SiC氧化导致的:而在冰晶石电解质与空气界面处,由于化学反应形成的氧化-侵蚀-渗透恶性循环使得侵蚀最为严重,电解质在金属铝液中的溶解和由于试样本身结构中的气孔可能是Si3N4结合SiC制品在金属铝液中发生侵蚀的主要原因。 
张丽鹏等人研究了不同氮化硅含量的氮化硅结合碳化硅耐火材料在冰晶石熔盐中的侵蚀行为,得出腐蚀主要发生在25h前,25h后Si3N4/SiC材料增重率基本不变,低Si3N4含量(13%)的Si3NgSiC材料具有良好的抗冰晶石熔体腐蚀的性能。 
Etzion等人研究发现在铝电解过程中,气孔率和β-Si3N4的含量对Si3N4结合SiC耐火材料的抗侵蚀性有重要的影响。气孔率越高或者β-Si3N4的含量越高则侵蚀就越严重。SiC骨料的量在80%~85%之间则抗侵蚀效果好。 

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