專利名稱：惰性陽(yáng)極鋁電解槽用不定型耐火耐蝕材料及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
惰性陽(yáng)極鋁電解槽用不定型耐火耐蝕材料及其制作方法，涉及一種不定型耐火耐蝕材料，特別是工業(yè)化惰性陽(yáng)極鋁電解槽保溫與密封用不定型耐火耐蝕材料及制作方法。
背景技術(shù)：
自Hall-Heroult的冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法問(wèn)世以來(lái)，該方法一直是工業(yè)上生產(chǎn)原鋁的主流方法。其原理是在電解槽中，以冰晶石-氧化鋁熔鹽做電解質(zhì)，通直流電，熔鹽中的氧化鋁分解。在陰極析出鋁水，在陽(yáng)極析出氣體。鋁水密度高于電解質(zhì)，鋁水在電解槽底部匯聚，當(dāng)有一定的量后，取出鋁水澆注成鋁錠。陽(yáng)極氣體溢出，經(jīng)凈化除塵后排空或收集等處理。隨著工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，鋁電解槽也有了很大的發(fā)展。目前以炭陽(yáng)極為主要特征的預(yù)焙陽(yáng)極鋁電解槽，成為當(dāng)今鋁工業(yè)的主流槽型。預(yù)焙陽(yáng)極鋁電解槽在不斷的向大型化、自動(dòng)化、高電流效鋁、高壽命、低能耗等方向發(fā)展。500kA大型鋁電解槽已經(jīng)成功投運(yùn)， 600kA大型鋁電解槽也在試驗(yàn)中；國(guó)內(nèi)外已有較多鋁廠其電流效率在95%以上，槽壽命超過(guò) 3000天，直流電耗已降低至Ij 13000kff'h/t (Al)以下。盡管預(yù)焙陽(yáng)極鋁電解技術(shù)已經(jīng)取得了較好的指標(biāo)，但其自身有著固有的缺陷如消耗性炭陽(yáng)極需要定期更換，不僅給操作帶來(lái)較大的工作量，也給碳素資源帶來(lái)了很大的壓力；原鋁電解和陽(yáng)極焙燒生產(chǎn)過(guò)程排放大量的CO2,每生產(chǎn)1噸鋁約排放1. 8噸以上的 CO2,同時(shí)由于陽(yáng)極效應(yīng)產(chǎn)生的強(qiáng)溫室氣體，實(shí)際噸鋁直接當(dāng)量(X)2的排放量超過(guò)2. 5噸。 這嚴(yán)重違背了 “低碳”經(jīng)濟(jì)的理念；生產(chǎn)過(guò)程高能耗，盡管直流電耗可降低到13000kWh/t (Al)以下，但其能量利用率仍然僅有50%左右。隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，惰性陽(yáng)極鋁電解槽正在逐步的從試驗(yàn)室通過(guò)中試走向工業(yè)化。惰性陽(yáng)極鋁電解槽有著傳統(tǒng)鋁電解槽不可比擬的優(yōu)勢(shì)陽(yáng)極不再需要頻繁更換；排放的不再是CO2而是氧氣。然而，對(duì)于惰性陽(yáng)極鋁電解槽的建設(shè)，需要用到較多的耐火耐蝕材料。除了爐膛內(nèi)襯外側(cè)和底部，那些不直接接觸電解質(zhì)或電解質(zhì)氣氛的區(qū)域需要耐火耐蝕材料。在爐膛的上部，有電解質(zhì)氣氛的區(qū)域，也需要用耐火耐蝕材料進(jìn)行保溫和密封。正是由于惰性陽(yáng)極不易消耗，因而可采取特殊保溫措施減少散熱損失，顯著降低惰性陽(yáng)極鋁電解槽的綜合能耗，同時(shí)這也是保溫型惰性陽(yáng)極鋁電解槽相比于散熱型傳統(tǒng)鋁電解槽的優(yōu)勢(shì)。炭陽(yáng)極鋁電解槽上部的保溫是靠電解質(zhì)自身形成結(jié)殼，在結(jié)殼上添加上一層氧化鋁或破碎好的覆蓋料(氧化鋁含量很高的結(jié)殼塊)，從而形成的一層硬殼。這種保溫方式，難以密封，散熱量很大。炭陽(yáng)極鋁電解槽上部散熱加上煙氣帶走的熱量，占總散熱量的50%左右。炭陽(yáng)極鋁電解槽的理論最低能耗為6320kWh/t (Al)，然而，由于炭陽(yáng)極鋁電解槽散熱過(guò)多，使得具有較高技術(shù)水平的炭陽(yáng)極鋁電解槽，其噸鋁直流能耗也在13000kWh左右。惰性陽(yáng)極鋁電解槽的理論最低能耗為9240kWh/t(Al)，高于炭陽(yáng)極鋁電解槽。但惰性陽(yáng)極鋁電解槽可通過(guò)降低散熱損失，特別是上部的熱損失，反而在綜合能耗方面占優(yōu)勢(shì)。在電解質(zhì)液面上方采用特殊的耐火耐蝕材料進(jìn)行保溫和密封，不讓電解質(zhì)自然結(jié)殼，使電解槽整體呈“保溫型”槽，總的散熱損失會(huì)大大降低。同時(shí)由于可以實(shí)現(xiàn)更緊湊的設(shè)計(jì)， 那么惰性陽(yáng)極鋁電解槽的綜合能耗將會(huì)不高于甚至低于現(xiàn)有預(yù)焙炭陽(yáng)極鋁電解槽。惰性陽(yáng)極鋁電解槽上部保溫和密封區(qū)域直接面對(duì)熔融電解質(zhì)液面，高溫 (75(T960°C)、強(qiáng)腐蝕(氫氟酸、氟化物)、強(qiáng)氧化(熱氧氣)的環(huán)境對(duì)普通材料的腐蝕會(huì)非常嚴(yán)重。目前，采用“人為”的方式對(duì)工業(yè)化鋁電解槽上部，特別是電解質(zhì)液面上方，用耐火耐蝕材料直接對(duì)其進(jìn)行保溫和密封，使電解質(zhì)不結(jié)殼，來(lái)降低散熱的做法，仍沒(méi)有先例。電解質(zhì)對(duì)材料的侵蝕和電解質(zhì)氣氛對(duì)材料的侵蝕有很大不同。電解質(zhì)的侵蝕主要表現(xiàn)為溶解、沖刷和滲透。在密閉的條件下，如電解槽底部，為預(yù)防電解質(zhì)侵蝕或電解質(zhì)滲漏，往往采用含硅元素的材料(如干式防滲料)。一方面因?yàn)槠湓陔娊赓|(zhì)中的溶解度小，再者電解質(zhì)中的氟化鈉、氧化鋁可以與二氧化硅結(jié)合形成致密的霞長(zhǎng)石，能夠阻止電解質(zhì)的進(jìn)一步滲漏。電解質(zhì)氣氛的腐蝕主要表現(xiàn)為破壞材料結(jié)構(gòu)組織，改變材料性能。在電解質(zhì)氣氛中有氟化氫氣體，它可以和水蒸氣形成氫氟酸。氫氟酸對(duì)材料的腐蝕特別強(qiáng)。對(duì)于含硅的材料，氫氟酸或氟化氫氣體可以與硅元素結(jié)合生成四氟化硅，四氟化硅以氣體形態(tài)溢出， 材料便會(huì)因硅元素流失而粉化。并且，惰性陽(yáng)極鋁電解槽的電解質(zhì)氣氛中還含有濃度較高的熱氧氣，具有很強(qiáng)的氧化性，對(duì)材料的破壞性也很大。針對(duì)電解質(zhì)氣氛的腐蝕特性，并結(jié)合我們以往的試驗(yàn)結(jié)果，采用高氧化鋁含量的材料可以在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)抵抗電解質(zhì)氣氛的侵蝕。但需要該材料有較高的純度、較低的氣孔率，極少的雜質(zhì)含量，特別是硅(Si)的含量。同時(shí)結(jié)合施工的要求，必須能夠方便施工和使用，如制作成特殊形狀，尺寸大小不同的制品，特別是可以做結(jié)構(gòu)件使用的大尺寸制品。還需要制品有足夠的強(qiáng)度和抗熱震性能。此外，考慮工業(yè)化應(yīng)用，材料的成本也要相對(duì)較低。高純氧化鋁陶瓷和剛玉制品，有相對(duì)較好的抗腐蝕性，能夠在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)抵抗電解質(zhì)氣氛的侵蝕。然而氧化鋁陶瓷和剛玉制品很難制作成大尺寸的結(jié)構(gòu)件，其成本極高，且抗熱震性能、強(qiáng)度、加工性能等難以全部滿足使用要求。高氧化鋁含量或剛玉質(zhì)的不定型耐火材料，有良好的施工性能，可以根據(jù)需要制作成任意需要的形狀。目前不定型耐火材料種類繁多，用途也非常廣泛。特別是在化工行業(yè)和鋼鐵行業(yè)。申請(qǐng)?zhí)枮?01127472. 7,03113430. 0,200710055137. 7,200810121973. 5 等的中國(guó)專利，闡述了耐酸或耐酸堿的澆注料制作方法。此類澆注料耐酸侵蝕，但都不針對(duì)氫氟酸，其材料中二氧化硅的含量均較高，對(duì)氫氟酸的侵蝕不會(huì)很好，也沒(méi)有特別說(shuō)明。申請(qǐng)?zhí)枮?910009. 0,200710189608. 3,200710052986. 7等的中國(guó)專利，闡述了適用于鋼包和加熱爐內(nèi)襯的耐火澆注料?，F(xiàn)有的高鋁和剛玉質(zhì)不定型耐火材料還沒(méi)有用與抵抗電解質(zhì)氣氛腐蝕的產(chǎn)品，其純度往往難以滿足需求。此外，由于使用溫度在960°C以下，正好處于該類材料的低強(qiáng)度區(qū)域，特別是鋁酸鹽水泥結(jié)合的材料。此類產(chǎn)品為了增加澆注料的熱強(qiáng)度，特別是中溫強(qiáng)度， 往往添加有硅微粉(SiO2)。這在電解質(zhì)氣氛中，特別是氫氟酸的作用下，很快就會(huì)被腐蝕而粉化。申請(qǐng)?zhí)枮?00910064721.8的中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)了，鋁電解槽側(cè)墻背縫填充用自流澆注料。該專利所述其自流澆注料由碳化硅料、高鋁料、硅微粉、鋁微粉、鋁酸鈣水泥混配而成，碳化硅料含量較高，占總重量的729Γ80%，具有較好的抗電解槽內(nèi)電解質(zhì)侵蝕的能力。該專利沒(méi)有說(shuō)明其抗電解質(zhì)氣氛的侵蝕能力。申請(qǐng)?zhí)枮?00310121170. 7的中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)了，一種耐火澆注料的制備方法。 該專利重點(diǎn)闡述了澆注料中各種物料的配比范圍，以及混配的方式。盡管其物料主要采用純度較高的燒結(jié)板狀剛玉，也沒(méi)有添加硅微粉，但對(duì)整體的純度沒(méi)有說(shuō)明，也沒(méi)有闡述其耐腐蝕性，并且其配方中采用了較多的鋁酸鹽水泥(5 10%)，不僅會(huì)引入較多的雜質(zhì)，而且會(huì)使其中溫強(qiáng)度下降較多。文中也沒(méi)有對(duì)材料的中溫強(qiáng)度(75(T960°C)進(jìn)行說(shuō)明。申請(qǐng)?zhí)枮閁S 5，582，695的美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)了，Structural parts for electrolytic reduction cells for aluminum。該專利重點(diǎn)闡述了一種自焙陽(yáng)極鋁電解槽上用于密封陽(yáng)極和電解槽邊部空間的結(jié)構(gòu)部件，該結(jié)構(gòu)部件用金屬材料制作，內(nèi)層用耐火混凝土包裹。在電解槽運(yùn)行時(shí)接觸電解質(zhì)氣氛。耐火混凝土成分包括159Γ30%的水泥， 5% 10%的二氧化硅微粉，65% 85%的耐火材料。該專利與本專利有一定的相似之處，但有本質(zhì)上的不同。該專利中所指的結(jié)構(gòu)部件，雖然接觸電解質(zhì)氣氛，但其長(zhǎng)期直接面對(duì)的是電解質(zhì)表面結(jié)殼，而不是熔融態(tài)的電解質(zhì)液面。該結(jié)構(gòu)件主要起到密封和收集煙氣的作用，如同現(xiàn)有預(yù)焙炭陽(yáng)極鋁電解槽的集氣罩和槽蓋板。如此作用，其環(huán)境溫度、煙氣氣氛的濃度都大幅降低，則對(duì)材料的耐腐蝕性要求也大幅降低。因此，仍然需要一種能夠長(zhǎng)期直接面對(duì)熔融電解質(zhì)液面，能夠有較好的耐氟化氫和其他氟化物揮發(fā)份腐蝕、較高的熱強(qiáng)度(中溫強(qiáng)度)、良好的抗熱震性的材料。此外還需要能夠易實(shí)施，成本相對(duì)較低，能夠滿足工業(yè)化惰性陽(yáng)極鋁電解槽生產(chǎn)的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述已有技術(shù)存在的不足，提供一種根據(jù)惰性陽(yáng)極鋁電解槽的特點(diǎn)，特別適用于電解槽上部，直接面對(duì)電解質(zhì)液面，有電解質(zhì)氣氛的部位的，具有較高的抗腐蝕性，熱態(tài)強(qiáng)度高、抗熱震性能好、易實(shí)施、使用周期長(zhǎng)、成本相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)使用該材料進(jìn)行保溫和密封，使熔融態(tài)的電解質(zhì)不結(jié)殼，能夠有效的降低惰性陽(yáng)極鋁電解槽的散熱損失，從而降低惰性陽(yáng)極鋁電解槽的綜合能耗。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。惰性陽(yáng)極鋁電解槽用不定型耐火耐蝕材料，其特征在于該材料采用燒結(jié)板狀剛玉顆粒做骨料，用選自燒結(jié)板狀剛玉細(xì)粉、鎂鋁尖晶石細(xì)粉、具有不同粒度分布的多峰煅燒氧化鋁微粉、活性氧化鋁微粉、活性P -Al2O3微粉、分散性氧化鋁微粉以及純鋁酸鈣水泥中的幾種粉狀物做基質(zhì)，選用纖維做增強(qiáng)、增韌劑，進(jìn)行混配而成的。本發(fā)明的惰性陽(yáng)極鋁電解槽用不定型耐火耐蝕材料，其特征在于所述的物料中， 做骨料的燒結(jié)板狀剛玉顆粒所占的重量比例為689Γ72% ；做基質(zhì)的粉狀物所占的重量比例為觀% 32% ；做增強(qiáng)、增韌劑的纖維所占的重量比例為；余量為做基質(zhì)的粉狀物。本發(fā)明的惰性陽(yáng)極鋁電解槽用不定型耐火耐蝕材料，其特征在于所述的做骨料燒結(jié)板狀剛玉顆粒中，粒徑為3-6mm的燒結(jié)板狀剛玉顆粒料所占的重量比為0% 30% ；粒徑為l_3mm的燒結(jié)板狀剛玉顆粒料所占的重量比為189Γ46% ；粒徑為O-Imm的燒結(jié)板狀剛玉顆粒料所占的重量比為12°/Γ25% ；粒徑為0-0. 5mm的燒結(jié)板狀剛玉顆粒料所占的重量比為0% 6%。本發(fā)明的惰性陽(yáng)極鋁電解槽用不定型耐火耐蝕材料，其特征在于所述的做基質(zhì)粉狀物中重量比組成包括粒徑<0. 045mm燒結(jié)板狀剛玉細(xì)粉8°/Γ 8% ；尖晶石細(xì)粉0°/Γ5% ；煅燒氧化鋁微粉29^1 ；活性氧化鋁微粉；活性P - Al2O3微粉09Γ5% ；分散性氧化鋁微粉1% ；純鋁酸鈣水泥29Γ5%。本發(fā)明的惰性陽(yáng)極鋁電解槽用不定型耐火耐蝕材料，其特征在于所述的尖晶石細(xì)粉的平均粒度為小于0. 045mm。本發(fā)明的惰性陽(yáng)極鋁電解槽用不定型耐火耐蝕材料，其特征在于所述的煅燒氧化鋁微粉的平均粒度為小于0. 02mm。本發(fā)明的惰性陽(yáng)極鋁電解槽用不定型耐火耐蝕材料，其特征在于所述的活性氧化鋁微粉的平均粒度為小于0. 0012mm，采用特殊的煅燒方法進(jìn)行活化的，使其具有良好的燒
結(jié)活性。本發(fā)明的惰性陽(yáng)極鋁電解槽用不定型耐火耐蝕材料，其特征在于所述的活性P -Al2O3微粉的平均粒度為小于0. 005mm，采用特殊的煅燒方法進(jìn)行活化的，使其具有良好的親水活性。本發(fā)明的惰性陽(yáng)極鋁電解槽用不定型耐火耐蝕材料，其特征在于所述的分散性氧化鋁微粉的粒度為小于0. 010mm，其作用能降低用水量、提高流動(dòng)性，并能夠根據(jù)氣候條件調(diào)節(jié)施工和凝固時(shí)間。本發(fā)明的惰性陽(yáng)極鋁電解槽用不定型耐火耐蝕材料，其特征在于所述的燒結(jié)板狀剛玉的Al2O3重量含量> 99. 4%，鎂鋁尖晶石細(xì)粉的Al2O3重量含量> 74%，煅燒氧化鋁微粉的Al2O3重量含量彡99. 5%，活性P - Al2O3微粉的Al2O3去除灼減后的重量含量彡99. 8%，分散性氧化鋁的Al2O3重量含量> 80%，純鋁酸鈣水泥的Al2O3重量含量> 70%。本發(fā)明的惰性陽(yáng)極鋁電解槽用不定型耐火耐蝕材料，其特征在于所述的纖維為碳纖維、碳化硅纖維、硅酸鋁纖維、氧化鋁纖維、鋁纖維中的一種或多種；其纖維直徑小于 lOOum，長(zhǎng)度小于2mm。本發(fā)明的惰性陽(yáng)極鋁電解槽用不定型耐火耐蝕材料，其特征在于所述的作基質(zhì)的粉狀料的氧化鋁綜合純度大于95%，硅元素含量小于0. 1%，氧化鈣含量小于1. 5%，氧化鈉含量小于0. 5%，氧化鐵含量小于0. 1% ；
本發(fā)明的惰性陽(yáng)極鋁電解槽用不定型耐火耐蝕材料的制備方法，其特征在于其制備過(guò)程是將不同粒級(jí)的骨料和基質(zhì)分別單獨(dú)混合好后，再到攪拌機(jī)中均勻混合。本發(fā)明的惰性陽(yáng)極鋁電解槽用不定型耐火耐蝕材料的制備方法，其特征在于其制備過(guò)程先將骨料在攪拌機(jī)中混合均勻后，再將分散性氧化鋁和純鋁酸鈣水泥需要預(yù)混后， 再與基質(zhì)中的其它粉狀料加入攪拌機(jī)中進(jìn)行均勻混合。本發(fā)明的惰性陽(yáng)極鋁電解槽用不定型耐火耐蝕材料的制備方法，其特征在于其制備過(guò)程是在使用現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行混合，用攪拌機(jī)加水?dāng)嚢?，用干凈的自?lái)水或純凈水，水溫大于 5°C，施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境溫度大于5°C，澆筑后養(yǎng)護(hù)16—48小時(shí)后，脫模并進(jìn)行烘干處理。本發(fā)明的惰性陽(yáng)極鋁電解槽用不定型耐火耐蝕材料，具有以下優(yōu)點(diǎn)1)純度高、 耐腐蝕性好，可以以長(zhǎng)期直接面對(duì)熔融電解質(zhì)液面，能夠抵抗高溫、高濃度電解質(zhì)氣氛的侵蝕；2)致密度高，開(kāi)口氣孔率小，切開(kāi)后斷面光滑、致密、無(wú)裂紋，顆粒排布均勻；3)常溫強(qiáng)度高，中溫強(qiáng)度下降比例小，抗熱震性能好。配置出的大部分材料在750°C下，空冷可達(dá)50 次以上外觀完整無(wú)裂紋，水冷30次以上外觀完整無(wú)裂紋。特別適用于電解槽上部，直接面對(duì)電解質(zhì)液面，有電解質(zhì)氣氛的部位的，具有較高的抗腐蝕性，熱態(tài)強(qiáng)度高、抗熱震性能好、 易實(shí)施、使用周期長(zhǎng)、成本相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)使用該材料進(jìn)行保溫和密封，使熔融態(tài)的電解質(zhì)不結(jié)殼，能夠有效的降低惰性陽(yáng)極鋁電解槽的散熱損失，從而降低惰性陽(yáng)極鋁電解槽的綜合能耗。
具體實(shí)施例方式惰性陽(yáng)極鋁電解槽用不定型耐火耐蝕材料，其特征在于該材料采用燒結(jié)板狀剛玉顆粒做骨料，用選自燒結(jié)板狀剛玉細(xì)粉、鎂鋁尖晶石細(xì)粉、具有不同粒度分布的多峰煅燒氧化鋁微粉、活性氧化鋁微粉、活性P -Al2O3微粉、分散性氧化鋁微粉以及純鋁酸鈣水泥中的幾種粉狀物做基質(zhì)，選用纖維做增強(qiáng)、增韌劑，進(jìn)行混配而成的。實(shí)施例1
各物料按如下重量比例配置。其中燒結(jié)板狀剛玉的Al2O3含量99. 5wt%，煅燒氧化鋁微粉的Al2O3含量彡99. 6wt%,活性P - Al2O3微粉的Al2O3含量99. 8wt% (去除灼減后)，分散性氧化鋁的Al2O3含量80wt%，純鋁酸鈣水泥的Al2O3含量73wt%。 燒結(jié)板狀剛玉顆粒粒徑3_6mm30% ；
燒結(jié)板狀剛玉顆粒粒徑l_3mm22% ；
燒結(jié)板狀剛玉顆粒粒徑O-Imm12% ；
燒結(jié)板狀剛玉顆粒粒徑0-0. 5mm6% ；
燒結(jié)板狀剛玉細(xì)粉粒徑彡0. 045mm13% ；
煅燒氧化鋁微粉8% ；
活性氧化鋁微粉2% ；
活性P氧化鋁微粉21 ；
分散性氧化鋁微粉1% ；
純鋁酸鈣水泥4% ；
本實(shí)例配置的不定型耐火耐蝕澆注料，其檢測(cè)結(jié)果顯示加水量4. 48wt%，流動(dòng)性好， 不偏析；110°C烘24h體積密度3. 312g/cm3,表面開(kāi)口氣孔率10. 8%，抗折強(qiáng)度17. 5MPa,耐壓強(qiáng)度121. 2MPa ；750°C燒24h表面無(wú)裂紋，抗折強(qiáng)度13MPa，耐壓強(qiáng)度96MPa ；750°C循環(huán)空冷 30次后，抗折強(qiáng)度12. IMPa,耐壓強(qiáng)度86MPa ；800°C電解質(zhì)氣氛中放置4 表面無(wú)裂紋、無(wú)掉粉、無(wú)明顯腐蝕，表面開(kāi)口氣孔率13. 1%，抗折強(qiáng)度12. 5MPa，耐壓強(qiáng)度97MPa。
實(shí)施例2
各物料按如下重量比例配置。其中燒結(jié)板狀剛玉的Al2O3含量99. 5wt%，鎂鋁尖晶石細(xì)粉的Al2O3含量> 74wt%,煅燒氧化鋁微粉的Al2O3含量> 99. 6wt%,活性P - Al2O3微粉的 Al2O3含量99. 8wt% (去除灼減后)，分散性氧化鋁的Al2O3含量80wt%，純鋁酸鈣水泥的Al2O3
含量73wt%。 燒結(jié)板狀剛玉顆粒粒徑3_6mm28% ；
燒結(jié)板狀剛玉顆粒粒徑l_3mm26% ；
燒結(jié)板狀剛玉顆粒粒徑O-Imm16% ；燒結(jié)板狀剛玉細(xì)粉粒徑< 0. 045mm 鎂鋁尖晶石細(xì)粉粒徑< 0. 045mm 煅燒氧化鋁微粉活性氧化鋁微粉活性P氧化鋁微粉分散性氧化鋁微粉純鋁酸鈣水泥
， ， /O ， ，
/O ， Φ/ ny /O /O - /O /O ^J /O ft/ ft/ 1i ft/ ft/
lc4°/8 2 14
本實(shí)例配置的不定型耐火耐蝕澆注料，其檢測(cè)結(jié)果顯示加水量4. 5wt%,流動(dòng)性好，不偏析；110°C烘24h體積密度3. 313g/cm3，表面開(kāi)口氣孔率11. 8%，抗折強(qiáng)度18. 5MPa，耐壓強(qiáng)度125. 4MPa ；750°C燒24h表面無(wú)裂紋，抗折強(qiáng)度13. 6MPa，耐壓強(qiáng)度101. IMPa ；750°C循環(huán)空冷30次后，抗折強(qiáng)度12. 9MPa,耐壓強(qiáng)度92MPa ；800°C電解質(zhì)氣氛中放置4 表面無(wú)裂紋、無(wú)掉粉、無(wú)明顯腐蝕，表面開(kāi)口氣孔率13. 18%，抗折強(qiáng)度13. 8MPa，耐壓強(qiáng)度105MPa。實(shí)施例3
各物料按如下重量比例配置。其中燒結(jié)板狀剛玉的Al2O3含量99. 5wt%，鎂鋁尖晶石顆粒的Al2O3含量彡74wt%,鎂鋁尖晶石細(xì)粉的Al2O3含量彡74wt%,煅燒氧化鋁微粉的Al2O3 含量彡99. 6wt%,活性P - Al2O3微粉的Al2O3含量99. 8wt% (去除灼減后)，分散性氧化鋁的 Al2O3含量80wt%，純鋁酸鈣水泥的Al2O3含量73wt%。燒結(jié)板狀剛玉顆粒粒徑l_3mm46% ； 鎂鋁尖晶石顆粒粒徑0. 5-lmm 15% ；
鎂鋁尖晶石顆粒粒徑0-0. 5mm10% ；
鎂鋁尖晶石顆粒粒徑彡0. 045mm5% ；
燒結(jié)板狀剛玉細(xì)粉粒徑彡0. 045mm9% ；
煅燒氧化鋁微粉6% ；
活性氧化鋁微粉2、；
活性P氧化鋁微粉1% ；
分散性氧化鋁微粉1% ；
純鋁酸鈣水泥5% ；
本實(shí)例配置的不定型耐火耐蝕澆注料，其檢測(cè)結(jié)果顯示加水量4. 8wt%,流動(dòng)性好，不偏析；110°C烘24h體積密度3. 3lOg/cm3，表面開(kāi)口氣孔率12. 9%，抗折強(qiáng)度16. 8MPa,耐壓強(qiáng)度118. 2MPa ；750°C燒24h表面無(wú)裂紋，抗折強(qiáng)度12. 8MPa，耐壓強(qiáng)度94MPa ；750°C循環(huán)空冷 30次后，抗折強(qiáng)度11. 4MPa，耐壓強(qiáng)度79MPa ；800°C電解質(zhì)氣氛中放置4 表面無(wú)裂紋、無(wú)掉粉、無(wú)明顯腐蝕，表面開(kāi)口氣孔率13. 4%，抗折強(qiáng)度11. 2MPa，耐壓強(qiáng)度88MPa。實(shí)施例4
各物料按如下重量比例配置。其中燒結(jié)板狀剛玉的Al2O3含量99. 5wt%，鎂鋁尖晶石細(xì)粉的Al2O3含量> 74wt%,煅燒氧化鋁微粉的Al2O3含量> 99. 6wt%,活性P - Al2O3微粉的 Al2O3含量99. 8wt% (去除灼減后)，分散性氧化鋁的Al2O3含量80wt%，純鋁酸鈣水泥的Al2O3 含量73wt%。氧化鋁纖維的Al2O3含量> 80wt%
燒結(jié)板狀剛玉顆粒粒徑3-6mm28% ；
燒結(jié)板狀剛玉顆粒粒徑l_3mm18% ；燒結(jié)板狀剛玉顆粒粒徑O-Imm25% ；燒結(jié)板狀剛玉細(xì)粉粒徑< 0. 045mm8% ；鎂鋁尖晶石細(xì)粉粒徑< 0. 045mm5% ；煅燒氧化鋁微粉8% ；活性氧化鋁微粉2% ；分散性氧化鋁微粉1% ；純鋁酸鈣水泥4. 8% ；氧化鋁纖維0. 2% ；本實(shí)例配置的不定型耐火耐蝕澆注料，〕 檢測(cè)結(jié)果顯示加水量4. 5wt%,流動(dòng)性好，不
偏析；110°C烘24h體積密度3. 298g/cm3,表面開(kāi)口氣孔率12. 4%，抗折強(qiáng)度15. 8MPa,耐壓強(qiáng)度116MPa ； 750°C燒24h表面無(wú)裂紋，抗折強(qiáng)度14. 2MPa，耐壓強(qiáng)度IlOMPa ；750°C循環(huán)空冷 30次后，抗折強(qiáng)度13. 2MPa，耐壓強(qiáng)度IlOMPa ；800°C電解質(zhì)氣氛中放置4 表面無(wú)裂紋、無(wú)掉粉、無(wú)明顯腐蝕，表面開(kāi)口氣孔率13. 5%，抗折強(qiáng)度15. 2MPa，耐壓強(qiáng)度114MPa。
實(shí)施例5
各物料按如下重量比例配置。其中燒結(jié)板狀剛玉的Al2O3含量99. 5wt%，煅燒氧化鋁微粉的Al2O3含量彡99. 6wt%,活性P - Al2O3微粉的Al2O3含量99. 8wt% (去除灼減后)，分散性氧化鋁的Al2O3含量80wt%，純鋁酸鈣水泥的Al2O3含量73wt%。鋁纖維的純度> 99. 7wt%
燒結(jié)板狀剛玉顆粒粒徑3-6mm28% ；
燒結(jié)板狀剛玉顆粒粒徑l_3mm26% ；
燒結(jié)板狀剛玉顆粒粒徑O-Imm15% ；
燒結(jié)板狀剛玉細(xì)粉粒徑彡0. 045mm15% ；
鎂鋁尖晶石細(xì)粉粒徑< 0. 045mm5% ；
煅燒氧化鋁微粉2% ；
活性P氧化鋁微粉5% ；
分散性氧化鋁微粉1% ；
純鋁酸鈣水泥2% ；
鋁纖維1% ；
本實(shí)例配置的不定型耐火耐蝕澆注料，其檢測(cè)結(jié)果顯示加水量4. 85wt%，流動(dòng)性好， 不偏析；110°C烘24h體積密度3. ^2g/cm3，表面開(kāi)口氣孔率13. 3%，抗折強(qiáng)度15. IMPaJiE 強(qiáng)度102MPa ；750°C燒24h表面無(wú)裂紋，抗折強(qiáng)度9. 3MPa,耐壓強(qiáng)度63MPa ；800°C電解質(zhì)氣氛中放置4 表面有較多微裂紋，略有膨脹，表面開(kāi)口氣孔率18. 1%，抗折強(qiáng)度5MPa，耐壓強(qiáng)度 20MPa。
實(shí)施例6
各物料按如下重量比例配置。其中燒結(jié)板狀剛玉的Al2O3含量99. 5wt%，煅燒氧化鋁微粉的Al2O3含量彡99. 6wt%,活性P - Al2O3微粉的Al2O3含量99. 8wt% (去除灼減后)，分散性氧化鋁的Al2O3含量80wt%，純鋁酸鈣水泥的Al2O3含量73wt%。耐熱鋼纖維的2(T25mm 燒結(jié)板狀剛玉顆粒粒徑3-6mm28% ；
燒結(jié)板狀剛玉顆粒粒徑l_3mm26% ；
燒結(jié)板狀剛玉顆粒粒徑O-Imm16% ；燒結(jié)板狀剛玉細(xì)粉粒徑彡0. 045mm13% ；
煅燒氧化鋁微粉6% ；
活性氧化鋁微粉2% ；
活性P氧化鋁微粉1% ；
分散性氧化鋁微粉1% ；
純鋁酸鈣水泥5% ；
耐熱鋼纖維1 ；
本實(shí)例配置的不定型耐火耐蝕澆注料，其檢測(cè)結(jié)果顯示加水量4. 5wt%,流動(dòng)性好，不偏析，纖維分散均勻；110°C烘24h體積密度3. ^3g/cm3，表面開(kāi)口氣孔率13. 5%，抗折強(qiáng)度17. 5MPa,耐壓強(qiáng)度120MPa ；750°C燒24h表面無(wú)裂紋，抗折強(qiáng)度7MPa，耐壓強(qiáng)度51MPa ； 800°C電解質(zhì)氣氛中放置4 表面開(kāi)裂、鋼纖維腐蝕嚴(yán)重，基本沒(méi)有強(qiáng)度。
本具體實(shí)例方式所制備的不定型耐火耐蝕材料，具有流動(dòng)性好、不偏析、易施工的特點(diǎn)。更重要的是材料致密度高、氣孔率低，切開(kāi)斷面光滑、無(wú)裂紋，具有較高的抗腐蝕性 (實(shí)例6除外)，熱態(tài)強(qiáng)度高、抗熱震性能好、使用周期長(zhǎng)、成本相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)施例中的抗腐蝕測(cè)試實(shí)驗(yàn)條件是材料直接面對(duì)熔融態(tài)電解質(zhì)液面，與電解質(zhì)液面間距小于2cm，溫度為800°C，電解質(zhì)表面沒(méi)有結(jié)殼。
權(quán)利要求
1.惰性陽(yáng)極鋁電解槽用不定型耐火耐蝕材料，其特征在于該材料是采用燒結(jié)板狀剛玉顆粒做骨料，用選自燒結(jié)板狀剛玉細(xì)粉、鎂鋁尖晶石細(xì)粉、具有不同粒度分布的多峰煅燒氧化鋁微粉、活性氧化鋁微粉、活性P -A1203微粉、分散性氧化鋁微粉以及純鋁酸鈣水泥中的幾種粉狀物做基質(zhì)，選用纖維做增強(qiáng)、增韌劑，進(jìn)行混配而成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的惰性陽(yáng)極鋁電解槽用不定型耐火耐蝕材料，其特征在于所述的物料中，做骨料的燒結(jié)板狀剛玉顆粒所占的重量比例為689Γ72% ；做基質(zhì)的粉狀物所占的重量比例為觀% 32% ；做增強(qiáng)、增韌劑的纖維所占的重量比例為；余量為做基質(zhì)的粉狀物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的惰性陽(yáng)極鋁電解槽用不定型耐火耐蝕材料，其特征在于所述的做骨料燒結(jié)板狀剛玉顆粒中，粒徑為3-6mm的燒結(jié)板狀剛玉顆粒料所占的重量比為 0% 30% ；粒徑為l-3mm的燒結(jié)板狀剛玉顆粒料所占的重量比為18% 46% ；粒徑為O-Imm的燒結(jié)板狀剛玉顆粒料所占的重量比為129Γ25% ；粒徑為0-0. 5mm的燒結(jié)板狀剛玉顆粒料所占的重量比為0% 6%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的惰性陽(yáng)極鋁電解槽用不定型耐火耐蝕材料，其特征在于所述的做基質(zhì)粉狀物中重量比組成包括粒徑<0. 045mm燒結(jié)板狀剛玉細(xì)粉89Γ18% ；尖晶石細(xì)粉 09Γ5% ；煅燒氧化鋁微粉29Γ12% ；活性氧化鋁微粉；活性P - Al2O3微粉0°/Γ5% ’分散性氧化鋁微粉1% ；純鋁酸鈣水泥29Γ5%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的惰性陽(yáng)極鋁電解槽用不定型耐火耐蝕材料，其特征在于所述的尖晶石細(xì)粉的平均粒度為小于0. 045mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的惰性陽(yáng)極鋁電解槽用不定型耐火耐蝕材料，其特征在于所述的煅燒氧化鋁微粉的平均粒度為小于0. 02mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的惰性陽(yáng)極鋁電解槽用不定型耐火耐蝕材料，其特征在于所述的活性氧化鋁微粉的平均粒度為小于0. 0012mm，采用特殊的煅燒方法進(jìn)行活化的，使其具有良好的燒結(jié)活性。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的惰性陽(yáng)極鋁電解槽用不定型耐火耐蝕材料，其特征在于所述的活性P - Al2O3微粉的平均粒度為小于0.005mm，采用特殊的煅燒方法進(jìn)行活化的，使其具有良好的親水活性。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的惰性陽(yáng)極鋁電解槽用不定型耐火耐蝕材料，其特征在于所述的分散性氧化鋁微粉的粒度為小于0. 010mm，其作用能降低用水量、提高流動(dòng)性，并能夠根據(jù)氣候條件調(diào)節(jié)施工和凝固時(shí)間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的惰性陽(yáng)極鋁電解槽用不定型耐火耐蝕材料，其特征在于所述的燒結(jié)板狀剛玉的Al2O3重量含量彡99. 4%，鎂鋁尖晶石細(xì)粉的Al2O3重量含量彡74%，煅燒氧化鋁微粉的Al2O3重量含量彡99. 5%，活性P - Al2O3微粉的Al2O3去除灼減后的重量含量> 99. 8%，分散性氧化鋁的Al2O3重量含量> 80%,純鋁酸鈣水泥的Al2O3重量含量> 70%。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的惰性陽(yáng)極鋁電解槽用不定型耐火耐蝕材料，其特征在于所述的纖維為碳纖維、碳化硅纖維、硅酸鋁纖維、氧化鋁纖維、鋁纖維中的一種或多種；其纖維直徑小于lOOum，長(zhǎng)度小于2mm。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的惰性陽(yáng)極鋁電解槽用不定型耐火耐蝕材料，其特征在于所述的作基質(zhì)的粉狀料的氧化鋁綜合純度大于95%，硅元素含量小于0. 1%，氧化鈣含量小于·1. 5%，氧化鈉含量小于0. 5%，氧化鐵含量小于0. 1%。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的惰性陽(yáng)極鋁電解槽用不定型耐火耐蝕材料的制備方法，其特征在于其制備過(guò)程是將不同粒級(jí)的骨料和基質(zhì)分別單獨(dú)混合好后，再到攪拌機(jī)中均勻混
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的惰性陽(yáng)極鋁電解槽用不定型耐火耐蝕材料的制備方法，其特征在于其制備過(guò)程先將骨料在攪拌機(jī)中混合均勻后，再將分散性氧化鋁和純鋁酸鈣水泥需要預(yù)混后，再與基質(zhì)中的其它粉狀料加入攪拌機(jī)中進(jìn)行均勻混合。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的惰性陽(yáng)極鋁電解槽用不定型耐火耐蝕材料的制備方法，其特征在于其制備過(guò)程是在使用現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行混合，用攪拌機(jī)加水?dāng)嚢?，用干凈的自?lái)水或純凈水，水溫大于5°C，施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境溫度大于5°C，澆筑后養(yǎng)護(hù)16—48小時(shí)后，脫模并進(jìn)行烘干處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種惰性陽(yáng)極鋁電解槽用不定型耐火耐蝕材料及其制作方法，其特征在于該材料是采用燒結(jié)板狀剛玉顆粒做骨料，用選自燒結(jié)板狀剛玉細(xì)粉、鎂鋁尖晶石細(xì)粉、具有不同粒度分布的多峰煅燒氧化鋁微粉、活性氧化鋁微粉、活性ρ-Al2O3微粉、分散性氧化鋁微粉以及純鋁酸鈣水泥中的幾種粉狀物做基質(zhì)，選用纖維做增強(qiáng)、增韌劑，進(jìn)行混配而成的。本發(fā)明的不定型耐火耐蝕材料，能較好抵抗電解質(zhì)氣氛腐蝕，具有熱態(tài)強(qiáng)度高、抗熱震性能好、易實(shí)施、使用周期長(zhǎng)、成本相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)。適用于工業(yè)化惰性陽(yáng)極鋁電解槽的保溫和密封，特別是用于電解槽上部，直接面對(duì)熔融電解質(zhì)液面，有電解質(zhì)氣氛侵蝕的區(qū)域。
文檔編號(hào)C04B35/66GK102344291SQ20111016665
公開(kāi)日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2011年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月21日
發(fā)明者丁成棟, 包生重, 李旺興, 楊建紅, 梁玉東 申請(qǐng)人:中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司