專利名稱：一種鋁電解槽側(cè)墻用不燒SiC-C磚及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁電解槽側(cè)墻用不燒SiC-C硅及制作方法，屬于SiC基耐火材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電解鋁工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一，在當今社會發(fā)展中起到了重要作用。鋁電解槽側(cè)墻目前使用的耐火材料是碳質(zhì)耐火磚、氮化硅結(jié)合碳化硅耐火磚、氮化娃結(jié)合碳化娃耐火磚和碳質(zhì)耐火磚復(fù)合的復(fù)合磚結(jié)構(gòu)。碳質(zhì)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，而氮化硅結(jié)合碳化硅耐火磚抗冰晶石電解質(zhì)溶液侵蝕 能力不是非常令人滿意，國內(nèi)的鋁電解槽槽體的設(shè)計壽命一般低于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(xiàn)在氮化硅結(jié)合碳化硅耐火磚抗冰晶石電解質(zhì)溶液侵蝕能力較差。通常采取方法是增加氮化娃結(jié)合碳化娃耐火磚的厚度來延長氮化娃結(jié)合碳化娃耐火磚的工作壽命。但是，增加氮化硅結(jié)合碳化硅耐火磚的厚度除了增加電解鋁槽側(cè)墻的用磚成本外，還給氮化娃結(jié)合碳化娃耐火磚的制造工藝增加了很多困難。隨著氮化娃結(jié)合碳化娃耐火磚厚度的增力口，在磚體燒結(jié)過程中氮氣不能有效地滲透到磚體內(nèi)部并與硅粉體發(fā)生氮化反應(yīng)生成氮化娃結(jié)合相，容易造成氮化娃結(jié)合碳化娃耐火磚內(nèi)部娃粉氮化不完全、磚體分層、磚體夾心、磚體強度等質(zhì)量問題，從而直接影響氮化硅結(jié)合碳化硅耐火磚的質(zhì)量和使用效果。為此，清華大學(xué)提出了含有ZrB2材料和TiB2材料補強Si3N4結(jié)合SiC磚，以替代普通的Si3N4結(jié)合的SiC磚(CN1562883A)。在鋁電解槽側(cè)墻用氮化硅結(jié)合碳化硅耐火磚體中添加含ZrB2材料和TiB2材料，可以大大提高氮化硅結(jié)合碳化硅耐火磚抗冰晶石電解質(zhì)溶液侵蝕和滲透的能力，從而有效減緩氮化硅結(jié)合碳化硅耐火磚遭受鋁電解槽內(nèi)冰晶石電解質(zhì)溶液侵蝕的速度，達到明顯延長含含ZrB2材料和TiB2材料的新型氮化硅結(jié)合碳化硅耐火磚使用壽命的目的。同時，避免了通過增加氮化硅結(jié)合碳化硅耐火磚的厚度來彌補氮化硅結(jié)合碳化硅耐火磚工作壽命的缺陷，保證了含ZrB2材料和TiB2材料的新型氮化硅結(jié)合碳化硅耐火磚質(zhì)量的一致性和穩(wěn)定性。但是這種材料的成本卻大大增加，影響了它的推廣應(yīng)用。又如中國鋁業(yè)股份有限公司提出了鋁電解槽槽側(cè)內(nèi)襯復(fù)合側(cè)塊的申請(CN1238567C)，所述復(fù)合側(cè)塊是將SiC磚與普通碳塊上下放置，組成復(fù)合側(cè)塊，碳化硅磚與普通碳塊的厚度比例為5-7 5-3。據(jù)稱可以比純SiC磚節(jié)約投資30-50%，槽壽命可達2000天以上。再如東北大學(xué)提出的鋁電解槽的廢舊碳化硅側(cè)壁材料的處理方法(申請?zhí)?01010571952. 0)，首先將鋁電解槽的廢舊碳化硅磚進行剝離，分為腐蝕部分和未腐蝕部分；然后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(huán)到一次洗滌過程中用作洗液；一次濾液經(jīng)蒸發(fā)濃縮后得到氟化鈉含量〈O. 15wt%的硅酸鈉濃縮液，或通過添加CaCl2生成硅酸鈣和氟化鈣沉淀；對硅酸鈣和氟化鈣沉淀進行洗滌和過濾，得到主要成分是硅酸鈣的濾渣和三次濾液，三次濾液循環(huán)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(cè)墻仍多般使用碳塊或氮化硅結(jié)合的碳化硅制品。前者使用壽命為3-5年，后者為5-7年。前者價格低廉，后者價格高昂。氮化硅結(jié)合的碳化硅雖然是高性能的產(chǎn)品，隨著這種技術(shù)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(fā)明擬提供一種鋁電解槽用不燒碳化硅-碳制品。用它代替氮化硅結(jié)合的碳化硅制品。它顯著減少了投資，降低了能耗，提高了使用壽命和性價比，而制造成本可以降低15%以上。且不燒SiC-C用于鋁電解槽鮮有報道，從而引得出本發(fā)明的構(gòu)思。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鋁電解槽側(cè)墻用不燒SiC-C磚及制作方法。 本發(fā)明是鋁電解槽側(cè)墻用的不燒SiC-C磚。該產(chǎn)品是以碳化硅、石墨和金屬硅粉為原料，外加一定量結(jié)合剤，按照碳化硅45-97 %，石墨2. 9-50 %，余量為硅粉(均為質(zhì)量百分數(shù))的配比和外加碳素結(jié)合劑2. 5-8%進行混料，混料是在混料機內(nèi)進行的，混合好料后，在壓磚機上進行成型。成型好的坯體經(jīng)過低溫固化處理后，得到產(chǎn)品。該產(chǎn)品應(yīng)用在鋁電解槽側(cè)墻，耐侵蝕好，比氮化硅結(jié)合的碳化硅耐侵蝕性提高20%以上，而成本卻可降低15%以上，是ー類既環(huán)保而又節(jié)能的產(chǎn)品。所指的碳化硅是純度為90%以上的碳化硅原料，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(zhì)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；所述的硅粉，要求它的純度為95%以上。粒度小于O. 088mm;Fe203含量〈O. 5% ;所述的碳素結(jié)合劑，可以是酚醛樹脂、呋喃樹脂或改性浙青樹脂結(jié)合劑之ー以及組合。它的粘度為l_20Pa. S，殘?zhí)剂看笥?0%，在42-55%之間為最好；所述的低溫固化的溫度在120-300° C內(nèi)。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后磚坯的水分控制在小于O. 3%以內(nèi)。本發(fā)明提供的不燒SiC-C磚的導(dǎo)熱率比氮化硅結(jié)合的碳化硅高，導(dǎo)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(zhì)的凝固也顯著降低了侵蝕速度。SiC-C磚的石墨和碳化硅抗氟鋁酸鈉的侵蝕能力比氮化硅強，因此與氮化硅結(jié)合的碳化硅磚相比較，該產(chǎn)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(wěn)定性和抗氧化性以及抗渣的侵蝕性，因此它在SiC-C磚中發(fā)揮更耐用的作用。同樣石墨與氮化硅結(jié)合碳化硅磚中的氮化硅相比較，它具有更高的抗含氟化物的侵蝕，因此與Si3N4結(jié)合碳化硅磚相比較，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(cè)墻的侵蝕速度與制品的顯氣孔率成直接的線性關(guān)系。顯氣孔率越高，侵蝕速度越快，使用壽命越低。而一般氮化硅結(jié)合碳化硅制品的顯氣孔率為16%，而本發(fā)明提供的不燒SiC-C制品的顯氣孔率最高< 10%，本發(fā)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(yīng)該明顯地高。從導(dǎo)熱率、顯氣孔率和抗侵蝕組分(抗侵蝕成分好壞次序為石墨、碳化硅、氮化硅)來看，本發(fā)明提供的SiC-C磚導(dǎo)熱率高，易形成渣凝固層，提高了抗氧化性和抗侵蝕性；致密度高，提高了抗氧化性和抗侵蝕性；利用致密度高和碳化硅抗氧化保護作用，保護了石墨免于氧化，發(fā)揮了抗侵蝕性好的特點。因此使用壽命顯著高。同時本發(fā)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(dǎo)熱性，抗氧化性和抗侵蝕性、硅細粉又提高了SiC-C磚的熱態(tài)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(fā)明的實質(zhì)性特點和顯著的進步，但 絕非僅局限于實施例。本發(fā)明的具體實施例機比較例列于表1，實施例均為不燒SiC-C磚，從所列產(chǎn)品的性能，如顯氣孔率明顯低于比較例，導(dǎo)熱系數(shù)大于比較例，而耐壓強度又高于對比例，所以本發(fā)明提供的SiC-C磚不僅成本降低，環(huán)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 碳化硅97 79 67.5 45 85
細硅粉0.1 I 2.5 5 15
石墨2 9 20 30 50
焦炭Ilil9權(quán)利要求
1.一種鋁電解槽側(cè)墻用不燒SiC-C磚，其特征在于所述的SiC-C不燒磚以碳化硅、石墨和金屬硅粉為原料，外加碳素結(jié)合劑，具體質(zhì)量百分組成為SiC45-97%石墨2.9-50%硅粉余量外加碳素結(jié)合劑2. 5-8%。
2.按權(quán)利要求I所述的不燒SiC-C磚，其特征在于 a)所述的碳化硅為顆粒級配，顆粒級配的質(zhì)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)所述的娃粉粒度小于O.088mm ； d)所述碳素結(jié)合劑的粘度為l_20Pa· S，殘?zhí)剂看笥?0%。
3.按權(quán)利要求I或2所述的不燒SiC-C磚，其特征在于 a)所述的碳化硅純度為90%以上； b)所述的石墨純度為90%以上，粒度為彡O.6mm ； c)所述的硅粉純度為95%以上，F(xiàn)e2O3含量〈O.5% ； d)所述的碳素結(jié)合劑為酚醛樹脂、呋喃樹脂或改性浙青樹脂。
4.按權(quán)利要求I或2所述的不燒SiC-C磚，其特征在于 a)所述的碳化硅純度為97-98%以上； b)所述的石墨純度>95%以上，粒度為彡O.15mm。
5.按權(quán)利要求3所述的不燒SiC-C磚，其特征在于 a)所述的碳化硅純度為97-98%以上； b)所述的石墨純度>95%以上，粒度為彡O.15mm。
6.按權(quán)利要求3所述的不燒SiC-C磚，其特征在于所述的碳素結(jié)合劑的殘?zhí)剂繛?2-45%ο
7.制備如權(quán)利要求I或2所述的不燒SiC-C磚，其特征在于將SiC、石墨和硅粉及外加碳素結(jié)合劑按比例在混料機內(nèi)混料，混料后再用壓磚機成型，成型后的磚坯經(jīng)120-300°C低溫固化處理。
8.按權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于 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(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于低溫固化后磚坯的水份控制在小于O.3%以內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋁電解槽用不燒SiC-C磚，其特征在于所述的SiC-C不燒磚以碳化硅、石墨和金屬硅粉為原料，外加碳素結(jié)合劑，具體質(zhì)量百分組成為SiC 45-97%，石墨2.9-50%，硅粉余量，外加碳素結(jié)合劑2.5-8%。且SiC為顆粒級配。本發(fā)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(dǎo)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(yōu)先權(quán)日2012年6月8日
發(fā)明者劉金朋, 林強, 田云鵬, 田守信 申請人:上?？氯鹨苯馉t料有限公司, 山東柯信新材料有限公司, 陽谷信民耐火材料有限公司