專利名稱：一種導(dǎo)熱系數(shù)可調(diào)的鋁電解槽側(cè)襯材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋁電解槽側(cè)襯材料，具體涉及一種導(dǎo)熱系數(shù)可調(diào)的鋁電解槽側(cè)襯材料。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在鋁電解槽側(cè)襯采用的的主流材料為氮化硅結(jié)合碳化硅材料，該材料具有優(yōu)異的抗冰晶石侵蝕能力，但由于其導(dǎo)熱系數(shù)高，使用其作為側(cè)襯材料的鋁電解槽屬于散熱型鋁電解槽，其缺點(diǎn)是能耗高。而節(jié)能降耗歷來都是鋁電解行業(yè)生產(chǎn)管理的焦點(diǎn)和難點(diǎn)，關(guān)系著企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，是提高企業(yè)生存和競(jìng)爭(zhēng)能力的手段，更是實(shí)現(xiàn)向資源節(jié)約型企業(yè)發(fā)展的必由之路，近年來，由于電力供應(yīng)持續(xù)緊張以及電解鋁的產(chǎn)能持續(xù)擴(kuò)張，節(jié)能問題引起更多業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注，當(dāng)前國家從節(jié)能減排和建立資源節(jié)約型社會(huì)考慮，相繼出臺(tái)了對(duì)鋁電解槽行業(yè)能耗方面的有關(guān)限制性政策，因此電解鋁行業(yè)節(jié)能工作在生產(chǎn)經(jīng)營中顯得更為重要。這就需要研發(fā)一種鋁電解槽側(cè)襯材料，既要有良好的抗冰晶石侵蝕能力，又要具有相對(duì)較低的導(dǎo)熱系數(shù)，以便在維持整個(gè)鋁電解槽穩(wěn)定生產(chǎn)的同時(shí)，減少通過側(cè)襯向外界環(huán)境的散熱，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，既有利于降低環(huán)境污染，又有利于節(jié)約生產(chǎn)成本，從而實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。氮化硅結(jié)合碳化硅材料和賽隆結(jié)合氧化鋁空心球材料是目前耐火材料行業(yè)內(nèi)普遍成熟的技術(shù)，在鋁電解槽、大型煉鐵高爐及陶瓷窯爐等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。其中，中鋼集團(tuán)洛陽耐火材料研究院有限公司、洛陽科冠耐火材料有限公司、山東宇佳新材料有限公司、河南鉅洋耐火材料有限公司等均可以生產(chǎn)氮化硅結(jié)合碳化硅材料，中鋼集團(tuán)洛陽耐火材料研究院有限公司、東臺(tái)市富爾特高溫材料制造有限公司也可以生產(chǎn)賽隆結(jié)合氧化鋁空心球材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種導(dǎo)熱系數(shù)可調(diào)的鋁電解槽側(cè)襯材料，解決現(xiàn)有氮化硅結(jié)合碳化硅鋁電解槽側(cè)襯材料所存在的能耗高的問題。本發(fā)明完成其發(fā)明任務(wù)所采取的技術(shù)方案是一種導(dǎo)熱系數(shù)可調(diào)的鋁電解槽側(cè)襯材料，所述的鋁電解槽側(cè)襯材料為氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)合賽隆結(jié)合氧化鋁空心球，以氮化硅結(jié)合碳化硅材料為工作面，以賽隆結(jié)合氧化鋁空心球?yàn)楸貙?，根?jù)氮化硅結(jié)合碳化硅材料、賽隆結(jié)合氧化鋁空心球材料厚度的改變調(diào)節(jié)導(dǎo)熱系數(shù)；充分利用氮化硅結(jié)合碳化硅材料的優(yōu)異的抗冰晶石侵蝕性能以及賽隆結(jié)合氧化鋁空心球的低導(dǎo)熱性能，將氮化硅結(jié)合碳化硅材料和賽隆結(jié)合氧化鋁空心球材料制備時(shí)一體成型，整體燒成，得到一種既有良好的抗冰晶石侵蝕性能又有較低的導(dǎo)熱系數(shù)并且可調(diào)的氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)合賽隆結(jié)合氧化鋁空心球材料。本發(fā)明提出的導(dǎo)熱系數(shù)可調(diào)的鋁電解槽側(cè)襯材料，以氮化硅結(jié)合碳化硅材料為工作面，以賽隆結(jié)合氧化鋁空心球材料為保溫層，可以根據(jù)不同的導(dǎo)熱系數(shù)需求，調(diào)節(jié)制品氮化硅結(jié)合碳化硅和賽隆結(jié)合氧化鋁空心球兩部分的厚度，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱系數(shù)的可控調(diào)節(jié)。 由于氮化硅結(jié)合碳化硅材料和賽隆結(jié)合氧化鋁空心球材料均屬于氮化物結(jié)合耐火材料，性質(zhì)相似，可以在兩種材料交界處形成緊密界面結(jié)合，整體性良好。氮化硅結(jié)合碳化硅制品是以硅粉和不同粒度的碳化硅為主要原料，經(jīng)混練成型在氮?dú)鈿夥罩型ㄟ^硅粉氮化反應(yīng)形成以氮化硅為結(jié)合相的碳化硅制品。賽隆結(jié)合氧化鋁空心球是以硅粉、氧化鋁微粉和不同粒度的氧化鋁空心球?yàn)橹饕?，?jīng)混練成型在氮?dú)鈿夥罩型ㄟ^硅粉氮化反應(yīng)形成氮化硅并和氧化鋁微粉發(fā)生固溶反應(yīng)生成賽隆做結(jié)合相，得到賽隆結(jié)合氧化鋁空心球。由于材料整體成型，在兩種材料交界面處同時(shí)存在硅粉、氧化鋁微粉、碳化硅顆粒、氧化鋁空心球，會(huì)由于硅粉氮化反應(yīng)生成氮化硅并和氧化鋁微粉固溶生成賽隆將碳化硅顆粒結(jié)合在一起，形成賽隆結(jié)合碳化硅過渡帶，從而將氮化硅結(jié)合碳化硅材料和賽隆結(jié)合氧化鋁空心球材料緊密的、有機(jī)的結(jié)合在一起，得到整體性良好的材料。其中氮化硅結(jié)合碳化硅材料和賽隆結(jié)合碳化硅材料的性質(zhì)極為相似，尤其是導(dǎo)熱系數(shù)非常接近，都比較高。而賽隆結(jié)合氧化鋁空心球的導(dǎo)熱系數(shù)很低。在設(shè)計(jì)方案時(shí)，為了簡(jiǎn)便起見，氮化硅結(jié)合碳化硅材料和賽隆結(jié)合碳化硅材料的導(dǎo)熱系數(shù)取同一個(gè)數(shù)值，賽隆結(jié)合氧化鋁空心球的導(dǎo)熱系數(shù)取另外一個(gè)數(shù)值。根據(jù)多層復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)估算公式，設(shè)氮化硅結(jié)合碳化硅材料(記為SN)的導(dǎo)熱系數(shù)為kl，厚度為hl，賽隆結(jié)合氧化鋁空心球材料(記為SA)的導(dǎo)熱系數(shù)為k2，厚度為h2，整體材料的導(dǎo)熱系數(shù)為K，厚度為H=hhh2，則整體材料的導(dǎo)熱系數(shù)滿足以下公式H/ K=hl/kl+h2/k2。由于鋁電解槽的工作溫度為1000°C左右，取1000°C氮化硅結(jié)合碳化硅材料的導(dǎo)熱系數(shù)為18w· (n^k)—1，1000°C賽隆結(jié)合氧化鋁空心球的導(dǎo)熱系數(shù)為lw· (n^k)—1， 只要根據(jù)需要改變兩部分的厚度即可得到導(dǎo)熱系數(shù)小于單純氮化硅結(jié)合碳化硅材料并且可以可控調(diào)節(jié)的氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)合賽隆結(jié)合氧化鋁空心球材料。所述氮化硅結(jié)合碳化硅材料的厚度為6(T90mm，所述賽隆結(jié)合氧化鋁空心球材料的厚度為3(T60mm。通過調(diào)節(jié)兩種材料的厚度，導(dǎo)熱系數(shù)可以實(shí)現(xiàn)從單純氮化硅結(jié)合碳化硅材料的 18w · (m · k)、降低到1. 9w · (m ·4 w · (m · k)—1，由于工作面的材料仍然采用的是氮化硅結(jié)合碳化硅材料，所以其抗冰晶石侵蝕的性能可以得到保證，而使用這種導(dǎo)熱系數(shù)低且可根據(jù)不同的鋁電解槽工藝參數(shù)可以可控調(diào)節(jié)的整體材料，一方面可以降低爐襯在電解槽正常運(yùn)行期間的散熱，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，另一方面可根據(jù)不同地域的經(jīng)濟(jì)政策以及不同爐況等工藝條件，設(shè)計(jì)具有不同導(dǎo)熱系數(shù)的鋁電解槽側(cè)襯材料，適應(yīng)當(dāng)前國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需求，為實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗提供了一種途徑。本發(fā)明的技術(shù)方案涉及以氮化硅結(jié)合碳化硅材料為工作面，以賽隆結(jié)合氧化鋁空心球?yàn)楸貙拥牡杞Y(jié)合碳化硅復(fù)合賽隆結(jié)合氧化鋁空心球的鋁電解槽側(cè)襯材料，本發(fā)明的技術(shù)方案中，所涉及的氮化硅結(jié)合碳化硅材料和賽隆結(jié)合氧化鋁空心球材料是目前耐火材料行業(yè)內(nèi)普遍成熟的技術(shù)，在鋁電解槽、大型煉鐵高爐及陶瓷窯爐等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。如洛陽科冠耐火材料有限公司、山東宇佳新材料有限公司、河南鉅洋耐火材料有限公司等生產(chǎn)氮化硅結(jié)合碳化硅材料，中鋼集團(tuán)洛陽耐火材料研究院有限公司、東臺(tái)市富爾特高溫材料制造有限公司生產(chǎn)賽隆結(jié)合氧化鋁空心球材料。
具體實(shí)施方式
結(jié)合給出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明加以說明，但不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制。
具體實(shí)施例實(shí)施例1
將 1. 43 2. 5mm 的 SiC 顆粒 15%，0. 5 1. 43mm 的 SiC 顆粒 40%，0. 1 0. 5mm 的 SiC 顆粒20%，小于0. 088mm的SiC細(xì)粉10%，小于0. 045mm的Si粉15%，外加2. 4%木質(zhì)素磺酸鈣和0. 8%糊精做結(jié)合劑，放入混練機(jī)中干混5分鐘，加入水2. 3%，混15分鐘。得到制備氮化硅結(jié)合碳化硅材料的原料備用。將3 5mm的氧化鋁空心球10%，廣3mm的氧化鋁空心球40%，0. 2 Imm的氧化鋁空心球20%，小于0. 045mm的Si粉10%，D50為2. 611 μ m的氧化鋁微粉8%，小于0. 088mm的氧化鋁細(xì)粉12%，外加3. 0%木質(zhì)素磺酸鈣做結(jié)合劑，放入混練機(jī)中干混5分鐘，加入水2. 4%，混 15分鐘。得到制備賽隆結(jié)合氧化鋁空心球材料的原料備用。根據(jù)導(dǎo)熱系數(shù)的要求，將兩種材料的原料分層放進(jìn)模具中成型，
然后脫模。將坯體置于80°C烘干10小時(shí)，120°C烘干10小時(shí)。將烘好的坯體裝入窯中于氮?dú)鈿夥障伦罡邷囟?400°C保溫8小時(shí)燒成。所制備材料的氮化硅結(jié)合碳化硅部分的厚度為90mm，賽隆結(jié)合氧化鋁空心球部分的厚度為30mm，導(dǎo)熱系數(shù)為3. 4 w · (m · k)—1。實(shí)施例2
將 1. 43 2. 5mm 的 SiC 顆粒 15%，0. 5 1. 43mm 的 SiC 顆粒 40%，0. 1 0. 5mm 的 SiC 顆粒15%，小于0. 088mm的SiC細(xì)粉15%，小于0. 045mm的Si粉15%，外加2. 5%木質(zhì)素磺酸鈣和0. 6%糊精做結(jié)合劑，放入混練機(jī)中干混5分鐘，加入水2. 5%，混15分鐘。得到制備氮化硅結(jié)合碳化硅材料的原料備用。將3 5mm的氧化鋁空心球10%，廣3mm的氧化鋁空心球35%，0. 2 Imm的氧化鋁空心球25%，小于0. 045mm的Si粉10%，D50為4. 512 μ m的氧化鋁微粉8%，小于0. 088mm的氧化鋁細(xì)粉12%，外加2. 9%木質(zhì)素磺酸鈣做結(jié)合劑，放入混練機(jī)中干混5分鐘，加入水2. 3%，混 15分鐘。得到制備賽隆結(jié)合氧化鋁空心球材料的原料備用。根據(jù)導(dǎo)熱系數(shù)的要求，將兩種材料的原料分層放進(jìn)模具中成型，
然后脫模。將坯體置于80°C烘干8小時(shí)，120°C烘干12小時(shí)。將烘好的坯體裝入窯中于氮?dú)鈿夥障伦罡邷囟?420°C保溫8小時(shí)燒成。所制備材料的氮化硅結(jié)合碳化硅部分的厚度為80mm，賽隆結(jié)合氧化鋁空心球部分的厚度為40mm，導(dǎo)熱系數(shù)為2. 7 w · (m · k)—1。實(shí)施例3
將 1. 43 2. 5mm 的 SiC 顆粒 15%，0. 5 1. 43mm 的 SiC 顆粒；35%，0. 1 0. 5mm 的 SiC 顆粒20%，小于0. 088mm的SiC細(xì)粉15%，小于0. 045mm的Si粉15%，外加2. 6%木質(zhì)素磺酸鈣和0. 5%糊精做結(jié)合劑，放入混練機(jī)中干混5分鐘，加入水2. 6%，混15分鐘。得到制備氮化硅結(jié)合碳化硅材料的原料備用。將3 5mm的氧化鋁空心球12%，廣3mm的氧化鋁空心球38%，0. 2 Imm的氧化鋁空心球20%，小于0. 045mm的Si粉12%，D50為1. 017 μ m的氧化鋁微粉8%，小于0. 088mm的氧化鋁細(xì)粉10%，外加3. 木質(zhì)素磺酸鈣做結(jié)合劑，放入混練機(jī)中干混5分鐘，加入水2. 5%，混 15分鐘。得到制備賽隆結(jié)合氧化鋁空心球材料的原料備用。根據(jù)導(dǎo)熱系數(shù)的要求，將兩種材料的原料分層放進(jìn)模具中成型，然后脫模。將坯體置于80°C烘干10小時(shí)，120°C烘干12小時(shí)。將烘好的坯體裝入窯中于氮?dú)鈿夥障伦罡邷囟?440°C保溫6小時(shí)燒成。所制備材料的氮化硅結(jié)合碳化硅部分的厚度為70mm，賽隆結(jié)合氧化鋁空心球部分的厚度為50mm，導(dǎo)熱系數(shù)為2. 2 w · (m · k)—1。實(shí)施例4
將 1. 43 2. 5mm 的 SiC 顆粒 10%，0. 5 1. 43mm 的 SiC 顆粒 45%，0. 1 0. 5mm 的 SiC 顆粒20%，小于0. 088mm的SiC細(xì)粉10%，小于0. 045mm的Si粉15%，外加2. 7%木質(zhì)素磺酸鈣和0. 3%糊精做結(jié)合劑，放入混練機(jī)中干混5分鐘，加入水2. 3%，混15分鐘。得到制備氮化硅結(jié)合碳化硅材料的原料備用。將3 5mm的氧化鋁空心球10%，廣3mm的氧化鋁空心球40%，0. 2 Imm的氧化鋁空心球20%，小于0. 045mm的Si粉13%，D50為2. 611 μ m的氧化鋁微粉5%，小于0. 088mm的氧化鋁細(xì)粉12%，外加3. 0%木質(zhì)素磺酸鈣做結(jié)合劑，放入混練機(jī)中干混5分鐘，加入水2. 3%，混 15分鐘。得到制備賽隆結(jié)合氧化鋁空心球材料的原料備用。根據(jù)導(dǎo)熱系數(shù)的要求，將兩種材料的原料分層放進(jìn)模具中成型，然后脫模。將坯體置于80°C烘干10小時(shí)，120°C烘干10小時(shí)。將烘好的坯體裝入窯中于氮?dú)鈿夥障伦罡邷囟?1400°C保溫8小時(shí)燒成。所制備材料的氮化硅結(jié)合碳化硅部分的厚度為60mm，賽隆結(jié)合氧化鋁空心球部分的厚度為60mm，導(dǎo)熱系數(shù)為1. 9 w · (m · k)—1。
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)熱系數(shù)可調(diào)的鋁電解槽側(cè)襯材料，其特征在于所述的鋁電解槽側(cè)襯材料為氮化硅結(jié)合碳化硅材料復(fù)合賽隆結(jié)合氧化鋁空心球材料；以氮化硅結(jié)合碳化硅材料為工作面，以賽隆結(jié)合氧化鋁空心球?yàn)楸貙?，根?jù)氮化硅結(jié)合碳化硅材料、賽隆結(jié)合氧化鋁空心球材料厚度的改變調(diào)節(jié)導(dǎo)熱系數(shù)；充分利用氮化硅結(jié)合碳化硅材料的優(yōu)異的抗冰晶石侵蝕性能以及賽隆結(jié)合氧化鋁空心球的低導(dǎo)熱性能，將氮化硅結(jié)合碳化硅材料和賽隆結(jié)合氧化鋁空心球材料制備時(shí)一體成型，整體燒成，得到一種既有良好的抗冰晶石侵蝕性能又有較低的導(dǎo)熱系數(shù)并且可調(diào)的氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)合賽隆結(jié)合氧化鋁空心球材料。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)熱系數(shù)可調(diào)的鋁電解槽側(cè)襯材料，其特征在于作為鋁電解槽側(cè)襯工作面的氮化硅結(jié)合碳化硅材料的厚度為6(T90mm，作為鋁電解槽側(cè)襯保溫層的賽隆結(jié)合氧化鋁空心球材料的厚度為3(T60mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋁電解槽側(cè)襯材料，涉及的一種導(dǎo)熱系數(shù)可調(diào)的鋁電解槽側(cè)襯材料，為氮化硅結(jié)合碳化硅材料復(fù)合賽隆結(jié)合氧化鋁空心球材料；以氮化硅結(jié)合碳化硅材料為工作面，以賽隆結(jié)合氧化鋁空心球?yàn)楸貙?，根?jù)氮化硅結(jié)合碳化硅材料、賽隆結(jié)合氧化鋁空心球材料厚度的改變調(diào)節(jié)導(dǎo)熱系數(shù)；充分利用氮化硅結(jié)合碳化硅材料的優(yōu)異的抗冰晶石侵蝕性能以及賽隆結(jié)合氧化鋁空心球的低導(dǎo)熱性能，將氮化硅結(jié)合碳化硅材料和賽隆結(jié)合氧化鋁空心球材料制備時(shí)一體成型，整體燒成，得到一種既有良好的抗冰晶石侵蝕性能又有較低的導(dǎo)熱系數(shù)并且可調(diào)的氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)合賽隆結(jié)合氧化鋁空心球材料。
文檔編號(hào)C25C3/08GK102515766SQ20111033839
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月1日
發(fā)明者吳吉光, 張新華, 曹會(huì)彥, 李 杰, 王建波, 黃志剛 申請(qǐng)人:中鋼集團(tuán)洛陽耐火材料研究院有限公司