CN102603341A

CN102603341A - 用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖及其制备方法

Info

Publication number: CN102603341A
Application number: CN2012101001021A
Authority: CN
Inventors: 李亚伟; 徐义彪; 桑绍柏; 李远兵; 赵雷; 李淑静
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date: 2012-04-09
Filing date: 2012-04-09
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2032-04-09
Also published as: CN102603341B

Abstract

本发明具体涉及一种用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖及其制备方法。其技术方案是：先以79~91wt%的工业氧化铝粉、5~14wt%的轻烧氧化镁粉和4~10wt%的工业纯碱为原料，外加所述原料2~12wt%的铁酸镍细粉，搅拌均匀；放入电弧炉内，升温至1850~1880℃，保温80~100分钟，再将炉温升至2250~2290℃，保温30~40分钟，先后进行两次吹氧，两次吹氧的时间间隔为20~30分钟；然后将炉温降至1860~1890℃进行浇铸，补浇；最后在隧道窑内退火9~13天，于30~70℃出窑，即得用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖。本发明所制备的用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖具有显气孔率低、抗氧化性能和抗电解质侵蚀性能优良的特点。

Description

用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖及其制备方法

技术领域

本发明属于刚玉—尖晶石砖技术领域，具体涉及一种用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖及其制备方法。

背景技术

铝电解槽中侧壁材料决定了铝电解槽的稳定性和使用寿命。传统铝电解槽的侧壁采用导热率很高的Si₃N₄结合SiC质材料砌筑，电解过程中大量的热通过该侧壁材料快速耗散，使得其表面能形成一层凝固的电解质，即炉帮。炉帮的形成避免了侧壁材料与氧化性气体和强腐蚀性的熔体直接接触，因而Si₃N₄结合SiC质材料作为铝电解槽侧壁材料已经成功用于多年。

目前铝工业采用电解钠冰晶石(Na₃AlF₆)和氧化铝的熔盐进行炼铝，由于电解温度较高(970℃左右),且电解过程中大量的热须通过侧壁材料耗散以形成保护侧壁的炉帮，所以能量消耗较大，每吨铝的用电量高达13200kWh。为减少能量耗散，实现槽温恒定，采用添加钾冰晶石(K₃AlF₆)的低温电解质，同时在电解槽外部砌筑保温材料。但在此情况下因没有大量的热通过侧壁耗散，在侧壁表面不能形成炉帮，若仍采用氮化硅结合碳化硅作为侧壁材料，其会直接与熔融电解质和氧化性气体接触。由于Si₃N₄结合SiC侧壁材料气孔率较高，抗氧化能力差，在没有炉帮保护的情况下，会与阳极放出的活性较高的氧化性气体反应生成SiO₂；SiO₂与腐蚀性很强的高温熔融电解质反应生成SiF₄气体，使得侧壁材料留下孔洞。如此反复的氧化-侵蚀过程导致了Si₃N₄结合SiC侧壁材料的严重损坏。

由上述可知，Si₃N₄结合SiC侧壁材料由于抗氧化性和抗电解质侵蚀性能较差，已不能满足基于低温电解质的新电解工艺条件下电解槽内的稳定维持，制约了铝电解新工艺的应用和发展。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种显气孔率低、抗氧化性能和抗电解质侵蚀性能优良的用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖及其制备方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：先以79~91wt%的工业氧化铝粉、5~14wt%的轻烧氧化镁粉和4~10wt%的工业纯碱为原料，外加所述原料2~12wt%的铁酸镍细粉，搅拌均匀；放入电弧炉内，升温至1850~1880℃，保温80~100分钟，再将炉温升至2250~2290℃，保温30~40分钟，先后进行两次吹氧，两次吹氧的时间间隔为20~30分钟；然后将炉温降至1860~1890℃进行浇铸，补浇；最后在隧道窑内退火9~13天，于30~70℃出窑，即得用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖。

在上述技术方案中：工业氧化铝粉的Al₂O₃含量＞96wt%，粒径＜100μm；轻烧氧化镁粉的MgO含量＞93wt%，粒径＜75μm；工业纯碱的Na₂CO₃含量＞94wt%，粒径＜100μm；铁酸镍细粉的NiFe₂O₄含量＞98wt%，粒径＜100μm。

由于采用上述技术方案，本发明制备的用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖的主要成分为Al₂O₃，所以高温抗氧化性能优良且基本不会污染铝液；采用两次吹氧工艺，保证了浇铸前溶液的纯净及均匀，提高了该熔铸刚玉—尖晶石砖的内在品质；采用补浇工艺，促使砖材内部气体排除，所以砖材结构非常致密，显气孔率很低。铁酸镍抗侵蚀性能优良，在高温下能与氧化镁及氧化铝发生固溶，加之制品结构致密，电解质在高温下很难渗透到其内部，所以抗电解质侵蚀性能优良，是理想的铝电解槽侧壁用砖体材料。

本发明所制得的用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖的体积密度为3.05~3.64g/cm³，显气孔率为1.99~3.41%，抗折强度为45.5~56.1MPa，耐压强度为188~236MPa，能有效抵挡电解质对材料的的渗透和侵蚀7200~8300小时。

因此，本发明所制备的用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖具有显气孔率低、抗氧化性能和抗电解质侵蚀性能优良的特点。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制：

为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的原料技术参数统一描述如下，具体实施例中不再赘述：工业氧化铝粉的Al₂O₃含量＞96wt%，粒径＜100μm；轻烧氧化镁粉的MgO含量＞93wt%，粒径＜75μm；工业纯碱的Na₂CO₃含量＞94wt%，粒径＜100μm；铁酸镍细粉的NiFe₂O₄含量＞98wt%，粒径＜100μm。

实施例1：

一种用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖及其制备方法。先以79~83wt%的工业氧化铝粉、11~14wt%的轻烧氧化镁粉和4~7wt%的工业纯碱为原料，外加所述原料2~4wt%的铁酸镍细粉，搅拌均匀；放入电弧炉内，升温至1870~1880℃，保温80~90分钟，再将炉温升至2250~2260℃，保温30~35分钟，先后进行两次吹氧，两次吹氧的时间间隔为20~25分钟；然后将炉温降至1860~1870℃进行浇铸，补浇；最后在隧道窑内退火9~10天，于30~40℃出窑，即得用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖。

本实施例1所制得的用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖的体积密度为3.05~3.20g/cm³，显气孔率为3.16~3.41%，抗折强度为45.5~47.5MPa，耐压强度为188~203MPa，能有效抵挡电解质对材料的的渗透和侵蚀7200~7400小时。

实施例2：

一种用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖及其制备方法。先以83~87wt%的工业氧化铝粉、8~11wt%的轻烧氧化镁粉和4~7wt%的工业纯碱为原料，外加所述原料4~6wt%的铁酸镍细粉，搅拌均匀；放入电弧炉内，升温至1860~1870℃，保温90~100分钟，再将炉温升至2260~2270℃，保温35~40分钟，先后进行两次吹氧，两次吹氧的时间间隔为25~30分钟；然后将炉温降至1870~1880℃进行浇铸，补浇；最后在隧道窑内退火10~11天，于40~50℃出窑，即得用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖。

本实施例2所制得的用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖的体积密度为3.09~3.24g/cm³，显气孔率为3.01~3.26%，抗折强度为46.5~48.5MPa，耐压强度为197~212MPa，能有效抵挡电解质对材料的的渗透和侵蚀7300~7500小时。

实施例3：

一种用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖及其制备方法。先以87~91wt%的工业氧化铝粉、5~8wt%的轻烧氧化镁粉和4~7wt%的工业纯碱为原料，外加所述原料5~7wt%的铁酸镍细粉，搅拌均匀；放入电弧炉内，升温至1870~1880℃，保温90~100分钟，再将炉温升至2270~2280℃，保温35~40分钟，先后进行两次吹氧，两次吹氧的时间间隔为25~30分钟；然后将炉温降至1880~1890℃进行浇铸，补浇；最后在隧道窑内退火11~12天，于50~60℃出窑，即得用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖。

本实施例3所制得的用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖的体积密度为3.14~3.29g/cm³，显气孔率为2.83~3.08%，抗折强度为48.4~50.4MPa，耐压强度为211~226MPa，能有效抵挡电解质对材料的的渗透和侵蚀7500~7700小时。

实施例4：

一种用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖及其制备方法。先以79~83wt%的工业氧化铝粉、8~11wt%的轻烧氧化镁粉和7~10wt%的工业纯碱为原料，外加所述原料7~9wt%的铁酸镍细粉，搅拌均匀；放入电弧炉内，升温至1870~1880℃，保温90~100分钟，再将炉温升至2280~2290℃，保温30~35分钟，先后进行两次吹氧，两次吹氧的时间间隔为25~30分钟；然后将炉温降至1880~1890℃进行浇铸，补浇；最后在隧道窑内退火12~13天，于60~70℃出窑，即得用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖。

本实施例4所制得的用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖的体积密度为3.18~3.33g/cm³，显气孔率为2.61~2.86%，抗折强度为50.3~52.3MPa，耐压强度为214~229MPa，能有效抵挡电解质对材料的的渗透和侵蚀7700~7900小时。

实施例5：

一种用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖及其制备方法。先以83~87wt%的工业氧化铝粉、5~8wt%的轻烧氧化镁粉和7~10wt%的工业纯碱为原料，外加所述原料10~12wt%的铁酸镍细粉，搅拌均匀；放入电弧炉内，升温至1865~1875℃，保温80~90分钟，再将炉温升至2270~2280℃，保温35~40分钟，先后进行两次吹氧，两次吹氧的时间间隔为25~30分钟；然后将炉温降至1870~1880℃进行浇铸，补浇；最后在隧道窑内退火12~13天，于60~70℃出窑，即得用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖。

本实施例5所制得的用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖的体积密度为3.26~3.41g/cm³，显气孔率为2.47~2.62%，抗折强度为51.3~53.3MPa，耐压强度为218~233MPa，能有效抵挡电解质对材料的的渗透和侵蚀7900~8100小时。

实施例6：

一种用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖及其制备方法。先以81~85wt%的工业氧化铝粉、9~12wt%的轻烧氧化镁粉和5~8wt%的工业纯碱为原料，外加所述原料9~11wt%的铁酸镍细粉，搅拌均匀；放入电弧炉内，升温至1860~1870℃，保温90~100分钟，再将炉温升至2270~2280℃，保温35~40分钟，先后进行两次吹氧，两次吹氧的时间间隔为25~30分钟；然后将炉温降至1860~1870℃进行浇铸，补浇；最后在隧道窑内退火10~11天，于50~60℃出窑，即得用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖。

本实施例6所制得的用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖的体积密度为3.39~3.54g/cm³，显气孔率为2.23~2.48%，抗折强度为52.2~54.2MPa，耐压强度为219~234MPa，能有效抵挡电解质对材料的的渗透和侵蚀8000~8200小时。

实施例7：

一种用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖及其制备方法。先以84~88wt%的工业氧化铝粉、6~9wt%的轻烧氧化镁粉和6~9wt%的工业纯碱为原料，外加所述原料3~5wt%的铁酸镍细粉，搅拌均匀；放入电弧炉内，升温至1860~1870℃，保温80~90分钟，再将炉温升至2280~2290℃，保温30~35分钟，先后进行两次吹氧，两次吹氧的时间间隔为20~25分钟；然后将炉温降至1860~1870℃进行浇铸，补浇；最后在隧道窑内退火11~12天，于40~50℃出窑，即得用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖。

本实施例7所制得的用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖的体积密度为3.52~3.64g/cm³，显气孔率为1.99~2.24%，抗折强度为54.1~56.1MPa，耐压强度为221~236MPa，能有效抵挡电解质对材料的的渗透和侵蚀8100~8300小时。

实施例8：

一种用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖及其制备方法。先以86~90wt%的工业氧化铝粉、5~8wt%的轻烧氧化镁粉和4~7wt%的工业纯碱为原料，外加所述原料6~8wt%的铁酸镍细粉，搅拌均匀；放入电弧炉内，升温至1850~1860℃，保温90~100分钟，再将炉温升至2280~2290℃，保温30~35分钟，先后进行两次吹氧，两次吹氧的时间间隔为25~30分钟；然后将炉温降至1860~1870℃进行浇铸，补浇；最后在隧道窑内退火9~10天，于30~40℃出窑，即得用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖。

本实施例8所制得的用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖的体积密度为3.50~3.61g/cm³，显气孔率为2.12~2.28%，抗折强度为52.7~54.7MPa，耐压强度为209~224MPa，能有效抵挡电解质对材料的的渗透和侵蚀7800~8000小时。

实施例9：

一种用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖及其制备方法。先以80~84wt%的工业氧化铝粉、10~13wt%的轻烧氧化镁粉和5~8wt%的工业纯碱为原料，外加所述原料4~6wt%的铁酸镍细粉，搅拌均匀；放入电弧炉内，升温至1870~1880℃，保温80~90分钟，再将炉温升至2260~2270℃，保温35~40分钟，先后进行两次吹氧，两次吹氧的时间间隔为20~25分钟；然后将炉温降至1870~1880℃进行浇铸，补浇；最后在隧道窑内退火11~12天，于40~50℃出窑，即得用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖。

本实施例9所制得的用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖的体积密度为3.33~3.46g/cm³，显气孔率为2.22~2.46%，抗折强度为52.2~54.2MPa，耐压强度为218~222MPa，能有效抵挡电解质对材料的的渗透和侵蚀7700~7900小时。

本具体实施方式制备的用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖的主要成分为Al₂O₃，所以高温抗氧化性能优良且基本不会污染铝液；采用两次吹氧工艺，保证了浇铸前溶液的纯净及均匀，提高了该熔铸刚玉—尖晶石砖的内在品质；采用补浇工艺，促使砖材内部气体排除，所以砖材结构非常致密，显气孔率很低。铁酸镍抗侵蚀性能优良，在高温下能与氧化镁及氧化铝发生固溶，加之制品结构致密，电解质在高温下很难渗透到其内部，所以抗电解质侵蚀性能优良，是理想的铝电解槽侧壁用砖体材料。

本具体实施方式所制得的用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖的体积密度为3.05~3.64g/cm³，显气孔率为1.99~3.41%，抗折强度为45.5~56.1MPa，耐压强度为188~236MPa，能有效抵挡电解质对材料的的渗透和侵蚀7200~8300小时。

因此，本具体实施方式所制备的用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖具有显气孔率低、抗氧化性能和抗电解质侵蚀性能优良的特点。

Claims

1.一种用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖的制备方法，其特征在于先以79~91wt%的工业氧化铝粉、5~14wt%的轻烧氧化镁粉和4~10wt%的工业纯碱为原料，外加所述原料2~12wt%的铁酸镍细粉，搅拌均匀；放入电弧炉内，升温至1850~1880℃，保温80~100分钟，再将炉温升至2250~2290℃，保温30~40分钟，先后进行两次吹氧，两次吹氧的时间间隔为20~30分钟；然后将炉温降至1860~1890℃进行浇铸，补浇；最后在隧道窑内退火9~13天，于30~70℃出窑，即得用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖。

2.根据权利要求1所述用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖的制备方法，其特征在于所述的工业氧化铝粉的Al₂O₃含量＞96wt%，粒径＜100μm。

3.根据权利要求1所述用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖的制备方法，其特征在于所述的轻烧氧化镁粉的MgO含量＞93wt%，粒径＜75μm。

4.根据权利要求1所述用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖的制备方法，其特征在于所述的工业纯碱的Na₂CO₃含量＞94wt%，粒径＜100μm。

5.根据权利要求1所述用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖的制备方法，其特征在于所述的铁酸镍细粉的NiFe₂O₄含量＞98wt%，粒径＜100μm。

6.根据权利要求1~5项中任一项所述用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖的制备方法所制备的用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖。