CN105506672B - 一种铝电解槽用人造炉膛材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铝电解槽用人造炉膛材料及其制备方法。其技术方案是：以30‑80wt.％的尖晶石和20‑70wt.％的MgAlON为原料，外加1‑5wt.％的聚乙烯醇，混合均匀，压制成型，在600‑800℃温度下处理1‑4h，然后在惰性气氛保护或真空环境下，在1650‑1850℃温度下烧结1‑4h，即得铝电解槽的人造炉膛材料。本发明所制备的铝电解槽的人造炉膛材料具有优良的抗氧化性能和抗电解质侵蚀性能的特点。

Description

一种铝电解槽用人造炉膛材料及其制备方法
技术领域
本发明属耐火材料技术领域，具体涉及一种铝电解槽用人造炉膛材料及其制备方法。
背景技术
工业铝电解生产因采用冰晶石、氟化铝等氟化物作为铝电解质主要组分，且电解温度维持在910～960℃之间，因此，铝电解槽侧壁材料需要经受高温强腐蚀熔体的侵蚀。传统铝电解生产中，为了较好地保护铝电解槽侧壁材料，会在启动后较长一段时间内(一般3个月左右)让电解槽四周自生成一层凝固的电解质层(包括炉帮和伸腿)，即自生成炉膛。
这种自生成炉膛铝电解槽主要存在以下两方面的不足：1)在炉膛自形成过程中，一旦铝电解槽保温结构设计、槽温、铝电解体系间不匹配或工艺条件控制不合理，容易形成畸形的炉膛。并且，这种自生成炉膛的形状可控性差，人为规整难度大。畸形炉膛的出现将严重影响到铝电解槽运行稳定性和技术经济指标；2)由于自生成炉膛在铝电解生产过程中会不断的凝固和熔解，造成铝电解槽物料平衡和能量平衡相互耦合，使得铝电解槽控制难度增大。如果铝电解槽中不采用自生成炉膛(炉膛和炉帮)这个双平衡耦合点，铝电解槽将更容易控制和管理，槽稳定性显著提高。
为此，我们在专利ZL201210553800.7中提出采取预先砌筑炉膛来取代自生成炉膛，即人造炉膛。而人造炉膛铝电解槽的运用推广，关键的因素是制备出一种具有优良的抗氧化性能和抗电解质侵蚀性能的材料。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种铝电解槽用人造炉膛材料及其制备方法。采用本发明，可制备一种高温条件下抗电解质侵蚀性能和抗氧化性能优良的复合材料，可以应用于铝电解行业中。
本发明的目的是通过以下方式实现的。
一种铝电解槽用人造炉膛材料的制备方法，以30-80wt.％的尖晶石和20-70wt.％的MgAlON为原料，外加1-5wt.％的聚乙烯醇，混合均匀，压制成型，低温加热预处理，然后在惰性气氛保护或真空环境下，高温烧结，即得铝电解槽的人造炉膛材料。
所述尖晶石的平均粒径为1-20μm。
所述尖晶石为镁铝尖晶石、镍铁尖晶石和镍铝尖晶石中的一种或一种以上的混合物。
所述的MgAlON的平均粒径为1-20μm，纯度大于99.5％。
所述惰性气氛为氮气气氛、氩气气氛或氦气气氛。
所述的低温加热预处理为在600-800℃温度下煅烧1-4h。
所述的高温烧结条件为烧结温度控制在1650-1850℃，烧结时间为1-4h。
一种铝电解槽用人造炉膛材料，是由所述的制备方法制备得到的。
与现有技术相比，本发明具有下列优点：
(1)采用本发明可以得到规整炉膛的铝电解槽；
(2)采用本发明得到的人造炉膛铝电解槽的物料平衡和能量平衡在铝电解生产过程中能够得到有效的调控；
(3)采用本发明得到的人造炉膛材料的抗氧化性能优良；
(4)采用本发明得到的人造炉膛材料的抗电解质侵蚀性能优良。
附图说明：
图1是本发明的30wt.％MgAl2O4-70wt.％MgAlON复合材料微观结构图。
具体实施方式
下面给出的实施例拟对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
以30wt.％的尖晶石和70wt.％的MgAlON为原料，外加1wt.％的聚乙烯醇，混合均匀，压制成型，在800℃温度下预处理4h，然后在氮气气氛保护下，在1850℃温度下烧结4h，即得铝电解槽的人造炉膛材料。
本实施例1所得的铝电解槽用人造炉膛材料的体积密度为3.6g/cm3，显气孔率0.1％，抗弯曲强度220MPa，能有效抵抗电解质对复合材料的渗透和腐蚀2年。
实施例2
以40wt.％的尖晶石和60wt.％的MgAlON为原料，外加1.5wt.％的聚乙烯醇，混合均匀，压制成型，在750℃温度下预处理3h，然后在氩气气氛保护下，在1800℃温度下烧结3h，即得铝电解槽的人造炉膛材料。
本实施例2所得的铝电解槽用人造炉膛材料的体积密度为3.56g/cm3，显气孔率0.6％，抗弯曲强度200MPa，能有效抵抗电解质对复合材料的渗透和腐蚀1.8年。
实施例3
以50wt.％的尖晶石和50wt.％的MgAlON为原料，外加2wt.％的聚乙烯醇，混合均匀，压制成型，在700℃温度下预处理2h，然后在氦气气氛保护下，在1750℃温度下烧结2h，即得铝电解槽的人造炉膛材料。
本实施例3所得的铝电解槽用人造炉膛材料的体积密度为3.5g/cm3，显气孔率1.5％，抗弯曲强度180MPa，能有效抵抗电解质对复合材料的渗透和腐蚀1.6年。
实施例4
以80wt.％的尖晶石和20wt.％的MgAlON为原料，外加5wt.％的聚乙烯醇，混合均匀，压制成型，在600℃温度下预处理1h，然后在真空保护下，在1650℃温度下烧结1h，即得铝电解槽的人造炉膛材料。
本实施例4所得的铝电解槽用人造炉膛材料的体积密度为3.40g/cm3，显气孔率4％，抗弯曲强度150MPa，能有效抵抗电解质对复合材料的渗透和腐蚀1.3年。

Claims (3)

1.一种铝电解槽用人造炉膛材料的制备方法，其特征在于，以30-40wt.％的尖晶石和60-70wt.％的MgAlON为原料，外加1-5wt.％的聚乙烯醇，混合均匀，压制成型，低温加热预处理，然后在惰性气氛保护或真空环境下，高温烧结，即得铝电解槽的人造炉膛材料；所述尖晶石的平均粒径为1-20μm；
所述尖晶石为镁铝尖晶石、镍铁尖晶石和镍铝尖晶石中的一种或一种以上的混合物；
所述的MgAlON的平均粒径为1-20μm，纯度大于99.5％；
所述的低温加热预处理为在600-800℃温度下煅烧1-4h；
所述的高温烧结条件为烧结温度控制在1650-1850℃，烧结时间为1-4h。
2.根据权利要求1所述的一种铝电解槽用人造炉膛材料的制备方法，其特征在于，所述惰性气氛为氮气气氛、氩气气氛或氦气气氛。
3.一种铝电解槽用人造炉膛材料，其特征在于，是由权利要求1或2所述的制备方法制备得到的。
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