專利名稱：用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉—尖晶石磚及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于剛玉一尖晶石磚技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚及其制備方法。
背景技術(shù)：
鋁電解槽中側(cè)壁材料決定了鋁電解槽的穩(wěn)定性和使用壽命。傳統(tǒng)鋁電解槽的側(cè)壁采用導(dǎo)熱率很高的Si3N4結(jié)合SiC質(zhì)材料砌筑，電解過程中大量的熱通過該側(cè)壁材料快速耗散，使得其表面能形成一層凝固的電解質(zhì)，即爐幫。爐幫的形成避免了側(cè)壁材料與氧化性氣體和強腐蝕性的熔體直接接觸，因而Si3N4結(jié)合SiC質(zhì)材料作為鋁電解槽側(cè)壁材料已經(jīng)成功用于多年。目前鋁工業(yè)采用電解鈉冰晶石(Na3AlF6)和氧化鋁的熔鹽進行煉鋁，由于電解溫度較高(970°C左右)，且電解過程中大量的熱須通過側(cè)壁材料耗散以形成保護側(cè)壁的爐幫，所以能量消耗較大，每噸鋁的用電量高達13200kWh。為減少能量耗散，實現(xiàn)槽溫恒定，采用添加鉀冰晶石(K3AlF6)的低溫電解質(zhì)，同時在電解槽外部砌筑保溫材料。但在此情況下因沒有大量的熱通過側(cè)壁耗散，在側(cè)壁表面不能形成爐幫，若仍采用氮化硅結(jié)合碳化硅作為側(cè)壁材料，其會直接與熔融電解質(zhì)和氧化性氣體接觸。由于Si3N4結(jié)合SiC側(cè)壁材料氣孔率較高，抗氧化能力差，在沒有爐幫保護的情況下，會與陽極放出的活性較高的氧化性氣體反應(yīng)生成SiO2 ；Si02與腐蝕性很強的高溫熔融電解質(zhì)反應(yīng)生成SiF4氣體，使得側(cè)壁材料留下孔洞。如此反復(fù)的氧化-侵蝕過程導(dǎo)致了 Si3N4結(jié)合SiC側(cè)壁材料的嚴重損壞。由上述可知，Si3N4結(jié)合SiC側(cè)壁材料由于抗氧化性和抗電解質(zhì)侵蝕性能較差，已不能滿足基于低溫電解質(zhì)的新電解工藝條件下電解槽內(nèi)的穩(wěn)定維持，制約了鋁電解新工藝的應(yīng)用和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的是提供一種顯氣孔率低、抗氧化性能和抗電解質(zhì)侵蝕性能優(yōu)良的用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚及其制備方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是先以79、lwt%的工業(yè)氧化鋁粉、 5^14wt%的輕燒氧化鎂粉和4 10Wt%的工業(yè)純堿為原料，外加所述原料2 12wt%的鐵酸鎳細粉，攪拌均勻；放入電弧爐內(nèi)，升溫至185(T188(TC，保溫8(Γ100分鐘，再將爐溫升至 225(T2290°C，保溫3(Γ40分鐘，先后進行兩次吹氧，兩次吹氧的時間間隔為20 30分鐘；然后將爐溫降至186(Tl890°C進行澆鑄，補澆；最后在隧道窯內(nèi)退火擴13天，于3(T70°C出窯， 即得用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚。在上述技術(shù)方案中工業(yè)氧化鋁粉的Al2O3含量> 96wt%，粒徑< 100 μ m ;輕燒氧化鎂粉的MgO含量> 93wt%，粒徑< 75 μ m ;工業(yè)純堿的Na2CO3含量> 94wt%，粒徑< 100 μ m ; 鐵酸鎳細粉的NiFe2O4含量> 98wt%，粒徑< 100 μ m。由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明制備的用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚的主要成分為Al2O3，所以高溫抗氧化性能優(yōu)良且基本不會污染鋁液；采用兩次吹氧工藝， 保證了澆鑄前溶液的純凈及均勻，提高了該熔鑄剛玉一尖晶石磚的內(nèi)在品質(zhì)；采用補澆工藝，促使磚材內(nèi)部氣體排除，所以磚材結(jié)構(gòu)非常致密，顯氣孔率很低。鐵酸鎳抗侵蝕性能優(yōu)良，在高溫下能與氧化鎂及氧化鋁發(fā)生固溶，加之制品結(jié)構(gòu)致密，電解質(zhì)在高溫下很難滲透到其內(nèi)部，所以抗電解質(zhì)侵蝕性能優(yōu)良，是理想的鋁電解槽側(cè)壁用磚體材料。本發(fā)明所制得的用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚的體積密度為
3.05 3. 64g/cm3，顯氣孔率為I. 99 3. 41%，抗折強度為45. 5 56. IMPa,耐壓強度為 188 236MPa，能有效抵擋電解質(zhì)對材料的的滲透和侵蝕720(Γ8300小時。因此，本發(fā)明所制備的用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚具有顯氣孔率低、抗氧化性能和抗電解質(zhì)侵蝕性能優(yōu)良的特點。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的描述，并非對其保護范圍的限制 為避免重復(fù)，先將本具體實施方式
所涉及的原料技術(shù)參數(shù)統(tǒng)一描述如下，具體實施例
中不再贅述工業(yè)氧化鋁粉的Al2O3含量> 96wt%，粒徑< 100 μ m ;輕燒氧化鎂粉的MgO含量> 93wt%，粒徑< 75 μ m ;工業(yè)純堿的Na2CO3含量> 94wt%，粒徑< 100 μ m ;鐵酸鎳細粉的 NiFe2O4 含量> 98wt%,粒徑< 100 μ m。實施例I :
一種用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚及其制備方法。先以79 83被％的工業(yè)氧化鋁粉、I ri4wt%的輕燒氧化鎂粉和4 7wt%的工業(yè)純堿為原料，外加所述原料2 4wt%的鐵酸鎳細粉，攪拌均勻；放入電弧爐內(nèi)，升溫至187(T188(TC，保溫8(Γ90分鐘，再將爐溫升至225(T2260°C，保溫30 35分鐘，先后進行兩次吹氧，兩次吹氧的時間間隔為20 25分鐘； 然后將爐溫降至186(Tl870°C進行澆鑄，補澆；最后在隧道窯內(nèi)退火9 10天，于3(T40°C出窯，即得用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚。本實施例I所制得的用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚的體積密度為3. 05 3. 20g/cm3，顯氣孔率為3. 16 3. 41%，抗折強度為45. 5 47. 5MPa，耐壓強度為 188^203MPa,能有效抵擋電解質(zhì)對材料的的滲透和侵蝕720(Γ7400小時。實施例2
一種用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚及其制備方法。先以83 87wt%的工業(yè)氧化鋁粉、fllwt%的輕燒氧化鎂粉和4 7wt%的工業(yè)純堿為原料，外加所述原料4飛被％的鐵酸鎳細粉，攪拌均勻；放入電弧爐內(nèi)，升溫至186(T187(TC，保溫9(Γ100分鐘，再將爐溫升至226(T2270°C，保溫35 40分鐘，先后進行兩次吹氧，兩次吹氧的時間間隔為25 30分鐘； 然后將爐溫降至187(Tl880°C進行澆鑄，補澆；最后在隧道窯內(nèi)退火l(Tll天，于4(T50°C出窯，即得用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚。本實施例2所制得的用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚的體積密度為3. 09 3. 24g/cm3，顯氣孔率為3. 01 3. 26%，抗折強度為46. 5 48. 5MPa，耐壓強度為 197 212MPa，能有效抵擋電解質(zhì)對材料的的滲透和侵蝕730(Γ7500小時。實施例3:
一種用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚及其制備方法。先以87、lwt%的工業(yè)氧化鋁粉、5 8wt%的輕燒氧化鎂粉和4 7wt%的工業(yè)純堿為原料，外加所述原料5 7wt%的鐵酸鎳細粉，攪拌均勻；放入電弧爐內(nèi)，升溫至187(Tl880°C，保溫9(Γ100分鐘，再將爐溫升至227(T2280°C，保溫35 40分鐘，先后進行兩次吹氧，兩次吹氧的時間間隔為25 30分鐘； 然后將爐溫降至188(Tl890°C進行澆鑄，補澆；最后在隧道窯內(nèi)退火11 12天，于5(T60°C出窯，即得用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚。本實施例3所制得的用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚的體積密度為3. 14 3. 29g/cm3，顯氣孔率為2. 83 3. 08%,抗折強度為48. 4 50. 4MPa，耐壓強度為 211 226MPa，能有效抵擋電解質(zhì)對材料的的滲透和侵蝕750(Γ7700小時。實施例4:
一種用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚及其制備方法。先以79 83被％的工業(yè)氧化鋁粉、8 llwt%的輕燒氧化鎂粉和7 10wt%的工業(yè)純堿為原料，外加所述原料7 9wt%的鐵酸鎳細粉，攪拌均勻；放入電弧爐內(nèi)，升溫至187(Tl880°C，保溫9(Γ100分鐘，再將爐溫升至228(T2290°C，保溫30 35分鐘，先后進行兩次吹氧，兩次吹氧的時間間隔為25 30分鐘； 然后將爐溫降至188(Tl890°C進行澆鑄，補澆；最后在隧道窯內(nèi)退火12 13天，于6(T70°C出窯，即得用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚。本實施例4所制得的用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚的體積密度為3. 18 3. 33g/cm3，顯氣孔率為2. 61 2. 86%，抗折強度為50. 3 52. 3MPa，耐壓強度為 21Γ229ΜΡβ,能有效抵擋電解質(zhì)對材料的的滲透和侵蝕770(Γ7900小時。實施例5
一種用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚及其制備方法。先以83 87wt%的工業(yè)氧化鋁粉、5 8wt%的輕燒氧化鎂粉和7 10wt%的工業(yè)純堿為原料，外加所述原料l(Tl2wt% 的鐵酸鎳細粉，攪拌均勻；放入電弧爐內(nèi)，升溫至1865 1875°C，保溫80 90分鐘，再將爐溫升至227(T2280°C，保溫35 40分鐘，先后進行兩次吹氧，兩次吹氧的時間間隔為25 30 分鐘；然后將爐溫降至187(T188(TC進行澆鑄，補澆；最后在隧道窯內(nèi)退火12 13天，于 6(T70°C出窯，即得用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚。本實施例5所制得的用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚的體積密度為3. 26 3. 41g/cm3，顯氣孔率為2. 47 2. 62%，抗折強度為51. 3 53. 3MPa，耐壓強度為 218 233MPa，能有效抵擋電解質(zhì)對材料的的滲透和侵蝕790(Γ8100小時。實施例6
一種用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚及其制備方法。先以85wt%的工業(yè)氧化鋁粉、9 12wt%的輕燒氧化鎂粉和5 8wt%的工業(yè)純堿為原料，外加所述原料lwt%的鐵酸鎳細粉，攪拌均勻；放入電弧爐內(nèi)，升溫至186(T187(TC，保溫9(Γ100分鐘，再將爐溫升至227(T2280°C，保溫35 40分鐘，先后進行兩次吹氧，兩次吹氧的時間間隔為25 30分鐘； 然后將爐溫降至186(Tl870°C進行澆鑄，補澆；最后在隧道窯內(nèi)退火l(Tll天，于5(T60°C出窯，即得用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚。本實施例6所制得的用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚的體積密度為3. 39 3. 54g/cm3，顯氣孔率為2. 23 2. 48%，抗折強度為52. 2 54. 2MPa，耐壓強度為 21擴234MPa，能有效抵擋電解質(zhì)對材料的的滲透和侵蝕800(Γ8200小時。實施例7
5一種用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚及其制備方法。先以84 88被％的工業(yè)氧化鋁粉、6、wt%的輕燒氧化鎂粉和6 9wt%的工業(yè)純堿為原料，外加所述原料3 5wt%的鐵酸鎳細粉，攪拌均勻；放入電弧爐內(nèi)，升溫至186(T187(TC，保溫8(Γ90分鐘，再將爐溫升至228(T2290°C，保溫30 35分鐘，先后進行兩次吹氧，兩次吹氧的時間間隔為20 25分鐘； 然后將爐溫降至186(Tl870°C進行澆鑄，補澆；最后在隧道窯內(nèi)退火11 12天，于4(T50°C出窯，即得用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚。本實施例7所制得的用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚的體積密度為3. 52 3. 64g/cm3，顯氣孔率為I. 99 2. 24%，抗折強度為54. Γ56. IMPa,耐壓強度為 22Γ236ΜΡΒ,能有效抵擋電解質(zhì)對材料的的滲透和侵蝕810(Γ8300小時。實施例8
一種用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚及其制備方法。先以86、0wt%的工業(yè)氧化鋁粉、5 8wt%的輕燒氧化鎂粉和4 7wt%的工業(yè)純堿為原料，外加所述原料6 8wt%的鐵酸鎳細粉，攪拌均勻；放入電弧爐內(nèi)，升溫至185(T186(TC，保溫9(Γ100分鐘，再將爐溫升至228(T2290°C，保溫30 35分鐘，先后進行兩次吹氧，兩次吹氧的時間間隔為25 30分鐘； 然后將爐溫降至186(Tl870°C進行澆鑄，補澆；最后在隧道窯內(nèi)退火9 10天，于3(T40°C出窯，即得用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚。本實施例8所制得的用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚的體積密度為3. 50 3· 61g/cm3，顯氣孔率為2. 12 2. 28%，抗折強度為52. 7 54. 7MPa，耐壓強度為 20擴224MPa，能有效抵擋電解質(zhì)對材料的的滲透和侵蝕780(Γ8000小時。實施例9
一種用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚及其制備方法。先以8(T84wt%的工業(yè)氧化鋁粉、l(Tl3wt%的輕燒氧化鎂粉和5 8wt%的工業(yè)純堿為原料，外加所述原料4 6wt%的鐵酸鎳細粉，攪拌均勻；放入電弧爐內(nèi)，升溫至187(T188(TC，保溫8(Γ90分鐘，再將爐溫升至226(T2270°C，保溫35 40分鐘，先后進行兩次吹氧，兩次吹氧的時間間隔為20 25分鐘； 然后將爐溫降至187(Tl880°C進行澆鑄，補澆；最后在隧道窯內(nèi)退火11 12天，于4(T50°C出窯，即得用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚。本實施例9所制得的用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚的體積密度為3. 33 3. 46g/cm3，顯氣孔率為2. 22 2. 46%，抗折強度為52. 2 54. 2MPa，耐壓強度為 218 222MPa，能有效抵擋電解質(zhì)對材料的的滲透和侵蝕770(Γ7900小時。
本具體實施方式
制備的用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚的主要成分為Al2O3, 所以高溫抗氧化性能優(yōu)良且基本不會污染鋁液；采用兩次吹氧工藝，保證了澆鑄前溶液的純凈及均勻，提高了該熔鑄剛玉一尖晶石磚的內(nèi)在品質(zhì)；采用補澆工藝，促使磚材內(nèi)部氣體排除，所以磚材結(jié)構(gòu)非常致密，顯氣孔率很低。鐵酸鎳抗侵蝕性能優(yōu)良，在高溫下能與氧化鎂及氧化鋁發(fā)生固溶，加之制品結(jié)構(gòu)致密，電解質(zhì)在高溫下很難滲透到其內(nèi)部，所以抗電解質(zhì)侵蝕性能優(yōu)良，是理想的鋁電解槽側(cè)壁用磚體材料。本具體實施方式
所制得的用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚的體積密度為3. 05 3. 64g/cm3,顯氣孔率為I. 99 3. 41%，抗折強度為45. 5 56. IMPa,耐壓強度為 188^236MPa,能有效抵擋電解質(zhì)對材料的的滲透和侵蝕720(Γ8300小時。
因此，本具體實施方式
所制備的用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚具有顯氣孔率低、抗氧化性能和抗電解質(zhì)侵蝕性能優(yōu)良的特點。
權(quán)利要求
1.一種用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚的制備方法，其特征在于先以 79^9lwt%的工業(yè)氧化鋁粉、5 14wt%的輕燒氧化鎂粉和4 10被％的工業(yè)純堿為原料，外加所述原料2 12wt%的鐵酸鎳細粉，攪拌均勻 ’放入電弧爐內(nèi)，升溫至185(Tl880°C，保溫8(Tl00 分鐘，再將爐溫升至225(T2290°C，保溫3(Γ40分鐘，先后進行兩次吹氧，兩次吹氧的時間間隔為20 30分鐘；然后將爐溫降至186(T189(TC進行澆鑄，補澆；最后在隧道窯內(nèi)退火9 13 天，于3(T70°C出窯，即得用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚的制備方法，其特征在于所述的工業(yè)氧化鋁粉的Al2O3含量> 96wt%，粒徑< 100 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚的制備方法，其特征在于所述的輕燒氧化鎂粉的MgO含量> 93wt%，粒徑< 75 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚的制備方法，其特征在于所述的工業(yè)純堿的Na2CO3含量> 94wt%，粒徑< 100 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚的制備方法，其特征在于所述的鐵酸鎳細粉的NiFe2O4含量> 98wt%，粒徑< 100 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求廣5項中任一項所述用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚的制備方法所制備的用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉一尖晶石磚。
全文摘要
本發(fā)明具體涉及一種用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉—尖晶石磚及其制備方法。其技術(shù)方案是先以79~91wt%的工業(yè)氧化鋁粉、5~14wt%的輕燒氧化鎂粉和4~10wt%的工業(yè)純堿為原料，外加所述原料2~12wt%的鐵酸鎳細粉，攪拌均勻；放入電弧爐內(nèi)，升溫至1850~1880℃，保溫80~100分鐘，再將爐溫升至2250~2290℃，保溫30~40分鐘，先后進行兩次吹氧，兩次吹氧的時間間隔為20~30分鐘；然后將爐溫降至1860~1890℃進行澆鑄，補澆；最后在隧道窯內(nèi)退火9~13天，于30~70℃出窯，即得用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉—尖晶石磚。本發(fā)明所制備的用于鋁電解槽側(cè)壁的熔鑄剛玉—尖晶石磚具有顯氣孔率低、抗氧化性能和抗電解質(zhì)侵蝕性能優(yōu)良的特點。
文檔編號C04B35/107GK102603341SQ20121010010
公開日2012年7月25日 申請日期2012年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月9日
發(fā)明者徐義彪, 李亞偉, 李淑靜, 李遠兵, 桑紹柏, 趙雷 申請人:武漢科技大學