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铝电解槽耐火材料选型,用碳和石墨耐火材料好不好?

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铝电解槽耐火材料选型,用碳和石墨耐火材料好不好?

发布日期:2018-09-30 00:00 来源:http://www.mengmeiqun.com 点击:

碳和石墨能够构成耐火材料或者作为耐火材料的重要原料主要是基于它们的如下性质:

(1)石墨的耐热性高,最高温度可达3850℃,石墨在超高温电弧中,其质量损失小。

(2)石墨的化学稳定性高,不易与其他无机材料和熔融金属反应,而且难以被氧化物熔渣所润湿,抗浸透能力强。

(3)石墨的热导率大,但随温度升高而降低,甚至在极高温度下,处于绝热状态。

(4)石墨具有各向异性结构,而且线膨胀系数小,因而抗热震性好。

铝电解槽耐火材料选型,用碳和石墨耐火材料好不好?

碳和石墨耐火材料很早就在炼铁高炉上使用,并随着炼铁高炉的发展而不断发展。例如,德国在1920年就开始在高炉上使用炭砖,

随后(20世纪40~50年代)各国在高炉上都竞相使用炭砖。现在,世界上的大型高炉从炉底、炉缸到炉腹等部位都使用炭砖(炭块)砌筑,有的高炉一直砌到炉身,甚至出铁口。随着水冷炉壁的采用,高炉料钟内部也采用炭砖砌筑。

早期的炭砖主要使用冶金焦炭作为主原料,用沥青作结合剂,采用挤压成型生产。但这种炭砖在使用中往往会发生局部异常侵蚀现象。为此,则将冶金焦炭改为具有耐铁水侵蚀性好的焙烧无烟煤焦而提高了使用性能。它表明,熔解量按焙烧无烟煤焦<天然隐晶质石墨<人造石墨<沥青焦的顺序增大。不过,焙烧无烟煤焦虽然具有耐铁水侵蚀性好的优点,但由于灰分多,存在抗碱性差的缺点。为了克服焙烧无烟煤焦存在的这一缺点,则同时采用了人造石墨。

为了降低铁水渗入气孔中导致炭砖的损毁,对炭砖进行了各种改进:

(1)为了提高耐铁水的侵蚀性,配料中添加了氧化铝。

(2)为了减小气孔径,配料中添加了金属硅,在烧成时反应生成晶须,使气孔微细化,而防止了铁水的侵入(渗入)。

(3)为了提高冷却效果,增加了石墨配入比率。

(4)将结合剂由沥青改为树脂,提高了高温强度。

(5)通过添加SiC,使气孔微细化,防止了铁水的侵入。

(6)在炉底,为了提高冷却效果,在炉外侧采用了热导率高的石墨砖和C-SiC砖。

碳和石墨耐火材料最大的用户是冶金工业,主要用于高炉(高炉用碳和石墨耐火材料)、铁合金、金属精炼(包括电炉和化铁炉)等的内衬耐火材料。其中,高炉使用量超过70%(日本达75%)。在炼钢电炉中,苛刻部位使用人造石墨砖有延长寿命的效果。另外,炭砖在生产磷、溶性磷肥时用作电炉内衬耐火材质。

广泛使用的碳质和石墨耐火材料是无定形炭砖、部分石墨或半石墨炭砖、石墨砖。同时,石墨坩埚和炭素不定形耐火材料也被大虽使用。

此外,碳质和石墨耐火材料也用作有色金属熔炼炉内衬的耐火材料。例如,铝电解槽内衬等就大量使用了碳质和石墨耐火树料。

通常,铝电解槽为矩形钢壳,内衬砌筑炭砖。电解槽中悬有一碳阳极,其碳质槽底为阴极。

对于铝电解槽阴极材料来说,需要具有良好的导电性,并能在高温(900~1000℃)下抗冰晶石、NaF和铝液的侵蚀。因此,铝电解槽阴极一般选用碳质材料。

由于铝电解槽槽底碳质材料的破坏主要是Na的渗入,其次是冰晶石的侵蚀(通过下述反应完成):

3NaF·AlF3+Al═3Na+4AlF3

现在已经确认,Na的渗透随着碳阴极石墨化程度的提高而减少,所以铝电解槽阴极材料正在由原来的无定形炭砖向半-石墨化砖或者石墨化炭砖的方向发展。同时在碳阴极表面涂一层与铝液润湿性好而又不熔或难熔于铝液和冰晶石、导电性好的涂层(例如TiB2或者含TiB2粉的涂层)。

由于氧从碳阳极上析出,所以碳阳极氧化很快,损耗很大。为了使生产能连续进行,需要不断向自焙阳极顶部加入阳极糊(由沥青焦或石油焦与煤沥青组成),靠直流电通过阳极导电和极间产生的热焙烧完成。除自焙烧阳极外,还发展了预焙阳极工艺。

过去,铝电解槽侧墙一直沿用炭砖。但由于侧墙炭砖损坏,降低了铝电解槽的使用寿命,影响了其正常操作的进行。为了不使侧墙炭砖氧化损坏,便选用SiC质耐火材料(砖)砌筑侧墙,其中包括高铝或者氧化铝结合SiC质耐火材料、氮化硅结合SiC质耐火材料、Si2N2O结合SiC质耐火材料、Sialon结合SiC质耐火材料和自结合SiC质耐火材料。SiC不会与Na3AlF6、AlF3、NaF或CaF2反应。其中,氮化硅结合SiC质耐火材料抗冰晶石侵蚀的能力高、抗氧化性好、强度高、电阻大,这不仅可延长电解槽的寿命,减少漏电,还可以大大减少侧墙内衬厚度,扩大电解槽的容积。


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