[發明專利]一種碳化硅—炭復合磚用耐火泥漿及制備方法

有效

• 申請號: 201210424602.0
• 申請日: 2012-10-31
• 公開（公告）號: CN102875176A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 李志剛;王鵬;祿向陽;張海燕
• 申請（專利權）人: 中鋼集團洛陽耐火材料研究院有限公司
• 主分類號: C04B35/66
• 分類號: C04B35/66
• 代理公司: 洛陽明律專利代理事務所 41118
• 代理人: 李路平

技術領域

本發明屬于無機非金屬材料技術領域，具體涉及一種碳化硅—炭復合磚用耐火泥漿及制備方法，該泥漿用來粘結碳化硅磚和炭磚以制備鋁電解槽用碳化硅—炭復合磚。

背景技術

鋁電解槽的逐漸大型化要求側部砌筑材料具有熱傳導率高、高溫下機械強度高、優良的抗氧化性、抗熱震性和抗腐蝕性等優點。氮化硅結合碳化硅磚具有硬度高、耐磨性好、致密度高、強度高、電阻率高、熱導率高、優良的抗熱震性、良好的化學穩定性等優點，已取代炭磚成為鋁電解槽側襯材料的首選。

氮化硅結合碳化硅磚價格昂貴使鋁電解槽投資費用較高，且該材料高的導熱系數使得焙燒啟動初期因電解質溫度較高而容易產生紅爐幫現象。近10多年來碳化硅—炭復合磚側壁材料得到越來越廣泛的應用，該復合側壁材料提供了炭磚或碳化硅磚任何單一材料都不具備的優點。碳化硅—炭復合側壁材料中碳化硅磚的作用是提高抗腐蝕性、抗氧化性以及高的導熱性能；炭磚的作用是便于加工，可提供更大的設計靈活性。碳化硅磚與炭磚的復合形式有多種，以下是兩種最常見的復合方式：

碳化硅磚置于冷面（碳化硅磚面向側部鋼殼）：提供了最佳的熱傳導，并防止空氣的氧化作用。當碳化硅和鋼殼間沒有其它材料時，它對維持穩定的側部槽幫是最有效的。

碳化硅磚置于熱面（碳化硅磚面向熔融電解質）：提供了抗熔融冰晶石的侵蝕和化學反應的最佳保護層。

無論采用哪種復合方式，都需要將碳化硅磚和炭磚粘結在一起的耐火泥漿，泥漿質量的優劣將直接影響到復合磚性能。泥縫通常是爐體的薄弱環節，故耐火泥漿的化學組成最好優于耐火磚；耐火泥漿須具有良好的流動性和可塑性以便于施工；耐火泥漿對耐火磚有良好的潤濕性，具有一定粘結強度，以使砌體結為整體；具有良好的體積穩定性和砌體相近的熱膨脹性，以免受熱時互相脫離。

2009年全國不定形耐火材料學術會議論文集“免烘干的鋁電解槽側墻復合塊粘結劑的研制”一文中提到了一種免烘干的復合塊粘結劑（即耐火泥漿）。利用碳化硅粉、自產氮化硅結合碳化硅廢磚粉、蘇州土為原料，外加20%微粉結合劑A、40%促凝劑溶液B制成，其自然干燥24h后的冷態粘結抗折強度為1.85MPa，自然干燥72h后的冷態粘結抗折強度為2.78MPa。文中沒有給出烘干以及高溫燒后的強度指標。

發明專利200610151968.X“鋁電解槽用復合泥漿及其生產方法”提出了一種復合泥漿，混合粉料包括碳化硅、鱗片石墨、工業硅粉、粘土細粉，混合粘合劑溶液組成為：耐火材料專用酚醛樹脂、環氧樹脂及其固化劑和工業酒精。所制備泥漿110℃烘后強度大于10MPa。

上述文章和專利所述耐火泥漿均含有粘土。粘土是耐火泥漿常見組分，主要用來提高泥漿的觸變性和涂抹性，使其易于施工。2009年不定形會議文章所制備泥漿中還添加了微粉結合劑，微粉填充在顆粒堆積產生的空隙中，減少了泥漿所需結合劑加入量，提高了泥漿流動性，使其具有較高的強度。

“免烘干的鋁電解槽側墻復合塊粘結劑的研制”文中結合劑含有水。由于耐火泥漿所粘結碳化硅磚為非氧化物材料、炭磚為疏水性材料，這兩種材料不容易被水潤濕，因而粘結劑與其結合性能相對較差，特別是高溫燒后無機水系結合劑由于水分揮發以及高溫生成少量液相而產生少量收縮，使耐火泥漿和炭磚結合性能變差，從而較容易從炭磚和泥漿的接觸面處開裂。與之相比，發明專利200610151968.X所用酚醛樹脂為主的有機結合劑對炭磚和碳化硅磚具有優良的潤濕性，容易滲入到被粘結面的氣孔中，能夠將炭磚和碳化硅磚更好的結合起來，使復合磚具有較高的粘結強度。不足之處在于酚醛樹脂為主的結合劑自身粘度較大，涂抹較困難、粘附性差，使得粘結面內部氣孔等缺陷較多，很難保證復合磚質量的穩定性。采用有機結合劑的泥漿隨溫度升高基本沒有收縮，不會出現含水結合劑高溫燒后和炭磚脫落現象，但是隨溫度升高樹脂逐漸碳化，排出大量揮發份，使泥漿中形成了較多氣孔，因而降低了其高溫燒后的粘結性能。

復合磚用耐火泥漿如選用一種殘炭量高、粘度較低的有機結合劑，則既保證了與碳化硅磚和炭磚良好的潤濕性能，又能保證施工質量。在泥漿中如加入一些殘炭量較高的固體有機添加劑，則可在一定程度上改進提高耐火泥漿高溫燒后的結合強度。如在泥漿中添加一些微、納米粒度的含炭物質，則可增強有機結合劑高溫下形成的碳網絡，以提高耐火泥漿高溫燒后的粘結強度。

發明內容

本發明的目的正是針對上述現有技術中所存在的問題而研制的一種碳化硅—炭復合磚用耐火泥漿。