[發明專利]鋁電解槽側壁用熔鑄鎳鎂鐵復合尖晶石磚及其制備方法

在審

• 申請號: 201710960601.0
• 申請日: 2017-10-16
• 公開（公告）號: CN107619269A
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 徐義彪;李亞偉;桑紹柏;王慶虎
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: C04B35/26
• 分類號: C04B35/26;C04B35/653;C25C3/08
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 張火春

技術領域

本發明屬于鋁電解槽側壁用復合尖晶石磚技術領域。具體涉及一種鋁電解槽側壁用熔鑄鎳鎂鐵復合尖晶石磚及其制備方法。

背景技術

鋁電解槽中側壁材料決定了鋁電解槽的穩定性和使用壽命。傳統鋁電解槽的側壁采用導熱率很高的Si₃N₄結合SiC質材料砌筑，電解過程中大量的熱通過該側壁材料快速耗散，使得其表面形成一層保護性的凝固電解質，即爐幫。爐幫的形成避免了側壁材料與氧化性氣體和強腐蝕性的熔融電解質直接接觸，因而Si₃N₄結合SiC質材料作為鋁電解槽側壁材料已成功使用多年。但維持爐幫的形成需通過側壁耗散熱量巨大，約占整個電解過程能耗的35%，因此鋁電解工業能源效率僅為40~45%。

為實現鋁工業節能降耗的目標，可采用添加鉀冰晶石(K₃AlF₆)的低溫電解質進行電解煉鋁，同時在電解槽外部砌筑保溫材料，有望實現節能30%。但在此情況下因沒有大量的熱通過側壁快速耗散，在側壁表面不能形成爐幫，若仍采用氮化硅結合碳化硅作為側壁材料，將會直接與熔融電解質和氧化性氣體接觸。由于Si₃N₄結合SiC側壁材料顯氣孔率較高，抗氧化能力較差，在沒有爐幫保護的情況下，會與電解槽內的氧化性氣體反應生成SiO₂；SiO₂與腐蝕性很強的高溫熔融電解質反應生成SiF₄氣體，使得鋁電解槽側壁材料留下孔洞，導致Si₃N₄結合SiC側壁材料嚴重損毀。

由上述可知，Si₃N₄結合SiC側壁材料由于抗氧化性和抗電解質侵蝕性能較差，已不能滿足基于低溫電解質的節能新電解工藝條件下電解槽內的穩定維持，制約了鋁電解新工藝的應用和發展。

發明內容

本發明旨在克服現有技術缺陷，目的是提供一種顯氣孔率低、抗氧化性能好、抗電解質滲透優異和抗侵蝕性能優良的鋁電解槽側壁用熔鑄鎳鎂鐵復合尖晶石磚及其制備方法。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案的步驟是：

步驟一、以75~87wt%的氧化鐵粉、7~16wt%的氧化鎂粉和6~12wt%的氧化鎳粉為原料，外加所述原料1.0~3.0wt%的氧化銅粉和0.5~2.0wt%的氧化鈷粉，攪拌均勻，得到混合粉。

步驟二、將所述混合粉置入電弧爐內，先升溫至1830~1870℃，保溫60~80分鐘；再升溫至2130~2170℃，保溫25~35分鐘；然后進行兩次吹氧，兩次吹氧的時間間隔為20~30分鐘，氧槍的插入深度為溶液面下250~350mm，所述吹氧是在4.0~6.0個大氣壓條件進行，兩次吹氧的時間均為2.0~4.0分鐘。

步驟三、第二次吹氧完畢，爐溫降至1850~1890℃時，將溶液澆注到剛玉模具中，澆鑄后再進行補澆，澆鑄與補澆的時間間隔為6~14分鐘；然后在隧道窯內退火7~12天，于35~75℃出窯，即得鋁電解槽側壁用熔鑄鎳鎂鐵復合尖晶石磚。

所述氧化鐵粉的Fe₂O₃含量＞97wt%，粒徑＜100μm。

所述氧化鎂粉的MgO含量＞95wt%，粒徑＜100μm。

所述氧化鎳粉的NiO含量＞97wt%，粒徑＜75μm。

所述氧化銅粉的CuO含量＞96wt%，粒徑＜75μm。

所述氧化鈷粉的Co₂O₃含量＞97wt%，粒徑＜75μm。

由于采用上述技術方案，本發明與現有技術相比具有如下積極效果：

本發明采用的主要原料及添加劑均為氧化物，所制備的鋁電解槽側壁用熔鑄鎳鎂鐵復合尖晶石磚在高溫下抗氧化性能優良；采用兩次吹氧工藝，保證了澆鑄前溶液的純凈及均勻，提高了鋁電解槽側壁用熔鑄鎳鎂鐵復合尖晶石磚的均質性和穩定性；另采用補澆工藝，促使鋁電解槽側壁用熔鑄鎳鎂鐵復合尖晶石磚內部氣體排除，故制品結構非常致密和顯氣孔率很低。