一種鋁電解槽用人造爐膛材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬耐火材料技術領域，具體涉及一種鋁電解槽用人造爐膛材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]工業鋁電解生產因采用冰晶石、氟化鋁等氟化物作為鋁電解質主要組分，且電解溫度維持在910?960°C之間，因此，鋁電解槽側壁材料需要經受高溫強腐蝕熔體的侵蝕。傳統鋁電解生產中，為了較好地保護鋁電解槽側壁材料，會在啟動后較長一段時間內(一般3個月左右)讓電解槽四周自生成一層凝固的電解質層(包括爐幫和伸腿)，即自生成爐膛。
[0003]這種自生成爐膛鋁電解槽主要存在以下兩方面的不足:I)在爐膛自形成過程中，一旦鋁電解槽保溫結構設計、槽溫、鋁電解體系間不匹配或工藝條件控制不合理，容易形成畸形的爐膛。并且，這種自生成爐膛的形狀可控性差，人為規整難度大。畸形爐膛的出現將嚴重影響到鋁電解槽運行穩定性和技術經濟指標;2)由于自生成爐膛在鋁電解生產過程中會不斷的凝固和熔解，造成鋁電解槽物料平衡和能量平衡相互耦合，使得鋁電解槽控制難度增大。如果鋁電解槽中不采用自生成爐膛(爐膛和爐幫)這個雙平衡耦合點，鋁電解槽將更容易控制和管理，槽穩定性顯著提高。
[0004]為此，我們在專利ZL201210553800.7中提出采取預先砌筑爐膛來取代自生成爐膛，即人造爐膛。而人造爐膛鋁電解槽的運用推廣，關鍵的因素是制備出一種具有優良的抗氧化性能和抗電解質侵蝕性能的材料。
【發明內容】
[0005]本發明的目的旨在克服現有技術中的不足，提供一種鋁電解槽用人造爐膛材料及其制備方法。采用本發明，可制備一種高溫條件下抗電解質侵蝕性能和抗氧化性能優良的復合材料，可以應用于鋁電解行業中。
[0006]本發明的目的是通過以下方式實現的。
[0007]一種鋁電解槽用人造爐膛材料的制備方法，以30_80wt.%的尖晶石和20_70wt.%的MgAlON為原料，外加l-5wt.%的聚乙稀醇，混合均勾，壓制成型，低溫加熱預處理，然后在惰性氣氛保護或真空環境下，高溫燒結，即得鋁電解槽的人造爐膛材料。
[0008]所述尖晶石的平均粒徑為l-20ym。
[0009]所述尖晶石為鎂鋁尖晶石、鎳鐵尖晶石和鎳鋁尖晶石中的一種或一種以上的混合物。
[0010]所述的MgAlON的平均粒徑為1-20μπι，純度大于99.5%。
[0011 ]所述惰性氣氛為氮氣氣氛、氬氣氣氛或氦氣氣氛。
[0012]所述的低溫加熱預處理為在600_800°C溫度下煅燒l_4h。
[0013]所述的高溫燒結條件為燒結溫度控制在1650-1850°C，燒結時間為I_4h。
[0014]—種鋁電解槽用人造爐膛材料，是由所述的制備方法制備得到的。
[0015]與現有技術相比，本發明具有下列優點:
[0016](I)采用本發明可以得到規整爐膛的鋁電解槽；
[0017](2)采用本發明得到的人造爐膛鋁電解槽的物料平衡和能量平衡在鋁電解生產過程中能夠得到有效的調控；
[0018](3)采用本發明得到的人造爐膛材料的抗氧化性能優良；
[0019](4)采用本發明得到的人造爐膛材料的抗電解質侵蝕性能優良。
【附圖說明】
:
[0020]圖1是本發明的30wt.%MgAl204_70wt.%MgA10N復合材料微觀結構圖。
【具體實施方式】
[0021]下面給出的實施例擬對本發明作進一步說明，但不能理解為是對本發明保護范圍的限制，該領域的技術人員根據上述本發明的內容對本發明作出的一些非本質的改進和調整，仍屬于本發明的保護范圍。
[0022]實施例1
[0023]以30wt.%的尖晶石和70wt.%的MgAlON為原料，外加Iwt.%的聚乙烯醇，混合均勻，壓制成型，在800°C溫度下預處理4h，然后在氮氣氣氛保護下，在1850°C溫度下燒結4h，即得鋁電解槽的人造爐膛材料。
[0024]本實施例1所得的鋁電解槽用人造爐膛材料的體積密度為3.6g/cm3，顯氣孔率
0.1%，抗彎曲強度220MPa，能有效抵抗電解質對復合材料的滲透和腐蝕2年。
[0025]實施例2
[0026]以40wt.%的尖晶石和60wt.%的MgAlON為原料，外加1.5wt.%的聚乙烯醇，混合均勻，壓制成型，在750°C溫度下預處理3h，然后在氬氣氣氛保護下，在1800°C溫度下燒結3h，即得鋁電解槽的人造爐膛材料。
[0027]本實施例2所得的鋁電解槽用人造爐膛材料的體積密度為3.56g/cm3，顯氣孔率
0.6%,抗彎曲強度200MPa，能有效抵抗電解質對復合材料的滲透和腐蝕1.8年。
[0028]實施例3
[0029]以50wt.%的尖晶石和50wt.%的MgAlON為原料，外加2wt.%的聚乙烯醇，混合均勻，壓制成型，在700°C溫度下預處理2h，然后在氦氣氣氛保護下，在1750°C溫度下燒結2h，即得鋁電解槽的人造爐膛材料。
[0030]本實施例3所得的鋁電解槽用人造爐膛材料的體積密度為3.5g/cm3，顯氣孔率1.5%，抗彎曲強度180MPa，能有效抵抗電解質對復合材料的滲透和腐蝕1.6年。
[0031 ] 實施例4
[0032]以80wt.%的尖晶石和20wt.%的MgAlON為原料，外加5wt.%的聚乙烯醇，混合均勻，壓制成型，在600°C溫度下預處理lh，然后在真空保護下，在1650°C溫度下燒結lh，即得鋁電解槽的人造爐膛材料。
[0033]本實施例4所得的鋁電解槽用人造爐膛材料的體積密度為3.40g/cm3，顯氣孔率4%，抗彎曲強度150MPa，能有效抵抗電解質對復合材料的滲透和腐蝕1.3年。
【主權項】
1.一種鋁電解槽用人造爐膛材料的制備方法，其特征在于，以30-80wt.%的尖晶石和20-70wt.%的MgAlON為原料，外加l-5wt.%的聚乙稀醇，混合均勾，壓制成型，低溫加熱預處理，然后在惰性氣氛保護或真空環境下，高溫燒結，即得鋁電解槽的人造爐膛材料。2.根據權利要求1所述的一種鋁電解槽用人造爐膛材料的制備方法，其特征在于，所述尖晶石的平均粒徑為1-20μηι。3.根據權利要求1所述的一種鋁電解槽用人造爐膛材料的制備方法，其特征在于，所述尖晶石為鎂鋁尖晶石、鎳鐵尖晶石和鎳鋁尖晶石中的一種或一種以上的混合物。4.根據權利要求1所述的一種鋁電解槽用人造爐膛材料的制備方法，其特征在于，所述的MgAlON的平均粒徑為1-20μπι，純度大于99.5%。5.根據權利要求1所述的一種鋁電解槽用人造爐膛材料的制備方法，其特征在于，所述惰性氣氛為氮氣氣氛、氬氣氣氛或氦氣氣氛。6.根據權利要求1所述的一種鋁電解槽用人造爐膛材料的制備方法，其特征在于，所述的低溫加熱預處理為在600-800°C溫度下煅燒l_4h。7.根據權利要求1所述的一種鋁電解槽用人造爐膛材料的制備方法，其特征在于，所述的高溫燒結條件為燒結溫度控制在1650-1850°C，燒結時間為I _4h。8.—種鋁電解槽用人造爐膛材料，其特征在于，是由權利要求1?7任一項所述的制備方法制備得到的。
【專利摘要】本發明涉及一種鋁電解槽用人造爐膛材料及其制備方法。其技術方案是：以30-80wt.％的尖晶石和20-70wt.％的MgAlON為原料，外加1-5wt.％的聚乙烯醇，混合均勻，壓制成型，在600-800℃溫度下處理1-4h，然后在惰性氣氛保護或真空環境下，在1650-1850℃溫度下燒結1-4h，即得鋁電解槽的人造爐膛材料。本發明所制備的鋁電解槽的人造爐膛材料具有優良的抗氧化性能和抗電解質侵蝕性能的特點。
【IPC分類】C25C3/08
【公開號】CN105506672
【申請號】CN201610105740
【發明人】呂曉軍, 劉建華, 李劼, 賴延清, 曾小鵬
【申請人】中南大學
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2016年2月26日