[发明专利]一种铝电解槽侧墙用免烧型Si3N4-SiC-C耐火砖及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝电解槽侧墙用免烧型Si₃N₄-SiC-C耐火砖及其制备方法，属于耐火材料制备技术领域。

背景技术

耐火材料是高温设备内使用的结构材料，是实现高温的技术工艺条件和保护炉体结构的长期稳定工作的基础材料。

铝电解槽侧墙用耐火砖过去为炭砖，由于炭砖容易氧化、寿命短及漏电等原因已经基本被淘汰，目前大量使用的是氮化硅结合碳化硅耐火砖，以及氮化硅结合碳化硅耐火砖与碳质耐火砖复合的复合砖。氮化硅结合碳化硅耐火砖可以比较好地满足铝电解槽的性能要求，但其存在制备成本较大价格较高的问题，加大了铝电解行业的成本。单独采用碳质耐火砖的铝电解槽的设计寿命较短，一般小于5年，与国外铝电解槽的实际使用寿命一般超过7年，有的达到12年以上的先进水平存在较大差距，这种差距主要表现在碳质耐火砖的抗氧化能力和抗侵蚀能力差。采用氮化硅结合碳化硅耐火砖除了使用寿命与国外先进水平存在一定差距外，增加了铝电解槽侧墙的用砖成本。氮化硅结合碳化硅耐火砖制备工艺相对较复杂，原料价格昂贵，属于高能耗产品。而且较厚的氮化硅结合碳化硅耐火砖氮化时间长，氮化不完全，制品内部经常出现夹心、黑心等问题，有时需要二次氮化工艺过程，增加了大量的电能效耗，生产效率低。这些问题在国家强调“节能减排”的今天需要迫切得到解决。

氮化硅材料的电阻率较大，碳化硅材料的导热能力较好。氮化硅材料和碳化硅材料均为共价键化合物，同时均具有熔点高、强度大、抗冰晶石侵蚀能力强等优点；电煅无烟煤或使用后的炭块和石墨电极等原料的价格相对较低。因此本发明采用树脂、沥青和焦油结合由碳热还原氮化天然石英制备的Si₃N₄-SiC-C原料和市售的工业级碳化硅、电煅无烟煤(或使用后的炭块和石墨电极)等工业材料，仅经过混练、困料、成型、干燥热处理等工艺过程，不需要高温氮化烧结直接制备出免烧型的Si₃N₄-SiC-C耐火砖，该发明可以大幅度的降低能耗和节约成本。这种免烧型的Si₃N₄-SiC-C耐火砖一方面利用了氮化硅材料和碳化硅材料耐高温熔体渗透和侵蚀的优点，另一方面又体现了炭砖的高导热低成本特点。本发明制备的铝电解槽侧墙用免烧型Si₃N₄-SiC-C耐火砖，它既克服了炭质材料的抗氧化缺点，又有效地解决了采用氮化硅结合碳化硅砖带来的高成本高能耗的突出问题。本发明还为使用后的炭块和石墨电极的再利用以及天然石英高效增值利用提供一个重要的技术方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有铝电解槽使用氮化硅结合碳化硅耐火砖存在的能耗高、成本高、厚制品氮化难度大的现实问题，本发明提供一种铝电解槽使用免烧型Si₃N₄-SiC-C耐火砖。本发明采用树脂、沥青或焦油结合由碳热还原氮化天然石英制备的Si₃N₄-SiC-C原料和市售的工业级碳化硅颗粒和添加剂、电煅无烟煤(或使用后的炭块和石墨电极)等工业材料仅经过混练、困料、成型、干燥热处理等工艺过程，不需要高温氮化烧结直接制备出免烧型的Si₃N₄-SiC-C耐火砖，该发明可以大幅度的降低能耗和节约成本。这种免烧型Si₃N₄-SiC-C耐火砖可以通过在使用过程中实现结合剂(树脂、沥青或焦油)的碳化而获取强度。这种耐火材料可用于现行的铝电解槽侧墙能够有效的提高铝电解槽侧墙用耐火砖的性价比。