[发明专利]一种用于电解铝阴极槽整体筑炉技术的冷捣糊料

说明书

本发明涉及一种用于电解铝阴极槽整体筑炉技术的冷捣糊料。该冷捣糊料成分重量百分比为：电锻无烟煤或冶金焦0％‑50％、人造石墨粉0％‑25％、改质沥青粘结剂16％‑23％、红柱石11.4％‑68.5％、氧化铝3.6％‑21.5％。本技术优点为：解决冷捣糊整体筑炉工艺中烧结时膨胀率不够、烧结后电阻率不高、抗侵蚀性不强的问题。在冷捣糊料添加红柱石和氧化铝，按不同比例整体构筑侧壁炉衬，焙烧后由电解槽底部至熔盐液面，形成自下而上焙烧体电阻逐渐增大的梯度变化，减少侧壁及横向电流量，增加电解电流效率，有效降低能耗；焙烧过程产生的体积膨胀，弥补了其他材料的收缩，裂纹减少，致密度提高；焙烧体中生成石墨和莫来石交错的网络结构，提高了炉衬的抗电解质侵蚀性能，降低了漏炉、炉穿的风险。

技术领域

本发明属于耐火材料领域，具体为适应于采用冷捣糊整体筑炉技术构筑电解铝阴极槽侧壁用耐火材料。包括炭质冶金炉衬中添加红柱石及氧化铝所用的材料配方及制备方法。

背景技术

目前铝电解槽通常采用高温煅烧的炭砖砌炉，采用炭素糊料捣固填充炭块之间、炭块与钢棒之间的缝隙，通过焙烧使铝电解槽阴极成为一个整体。这些炭素糊料大多由骨料、粘结剂、添加剂组成。其中骨料大多是无烟煤、冶金焦、石油焦、石墨中的一种或多种组成；常用的粘结剂由沥青、煤焦油、蒽油、树脂等。

发明专利“一种铝电解槽阴极填充糊料及其制备方法(CN105132951A)”通过添加树脂和碳化硼粉末来对沥青粘结剂进行改性，可提高糊料焙烧结焦值和致密化程度，从而改善糊料抗渗透性能和耐侵蚀性能；可以降低糊料电阻率和提高糊料膨胀性，有效减少裂纹。但是由于该糊料和炭砖的组成及原始状态的差异，导致炉衬并不能形成连续的、完全一致的物相和结构，炭砖和糊料的膨胀性也不会完全一致，故炭砖的开缝、膨胀和拱起并不能完全消除。

发明专利“基于阴极内衬整体成型的铝电解槽及其整体成型方法(CN106400053A)”中借鉴了发明专利“一种矿热炉整体筑炉专用冷捣糊的制备方法(CN105347824A)”筑炉技术，将铝电解槽侧部糊料和底部糊料分层敷设、捣制，逐层振打成型为一个整体，经焙烧后侧部与底部能够形成一个物相和结构为均匀连续的整体阴极铝电解槽耐火材料炉壳内衬。这种整体成型内衬可减少裂缝的产生，避免了漏炉的风险，可有效延长铝电解槽寿命。但是该技术所用阴极电解槽侧部冷捣糊料中虽然添加了耐高温性较好的碳化硅材料，但其主要组成依然是以碳素材料为主体，仍具有很高的导电性和发热性，导致电解过程侧壁产生感应涡流，无功电耗高等问题。另外所添加的碳化硅在烧结时本身不发生物相转化和体积变化，烧结体的致密度和强度较低，同样会降低内衬耐火材料的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种阴极内衬整体成型的铝电解槽用侧部糊料，在侧壁筑炉时，不同高度采用不同比例的冷捣糊配方，使电解槽底部至熔盐液面，形成自下而上冷捣糊焙烧体电阻逐渐增大和抗熔盐腐蚀相——莫来石相逐渐增多的梯度变化。这样既保证了冷捣糊底部和侧部的整体结合，又保证了尽可能降低侧部的导电性及上部的熔盐腐蚀，增大侧部糊料电阻率及改善其收缩率，从而改善阴极电流分布、降低漏炉风险。

本发明中添加红柱石的冷捣糊，其特征在于：以红柱石及氧化铝作为添加剂、无烟煤及石墨碎等骨料混捏一定时间后，加入改性沥青粘结剂继续进行混捏，形成新的冷捣糊料配比，以此糊料捣打成型铝电解槽侧壁。在高温烧结时，红柱石发生莫来石化转变，生成莫来石的同时会伴随着4％的永久性体积膨胀，此膨胀产生的应力对糊料的烧结具有压力紧实作用，能够弥补其他组分在焙烧过程中产生的收缩效应，从而减少裂纹的产生。而氧化铝的加入能够促进红柱石的二次莫来石化，焙烧形成的莫来石和石墨化网络结构具有较低的导电性，能够抑制阴极电流的水平流动和侧壁分流，促使电解电流形成自上而下的定向流动，减少侧壁涡流，从而提高电解铝的电能效率。