[发明专利]铝电解槽侧壁用熔铸镍镁铁复合尖晶石砖及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于铝电解槽侧壁用复合尖晶石砖技术领域。具体涉及一种铝电解槽侧壁用熔铸镍镁铁复合尖晶石砖及其制备方法。

背景技术

铝电解槽中侧壁材料决定了铝电解槽的稳定性和使用寿命。传统铝电解槽的侧壁采用导热率很高的Si₃N₄结合SiC质材料砌筑，电解过程中大量的热通过该侧壁材料快速耗散，使得其表面形成一层保护性的凝固电解质，即炉帮。炉帮的形成避免了侧壁材料与氧化性气体和强腐蚀性的熔融电解质直接接触，因而Si₃N₄结合SiC质材料作为铝电解槽侧壁材料已成功使用多年。但维持炉帮的形成需通过侧壁耗散热量巨大，约占整个电解过程能耗的35%，因此铝电解工业能源效率仅为40~45%。

为实现铝工业节能降耗的目标，可采用添加钾冰晶石(K₃AlF₆)的低温电解质进行电解炼铝，同时在电解槽外部砌筑保温材料，有望实现节能30%。但在此情况下因没有大量的热通过侧壁快速耗散，在侧壁表面不能形成炉帮，若仍采用氮化硅结合碳化硅作为侧壁材料，将会直接与熔融电解质和氧化性气体接触。由于Si₃N₄结合SiC侧壁材料显气孔率较高，抗氧化能力较差，在没有炉帮保护的情况下，会与电解槽内的氧化性气体反应生成SiO₂；SiO₂与腐蚀性很强的高温熔融电解质反应生成SiF₄气体，使得铝电解槽侧壁材料留下孔洞，导致Si₃N₄结合SiC侧壁材料严重损毁。

由上述可知，Si₃N₄结合SiC侧壁材料由于抗氧化性和抗电解质侵蚀性能较差，已不能满足基于低温电解质的节能新电解工艺条件下电解槽内的稳定维持，制约了铝电解新工艺的应用和发展。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种显气孔率低、抗氧化性能好、抗电解质渗透优异和抗侵蚀性能优良的铝电解槽侧壁用熔铸镍镁铁复合尖晶石砖及其制备方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案的步骤是：

步骤一、以75~87wt%的氧化铁粉、7~16wt%的氧化镁粉和6~12wt%的氧化镍粉为原料，外加所述原料1.0~3.0wt%的氧化铜粉和0.5~2.0wt%的氧化钴粉，搅拌均匀，得到混合粉。

步骤二、将所述混合粉置入电弧炉内，先升温至1830~1870℃，保温60~80分钟；再升温至2130~2170℃，保温25~35分钟；然后进行两次吹氧，两次吹氧的时间间隔为20~30分钟，氧枪的插入深度为溶液面下250~350mm，所述吹氧是在4.0~6.0个大气压条件进行，两次吹氧的时间均为2.0~4.0分钟。

步骤三、第二次吹氧完毕，炉温降至1850~1890℃时，将溶液浇注到刚玉模具中，浇铸后再进行补浇，浇铸与补浇的时间间隔为6~14分钟；然后在隧道窑内退火7~12天，于35~75℃出窑，即得铝电解槽侧壁用熔铸镍镁铁复合尖晶石砖。

所述氧化铁粉的Fe₂O₃含量＞97wt%，粒径＜100μm。

所述氧化镁粉的MgO含量＞95wt%，粒径＜100μm。

所述氧化镍粉的NiO含量＞97wt%，粒径＜75μm。

所述氧化铜粉的CuO含量＞96wt%，粒径＜75μm。

所述氧化钴粉的Co₂O₃含量＞97wt%，粒径＜75μm。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：

本发明采用的主要原料及添加剂均为氧化物，所制备的铝电解槽侧壁用熔铸镍镁铁复合尖晶石砖在高温下抗氧化性能优良；采用两次吹氧工艺，保证了浇铸前溶液的纯净及均匀，提高了铝电解槽侧壁用熔铸镍镁铁复合尖晶石砖的均质性和稳定性；另采用补浇工艺，促使铝电解槽侧壁用熔铸镍镁铁复合尖晶石砖内部气体排除，故制品结构非常致密和显气孔率很低。