石英砂、焦寶石生料在鋁電解槽防-耐火材料行業知識-耐火磚高鋁磚剛玉磚澆注料河南耐火材料廠-宏泰耐材

盡量降低成本，增大利潤空間，在滿足干式防滲料技術要求的前提下，驗證加大石英砂、粘土加入量，引入36焦寶石生料的可行性。通過密度堆積試驗、抗滲透試驗及燒后體積變化試驗。結果顯示：添加焦寶石生料對干式防滲料的高溫性能影響較大，在高溫時由于碳酸鹽、硫酸鹽的分解，造成試樣鼓脹、疏松，導致體積密度下降和強度降低，生產過程中應當慎重;采用45焦寶石的配比，試樣體積密度、抗滲透率較好，表層形成一薄層霞石層，有效阻止了進一步的滲透;在使用45焦寶石時，石英砂和粘土加入量在滿足SiO2含量在51%~59%、Al2O3+SiO2含量&80%，盡量使基質部分的Al2O3/SO2接近于0.85的前提下可增加加入量。?

1引言?

在鋁工業中，不定形耐火材料應用廣泛。通常耐火材料用于原生電解鋁的生產和二次熔煉鋁兩個領域。由于鋁液流動性好，滲透性強，熔鋁感應爐均采用不定形耐火材料砌筑整體爐襯。整體爐襯有利于防止鋁液滲透，施工方便，效率高。原生鋁的主要生產設備是電解槽，槽底鋪設陰極碳磚。由于存在磚縫，在生產過程中電解質透過磚縫滲透到陰極底部，腐蝕了槽底保溫磚，破壞了電解槽的保溫結構，從而導致電解槽的報廢。而在電解槽陰極碳磚底部鋪設防滲料方面阻止鋁液及電解質的滲透，另一方面防止電解質對槽底保溫磚的侵蝕。在20世紀80年代，電解槽主要使用不定形澆注料作為鋁電解槽的防滲保溫料，由于澆注料存在水分，電解過程中水分蒸發導致電解質及熔融鋁液滲透，破壞電解槽的保溫工藝。90年代初，電解槽普遍使用干式料作為防滲料。?

電解槽用防滲料要求耐火材料具備兩方面要求：(1)防止鋁液及電解質滲透;(2)抵抗鋁液及電解質腐蝕。因此，防滲料不僅可用于電解槽作為保溫防滲層，而且可以用于熔煉金屬鋁的各種感應爐爐襯上。開發適合我國礦藏的鋁質耐火材料可大大降低鋁工業生產成本，節約資源。首先要提高鋁質耐火材料的質量，完善生產工藝是開發鋁工業用耐火材料的關鍵。提高鋁質不定形耐火材料的質量，需要提高基質料的耐火度和抗腐蝕性能，需要完善不定形耐火材料的成型工藝。因此，對鋁質耐火材料的成型工藝、燒結工藝和抗熔融鋁及電解質的腐蝕機理進行系統而細致的研究，是開發鋁工業用耐火材料的前提條件。?

2干式防滲料侵蝕機理?

在電解槽運行過程中，由于NaF、Na3AlF6(冰晶石)熔融鹽的存在及直流電場的作用，產生少量的Na2O蒸氣，使得耐火材料結構被破壞，從而失去對下面保溫層的保護作用，最終導致電解槽損壞。若選用Al2O3-SiO2系原料，從Na2O-Al2O3-SiO2三元相圖可以得知，當Al2O3/SiO2質量比在一定范圍內(相當于霞石中的Al2O3/SiO2)時，其低熔物的熔化溫度都在732℃以上。因此，滲入物在防滲料層就已凝固，從而不能滲入到隔熱層。在電解過程中，由于Na2O與NaF的滲透作用，與防滲料發生反應，生成霞石與SiF4，其反應如下：?

Na2O+Al2O3+SiO2→Na2AlSiO4(霞石)?

NaF+Al2O3+SiO2→Na2AlSiO4(霞石)+SiF4?

在凝固線溫度以上，霞石粘度很大，堵塞防滲料氣孔;在凝固線溫度以下，霞石起到屏障作用，阻擋或減緩電解質繼續向下滲透，保護下面保溫層面免受電解質侵蝕，從而延長電解槽使用壽命。?

3試驗材料和試驗方法?

3.1試驗思路?

以優質焦寶石(粒度為5~3，3~1，1~0)，Ⅲ級礬土粉(≤0.088)為主要原料，采用三級顆粒級配(粗顆粒35%~60%，中顆粒20%~35%，細顆粒20%~30%時能獲得致密堆積)，添加硼酸、粘土、鉀長石、石英砂、硅微粉配制。做振動堆積實驗，得出振實密度為1.92~2.12g/cm3的合理顆粒級配。考察試樣在熱振爐860℃燒后的燒結狀況及體積變化，驗證確定硼酸、粘土、鉀長石、石英砂、硅微粉的加入量。自制坩堝中放入試樣及冰晶石，放入重燒爐在960℃溫度下保溫96h驗證試樣防滲效果。最終，產品達到干式防滲料協議標準。?

3.2主要原料?

試驗主要原料為YS45焦寶石熟料(粒級為5~3mm、3~1mm、1~0mm)，36生料、50高鋁礬土粉、鉀長石粉、85硅微粉、石英砂、硼酸、粘土粉。?

3.3試驗方案?

根據安德森顆粒級配，添加不同的添加劑，設定具體試驗方案

3.4試樣密度測試?

按照試驗配方準確稱量各種物料，將攪拌均勻的物料裝入1000mL量筒中，稱量重量測定自然堆積密度。將量筒放置于振動臺上振動5min后，讀出體積，計算出振實密度

3.5.1對比分析?

采用45焦寶石的1#配比脫模后試樣強度較高，外觀光滑、平整，未發現鼓脹的問題，但采用焦寶石生料、石英砂為骨料的，均不同程度的出現了表面膨脹，脫模強度較低，樣塊疏松，外觀不規整，且存在鼓脹的問題

3.6抗冰晶石滲透試驗?

抗滲透試驗所采用的冰晶石取自于某鋁業現場。同時，考慮現場生產實際情況，在部分試樣試驗時冰晶石中添加10%的氧化鋁粉，這主要是根據二元相圖Na3AlF6-Al2O3，當Al2O3含量在8%~10%時，可降低冰晶石的熔點至950℃。為了更好的進行對比試驗，滲透劑米用冰晶石和冰晶石中添加10%的AI2O3兩種方案進行對比試驗

3.6.1試驗坩堝的制備?

按照標準及防滲干式料滲透率的檢測方法，選擇了高鋁澆注料進行澆注成型，將澆注料澆注成型為100x100x100(mm)的立方試樣，并在試樣中間預留出直徑為80mm、高度為90mm的圓柱內孔用于裝填干式料和電解質。試驗坩堝制作完畢后經常溫養護24h后進行烘干，然后經1500℃×3h燒成后備用。?

3.6.2抗滲透試驗試樣的制備?

在試驗坩堝內壁均勻涂抹_層石墨(石墨與機油進行了混合)，目的是高溫條件下保持還原氣氛。稱取300g干式防滲料裝入坩堝內，并振搗密實，再稱取200g的滲透劑裝入坩堝內干式料上層并搗實。將鎂碳磚切成100x100x10(mm)的方塊，蓋在坩堝上方，防止滲透劑沸騰時溢出。將坩堝放入重燒爐內升溫至960℃保溫96h，關閉電源隨爐冷卻至室溫后取出試樣，從中間部位切開坩堝，測量滲透深度，根據侵蝕深度評價防滲效果。?

3.6.3對比分析?

從切開后的端面可以看出，1#試樣抗侵蝕性能均明顯優于3#樣。采用配比1的1#、#試樣坩堝最大滲透深度邊緣部位為10~12mm，這可能與邊緣部位振搗密實程度及干式防滲料的收縮有關。1#試樣坩堝中間部位滲透層深度在6~7mm之間，2#試樣坩堝中間部位滲透無明顯的界限，難以分別，從切開后的端面情況看，1#、#試樣均形成了霞石層，阻止了冰晶石進一步的滲透。采用配比5的3#試驗坩堝，滲透深度達32mm，冰晶石與干式防滲料融為—體

4結語?

⑴添加焦寶石生料、石英砂對干式防滲料的高溫性能影響較大，在高溫時由于碳酸鹽、硫酸鹽的分解，造成試樣鼓脹、疏松，導致體積密度下降和強度降低，生產過程中應適當控制其加入量。?

⑵合理引入焦寶石的試樣體積密度、抗滲透率較好，表層形成一薄層霞石層，有效阻止了進一步的滲透。?

⑶通過本次抗滲透試驗，認為自制的高鋁澆注料坩堝替代高鋁磚坩堝完全可行。?

⑷滲透劑只用冰晶石方案完全可行，960℃就可保證實驗室冰晶石融化、沸騰。?

(5)加入1%螢石(CaF2)有利用試樣的抗滲透性能，加入0.5%羧甲基纖維素對產品使用性能無影響，固可不加。?