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铝电解槽用耐火材料分析介绍

时间:2018-09-10     作者:凯瑞得窑炉【原创】   阅读

  

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    铝电解槽通常为矩形钢売,内衬灰砖。电解槽中悬有一炭阳极,其炭质槽底为阴极。铝电解采用冰晶石、氟化铝、氟化锂等熔液为电解质,在970℃左右将Al2O3熔化,在电场力的作用下电离,电解还原出来的金属铝熔体沉积于槽底阴极,阳极放出的氧与炭阳极反应生成CO2或CO。电化学反应放出的热量使电解槽与铝保持熔融状态,隔一定时间从槽内放出的铝液,并向槽内加入一定量的氧化铝与冰晶石电解温度为900~1000℃。

    铝电解槽阴极耐火材料主要要求是:要具有良好的导电性并能抗高温下冰晶石,NaF和铝液的侵蚀。在电解槽底工作层过去一般用炭块砌筑。但因碳与钠的反应形成新化合物,砖衬结构松弛,强度降低,炭块出现裂缝。随后电解质和铝液沿裂缝渗入,在高温下铝与碳反应生成Al4C3Al4C3与碳结合松散,从而使裂缝扩展,最终导致电解槽槽壳变形及内衬的严重蚀损而缩短使用寿命。因此,电解槽槽底阴极材料正由原来的无定形炭砖改为采用半石墨化炭砖或石墨化炭砖。

    铝电解槽侧墙内衬的损毁主要原因有:从钢壳与砖衬间吸入空气引起材料的氧化;高温下冰晶石、NaF和铝液的侵蚀;熔体流动造成的冲刷;温度波动及热膨胀引起热应力。

    铝电解槽的侧墙过去一直沿用无定形炭块、石墨炭块等,这类材料最致命的缺点是抗氧化性能差,强度低。凯瑞得窑炉建议为了使侧墙不氧化,又具有较大的电阻,侧墙正朝着部分或全部采用SIC质材料方向发展。氮化硅结合的碳化硅砖应用最好。氮化硅结合的碳化硅砖,其具有优异的高温力学性能、导热性好,在内侧易形成冷凝渣电阻率大,减少侧壁的电流损失;材料不易被氧化;不与铝液、冰晶石等熔体起反应;机械强度高,还可大大减少衬砖厚度,增加电解槽的容积,稳定操作。例如原来用炭砖时侧墙厚度约200~400 mm,采用氮化硅结合的碳化硅砖后侧墙厚度只要75 mm。

     在电解铝生产中,Na与NaF的蒸气和液体能通过槽底阴极材料渗人到下面隔热层。隔热层渗入NaF等后热导率增加,电解槽热效率降低,工作状况恶化,直至槽子破损。阴极材料下面“阻挡层”即在阴极耐火材料与保温材料间夹一层能阻止电解质渗透的材料,又具有良好的保温性能。一种新型“阻挡层”材料干式防渗料目前得到了很好的应用。

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