河南郑州荣盛窑炉耐火材料有限公司

鋁電解槽對耐火材料的要求

日期:2024-06-21    編輯:榮盛耐材    


鋁電解采用冰晶石(六氟合鋁酸鈉)、氟化鋁、氟化鋰等熔液為電解質,將AL2O3加入電解槽,通電熔化。
 
雖然Al2O3熔點為2050,但在氟化鹽熔體中可降至970左右。在電場力的作用下,Al2O3電離,Al在陰聚集,可用真空泵吸入鋁水罐送去進一步處理和鑄錠,陽放出的氧與炭反應生成CO2或CO。電化學反應放出的熱量使電解質與鋁保持熔融狀態。
 
所以,電解槽內襯實際上既是導電材料(如槽底炭磚),又是高溫耐火材料。
 
電解槽對耐火材料的要求:
 
①能抵抗熔融氟化物的侵蝕;
 
②有良好的導電能力;
 
③少量或不含SiO2,以避免SiO2被金屬鋁還原;
 
④同時要求氣孔率低和致密度高,以防鋁液滲漏;

鋁電解槽是鋁電解生產的核心設備,其內部環境高溫、高腐蝕、高沖擊。因此,耐火材料的選擇和應用是關鍵因素,直接影響鋁電解槽的使用壽命和電解效率。以下是鋁電解槽對耐火材料的主要要求:

1. 高耐化學腐蝕性
鋁電解槽中熔融的鋁電解質(主要為冰晶石和氧化鋁的混合物)具有強烈的化學腐蝕性。耐火材料需要能抵抗電解質及其分解產物的侵蝕,尤其是在高溫下與氟化物、氧化鋁、熔融鋁、鋁合金和碳化物等化學物質的接觸中保持穩定。

鋁電解槽對耐火材料的化學侵蝕:主要來自電解質中的氟化物、氧化鋁和熔融鋁,這些物質可以與耐火材料中的硅、氧等元素發生反應,導致材料損耗和性能退化。

2. 高耐熱性
鋁電解過程中電解質的溫度一般在960℃到970℃之間,部分區域溫度更高。因此,耐火材料要能在高溫下長期穩定使用而不發生軟化、熔融或變形。

高熔點和高軟化溫度:能夠在電解槽工作溫度范圍內保持強度和穩定性,常用的耐火材料如氧化鋁(Al2O3)基材料、碳質材料、鎂鋁尖晶石等。

3. 高熱穩定性和熱沖擊性
電解槽運行過程中,溫度波動和熱沖擊不可避免。耐火材料需要具備優良的抗熱震性,能夠承受急冷急熱的熱應力而不開裂。

熱膨脹系數:低熱膨脹系數的材料在溫度變化中會有較小的尺寸變化,從而減少開裂的可能性。

4. 良好的機械強度和結構完整性
電解槽中的耐火材料需要承受靜載荷和電解質的壓力,以及電解槽開啟、維護過程中的機械沖擊。因此,材料需要具有足夠的機械強度,能夠抵抗磨損、沖擊和壓力而不破損。

抗壓強度和抗彎強度:這些性能參數是確保耐火材料能在機械應力下保持完整性的關鍵。

5. 優異的導電性
在鋁電解過程中,電流通過電解質和電ji進行電解反應,因此,部分耐火材料需要具備良好的導電性能,以確保電解效率。

導電碳磚:常用于電解槽的陰ji部分,能夠良好地傳導電流,減少電阻損耗。

6. 低氣孔率和高密度
低氣孔率有助于提高材料的密度,從而增強其抗化學腐蝕和機械強度。高密度材料能更好地抵抗熔融鋁和電解質的滲透。
氣孔率和密度控制:材料的制造過程中需要嚴格控制氣孔率,優化燒結工藝以提高密度。

7. 良好的可加工性

耐火材料需要能夠被加工成復雜的形狀和尺寸,以適應電解槽的結構要求。同時,應具備良好的可修復性,便于電解槽在運行中或維護時進行更換或修補。

尺寸和形狀精度:確保耐火材料能夠準確地裝配到電解槽中,避免出現縫隙或錯位。

典型應用材料
陰ji材料
碳磚:通常使用高密度、高強度的碳磚,具有良好的導電性和抗化學腐蝕性。
SiC磚:硅碳磚具備良好的抗氧化性能和較高的導熱性。

側墻材料
半石墨磚:適用于中低溫區域,能承受較大的熱應力。
氧化鋁磚:提供優異的耐腐蝕性能,適合高溫區域。

絕熱層材料
輕質耐火磚:用于電解槽外層,提供隔熱效果,減少熱量損失。
陶瓷纖維板:提供良好的絕熱性能,適用于電解槽頂部和側壁。

鋁電解槽對耐火材料的要求十分嚴格,主要包括高耐化學腐蝕性、高耐熱性、高熱穩定性、良好的機械強度、優異的導電性、低氣孔率、高密度以及良好的可加工性。選擇合適的耐火材料能夠顯著提高鋁電解槽的運行效率和使用壽命,減少停工時間和維護成本。