一种铝电解槽侧墙用新型Si3N4-SiC-C耐火砖及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种铝电解槽侧墙用新型Ｓｉ↓［３］Ｎ↓［４］－ＳｉＣ－Ｃ耐火砖及其制备方法，属于耐火材料制备技术领域。其特征是采用氮化硅颗粒和细粉、碳化硅颗粒和细粉、电煅无烟煤颗粒和细粉为主要原料，以沥青、焦油和树脂为结合剂以及其他添加剂，按一定比例混合，然后经过混练、困料、成型、干燥、焙烧等工艺过程制备出Ｓｉ↓［３］Ｎ↓［４］－ＳｉＣ－Ｃ耐火砖。所述这种耐火砖与氮化硅结合碳化硅砖相比具有抗冰晶石能力强和成本低的优势，与碳质耐火砖相比具有抗氧化能力强和防止漏电及节约电能的优势，这种耐火砖可以有效的降低电解铝的生产成本和节约能源，提高电解铝的市场竞争力。这种Ｓｉ↓［３］Ｎ↓［４］－ＳｉＣ－Ｃ耐火砖还可以广泛应用于其它行业的耐高温材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种铝电解槽侧墙用新型Si3N4-SiC-C耐火砖及其制备方法，属于耐火材料制 备

技术介绍
耐火材料是高温设备内使用的结构材料，是实现高温的技术工艺条件和保护炉体结构的 长期稳定工作的基础材料。铝电解槽侧墙用耐火砖过去为炭砖，由于炭砖容易氧化、寿命短及漏电等原因己经基本 被淘汰，目前大量使用的是氮化硅结合碳化硅耐火砖，以及氮化硅结合碳化硅耐火砖与碳质 耐火砖复合的复合砖。氮化硅结合碳化硅耐火砖可以比较好地满足铝电解槽的性能要求，但 其存在制备成本较大价格较高的问题，加大了铝电解行业的成本，不利于增加行业竞争力。 单独采用碳质耐火砖的铝电解槽的设计寿命较短， 一般小于5年，与国外铝电解槽的实际使 用寿命一般超过7年，有的达到12年以上的先进水平存在较大差距，这种差距主要表现在碳 质耐火砖的抗氧化能力、抗侵蚀能力差上。采用氮化硅结合碳化硅耐火砖除了使用寿命与国 外先进水平存在一定差距外，增加了铝电解槽侧墙的用砖成本。氮化硅结合碳化硅耐火砖制 备工艺相对较复杂，原料价格昂贵，属于高能耗产品。而且，较厚的氮化硅结合碳化硅耐火 砖氮化时间长，有时需要二次氮化工艺过程，增加了大量的能耗。这些问题在国家强调节能 减排的今天需要迫切得到解决。氮化硅材料的电阻率较大，碳化硅材料的导热能力较好。氮化硅材料和碳化硅材料均为 共价键化合物，同时均具有熔点高、强度大、抗冰晶石侵蚀能力强等优点；电煅无烟煤或使 用后的炭块和石墨电极等原料的价格相对较低。因此本专利技术采用沥青、焦油和树脂来结合氮 化硅、碳化硅、电煅无烟煤(或使用后的炭块和石墨电极)等材料制备的Si3N4-SiC-C耐火砖， 一方面利用了氮化硅材料和碳化硅材料耐高温熔体渗透和侵蚀的优点，另一方面又利用了炭 砖的高导热低成本特点。本专利技术制备的铝电解槽侧墙用新型Si3N4-SiC-C耐火砖，它既克服了 炭质材料的抗氧化缺点，又有效地解决了采用氮化硅结合碳化硅砖带来的高成本问题。本发 明还为使用后的炭块和石墨电极的再利用提供一个重要的技术方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有铝电解槽使用氮化硅结合碳化硅耐火砖存在的能耗高、成本高、 厚制品氮化难度大的现实问题，本专利技术提出一种含一定量氮化硅材料和碳化硅材料主要含炭 材料的新型Si3N4-SiC-C耐火砖。本专利技术将氮化硅材料、碳化硅材料和碳质材料，通过焙烧工 艺实现结合剂(沥青、焦油和树脂)的碳化，从而实现氮化硅材料、碳化硅材料和碳质耐火砖的结合并获取强度，形成一种新型Si3N4-SiC-C耐火砖。这种耐火材料可用于现行的铝电解槽侧墙可以有效的提高铝电解槽侧墙用耐火砖的性价比。本专利技术提出的铝电解槽侧墙用新型Si3N4-SiC-C耐火砖，其特征在于该耐火砖是采用氮化硅颗粒和细粉、碳化硅颗粒和细粉、电煅无烟煤颗粒和细粉(也可以用性能相当的炭素材 料以及使用前后的炭块和石墨电极经过破碎分级加工后的材料来取代)为主要原料，以沥青、 焦油和树脂为结合剂以及其他添加剂，按一定比例混合，经过混练、困料、成型、干燥、焙烧等工艺过程制备出Si3N4-SiC-C耐火砖。所述氮化硅颗粒和细粉为硅粉经过氮化制得的工业 原料，其加入量为总配料质量的0.1 80.0%;所述碳化硅颗粒和细粉为通常市售的工业原料， 其加入量为总配料质量的0.1 99.0%;所述电煅无烟煤为通常市售的工业原料，也可以用性 能相当的炭素材料以及使用前后的炭块和石墨电极经过破碎分级加工后的材料来取代，其加 入量为总配料质量的0.1 80%;所述添加剂可以是硅粉、硅微粉和硅酸锆等，其加入量为外 加0.1 10%;所述选用的结合剂为沥青、焦油和树脂，其用法可以是分别单独加入或者是它们混合物加入，其加入量为外加0.1 30%;所述的配料、混练、困料、成型、干燥等工艺过程与通常耐火砖的过程类似；所述焙烧是把干燥后的半成品置于热工窑炉中采用埋碳保护或 在氮气和其他惰性气氛保护的条件下经过常温至170(TC的温度范围内热处理过程。所述这种 耐火砖与氮化硅结合碳化硅砖相比具有抗冰晶石能力强和成本低的优势，与碳质耐火砖相比 具有抗氧化能力强和防止漏电及节约电能的优势，这种耐火砖可以有效的降低电解铝的生产 成本和节约能源，提高电解铝的市场竞争力。另外这种Si3N4-SiC-C耐火砖还可以广泛应用于 其它行业的耐高温材料。在上述铝电解槽侧墙用Si3N4-SiC-C耐火砖中，所述电煅无烟煤(也可以用性能相当的炭 素材料以及使用前后的炭块和石墨电极经过破碎分级加工后的材料来取代)为市售工业原料， 其质量要求为含碳量大于90°/。，灰分不大于8%，挥发分不大于7%，硫含量小于2%，水分 不大于5%，粒度控制在小于20mm。 一般选用粒度在12mm至O.lmm更好。在上述铝电解槽侧墙用Si3N4-SiC-C耐火砖中，所述氮化硅材料为市售工业原料，其质量 要求为氮化硅的含量大于85%，氧化铁含量小于1.5%，其他杂质总含量小于8%，粒度小于 20mm;颗粒大小在一般选用5.0mm至O.lmm更好，氮化硅细粉小于0.088mm。在上述铝电解槽侧墙用Si3N4-SiC-C耐火材料中，所述碳化硅材料为市售工业原料，其质 量要求为碳化硅含量大于95.0%，氧化铁含量小于1.5%，粒度小于5.0mm。颗粒大小在一般 选用3.0mm至O.lmm更好，碳化硅细粉小于0.088mm。在上述铝电解槽侧墙用Si3N4-SiC-C耐火砖中，所述耐火材料采用的结合剂为沥青、焦油 和树脂，均为市售工业原料，其用法可以是分别单独加入，也可以是它们的混合物加入，三 者之间的混合比例没有特殊要求，其加入量为外加0.1 30%。沥青可以是中温沥青或者为中 温沥青和高温沥青的混合使用；如果沥青是固态的需要先加热至软化点温度以上带软化后加5入混练机中，这种情况下混练机需要有加热装置保持物料温度为3(TC 28(TC。树脂较贵， 一般不加树脂或少加树脂；如果树脂是固态则需要加入溶剂使得固态树脂能够溶化，溶剂可 以是酒精或乙二醇等。在上述铝电解槽侧墙用Si3N4-SiC-C耐火砖中，所述添加剂可以是硅粉、硅微粉和硅酸锆 等，它们可以是分别单独加入，也可以是混合共同加入，其加入量为外加0.1 10% (质量百 分比)。本专利技术提出的铝电解槽侧墙用Si3N4-SiC-C耐火砖的制备方法的特征制备工艺过程依次为1) 将氮化硅材料、碳化硅材料、电煅无烟煤(也可以用性能相当的炭素材料以及使用前 后的炭块和石墨电极经过破碎分级加工后的材料来取代)和添加剂等原料混合均匀后加入混 练机中，再将所述结合剂加入(也可以分批加入结合剂)，再混练时间为3分钟 4小时；2) 将上述混练得到的具有一定塑性的原料经过困料后按照通常耐火砖的成形工艺制成尺 寸满足订货要求的砖坯，并对成形好的砖坯进行干燥，使得干燥后砖坯具有一定的强度便于 搬运和装窑。3) 将上述干燥好的砖坯置于热工窑炉中加热焙烧，热工窑炉可以是电炉、燃气窑、微波 炉、感应炉、燃煤窑或者燃油窑。砖坯置于窑炉中需要采用埋碳保护或在氮气和其他惰性气 氛保护或真空的条件下经过常温至170(TC的温度范围内热处理，升温速度没有特定要求，在 相应的温度下可以分别保温一定时间，在最高焙烧下保温本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝电解槽侧墙用新型Ｓｉ↓［３］Ｎ↓［４］－ＳｉＣ－Ｃ耐火砖，其特征在于：所述Ｓｉ↓［３］Ｎ↓［４］－ＳｉＣ－Ｃ耐火砖主要用于铝电解槽的侧墙。这种耐火砖是采用氮化硅颗粒和细粉、碳化硅颗粒和细粉、电煅无烟煤颗粒和细粉（也可以用性能相当的炭素材料以及使用前后的炭块和石墨电极经过破碎分级加工后的材料来取代）为主要原料，以沥青、焦油和树脂为结合剂以及其他添加剂，按一定比例混合，然后经过混练、困料、成型、干燥、焙烧等工艺过程制备出Ｓｉ↓［３］Ｎ↓［４］－ＳｉＣ－Ｃ耐火砖。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐友果，陈凯，黄朝晖，房明浩，刘艳改，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]