铝电解槽用干式防渗料的生产与应用
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铝电解槽用干式防渗料的生产与应用
□ 吕任敏1)
于海东1)
张留仁2)
1)郑州坤中耐火材料有限公司 新密
452370
2)河南省长葛市第一耐火材料厂
在铝电解槽运行过程中
,由于阴极碳块中孔隙的存在和直
流电场的作用
,电解质(或铝液)会渗漏到阴极碳块之下
,沿耐
火砖缝继续往下渗漏。阴极耐火砖层因受到熔融电解质的渗
透和蒸气作用
,逐渐地被破坏并失去对下面保温砖层的保护作
用
,导致铝电解槽的损毁。为此
,开发生产了干式防渗料。
1 生产理论基础与防渗机理
在电解槽运行过程中
,由于
NaF、
Na
3AlF
6(冰晶石)熔融盐
的存在及直流电场的作用
,产生少量的
Na
2O蒸气
,使得耐火
材料结构被破坏
,从而失去对下面保温层的保护作用
,最终导
致电解槽损坏。若选用
Al
2O
3-SiO
2系原料
,从
Na
2O-Al
2O
3
-SiO
2三元相图可以得知
,当
Al
2O
3/SiO
2质量比在一定范围
内(相当于霞石中的
Al
2O
3/SiO
2)时
,其低熔物的熔化温度都在
732℃以上。因此
,渗入物在防渗料层就已凝固
,从而不能渗
入到隔热层。
在电解过程中
,由于
Na
2O与
NaF的渗透作用
,与防渗料
发生反应
,生成霞石与
SiF
4,其反应如下
:
Na
2O+Al
2O
3+SiO
2→
Nа
2AlSiO
4(霞石)
NaF+Al
2O
3+SiO
2→
Na
2AlSiO
4(霞石)
+SiF
4
在凝固线温度以上
,霞石粘度很大
,堵塞防渗料气孔
;在凝
固线温度以下
,霞石起到屏障作用
,阻挡或减缓电解质继续向
下渗透
,保护下面保温层面免受电解质侵蚀
,从而延长电解槽
使用寿命。
2 生产工艺
主要原料是粘土熟料和三级高铝熟料。外加物料由
A、
B
两种物质复合而成
,它能满足
:(
1)有利于霞石生成
;(
2)有利于
熔体粘度提高
;(
3)热导率低、不导电等要求。
主原料的最大粒度是
5mm,细粉粒度≤
0.088mm,外加
物粒度≤
0.074mm。采用
5~
3mm、
3~
1mm、
1~
0.088mm
和细粉四级配料。在粗、中、细的颗粒级配上
,适当减少粗颗粒
数量
,增加细粉含量
,提高中颗粒比例
,可使干式防渗料获得较
高震捣密度
,并可减少颗粒偏析
;无棱角的颗粒比有棱角的颗
粒更易于流动
,也同样可使干式防渗料获得较高的震捣密度。
结合生产所用原料的特性
,颗粒级配为粗∶中∶细
=25∶
35∶
40。将称量准确的各种原料倒入搅拌机内混合
,净混时间为
5min,待充分均匀后方可装袋。
生产的干式防渗料的矿物组成为石英、莫来石等
,理化指
标为
:
w(
Al
2O
3+SiO
2)≥
90%,堆积密度(
g・
cm-3
)
1.40~
1.50
(松散)、
1.95~
2.05(捣实)
,950℃保温
96h后的侵蚀深度
3~
6mm,耐火度
1750℃
,热导率(
350℃)
0.3~
0.35W・(
m・
K)-1
。
3 防渗试验
目前
,国内还没有干式防渗料的具体试验标准
,参照耐火
材料抗侵蚀试验方法及铝厂实际情况
,采用了如下试验方法。
取一定量的干式防渗料倒入刚玉坩埚内
,充分捣实后加入
铝厂正常使用的电解质。在重烧炉内将坩埚加热至
960℃保
温
120h,冷却至室温后取出并切开
,测出反应层深度即可分析
防渗效果。反复试验表明
:A、
B两种物质复合加入(
A∶
B=4∶
1)比
A或
B单独加入效果好
,此时侵蚀深度是
3~
5mm;反应
层
Na
2O含量高
,未反应层
Na
2O与配方中一致
,并且反应层致
密均匀
,界面清晰
,呈玻璃态。
通过防渗试验证明
:干式防渗料与电解质反应生成了霞石
(或具有霞石组成的钠硅铝化合物)
,有效阻止或延缓了电解质
的继续渗透。
4 使用效果
生产的干式防渗料在某单位
60kA、
80kA预焙槽工业应
用
,取得以下效果。
(
1)由于具有良好的防渗作用
,电解槽底保温状况与设计
的预期情况更加接近。与耐火砖相比
,槽底电压降低
30mV,
电流效率提高
0.59%,可使每台槽年节电
29000kW・
h。另外
,
未反应防渗料还可重复利用
,减少环境污染
,有明显的经济效
益和社会效益。
(
2)防渗料的良好防渗作用及低的热导率
,使防渗料层成
为一屏障
,从而使阴极碳块内部温差不致增大
;同时
,反应层
(减缓层)具有塑性
,颗粒层具有一定可压缩性
,能有效缓解电
解槽膨胀
,从而延长电解槽寿命。
(
3)防渗料良好的防渗作用
,使冰晶石单耗减少
12.5%。
吕任敏
:男
,1967年生
,工程师。
编辑
:柴俊兰
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NAIHUOCAILIAO/耐火材料
2002/1