电解槽用耐火材料及砌筑.docx

电解槽用耐火材料及砌筑、施工　　一、电解槽用耐火材料? ? 电解槽用耐火材料的设计与建造中最受关注的部分。现在世界上铝电解槽内衬的基本构造可分为“整体捣固型”、“半整体捣固型”与“砌筑型”三大类。　　(1)整体捣固型。内衬的全部炭素体使用塑性炭糊就地捣固而成，其下部是用作保温与耐火材料的氧化铝，或者是耐火砖与保温砖。　　(2)半整体捣固型。底部炭素体为阴极炭块砌筑，侧部用塑性炭糊就地捣固而成，下部保温及耐火材料与整体捣固型的类似。　　(3)砌筑型。砌筑型底部用炭块砌筑，侧部用炭块或碳化硅等材料制成的板块砌筑，下部为耐火砖与保温砖及其他耐火、保温和防渗材料。根据底部炭块及其周边间缝隙处理方式的不同，砌筑型又分为“捣固糊接缝”和“黏结”两种类型。前种类型是在底部炭块砌筑时相互之间及其与侧块之间留出缝隙，然后用糊料捣固；后种类型则不留缝隙，炭块用炭胶糊黏结。　　上述的整体捣固型与半整体捣固型被工业实践证明槽寿命不长，而且电解槽焙烧时排出大量焦油烟气和多环芳香族碳氢化合物，污染环境，因此已被淘汰。砌筑型被广泛应用。砌筑型中的黏结型降低了“间缝”这一薄弱环节，被国外一些铝厂证明能获得很高的槽寿命，但对设计和材质的要求高。因为电解槽在焙烧启动过程中，没有间缝中的炭素为炭块的膨胀提高缓冲(捣固糊在碳化过程中会收缩)，因此若设计不合理或者炭块的热膨胀与吸钠膨胀太大，便容易造成严重的阴极变形或开裂。　　内衬的基本类型确定后，具体的结构将按最佳物理场分布原则进行设计。当容量、材料性能以及工艺要求不同时，所设计出来的内衬结构便应该不同，但一旦阴极结构设计的大方案确定(例如选用“捣固糊接缝的砌筑型”)，则不论是小型还是大型槽，其内衬的基本结构方案可以是相似的。区别往往体现在具体的结构参数上，而对于同等槽型和容量的电解槽，结构参数上的区别往往由设计理念、物理场优化设计工具和筑槽材料性能上的差异所引起。　　我国目前均采用捣固糊接缝的砌筑型。下图是我国大型预焙铝电解槽内衬基本结构方案的一个实例。内衬底部构成为：　　1)底部首先铺一层65mm的硅酸钙绝热板(或先铺一层l0mm厚的石棉板，再铺一层硅酸钙绝热板)。　　2)在绝热板上先砌两层65mm的保温砖(总厚度，或者为加强保温而干砌三层65mm的保温砖有种设计方案是在绝热板上铺一层5mm厚的耐火粉，用以保护绝热板，然后在其上干砌筑保温砖)。　　3)铺设一层厚130～195mm的干式防渗料(具体厚度视保温砖的层数而定，即两层保温耐火砖对应厚度，三层保温砖对应195mm厚度)，或者在三层保温砖上用耐火粉找平后铺一层lmm厚钢板防渗漏，再用灰浆砌两层65mm的耐火砖。　　4)在干式防渗料上(或耐火砖上)安装已组装好阴极钢棒的通长阴极炭块组。　　5)阴极炭块之间有35mm宽的缝隙，用专制的中间缝糊扎固。　　内衬侧部(底部干式防渗料或耐火砖以上的侧部)的构成及特点为：　　1)对于与底部炭块端部对应的侧部，靠钢壁砌筑一道65mm的保温砖，或者布设石棉板和40～60mm高温硅酸钙板；然后在该保温层与底部炭块之间浇注绝热耐火混凝土(高强浇注料)；并留出轧制人伸腿的空隙。　　2)在浇注料上方砌筑一层耐火砖，再在该耐火砖上方砌筑一层123mm厚的侧部炭块(或氮化硅黏结的碳化硅砖)，并使其背贴炭胶到钢壳壁上。　　3)侧部炭块顶上用80mm宽、l0mm厚的钢板紧贴住炭块顶部焊接在槽壳上，防止炭块上抬。　　4)底部炭块与侧部砌体之间的周边缝用专制的周围糊扎成200mm高的人造坡形伸腿。　　大型中间下料预焙槽从工艺上要求底部应有良好的保温，以利于炉底洁净；侧部应有较好的散热，以促成自然形成炉膛。侧部炭块下的浇注料(或耐火砖)做成阶梯形，以抑制伸腿过长。　　二、电解槽筑炉的基本规范结合上述大型预焙槽的内衬结构实例(上图)，介绍当前我国大型预焙槽筑炉的基本规范，主要包括工艺要求与材料指标两个部分。其中所列材料是当前我国电解槽内衬常用材料碳化硅，而非最好、最先进的材料。目前我国所使用的比较先进、稳定的电解槽内衬材料为氮化硅结合碳化硅。随着科学技术的进步，冶金企业日益向大型化、自动化、无污染、低消耗、高寿命等方向发展。面对日益增加的能耗，冶企业必须采用新技术、新设备、新材料来提高能源率，在诸多的材料中，氮化硅结合碳化硅材料作为新材料不断被世界各国冶金行业所采用，且在冶金工业中的应用领域日益广泛。氮化硅结合碳化硅是以氮化硅为结合剂，由粉状Si和SiC混合成型的坯体，在氮化窑中于0～1450℃的氮气气氛下加热烧制而成。具有密度大、强度高、热震稳定性好、荷重软化点高、导热好、电阻值高等特点，并且有优良的抗冰晶石、氟铝、氟化钠及氟化钙等熔体的侵蚀性和抗氧化性，是种有发展前途的结合碳化硅材料。氮化硅结合碳化硅块Silicon Nitride Bonded