铝电解槽对耐火材料的要求

日期:2024-06-21    编辑:荣盛耐材    

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铝电解采用冰晶石(六氟合铝酸钠)、氟化铝、氟化锂等熔液为电解质,将AL2O3加入电解槽,通电熔化。
 
虽然Al2O3熔点为2050,但在氟化盐熔体中可降至970左右。在电场力的作用下,Al2O3电离,Al在阴聚集,可用真空泵吸入铝水罐送去进一步处理和铸锭,阳放出的氧与炭反应生成CO2或CO。电化学反应放出的热量使电解质与铝保持熔融状态。
 
所以,电解槽内衬实际上既是导电材料(如槽底炭砖),又是高温耐火材料。
 
电解槽对耐火材料的要求:
 
①能抵抗熔融氟化物的侵蚀;
 
②有良好的导电能力;
 
③少量或不含SiO2,以避免SiO2被金属铝还原;
 
④同时要求气孔率低和致密度高,以防铝液渗漏;

铝电解槽是铝电解生产的核心设备,其内部环境高温、高腐蚀、高冲击。因此,耐火材料的选择和应用是关键因素,直接影响铝电解槽的使用寿命和电解效率。以下是铝电解槽对耐火材料的主要要求:

1. 高耐化学腐蚀性
铝电解槽中熔融的铝电解质(主要为冰晶石和氧化铝的混合物)具有强烈的化学腐蚀性。耐火材料需要能抵抗电解质及其分解产物的侵蚀,尤其是在高温下与氟化物、氧化铝、熔融铝、铝合金和碳化物等化学物质的接触中保持稳定。

铝电解槽对耐火材料的化学侵蚀:主要来自电解质中的氟化物、氧化铝和熔融铝,这些物质可以与耐火材料中的硅、氧等元素发生反应,导致材料损耗和性能退化。

2. 高耐热性
铝电解过程中电解质的温度一般在960℃到970℃之间,部分区域温度更高。因此,耐火材料要能在高温下长期稳定使用而不发生软化、熔融或变形。

高熔点和高软化温度:能够在电解槽工作温度范围内保持强度和稳定性,常用的耐火材料如氧化铝(Al2O3)基材料、碳质材料、镁铝尖晶石等。

3. 高热稳定性和热冲击性
电解槽运行过程中,温度波动和热冲击不可避免。耐火材料需要具备优良的抗热震性,能够承受急冷急热的热应力而不开裂。

热膨胀系数:低热膨胀系数的材料在温度变化中会有较小的尺寸变化,从而减少开裂的可能性。

4. 良好的机械强度和结构完整性
电解槽中的耐火材料需要承受静载荷和电解质的压力,以及电解槽开启、维护过程中的机械冲击。因此,材料需要具有足够的机械强度,能够抵抗磨损、冲击和压力而不破损。

抗压强度和抗弯强度:这些性能参数是确保耐火材料能在机械应力下保持完整性的关键。

5. 优异的导电性
在铝电解过程中,电流通过电解质和电ji进行电解反应,因此,部分耐火材料需要具备良好的导电性能,以确保电解效率。

导电碳砖:常用于电解槽的阴ji部分,能够良好地传导电流,减少电阻损耗。

6. 低气孔率和高密度
低气孔率有助于提高材料的密度,从而增强其抗化学腐蚀和机械强度。高密度材料能更好地抵抗熔融铝和电解质的渗透。
气孔率和密度控制:材料的制造过程中需要严格控制气孔率,优化烧结工艺以提高密度。

7. 良好的可加工性

耐火材料需要能够被加工成复杂的形状和尺寸,以适应电解槽的结构要求。同时,应具备良好的可修复性,便于电解槽在运行中或维护时进行更换或修补。

尺寸和形状精度:确保耐火材料能够准确地装配到电解槽中,避免出现缝隙或错位。

典型应用材料
阴ji材料
碳砖:通常使用高密度、高强度的碳砖,具有良好的导电性和抗化学腐蚀性。
SiC砖:硅碳砖具备良好的抗氧化性能和较高的导热性。

侧墙材料
半石墨砖:适用于中低温区域,能承受较大的热应力。
氧化铝砖:提供优异的耐腐蚀性能,适合高温区域。

绝热层材料
轻质耐火砖:用于电解槽外层,提供隔热效果,减少热量损失。
陶瓷纤维板:提供良好的绝热性能,适用于电解槽顶部和侧壁。

铝电解槽对耐火材料的要求十分严格,主要包括高耐化学腐蚀性、高耐热性、高热稳定性、良好的机械强度、优异的导电性、低气孔率、高密度以及良好的可加工性。选择合适的耐火材料能够显著提高铝电解槽的运行效率和使用寿命,减少停工时间和维护成本。