[go: up one dir, main page]

CN102212844B - 一种碳金属化合物复合材料 - Google Patents

一种碳金属化合物复合材料 Download PDF

Info

Publication number
CN102212844B
CN102212844B CN201010143076.1A CN201010143076A CN102212844B CN 102212844 B CN102212844 B CN 102212844B CN 201010143076 A CN201010143076 A CN 201010143076A CN 102212844 B CN102212844 B CN 102212844B
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon
metal compound
composite material
sic
compound composite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201010143076.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102212844A (zh
Inventor
薄钧
张建芳
李勇
张永谦
张玉涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sinosteel Refractory Co Ltd
Original Assignee
Sinosteel Refractory Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sinosteel Refractory Co Ltd filed Critical Sinosteel Refractory Co Ltd
Priority to CN201010143076.1A priority Critical patent/CN102212844B/zh
Publication of CN102212844A publication Critical patent/CN102212844A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102212844B publication Critical patent/CN102212844B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

一种碳金属化合物复合材料,其主要组分为SiC、C、Si3N4和Si。上述碳金属化合物复合材料的制备方法为:1)将SiC、C、Si3N4和Si按比例称量配料、混练后成型;2)进行氮化烧成,烧成温度为1380-1560℃,时间为100-200小时;3)沥青浸渍液中浸渍8-60小时;4)氮气或埋碳中200-1500℃焙烧,时间为48-200小时。本发明的碳金属化合物复合材料可以有效改善铝液流动状态以及降低炼铝工业的电耗。

Description

一种碳金属化合物复合材料
技术领域
本发明属于无机非金属材料领域,具体地涉及一种炼铝电解槽用的耐火材料-碳金属化合物复合材料。
本发明还涉及上述碳金属化合物复合材料的制备方法。
技术背景
铝电解是目前铝冶金的主要手段,应用氧化铝的电解制取原铝。电解槽通常采用碳阳极和碳阴极,以氟化铝等氟盐做为电解质,使Al2O3发生电化学反应,O2分子与阳极反应逸出,制得的铝液经净化澄清后,浇铸成铝材。该过程在铝电解槽中重要的物理场有六个:电位场、电流场、磁场、温度场(热场)、流速场和浓度场。其中电流场是电解槽运行的能量基础;电流产生磁场,电流的热效应产生热场,磁场分布的不平衡导致电解质和铝液的运动,电解质和铝液的运动导致Al2O3和金属的扩散与溶解;温度场的分布不仅是保证电解过程得以进行的基础,也是影响能量平衡的重要因素,而且对熔体的运动及物质扩散也产生影响。如何有效地控制熔体运动使电解得以实现,且降低其无效的用功,需要对目前电解槽内的结构及电解工艺参数进行调整,达到降低能耗的目的,使目前冶炼吨铝消耗14000度直流电耗降低到13160度,节约能源6%左右,其意义非常深远。
铝电解槽底部阴极采用碳素材料,一般采用半石墨质碳阴极和全石墨质碳阴极两种。
改善铝液流动状态是减少电耗的方法。在无机非金属材料中,可供选择的材料就是碳质和碳化硅两大类材料。
但碳质材料虽然目前已有应用,并取得一定效果,但该材料从长期安全使用中存在以下问题:
(1)碳质材料密度小,一般在1.50-1.80g/cm3之间,相对于2.3g/cm3密度的铝液来说,存在难以在铝液中的安放问题。为了解决安放问题,只有将阴极做成异型的,或者将材料直接固定在阴极上,这给电解槽的启动、正常运行带来了一系列的操作问题。
(2)碳质材料强度低,一般在10-30MPa,对于铝液熔体的运动,材料自身受到很大磨损,100mm高的凸台运行100-120天后,磨损达50%左右,无法满足一代槽令2000天的要求。
(3)碳质材料只能在大修槽中实施。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于炼铝电解槽的碳金属化合物复合材料。
本发明的又一目的在于提供一种制备上述碳金属化合物复合材料的方法。
为实现上述目的,本发明提供的碳金属化合物复合材料,其主要组分为SiC、C、Si3N4和Si,其中SiC占总重量的50-95%,C占总重量的1-33%、Si3N4占总重量的1-35%,Si占总重量的0.1-30%。
所述的碳金属化合物复合材料中,SiC粒径为3-0毫米,其粒径组成及重量比为3-1毫米∶1-0.5毫米∶<0.1毫米为2-6∶0.1-3.5∶1-5,C为0.088-0毫米,Si3N4为<0.1毫米,Si为<0.1毫米。
本发明提供的制备上述碳金属化合物复合材料的方法,其主要步骤为:
1)将SiC、C、Si3N4和Si按上述比例称量配料、混练后成型;
2)将步骤1所得的复合材料进行氮化烧成(氮气纯度为99.99%),温度为1380-1560℃,时间为100-200小时;
3)步骤2所得的复合材料于沥青浸渍液中浸渍8-60小时;
4)步骤3所得的浸渍复合材料在氮气(氮气纯度为99.99%)或埋碳中200-1500℃焙烧,时间为48-200小时。
所述的方法中,步骤B和步骤D的氮气空速比为1.8-5.5h-1
所述的方法中,步骤D埋碳时固定碳与碳金属化合物复合材料的重量比为0.3-1.5∶1。
本发明的碳金属化合物复合材料在用于炼铝电解槽时,除了可以避免公知碳质材料的缺点外,还具有以下性能:
(1)在950℃左右温度下与铝液不发生反应;
(2)在950℃左右温度下,有优异的抗电解质的侵蚀能力;
(3)体积密度在3.0g/cm3以上;
(4)950℃左右温度下具有优异的耐熔体冲刷性能;
(5)具有弱的导电性,对铝液无污染。
具体实施方式
本发明是按照耐火材料的配料、混炼、成型、氮化烧成及浸渍、检测等工艺制作的碳金属化合物复合材料。
具体操作是,将SiC、C、Si3N4和Si分别按照50-95%、1-33%、1-35%和0.1-30%重量比进行称量配料,经混砂机或高速混练机混练5-40分钟,混练好的泥料在1000吨摩擦压力机或其他成型设备上压制成砖坯,经150-200℃温度干燥16-84小时(此为公知技术,具体可参阅《耐火材料工艺学》,王维邦主编,冶金工业出版社,1993年),干燥后砖坯在1380-1560℃温度下经过100-200小时的氮化烧成(氮气的空速比为1.8-5.5h-1),然后在沥青浸渍液中浸渍8-60小时,最后在氮气(氮气的空速比为1.8-5.5h-1)或埋碳中200-1500℃焙烧,时间为48-200小时(埋碳时固定碳与碳金属化合物复合材料的重量比为0.3-1.5∶1)。即可制作成该发明的碳金属化合物复合材料,其性能如下:
SiC占总重量的50-95%;
Si3N4占总重量的1-33%;
C占总重量的1-35%;
气孔率≤22.8%;
体积密度≥2.47g/cm3
耐压强度≥171MPa;
抗折强度≥18MPa;
高温抗折强度(1400×0.5h℃)≥23MPa。
实施例1
把220公斤粒径3-1毫米的SiC、44公斤粒径1-0.5毫米的SiC、176公斤粒径<0.1毫米的SiC、224公斤粒径0.088-0毫米的C、120公斤粒径<0.1毫米的Si3N4、16公斤粒径<0.1毫米的Si,加入混练机中,混练5分钟,加入16公斤的糊精,混练5分钟,然后加入6%的水,混练30分钟,混练好的泥料在1000吨摩擦压力机或其他成型设备上压制成砖坯,经150℃温度干燥84小时,干燥后砖坯在1380℃温度下经过200小时的氮化烧成(氮气的空速比为1.8h-1),然后在沥青浸渍液中浸渍60小时,最后在氮气(氮气的空速比为1.8h-1)或埋碳中200℃焙烧,时间为200小时(埋碳时固定碳与碳金属化合物复合材料的重量比为0.3∶1)。
其性能为:SiC占总重量的53.3%、C占总重量的25.1%、Si3N4占总重量的12.6%、气孔率18.2%、体积密度2.75g/cm3、耐压强度221MPa、抗折强度38MPa、高温抗折强度(1400×0.5h℃)41MPa。
实施例2:
把260公斤粒径3-1毫米的SiC、52公斤粒径1-0.5毫米的SiC、208公斤粒径<0.1毫米的SiC、120公斤粒径0.088-0毫米的C、80公斤粒径<0.1毫米的Si3N4、80公斤粒径<0.1毫米的Si,加入混练机中,混练5分钟,加入16公斤的糊精,混练5分钟,然后加入6%的水,混练20分钟,混练好的泥料在1000吨摩擦压力机或其他成型设备上压制成砖坯,经200℃温度干燥16小时,干燥后砖坯在1560℃温度下经过100小时的氮化烧成(氮气的空速比为5.5h-1),然后在沥青浸渍液中浸渍8小时,最后在氮气(氮气的空速比为5.5h-1)或埋碳中1500℃焙烧,时间为48小时(埋碳时固定碳与碳金属化合物复合材料的重量比为1.5∶1)。
其性能为:SiC占总重量的61.2%、C占总重量的12.5%、Si3N4占总重量的19.2%、气孔率21.0%、体积密度2.58g/cm3、耐压强度185MPa、抗折强度25MPa、高温抗折强度(1400×0.5h℃)29MPa。
实施例3:
把280公斤粒径3-1毫米的SiC、56公斤粒径1-0.5毫米的SiC、224公斤粒径<0.1毫米的SiC、120公斤粒径0.088-0毫米的C、64公斤粒径<0.1毫米的Si3N4、56公斤粒径<0.1毫米的Si,加入混练机中,混练5分钟,加入16公斤的糊精,混练5分钟,然后加入6%的水,混练40分钟,混练好的泥料在1000吨摩擦压力机或其他成型设备上压制成砖坯,经160℃温度干燥84小时,干燥后砖坯在1450℃温度下经过150小时的氮化烧成(氮气的空速比为2.9h-1),然后在沥青浸渍液中浸渍48小时,最后在氮气(氮气的空速比为2.9h-1)或埋碳中600℃焙烧,时间为48小时(埋碳时固定碳与碳金属化合物复合材料的重量比为0.6∶1)。
其性能为:SiC占总重量的65.3%、C占总重量的12.1%、Si3N4占总重量的14.4%、气孔率4.0%、体积密度2.85g/cm3、耐压强度230MPa、抗折强度50MPa、高温抗折强度(1400×0.5h℃)60MPa。
实施例4:
把312公斤粒径3-1毫米的SiC、63公斤粒径1-0.5毫米的SiC、249公斤粒径<0.1毫米的SiC、80公斤粒径0.088-0毫米的C、24公斤粒径<0.1毫米的Si3N4、72公斤粒径<0.1毫米的Si,加入混练机中,混练5分钟,加入16公斤的糊精,混练5分钟,然后加入6%的水,混练25分钟,混练好的泥料在1000吨摩擦压力机或其他成型设备上压制成砖坯,经180℃温度干燥84小时,干燥后砖坯在1500℃温度下经过150小时的氮化烧成(氮气的空速比为4.1h-1),然后在沥青浸渍液中浸渍60小时,最后在氮气(氮气的空速比为4.1h-1)或埋碳中1000℃焙烧,时间为100小时(埋碳时固定碳与碳金属化合物复合材料的重量比为1.0∶1)。
其性能为:SiC占总重量的72.4%、C占总重量的8.1%、Si3N4占总重量的11.2%、气孔率1.0%、体积密度3.00g/cm3、耐压强度350MPa、抗折强度58MPa、高温抗折强度(1400×0.5h℃)65MPa。
将上述实施例的复合材料在160KA、180KA、240KA、300KA的600余台铝电解槽上使用,吨铝直流电耗按国内平均的消耗水平14000度降低200-1000度不等,平均降低水平为600度。随着电解技术的进一步完善,节能效果仍有提高的空间。

Claims (3)

1.一种制备炼铝电解槽用的碳金属化合物复合材料的方法,所述碳金属化合物复合材料的主要组分为SiC、C、Si3N4和Si,其中SiC占总重量的50-95%,C占总重量的1-33%、Si3N4占总重量的1-35%,Si占总重量的0.1-30%,其主要步骤为:
A)将SiC、C、Si3N4和Si按比例称量配料、混练后成型;
B)将步骤A所得的复合材料进行氮化烧成,温度为1380-1560℃,时间为100-200小时;
C)步骤B所得的复合材料于沥青浸渍液中浸渍8-60小时;
D)步骤C所得的浸渍复合材料在氮气或埋碳中200-1500℃焙烧,时间为48-200小时。
2.如权利要求1所述的方法,其中,步骤B和步骤D中的氮气纯度为99.99%,空速比为1.8-5.5h-1
3.如权利要求1所述的方法,其中,步骤D埋碳时固定碳与浸渍复合材料的重量比为0.3-1.5∶1。
CN201010143076.1A 2010-04-07 2010-04-07 一种碳金属化合物复合材料 Expired - Fee Related CN102212844B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201010143076.1A CN102212844B (zh) 2010-04-07 2010-04-07 一种碳金属化合物复合材料

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201010143076.1A CN102212844B (zh) 2010-04-07 2010-04-07 一种碳金属化合物复合材料

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102212844A CN102212844A (zh) 2011-10-12
CN102212844B true CN102212844B (zh) 2014-10-01

Family

ID=44744368

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201010143076.1A Expired - Fee Related CN102212844B (zh) 2010-04-07 2010-04-07 一种碳金属化合物复合材料

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102212844B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104418593B (zh) * 2013-08-20 2016-09-07 沈阳铝镁科技有限公司 一种耐高温、耐冲刷材料及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3562136A (en) * 1967-03-24 1971-02-09 Montedison Spa Igneous-electrolysis multicell furnaces,for the protection of the inner layer in contact with molten salts
CN2062336U (zh) * 1989-10-13 1990-09-19 山东铝厂 氮化硅结合碳化硅材料作侧衬砖的铝电解槽
CN1297066A (zh) * 1999-11-17 2001-05-30 钟群标 铝用电解槽侧部的涂层材料
CN101104565A (zh) * 2006-07-11 2008-01-16 揖斐电株式会社 复合陶瓷粉末及其制造方法以及不定形耐火材料
CN101591190A (zh) * 2009-06-29 2009-12-02 中国地质大学(北京) 一种铝电解槽侧墙用新型Si3N4-SiC-C耐火砖及其制备方法
CN101665365A (zh) * 2009-10-16 2010-03-10 攀钢冶金材料有限责任公司 碳素保护套管耐火材料及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56125276A (en) * 1980-03-06 1981-10-01 Kurosaki Refractories Co Beta-sic-si3n4 composite specific heat-resistant ceramics and manufacture

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3562136A (en) * 1967-03-24 1971-02-09 Montedison Spa Igneous-electrolysis multicell furnaces,for the protection of the inner layer in contact with molten salts
CN2062336U (zh) * 1989-10-13 1990-09-19 山东铝厂 氮化硅结合碳化硅材料作侧衬砖的铝电解槽
CN1297066A (zh) * 1999-11-17 2001-05-30 钟群标 铝用电解槽侧部的涂层材料
CN101104565A (zh) * 2006-07-11 2008-01-16 揖斐电株式会社 复合陶瓷粉末及其制造方法以及不定形耐火材料
CN101591190A (zh) * 2009-06-29 2009-12-02 中国地质大学(北京) 一种铝电解槽侧墙用新型Si3N4-SiC-C耐火砖及其制备方法
CN101665365A (zh) * 2009-10-16 2010-03-10 攀钢冶金材料有限责任公司 碳素保护套管耐火材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102212844A (zh) 2011-10-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101658901B (zh) 避免球铁铁液在浇注过程中发生球化衰退和降低浇注温度的处理方法及专用浇注设备
CN111235603B (zh) 一种熔盐电脱氧制备金属铍的方法
CN103160864B (zh) 一种铌精矿熔盐电解制备铌铁合金的方法
CN101886197A (zh) 一种铝锂钐合金及其熔盐电解制备方法
CN103131944A (zh) 一种耐磨铸铁件及其制备方法
CN101983002A (zh) 钛渣冶炼专用炭电极及其制备方法
CN104107889B (zh) 大断面球墨铸铁水平连铸生产工艺及其石墨模具装置
CN101200806B (zh) 一种熔盐电解制备钆铁合金的方法
CN108754143A (zh) 一种利用冶金硅渣生产硅铁合金的方法
CN102212844B (zh) 一种碳金属化合物复合材料
CN106939368A (zh) 一种钢包增碳剂及其制备方法
CN103184474B (zh) 一种阳极保护环的制备方法
MY153829A (en) Cathode carbon block for aluminum smelting and process for production thereof
CN102146496A (zh) 钢液外加电场无污染脱氧精炼装置及其应用方法
CN105274360A (zh) 用等离子炭还原氧化物炼钛或钛合金的新工艺
CN201305637Y (zh) 稀土电解槽
CN110396568A (zh) 一种配合降低转炉终点碳氧积的超大型整体式供气砖
CN102212845B (zh) 一种铝电解用TiB2阴极涂层的制备方法
CN103160863B (zh) 一种铌精矿熔融氧化物电解制备铌铁合金的方法
CN107287470B (zh) 一种包含纳米碳化钨材料的铅蓄电池板栅合金及制备方法
CN100588747C (zh) 低温电解制备不同相组成的镁锂合金的方法
CN101469373A (zh) 一种制锂装置
CN110551910B (zh) 一种铝合金复合细化、强化剂及其制备方法和装置
CN110526714B (zh) 一种铝电解槽阴极用碳化硅捣打糊及其制备方法
CN109055996A (zh) 一种下沉阴极熔盐电解制备铝钐中间合金的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20141001

Termination date: 20180407

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee