一种铝电解槽侧墙用新型Si₃N₄-SiC-C耐火砖及其制备方法

专利名称：一种铝电解槽侧墙用新型Si₃N₄-SiC-C耐火砖及其制备方法
技术领域：
本发明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 备技术领域。
背景技术：
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。因此本发明采用沥青、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。本发明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。

发明内容
本发明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，本发明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。本发明将氮化硅材料、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。
本发明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)。
本发明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10分钟 50小时，通常最高焙烧 温度可以为130(TC左右；自然冷却至室温后即可得到所述的铝电解槽侧墙用新型SbN4-SiC-C 耐火砖。
本发明根据传统碳质耐火砖的制备工艺，采用氮化硅、碳化硅、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)等 原料制备出Si3N4-SiC-C耐火材料，在制备的过程中融入了碳素材料的制备理念，使氮化硅、 碳化硅、电煅无烟煤等材料达到一定强度的结合。由此发明得到的新型Si3N4-SiC-C耐火材料 一方面具备氮化硅、碳化硅熔点高、强度大、抗冰晶石侵蚀能力强、耐高温熔体渗透好等优 点，另一方面又具备炭砖的高导热、低成本特点。从而有效地降低了氮化硅结合碳化硅砖的 使用成本，还为用后炭块和石墨电极的再利用提供一个重要技术。
具体实施例方式
根据本发明的技术方案，其具体实施方式
为 (1)选择本发明所需要的各种原料，并使各原料达到本发明的具体要求，其中氮化硅材 料为市售工业原料(目前国内市场已经有批量的耐火级氮化硅原料出售， 一般为硅粉氮化的
方法制得)，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。其中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。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。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。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%。
(2)将上述原料中的氮化硅材料、碳化硅原材料、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)、添加剂等原料按 照自然的颗粒级配和一定的配比混合均匀，并将混合均匀后的原料加入到混练机中。
、(3)加入所述结合剂(也可以分批加入结合剂)，混练时间为3分钟 4小时。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。
(4) 将混练后得到的具有一定塑性的原料在压砖机中压制成砖坯，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，压砖机可以是大型振动加压成型机，也可以是200 IOOO吨位的摩擦压砖机，还可以是高吨位液压机。成型好的砖坯在30 20(TC的温度下干燥， 干燥后的水分应控制在小于0.4%的范围内。得干燥后砖坯具有一定的强度便于搬运和装窑。
(5) 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，加热升温的过程为连续升 温的过程，升温速度没有特定要求，升温速度可以控制在1(TC 30(TC/小时，在800'C时和 IIO(TC时可以分别保温一定时间，在最高焙烧下保温10分钟 50小时，通常最高焙烧温度 可以为130(TC左右；自然冷却至室温后即可得到所述的铝电解槽侧墙用新型Si3N4-SiC-C耐 火砖。
实施例1
一种铝电解槽侧墙用新型Si3N4-SiC-C耐火砖的生产工艺过程原料
氮化硅质量要求为Si3N4含量大于85%， Fe203含量小于1.5%，其他杂质总含量小于8%。 粒度用5.0mm至O.lmm，加入量为5%，小于0.088mm氮化硅细粉加入量为20%,氮化硅的 总加入量为25% (质量百分比)。
碳化硅原料质量要求为，SiC大于97.5%, Fe203小于0.5%。
—各碳化硅颗粒粒度的配比为5.0mm 3mm，占1%; 3 lmm，占2%; 1 0.5mm， 4%; S0.5mm，占4%，小于0.088mm的碳化硅细粉14%;碳化硅的总加入量为25%(质量百分比)。
电煅无烟煤为市售工业原料，其质量要求为含碳量大于卯％，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%，粒度选用12mm至0.1mm。总加入量为50% (质量百分比)，其中粒度用12mm至5.0mm加入量为15%， 5.0mm至lmm加入量为25%， lmm至O.lmm加入量为10%。
结合剂为高温沥青、焦油和耐火酚醛树脂，均为市售工业原料，其用法是它们三者按1:1:1 的比例的混合物加入，其加入量为外加18%。
添加剂选用是硅粉、硅微粉和硅酸锆，其加入量为分别外加1%，共加入量为3%。
配料
将各粒度的碳化硅颗粒、氮化硅颗粒和电煅无烟煤颗粒加入搅拌混砂机中混合2分钟， 后加入碳化硅细粉、氮化硅粉和添加剂粉料再混合5分钟后，加入结合剂，后一起在强制搅 拌混砂机中混合40分钟。
成型
把混合好的物料困料24小时，后在压砖机中压制成为500mm长450mm宽90mm厚的 制品，压砖机可以是大型振动加压成型机，也可以是1000吨的摩擦压砖机，也可以是3000 吨高吨位液压机。
干燥
成型好的砖坯在3(TC 20(TC的温度下干燥，干燥后砖坯的水分应控制在小于0.4%。 焙烧
将上述干燥好的砖坯置于热工窑炉中加热焙烧。砖坯置于窑炉中采用匣钵埋碳保护的条 件下经过常温至130CTC的温度范围内热处理，加热升温的过程为连续升温的过程，升温速度 可以控制在3(TC/小时，在800。C时和IIO(TC时可以分别保温3小时时间，在1300。C的最高 焙烧下保温10小时；自然冷却至室温后即可得到所述的铝电解槽侧墙用新型Si3N4-SiC-C耐 火砖。
铝电解槽侧墙用新型Si3N4-SiC-C耐火砖的理化性能为:SiC， 22.36%; Si3N4, 20.12%; C， 54.63%;其它，2.89%。显气孔率，23.2%;体积密度，1.87g/cm3;耐压强度，57.83MPa; 常温抗折强度，13.1MPa;坩埚法抗冰晶石侵蚀能力比氮化硅结合碳化硅砖略好。
8实施例2
一种铝电解槽侧墙用新型Si3N4-SiC-C耐火砖的生产工艺过程 原料
氮化硅质量要求为Si3N4含量大于85%, Fe2Cb含量小于1.5%，其他杂质总含量小于8%。 粒度用5.0mm至0.1mm，加入量为5%，小于0.088mm氮化硅细粉加入量为30%，氮化硅的 总加入量为35% (质量百分比)。
碳化硅原料质量要求为，SiC大于98.5%， Fe203小于0.5%。
各碳化硅颗粒粒度的配比为5.0mm 3mm，占1%; 3 lmm，占2%; 1 0.5mm， 1%; S0.5mm，占1%，小于0.088mm的碳化硅细粉5%;碳化硅的总加入量为10%(质量百分比)。
电煅无烟煤为市售工业原料，其质量要求为含碳量大于卯％，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%，粒度选用12mm至O.lmm。总加入量为35% (质量百分比)，其中粒度用12mm至5.0mm加入量为15%, 5.0mm至lmm加入量为15%, lmm至O.lmm的加入量为5%。
使用后的石墨电极经过清理除去杂质，经过破碎分级加工为5.0mm至lmm和lmm至 O.lmm的颗粒。总加入量为20%(质量百分比)，5.0mm至lmm加入量为15%， lmm至O.lmm 加入量为5%。
结合剂为高温沥青、焦油和耐火酚醛树脂，均为市售工业原料，其用法是它们三者按1:2:1 的比例的混合物加入，其加入量为外加16%。
添加剂选用是硅粉和硅微粉，其加入量为分别外加1%，共加入量为2%。 配料
将各粒度的碳化硅颗粒、氮化硅颗粒、用后石墨电极和电煅无烟煤颗粒加入搅拌混砂机 中混合2分钟，后加入碳化硅细粉、氮化硅粉和添加剂粉料再混合6分钟后，加入结合剂， 后一起在强制搅拌混砂机中混合50分钟。
成型
把混合好的物料困料24小时，后在压砖机中压制成为500mm长450mm宽90mm厚的 制品，压砖机可以是大型振动加压成型机，也可以是1000吨的摩擦压砖机,也可以是3000吨 高吨位液压机。
干燥
成型好的砖坯在3(TC 20(TC的温度下干燥，干燥后砖坯的水分应控制在小于0.4%。 焙烧
将上述干燥好的砖坯置于热工窑炉中加热焙烧。砖坯置于窑炉中采用匣钵埋碳保护的条 件下经过常温至1400。C的温度范围内热处理，加热升温的过程为连续升温的过程，升温速度 可以控制在2(TC/小时，在850'C时和1200。C时可以分别保温4小时时间，在1400'C的最高焙烧下保温15小时；自然冷却至室温后即可得到所述的铝电解槽侧墙用新型Si3N4-SiC-C耐 火砖。
铝电解槽侧墙用新型Si3N4-SiC-C耐火砖的理化性能为SiC， 7.47%; Si3N4， 31.12%; C， 59.03%;其它，2.38%。显气孔率，20.2%;体积密度，1.66g/cm3;耐压强度，52.83MPa;常 温抗折强度，12.1MPa;坩埚法抗冰晶石侵蚀能力比氮化硅结合碳化硅砖略好。
实施例3
一种铝电解槽侧墙用新型Si3N4-SiC-C耐火砖的生产工艺过程 原料
氮化硅质量要求为Si3N4含量大于85%， Fe203含量小于1.5%，其他杂质总含量小于8%。 粒度用5.0mm至0.1mm，加入量为8%，小于0.088mm氮化硅细粉加入量为30%，氮化硅的 总加入量为38% (质量百分比)。
碳化硅原料质量要求为，SiC大于98.5%， Fe203小于0.5%。
各碳化硅颗粒粒度的配比为小于0.088mm的碳化硅细粉5%;碳化硅的总加入量为5%
(质量百分比)。
电煅无烟煤为市售工业原料，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%，粒度选用12mm至O.lmm。总加入量为20% (质量百分比)，其中粒度用12mm至5.0mm加入量为5°/0， 5.0mm至lmm加入量为5%。 使用后的炭块经过清理除去杂质，经过破碎分级加工为12mm至5.0mm， 5.0mm至lmm 和lmm至O.lmm的颗粒。总加入量为37% (质量百分比)，12mm至5.0mm加入量为15%， 5.0mm至lmm加入量为15%， lmm至O.lmm加入量为7%。
结合剂为高温沥青、焦油和耐火酚醛树脂，均为市售工业原料，其用法是它们三者按l:
1:2的比例的混合物加入，其加入量为外加15%。
添加剂选用是硅粉、硅微粉和硅酸锆，其加入量为分别外加1%，共加入3%。 配料
将各粒度的碳化硅颗粒、氮化硅颗粒、使用后的炭块颗粒和电煅无烟煤颗粒加入搅拌混 砂机中混合2分钟，后加入碳化硅细粉、氮化硅粉和添加剂粉料再混合5分钟后，加入结合 剂，后一起在强制搅拌混砂机中混合50分钟。
成型
把混合好的物料困料10小时，后在压砖机中压制成为500mm长450mm宽90mm厚的 制品，压砖机可以是大型振动加压成型机，也可以是1000吨的摩擦压砖机,也可以是3000吨 高吨位液压机。
干燥
成型好的砖坯在3(TC 20(TC的温度下干燥，干燥后砖坯的水分应控制在小于0.4%。倍烧将上述千燥好的砖坯置于热工窑炉中加热焙烧。砖坯置于窑炉中采用匣钵埋碳保护的条件下经过常温至110(TC的温度范围内热处理，加热升温的过程为连续升温的过程，升温速度 可以控制在3(TC/小时，在50(TC时和90(TC时可以分别保温4小时时间，在IIO(TC的最高焙 烧下保温20小时；自然冷却至室温后即可得到所述的铝电解槽侧墙用新型Si3N4-SiC-C耐火 砖。铝电解槽侧墙用新型Si3N4-SiC-C耐火砖的理化性能为SiC， 3.16%; Si3N4， 35.42%; C， 59.16%;其它，2.29%。显气孔率，21.7%;体积密度，1.72g/cm3;耐压强度，49.51MPa;常 温抗折强度，lL9MPa;坩埚法抗冰晶石侵蚀能力比氮化硅结合碳化硅砖好。
权利要求
1、一种铝电解槽侧墙用新型Si3N4-SiC-C耐火砖，其特征在于所述Si3N4-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Si3N4-SiC-C耐火砖。
2、 根据权利要求1所述的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% (质量百分比)；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%(质量百分比)；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 80.0%;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%。
3、 根据权利要求l所述的铝电解槽侧墙用新型Si3N4-SiC-C耐火砖，其特征在于所述电煅无烟煤为市售工业原料(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)，其质量要求为含碳量大于卯％，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。
4、 根据权利要求1所述的铝电解槽侧墙用新型Si3N4-SiC-C耐火砖，其特征在于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;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96%，氧化铁含量小于1.5%，粒度小于5.0mm。
5、 根据权利要求l所述的铝电解槽侧墙用新型Si3N4-SiC-C耐火砖，其特征在于所述耐火砖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%。
6、 根据权利要求1所述的铝电解槽侧墙用新型Si3N4-SiC-C耐火砖，所述的制备工艺过程依次为a)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，再将结合剂加入(也可以分批加入结合剂)，混练时间为3分钟 4小时；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;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。b)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。C)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10分钟 50小时，通常最高焙烧温度可以为130CTC左右；自然冷却至室温后即可得到所述的铝电解槽侧墙用新型Si3N4-SiC-C耐火砖。
全文摘要
本发明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Si₃N₄-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Si₃N₄-SiC-C耐火砖还可以广泛应用于其它行业的耐高温材料。
文档编号C04B35/66GK101591190SQ20091008754
公开日2009年12月2日 申请日期2009年6月29日 优先权日2009年6月29日
发明者刘艳改, 徐友果, 房明浩, 凯 陈, 黄朝晖 申请人:中国地质大学(北京)