专利名称：惰性阳极铝电解槽用不定型耐火耐蚀材料及其制作方法
技术领域：
惰性阳极铝电解槽用不定型耐火耐蚀材料及其制作方法，涉及一种不定型耐火耐蚀材料，特别是工业化惰性阳极铝电解槽保温与密封用不定型耐火耐蚀材料及制作方法。
背景技术：
自Hall-Heroult的冰晶石-氧化铝熔盐电解法问世以来，该方法一直是工业上生产原铝的主流方法。其原理是在电解槽中，以冰晶石-氧化铝熔盐做电解质，通直流电，熔盐中的氧化铝分解。在阴极析出铝水，在阳极析出气体。铝水密度高于电解质，铝水在电解槽底部汇聚，当有一定的量后，取出铝水浇注成铝锭。阳极气体溢出，经净化除尘后排空或收集等处理。随着工业技术的不断进步，铝电解槽也有了很大的发展。目前以炭阳极为主要特征的预焙阳极铝电解槽，成为当今铝工业的主流槽型。预焙阳极铝电解槽在不断的向大型化、自动化、高电流效铝、高寿命、低能耗等方向发展。500kA大型铝电解槽已经成功投运， 600kA大型铝电解槽也在试验中；国内外已有较多铝厂其电流效率在95%以上，槽寿命超过 3000天，直流电耗已降低至Ij 13000kff'h/t (Al)以下。尽管预焙阳极铝电解技术已经取得了较好的指标，但其自身有着固有的缺陷如消耗性炭阳极需要定期更换，不仅给操作带来较大的工作量，也给碳素资源带来了很大的压力；原铝电解和阳极焙烧生产过程排放大量的CO2,每生产1吨铝约排放1. 8吨以上的 CO2,同时由于阳极效应产生的强温室气体，实际吨铝直接当量(X)2的排放量超过2. 5吨。 这严重违背了 “低碳”经济的理念；生产过程高能耗，尽管直流电耗可降低到13000kWh/t (Al)以下，但其能量利用率仍然仅有50%左右。随着科技的进一步发展，惰性阳极铝电解槽正在逐步的从试验室通过中试走向工业化。惰性阳极铝电解槽有着传统铝电解槽不可比拟的优势阳极不再需要频繁更换；排放的不再是CO2而是氧气。然而，对于惰性阳极铝电解槽的建设，需要用到较多的耐火耐蚀材料。除了炉膛内衬外侧和底部，那些不直接接触电解质或电解质气氛的区域需要耐火耐蚀材料。在炉膛的上部，有电解质气氛的区域，也需要用耐火耐蚀材料进行保温和密封。正是由于惰性阳极不易消耗，因而可采取特殊保温措施减少散热损失，显著降低惰性阳极铝电解槽的综合能耗，同时这也是保温型惰性阳极铝电解槽相比于散热型传统铝电解槽的优势。炭阳极铝电解槽上部的保温是靠电解质自身形成结壳，在结壳上添加上一层氧化铝或破碎好的覆盖料(氧化铝含量很高的结壳块)，从而形成的一层硬壳。这种保温方式，难以密封，散热量很大。炭阳极铝电解槽上部散热加上烟气带走的热量，占总散热量的50%左右。炭阳极铝电解槽的理论最低能耗为6320kWh/t (Al)，然而，由于炭阳极铝电解槽散热过多，使得具有较高技术水平的炭阳极铝电解槽，其吨铝直流能耗也在13000kWh左右。惰性阳极铝电解槽的理论最低能耗为9240kWh/t(Al)，高于炭阳极铝电解槽。但惰性阳极铝电解槽可通过降低散热损失，特别是上部的热损失，反而在综合能耗方面占优势。在电解质液面上方采用特殊的耐火耐蚀材料进行保温和密封，不让电解质自然结壳，使电解槽整体呈“保温型”槽，总的散热损失会大大降低。同时由于可以实现更紧凑的设计， 那么惰性阳极铝电解槽的综合能耗将会不高于甚至低于现有预焙炭阳极铝电解槽。惰性阳极铝电解槽上部保温和密封区域直接面对熔融电解质液面，高温 (75(T960°C)、强腐蚀(氢氟酸、氟化物)、强氧化(热氧气)的环境对普通材料的腐蚀会非常严重。目前，采用“人为”的方式对工业化铝电解槽上部，特别是电解质液面上方，用耐火耐蚀材料直接对其进行保温和密封，使电解质不结壳，来降低散热的做法，仍没有先例。电解质对材料的侵蚀和电解质气氛对材料的侵蚀有很大不同。电解质的侵蚀主要表现为溶解、冲刷和渗透。在密闭的条件下，如电解槽底部，为预防电解质侵蚀或电解质渗漏，往往采用含硅元素的材料(如干式防渗料)。一方面因为其在电解质中的溶解度小，再者电解质中的氟化钠、氧化铝可以与二氧化硅结合形成致密的霞长石，能够阻止电解质的进一步渗漏。电解质气氛的腐蚀主要表现为破坏材料结构组织，改变材料性能。在电解质气氛中有氟化氢气体，它可以和水蒸气形成氢氟酸。氢氟酸对材料的腐蚀特别强。对于含硅的材料，氢氟酸或氟化氢气体可以与硅元素结合生成四氟化硅，四氟化硅以气体形态溢出， 材料便会因硅元素流失而粉化。并且，惰性阳极铝电解槽的电解质气氛中还含有浓度较高的热氧气，具有很强的氧化性，对材料的破坏性也很大。针对电解质气氛的腐蚀特性，并结合我们以往的试验结果，采用高氧化铝含量的材料可以在相当长的时间内抵抗电解质气氛的侵蚀。但需要该材料有较高的纯度、较低的气孔率，极少的杂质含量，特别是硅(Si)的含量。同时结合施工的要求，必须能够方便施工和使用，如制作成特殊形状，尺寸大小不同的制品，特别是可以做结构件使用的大尺寸制品。还需要制品有足够的强度和抗热震性能。此外，考虑工业化应用，材料的成本也要相对较低。高纯氧化铝陶瓷和刚玉制品，有相对较好的抗腐蚀性，能够在相当长的时间内抵抗电解质气氛的侵蚀。然而氧化铝陶瓷和刚玉制品很难制作成大尺寸的结构件，其成本极高，且抗热震性能、强度、加工性能等难以全部满足使用要求。高氧化铝含量或刚玉质的不定型耐火材料，有良好的施工性能，可以根据需要制作成任意需要的形状。目前不定型耐火材料种类繁多，用途也非常广泛。特别是在化工行业和钢铁行业。申请号为 01127472. 7,03113430. 0,200710055137. 7,200810121973. 5 等的中国专利，阐述了耐酸或耐酸碱的浇注料制作方法。此类浇注料耐酸侵蚀，但都不针对氢氟酸，其材料中二氧化硅的含量均较高，对氢氟酸的侵蚀不会很好，也没有特别说明。申请号为9910009. 0,200710189608. 3,200710052986. 7等的中国专利，阐述了适用于钢包和加热炉内衬的耐火浇注料。现有的高铝和刚玉质不定型耐火材料还没有用与抵抗电解质气氛腐蚀的产品，其纯度往往难以满足需求。此外，由于使用温度在960°C以下，正好处于该类材料的低强度区域，特别是铝酸盐水泥结合的材料。此类产品为了增加浇注料的热强度，特别是中温强度， 往往添加有硅微粉(SiO2)。这在电解质气氛中，特别是氢氟酸的作用下，很快就会被腐蚀而粉化。申请号为200910064721.8的中国专利申请公开了，铝电解槽侧墙背缝填充用自流浇注料。该专利所述其自流浇注料由碳化硅料、高铝料、硅微粉、铝微粉、铝酸钙水泥混配而成，碳化硅料含量较高，占总重量的729Γ80%，具有较好的抗电解槽内电解质侵蚀的能力。该专利没有说明其抗电解质气氛的侵蚀能力。申请号为200310121170. 7的中国专利申请公开了，一种耐火浇注料的制备方法。 该专利重点阐述了浇注料中各种物料的配比范围，以及混配的方式。尽管其物料主要采用纯度较高的烧结板状刚玉，也没有添加硅微粉，但对整体的纯度没有说明，也没有阐述其耐腐蚀性，并且其配方中采用了较多的铝酸盐水泥(5 10%)，不仅会引入较多的杂质，而且会使其中温强度下降较多。文中也没有对材料的中温强度(75(T960°C)进行说明。申请号为US 5，582，695的美国专利申请公开了，Structural parts for electrolytic reduction cells for aluminum。该专利重点阐述了一种自焙阳极铝电解槽上用于密封阳极和电解槽边部空间的结构部件，该结构部件用金属材料制作，内层用耐火混凝土包裹。在电解槽运行时接触电解质气氛。耐火混凝土成分包括159Γ30%的水泥， 5% 10%的二氧化硅微粉，65% 85%的耐火材料。该专利与本专利有一定的相似之处，但有本质上的不同。该专利中所指的结构部件，虽然接触电解质气氛，但其长期直接面对的是电解质表面结壳，而不是熔融态的电解质液面。该结构件主要起到密封和收集烟气的作用，如同现有预焙炭阳极铝电解槽的集气罩和槽盖板。如此作用，其环境温度、烟气气氛的浓度都大幅降低，则对材料的耐腐蚀性要求也大幅降低。因此，仍然需要一种能够长期直接面对熔融电解质液面，能够有较好的耐氟化氢和其他氟化物挥发份腐蚀、较高的热强度(中温强度)、良好的抗热震性的材料。此外还需要能够易实施，成本相对较低，能够满足工业化惰性阳极铝电解槽生产的需要。
发明内容
本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种根据惰性阳极铝电解槽的特点，特别适用于电解槽上部，直接面对电解质液面，有电解质气氛的部位的，具有较高的抗腐蚀性，热态强度高、抗热震性能好、易实施、使用周期长、成本相对较低等优点。通过使用该材料进行保温和密封，使熔融态的电解质不结壳，能够有效的降低惰性阳极铝电解槽的散热损失，从而降低惰性阳极铝电解槽的综合能耗。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。惰性阳极铝电解槽用不定型耐火耐蚀材料，其特征在于该材料采用烧结板状刚玉颗粒做骨料，用选自烧结板状刚玉细粉、镁铝尖晶石细粉、具有不同粒度分布的多峰煅烧氧化铝微粉、活性氧化铝微粉、活性P -Al2O3微粉、分散性氧化铝微粉以及纯铝酸钙水泥中的几种粉状物做基质，选用纤维做增强、增韧剂，进行混配而成的。本发明的惰性阳极铝电解槽用不定型耐火耐蚀材料，其特征在于所述的物料中， 做骨料的烧结板状刚玉颗粒所占的重量比例为689Γ72% ；做基质的粉状物所占的重量比例为观% 32% ；做增强、增韧剂的纤维所占的重量比例为；余量为做基质的粉状物。本发明的惰性阳极铝电解槽用不定型耐火耐蚀材料，其特征在于所述的做骨料烧结板状刚玉颗粒中，粒径为3-6mm的烧结板状刚玉颗粒料所占的重量比为0% 30% ；粒径为l_3mm的烧结板状刚玉颗粒料所占的重量比为189Γ46% ；粒径为O-Imm的烧结板状刚玉颗粒料所占的重量比为12°/Γ25% ；粒径为0-0. 5mm的烧结板状刚玉颗粒料所占的重量比为0% 6%。本发明的惰性阳极铝电解槽用不定型耐火耐蚀材料，其特征在于所述的做基质粉状物中重量比组成包括粒径<0. 045mm烧结板状刚玉细粉8°/Γ 8% ；尖晶石细粉0°/Γ5% ；煅烧氧化铝微粉29^1 ；活性氧化铝微粉；活性P - Al2O3微粉09Γ5% ；分散性氧化铝微粉1% ；纯铝酸钙水泥29Γ5%。本发明的惰性阳极铝电解槽用不定型耐火耐蚀材料，其特征在于所述的尖晶石细粉的平均粒度为小于0. 045mm。本发明的惰性阳极铝电解槽用不定型耐火耐蚀材料，其特征在于所述的煅烧氧化铝微粉的平均粒度为小于0. 02mm。本发明的惰性阳极铝电解槽用不定型耐火耐蚀材料，其特征在于所述的活性氧化铝微粉的平均粒度为小于0. 0012mm，采用特殊的煅烧方法进行活化的，使其具有良好的烧
结活性。本发明的惰性阳极铝电解槽用不定型耐火耐蚀材料，其特征在于所述的活性P -Al2O3微粉的平均粒度为小于0. 005mm，采用特殊的煅烧方法进行活化的，使其具有良好的亲水活性。本发明的惰性阳极铝电解槽用不定型耐火耐蚀材料，其特征在于所述的分散性氧化铝微粉的粒度为小于0. 010mm，其作用能降低用水量、提高流动性，并能够根据气候条件调节施工和凝固时间。本发明的惰性阳极铝电解槽用不定型耐火耐蚀材料，其特征在于所述的烧结板状刚玉的Al2O3重量含量> 99. 4%，镁铝尖晶石细粉的Al2O3重量含量> 74%，煅烧氧化铝微粉的Al2O3重量含量彡99. 5%，活性P - Al2O3微粉的Al2O3去除灼减后的重量含量彡99. 8%，分散性氧化铝的Al2O3重量含量> 80%，纯铝酸钙水泥的Al2O3重量含量> 70%。本发明的惰性阳极铝电解槽用不定型耐火耐蚀材料，其特征在于所述的纤维为碳纤维、碳化硅纤维、硅酸铝纤维、氧化铝纤维、铝纤维中的一种或多种；其纤维直径小于 lOOum，长度小于2mm。本发明的惰性阳极铝电解槽用不定型耐火耐蚀材料，其特征在于所述的作基质的粉状料的氧化铝综合纯度大于95%，硅元素含量小于0. 1%，氧化钙含量小于1. 5%，氧化钠含量小于0. 5%，氧化铁含量小于0. 1% ；
本发明的惰性阳极铝电解槽用不定型耐火耐蚀材料的制备方法，其特征在于其制备过程是将不同粒级的骨料和基质分别单独混合好后，再到搅拌机中均勻混合。本发明的惰性阳极铝电解槽用不定型耐火耐蚀材料的制备方法，其特征在于其制备过程先将骨料在搅拌机中混合均勻后，再将分散性氧化铝和纯铝酸钙水泥需要预混后， 再与基质中的其它粉状料加入搅拌机中进行均勻混合。本发明的惰性阳极铝电解槽用不定型耐火耐蚀材料的制备方法，其特征在于其制备过程是在使用现场进行混合，用搅拌机加水搅拌，用干净的自来水或纯净水，水温大于 5°C，施工现场的环境温度大于5°C，浇筑后养护16—48小时后，脱模并进行烘干处理。本发明的惰性阳极铝电解槽用不定型耐火耐蚀材料，具有以下优点1)纯度高、 耐腐蚀性好，可以以长期直接面对熔融电解质液面，能够抵抗高温、高浓度电解质气氛的侵蚀；2)致密度高，开口气孔率小，切开后断面光滑、致密、无裂纹，颗粒排布均勻；3)常温强度高，中温强度下降比例小，抗热震性能好。配置出的大部分材料在750°C下，空冷可达50 次以上外观完整无裂纹，水冷30次以上外观完整无裂纹。特别适用于电解槽上部，直接面对电解质液面，有电解质气氛的部位的，具有较高的抗腐蚀性，热态强度高、抗热震性能好、 易实施、使用周期长、成本相对较低等优点。通过使用该材料进行保温和密封，使熔融态的电解质不结壳，能够有效的降低惰性阳极铝电解槽的散热损失，从而降低惰性阳极铝电解槽的综合能耗。
具体实施例方式惰性阳极铝电解槽用不定型耐火耐蚀材料，其特征在于该材料采用烧结板状刚玉颗粒做骨料，用选自烧结板状刚玉细粉、镁铝尖晶石细粉、具有不同粒度分布的多峰煅烧氧化铝微粉、活性氧化铝微粉、活性P -Al2O3微粉、分散性氧化铝微粉以及纯铝酸钙水泥中的几种粉状物做基质，选用纤维做增强、增韧剂，进行混配而成的。实施例1
各物料按如下重量比例配置。其中烧结板状刚玉的Al2O3含量99. 5wt%，煅烧氧化铝微粉的Al2O3含量彡99. 6wt%,活性P - Al2O3微粉的Al2O3含量99. 8wt% (去除灼减后)，分散性氧化铝的Al2O3含量80wt%，纯铝酸钙水泥的Al2O3含量73wt%。 烧结板状刚玉颗粒粒径3_6mm30% ；
烧结板状刚玉颗粒粒径l_3mm22% ；
烧结板状刚玉颗粒粒径O-Imm12% ；
烧结板状刚玉颗粒粒径0-0. 5mm6% ；
烧结板状刚玉细粉粒径彡0. 045mm13% ；
煅烧氧化铝微粉8% ；
活性氧化铝微粉2% ；
活性P氧化铝微粉21 ；
分散性氧化铝微粉1% ；
纯铝酸钙水泥4% ；
本实例配置的不定型耐火耐蚀浇注料，其检测结果显示加水量4. 48wt%，流动性好， 不偏析；110°C烘24h体积密度3. 312g/cm3,表面开口气孔率10. 8%，抗折强度17. 5MPa,耐压强度121. 2MPa ；750°C烧24h表面无裂纹，抗折强度13MPa，耐压强度96MPa ；750°C循环空冷 30次后，抗折强度12. IMPa,耐压强度86MPa ；800°C电解质气氛中放置4 表面无裂纹、无掉粉、无明显腐蚀，表面开口气孔率13. 1%，抗折强度12. 5MPa，耐压强度97MPa。
实施例2
各物料按如下重量比例配置。其中烧结板状刚玉的Al2O3含量99. 5wt%，镁铝尖晶石细粉的Al2O3含量> 74wt%,煅烧氧化铝微粉的Al2O3含量> 99. 6wt%,活性P - Al2O3微粉的 Al2O3含量99. 8wt% (去除灼减后)，分散性氧化铝的Al2O3含量80wt%，纯铝酸钙水泥的Al2O3
含量73wt%。 烧结板状刚玉颗粒粒径3_6mm28% ；
烧结板状刚玉颗粒粒径l_3mm26% ；
烧结板状刚玉颗粒粒径O-Imm16% ；烧结板状刚玉细粉粒径< 0. 045mm 镁铝尖晶石细粉粒径< 0. 045mm 煅烧氧化铝微粉活性氧化铝微粉活性P氧化铝微粉分散性氧化铝微粉纯铝酸钙水泥
， ， /O ， ，
/O ， Φ/ ny /O /O - /O /O ^J /O ft/ ft/ 1i ft/ ft/
lc4°/8 2 14
本实例配置的不定型耐火耐蚀浇注料，其检测结果显示加水量4. 5wt%,流动性好，不偏析；110°C烘24h体积密度3. 313g/cm3，表面开口气孔率11. 8%，抗折强度18. 5MPa，耐压强度125. 4MPa ；750°C烧24h表面无裂纹，抗折强度13. 6MPa，耐压强度101. IMPa ；750°C循环空冷30次后，抗折强度12. 9MPa,耐压强度92MPa ；800°C电解质气氛中放置4 表面无裂纹、无掉粉、无明显腐蚀，表面开口气孔率13. 18%，抗折强度13. 8MPa，耐压强度105MPa。实施例3
各物料按如下重量比例配置。其中烧结板状刚玉的Al2O3含量99. 5wt%，镁铝尖晶石颗粒的Al2O3含量彡74wt%,镁铝尖晶石细粉的Al2O3含量彡74wt%,煅烧氧化铝微粉的Al2O3 含量彡99. 6wt%,活性P - Al2O3微粉的Al2O3含量99. 8wt% (去除灼减后)，分散性氧化铝的 Al2O3含量80wt%，纯铝酸钙水泥的Al2O3含量73wt%。烧结板状刚玉颗粒粒径l_3mm46% ； 镁铝尖晶石颗粒粒径0. 5-lmm 15% ；
镁铝尖晶石颗粒粒径0-0. 5mm10% ；
镁铝尖晶石颗粒粒径彡0. 045mm5% ；
烧结板状刚玉细粉粒径彡0. 045mm9% ；
煅烧氧化铝微粉6% ；
活性氧化铝微粉2、；
活性P氧化铝微粉1% ；
分散性氧化铝微粉1% ；
纯铝酸钙水泥5% ；
本实例配置的不定型耐火耐蚀浇注料，其检测结果显示加水量4. 8wt%,流动性好，不偏析；110°C烘24h体积密度3. 3lOg/cm3，表面开口气孔率12. 9%，抗折强度16. 8MPa,耐压强度118. 2MPa ；750°C烧24h表面无裂纹，抗折强度12. 8MPa，耐压强度94MPa ；750°C循环空冷 30次后，抗折强度11. 4MPa，耐压强度79MPa ；800°C电解质气氛中放置4 表面无裂纹、无掉粉、无明显腐蚀，表面开口气孔率13. 4%，抗折强度11. 2MPa，耐压强度88MPa。实施例4
各物料按如下重量比例配置。其中烧结板状刚玉的Al2O3含量99. 5wt%，镁铝尖晶石细粉的Al2O3含量> 74wt%,煅烧氧化铝微粉的Al2O3含量> 99. 6wt%,活性P - Al2O3微粉的 Al2O3含量99. 8wt% (去除灼减后)，分散性氧化铝的Al2O3含量80wt%，纯铝酸钙水泥的Al2O3 含量73wt%。氧化铝纤维的Al2O3含量> 80wt%
烧结板状刚玉颗粒粒径3-6mm28% ；
烧结板状刚玉颗粒粒径l_3mm18% ；烧结板状刚玉颗粒粒径O-Imm25% ；烧结板状刚玉细粉粒径< 0. 045mm8% ；镁铝尖晶石细粉粒径< 0. 045mm5% ；煅烧氧化铝微粉8% ；活性氧化铝微粉2% ；分散性氧化铝微粉1% ；纯铝酸钙水泥4. 8% ；氧化铝纤维0. 2% ；本实例配置的不定型耐火耐蚀浇注料，〕 检测结果显示加水量4. 5wt%,流动性好，不
偏析；110°C烘24h体积密度3. 298g/cm3,表面开口气孔率12. 4%，抗折强度15. 8MPa,耐压强度116MPa ； 750°C烧24h表面无裂纹，抗折强度14. 2MPa，耐压强度IlOMPa ；750°C循环空冷 30次后，抗折强度13. 2MPa，耐压强度IlOMPa ；800°C电解质气氛中放置4 表面无裂纹、无掉粉、无明显腐蚀，表面开口气孔率13. 5%，抗折强度15. 2MPa，耐压强度114MPa。
实施例5
各物料按如下重量比例配置。其中烧结板状刚玉的Al2O3含量99. 5wt%，煅烧氧化铝微粉的Al2O3含量彡99. 6wt%,活性P - Al2O3微粉的Al2O3含量99. 8wt% (去除灼减后)，分散性氧化铝的Al2O3含量80wt%，纯铝酸钙水泥的Al2O3含量73wt%。铝纤维的纯度> 99. 7wt%
烧结板状刚玉颗粒粒径3-6mm28% ；
烧结板状刚玉颗粒粒径l_3mm26% ；
烧结板状刚玉颗粒粒径O-Imm15% ；
烧结板状刚玉细粉粒径彡0. 045mm15% ；
镁铝尖晶石细粉粒径< 0. 045mm5% ；
煅烧氧化铝微粉2% ；
活性P氧化铝微粉5% ；
分散性氧化铝微粉1% ；
纯铝酸钙水泥2% ；
铝纤维1% ；
本实例配置的不定型耐火耐蚀浇注料，其检测结果显示加水量4. 85wt%，流动性好， 不偏析；110°C烘24h体积密度3. ^2g/cm3，表面开口气孔率13. 3%，抗折强度15. IMPaJiE 强度102MPa ；750°C烧24h表面无裂纹，抗折强度9. 3MPa,耐压强度63MPa ；800°C电解质气氛中放置4 表面有较多微裂纹，略有膨胀，表面开口气孔率18. 1%，抗折强度5MPa，耐压强度 20MPa。
实施例6
各物料按如下重量比例配置。其中烧结板状刚玉的Al2O3含量99. 5wt%，煅烧氧化铝微粉的Al2O3含量彡99. 6wt%,活性P - Al2O3微粉的Al2O3含量99. 8wt% (去除灼减后)，分散性氧化铝的Al2O3含量80wt%，纯铝酸钙水泥的Al2O3含量73wt%。耐热钢纤维的2(T25mm 烧结板状刚玉颗粒粒径3-6mm28% ；
烧结板状刚玉颗粒粒径l_3mm26% ；
烧结板状刚玉颗粒粒径O-Imm16% ；烧结板状刚玉细粉粒径彡0. 045mm13% ；
煅烧氧化铝微粉6% ；
活性氧化铝微粉2% ；
活性P氧化铝微粉1% ；
分散性氧化铝微粉1% ；
纯铝酸钙水泥5% ；
耐热钢纤维1 ；
本实例配置的不定型耐火耐蚀浇注料，其检测结果显示加水量4. 5wt%,流动性好，不偏析，纤维分散均勻；110°C烘24h体积密度3. ^3g/cm3，表面开口气孔率13. 5%，抗折强度17. 5MPa,耐压强度120MPa ；750°C烧24h表面无裂纹，抗折强度7MPa，耐压强度51MPa ； 800°C电解质气氛中放置4 表面开裂、钢纤维腐蚀严重，基本没有强度。
本具体实例方式所制备的不定型耐火耐蚀材料，具有流动性好、不偏析、易施工的特点。更重要的是材料致密度高、气孔率低，切开断面光滑、无裂纹，具有较高的抗腐蚀性 (实例6除外)，热态强度高、抗热震性能好、使用周期长、成本相对较低等优点。本实施例中的抗腐蚀测试实验条件是材料直接面对熔融态电解质液面，与电解质液面间距小于2cm，温度为800°C，电解质表面没有结壳。
权利要求
1.惰性阳极铝电解槽用不定型耐火耐蚀材料，其特征在于该材料是采用烧结板状刚玉颗粒做骨料，用选自烧结板状刚玉细粉、镁铝尖晶石细粉、具有不同粒度分布的多峰煅烧氧化铝微粉、活性氧化铝微粉、活性P -A1203微粉、分散性氧化铝微粉以及纯铝酸钙水泥中的几种粉状物做基质，选用纤维做增强、增韧剂，进行混配而成的。
2.根据权利要求1所述的惰性阳极铝电解槽用不定型耐火耐蚀材料，其特征在于所述的物料中，做骨料的烧结板状刚玉颗粒所占的重量比例为689Γ72% ；做基质的粉状物所占的重量比例为观% 32% ；做增强、增韧剂的纤维所占的重量比例为；余量为做基质的粉状物。
3.根据权利要求1所述的惰性阳极铝电解槽用不定型耐火耐蚀材料，其特征在于所述的做骨料烧结板状刚玉颗粒中，粒径为3-6mm的烧结板状刚玉颗粒料所占的重量比为 0% 30% ；粒径为l-3mm的烧结板状刚玉颗粒料所占的重量比为18% 46% ；粒径为O-Imm的烧结板状刚玉颗粒料所占的重量比为129Γ25% ；粒径为0-0. 5mm的烧结板状刚玉颗粒料所占的重量比为0% 6%。
4.根据权利要求1所述的惰性阳极铝电解槽用不定型耐火耐蚀材料，其特征在于所述的做基质粉状物中重量比组成包括粒径<0. 045mm烧结板状刚玉细粉89Γ18% ；尖晶石细粉 09Γ5% ；煅烧氧化铝微粉29Γ12% ；活性氧化铝微粉；活性P - Al2O3微粉0°/Γ5% ’分散性氧化铝微粉1% ；纯铝酸钙水泥29Γ5%。
5.根据权利要求1所述的惰性阳极铝电解槽用不定型耐火耐蚀材料，其特征在于所述的尖晶石细粉的平均粒度为小于0. 045mm。
6.根据权利要求1所述的惰性阳极铝电解槽用不定型耐火耐蚀材料，其特征在于所述的煅烧氧化铝微粉的平均粒度为小于0. 02mm。
7.根据权利要求1所述的惰性阳极铝电解槽用不定型耐火耐蚀材料，其特征在于所述的活性氧化铝微粉的平均粒度为小于0. 0012mm，采用特殊的煅烧方法进行活化的，使其具有良好的烧结活性。
8.根据权利要求1所述的惰性阳极铝电解槽用不定型耐火耐蚀材料，其特征在于所述的活性P - Al2O3微粉的平均粒度为小于0.005mm，采用特殊的煅烧方法进行活化的，使其具有良好的亲水活性。
9.根据权利要求1所述的惰性阳极铝电解槽用不定型耐火耐蚀材料，其特征在于所述的分散性氧化铝微粉的粒度为小于0. 010mm，其作用能降低用水量、提高流动性，并能够根据气候条件调节施工和凝固时间。
10.根据权利要求1所述的惰性阳极铝电解槽用不定型耐火耐蚀材料，其特征在于所述的烧结板状刚玉的Al2O3重量含量彡99. 4%，镁铝尖晶石细粉的Al2O3重量含量彡74%，煅烧氧化铝微粉的Al2O3重量含量彡99. 5%，活性P - Al2O3微粉的Al2O3去除灼减后的重量含量> 99. 8%，分散性氧化铝的Al2O3重量含量> 80%,纯铝酸钙水泥的Al2O3重量含量> 70%。
11.根据权利要求1所述的惰性阳极铝电解槽用不定型耐火耐蚀材料，其特征在于所述的纤维为碳纤维、碳化硅纤维、硅酸铝纤维、氧化铝纤维、铝纤维中的一种或多种；其纤维直径小于lOOum，长度小于2mm。
12.根据权利要求1所述的惰性阳极铝电解槽用不定型耐火耐蚀材料，其特征在于所述的作基质的粉状料的氧化铝综合纯度大于95%，硅元素含量小于0. 1%，氧化钙含量小于·1. 5%，氧化钠含量小于0. 5%，氧化铁含量小于0. 1%。
13.根据权利要求1所述的惰性阳极铝电解槽用不定型耐火耐蚀材料的制备方法，其特征在于其制备过程是将不同粒级的骨料和基质分别单独混合好后，再到搅拌机中均勻混
14.根据权利要求1所述的惰性阳极铝电解槽用不定型耐火耐蚀材料的制备方法，其特征在于其制备过程先将骨料在搅拌机中混合均勻后，再将分散性氧化铝和纯铝酸钙水泥需要预混后，再与基质中的其它粉状料加入搅拌机中进行均勻混合。
15.根据权利要求1所述的惰性阳极铝电解槽用不定型耐火耐蚀材料的制备方法，其特征在于其制备过程是在使用现场进行混合，用搅拌机加水搅拌，用干净的自来水或纯净水，水温大于5°C，施工现场的环境温度大于5°C，浇筑后养护16—48小时后，脱模并进行烘干处理。
全文摘要
本发明涉及一种惰性阳极铝电解槽用不定型耐火耐蚀材料及其制作方法，其特征在于该材料是采用烧结板状刚玉颗粒做骨料，用选自烧结板状刚玉细粉、镁铝尖晶石细粉、具有不同粒度分布的多峰煅烧氧化铝微粉、活性氧化铝微粉、活性ρ-Al2O3微粉、分散性氧化铝微粉以及纯铝酸钙水泥中的几种粉状物做基质，选用纤维做增强、增韧剂，进行混配而成的。本发明的不定型耐火耐蚀材料，能较好抵抗电解质气氛腐蚀，具有热态强度高、抗热震性能好、易实施、使用周期长、成本相对较低等优点。适用于工业化惰性阳极铝电解槽的保温和密封，特别是用于电解槽上部，直接面对熔融电解质液面，有电解质气氛侵蚀的区域。
文档编号C04B35/66GK102344291SQ20111016665
公开日2012年2月8日 申请日期2011年6月21日 优先权日2011年6月21日
发明者丁成栋, 包生重, 李旺兴, 杨建红, 梁玉东 申请人:中国铝业股份有限公司