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铝电解槽用耐火材料---氮化硅结合碳化硅
09-30
电解槽是生产电解铝的核心设备，电解槽通常为矩形钢壳,内衬炭砖。电解槽中悬有一炭阳极,其炭质槽底为阴极。铝电解采用冰晶石、氟化铝、氟化锂等熔液为电解质,在970℃左右将 Al2O3熔化,在电场力的作用下电离,电解还原出来的金属铝熔体沉积于槽底阴极,阳极放出的氧与炭阳极反应生成 CO2或 CO。电化学反应放出的热量使电解槽与铝保持熔融状态,隔一定时间从槽内放出的铝液,并向槽内加入一定量的氧化铝与冰晶石;电解温度为 900~1000℃。
铝电解槽阴极材料的主要要求是:要具有良好的导电性并能抗高温下冰晶石、NaF和铝液的侵蚀。在电解槽底工作层砌筑。但因碳与钠的反应形成新化合合物，砖衬结构松弛,强度降低,炭块出现裂缝，随后电解质和铝液沿裂缝渗人,在高温下铝与碳反应生成AL4C3，它与碳结合松散,从而使裂线展,最终导致电解槽槽壳变形及内衬的严损而缩短使用寿命。因此,电解槽槽底阴极林料正由原来的无定形炭砖改为采用半石墨化炭砖或石墨化炭砖。
铝电解槽侧墙内衬的损毁主要原因有:从钢壳与砖衬间吸入空气引起材料的氧化;高温下冰晶石、NaF和铝液的侵蚀;熔体流动造成的冲刷;温度波动及热膨胀引起热应力。
铝电解槽的侧墙过去一直沿用无定形炭块、石墨炭块等,这类材料最致命的缺点是抗氧化性能差,强度低。为了使侧墙不氧化,又具有较大的电阻,侧墙正朝着部分或全部采用 SiC质材料方向发展，在SiC质结合物中，氮化硅结合碳化硅砖应用最好。
氮化硅结合碳化硅砖其具有优异的高温力学性能、导热性好,在内侧易形成冷凝渣;电阻率大,减少侧壁的电流损失;材料不易被氧化;不与铝液、冰晶石等熔体起反应;机械强度高,还可大大减少衬砖厚度,增加电解槽容积,稳定操作。例如：原来用炭砖时侧墙厚约200~400mm,采用氮化硅结合的碳化硅后侧墙厚度只要 75 mm。
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