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碳化硅耐火材料抗冰晶石的侵蚀性能

添加时间:2020年7月14日  浏览次数:

对于铝电解措用碳化硅耐火材料而言,抗熔融冰晶石电解液侵蚀性是影响其使用寿命的决定性因素。传统的碳质侧衬材料损毁问题日益严重,影响电解槽的经济技术指标,降低槽寿命。而SiC质材料由于其卓越的性能,已经成为侧衬用材料的发展方向。熔渣侵蚀是耐火材料在使用过程中最常见的一种损坏形式,在实际使用中,约50%是由于熔渣侵蚀而损坏。对于铝电解槽用碳化硅耐火材料而言,抗熔融冰晶石电解液侵蚀性也是影响其使用寿命的决定性因素。

SiC的烧结温度高达2000℃,一般工业窑炉无法生产,即使生产出来其成本造价也很高。为了降低SiC质材料的烧结温度,使其能在工业生产上推广应用,一般常在SiC中添加结合剂降低烧结温度。窑具的性能、寿命等也与结合剂的选择有关,目前,不同结合剂种类繁多,归纳起来有以下几种:粘土结合、高铝结合剂结合、莫来石结合、氧化物结合、氮化物结合、再结晶结合及赛隆结合等。本文选用硅微粉作为结合剂烧结碳化硅耐火材料,并研究此材料抗冰晶石侵蚀性能。 

硅微粉为非晶态,高温下会析晶,析出的主要晶相为α一方石英,其结构疏松,晶型转变时伴随较大的体积效应,影响窑具质量,因此还需加入一定的矿化剂,矿化剂的作用是促使生成较多的液相,因为α一方石英会溶解于液相并析出溶解度较小的α一磷石英,α一磷石英转变体积效应小,且交错成网状,从而可以提高窑具的强度和高温稳定性。Mn02矿化能力强,窑具性能好,但会污染制品;caO矿化能力不强,但会提高窑具的耐火度。在此我们采用 CaO—Mn02混合矿化剂,目的是充分发挥二者的优点,而克服其各自的不足之处。

将烧结好的试样分两组进行实验(每个试样上均开有直径为2cm,深为1.5cm的凹槽)。

(1)第一组试样填入冰晶石;

(2)第二组试样均填入冰晶石和萤石的混合物(冰晶石:萤石=1:1)。

将这两组试样中的填充物压实,数量以填满槽的2/3深为宜。然后同时放入SX2—10—14箱式 电子炉(wZK三相可控硅温度控制器)中进行煅烧,条件为960℃保温100h。将烧过的试样冷却至室温后,取出并在DZE一300B型混凝土抗折压试试验机 上劈开,用数码相机拍摄,观察其渣坑形状以及渣样状态,测出其深度并分析侵蚀效果。 

试样中的渣坑(见图)有一定程度的变形,渣样有大量气泡产生,有粘渣现象,侵蚀和渗透并存。SiC与冰晶石并不能直接反应,但其晶间玻璃相很容易被冰晶石蚀掉,这也正是试样被侵蚀后表面疏松出现大量气泡的原因。试样中的渣坑周围有气泡产生,有粘渣现象,萤石变成烧结固体,侵蚀程度轻微,渗透严重。

碳化硅

抗侵蚀性能在碳化硅耐火材料的应用中是一个比较重要的性能。电解质熔液对碳化硅材料的侵蚀是借助于材料生成的氧化物与冰晶石的反应,高粘度的生成物NaAlSi0能有效阻止腐蚀过程的进一步进 行。在第一组试样中,侵蚀严重,主要由气和液的共侵蚀反应以及液体的冲蚀作用造成。由于使用硅微粉做结合剂,所以试样中还有一定量Si02成分,势必导致含氧玻璃相增加,而玻璃相很容易与渗入的冰晶石发生如下反应:式中:[Si,0]代表含氧玻璃相,[Si]也可能是其它金属离子。正是由于以上原因,使试样的表层变得结构疏松而遭侵蚀;第二组试样中由于萤石变成烧结固体,侵蚀程度有所下降。 

Na3A1F6+[Si,O]一SiF4+ NaF+A1203

结论 :(1)硅微粉作为结合剂以及复合矿化剂的加入使得烧结温度大大降低。

(2)硅微粉结合碳化硅耐火材料抗冰晶石侵蚀能力较差,侵蚀和渗透并存;抗冰晶石和萤石混合物侵蚀 的能力较好,侵蚀程度轻微,渗透严重。 

关键词:碳化硅耐火材料   冰晶石   
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