氮化硅结合碳化硅(氮化硅结合碳化硅砖抗冰晶石等熔体的化学侵蚀性)

Posted 2023-05-30

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氮化硅结合碳化硅(氮化硅结合碳化硅砖抗冰晶石等熔体的化学侵蚀性)

氮化硅结合碳化硅砖的矿物组成以SiC为主，其次为结合相a-Si3N4和β-Si3N4以其优良的组织结构、良好的抗氧化性、抗冰晶石等熔体的化学侵蚀性和密度大、强度高、热震稳定性好、导热性好、电阻值高等特点取代碳素材料已在铝电解槽中已被广泛应用。

氮化硅结合碳化硅砖是以氮化硅为结合剂，由细粉装Si和SiC混合成型的坯体，在氮化窑炉中于1300~1450℃的氮气气氛下加热而制得的。具有优良的抗冰晶石、氟化铝、氟化钠和氟化钙等熔化侵蚀性和抗氧化性，是一种由发展前途的结合碳化硅材料。

冰晶石在电解还原铝中起着重要的作用，但其对一般耐火材料具有较强的侵蚀性。而将氮化硅结合碳化硅埋入冰晶石介质中，在1050℃恒温20h后，试样体积膨胀率非常低，一直持续保温到100h，试样体积基本趋于稳定，不再变化。这是由于氮化硅结合碳化硅与冰晶石反应生成粘度较高的NaALSiO4。而制品中Si3N4相对含量增加，会进一步提高耐火材料的抗冰晶石溶体侵蚀性能。氮化硅结合碳化硅砖以其优异的高温力学性能和热学性能，已被广泛用作铝电解槽侧墙材料。

铝电解用侧部炭块和石墨化炭砖与氮化硅结合碳化硅比较其性能见下表

由表可以看出Si3N4结合SiC砖与传统炭块相比，其优点是；①提高使用寿命，因其抗冰晶石等侵蚀能力较强，抗氧化性能也较好，②机械强度较好，可减小衬里厚度，使槽内工作容积增大，电极能量相应增大；③降低单位电耗，因为电导率较高，容易形成炉帮，减小水平电流，使电损失相应减小。总之使用Si3N4结合SiC砖比使用传统材料（炭块）能大幅度提高铝电解槽衬里的寿命，节约能源，材料等。

氮化硅结合碳化硅砖不受铝液腐蚀的特性及其优异的热性能使其在制铝行业中广泛应用。采用优质氮化硅结合碳化硅材料取代传统的碳素材料在电解槽侧墙上使用，已取得显著的效益。氮化硅结合碳化硅砖已在多家公司多台240KA、320KA型的铝电解槽侧墙上已使用5年，炉壁外部温度仍未升高，这表明其炉壁衬里材料还未被损坏。传统的电解槽侧墙材料主要为预培炭砖和石墨化炭砖。虽然炭素材料在非氧化气氛下有强的抗碱侵蚀能力，但是它极易被氧化，强度低和抗剥落能力差，因而在电解槽中使用易于损毁。主要原因：①钠的引入引起膨胀、疏松、分层；②在铝液中溶解形成AL4C3导致加大熔渣对炭表面的润湿性，进一步促进电解质的渗透；③抗氧化性很差，氧化以后破坏了设计的传热结构，炉帮熔化，固液直接接触，侵蚀速度加快；④电阻小，造成水平电流，降低了电流效率。