[发明专利]一种碳化硅—炭复合砖用耐火泥浆及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机非金属材料技术领域，具体涉及一种碳化硅—炭复合砖用耐火泥浆及制备方法，该泥浆用来粘结碳化硅砖和炭砖以制备铝电解槽用碳化硅—炭复合砖。

背景技术

铝电解槽的逐渐大型化要求侧部砌筑材料具有热传导率高、高温下机械强度高、优良的抗氧化性、抗热震性和抗腐蚀性等优点。氮化硅结合碳化硅砖具有硬度高、耐磨性好、致密度高、强度高、电阻率高、热导率高、优良的抗热震性、良好的化学稳定性等优点，已取代炭砖成为铝电解槽侧衬材料的首选。

氮化硅结合碳化硅砖价格昂贵使铝电解槽投资费用较高，且该材料高的导热系数使得焙烧启动初期因电解质温度较高而容易产生红炉帮现象。近10多年来碳化硅—炭复合砖侧壁材料得到越来越广泛的应用，该复合侧壁材料提供了炭砖或碳化硅砖任何单一材料都不具备的优点。碳化硅—炭复合侧壁材料中碳化硅砖的作用是提高抗腐蚀性、抗氧化性以及高的导热性能；炭砖的作用是便于加工，可提供更大的设计灵活性。碳化硅砖与炭砖的复合形式有多种，以下是两种最常见的复合方式：

碳化硅砖置于冷面（碳化硅砖面向侧部钢壳）：提供了最佳的热传导，并防止空气的氧化作用。当碳化硅和钢壳间没有其它材料时，它对维持稳定的侧部槽帮是最有效的。

碳化硅砖置于热面（碳化硅砖面向熔融电解质）：提供了抗熔融冰晶石的侵蚀和化学反应的最佳保护层。

无论采用哪种复合方式，都需要将碳化硅砖和炭砖粘结在一起的耐火泥浆，泥浆质量的优劣将直接影响到复合砖性能。泥缝通常是炉体的薄弱环节，故耐火泥浆的化学组成最好优于耐火砖；耐火泥浆须具有良好的流动性和可塑性以便于施工；耐火泥浆对耐火砖有良好的润湿性，具有一定粘结强度，以使砌体结为整体；具有良好的体积稳定性和砌体相近的热膨胀性，以免受热时互相脱离。

2009年全国不定形耐火材料学术会议论文集“免烘干的铝电解槽侧墙复合块粘结剂的研制”一文中提到了一种免烘干的复合块粘结剂（即耐火泥浆）。利用碳化硅粉、自产氮化硅结合碳化硅废砖粉、苏州土为原料，外加20%微粉结合剂A、40%促凝剂溶液B制成，其自然干燥24h后的冷态粘结抗折强度为1.85MPa，自然干燥72h后的冷态粘结抗折强度为2.78MPa。文中没有给出烘干以及高温烧后的强度指标。

发明专利200610151968.X“铝电解槽用复合泥浆及其生产方法”提出了一种复合泥浆，混合粉料包括碳化硅、鳞片石墨、工业硅粉、粘土细粉，混合粘合剂溶液组成为：耐火材料专用酚醛树脂、环氧树脂及其固化剂和工业酒精。所制备泥浆110℃烘后强度大于10MPa。

上述文章和专利所述耐火泥浆均含有粘土。粘土是耐火泥浆常见组分，主要用来提高泥浆的触变性和涂抹性，使其易于施工。2009年不定形会议文章所制备泥浆中还添加了微粉结合剂，微粉填充在颗粒堆积产生的空隙中，减少了泥浆所需结合剂加入量，提高了泥浆流动性，使其具有较高的强度。

“免烘干的铝电解槽侧墙复合块粘结剂的研制”文中结合剂含有水。由于耐火泥浆所粘结碳化硅砖为非氧化物材料、炭砖为疏水性材料，这两种材料不容易被水润湿，因而粘结剂与其结合性能相对较差，特别是高温烧后无机水系结合剂由于水分挥发以及高温生成少量液相而产生少量收缩，使耐火泥浆和炭砖结合性能变差，从而较容易从炭砖和泥浆的接触面处开裂。与之相比，发明专利200610151968.X所用酚醛树脂为主的有机结合剂对炭砖和碳化硅砖具有优良的润湿性，容易渗入到被粘结面的气孔中，能够将炭砖和碳化硅砖更好的结合起来，使复合砖具有较高的粘结强度。不足之处在于酚醛树脂为主的结合剂自身粘度较大，涂抹较困难、粘附性差，使得粘结面内部气孔等缺陷较多，很难保证复合砖质量的稳定性。采用有机结合剂的泥浆随温度升高基本没有收缩，不会出现含水结合剂高温烧后和炭砖脱落现象，但是随温度升高树脂逐渐碳化，排出大量挥发份，使泥浆中形成了较多气孔，因而降低了其高温烧后的粘结性能。

复合砖用耐火泥浆如选用一种残炭量高、粘度较低的有机结合剂，则既保证了与碳化硅砖和炭砖良好的润湿性能，又能保证施工质量。在泥浆中如加入一些残炭量较高的固体有机添加剂，则可在一定程度上改进提高耐火泥浆高温烧后的结合强度。如在泥浆中添加一些微、纳米粒度的含炭物质，则可增强有机结合剂高温下形成的碳网络，以提高耐火泥浆高温烧后的粘结强度。

发明内容

本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的问题而研制的一种碳化硅—炭复合砖用耐火泥浆。