摘 要：本文论述了我国铝电解槽筑炉材料应用的现状及发展趋势，为我国铝电解槽筑炉材料应用走持续、稳定及健康的发展道路提供了一定的见解。
关键词：铝电解槽筑炉材料应用 现状 发展趋势
Abstract： It is discussed the status and development trends on application of furnace building material for aluminum reduction cells in our country from this article， the certain view has been provided for application of furnace building material for aluminum reduction cells in our country to go the roads on development of sustainable，stable and healthy.
Key words： the application of furnace building material for aluminum reduction cells， the tatus，the development trends.
1、前言
铝电解工业离不开耐火材料。铝电解生产消耗的耐火材料约占整个有色冶金的75%。随着铝电解工业的快速发展，许多煤、电、铝一体化项目纷纷上马，从而带动了耐火材料需求量的大幅度增加。耐火材料作为底部内衬材料对电解槽的使用寿命起着至关重要的作用[1]。
2、对我国铝电解槽筑炉材料应用的分析与认识
2.1碳化硅耐火材料在铝电解槽中应用
目前，碳化硅及含碳化硅的陶瓷材料已经被试用作阴极侧壁内衬材料。碳化硅系列耐火材料，根据其粘结剂的不同，可分为自粘结、氮化硅粘结、含氧氮化硅粘结和氧化物粘结等四类[2]。其中以氮化硅粘结的碳化硅制品综合性能最佳。碳化硅系列耐火材料具备热传导率高，高温下机械强度高，抗氧化性、抗热震性、抗腐蚀性好等优点。
碳化硅制品的各项性能，包括化学成分和物相组成分析；在高温条件下，耐电解质、铝液的腐蚀性；在高温下抗空气氧化性、电解状态下的抗腐蚀性能以及该产品的电阻率测定。
a）、测试方法
在此仅介绍电解状态下的抗腐蚀测试方法。其测试方法如下：
测试中所用的电解槽装置见图1。电解质组成为：冰晶石90%（mass）；氟化钙5%（mass）；氧化铝5%（rnass）。电解质分子比为2.4，测试时间24h，测试温度1，0000C，阳极电流密度0.5A/cm2。测试中，每隔一定时间向电解槽中加入氧化铝。
这种测试方法模拟实际电解槽的工作状态，有利于作出更加附合实际的判断。在电解槽中存在气/电解质/铝液三相区（见图2）。这样可使其全面地研究三相对碳化硅砖的共侵蚀作用。同时，其可碳化硅砖与炭砖粘结在一起，以比较两者之间的性能差异。
图1 试样在电解状态下的抗腐蚀实验装置
1-铁坩埚；2-刚玉管；3-试样；4-碳阳极；5-石墨坩埚；6-电解质；7-铝液
图2 电解腐蚀实验中电解槽内部三相分区示意图
b）、结果分析
1）、试样分析
将碳化硅砖试样打碎，用200目筛子过筛，取样进行X-衍射分析和化学分析。此外，还对碳化硅试样进行电子扫描分析。
X-衍射分析碳化硅试样中主要含有四种物相，即α-SiC；β-SiC；α-Si3N4；β-Si3N4。
化学分析碳化硅砖试样经化学分析表明：试样中含有SiC73.02%（mass），Si3N423.39%
（mass），Fe2O320%（mass）。
2）、电子扫描分析
取一块状碳化硅试样进行电子扫描分析，得到试样面扫描形貌图见图3。图中白色的物质为碳化硅，针状物质为氮化硅。
图3 碳化硅试样电子扫描形貌图（放大2000倍）
3）、碳化硅试样在高温铝液中的抗腐蚀测试
耐高温铝液腐蚀性能是铝电解槽阴极侧壁材料的一项重要性能。此实验采用失重法考查试样在1，000℃下的腐蚀情况。共腐蚀时间分别为24h和48h。实验结果表明：铝液对碳化硅的侵蚀甚微，碳化硅试样的质量和体积基本不变。电子扫描分析表明：被侵蚀样中铝含量非常低。这说明铝液几乎不向试样中渗透。而在目前运行的电解槽中，炭阴极通常会与铝发生反应，从而造成铝的损失。
4）、碳化硅试样在熔融铝电解质中的抗腐蚀测试
电解槽中，侧壁主要还是与电解质相接触。因而其是否耐电解质腐蚀是决定这种材料能否被应用的关键。在此其主要研究了电解质的分子比及侵蚀时间对碳化硅材料侵蚀程度的影响。此实验中是采用的电解质分子比分别为2.1，2.8，3.5，侵蚀时间为24h和48h，电解质中含有5%（mass）的氟化钙和5%（mass）的氧化铝，测试温度为1，0000C。
表1 电解质侵蚀后碳化硅试样断面扫描的元素原子相对百分含量
实验结果表明：这种碳化硅材料耐电解质的腐蚀性非常好。其侵蚀程度基本不受分子比和时间的影响。其试样被侵蚀后增重约10%。而且其增重主要发生于前24h内。这主要是因为电解质向试样内渗透的缘故。将试样剖开，对其断面进行SEM分析，结果见表1。SEM分析结果表明：试样孔隙内电解质含量很高，而其余部位电解质含量非常少。这进一步证明了上述结论。在这种材料中，碳化硅具有良好的抗电解质腐蚀性，而氮化硅抗电解质腐蚀性能差。经48h腐蚀后，其试样表面的孔隙明显增多。这就是因为氮化硅首先受到侵蚀的结果。Welch和My指出[2]碳化硅与氮化硅之间的晶界是最易腐蚀的部位。