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1. 铝用碳素材料简介

铝用碳素材料是一种耐火、导电的人造碳材料,主要用作铝电解用阴极和阳极。碳素材料在铝冶炼过程中起到传导电流和支撑铝电解质的作用,是铝电解生产的重要原料之一。

铝用碳素材料可分为阴极碳块和阳极碳块两大类。阴极碳块由焙烧后的阴极糊制成,是铝电解槽的底部衬垫材料;阳极碳块由焙烧后的阳极粘合料制成,悬浮在熔融的铝电解质中作为导电极。

铝用碳素材料的主要原料有石油焦、煤沥青、针叶树沥青等,经过精制、造型、焙烧等工艺制备而成。其质量对铝电解槽的正常运行和铝液金属质量至关重要。

2. 铝用碳素材料的应用领域

铝用碳素材料的应用主要集中在有色金属冶炼领域,特别是铝冶炼工业。具体应用如下:

1. 铝电解用阴极:作为铝电解槽底部的衬垫,支撑整个电解过程。

2. 铝电解用阳极:作为电极浸入熔融电解质中,与阴极形成电解电路。

3. 铝预焙阳极:在预焙过程中代替固态阳极,提高生产效率。

4. 其他用途:也可用于钛、镁、钾等金属的电解冶炼和电化学工艺。

此外,优质的铝用碳素材料还可用于电极、电刷、太阳能硅材料、耐火材料等领域。总的来说,铝用碳素材料是铝工业的基础材料,对提高铝产品质量、节约能源等具有重要意义。

3. 铝用碳素材料的检测项目及参考标准

焙烧失重,生坯表观密度的检测

焙烧失重是指碳素材料在焙烧过程中的质量损失百分率,反映焙烧过程中发生的化学变化和相变。生坯表观密度是指未经焙烧的碳素材料的表面质量。这两项指标对评价碳素材料成型质量和焙烧性能很重要。

测定方法是先配制标准尺寸的试样,在规定条件下焙烧一定时间,测量试样质量和尺寸,计算焙烧失重和生坯表观密度。

参考标准:

• • 铝用炭素材料检测方法 第1部分:阴极糊试样焙烧方法,焙烧失重的测定及生坯试样表观密度的测定 YS/T 63.1-2019

开气孔率的检测

开气孔率是指碳素材料中开放式气孔的体积百分率,反映了材料的致密程度和热物理性能。开气孔率过高会降低材料强度和导电性能。

测定方法是将碳素试样真空抽气脱气,然后在高压下注入气体,计算进入试样内部的气体体积,并换算成开气孔率。

参考标准:

• • 铝用炭素材料检测方法 第6部分：开气孔率的测定 YS/T 63.6-2019

表观密度的测定

表观密度是指碳素材料单位外表面积的质量,是评价其致密性和均一性的重要指标。

根据YS/T 63.7-2006标准,表观密度的测定采用尺寸法。先测量试样的尺寸和质量,再根据公式计算出表观密度值。

参考标准:

• • 铝用炭素材料检测方法 第7部分 表观密度的测定 尺寸法 YS/T 63.7-2006

耐压强度的测定

耐压强度是指碳素材料在压力作用下的抗破坏能力,是评价其抗压性能的重要指标。耐压强度过低会影响碳素材料在电解过程中的使用寿命。

测定方法是在液压式万能试验机上对规格化的碳素试样施加压力载荷,测量破坏时的最大压力,计算耐压强度值。

参考标准:

• • 铝用炭素材料检测方法 第15部分 耐压强度的测定 YS/T 63.15-2023

挥发分的测定

挥发分是指碳素材料在加热至规定温度时放出的气体的质量百分率,包括水分和可挥发分子。适当的挥发分有利于焙烧过程。

根据YS/T 63.17-2019等标准,测定方法是热重分析法,即将碳素试样在规定条件下加热至950°C,称量挥发出去的气体质量,计算挥发分含量。

参考标准:

• • 铝用炭素材料检测方法 第17部分: 挥发分的测定 YS/T 63.17-2019

• • 铝用炭素材料炭胶泥中挥发分的测定 YS/T 736-2010

灰分的测定

灰分是指碳素材料在充分燃烧后所剩余的无机残渣,主要是无机杂质和矿物质。灰分含量过高会影响碳素材料的导电性、强度等性能。

测定方法是将碳素试样在高温条件下完全燃烧后,计量剩余的无机灰分质量,计算灰分含量百分率。

参考标准:

• • 铝用炭素材料检测方法 第19部分：灰分含量的测定 YS/T 63.19-2021

• • 铝用炭素材料炭胶泥中灰分含量的测定 YS/T 735-2010

抗冰晶石渗透的测定

冰晶石是铝电解过程中产生的一种固体电解质,它会侵蚀阴极碳块材料,影响其使用寿命。抗冰晶石渗透能力是评价阴极材料质量的重要指标。

测定方法是将阴极碳块试样浸没在熔融的冰晶石池中,在一定温度和压力下保温一段时间,取出测量试样的渗透深度,计算抗渗透性能。

参考标准:

• • 铝用炭素材料检测方法 第26部分 耐火材料抗冰晶石渗透能力的测定 YS/T 63.26-2012

电阻率的测定

电阻率是指碳素材料的电阻与其长度和横截面积的比值,反映了材料的导电性能。对于铝电解用阴极和阳极材料,电阻率是评价其导电性的关键指标。

根据YS/T 63.2-2023标准,测定方法是将规格化的碳素试样置于四探针测试装置中,通入恒定电流,测量两端电压差值,计算出电阻率。

参考标准:

• • 铝用碳素材料检测方法 第2部分:阴极炭块和预焙阳极 室温电阻率的测定 YS/T 63.2-2023

抗折强度的测定

抗折强度表示碳素材料抗弯曲破坏的能力,是评价其强度和韧性的重要指标。对铝电解用阴极碳块,抗折强度直接影响其在电解过程中的使用性能。

测定方法采用三点弯曲试验,将碳素试样放置在两支点上,施加中间压力载荷,测量发生破坏时的最大压力,计算抗折强度值。

参考标准:

• • 铝用碳素材料检测方法第14部分:抗折强度的测定三点法 YS/T 63.14-2023

热膨胀系数的测定

热膨胀系数表征了碳素材料在加热时尺寸变化的程度,是评价其热稳定性和与其他材料组合时的热匹配性的关键参数。

测定采用高温线位移计法,将碳素试样置于热膨胀仪的高温腔中,在规定的升温程序下测量试样的尺寸变化,计算出相应温度下的热膨胀系数值。

参考标准:

• • 铝用炭素材料检测方法 第4部分:热膨胀系数的测定 YS/T 63.4-2023

焙烧膨胀收缩性的测定

碳素材料在焙烧过程中会发生一定程度的体积变化,这种焙烧膨胀/收缩性会影响到制品的尺寸精度和致密度。

根据YS/T 63.21-2007标准,测定方法是将阴极糊试样在标准炉内焙烧,用高温测量仪在线监测其尺寸变化情况,计算焙烧膨胀或收缩率。

参考标准:

• • 铝用炭素材料检测方法 第21部分:阴极糊 焙烧膨胀/收缩性的测定 YS/T 63.21-2007