我国铝用炭素材料产品质量现状分析Word文档下载推荐.docx
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室温电阻率
耐压强度
热膨胀系数
C02反应性
灰分
（g／cm3）
（μΩm）
（Mpa）
（10-6／K）
残余率（％）
（％）
≥
≤
TY-1
1.53
2.04
55
32.O
5.0
80.0
O.5
TY-2
1.50
2.00
60
30.0
6.0
70.O
0.8
注1：
需方对表中规定以外的性能如抗折强度、热导率、空气渗透率、空气反应性和微量元素含量（钒、镍、硅、铁、钠、钙）等有要求时应向供方提出，由供需双方协商确定并在合同中注明。
注2：
对于有残极返回生产的产品指标要求，由供需双方协商确定并在合同中注明。
1978年，冶金工业部发布实施了YBl20-78《阳极糊》标准，1988年，国家标准局发布实施了GB8741-88《铝电解用阳极糊》标准，1994年标准清理整顿时变更为有色金属行业标准YS／T284-1994《铝电解用阳极糊》，1998年修订后一直没动。
国际上，没有找到以行业或国家或国际组织正式发布的预焙阳极产品质量标准，表2为国外一些公司的规定、出口合同的要求和瑞士炭素技术研究所（R＆D）研究的认为较好的阳极质量结果，虽然有些公司对表2外的微量元素还有要求，但由于含量较低，且不是普遍要求，没有在表2中列出。
从表1可以看出，YS／T285-2007按照7项指标的不同设立了2个牌号：
TY-1和TY-2，由于所有指标都是保证指标，考虑到炭素材料的特点，要完全达到TY-1的要求，按照2σ偏差来推算，这7项指标的特征值应分别在：
1.55、2.06、53.35、4.5、85、0.46左右，其中室温电阻率53的要求还是不低的；
要达到TY一2的要求，按照2σ偏差来推算，这7项指标的特征值应分别在：
1.52、2.03、58、33、5.5、74、0.75左右，除室温电阻率外，其他指标显得有点太松了，尤其是热膨胀系数、CO2反应性、灰分3项指标，如果按照保证指标来控制质量，其意义不大。
从表2可以看出，虽然各公司所要求的指标不尽相同，这可能与各公司的注意点不同有关，但除微量元素的含量外，其他指标基本在R&
D认为的较好的阳极质量范围内，对微量元素含量不同的要求，应该说是签订合同时考虑了原料不同的因素。
从表1和表2对照来看，国内TY-1设定的7项指标要求基本在R&
D认为的较好的阳极质量范围内，其中电阻率要求较严，但CO2反应性、热膨胀系数相对偏松。
与出口的合同要求相比，保证指标设立偏少，起草标准时充分考虑了原料不同导致的影响和实际工作中减少检验工作的压力，并留给合同双方更多的选择。
表2预焙阳极出口合同要求和R&
D的研究结果
项目
单位公司1公司2公司3公司4公司5
R＆D
研究结果
g／cm3≥1.56≥1.57≥1.54≥1.55≥1.55
g／cm3≥2.06≥2.06≥2.05≥2.06≥2.06
uΩ·
m≤56≤57≤60≤56≤55
1.50～1.60
2.05～2.10
50～60
抗折强度
静态杨氏模量
热导率
空气渗透率
MPa≥9.0／8～12≥9.0≥9.0
MPa≥35≥4032～48≥32≥32
GPa／／4～10*／≤6
10-6／K／≤4.53.7～4.5／≤4.5
W／m·
K≤4.0≥3.23.O～4.5／≥3.2
npm≤2.2≤2.00.5～1.5／≤2.5
％≥87≥87≥84≥84#≥90
％≤6.0≤3.0≤6.O／≤3.O
％≤10.0≤9.0≤10.O／≤8.0
％≥90≥92≥70／≥90
％≤6.0≤3.0≤8.0／≤4.O
％≤8.0≤5.0≤24／≤8.O
％≤0.5≤0.5≤0.5≤O.5≤0.5
％≤1.80≤1.90≤2.40≤3.2≤2.5
ppm≤180≤150≤260≤300≤230
ppm≤250≤250≤300≤200≤200
ppm≤350≤350≤500≤350≤350
ppm≤450≤450≤160≤450≤600
ppm≤130≤130≤300≤400≤300
ppm／≤400≤350／≤400
8～14
40～55
3.5～5.5
3.7～4.5
3.0～4.5
0.5～2.0
84～95
1～10
4～10
65～90
2～10
8～30
0.2～0.5
0.5～3.2
30～320
40～200
50～300
100～500
150～600
50～200
CO2反
应性
空气
反应
性
残余
灰尘
损失
灰分
S
V
Ni
Si
Fe
Na
Ca
*：
可能为动态杨氏模量。
#：
按照反应速率换算过来的。
2.1.2质量现状
为了分析预焙阳极的产品质量现状，我们对一些样品的检验结果进行了统计，样本来自三部分，各占三分之一，一部分为2008年5月到2009年2月份的日常委托检验样品，一部分为中心2008年下半年的抽查样品，一部分为出口验货的样品，统计的结果如表3所示，从表3及测定的结果可以得出：
从指标上看，国内预焙阳极有一半左右属于质量较好的产品，从平均值来看，除了微量元素中的Ni和Ca含量、耐压强度和空气反应性外，其它指标都在R&
D认为的范围内，Ni和Ca含量偏高主要是国内原料问题。
耐压强度偏低与采用的检测方法有一定关系，空气反应性国内产品质量普遍偏好；
出口产品的指标相对稳定，平均来看，比日常委托和抽查的样品结果好；
日常委托样品的结果不稳定，差别比较大，不同企业间不但微量元素有较大不同，其他指标如电阻率、耐压强度也相差较大。
从表3也可以看出，S的含量较适中，但个别微量元素的含量较高，这些元素不但影响预焙阳极的各项反应性能，还对产品质量有着较大的影响，值得关注。
一般当预焙阳极中Si、Fe的含量达到400ppm、600ppm时，其对铝锭中si、Fe杂质含量的贡献就超过了氧化铝；
Ca会改变电解质的成分，已成为电解质中CaF。
累积的主要因素；
我国铝锭中的V主要来自预焙阳极，现阶段普遍偏高，已影响了电工用铝，应重点注意。
同时根据中心连续4年8次抽查的结果，分析了几个企业的预焙阳极产品质量，有些企业产品质量波动也较为明显，不论是微量元素的含量还是反应性指标等。
对3个企业生产的同一批炭块（批量1000吨左右）进行取样，取11个样后进行电阻率和耐压强度的测定，一批样品测定结果差别最大的企业，其电阻率在54.7～62.8μΩ·
m之间，耐压强度在35.4～43.2MPa之间。
为了分析同一预焙阳极性能的均匀性，对4个企业的9块炭块进行取样，在同一炭块不同的取样方向和不同的取样位置取11个样品，进行电阻率和耐压强度测定，测定结果差别最大的一块，其电阻率在56.4～61.5μΩ·
m之间，耐压强度在29.3～41.2MPa之间。
基于预焙阳极均质性相对较差的特性，采用单个样对批进行判定，风险较大，验收时最好能采用统计方法来验收批，也即对一批（批量可以大些）产品设定合格质量水平，允许多个测定结果中有少量的偏离，YS／T62.3-2005（IS08007.2:
1999）给出了使用示例。
表3预焙阳极产品质量统计情况
项目
单位样本数最大值最小值平均值在下列范围的样品个数
g／cm31111.641.481.68l.50～1.60
g／cm3lll2.122.012.062.05～2.10
uΩ·
m12068.748.957.450～60
94
103
lOl
抗折强度
耐压强度
静态杨氏模量
热膨胀系数
热导率
空气渗透率
MPa9615.37.410.28～14
MPan754263740～55
GPa396.82.14.13.5～5.5
10-6／K814.73.23.83.7～4.5
K784.93.13.63.0～4.5
npm697.250.471.980.5～2.0
％93.473.585.684～95
％908.72.13.51～lO
％16.84.510.94～10
％8497.865.291.065～90
％11.80.092.342～10
％26.51.896.668～30
％1170.580.160.310.2～0.5
％1113.850.921.890.5～3.2
ppm903674517630～320
ppm9027914821640～200
ppm1114108728950～300
ppm111670110348100～500
ppm11147052268150～600
ppm8458010526550～200
89
47
30
57
69
49
90
78
54
61
58
104
106
85
21
87
99
78
41
C02反
性
以表3室温电阻率的数据为横坐标，试样的个数所占比例为纵坐标，做出其分布如图1所示。
图1电阻率分布曲线
2.2底部炭块
作为电解槽筑炉的主要材料，底部炭块的质量与电解工艺技术指标、电解槽的正常运行和槽寿命有着极大的关系，这些年进展较快，尤其是大型电解槽的发展，需要有能够满足电解槽热场平衡的阴极材料做支持。
2.2.1质量标准情况
1978年，冶金工业部发布实施了YBl25-78《铝电解用炭块》标准，1988年，国家标准局发布实施了GB8743-88《铝电解用普通阴极炭块》、GB8744-88《铝电解用半石墨阴极炭块》（应该称为“铝电解用部分石墨化阴极炭块”）2个标准，1994年标准清理整顿时变更为有色金属行业标准YS／T286-1994《铝电解用普通阴极炭块》和YS／T287-1994《铝电解用半石墨阴极炭块》，1999年修订YS／T287时将名称改为《铝电解用半石墨质阴极炭块》，2005年再次对YS／T287进行修订后发布；
同时根据阴极炭块产品变化的情况，又于2007年发布了一个新标准YS／T623-2007《铝电解用高石墨质阴极炭块》，并于2008年审定了《铝电解用石墨化阴极底部炭块》标准，已报批待发布。
由于普通阴极炭块现在基本不用，因此YS／T287-2005、YS／T623-2007和《铝电解用石墨化阴极炭块》3个标准包括了现行我国所采用的铝电解用阴极炭块的各种牌号，其规定的理化性能指标分别见表4、表5、表6。
国际上没有一个统一的阴极炭块标准，也没有找到相关的国家标准，几个主要生产企业：
德国的SGL、法国的SAVOIE、挪威的ELKEM、ERAFT、日本电极公司等都有企业标准，这些企业基本也是按不同的石墨含量将阴极炭块划分为不同的牌号，然后把石墨化阴极炭块单列，可能主要考虑到石墨化阴极炭块的特殊性，如明显的各向异性、指标的显著差别、部分检测评价方法的不同等。
现在30％左右石墨含量的底部炭块相对用的较多，为了比较方便，表7只列出了该牌号一些生产企业指标和出口合同的要求。
表4YS／T287-2005《铝电解用半石墨质阴极炭块》底部炭块理化性能要求
（％）
真密度
（g／cm3）
体积密度
耐压强
度（Mpa）
电阻率
（μΩm）
开气孔
率（％）
电解膨
胀率（％）
热膨胀率（％）
杨氏模
量GPa
抗折强
度Mpa
250℃
500℃
950℃
BSL一1
7
1.90
1.56
32
40
20
O.7
O.08
O.25
0.5
10
7.5
BSL一2
8
1.88
1.54
43
21
1.0
O．5
7.O
注l：
灰分、真密度、表观密度、耐压强度、电阻率、开气孔率为常规分析指标。
电解膨胀率、热膨胀率、杨氏模量、抗折强度为底部炭块的参考指标，不做常规分析。
需要时供方可以提供，但需在合同中注明根据用户需要提供。
表5YS／T623-2007《铝电解用高石墨质阴极炭块》底部炭块理化性能要求
电阻率
（μΩ·
m）
杨氏模量
（Gpa）
（×
10-6／℃）
钠膨胀
GS一3
1.94
33
24
5
4.O
O.8
GS一5
1.98
1.57
29
4
GS一10
2.08
1.59
26
2
6.5
4.0
真密度、表观密度、耐压强度、电阻率、灰分为常规分析指标。
抗折强度、杨氏模量、热膨胀系数、钠膨胀率为参考指标，不做常规分析。
需方需要时供方可以提供，但需在合同中注明。
表6审定的《铝电解用石墨化阴极底部炭块》理化性能要求
牌号
理化性能
常规指标
参考指标
灰分（％）
量（Gpa）
（10-6／℃）
钠膨胀
率（％）
SM
2.18
14
16
6
3.5
0.4
注3：
以上指标均按成型时平行于所受压力方向进行取样和分析。
表730％左右石墨含量铝电解底部炭块的理化性能要求
单位SGLSAVOIEELKEM出口合同1出口合同2
表观密度g／cm3（≥）1.601.59l.591.601.60
真密度g／cm3（≥）1.941.952.011.982.00
室温电阻率μΩ·
m（≤）3231293232
耐压强度MPa（≥）3229262628
抗折强度MPa（≥）107888
热膨胀系数10-6／K（≤）2.03.24.43.03.2
热导率W／m·
K1216181512
杨氏模量GPa（≤）138688
钠膨胀率％（≤）0.50.40.70.60.6
开气孔率％（≤）1518141617
灰分％（≤）5.03.02.44.04.5
从表4、表5、表6可以看出，3个标准所设立的指标相近，只要求了真密度、表观密度、耐压强度、电阻率、灰分等几项常规指标，但从实际看，几乎所有的合同都将参考指标作为了要求。
另外YS／T287和YS／T623的范围要明确，是否小于30％石墨含量的就采用YS／T2877大于后一律采用YS／T623?
最好将YS／T287并入YS／T623标准，在GS-3前加一个牌号，将BSL-1的要求放进来。
3个标准都没有提及热导率，这其实是设计中非常需要的一个参数，同时对石墨化阴极炭块的检测，要考虑铝用炭素检测方法的适应性：
如电阻率、热导率、热膨胀系数、抗折强度等的测定。
从国内外要求的对照来看，指标设立基本一致，要求略有差异，国内GS-3对开气孔率、杨氏模量没有要求，对电阻率、抗折强度、钠膨胀等指标要求稍低些。
2.2.2质量现状
对2008年1月至2009年2月委托我中心检验的底部炭块检测结果进行了分析，19个石墨化阴极炭块都能满
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