鋁用炭素材料水分檢測(cè)儀、真密度檢測(cè)儀、表觀密度測(cè)試儀——廈門易仕特儀器有限公司專業(yè)制造
1 前言
伴隨著電解鋁工業(yè)的快速發(fā)展，鋁用炭素材料行業(yè)也得到了長足的進(jìn)步，從2002年開始，我國已成為世界*鋁用炭素材料生產(chǎn)國，也是鋁用炭素材料的 主要出口國之一，形成了不少以出口為主的獨(dú)立的鋁用炭素材料生產(chǎn)企業(yè)。隨著大型預(yù)焙槽的不斷普及、電解技術(shù)的日益進(jìn)步、國內(nèi)市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭、與市場(chǎng)的 *融通、以及對(duì)節(jié)能降耗的苛求，作為電解鋁工業(yè)的主要原材料鋁用炭素，不論是陽極材料還是陰極材料，其質(zhì)量都受到了越來越多的重視，許多過去不關(guān)注的指 標(biāo)，現(xiàn)在已顯得非常重要。
經(jīng)過50多年的發(fā)展，我國鋁用炭素材料的生產(chǎn)技術(shù)達(dá)到了相當(dāng)?shù)乃?，反映到產(chǎn)品質(zhì)量上，我國鋁用炭素材料產(chǎn)品質(zhì)量總體已經(jīng)達(dá)到了水平，主要體現(xiàn) 在能夠生產(chǎn)滿足各種要求的陽極和陰極產(chǎn)品，在滿足國內(nèi)需求的同時(shí)大量出口，從出口國外返回的意見看，國內(nèi)陽極在高電流密度下的使用性能還是比較穩(wěn)定，電解 各項(xiàng)指標(biāo)有不同程度的優(yōu)化，陰極產(chǎn)品的加工精度和理化性能，都有很好的提高，并處于較穩(wěn)定范圍。當(dāng)然在總體質(zhì)量達(dá)到水平的同時(shí)還應(yīng)該看到：由于國內(nèi)鋁 用炭素材料生產(chǎn)企業(yè)眾多，生產(chǎn)設(shè)備的*程度、人員技術(shù)水平的不同、管理水平參差不齊，使得不同企業(yè)間的質(zhì)量差別較大；質(zhì)量意識(shí)和市場(chǎng)因素的影響，使得出 口產(chǎn)品和國內(nèi)使用的產(chǎn)品質(zhì)量有一定的差距；原材料變化以及沒有固化的生產(chǎn)工藝參數(shù)，使得同一企業(yè)不同批次的產(chǎn)品質(zhì)量變化較大，部分企業(yè)同一批次產(chǎn)品也不在 一個(gè)穩(wěn)定的范圍內(nèi)。
經(jīng)過幾代人的共同努力，我國建立了與產(chǎn)品質(zhì)量相適應(yīng)的質(zhì)量指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)體系，包括陽極糊、預(yù)焙陽極、陰極炭塊、陰極糊等在內(nèi)的七個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，而國外一般是企 業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或合同規(guī)定，或推薦一些基本的指標(biāo)要求，對(duì)鋁用炭素材料這種產(chǎn)品質(zhì)量受資源影響較大的原材料，制定一個(gè)全行業(yè)同時(shí)采用的標(biāo)準(zhǔn)，在上很少見，是國 內(nèi)所*的。同時(shí)也建立了與質(zhì)量指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)體系相配套的檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)體系，包括石油焦、煅后石油焦、煤瀝青、鋁用炭素制品等的檢測(cè)，其中煅后石油焦、鋁用炭 素制品的檢測(cè)方法，基本采用了ISO的標(biāo)準(zhǔn)，在這些標(biāo)準(zhǔn)起草的同時(shí)，研制了配套的檢測(cè)設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)樣品，可以說是一套較為完善又易于推廣應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)體系。雖 然我國鋁用炭素材料標(biāo)準(zhǔn)體系比較完善，但標(biāo)準(zhǔn)起草的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不足，一些檢測(cè)技術(shù)只是照搬過來，并沒有對(duì)其進(jìn)行認(rèn)真的研究，而且由于標(biāo)準(zhǔn)化管理的條塊性，會(huì) 造成原料和下游產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的分割。另外由于炭素材料與其他金屬及非金屬材料不同，它是一種均質(zhì)性較差的材料，客觀公正地評(píng)價(jià)和判定其質(zhì)量，有時(shí)需要大量數(shù)據(jù) 統(tǒng)計(jì)后才能得出，這與我國起草產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)主要突出其“仲裁性”的出發(fā)點(diǎn)不符。
本文分析了預(yù)焙陽極、底部炭塊、陰極糊的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及國內(nèi)產(chǎn)品質(zhì)量的現(xiàn)狀，對(duì)相關(guān)檢測(cè)方法進(jìn)行了介紹，提出了在質(zhì)量和檢測(cè)方面存在的主要問題及對(duì)采用標(biāo)準(zhǔn)的一些建議，希望能對(duì)行業(yè)有所幫助。
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2 產(chǎn)品質(zhì)量現(xiàn)狀
鋁用炭素材料一般包括鋁用炭素制品和其原材料，鋁用炭素制品包括陽極、陰極和側(cè)部炭塊等，其主要原材料包括石油焦或煅后石油焦、煤瀝青、電煅或普煅無煙煤、石墨碎等，本文主要分析了鋁用炭素制品的質(zhì)量。
陽極有陽極糊和預(yù)焙陽極兩種，隨著電解槽的大型化和對(duì)環(huán)保的日益嚴(yán)格要求，我國的自焙槽已經(jīng)全部淘汰，國內(nèi)只用預(yù)焙陽極，生產(chǎn)的陽極糊全部出口到國 外。陰極有普通陰極炭塊、石墨質(zhì)陰極炭塊、部分石墨化陰極炭塊、石墨化陰極炭塊以及各種陰極糊，現(xiàn)階段普通陰極炭塊、部分石墨化陰極炭塊已經(jīng)不用，石墨化 陰極炭塊只有少量的試用，主要采用的是石墨質(zhì)陰極炭塊，其按照石墨含量的不同又可分為多個(gè)牌號(hào)，現(xiàn)在國內(nèi)外用的zui多的是石墨含量30%的陰極炭塊；陰極糊 包括冷搗糊、鋼棒糊、周圍糊、碳間糊等。側(cè)部炭塊目前也有兩種，即炭素側(cè)塊與碳化硅側(cè)塊，現(xiàn)階段主要采用碳化硅結(jié)合氮化硅塊。
限于篇幅，本文只對(duì)幾種主要產(chǎn)品：預(yù)焙陽極、底部炭塊，主要是石墨含量30%的底部炭塊、陰極糊中的質(zhì)量狀況進(jìn)行了分析，雖然外觀和尺寸也是炭塊質(zhì)量的重要部分，但為了方便起見，只分析它們的理化性能。
2.1 預(yù)焙陽極
預(yù)焙陽極被認(rèn)為是電解槽的心臟，其質(zhì)量好壞對(duì)電解的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)、重熔用鋁錠的產(chǎn)品質(zhì)量和電解槽的穩(wěn)定運(yùn)行有著非常重要的作用。
2.1.1質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)情況
1978年，冶金工業(yè)部發(fā)布實(shí)施了YB2809-78《炭陽極》標(biāo)準(zhǔn)，1988年，國家標(biāo)準(zhǔn)局發(fā)布實(shí)施了GB8742-88《鋁電解用炭陽極》標(biāo) 準(zhǔn)，1994年標(biāo)準(zhǔn)清理整頓時(shí)變更為有色金屬行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YS/T285-1994《鋁電解用預(yù)焙陽極》（同時(shí)冶金工業(yè)方面在清理整頓后也出了一個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) YB/T5203-1993，其要求與YS/T285-1994相同，后來采用YB/T5203標(biāo)準(zhǔn)的較少），1998年、2007年兩次修訂，YS /T285-2007規(guī)定的理化性能指標(biāo)見表1。
表1、YS/T285-2007《鋁電解用預(yù)焙陽極》的理化性能
牌號(hào) | 理化性能 | ||||||
表觀密度 | 真密度 | 室溫電阻率 | 耐壓強(qiáng)度 | 熱膨脹系數(shù) | CO2反應(yīng)性 | 灰分 | |
g/cm3 | g/cm3 | µΩm | MPa | 10-6/ K | 殘余率， % | % | |
≥ | ≥ | ≤ | ≥ | ≤ | ≥ | ≤ | |
TY-1 | 1.53 | 2.04 | 55 | 32.0 | 5.0 | 80.0 | 0.5 |
TY-2 | 1.50 | 2.00 | 60 | 30.0 | 6.0 | 70.0 | 0.8 |
注1：需方對(duì)表中規(guī)定以外的性能如抗折強(qiáng)度、熱導(dǎo)率、空氣滲透率、空氣反應(yīng)性和微量元素含量（釩、
鎳、硅、鐵、鈉、鈣）等有要求時(shí)應(yīng)向供方提出，由供需雙方協(xié)商確定并在合同中注明。
注2：對(duì)于有殘極返回生產(chǎn)的產(chǎn)品指標(biāo)要求，由供需雙方協(xié)商確定并在合同中注明。
1978年，冶金工業(yè)部發(fā)布實(shí)施了YB120-78《陽極糊》標(biāo)準(zhǔn)，1988年，國家標(biāo)準(zhǔn)局發(fā)布實(shí)施了GB8741-88《鋁電解用陽極糊》標(biāo)準(zhǔn)，1994年標(biāo)準(zhǔn)清理整頓時(shí)變更為有色金屬行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YS/T284-1994《鋁電解用陽極糊》，1998年修訂后一直沒動(dòng)。
上，沒有找到以行業(yè)或國家或組織正式發(fā)布的預(yù)焙陽極產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，表2為國外一些公司的規(guī)定、出口合同的要求和瑞士炭素技術(shù)研究所 （R&D）研究的認(rèn)為較好的陽極質(zhì)量結(jié)果，雖然有些公司對(duì)表2外的微量元素還有要求，但由于含量較低，且不是普遍要求，沒有在表2中列出。
從表1可以看出，YS/T285-2007按照7項(xiàng)指標(biāo)的不同設(shè)立了2個(gè)牌號(hào)：TY-1和TY-2，由于所有指標(biāo)都是保證指標(biāo)，考慮到炭素材料的特 點(diǎn)，要*達(dá)到TY-1的要求，按照2σ偏差來推算，這7項(xiàng)指標(biāo)的特征值應(yīng)分別在：1.55、2.06、53、35、4.5、85、0.46左右，其中室 溫電阻率53的要求還是不低的；要達(dá)到TY-2的要求，按照2σ偏差來推算，這7項(xiàng)指標(biāo)的特征值應(yīng)分別在：1.52、2.03、58、33、5.5、 74、0.75左右，除室溫電阻率外，其他指標(biāo)顯得有點(diǎn)太松了，尤其是熱膨脹系數(shù)、CO2反應(yīng)性、灰分3項(xiàng)指標(biāo)，如果按照保證指標(biāo)來控制質(zhì)量，其意義不大。
從表2可以看出，雖然各公司所要求的指標(biāo)不盡相同，這可能與各公司的注意點(diǎn)不同有關(guān)，但除微量元素的含量外，其他指標(biāo)基本在R&D認(rèn)為的較好的陽極質(zhì)量范圍內(nèi)，對(duì)微量元素含量不同的要求，應(yīng)該說是簽定合同時(shí)考慮了原料不同的因素。
從表1和表2對(duì)照來看，國內(nèi)TY-1設(shè)定的7項(xiàng)指標(biāo)要求基本在R&D認(rèn)為的較好的陽極質(zhì)量范圍內(nèi)，其中電阻率要求較嚴(yán)，但CO2反應(yīng)性、熱膨脹系數(shù)相對(duì)偏松。與出口的合同要求相比，保證指標(biāo)設(shè)立偏少，起草標(biāo)準(zhǔn)時(shí)充分考慮了原料不同導(dǎo)致的影響和實(shí)際工作中減少檢驗(yàn)工作的壓力，并留給合同雙方更多的選擇。
表2、預(yù)焙陽極出口合同要求和R&D的研究結(jié)果
項(xiàng)目 | 單位 | 公司1 | 公司2 | 公司3 | 公司4 | 公司5 | R&D 研究結(jié)果 | |
表觀密度 | g/cm3 | ≥1.56 | ≥1.57 | ≥1.54 | ≥1.55 | ≥1.55 | 1.50～1.60 | |
真密度 | g/cm3 | ≥2.06 | ≥2.06 | ≥2.05 | ≥2.06 | ≥2.06 | 2.05～2.10 | |
室溫電阻率 | μΩ·m | ≤56 | ≤57 | ≤60 | ≤56 | ≤55 | 50～60 | |
抗折強(qiáng)度 | MPa | ≥9.0 | / | 8～12 | ≥9.0 | ≥9.0 | 8～14 | |
耐壓強(qiáng)度 | MPa | ≥35 | ≥40 | 32～48 | ≥32 | ≥32 | 40～55 | |
靜態(tài)楊氏模量 | GPa | / | / | 4～10* | / | ≤6 | 3.5～5.5 | |
熱膨脹系數(shù) | 10-6/K | / | ≤4.5 | 3.7～4.5 | / | ≤4.5 | 3.7～4.5 | |
熱導(dǎo)率 | W/m·K | ≤4.0 | ≥3.2 | 3.0～4.5 | / | ≥3.2 | 3.0～4.5 | |
空氣滲透率 | npm | ≤2.2 | ≤2.0 | 0.5～1.5 | / | ≤2.5 | 0.5～2.0 | |
CO2反應(yīng)性 | 殘余 | % | ≥87 | ≥87 | ≥84 | ≥84# | ≥90 | 84～95 |
灰塵 | % | ≤6.0 | ≤3.0 | ≤6.0 | / | ≤3.0 | 1～10 | |
損失 | % | ≤10.0 | ≤9.0 | ≤10.0 | / | ≤8.0 | 4～10 | |
空氣反應(yīng)性 | 殘余 | % | ≥90 | ≥92 | ≥70 | / | ≥90 | 65～90 |
灰塵 | % | ≤6.0 | ≤3.0 | ≤8.0 | / | ≤4.0 | 2～10 | |
損失 | % | ≤8.0 | ≤5.0 | ≤24 | / | ≤8.0 | 8～30 | |
灰分 | % | ≤0.5 | ≤0.5 | ≤0.5 | ≤0.5 | ≤0.5 | 0.2～0.5 | |
S | % | ≤1.80 | ≤1.90 | ≤2.40 | ≤3.2 | ≤2.5 | 0.5～3.2 | |
V | ppm | ≤180 | ≤150 | ≤260 | ≤300 | ≤230 | 30～320 | |
Ni | ppm | ≤250 | ≤250 | ≤300 | ≤200 | ≤200 | 40～200 | |
Si | ppm | ≤350 | ≤350 | ≤500 | ≤350 | ≤350 | 50～300 | |
Fe | ppm | ≤450 | ≤450 | ≤160 | ≤450 | ≤600 | 100～500 | |
Na | ppm | ≤130 | ≤130 | ≤300 | ≤400 | ≤300 | 150～600 | |
Ca | ppm | / | ≤400 | ≤350 | / | ≤400 | 50～200 | |
*：可能為動(dòng)態(tài)楊氏模量。
#：按照反應(yīng)速率換算過來的。
2.1.2質(zhì)量現(xiàn)狀
為了分析預(yù)焙陽極的產(chǎn)品質(zhì)量現(xiàn)狀，我們對(duì)一些樣品的檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，樣本來自三部分，各占三分之一，一部分為2008年5月到2009年2月份 的日常委托檢驗(yàn)樣品，一部分為中心2008年下半年的抽查樣品，一部分為出口驗(yàn)貨的樣品，統(tǒng)計(jì)的結(jié)果如表3所示，從表3及測(cè)定的結(jié)果可以得出：
從指標(biāo)上看，國內(nèi)預(yù)焙陽極有一半左右可以屬于質(zhì)量較好的產(chǎn)品，從平均值來看，除了微量元素中的Ni和Ca含量、耐壓強(qiáng)度和空氣反應(yīng)性外，其它指標(biāo)都 在R&D認(rèn)為的范圍內(nèi)，Ni和Ca含量偏高主要國內(nèi)原料問題，耐壓強(qiáng)度偏低與采用的檢測(cè)方法有一定關(guān)系，空氣反應(yīng)性國內(nèi)產(chǎn)品質(zhì)量普遍偏好；
出口產(chǎn)品的指標(biāo)相對(duì)穩(wěn)定，平均來看，比日常委托和抽查的樣品結(jié)果好；
日常委托樣品的結(jié)果不穩(wěn)定，差別比較大，不同企業(yè)間不但微量元素有較大不同，其他指標(biāo)如電阻率、耐壓強(qiáng)度也相差較大。
從表3也可以看出，S的含量較適中，但個(gè)別微量元素的含量較高，這些元素不但影響預(yù)焙陽極的各項(xiàng)反應(yīng)性能，還對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有著較大的影響，值得關(guān)注。 一般當(dāng)預(yù)焙陽極中Si、Fe的含量達(dá)到400ppm、600ppm時(shí)，其對(duì)鋁錠中Si、Fe雜質(zhì)含量的貢獻(xiàn)就超過了氧化鋁；Ca會(huì)改變電解質(zhì)的成分，已成 為電解質(zhì)中CaF2累積的主要因素；我國鋁錠中的V主要來自預(yù)焙陽極，現(xiàn)階段普遍偏高，已影響了電工用鋁，應(yīng)重點(diǎn)注意。
同時(shí)根據(jù)中心連續(xù)4年8次抽查的結(jié)果，分析了幾個(gè)企業(yè)的預(yù)焙陽極產(chǎn)品質(zhì)量，有些企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)也較為明顯，不論是微量元素的含量還是反應(yīng)性指標(biāo)等。
對(duì)3個(gè)企業(yè)生產(chǎn)的同一批炭塊（批量1000噸左右）進(jìn)行取樣，取11個(gè)樣后進(jìn)行電阻率和耐壓強(qiáng)度的測(cè)定，一批樣品測(cè)定結(jié)果差別zui大的企業(yè)，其電阻率在54.7～62.8μΩ·m之間，耐壓強(qiáng)度在35.4～43.2 MPa之間。
為了分析同一預(yù)焙陽極性能的均勻性，對(duì)4個(gè)企業(yè)的9塊炭塊進(jìn)行取樣，在同一炭塊不同的取樣方向和不同的取樣位置取11個(gè)樣品，進(jìn)行電阻率和耐壓強(qiáng)度測(cè)定，測(cè)定結(jié)果差別zui大的一塊，其電阻率在56.4～61.5μΩ·m之間，耐壓強(qiáng)度在29.3～41.2 MPa之間。
基于預(yù)焙陽極均質(zhì)性相對(duì)較差的特性，采用單個(gè)樣對(duì)批進(jìn)行判定，風(fēng)險(xiǎn)較大，驗(yàn)收時(shí)能采用統(tǒng)計(jì)方法來驗(yàn)收批，也即對(duì)一批（批量可以大些）產(chǎn)品設(shè)定合格質(zhì)量水平，允許多個(gè)測(cè)定結(jié)果中有少量的偏離，YS/T62.3-2005（ISO8007.2∶1999）給出了使用示例。
表3、預(yù)焙陽極產(chǎn)品質(zhì)量統(tǒng)計(jì)情況
項(xiàng)目 | 單位 | 樣本數(shù) | zui大值 | zui小值 | 平均值 | 在下列范圍的樣品個(gè)數(shù) | ||
表觀密度 | g/cm3 | 111 | 1.64 | 1.48 | 1.58 | 1.50～1.60 | 94 | |
真密度 | g/cm3 | 111 | 2.12 | 2.01 | 2.06 | 2.05～2.10 | 103 | |
室溫電阻率 | μΩ·m | 120 | 68.7 | 48.9 | 57.4 | 50～60 | 101 | |
抗折強(qiáng)度 | MPa | 96 | 15.3 | 7.4 | 10.2 | 8～14 | 89 | |
耐壓強(qiáng)度 | MPa | 117 | 54 | 26 | 37 | 40～55 | 47 | |
靜態(tài)楊氏模量 | GPa | 39 | 6.8 | 2.1 | 4.1 | 3.5～5.5 | 30 | |
熱膨脹系數(shù) | 10-6/K | 81 | 4.7 | 3.2 | 3.8 | 3.7～4.5 | 57 | |
熱導(dǎo)率 | W/m·K | 78 | 4.9 | 3.1 | 3.6 | 3.0～4.5 | 69 | |
空氣滲透率 | npm | 69 | 7.25 | 0.47 | 1.98 | 0.5～2.0 | 49 | |
CO2反應(yīng)性 | 殘余 | % | 90 | 93.4 | 73.5 | 85.6 | 84～95 | 55 |
灰塵 | % | 8.7 | 2.1 | 3.5 | 1～10 | 90 | ||
損失 | % | 16.8 | 4.5 | 10.9 | 4～10 | 78 | ||
空氣反應(yīng)性 | 殘余 | % | 84 | 97.8 | 65.2 | 91.0 | 65～90 | 54 |
灰塵 | % | 11.8 | 0.09 | 2.34 | 2～10 | 61 | ||
損失 | % | 26.5 | 1.89 | 6.66 | 8～30 | 58 | ||
灰分 | % | 117 | 0.58 | 0.16 | 0.31 | 0.2～0.5 | 104 | |
S | % | 111 | 3.85 | 0.92 | 1.89 | 0.5～3.2 | 106 | |
V | ppm | 90 | 367 | 45 | 176 | 30～320 | 85 | |
Ni | ppm | 90 | 279 | 148 | 216 | 40～200 | 21 | |
Si | ppm | 111 | 410 | 87 | 289 | 50～300 | 87 | |
Fe | ppm | 111 | 670 | 110 | 348 | 100～500 | 99 | |
Na | ppm | 111 | 470 | 52 | 268 | 150～600 | 78 | |
Ca | ppm | 84 | 580 | 105 | 265 | 50～200 | 41 | |
以表3室溫電阻率的數(shù)據(jù)為橫坐標(biāo)，試樣的個(gè)數(shù)所占比例為縱坐標(biāo)，做出其分布如圖1所示。
圖1、電阻率分布曲線
2.2 底部炭塊
作為電解槽筑爐的主要材料，底部炭塊的質(zhì)量與電解工藝技術(shù)指標(biāo)、電解槽的正常運(yùn)行和槽壽命有著極大的關(guān)系，這些年進(jìn)展較快，尤其是大型電解槽的發(fā)展，需要有能夠滿足電解槽熱場(chǎng)平衡的陰極材料做支持。
2.2.1質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)情況
1978年，冶金工業(yè)部發(fā)布實(shí)施了YB125-78《鋁電解用炭塊》標(biāo)準(zhǔn)，1988年，國家標(biāo)準(zhǔn)局發(fā)布實(shí)施了GB8743-88《鋁電解用普通陰極 炭塊》、GB8744-88《鋁電解用半石墨陰極炭塊》（應(yīng)該稱為“鋁電解用部分石墨化陰極炭塊”）2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，1994年標(biāo)準(zhǔn)清理整頓時(shí)變更為有色金屬行 業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YS/T286-1994《鋁電解用普通陰極炭塊》和YS/T287-1994《鋁電解用半石墨陰極炭塊》，1999年修訂YS/T287時(shí)將名稱 改為《鋁電解用半石墨質(zhì)陰極炭塊》，2005年再次對(duì)YS/T287進(jìn)行修訂后發(fā)布；同時(shí)根據(jù)陰極炭塊產(chǎn)品變化的情況，又于2007年發(fā)布了一個(gè)新標(biāo)準(zhǔn) YS/T623-2007《鋁電解用高石墨質(zhì)陰極炭塊》，并于2008年審定了《鋁電解用石墨化陰極底部炭塊》標(biāo)準(zhǔn)，已報(bào)批待發(fā)布。由于普通陰極炭塊現(xiàn)在 基本不用，因此YS/T287-2005、YS/T623-2007和《鋁電解用石墨化陰極炭塊》3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)包括了現(xiàn)行我國所采用的鋁電解用陰極炭塊的各種 牌號(hào)，其規(guī)定的理化性能指標(biāo)分別見表4、表5、表6。
上沒有找到一個(gè)統(tǒng)一的陰極炭塊標(biāo)準(zhǔn)，也沒有找到相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)，幾個(gè)主要生產(chǎn)企業(yè)：德國的SGL、法國的SAVOIE、挪威的ELKEM、 ERAFT、日本電極公司等都有企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這些企業(yè)基本也是按不同的石墨含量將陰極炭塊劃分為不同的牌號(hào)，然后把石墨化陰極炭塊單列，可能主要考慮到石墨 化陰極炭塊的特殊性，如明顯的各向異性、指標(biāo)的顯著差別、部分檢測(cè)評(píng)價(jià)方法的不同等?，F(xiàn)在30%左右石墨含量的底部炭塊相對(duì)用的較多，為了比較方便，表7 只列出了該牌號(hào)一些生產(chǎn)企業(yè)指標(biāo)和出口合同的要求。
表4、YS/T287-2005《鋁電解用半石墨質(zhì)陰極炭塊》底部炭塊理化性能要求
牌號(hào) | 理化性能 | |||||||||||
灰份 % | 真密度 g/㎝3 | 體積 密度g/㎝3 | 耐壓 強(qiáng)度MPa | 電阻率 μΩm | 開氣孔率% | 電解膨脹率% | 熱膨脹率 % | 楊氏模量GPa | 抗折 強(qiáng)度 Mpa | |||
250℃ | 500℃ | 950℃ | ||||||||||
≤ | ≥ | ≥ | ≥ | ≤ | ≤ | ≤ | ≤ | ≤ | ≤ | ≤ | ≥ | |
BSL—1 | 7 | 1.90 | 1.56 | 32 | 40 | 20 | 0.7 | 0.08 | 0.25 | 0.5 | 10 | 7.5 |
BSL—2 | 8 | 1.88 | 1.54 | 30 | 43 | 21 | 1.0 | 0.08 | 0.25 | 0.5 | 10 | 7.0 |
注1：灰分、真密度、表觀密度、耐壓強(qiáng)度、電阻率、開氣孔率為常規(guī)分析指標(biāo)。
注2：電解膨脹率、熱膨脹率、楊氏模量、抗折強(qiáng)度為底部炭塊的參考指標(biāo)，不做常規(guī)分析。需要時(shí)供方
可以提供，但需在合同中注明根據(jù)用戶需要提供。
表5、YS/T623-2007《鋁電解用高石墨質(zhì)陰極炭塊》底部炭塊理化性能要求
牌號(hào) | 理化性能 | ||||||||
真密度 g/㎝3 | 表觀 密度 g/㎝3 | 電阻率 μΩ·m | 耐壓 強(qiáng)度 MPa | 灰分 % | 抗折 強(qiáng)度 Mpa | 楊氏 模量 GPa | 熱膨脹系數(shù) ×10-6/℃ | 鈉膨脹率 % | |
≥ | ≥ | ≤ | ≥ | ≤ | ≥ | ≤ | ≤ | ≤ | |
GS-3 | 1.94 | 1.56 | 33 | 24 | 5 | 7.0 | 7.0 | 4.0 | 0.8 |
GS-5 | 1.98 | 1.57 | 29 | 24 | 4 | 7.0 | 7.0 | 4.0 | 0.7 |
GS－10 | 2.08 | 1.59 | 21 | 26 | 2 | 7.5 | 6.5 | 4.0 | 0.5 |
注1：真密度、表觀密度、耐壓強(qiáng)度、電阻率、灰分為常規(guī)分析指標(biāo)。
注2：抗折強(qiáng)度、楊氏模量、熱膨脹系數(shù)、鈉膨脹率為參考指標(biāo)，不做常規(guī)分析。需方需要時(shí)供方可以提
供，但需在合同中注明。
表6、審定的《鋁電解用石墨化陰極底部炭塊》理化性能要求
牌號(hào) | 理化性能 | ||||||||
常規(guī)指標(biāo) | 參考指標(biāo) | ||||||||
真密度 g/㎝3 | 表觀 密度 g/㎝3 | 電阻率 μΩ·m | 耐壓 強(qiáng)度 MPa | 灰分 % | 抗折 強(qiáng)度 Mpa | 楊氏 模量 GPa | 熱膨脹系數(shù) 10-6/℃ | 鈉膨脹率 % | |
≥ | ≥ | ≤ | ≥ | ≤ | ≥ | ≤ | ≤ | ≤ | |
SM | 2.18 | 1.56 | 14 | 16 | 0.5 | 6 | 7 | 3.5 | 0.4 |
注1：真密度、表觀密度、耐壓強(qiáng)度、電阻率、灰分為常規(guī)分析指標(biāo)。
注2：抗折強(qiáng)度、楊氏模量、熱膨脹系數(shù)、鈉膨脹率為參考指標(biāo)，不做常規(guī)分析。需方需要時(shí)供方可以提
供，但需在合同中注明。
注3：以上指標(biāo)均按成型時(shí)平行于所受壓力方向進(jìn)行取樣和分析。
表7、30%左右石墨含量鋁電解底部炭塊的理化性能要求
| 單位 | SGL | SAVOIE | ELKEM | 出口合同1 | 出口合同2 |
表觀密度 | g/cm3（≥） | 1.60 | 1.59 | 1.59 | 1.60 | 1.60 |
真密度 | g/cm3（≥） | 1.94 | 1.95 | 2.01 | 1.98 | 2.00 |
室溫電阻率 | μΩ·m（≤） | 32 | 31 | 29 | 32 | 32 |
耐壓強(qiáng)度 | MPa（≥） | 32 | 29 | 26 | 26 | 28 |
抗折強(qiáng)度 | MPa（≥） | 10 | 7 | 8 | 8 | 8 |
熱膨脹系數(shù) | 10-6/K（≤） | 2.0 | 3.2 | 4.4 | 3.0 | 3.2 |
熱導(dǎo)率 | W/m·K | 12 | 16 | 18 | 15 | 12 |
楊氏模量 | GPa（≤） | 13 | 8 | 6 | 8 | 8 |
鈉膨脹率 | %（≤） | 0.5 | 0.4 | 0.7 | 0.6 | 0.6 |
開氣孔率 | %（≤） | 15 | 18 | 14 | 16 | 17 |
灰分 | %（≤） | 5.0 | 3.0 | 2.4 | 4.0 | 4.5 |
從表4、表5、表6可以看出，3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)所設(shè)立的指標(biāo)相近，只要求了真密度、表觀密度、耐壓強(qiáng)度、電阻率、灰分等幾項(xiàng)常規(guī)指標(biāo)，但從實(shí)際看，幾乎所有 的合同都將參考指標(biāo)作為了要求。另外YS/T287和YS/T623的范圍要明確，是否小于30%石墨含量的就采用YS/T287？大于后一律采用YS /T623？將YS/T287并入YS/T623標(biāo)準(zhǔn)，在GS-3前加一個(gè)牌號(hào)，將BSL-1的要求放進(jìn)來。3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都沒有提及熱導(dǎo)率，這其實(shí)是設(shè)計(jì) 中非常需要的一個(gè)參數(shù)，同時(shí)對(duì)石墨化陰極炭塊的檢測(cè)，要考慮鋁用炭素檢測(cè)方法的適應(yīng)性：如電阻率、熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)、抗折強(qiáng)度等的測(cè)定。
從國內(nèi)外要求的對(duì)照來看，指標(biāo)設(shè)立基本一致，要求略有差異，國內(nèi)GS-3對(duì)開氣孔率、楊氏摸量沒有要求，對(duì)電阻率、抗折強(qiáng)度、鈉膨脹等指標(biāo)要求稍低些。
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2.2.2質(zhì)量現(xiàn)狀
對(duì)2008年1月至2009年2月委托我中心檢驗(yàn)的底部炭塊檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行了分析，19個(gè)石墨化陰極炭塊都能滿足《鋁電解用石墨化陰極炭塊》規(guī)定的要 求，23個(gè)50%石墨質(zhì)、全石墨陰極炭塊有3個(gè)（1個(gè)是電阻率高、2個(gè)是耐壓強(qiáng)度不夠）達(dá)不到YS/T623-2007《鋁電解用高石墨質(zhì)陰極炭塊》中 GS-5、GS-10規(guī)定的要求，45個(gè)石墨含量為30%的底部炭塊，有7個(gè)達(dá)不到GS-3的要求，其檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表8，部分試樣與BSL-1混淆，需 要明確。
表8、30%石墨含量底部炭塊送樣檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表
| 單位 | 樣本數(shù) | zui大值 | zui小值 | 平均值 | 符合GS-3要求的數(shù) |
表觀密度 | g/cm3（≥） | 45 | 1.66 | 1.57 | 1.61 | 45 |
真密度 | g/cm3（≥） | 45 | 2.01 | 1.93 | 1.96 | 44 |
室溫電阻率 | μΩ·m（≤） | 45 | 42 | 27 | 33 | 40 |
耐壓強(qiáng)度 | MPa（≥） | 45 | 41 | 23 | 30 | 44 |
抗折強(qiáng)度 | MPa（≥） | 45 | 11.2 | 7.0 | 8.9 | 45 |
熱膨脹系數(shù) | 10-6/K（≤） | 45 | 4.1 | 2.7 | 3.3 | 44 |
熱導(dǎo)率 | W/m·K | 45 | 27 | 11 | 15 | / |
楊氏模量 | GPa（≤） | 32 | 6.8 | 2.4 | 4.1 | 32 |
鈉膨脹率 | %（≤） | 45 | 0.65 | 0.38 | 0.53 | 45 |
開氣孔率 | %（≤） | 30 | 16.6 | 14.3 | 15.7 | / |
灰分 | %（≤） | 45 | 4.76 | 2.35 | 3.57 | 42 |
從表8可以看出，主要不合格項(xiàng)為電阻率，zui大zui小值相差較大。
同樣對(duì)一個(gè)企業(yè)生產(chǎn)的不同批樣品進(jìn)行取樣檢測(cè)，以及同一炭塊不同的取樣位置（取樣方向一致）取樣檢測(cè)，結(jié)果表明，有些企業(yè)不同批的差距明顯，在同一炭塊不同位置取樣，其耐壓強(qiáng)度相差zui大的為19MPa，zui大檢測(cè)值與zui小檢測(cè)值幾乎差一倍。
基于陰極炭塊產(chǎn)品的特點(diǎn)和質(zhì)量的現(xiàn)狀，考慮其對(duì)筑爐的重要性，建議對(duì)電阻率、耐壓強(qiáng)度指標(biāo)，實(shí)行塊驗(yàn)收，YS/T62.1-2005（ISO8007.1∶1999）給出了取樣和實(shí)施的方法。
2.3 陰極糊
陰極糊作為筑爐的主要輔料，其質(zhì)量對(duì)電解槽的壽命有著很大的影響，一直以來對(duì)其質(zhì)量就非常關(guān)注。
2.3.1質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)情況
在1978年，冶金工業(yè)部發(fā)布了粗縫糊、細(xì)縫糊兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，到1993年，中國有色金屬工業(yè)總公司發(fā)布了YS/T65-1993《鋁電解用陰極糊》標(biāo) 準(zhǔn)，直到2007年修訂后，才發(fā)布了新的版本，增加了焙燒過程中的膨脹和收縮測(cè)定，YS/T65-2007《鋁電解用陰極糊》的理化性能要求見表9。從表 9可以看出，國內(nèi)陰極糊產(chǎn)品牌號(hào)細(xì)分較多，除碳膠泥外，其他10個(gè)牌號(hào)設(shè)立的指標(biāo)與炭塊的常規(guī)5項(xiàng)一樣，只是規(guī)定的值各有不同，對(duì)鋼棒糊、周圍糊、碳間糊 還增加了膨脹收縮率的要求。
國外沒有見到一個(gè)統(tǒng)一的陰極糊產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，SGL、ELKEM等一些企業(yè)雖提出過一些要求，但沒有見正式的標(biāo)準(zhǔn)，而且涉及的指標(biāo)較少，注重現(xiàn)場(chǎng)使用性能，關(guān)注可搗實(shí)性、焙燒過程中的失重和膨脹收縮率，對(duì)其它指標(biāo)基本不要求。
從使用的情況看，YS/T65-2007《鋁電解用陰極糊》標(biāo)準(zhǔn)受到的指責(zé)zui多，其一牌號(hào)偏多，使用不方便，具體按哪一個(gè)牌號(hào)不易確定，其二很多用 戶反饋回來的意見是：不少陰極糊產(chǎn)品符合標(biāo)準(zhǔn)且指標(biāo)很好，實(shí)際中并不好用。既然國內(nèi)的情況是：有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)更好操作，就應(yīng)該認(rèn)真去研究，設(shè)定一個(gè)科學(xué) 的指標(biāo)要求，引導(dǎo)行業(yè)的健康發(fā)展。
表9、YS/T65-2007《鋁電解用陰極糊》的理化性能要求
牌 號(hào) | 理化性能 | ||||||||
電阻率 μΩ·m | 揮發(fā)分% | 耐壓強(qiáng)度MPa | 表觀密度g/cm3 | 真密度 g/cm3 | 灰分 % | 針入度 （20℃）度 | 膨脹收縮率a% | ||
△LA-△LB | △LA-△LC | ||||||||
≤ |
| ≥ | ≥ | ≥ | ≤ |
| ≤ | ≤ | |
BSZH | 73 | 7～11 | 17 | 1.44 | 1.87 | 7 | - | 0.75 | 0.85 |
BSTH | 73 | 8～12 | 18 | 1.42 | 1.86 | 7 | - | 0.75 | 0.85 |
BSGH | 73 | 9～13 | 25 | 1.44 | 1.88 | 4 | - | 0.65 | 0.75 |
BSTN | - | ≤50 | - | - | - | 5 | 450～650 | - | - |
GSZH | 65 | 7～12 | 16 | 1.47 | 1.92 | 5 | - | 0.45 | 0.55 |
GSTH | 65 | 8～13 | 16 | 1.47 | 1.92 | 5 | - | 0.70 | 0.85 |
GSGH | 65 | 9～14 | 20 | 1.47 | 1.92 | 3 | - | 0.60 | 0.75 |
BSLD-1 | 75 | 9～13 | 18 | 1.44 | 1.87 | 7 | - | - | - |
BSLD-2 | 75 | 9～13 | 20 | 1.44 | 1.87 | 7 | - | - | - |
GSLD-1 | 65 | 9～13 | 16 | 1.46 | 1.89 | 5 | - | - | - |
GSLD-2 | 65 | 9～13 | 18 | 1.46 | 1.89 | 5 | - | - | - |
a：表中△LA表示糊料結(jié)焦期的膨脹/收縮率(穩(wěn)態(tài)或zui大值)，△LB表示恒溫前zui高溫度點(diǎn)950℃時(shí)的膨脹/收縮率，△LC表示在zui高溫度點(diǎn)(950℃)恒溫3h后的膨脹/收縮率。 | |||||||||
2.3.2質(zhì)量現(xiàn)狀
選取了2008年3月至2009年3月間委托的鋼棒糊、冷搗糊樣品進(jìn)行分析，大部分能滿足YS/T63-2007的要求，不合格的指標(biāo)主要是耐壓強(qiáng) 度、灰分、揮發(fā)分，而電阻率這項(xiàng)指標(biāo)，很多樣品的檢測(cè)結(jié)果都低于50μΩ·m，遠(yuǎn)好于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。幾個(gè)委托檢驗(yàn)的樣品結(jié)果見表10。
表10、委托檢驗(yàn)的陰極糊樣品結(jié)果
樣品名稱 | 單位 | 鋼棒糊 | 鋼棒糊 | 鋼棒糊 | 冷搗糊 | 冷搗糊 | 冷搗糊 | |
送樣日期 | 2008.3.17 | 2008.8.10 | 2009.1.21 | 2008.3.7 | 2008.6.15 | 2008.12.6 | ||
灰分 | % | 3.72 | 2.88 | 3.65 | 2.83 | 6.52 | 4.21 | |
揮發(fā)分 | % | 11.08 | 10.27 | 9.88 | 12.12 | 9.59 | 11.35 | |
電阻率 | μΩ·m | 57.5 | 49.1 | 54.8 | 59.2 | 72.7 | 64.1 | |
耐壓強(qiáng)度 | MPa | 27 | 25 | 23 | 24 | 17 | 21 | |
表觀密度 | g/cm3 | 1.50 | 1.48 | 1.49 | 1.47 | 1.45 | 1.47 | |
真密度 | g/cm3 | 1.93 | 1.94 | 1.90 | 1.90 | 1.88 | 1.88 | |
膨脹收縮率 | △LA-△LB | % | / | 0.24 | 0.38 | 0.30 | / | 0.41 |
△LA-△LC | % | / | 0.41 | 0.52 | 0.46 | / | 0.54 | |
3 相關(guān)檢測(cè)方法
鋁用炭素材料的檢測(cè)方法是其質(zhì)量表征的基本手段，由于鋁用炭素材料是一類均質(zhì)性較差的材料，因此可靠一致的檢測(cè)方法是檢測(cè)數(shù)據(jù)可比性的保證，無論是ISO還是我國有色金屬行業(yè)，都有一套系統(tǒng)而且完善的檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)體系。
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3.1 國內(nèi)檢測(cè)方法
在我國的標(biāo)準(zhǔn)體系中，鋁用炭素制品（包括陽極、陰極和糊類）和煅后石油焦歸口有色金屬行業(yè)，石油焦歸口在石油化工行業(yè)，煤瀝青、石墨歸口在冶金行 業(yè)，無煙煤歸口于煤炭行業(yè)。在1992年之前，鋁用炭素材料沒有單獨(dú)的檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)，都是借用冶金上石墨的檢測(cè)方法。1993年制定了電阻率測(cè)定、炭糊焙 燒、取樣三個(gè)有色金屬行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，1998年制定了炭陽極二氧化碳反應(yīng)性的測(cè)定方法有色金屬行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，2004、2005、2006三年時(shí)間，集中行業(yè)力 量，制定了鋁用炭素材料取樣方法、鋁用炭素材料檢測(cè)方法、炭陽極用煅后石油焦檢測(cè)方法三個(gè)系列共38個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，這三個(gè)系列標(biāo)準(zhǔn)，大部分修改采用或等同采用了 ISO的標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)性的編排是為了更好的應(yīng)用，38個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的詳細(xì)情況見表11。
表11、鋁用炭素材料檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)
炭陽極用煅后石油焦檢測(cè)方法 | 鋁用炭素材料檢測(cè)方法 | ||
YS/T587.1-2006 | 灰分的測(cè)定 | YS/T 63.1-2006 | 陰極糊試樣焙燒方法、焙燒失重的測(cè)定及生坯試樣表觀密度的測(cè)定 |
YS/T587.2-2007 | 水分的測(cè)定 | YS/T 63.2-2006 | 陰極炭塊和預(yù)焙陽極 室溫電阻率的 |
YS/T587.3-2007 | 揮發(fā)分的測(cè)定 | YS/T 63.3-2006 | 熱導(dǎo)率的測(cè)定 比較法 |
YS/T587.4-2006 | 硫的測(cè)定 | YS/T 63.4-2006 | 熱膨脹系數(shù)的測(cè)定 |
YS/T587.5-2006 | 微量元素的測(cè)定 | YS/T 63.5-2006 | 有壓下底部炭塊鈉膨脹率的測(cè)定 |
YS/T587.6-2006 | 粉末電阻率的測(cè)定 | YS/T 63.6-2006 | 開氣孔率的測(cè)定 液體靜力學(xué)法 |
YS/T587.7-2006 | CO2反應(yīng)性的測(cè)定 質(zhì)量損失法 | YS/T 63.7-2006 | 表觀密度的測(cè)定 尺寸法 |
YS/T587.8-2006 | 空氣反應(yīng)性的測(cè)定 點(diǎn)火溫度法 | YS/T 63.8-2006 | 二甲苯中密度的測(cè)定 比重瓶法 |
YS/T587.9-2006 | 體積密度的測(cè)定 輕拍法 | YS/T 63.9-2006 | 真密度的測(cè)定 氦比重計(jì)法 |
YS/T587.10-2006 | 真密度的測(cè)定 | YS/T 63.10-2006 | 空氣滲透率的測(cè)定 |
YS/T587.11-2006 | 顆粒穩(wěn)定性的測(cè)定 | YS/T 63.11-2006 | 空氣反應(yīng)性的測(cè)定 質(zhì)量損失法 |
YS/T587.12-2006 | 粒度分布的測(cè)定 | YS/T 63.12-2006 | 預(yù)焙陽極CO2反應(yīng)性的測(cè)定 質(zhì)量損失法 |
YS/T587.13-2007 | Lc值的測(cè)定 | YS/T 63.13-2006 | 楊氏模量的測(cè)定 靜測(cè)法 |
鋁用炭素材料取樣方法 | YS/T 63.14-2006 | 抗折強(qiáng)度的測(cè)定 三點(diǎn)法 | |
YS/T 62.1-2005 | 底部炭塊 | YS/T 63.15-2006 | 耐壓強(qiáng)度的測(cè)定 |
YS/T 62.2-2005 | 預(yù)焙陽極 | YS/T 63.16-2006 | 微量元素的測(cè)定 X射線熒光光譜分析方法 |
YS/T 62.3-2005 | 側(cè)部炭塊 | YS/T 63.17-2006 | 揮發(fā)分的測(cè)定 |
YS/T 62.4-2005 | 陰極糊 | YS/T 63.18-2006 | 水分的測(cè)定 |
/ | / | YS/T 63.19-2006 | 硫分的測(cè)定 |
/ | / | YS/T 63.20-2006 | 灰分的測(cè)定 |
/ | / | YS/T 63.21-2007 | 陰極糊焙燒過程中的膨脹收縮 |
近期根據(jù)實(shí)際使用的需要，結(jié)合ISO標(biāo)準(zhǔn)的新進(jìn)展，正在進(jìn)行煅后石油焦哈德格羅夫指數(shù)、預(yù)焙陽極焙燒平衡溫度的測(cè)定等標(biāo)準(zhǔn)的起草，同時(shí)為了鋁用炭素 材料標(biāo)準(zhǔn)體系的進(jìn)一步完善，準(zhǔn)備逐步將煤瀝青、石油焦相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)等同采用過來，以形成一套完整鋁用炭素材料檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)體系。
在三個(gè)系列標(biāo)準(zhǔn)起草的同時(shí)，還對(duì)標(biāo)準(zhǔn)牽涉的檢測(cè)設(shè)備和配套的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行了開發(fā)研制，有力地配合了這些標(biāo)準(zhǔn)的順利實(shí)施。
雖然已經(jīng)有了一套檢測(cè)方法，但也存在一些問題，如標(biāo)準(zhǔn)起草的基礎(chǔ)工作不扎實(shí)、一些配套的研究開發(fā)不及時(shí)、使用過程中對(duì)取樣方法不重視、實(shí)質(zhì)性參與標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作不夠、企業(yè)參與程度偏低，參與標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作的專業(yè)技術(shù)人員范圍偏窄等等。
3.2 ISO檢測(cè)方法
標(biāo)準(zhǔn)體系中，鋁用炭素材料由ISO/TC226（原鋁生產(chǎn)用原材料技術(shù)委員會(huì)）歸口，這些年來，ISO在鋁用炭素材料標(biāo)準(zhǔn)方面上做了大量的工 作，從上世紀(jì)80年代末開始，歷經(jīng)二十余年，建立并完善了鋁用炭素材料檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)體系，使其質(zhì)在量控制和表征中發(fā)揮了十分明顯的作用，并有利地促進(jìn) 貿(mào)易，鋁用炭素材料ISO標(biāo)準(zhǔn)見表12。
表12、ISO標(biāo)準(zhǔn)情況
標(biāo)準(zhǔn)號(hào) | 名稱 |
煤瀝青 | |
ISO 6257：2002 ISO 5939：1980 ISO 5940-1：1981 ISO 5940-2：2007 ISO 6791：1981 ISO 6376：1980 ISO 6998：1997 ISO 6999：1983 ISO 8006：1985 ISO 9055：1988 ISO 10238：1999 ISO 8003：1985 ISO 12977：1999 ISO 12979：1999 | Pitch, Sampling Pitch, water content, Azeotropic distillation Pitch, Softening point, Ring-and-ball method Pitch, Softening point, Mettler method Pitch, Quinoline-insoluble material Pitch, Toluene-insoluble material Pitch, Coking value Pitch, Density, Pyknometric method Pitch, Ash content Pitch, Sulfur content, Bomb method Pitch, Sulfur content, Instrumental method Pitch, Dynamic viscosity, Rotation of a cylindrical body method Pitch, Loss of volatile matter Pitch, C/H ratio in the quinoline-insoluble fraction |
石油焦或煅后石油焦 | |
ISO 6375：1980 ISO 8004：1985 ISO 5931：2000 ISO 8005：2005 ISO 9406：1995 ISO 6997：1985 ISO 8723：1986 ISO 12984：2000 ISO 8658：1997 ISO 12980：2000 ISO 10143：1995 ISO 10236：1995 ISO 10142：1996 ISO 12981-1：2000 ISO 12982-1：2000 ISO 11412：1998 ISO 10237：1997 ISO 14435：2005 ISO 20203：2005 | Coke, Sampling Coke, Density in xylene, Pyknometric method Coke, Total sulfur, ESCHKA method Coke, Ash content Coke, Volatile matter content, Gravimetric analysis Coke, Apparent oil content, Heating method Coke Coke, Determination of oil content, Method by solvent extraction Coke, Particle size distribution Coke, Trace elements, Flame atomic absorption spetroscopy Coke, Trace elements, X-rays fluorescence method Coke, Electrical resistivity Coke, Bulk density after vibration Coke, Grain stability Coke, CO2reactivity, Loss in mass method Coke, Air reactivity, Ignition temperature Coke, Water content Coke, Residual-hydrogen content Coke, Trace elements, ICP Coke, Lccrystal height |
搗固糊 | |
ISO 14422：1999 ISO/TS 14423：1999 ISO/TS 14425：1999 ISO 14427：2004 ISO 14428：2005 ISO 17544：2004 ISO 20202：2004 | Ramming pastes, Sampling Ramming pastes, Binder and aggregatre content Ramming pastes, Volatiles Ramming pastes, Expansion and shrinkage during baking Ramming pastes, Ash content Ramming pastes, Rammability of unbaked paste Ramming pastes, Baking of rammed test pieces |
表12（續(xù)）、ISO標(biāo)準(zhǔn)情況
標(biāo)準(zhǔn)號(hào) | 名稱 |
電極 | |
ISO 8007-1：11999 ISO 8007-2：1999 ISO 8007-3：2003 ISO 9088：1997 ISO 12985-1：2000 ISO 12985-2：2000 ISO 11713：2000 ISO 12986-1：2000 ISO 12986-2：2005 ISO 12987：2004 ISO 12988-1：2000 ISO 12988-2：2004 ISO 12989-1：2000 ISO 12989-2：2004 ISO 14420：2005 ISO 15379-1：2004 ISO 15379-2：2004 ISO 15906：2007 ISO 17499：2006 ISO 18515：2007 ISO 21687：2007
ISO 20292：2009 | Electrodes, Sampling from cathode blocks Electrodes, Sampling from prebaked anodes Electrodes, Sampling from sidewall blocks Electrodes, Density in xylene, Pyknometric method Electrodes, Bulk density, Dimensions method Electrodes, Bulk density, Hydrostatic method Electrodes, Electrical resistivity Electrodes, Flexural strength, 3-point method Electrodes, Flexural strength, 4-point method Electrodes, Thermal conductivity Electrodes, CO2reactivity, Loss in mass method Electrodes, CO2reactivity, Thermogravimetric method Electrodes, Air reactivity, Loss in mass method Electrodes, Air reactivity, Thermogravimetric method Electrodes, Thermal dilatation Electrodes, Sodium expansion with pressure Electrodes, Sodium expansion without pressure Electrodes, Air permeability Electrodes, Equivalent temperature and baking level Electrodes, Compressive strength Determination of density by gas pyknometry (volumetric) using helium as the analysis gas, Solid materials Dense refractory bricks, Determination of cryolite resistance |
從表12可以看出，鋁用炭素材料共有62個(gè)ISO標(biāo)準(zhǔn)，在TC226正式發(fā)布的109個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中占了一半多，其中ISO20292∶2009可以不算為鋁用炭素材料標(biāo)準(zhǔn)，除煤瀝青和石油焦的少量標(biāo)準(zhǔn)外，大部分標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)齡都不長，這在金屬冶煉行業(yè)的ISO標(biāo)準(zhǔn)中還是不多見的。
ISO標(biāo)準(zhǔn)主要依據(jù)德國國家標(biāo)準(zhǔn)（DIN）起草，吸收了基于ASTM的測(cè)定方法。在原料中有的檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)，如灰分、微量元素含量等的測(cè)定，在產(chǎn)品 中就沒有這些項(xiàng)目的測(cè)定方法標(biāo)準(zhǔn)，這也體現(xiàn)了ISO標(biāo)準(zhǔn)更適合于質(zhì)量的控制，也即預(yù)防，這與過去國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)更傾向于后期的檢測(cè)判定和仲裁不同。
TC226有五個(gè)工作組（WG），其中WG1（瀝青）、WG2（焦和電極）、WG5（原鋁生產(chǎn)中的材料抗電解質(zhì)的能力）與鋁用炭素材料有關(guān)，除瀝青 外，TC226有關(guān)鋁用炭素材料的新課題已經(jīng)很少，說明鋁用炭素材料的ISO標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)較完善。當(dāng)然也存在一些問題，從技術(shù)上看，形成ISO標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)，一 般是非常成熟的方法，不會(huì)是的技術(shù)；按照ISO起草的程序，標(biāo)準(zhǔn)起草的周期相對(duì)較長，對(duì)產(chǎn)品更新的追蹤不及時(shí)；有時(shí)檢測(cè)的結(jié)果與實(shí)際使用效果不* 相同；同時(shí)ISO標(biāo)準(zhǔn)的起草，有時(shí)要平衡各方面的利益，使部分標(biāo)準(zhǔn)的適宜性大打折扣。
對(duì)鋁用炭素材料來說，不論是ISO標(biāo)準(zhǔn)還是國內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)，其檢測(cè)的項(xiàng)目都比較多，有些項(xiàng)目方法有好幾個(gè)，在采用時(shí)要注意取舍和選擇。如出口合同的簽訂 時(shí)，在加強(qiáng)生產(chǎn)質(zhì)量管理的前提下，盡可能檢測(cè)項(xiàng)目少一些，降低不增值流程的費(fèi)用；如在選擇預(yù)焙陽極的測(cè)定方法，就要注意國內(nèi)沒有采用熱重法來測(cè)定的，包括 煅后石油焦振實(shí)密度（VBD）的測(cè)定等都有這種情況。
4 結(jié)語
通過上述分析，可以認(rèn)為：
①我國建立了一套*的、較完善的產(chǎn)品質(zhì)量行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系，為鋁用炭素材料產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)步提高確立了目標(biāo)。
②我國鋁用炭素材料產(chǎn)品質(zhì)量總體達(dá)到水平，能夠生產(chǎn)滿足各種不同要求的產(chǎn)品。
③在檢測(cè)方法方面，國內(nèi)有一套完善的標(biāo)準(zhǔn)體系，與ISO標(biāo)準(zhǔn)基本一致，檢測(cè)項(xiàng)目多，確保了評(píng)價(jià)的科學(xué)性和數(shù)據(jù)的可比性，為鋁用炭素材料行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的提高奠定了基礎(chǔ)。
對(duì)鋁用炭素材料產(chǎn)品質(zhì)量、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)，也還存在一些問題，主要有：
①由于是一個(gè)行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，指標(biāo)設(shè)立相對(duì)較少，要求偏低，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些與部分企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)相差較大的情況。
②產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定依然是行業(yè)zui需要解決的問題，不同企業(yè)、同一企業(yè)不同時(shí)期和同一批產(chǎn)品質(zhì)量差距較大，不利于下游生產(chǎn)的的穩(wěn)定，部分企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量有待提高。
③檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)起草的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)偏少，操作相對(duì)復(fù)雜，個(gè)別項(xiàng)目檢測(cè)結(jié)果與實(shí)際使用有差距，配套研究慢。
根據(jù)這些情況，為了促進(jìn)鋁用炭素材料產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定提高，提升行業(yè)競(jìng)爭能力，在質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)方面，建議：
①對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，要更注重于行業(yè)引導(dǎo)作用，偏重于原則性的規(guī)定，以增強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)的適宜性，一些不易統(tǒng)一的指標(biāo)和判定的方法，留給合同去處理。
②要進(jìn)一步全面調(diào)研國內(nèi)鋁用炭素材料的質(zhì)量情況，為標(biāo)準(zhǔn)的制、修訂提供支持，同時(shí)密切關(guān)注下游的需求，加大對(duì)原料、生產(chǎn)過程的控制，確保產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。
③要繼續(xù)跟蹤ISO在鋁用炭素材料標(biāo)準(zhǔn)方面的進(jìn)展，加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，提高配套研究的速度和水平，同時(shí)不斷解決標(biāo)準(zhǔn)使用過程中所碰到的問題，積極將國內(nèi)的新技術(shù)向ISO標(biāo)準(zhǔn)推薦。
總的來說，標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量、技術(shù)是緊密相連且互相促進(jìn)，在法律的框架下，拋開市場(chǎng)、不管行業(yè)長遠(yuǎn)的發(fā)展，談標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量和技術(shù)也是沒有任何意義的，應(yīng)該珍惜國內(nèi)鋁用炭素行業(yè)在原料、成本等方面發(fā)展的有利條件，不斷提升發(fā)展的質(zhì)量，為行業(yè)長時(shí)期的穩(wěn)定繁榮奠定基礎(chǔ)。
鋁用炭素材料水分檢測(cè)儀、真密度檢測(cè)儀、表觀密度測(cè)試儀——廈門易仕特儀器有限公司專業(yè)制造
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