铝用炭素材料水分检测仪、真密度检测仪、表观密度测试仪——2024老澳门原料网专业制造

1  前言

伴随着电解铝工业的快速发展，铝用炭素材料行业也得到了长足的进步，从2002年开始，我国已成为世界*铝用炭素材料生产国，也是铝用炭素材料的 主要出口国之一，形成了不少以出口为主的独立的铝用炭素材料生产企业。随着大型预焙槽的不断普及、电解技术的日益进步、国内市场的激烈竞争、与市场的 *融通、以及对节能降耗的苛求，作为电解铝工业的主要原材料铝用炭素，不论是阳极材料还是阴极材料，其质量都受到了越来越多的重视，许多过去不关注的指 标，现在已显得非常重要。

经过50多年的发展，我国铝用炭素材料的生产技术达到了相当的水平，反映到产品质量上，我国铝用炭素材料产品质量总体已经达到了水平，主要体现 在能够生产满足各种要求的阳极和阴极产品，在满足国内需求的同时大量出口，从出口国外返回的意见看，国内阳极在高电流密度下的使用性能还是比较稳定，电解 各项指标有不同程度的优化，阴极产品的加工精度和理化性能，都有很好的提高，并处于较稳定范围。当然在总体质量达到水平的同时还应该看到：由于国内铝 用炭素材料生产企业众多，生产设备的*程度、人员技术水平的不同、管理水平参差不齐，使得不同企业间的质量差别较大；质量意识和市场因素的影响，使得出 口产品和国内使用的产品质量有一定的差距；原材料变化以及没有固化的生产工艺参数，使得同一企业不同批次的产品质量变化较大，部分企业同一批次产品也不在 一个稳定的范围内。

经过几代人的共同努力，我国建立了与产品质量相适应的质量指标标准体系，包括阳极糊、预焙阳极、阴极炭块、阴极糊等在内的七个标准，而国外一般是企 业标准或合同规定，或推荐一些基本的指标要求，对铝用炭素材料这种产品质量受资源影响较大的原材料，制定一个全行业同时采用的标准，在上很少见，是国 内所*的。同时也建立了与质量指标标准体系相配套的检测方法标准体系，包括石油焦、煅后石油焦、煤沥青、铝用炭素制品等的检测，其中煅后石油焦、铝用炭 素制品的检测方法，基本采用了ISO的标准，在这些标准起草的同时，研制了配套的检测设备和标准样品，可以说是一套较为完善又易于推广应用的标准体系。虽 然我国铝用炭素材料标准体系比较完善，但标准起草的基础数据不足，一些检测技术只是照搬过来，并没有对其进行认真的研究，而且由于标准化管理的条块性，会 造成原料和下游产品标准的分割。另外由于炭素材料与其他金属及非金属材料不同，它是一种均质性较差的材料，客观公正地评价和判定其质量，有时需要大量数据 统计后才能得出，这与我国起草产品质量标准主要突出其“仲裁性”的出发点不符。

本文分析了预焙阳极、底部炭块、阴极糊的质量标准及国内产品质量的现状，对相关检测方法进行了介绍，提出了在质量和检测方面存在的主要问题及对采用标准的一些建议，希望能对行业有所帮助。

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2  产品质量现状

铝用炭素材料一般包括铝用炭素制品和其原材料，铝用炭素制品包括阳极、阴极和侧部炭块等，其主要原材料包括石油焦或煅后石油焦、煤沥青、电煅或普煅无烟煤、石墨碎等，本文主要分析了铝用炭素制品的质量。

阳极有阳极糊和预焙阳极两种，随着电解槽的大型化和对环保的日益严格要求，我国的自焙槽已经全部淘汰，国内只用预焙阳极，生产的阳极糊全部出口到国 外。阴极有普通阴极炭块、石墨质阴极炭块、部分石墨化阴极炭块、石墨化阴极炭块以及各种阴极糊，现阶段普通阴极炭块、部分石墨化阴极炭块已经不用，石墨化 阴极炭块只有少量的试用，主要采用的是石墨质阴极炭块，其按照石墨含量的不同又可分为多个牌号，现在国内外用的zui多的是石墨含量30%的阴极炭块；阴极糊 包括冷捣糊、钢棒糊、周围糊、碳间糊等。侧部炭块目前也有两种，即炭素侧块与碳化硅侧块，现阶段主要采用碳化硅结合氮化硅块。

    限于篇幅，本文只对几种主要产品：预焙阳极、底部炭块，主要是石墨含量30%的底部炭块、阴极糊中的质量状况进行了分析，虽然外观和尺寸也是炭块质量的重要部分，但为了方便起见，只分析它们的理化性能。

2.1 预焙阳极

    预焙阳极被认为是电解槽的心脏，其质量好坏对电解的各项技术指标、重熔用铝锭的产品质量和电解槽的稳定运行有着非常重要的作用。

2.1.1质量标准情况

1978年，冶金工业部发布实施了YB2809-78《炭阳极》标准，1988年，国家标准局发布实施了GB8742-88《铝电解用炭阳极》标 准，1994年标准清理整顿时变更为有色金属行业标准YS/T285-1994《铝电解用预焙阳极》（同时冶金工业方面在清理整顿后也出了一个行业标准 YB/T5203-1993，其要求与YS/T285-1994相同，后来采用YB/T5203标准的较少），1998年、2007年两次修订，YS /T285-2007规定的理化性能指标见表1。

表1、YS/T285-2007《铝电解用预焙阳极》的理化性能

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YB120-78《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。

上，没有找到以行业或国家或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*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-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，应该说是签定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

*：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可以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CaF2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zui大的企业，其电阻率在54.7～62.8μΩ·m之间，耐压强度在35.4～43.2 MPa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zui大的一块，其电阻率在56.4～61.5μΩ·m之间，耐压强度在29.3～41.2 MPa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（ISO8007.2∶1999）给出了使用示例。

表3、预焙阳极产品质量统计情况

    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YB125-78《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。

上没有找到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4、YS/T287-2005《铝电解用半石墨质阴极炭块》底部炭块理化性能要求

注1：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。

注2：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5、YS/T623-2007《铝电解用高石墨质阴极炭块》底部炭块理化性能要求

注1：真密度、表观密度、耐压强度、电阻率、灰分为常规分析指标。

注2：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

注1：真密度、表观密度、耐压强度、电阻率、灰分为常规分析指标。

注2：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。

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7、30%左右石墨含量铝电解底部炭块的理化性能要求

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/T287？大于后一律采用YS /T623？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、杨氏摸量没有要求，对电阻率、抗折强度、钠膨胀等指标要求稍低些。

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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足《铝电解用石墨化阴极炭块》规定的要 求，23个50%石墨质、全石墨阴极炭块有3个（1个是电阻率高、2个是耐压强度不够）达不到YS/T623-2007《铝电解用高石墨质阴极炭块》中 GS-5、GS-10规定的要求，45个石墨含量为30%的底部炭块，有7个达不到GS-3的要求，其检测结果统计见表8，部分试样与BSL-1混淆，需 要明确。

表8、30%石墨含量底部炭块送样检测结果统计表

从表8可以看出，主要不合格项为电阻率，zui大zui小值相差较大。

同样对一个企业生产的不同批样品进行取样检测，以及同一炭块不同的取样位置（取样方向一致）取样检测，结果表明，有些企业不同批的差距明显，在同一炭块不同位置取样，其耐压强度相差zui大的为19MPa，zui大检测值与zui小检测值几乎差一倍。

基于阴极炭块产品的特点和质量的现状，考虑其对筑炉的重要性，建议对电阻率、耐压强度指标，实行块验收，YS/T62.1-2005（ISO8007.1∶1999）给出了取样和实施的方法。

2.3 阴极糊                                                          

    阴极糊作为筑炉的主要辅料，其质量对电解槽的寿命有着很大的影响，一直以来对其质量就非常关注。

2.3.1质量标准情况

在1978年，冶金工业部发布了粗缝糊、细缝糊两个标准，到1993年，中国有色金属工业总公司发布了YS/T65-1993《铝电解用阴极糊》标 准，直到2007年修订后，才发布了新的版本，增加了焙烧过程中的膨胀和收缩测定，YS/T65-2007《铝电解用阴极糊》的理化性能要求见表9。从表 9可以看出，国内阴极糊产品牌号细分较多，除碳胶泥外，其他10个牌号设立的指标与炭块的常规5项一样，只是规定的值各有不同，对钢棒糊、周围糊、碳间糊 还增加了膨胀收缩率的要求。

国外没有见到一个统一的阴极糊产品质量标准，SGL、ELKEM等一些企业虽提出过一些要求，但没有见正式的标准，而且涉及的指标较少，注重现场使用性能，关注可捣实性、焙烧过程中的失重和膨胀收缩率，对其它指标基本不要求。

从使用的情况看，YS/T65-2007《铝电解用阴极糊》标准受到的指责zui多，其一牌号偏多，使用不方便，具体按哪一个牌号不易确定，其二很多用 户反馈回来的意见是：不少阴极糊产品符合标准且指标很好，实际中并不好用。既然国内的情况是：有一个统一的标准更好操作，就应该认真去研究，设定一个科学 的指标要求，引导行业的健康发展。

表9、YS/T65-2007《铝电解用阴极糊》的理化性能要求

2.3.2质量现状

选取了2008年3月至2009年3月间委托的钢棒糊、冷捣糊样品进行分析，大部分能满足YS/T63-2007的要求，不合格的指标主要是耐压强 度、灰分、挥发分，而电阻率这项指标，很多样品的检测结果都低于50μΩ·m，远好于标准规定的要求。几个委托检验的样品结果见表10。

表10、委托检验的阴极糊样品结果