行业标准《铝电解用石墨质阴极炭块》编制说明

1、YS/T 623-201X编制说明2012.2.13YS/T 623-201X 铝电解用石墨质阴极炭块编制说明(送审稿)1、任务来源根据工业和信息化部关于印发2011 年第二批行业标准制修订计划的通知(工信厅科2011 134 号)及有色标委2011 23 号关于转发2011 年第二批有色金属行业标准制(修)订项目计划的通知安排，有色行业标准铝电解用石墨质阴极炭块由中国铝业贵州分公司、青铜峡青鑫炭素、山东兖矿炭素、山西晋阳碳素、郑州浩宇炭素、宁夏宁平炭素、云南万盛炭素负责起草，由山西三晋炭素、方圆集团鲁山新兴炉衬材料有限公司参加起草。项目编号2011-0901T-YS ，项目起始年限为2011

2、 年，完成年限为2012 年。2、主要起草单位概况与优势中国铝业贵州分公司位于贵州省贵阳市白云区境内，离贵阳市老城区和市政府所在地金阳新区，分别约为15 公里和 8 公里左右。有自备的铁路和公路专用线与国铁干线和210国道相连，具有地理位置优越和交通便利的优点。现有员工8000 人，各类专业工程技术人员 600 余人。该公司旗下的碳素厂，早期的生产工艺和设备于上世纪八十年代全套从日本引进，是一个能生产各类阴、阳极制品的综合企业，已具有三十余年的生产经历，率先开发出各类形状和结构的预焙阳极、半石墨质阴极碳块、高石墨质系列阴极碳块、全石墨质阴极碳块、石墨化阴极碳块、各类阴极捣固糊、电极糊以及各种规

3、格的高炉碳砖和微孔砖。现已形成年产阳极制品 23 万吨、阴极制品和各种冶炼炉专用材料2.5 万吨的综合生产能力。3、工作简况计划下达后，由中铝贵州分公司负责，组织成立了起草小组，主要进行以下工作：1) 确立标准起草遵循的基本原则；2) 收集相关技术资料；3) 查阅国外先进标准；4) 确定产品主要技术内容；5) 对全国主要生产厂家的产品进行取样6) 对样品进行分析测试；7) 根据测试数据确定技术指标取值范围；8) 编写征求意见稿草案；9) 形成最终送审稿。4、标准制定原则与标准的主要内容4.1 标准制定遵循以下的基本原则A、实事求是原则按照我国自然资源、生产、使用、流通和法规等实际情况。B、科学

4、、合理原则参照法国沙瓦公司的指标体系和产品标准，积极采标，做到技术先进、指标科学与合理。C、用户为主的原则D、和谐一致的原则与本标准相关联的分析标准和分析方法要协调一致和衔接配套，并符合我国标准体系的4.2 本标准的主要内容与论据目前国外随着铝电解槽向大型化方向的发展铝电解生产技术不断提高以后，各大电解生产厂家根据自身槽型结构、电流强度和技术状况的不同，对不同性能的阴极碳块进行选择和使用。 现已形成了半石墨质（ 10%人造石墨）高石墨质 （ 30%、 50%人造石墨）、 全石墨质 （ 100%人造石墨）和石墨化阴极碳块共存的局面。在国外比较畅销的碳素阴极制品中，主要有法国沙瓦公司、德国西格里公

5、司和日本电极公司生产的产品。在这些相关产品中，又以法国沙瓦公司生产的产品为主要代表，其系列产品的指标体系及平均理化指标如下表所示：牌号典型值CF1CF2HC3HC5HC10GK真密度（g/cm3）1.841.891.942.012.12.22.2表观密度（g/cm3）1.561.561.541.571.601.591.56气孔率（%）161720.52223.52829灰份（%）543.52.31.40.300.1抗压强度（MPa）31302320212420抗折强度（MPa）7.47.4777.5128弹性模量（Gpa）1111108.5767.3电阻率（m）48.540.531241910

6、10.5热导率（W/mk）911121832120120线性膨胀系数（1× 10-6/）2.72.72.62.72.83.22.5钠膨胀系数（1× 10-6/）5.85.5432< 0.5< 0.5从上表看出，其标准涉及的范围较广，在产品系列的牌号规定方面是按照人造石墨的配入含量和生产工艺不同进行。系列产品主要涵盖有石墨质阴极碳块（10%、 20%、 30%、 50%和 100%） 和石墨化阴极碳块（浸渍和不浸渍）。 在理化指标方面主要有：真密度、表观密度、气孔率、灰份、抗压强度、抗折强度、电阻率、热导率、热膨胀系数、弹性模量和钠膨胀系数等。其产品指标体系能全面

7、和较好地反映系列产品中不同牌号制品的理化特性和性能要求。具有较高的先进性。现在国内相关的产品标准有铝电解用半石墨质阴极炭块标准、铝电解用高石墨质阴极炭块和铝电解用石墨化阴极炭块。这几种标准尚未形成统一的规范，彼此之间相互独立、指标体系又不太相同。这给产品的组织生产、销售工作及标准的查询带来了极大的不便。 因此，需要重新对阴极碳块产品标准进行修订。本次只考虑将铝电解用半石墨质阴极炭块标准和铝电解用高石墨质阴极炭块两个标准进行合并。4.2.1 确定本标准的指标体系为能全面反映高石墨质系列铝用阴极碳块的特性和满足用户需求，并引导阴极碳块工厂的设计、生产，从而推动我国铝用阴极碳块生产技术的向前发展。根

8、据徐州会议、杭州会议的讨论结果以及标准调研过程中所取得的数据，在前两个标准的基础上，确定了本标准的指标体系。包括：真密度、表观密度、电阻率、耐压强度、灰份、抗折强度、杨氏模量、钠膨胀率、热膨胀系数。同时考虑了目前我国分析设备的客观实际，将真密度、表观密度、耐压强度、电阻率和灰份指标作为常规指标。其余指标作为参考指标。七月下旬，本标准起草小组部分人员前往国内部分阴极碳块厂家进行走访、调研，对另外几个知名阴极碳块厂家进行了电话联络和函调。对各家的工艺状况、设备状况和质量控制体系进行了调查，并将各厂近几年的分析数据进行收集、对生产的各型号产品进行取样和分析。 通过对各种数据进行整理和分析，确认我国目

9、前高石墨质系列阴极碳块的真实状况和平均水平如下：石墨 含量灰份体积 密度真比重电阻率抗压 强度抗折 强度扬氏 模量热膨胀系数钠膨胀率3 g/cm3 g/cmmmPamPaGpa× 10-6/1× 10-6/10 157.51.561.9139331274.01.130 354.121.581.9331.2526.19.55.123.520.77503.641.582.0028289.975.123.450.731001.461.602.1120259.874.524.150.64.2.2 本标准修订说明： A、产品理化指标方向的规定产品中所涉及到的理化指标均按平行于受力方向

10、进行规定。B、产品标准中各牌号和种类的规定本标准在对产品的牌号进行划分和规定时，将与国际接轨，按照人造石墨含量为10%、30%、 50%和 100%进行划分，并将侧部阴极碳块纳入，将部分指标适当提升后，形成涵盖两个品种，四种牌号的石墨质系列阴极碳块标准。根据用户反馈意见，取消 铝电解用半石墨质阴极炭块标准中BSL 2 牌号。 增加 GS-C牌号侧块。C、常规指标的制定与说明本标准常规指标的制定原则：通过收集和分析国内各厂家的生产数据后，并充分考虑市场需求后，适当将部分指标数值提升，力求使之接近或超过国外同类产品标准。石墨含量（ %）真密度（g/cm3）牌号底部炭块牌号侧部炭块修订原标准修订原标

11、准10GS-1 1.91 1.90GS-C 1.91 1.9030CS-3 1.95 1.9450GS-5 1.99 1.98100GS-10 2.08 2.08石墨含量（ %）3表观密度（g/cm ）牌号底部炭块牌号侧部炭块修订原标准修订原标准10GS-1 1.56 1.56GS-C 1.56 1.5630CS-3 1.57 1.5650GS-5 1.57 1.57100GS-10 1.59 1.59石墨含量（ %）电阻率（m）牌号底部炭块牌号侧部炭块修订原标准修订原标准10GS-1 39 4030CS-3 35 3350GS-5 30 29100GS-10 21 21石墨含量（ %）耐压强

12、度（MPa）牌号底部炭块牌号侧部炭块修订原标准修订原标准10GS-1 32 32GS-C 32 3130CS-3 24 2450GS-5 24 24100GS-10 26 26石墨含量（ %）灰份（%）牌号底部炭块牌号侧部炭块修订原标准修订原标准10GS-187GS-C8830CS-35550GS-544100GS-1022从上述所列的各项指标中可看出，真密度、表观密度、耐压强度均优于法国沙瓦公司系列产品的典型值，达到了国际先进水平。因此，只对部份牌号产品的进行提升。在各牌号灰份指标的制定上，考虑到我国无烟煤资源和人造石墨原料质量现状，因此该指标数值略高于沙瓦公司同系列产品，但众所周知，在生产

13、时采取相应的技术手段和技术措施，完全能保证它们在电解槽上使用时具有良好的导电性能、抗钠浸蚀能力和抗热震性能。不会给铝电解生产带来不利。在各牌号电阻率指标的制定上，考虑到我国人造石墨质量现状及生产成本状况，在保证与沙瓦公司同系列产品的电阻率指标典型值相当的条件下。对部分牌号的电阻率指标进行了退让调整。取消了 YS/T 287-2005 铝电解用半石墨质阴极炭块中气孔率指标。D、参考指标的制定与说明由于国内大部分厂家目前还未具备分析能力，继续将抗折强度、热膨胀系数、杨氏模量和钠膨胀率等制定作为参考指标。考虑到多数指标已达到和优于法国沙瓦公司的典型值，因此在数值上未作较大的调整。只是增加了各牌号的参

14、考指标项目，并将热膨胀系数指标和钠膨胀率指标进行了统一，取消电解膨胀率指标。石墨含量（ %）抗折强度（MPa）牌号底部炭块牌号侧部炭块10GS-1 1030CS-3 7.050GS-5 7.0100GS-10 7.5石墨含量（ %）杨氏模量（Gpa）牌号底部炭块牌号侧部炭块10GS-1 1030CS-3 7.050GS-5 7.0100GS-10 6.5300)石墨含量（ %）热膨胀系数（×10-6/）牌号底部炭块牌号侧部炭块10GS-1 4.2GS-C 4.230CS-3 4.050GS-5 4.0100GS-10 4.0石墨含量（ %）钠膨胀率%牌号底部炭块牌号侧部炭块10GS-

15、1 1.0GS-C 1.030CS-3 0.850GS-5 0.7100GS-10 0.5E、对产品外观允许存在的缺陷的部位和要求进行了规定说明通过对各阴极炭块生产调研和对电解生产厂家走访与交流，了解到阴极炭块在砌筑过程中，有些外观缺陷部位不会对电解槽寿命带来危害。因此，本次修订时，本着低碳生产和节约资源的角度考虑，将产品外观允许存在的缺陷的部位和要求重新规定如下：缺陷名称缺陷尺寸及数量缺角a+b+c 150 mm，不多于2处，小于40 mm的不计裂纹工作面1、宽度1.0 mm 以下、深度5.0 mm 以下2、单面裂纹60 mm；跨棱裂纹（a+b）60 mm，不多于2 处，小于15 mm的不计

16、缺陷名称缺陷尺寸及数量裂纹侧部和端部1、宽度1.0 mm 以下、深度5.0 mm 以下2、单面裂纹120mm；跨棱裂纹（a+b）120 mm，不多于2 处，小于20 mm的不计沟槽侧部1、宽度1.0 mm 以下、深度5.0 mm 以下2、单面裂纹120mm；跨棱裂纹（a+b）150 mm，不多于2 处，小于30mm的不计沟槽底部1、宽度1.0 mm 以下、深度5.0 mm 以下2、单面裂纹60mm；跨棱裂纹（a+b）60 mm，不多于2 处，小于15 mm的不计缺棱a+b+c 150mm，不多于2 处，小于40 mm的不计表面凹陷工作面近似周长（a+b+c）100 mm，深度5 mm侧部近似周长（a+b+c）150 mm，深度5 mm注：异形阴极炭块的缺陷判定，遵照上述进行。5、本标准修订后与上一版变化说明 本 标准对真密度、耐压强度、表观密度和电阻率进行了修订。重新对各牌号产品进行了规定，对热膨胀率指标和纳膨胀率指标进行统一，取消了电解膨胀率指标。本标准删除了 YS/T 287-2005