阴极碳素糊相关知识一、前言在铝电解槽中炭阴极或者说炭内衬既承担着导电作用，又要承受着电解槽中高温应力和铝及电解质熔体的物理及化学侵蚀，还起着盛铝液容器的多重作用。碳素糊即底糊是炭内衬的组成部在一起，形成一个整体。所以我们有必要了解碳素糊的相关理论及知识。二、组成，分类，及指标。碳素糊是由干料（骨料）和粘结剂组成。干料可以由煅后无烟煤组成，也可以是由石墨或者由二者的混合物组成。按照不同的粒度级比干混而成。粘结剂是由煤沥青和煤焦油组成，外加部分有机溶剂能够更好的降低其粘度。高温糊（热糊）完全由煤沥青组成，而温热糊和冷糊的粘结剂是由煤沥青和煤焦油组成，外加部分有机溶剂能够更好的降低其粘度。冷捣糊的粘结剂也可以完全由热固性树脂组成。一般说来，温热糊（冷捣糊）粘结剂配方属于生产厂商的保密技术。粘结剂配方中能加入不同量的热固性树脂或热塑性树脂来降低糊的固化温度和减少多环芳香烃（PAH）的挥发。由于粘结剂的组分不同，粘结剂结焦炭的性质可以有很大差别。捣固糊中干料和粘结剂的性能及它们的配比对捣固糊的性质和它们在电解槽内衬中的行为起最大的作用。另外无烟煤原料因产地不同，煅烧后的结构不完全一样，对捣固糊的质量也有影响。应按国际标准建立无烟煤的品质衡量准则。分类：按照施工温度和使用温度划分捣固糊可分为；冷捣糊。温热糊。热糊。三种。按照应用来分，有炭间糊，边缝糊，阴极钢棒捣固糊三种。它们只是由于应用的场合和所起的作用不同，在配料的成分和粒度上不一样。边糊和中缝糊的区别仅在于粒度上，而阴极钢棒糊为降低钢炭接触压降和糊的电阻，一般都加入石墨质材料。85年以前，铝电解槽都使用热糊（140----180）其缺陷在于粘结剂主要是沥青，由于施工温度高会冒出大量沥青烟，对环境和实施工程人员的健康都有危害，需要对基体及捣锤进行一系列的加热保温措施，施工在一个窄小的温度区域不间断一气呵成，易出现冷湖和分层现象，或者温度低糊的塑性降低达不到应有的密度。捣固质量很难保证。冷捣糊（10-----30）和温热糊（30-----50）施工中挥发份排放量小，糊的塑性受环境和温度影响小，不有必要进行加热和保温措施，施工便捷简单，不易出现冷湖和分层，85年以后再国内外得以迅速推广。捣固糊的技术指标施工温度:糊料施工时的温度范围。电阻率：电阻率是用来表示各种物质电阻特性的物理量。某种材料制造成的长平方毫米的在常温下（20时）导线的电阻，叫做这样一种材料的电阻率。电阻率的单位是欧姆米ohmm)常用单位是欧姆毫挥发份：煤样在规定条件下隔绝空气加热，的有机物质受热分解出一部分分子量较小的液态（此时为蒸汽状态）和气态产物，这些产物称为挥发物。挥发物占煤样质量的分数称为挥发份产率或简称为挥发份。灰分含量。灰分：煤样在规定条件下完全燃烧后所得残留物。表观密度：表观密度是指材料在自然状态下，单位体积的干质量。真密度：指材料在绝对密实状态下的体积内固体物质的实际体积，不包括内部空隙。焙烧收缩率：样品在规定温度下焙烧完成前后体积变化的百分率的平均值。热膨胀率：热膨胀率指样品加热处理前后体积变化的相对百分率。导热系数：热流密度与温度梯度之比。即在单位温度梯度作用下物体内所产生的热流密度，单位为导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为可用代替）。三电解槽使用捣固糊的目的填实阴极炭块间和阴极炭块与侧部炭块间的空隙，防止电解槽中的铝液和电解质漏入阴极内部。提供一个缓冲层来吸收电解槽焙烧时阴极炭块产生的热膨胀，这个缓冲层在捣固糊尚未固化前是靠糊的塑性来实现的，而当糊固化后，捣固糊会随着焙烧温度的升高而收缩。四碳素糊的施工碳素糊捣固或者说扎固是一个均质排空振动受压的成型的过程。其特点是用压力和振动达到尽可能的均质和排掉糊料中的空气。排空的目的是避免糊料中的空气形成连通孔隙，避免铝液渗漏通道的形成。温度。它包括糊温，基体加热温度，施工时的周围环境和温度。糊温的下限是糊料具有可塑性的最低值，上限是糊料中粘结剂不发生焦化的最低值。基体加热温度是糊料和基体粘结性能最佳范围。环境和温度是施工发生质变的温度临界以下，所以一般冬季不进行热捣施工。施工时要采取加热保温措施。气温在以下空气比较潮湿，捣固糊的吸湿性比较强，吸附于糊料中的水分会发生结冰现象，水结冰后会体积膨胀，造成捣固体冻裂强度大幅度的降低。风压。风压是保证达到捣固密度的必要条件。压缩比压缩比是达到捣固密度的一个量化指的压缩比即1.6的密度，焙烧后具有最大的强度和最低的电阻率。此数值是经过好多学者无数次实验得出的，虽然不同学者不同生产厂商的糊料会有微小差别，但总的规律都集中于1.6风压不足或者捣固往复次数不够，另一种情况就是糊料过干出现沙状可塑性大幅度的降低，造成达不到规定的压缩比，强度降低电阻率增高，造成电毛细管增粗，加速了铝液及电解质组分向内衬渗透的速度，影响槽寿命。更为严重的是形成连通孔隙造成铝液向内衬渗漏，造成漏槽事故。。过捣及分层。a.采用热捣糊分层捣固时，一层，间隔时间过长，前一层捣固糊的温度降低太多，改变了糊的流变性，焙烧时有可能会出现层离。b.捣糊时，特别是糊中粘结剂过多，过度可使得粘结剂和细粉骨料集中于其表面层。焙烧时此表面层的收缩性不同于其它捣固糊，因而与叠加其上的糊层间产生裂缝，出现层离。这种现象就是由于过捣固产生的粘结剂粉料富集现象。采用冷捣时这种现象更明显。特别是电煅无烟煤做骨料时更显著。这时糊表面层中的细颗粒料增多，骨料表面积增大，导致缺乏足够的粘结剂包覆焦粒，因而不能与其上面的另一层糊料很好粘结，形成一薄弱层，焙烧时易开裂分层。如果冷捣糊中粘结剂过少，此现状更为突出。标准的走锤是一锤压半锤，缓慢均匀的往复两个来回就能够达到规定的压缩比。若无法捣遍所有的铺糊部位就会出现漏捣，跳捣必定出现漏捣，那是很危险的，会出现层离甚至漏槽。在刨槽时很容易发现。要绝对杜绝。五．捣固糊的几个特性及在焙烧中的变当捣固强度达到一定时，捣固强度不因捣固次数的增加而增加，当捣固次数继续增加时，由于过捣反而会强度降低。下图是三种不同的冷捣糊在22C度下所测得的捣固密度与捣固次数之间的关系以及由此对糊的干湿性能所做的判断标准。捣固密度1600干湿适中糊200300捣固次数电阻率变化曲线。捣固糊具有其电阻率随加热（焙烧）温度上升而强烈降低的特性。电阻率000加热温度，捣固糊在升温焙烧时的电阻率变化捣固糊在焙烧过程中的膨胀和收缩变化曲线。捣固糊在加热焙烧过程中取决于其组成具有各自的热膨胀和热收缩特性。但是它们都呈现出共同的变化趋势或者说共同的规律，虽然数字上略有差异。在沥青的软化点之前，沥青粘结剂开始释放其内部应力，捣固糊随温度的升高儿逐渐膨胀，在软化点之后，由于内部 有挥发份气体开始释放出，捣固糊也是 随着温度的升高而膨胀。但由于这时有 部分沥青粘结剂渗入干料配料中，对捣 固糊的膨胀起到吸收作用， 因此在 300 300C----500间，是煤焦油和沥青焦化过程，糊中有大量的煤焦油和沥青 的分解产物和挥发份大量释出，此时的 捣固糊在这个温度范围产生较大的膨胀 率。500C 后，糊中的粘结剂基本被碳 化，从中释出的气体主要是氢气，但量 很少，到 1000C 时释放结束。因此从 500C 900C的温度温度区间，捣 固糊随着温度的升高而收缩。但当焙烧 从点温度降到室温时，其收缩过程是一条直线。对于捣固糊的 收缩率定义为捣固糊在 膨胀之差。此值不应大于0.2%。如果收 缩率大于 0.2%，电解槽周边糊的收缩裂 缝就会大幅度提升。 0.0-0.5 200 400 600 温度 8001000 捣固糊的电阻率在欠捣区有随捣固密度增加而降低，在过捣区有随捣固密度增 加而增加的趋势。那么就必然存在一个 过度的拐点。这个拐点就是电阻率随捣 固密度变化的最低点。 电阻率 10585 65 1.21.4 1.6 1.8 2.0 密度 g/cm3 六．阴极炭块的种类 阴极炭块可分为： 石墨化炭块 ：可石墨化的骨料加粘结 无定型炭块：未石墨化的骨料（电煅 或气煅无烟煤）或部分已石墨化的骨料 加粘结剂形成的炭块，在 1200下进行 热处理。 另外，现在出现了新型的复合型炭块。 1.阴极梯度炭块。 上表面为无烟煤， 下表 面为石墨化、 半石墨化、 半石墨质， 间有过渡层的梯度炭块。2.上表面具有 TiB 这种阴极碳快是在传统炭块的上表面复合了一层 TiB 复合材料。石墨化炭块抗钠及电解质侵蚀性能最 好，导电性好，但强度最低，也就是抗 铝液物理冲蚀性能最低，制造成本高。 而无定形炭质炭块和它正好相反，半石 墨质、半石墨化炭块各种各样的性能居中。 新型复合炭块都是为提高抗钠及电解 质、铝液化学侵蚀性能，提高导电性能， 提高抗铝液物理冲蚀的机械强度。 七．铝电解槽的焙烧、启动简介。 ，是利用置于铝电解槽阴、阳两极间的发热物质产生热量， 使电解槽阳极、 阴极（含内衬）的温度上升，实现下列 目的： 使阴极炭块间和槽周边的扎糊烧结焦化，与阴极炭块形成一个牢固的 烘干阴极内衬，并逐步将槽膛温度提高到接近电解温度 （900以上） 为启动电解槽做准备。铝电解槽焙烧办法能够分为两大类，一 类为电焙烧法；另一类为燃料（燃气、 燃油）焙烧法（又称外加热法） 。根据发 热电阻物料的不同，电焙烧法又分为： 铝液焙烧法，即用铝液作电阻体的电焙烧法； 焦粒（或石墨粉（焙烧法，即用焦炭颗粒或石墨粉作电阻体的电焙 所谓启动，就是使电解槽在联通了系列电流的状态下，形成发生电解反应所需