阳极炭块基础知识

阳极炭块基础知识：碳素是什么？炭和石墨材料是以碳元素为主的非金属固体材料，其中炭材料基本上由非石墨质碳组成的材料，而石墨材料则是基本上由石墨质碳组成的材料。

为了简便起见，有时也把炭和石墨材料统称为炭素材料（或碳材料）。

炭素制品按产品用途可分为石墨电极类、炭块类、石墨阳极类、炭电极类、糊类、电炭类、炭素纤维类、特种石墨类、石墨热交换器类等。

石墨电极类根据允许使用电流密度大小，可分为普通功率石墨电极、高功率电极、超高功率电极。

炭块按用途可分为高炉炭块、铝用炭块、电炉块等。

炭素制品按加工深度高低可分为炭制品、石墨制品、炭纤维和石墨纤维等。

炭素制品按原料和生产工艺不同，可分为石墨制品、炭制品、炭素纤维、特种石墨制品等。

炭素制品按其所含灰分大小，又可分为多灰制品和少灰制品（含灰分低于l％）。

我国炭素制品的国家技术标准和部颁技术标准是按产品不同的用途和不同的生产工艺过程进行分类的。

这种分类方法，基本上反映了产品的不同用途和不同生产过程，也便于进行核算，因此其计算方法也采用这种分类标准。

下面介绍炭素制品的分类及说明。

一、炭和石墨制品(一)石墨电极类主要以石油焦、针状焦为原料，煤沥青作结合剂，经煅烧、配料、混捏、压型、焙烧、石墨化、机加工而制成，是在电弧炉中以电弧形式释放电能对炉料进行加热熔化的导体，根据其质量指标高低，可分为普通功率、高功率和超高功率。

石墨电极包括：（1）普通功率石墨电极。

允许使用电流密度低于17A/m2的石墨电极，主要用于炼钢、炼硅、炼黄磷等的普通功率电炉。

（2）抗氧化涂层石墨电极。

表面涂覆一层抗氧化保护层的石墨电极，形成既能导电又耐高温氧化的保护层，降低炼钢时的电极消耗。

（3）高功率石墨电极。

允许使用电流密度为18～25 A/m2的石墨电极，主要用于炼钢的高功率电弧炉。

（4）超高功率石墨电极。

允许使用电流密度大于25 A/m2的石墨电极。

主要用于超高功率炼钢电弧炉。

（二）石墨阳极类主要以石油焦为原料，煤沥青作粘结剂，经煅烧、配料、混捏、压型、焙烧、浸渍、石墨化、机加工而制成。

一般用于电化学工业中电解设备的导电阳极。

包括：（1）各种化工用阳极板。

（2）各种阳极棒。

（三）特种石墨类主要以优质石油焦为原料，煤沥青或合成树脂为粘结剂，经原料制备、配料、混捏、压片、粉碎、再混捏、成型、多次焙烧、多次侵渍、纯化及石墨化、机加工而制成。

一般用于航天、电子、核工业部门。

它包括光谱纯石墨，高纯、高强、高密以及热解石墨等。

（四）石墨热交换器将人造石墨加工成所需要的形状，再用树脂浸渍和固化而制成的用于热交换的不透性石墨制品，它是以人造不透性石墨为基体加工而成的换热设备，主要用于化学工业。

包括：（1）块孔式热交换器；（2）径向式热交换器；（3）降膜式热交换器；（4）列管式热交换器。

（五）炭电极类以炭质材料如无烟煤和冶金焦（或石油焦）为原料、煤沥青为粘结剂，不经过石墨化，经压制成型而烧成的导电电极。

它不适合熔炼高级合金钢的电炉。

包括：（l）多灰电极（用无烟煤、冶金焦、沥青焦生产的电极）；（2）再生电极（用人造石墨、天然石墨生产的电极）；（3）炭电阻棒（即炭素格子砖）；（4）炭阳极（用石油焦生产的预焙阳极）；（5）焙烧电极毛坯。

（六）炭块类以无烟煤、冶金焦为主要原料，煤沥青为粘结剂，经原料制备、配料、混粘、成型、焙烧、机加工而制成。

其中高炉炭块作为耐高温抗腐蚀材料用于砌筑高炉内衬；底部炭块、侧部炭块、电炉块则用于铝电解槽和铁合金电炉等。

包括：（1）高炉炭块；（2）铝槽炭块（底部炭块及侧部炭块）；（3）电炉炭块。

（七）炭糊类以石油焦、无烟煤、冶金焦为主要原料，煤沥青为粘结剂而制成。

有的用于各种连续自焙电炉作为导电电极使用的电极糊；有的用于连续自焙式铝槽作为导电阳极使用的阳极糊；有的用于高炉砌筑的填料和耐火泥浆的粗缝糊和细缝糊。

高炉用自焙炭块虽用途不同，但和糊类制品的生产工艺相仿，暂归在糊类制品内。

包括：（1）阳极糊；（2）电极糊（包括标准、非标准电极糊）；（3）底糊（包括多灰、少灰底糊）；（4）密闭糊（包括多灰、少灰密闭糊）；（5）其它糊（包括粗缝糊、细缝糊、自焙炭砖等）。

（八）非标准炭、石墨制品类这是指用炭、石墨制品经过进一步加工而改制成的各种异型炭、石墨制品。

包括铲型阳极、制氟阳极以及各种规格的坩埚、板、棒、块等异型品。

（九）不透性石墨类这是指经树脂及各种有机物浸渍、加工而制成的各种石墨异型品，包括热交换器的基体块。

（十）电炭产品类这是指炭精棒、电刷等产品。

二、炭素纤维它包括各种炭纤维、石墨纤维、预氧丝、炭布、炭带、炭绳、炭毡及其复合材料。

其中炭纤维为含碳量高于93％的纤维。

用聚丙烯睛纤维、粘胶丝和沥青纤维经碳化制成。

热处理温度由低至高，可分别制成耐热纤维、碳化纤维和石墨纤维。

什么是预焙阳极？阳极碳块是以石油焦、沥青焦为骨料，煤沥青为黏结剂，经过石油焦煅烧、中碎、筛分、细碎、沥青的熔化、配料、混捏、成型、经过1100度的高温焙烧等工序加工制作而成。

用作预焙铝电解槽作阳极材料，起着导电与还原的双重作用。

这种炭块经过焙烧，具有稳定的几何形状，所以也称预焙阳极炭块，又称为铝电解用炭阳极。

用预焙阳极炭块作阳极的铝电解槽称预焙阳极电解槽，简称预焙槽，这是一种现代化的大型铝电解槽。

什么是阳极糊？以石油焦、沥青焦为骨料，煤沥青为黏结剂制成的炭素糊料。

用于连续自焙铝电解槽作阳极材料，因其黏结剂的含量高(超过24%)，在电解槽上部被烧结以前呈糊状，故称阳极糊。

阳极糊在1995年以前的40年时间里，曾经是中国铝用炭素制品中产量最大的一种产品，2000年以后，这种产品将逐步被阳极炭块取代。

是炭素制品中产量最大的一种产品。

金属铝的冶炼中，为什么要不断补充炭块和氧化铝？2011-1-5 12:04现代铝生产都是采用电解法。

电解过程是以冰晶石和氧化铝为电解质，在铝液为阴极，以炭块为阳极。

电解过程中，氧化铝溶解在熔融的冰晶石-氟化铝中，电离形成的铝离子在阴极被还原成金属铝，而阳极则发生氧离子的氧化，形成的氧原子与炭结合形成CO2并逸出。

每生产一吨金属铝，就需要消耗约400公斤阳极炭块和2吨氧化铝。

所以自然需要不断地加入阳极炭块和氧化铝粉。

铝用预焙阳极炭块财务成本核算方法是什么？每吨消耗量，计算消耗成本。

如果是生产商，那就是原材料，电费，人工，场地，机械折旧等什么是阳极效应？阳极效应是熔盐电解特有的现象，而以电解铝生产表现优为明显。

生产中当阳极效应发生时，电解槽电压急剧升高，达到20～50V，有时甚至更高。

它的发生对整个电解系列产生很大影响，使电流效率降低，影响电解各个技术指标，且使铝的产量和质量降低，破坏了整个电解系列的平稳供电。

在处理的方法上，不外乎有两种：用效应棒（木棒）熄灭，或降低阳极，增加氧化铝的下料量。

达到熄灭阳极效应的目的。

到目前还未发现有更好的处理方法。

目前西方国家，对铝电解生产中阳极效应的控制极为严格。

目前已从若干年的氟化物转向温室气体PFCs=CF4＋C2F6在阳极效应的发生量（USEPA）。

著名国际铝专家Haupin提出的"瞄准零效应"的管理思路是铝电解生产今后发展的方向。

在环保日益重要的今天，铝电解生产中特别是在大型预焙槽生产中应严格控制阳极效应，只要电解槽槽况正常，就不必来效应。

"零效应"管理。

1.阳极效应发生的机理较好地解释阳极效应的发生机理的是"阳极过程改变学说" ：阳极效应的发生是由于随着电解过程的进行，电解质中含氧离子逐渐减少，当达到一定程度后，则有氟析出且与阳极炭作用生成炭的氟化物，炭的氟化物在分解时又析出细微的炭粒，这些炭粒附在阳极表面上，阻止了电解质与阳极的接触，使电解质不能很好地湿润阳极，就像水不能湿润涂油的表面一样，使电解质-阳极间形成一层导电不良的气膜，阳极过电压增大，引起阳极效应。

当加入新的氧化铝后，在阳极上又析出氧，氧与炭粉反应，逐渐使阳极表面清静，电阻减小，电解过程又趋于正常阳极效应的机理是：Zc=RT/Fin{ic/ic－I}式中Nc-产生阳极效应的浓度过电压；R-气体常数；T-温度；F-法拉第常数；Ic--临界电流密度；i--任一阳极上的最大电流密度；Nc--0.00004308Tin{ ic/ic－I }Ic临界电流密度是溶解氧化铝浓度的函数；然而也受电解质流动，电解质温度，阳极尺寸（包括消耗后阳极的界面变化）和槽膛体积的影响。

临界电流密度随着氧化铝浓度的降低而降低（由于Nc随着ic趋近于1）随着氧化铝浓度的降低，阳极上产生了气泡，致使电解质表面张力增加，使阳极效应的过电压升高。

导致AE 发生。

2. 阳极效应危害在铝电解生产中阳极效应的危害性，不仅表现在对生产的危害上，而且对生态环境的危害极其严重。

2.1阳极效应危害性对生产的危害生产中当阳极效应发生时，电解质的温度急剧升高，由正常值的940℃～955℃急速升高到980℃～990℃，炉帮熔化变薄，增加了侧部炭块被侵蚀的可能性。

电压的急剧升高，使系列电流波动，影响电解槽的产量。

电耗增加。

生产中阳极效应的熄灭方法是：将效应棒即（大约长度2～3米直径2～4cm的树枝）插入铝液中使木棒燃烧排除阳极底掌的气体薄膜，清洁阳极底部，实际是在燃烧铝液，整个过程大约持续3～5分钟，而此时电解的电化学过程是停止的，这也就是电解职工常说的"效应时间不产铝，而且还要跑电耗的"原因所在。

因此造成铝液的严重损失。

以300KA中间下料预焙槽为例：效应系数0.3次/槽日，效应时间5min,电流效率93%，一个阳极效应少产原铝：300×0.3355×5÷60=8.4kg,吨铝电耗增加158kwh,这种能量在生产中大多转化为热能，使电解槽极距间温度急剧升高，进而向阳极四周传导，使的电解槽温度升高，引起电解质中氟化铝的大量挥发。

以我公司电解槽为例：一个效应时间5min,分子比平均上升0.1。

氟化铝大约损失10～20kg。

传统的观点认为：利用阳极效应可以分离炭渣，清洁电解质，补充电解槽热量的不足，化沉淀。

但是随着阳极质量的提高以及智能模糊控制计算机系统和点式下料技术的应用，阳极效应优点愈来愈变得渺小，因此传统的这种观点已不能适应当今现代电解槽生产。

2.2阳极效应对环境的危害铝电解生产中，阳极效应还伴随着对大气臭氧层有破坏性的PFCs(CF4·C2F6)气体的产生。

当今西方发达国家对铝电解的环保要求极为严格。

影响预焙阳极质量的因素及改进方法预焙阳极电解槽和阳极炭块几乎与现代炼铝方法同时诞生。

1880年，美国的霍尔（Hall）和法国的埃鲁(Heroult)同时提出冰晶石-氧化铝溶解炼铝法。

1888年，美国匹兹堡电解厂把这种炼铝方法应用于工业生产，建成了世界上最早的预焙阳极电解槽，所用阳极炭块以木炭作为原料，采用模压法生产，单个阳极横截面积只有8～10cm2，其质量指示也比较落后。