試談預焙陽極空氣反應性的測定

1、 HYPERLINK ICS 771.1100.10Q 52YS中華人民共和國工業(yè)和信息化部 發(fā)布20-YS中華人民共和國工業(yè)和信息化部 發(fā)布20-實施20-發(fā)布鋁用炭素材料檢測方法第23部分預焙陽極空氣反應性的測定 熱重法Carbonaceous materials used in the production of aluminiumPart 23：Baked anodes Determination of the reactivity to airThermogravimetric method（ISO 12989-22004，Carbonaceous materials for the

2、 production of aluminium Baked anodes and sidewall blocks Determination of the reactivity to air Part 2:Thermogravimetric method，IDT）（預審稿）YS/T 63.23201X/ISO 12989-22004中華人民共和國有色金屬行業(yè)標準前 言YS/T 63鋁用炭素材料檢測方法共有26部分：第1部部分 陰極極糊試樣樣焙燒方方法、焙焙燒失重重的測定定及生坯坯試樣表表觀密度度的測定定；第2部部分 陰極極炭塊和和預焙陽陽極 室溫電電阻率的的測定；第3部部分 熱導導率的測測定

3、 比較法法；第4部部分 熱膨膨脹系數數的測定定；第5部部分 有壓壓下底部部炭塊鈉鈉膨脹率率的測定定；第6部部分 開氣氣孔率的的測定 液體體靜力學學法；第7部部分 表觀觀密度的的測定 尺寸寸法；第8部部分 二甲甲苯中密密度的測測定 比重瓶瓶法；第9部部分 真密密度的測測定 氦比重重計法；第100部分 空氣氣滲透率率的測定定；第111部分 空氣氣反應性性的測定定 質質量損失失法；第122部分 預焙焙陽極CCO2反應性性的測定定 質質量損失失法；第133部分 楊氏氏模量的的測定 靜測測法；第144部分 抗折折強度的的測定 三點點法；第155部分 耐壓壓強度的的測定；第166部分 微量量元素的的測定

4、X射射線熒光光光譜分分析方法法；第177部分 揮發(fā)發(fā)分的測測定；第188部分 水分分含量的的測定；第199部分 灰分分含量的的測定；第200部分 硫分分的測定定；第211部分 陰極極糊 焙燒膨膨脹/收收縮性的的測定；第222部分 焙燒燒程度的的測定 等效效溫度法法；第233部分 預焙焙陽極空空氣反應應性的測測定 熱重法法；第244部分 預焙焙陽極CCO2反應性性的測定定 熱熱重法；第255部分 無壓下底底部炭塊塊鈉膨脹脹率的測測定；第266部分 耐火火材料抗抗冰晶石石滲透能能力的測測定。本部分為第第23部分。本部分按照照GB/T 11.1-20009給出出的規(guī)則則起草。本部分為非非仲裁方方法。

5、本部分等同同采用IISO 129989-2:20004鋁生產用用炭素材材料 預焙焙陽極和和側部炭炭塊 空氣反應應性的測測定 第第二部分分 熱重重法。本部部分對IISO 129989-2:20004進行行了以下下編輯性性修改：刪除了了129989-2:20004的目目錄、前前言、引引言和參參考文獻獻；標準名名稱按照照本系列列標準的的要求進進行了修修改；本部分由全全國有色色金屬標標準化技技術委員員會（SSAC/TC 2433）歸口口。本部分負責責起草單單位：中中國鋁業(yè)業(yè)股份有有限公司司鄭州研研究院、中中國有色色金屬工工業(yè)標準準計量質質量研究究所。本部分參加加起草單單位：本部分主要要起草人人：鋁用炭

6、素材材料檢測測方法第23部分分預焙陽極空空氣反應應性的測測定 熱重法法1 范范圍本部分規(guī)定定了熱重重法（TGGA）測測定預焙焙陽極空空氣反應應性的方方法。本部分適用用于熱重重法（TGAA）測定定預焙陽陽極空氣氣反應性性。由于加加熱條件件、樣品尺尺寸、原料、測定質質量損失失和后續(xù)續(xù)反應速速率的多多樣性，可可用的裝裝置也很很多。本本部分規(guī)定定了樣品品尺寸、反反應溫度度、暴露露表面氣氣流速度度、以及及反應時時間，使使得不同同設備測測定的結結果具有有可比性性。2 術術語和定定義下列術語和和定義適適用于本本部分2.1 灰灰塵量 airr duustingg raate d:測試過程中中，收集集于反應應室

7、底部部的從炭炭塊上掉掉落的灰灰塵量。2.2 空空氣結束束時反應性性 finnal airr reeacttiviity f:炭塊在反應應室中暴暴露于空空氣氣氛氛下最后后30mmin內內，質量損損失除以以樣品原原始面積積。注： 空氣氣結束時時反應性的表表述單位位為毫克克每平方方厘米每每小時。2.3 空空氣初始始反應性性 innitiial airr reeacttiviity i:炭塊在反應應室中暴暴露于空空氣氣氛氛下最初初30mmin內內，質量損損失除以以樣品原原始面積積。注： 空氣氣初始反反應性的的表述單單位為毫毫克每平平方厘米米每小時時。2.4 空空氣總反應應性 ttotaal aair

8、reaactiivitty T：炭塊在反應應室中暴暴露于空空氣氣氛氛下總時時間1880miin內，質量損損失（包包括揚灰灰量）除除以樣品品原始面積積。注：空氣總總反應性性的表述述單位為為毫克每每平方厘厘米每小小時。3 方方法原理理在圓柱形炭炭塊表面面通過標標準流速速的空氣氣氣流、在在等溫條條件和指指定時間間內反應應，來測測定灰塵塵速率，空空氣初始始、結束和總總的反應應性。由由連續(xù)監(jiān)監(jiān)測樣品品質量損損失來測測定連續(xù)續(xù)反應性性?？諝鈿饣覊m率由由收集和和測量反反應過程程中炭塊上掉掉落的炭炭顆粒來來確定。4 試試驗裝置置4.1空氣氣反應性性設備：在達到到試驗目目的的前前提下裝裝置應盡盡可能簡簡單。反反

9、應速率率測定要要求在等等溫條件件進行，反應過過程應不不受儀器器設備固固有的物物理和化化學性質質的影響響（比如如氣流擴擴散方式式，氣體體溫度，暴暴露面積積等等）。一一種典型型的適用用裝置見見圖1。4.2 爐爐子和控控制器：在樣品放置置的1000mmm中心反應應區(qū)域內內，溫差差需控制制在2以內。典型裝裝置如圖圖1，該該裝置采采用了一一個3區(qū)加熱器和與之配配套的控控制部件件來實現現此要求求，加熱熱器也可采采用其它類型，如如長螺形形加熱器器或長線線形加熱熱器也適適合?？乜刂茻犭婋娕际墙咏拥匦偷牡?，應置置于反應應室內并并接近測測試樣品品表面，以用于于爐子控控制器補補償在空空氣反應應性測試試中放熱熱反應帶

10、帶來的影影響?？乜刂茻犭婋娕紤糜谟诰嚯x樣樣品側表表面4mmm1mmm和與反反應室中中心垂直直距離55mm以以內的地地方。爐爐子應具具有足夠夠大的反反應室。4.3 反反應室：包含一個內內徑足夠夠容納樣樣品和樣樣品懸掛掛裝置且且不影響響氣流通通過樣品品的豎管管，其材材質具備備反應溫溫度。推推薦內徑徑為1000mmm25mmm。反應室室底部應應具有一一個可拆拆分的灰灰塵收集集杯，能能收集反應應過程中中所有樣樣品上掉掉落下的的灰塵顆顆粒。最最普通的的反應室室材料為為石英和和鎳鉻鐵耐耐熱合金金。4.4 樣樣品懸掛掛裝置：測試時，該該裝置應應能持續(xù)續(xù)夾持樣樣品，且且可重復復使用，在測試試過程中中樣品夾夾

11、應保持持質量不不變，并并不阻礙礙氣流、不影響響氣流通通過樣品品的模式式以及不不干擾樣樣品灰塵塵的產生生。典型型樣品夾夾持裝置置如圖22所示。4.5 氣氣體預熱熱管：氣體預預熱管應應延伸至至反應室室第一個個加熱區(qū)區(qū)，在氣氣體進入入反應室室前對氣氣體進行行預熱，管子長長度和直直徑可以以不同，只只要氣體體出管時時溫度達達到反應應室的溫溫度即可可。出氣氣口應朝朝下以防防氣體在在反應室室竄流以以及防止止預熱管管被測定定反應炭炭塵堵住住。4.6 天天平：最大量量程約2200gg，能連連續(xù)稱量量樣品和和樣品懸懸掛裝置置的質量量，精確確至10mg。4.7 氣氣體流量量表：測量氣體流流至反應應室的流流速，氣流應

12、應保持由由該測試試設備所所確定的的恒定速速度。4.8 針針型閥：用于微微調氣流流。4.9減壓壓閥：壓縮氣體體經減壓壓閥減壓壓至接近近大氣壓壓后，通通過針型型閥進入入流量計計。1天平；2出出氣口（口口徑100mm）；333區(qū)加熱熱爐；44連接線線 ；55反應應室；66樣品品；77控制制熱電偶偶；8預熱管管；9灰塵收收集杯；10進氣口口；111空氣氣或二氧氧化碳；12氮氣氣； 13減壓閥閥；144針型型閥；115流流量計。圖1 典型型空氣反應應裝置4.10 熱電偶偶：熱電偶應伸伸入反應應室以校校準加熱熱區(qū)控制制設備，可另選選一個熱熱電偶用用于檢測測反應溫溫度。試試驗中發(fā)發(fā)現連續(xù)續(xù)測量反反應室中中心

13、部分分溫度很很有用。4.11卡卡尺：精確至0.001mmm。4.12可可選裝置置：自動控控制裝置置、多通道道線路選選擇器以以及個人人電腦以以記錄日日期、處處理、報報告和存存儲過程程自動化化等。懸掛線線；2樣品支支持線；3柱柱體樣品品；4不銹鋼鋼球。圖2 典型型樣品懸懸掛裝置置 試劑使用分分析純試試劑，除除非另有有說明。5.1 氮氣，999.995%。5.2 空氣，含水率率小于00.1%。6 樣樣品制備備6.1 按按YS/T 662.33-20005進進行取樣樣，加工工成一個個正圓柱柱體，長長50mmm1.0mm，直直徑500mm1.0mmm。大多數數懸掛裝裝置要求求碳塊樣樣品上有有一個垂垂直于

14、圓圓柱體沿其其中心線線的直徑徑約3mmm的洞洞。制好好的樣品品表面應應光滑、無無明顯裂裂紋和斷斷層。6.2 制制備的樣品應應置于烘烘箱中在在1105烘至恒恒重。6.3 在在樣品成成型過程程中，用用熱空氣氣吹凈樣品品上的浮塵塵和附著著的雜質質。7 校校準7.1 確確立3區(qū)區(qū)加熱爐爐控制設設備的設設置溫度度與反應應室內樣樣品區(qū)域域實際溫溫度的關關系，校校準區(qū)長長度應為為1000mm。7.2 插插入多頭頭熱電偶偶至樣品品位置，將中間間那個測測溫頭放放在樣品品中心位位置。7.3 將將中間熱熱電偶連連接到主主控器上上，設定定空氣反應應溫度為為5255。7.4 將將其他兩兩個熱電電偶連接接到其他他類型的的

15、溫度指指示設備備上。要要求有一一個溫度度記錄儀儀來測定定實際溫溫度曲線線。7.5 讓讓爐子在在氮氣流流通過的的情況下下保持44h以達到到平衡（氮氮氣流速速由7.7計計算出來來）7.6 調調節(jié)區(qū)域域溫度控控制器，使使3個溫度度指示器器指示溫溫度精確確度在2內。7.7 本本氣流速速度的計計算是基基于樣品品直徑550mmm，氣流流速度(25005)L/h（在在設定溫溫度下），反反應管內內徑1000mmm。這種種測試方方法確定定的反應應性結果果受測試試過程中中氣流通通過反應應表面的的速度影影響。這這就要求求氣流通通過樣品品和各種種尺寸的的反應管管壁之間間環(huán)形區(qū)區(qū)域的速速度必須須恒定。其其他環(huán)形形區(qū)域合

16、合適的流流速由流流速(2250 5)L/h乘以以測試系系統(tǒng)環(huán)形形面積與與參考環(huán)環(huán)形面積積比來確確定。例例如，測測試系統(tǒng)統(tǒng)內徑775mmm，樣品品直徑550.88mm。按按公式11和方程程2計算算流速 （1)式（1）中中: AR 測試系系統(tǒng)環(huán)形形面積與與參考系系統(tǒng)環(huán)形形面積比比；Di,t 測試系系統(tǒng)反應應室的內內徑；Di,rtt 參考系系統(tǒng)反應應室的內內徑；Ds 測試樣樣外徑；Drs 參考樣樣外徑。 （2)式（2）中中:qv,G由測試試系統(tǒng)環(huán)環(huán)形面積積校準得得到的體體積流量量，單位位為升每每小時；qv,rGG參考系系統(tǒng)環(huán)形形區(qū)域的的體積流流量，單單位為升升每小時時；AR 測測試系統(tǒng)統(tǒng)環(huán)形面面積與

17、參參考系統(tǒng)統(tǒng)環(huán)形面面積的比比。例如: 式中:Di,t 為75mmm；Di,rtt 為1000mm； Ds 50.8 mm； Drs 為50mmm。 式中:qv,G 為體積積流速，由由測試系系統(tǒng)計算算，相當當于1002L/h；qv,rGG 為2500L/h；AR 為0.4066。8 測測定步驟驟8.1 將將反應管管預熱到到52552。8.2 以以7.7中中確定的的氣流速速度通氮氮氣清洗洗反應室室8.3 稱稱量并記記錄樣品品質量mmi，精確確至100mg。8.4 測測量樣品品直徑(Ds)，高高度(hs)，中中心孔徑徑(DH)，精確確至0.01mmm，并并用9.1中中的方程程計算反反應表面面積。8.

18、5 將將樣品裝裝入懸掛掛裝置中中，懸掛掛在天平平上插入入反應室室。8.6 將將樣品在在氮氣流流中預熱熱30mmin。8.7 根根據天平平說明書書使天平重量量清零。8.8 預預熱300minn后將氣氣體切換換成空氣氣，并保保持7.7中中計算的的流速不不變。8.9 測測試過程程中每隔隔1miin記錄錄一次樣樣品質量量?？諝鈿鉁y試時間間為3h（180minn），結結束后將將氣流切切換回氮氮氣。8.10 將樣品品從反應應室中取取出。注注意要小小心以防防取出過過程中樣樣品撞到到反應室室內壁，若樣品碰碰撞室壁壁可能會會導致樣樣品脫落落顆粒，導導致灰塵塵質量增增加。8.11 從反應應室底部部取出灰灰塵收集集

19、杯，放放入干燥燥箱中直直至冷卻卻。8.12 稱量灰灰塵收集集杯中的的灰塵質質量，并并記錄為為md。9 測測定結果果計算9.1 樣樣品表面面積計算算按公式（33）計算算樣品的表表面積：100 （3)式（3）中中:AE 表表面積，單單位為平方厘米米（cmm2）；Ds 樣樣品直徑徑，單位位為毫米（mmm）；DH 中中心孔（如如果有孔孔）直徑徑，單位位為毫米（mm）；hs 樣樣品長度度，單位位為毫米（mmm）；9.2 空氣總反反應性按公式（44）計算算空氣總反反應性： （4) 式（4）中中:T 空空氣總反反應性，單單位為毫毫克每平平方厘米米每小時時（mgg/cmm2h）；mi 初始樣樣品質量量，單位位

20、為克(g)；mf 終了樣樣品質量量，單位位(g)；AE 樣品表表面積，單單位為平方厘米米（cmm2）。 9.3 空空氣初始始反應性性按公式（55）計算算空氣的初初始反應應性： （5)式（5）中中:i 空空氣初始始反應性性，單位位為毫克克每平方方厘米每每小時（mmg/ccm2h）；mi 初始樣樣品質量量，單位位為克(g)；m30 開始始后300minn時的樣樣品質量量，單位位為克(g)。9.4 空空氣結束束時反應應性按公式（66）計算算空氣結束束時反應應性： （6)式（6）中中:f 空氣結束束時反應應性，單單位為毫毫克每平平方厘米米每小時時（mgg/cmm2h）；m390 開始1550minn時

21、的樣樣品質量量，單位位為克(g)；mf 反應結束時時樣品質質量，單單位為克克(g)。9.5 空空氣灰塵塵量按公式（77）計算算空氣灰塵塵量： （7)式（7）中中d 33h測試結結束后的的灰塵量量，單位位為毫克每每平方厘厘米每小小時（mmg/ccm2h）；md 測測試后收收集的灰灰塵質量量，單位位為克（gg）。10 精密度度10.1 精確度度精密度由實實驗室間間根據AASTMM Praactiice E 6691實實施的試試驗來確確定。66個實驗驗室測試試9種材材料（77個陽極極和2個個陰極）。通通過線性性回歸法法已發(fā)現現試驗重重復性和和再現性性與反應應性測試試結果的的平均值值有關，因因此，回回

22、歸方程程被用于于精密度度描述上上。基于于這個研研究結果果，100.2和和10.3用于于評價結結果的可可靠程度度（955%的置信度）10.2 重復性性10.2.1 重重復性限限同一個操作作者用同同一臺裝裝置設備備獲得的的測試結果果（單位位為毫克克每平方方厘米每每小時）均應該被認可，除非測試結果超出了方程給出的r值范圍。 10.2.2 空氣總反反應性: （8) 式式（8）中中： 空氣氣總反應應性重復復性； 重復試試驗得到到的空氣氣總反應應性結果果的平均均值（適適用于空空氣總反反應性范范圍為113mg/cm22h62 mg/cm22h）。10.2.3 空氣初始始反應性性： （9)式（9）中中 空氣初

23、初始反應應性重復復性； 初始空空氣反應應性重復復試驗的的平均值值（適用用于空氣氣初始反反應性范范圍為 4mg/cm22h 16mg/cm22h）。10.2.4 空氣結束束時反應應性： （10) 式（10）中： 空氣氣終了反應應性的重重復性； 重復測測試得到到的空氣氣結束時時反應性性的平均均值（適適用于空空氣結束束時反應應性范圍圍為211mg/cm22h 89mgg/cmm2h）。10.2.5 空氣灰塵塵量： （11)式（11）中：空氣灰塵塵量的重重復性； 重復試試驗空氣氣灰塵量量的平均值值（適用用于空氣氣灰塵量量范圍為為0mgg/cmm2h 2.5mg/cm2h）。10.3 再現性性10.3.1 再現性性限每兩個實驗驗室報告告的相同同樣品的的測試結結果（單單位為毫克每每平方厘厘米每小小時）不不應被懷懷疑，除除非其報報告的數據超出出了下列方程計計算的RR值范圍圍。10.3.2 空氣總反反應性： （12)式（12）中： 空氣總總反應性性的再現現性； 重復試試驗的空空氣總反應性的平均均值（適適用于空氣氣總反應應性范