CN117658647A - 一种铝电解槽整体筑炉用冷捣糊及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了它包括骨料、粘接剂和添加材料；骨料选用电煅煤和石墨的混合料，骨料用量占冷捣糊的质量比为80~84%；骨料的粒径包括3~5mm、1~3mm、0.074~1mm和小于0.074mm四种，其中骨料中3~5mm大小的粒径含量在17.97~21.50%，1~3mm大小的粒径含量在29.3‑32.44%；0.074~1mm大小的粒径含量在33.53‑32.44%；粘接剂使用蕙油、中温沥青和改质沥青中的一种或多种；添加材料使用树脂和煤焦油中的一种或多种；粘接剂和添加材料的总用量占冷捣糊的质量比为16~20%；本发明有效地解决了常规的冷捣糊材料无法满足铝电解槽整体筑炉需求的问题。

Description

一种铝电解槽整体筑炉用冷捣糊及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属生产所用耐火材料技术领域，具体涉及一种铝电解槽整体筑炉用冷捣糊及其制备方法。

背景技术

铝电解槽要求阴极侧部总体要求是致密、没有裂纹或空洞的产生以避免在运行过程中炉衬发生开裂、具有高的电阻率从而避免水平电流的产生从而增加电流效率、避免电流空耗。与阴极钢棒接触良好，且具有足够的硬度，能抵抗电解质与铝液的冲洗、侵蚀和磨蚀，热膨胀率小、耐高温、确保在电解温度下不破裂。为了解决上述问题，当前在金属冶炼行业已经有利用冷捣糊整体成型技术制备成的整体炉衬，其致密性较好，使熔融金属液及电解质难以进行渗透、侵蚀炉衬，显著延长了炉衬的使用寿命，明显解决了炭砖筑炉时的质量问题；但对于铝电解槽而言，目前尚未有一种能在常温下易捣鼓施工又能满足铝电解槽阴极整体成型工艺要求的冷捣糊材料；同时也没有相关的试验工艺可提供参考，这是提出本发明的主要目的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种铝电解槽整体筑炉用冷捣糊，以解决常规的冷捣糊材料无法满足铝电解槽整体筑炉需求的问题。

为解决上述问题，本发明提供了如下技术方案：

一种铝电解槽整体筑炉用冷捣糊；它包括骨料、粘接剂和添加材料；骨料选用电煅煤和石墨的混合料，骨料用量占冷捣糊的质量比为80～84％；骨料的粒径包括3～5mm、1～3mm、0.074～1mm和小于0.074mm四种，其中骨料中3～5mm大小的粒径含量在17.97～21.50％，1～3mm大小的粒径含量在29.3-32.44％；0.074～1mm大小的粒径含量在33.53-32.44％；粘接剂使用蕙油、中温沥青和改质沥青中的一种或多种；添加材料使用树脂和煤焦油中的一种或多种；粘接剂和添加材料的总用量占冷捣糊的质量比为16～20％。

优选的，骨料中的石墨选用粒径小于0.074mm类型，且石墨的用量占骨料的质量比为10-20％。

优选的，骨料的粒径选择时，3～5mm粒径的占比为20.87％，1～3mm粒径的占比为31.49％，0.074～1mm粒径的占比为33.90％，小于0.074mm粒径的占比为13.74％；

优选的，粘接剂中的改质沥青通过如下流程制得：

一、将煤油沥青和焦油按照4:5的质量比进行混合馏取；

二、将溜取物质在小于250℃的温度范围内获取苯丙吡啶溶液；

三、控制苯丙吡啶溶液的温度变化，以增大苯丙吡啶中β树脂量，降低苯不溶物；最终获得所需的复合粘接剂

本发明还公开了一种铝电解槽整体筑炉用冷捣糊试验制备方法，包括以下步骤：

S1、将混捏锅加热至一定温度后，放入各类粒径称量好的骨料和粘接剂混合均匀，向混捏锅中加入添加剂进行混捏30-45min；再将混捏好的糊料倾倒出冷却；

S2、通过成型机分别将冷却后的糊料制备成试验所需的试样结构；成型机的工作环境为20MPa，需保压5min；并将成型后的试样取出备用；

S3、将成型试样放入刚玉坩埚中用石墨粉覆盖，在氩气保护气下放置于管式炉中进行焙烧；焙烧过程包括以下几个阶段：

预热软化阶段：在室温至250℃之间，升温速率为5℃/min，达到最高温度后保温1h；

挥发分逸出阶段：在250℃～650℃之间，升温速率为10℃/min，达到最高温度后保温0.5h；

高温烧结阶段：在650℃～950℃之间，升温速度为5℃/min；

S4、将经过焙烧冷却后的产物取出后冷却即可获得待测试的试样。

本发明有益效果：

采用该冷捣糊所制成的铝电解槽底部阴极在体积密度、气孔率、抗压强度、电阻率的测试中均有着较优的表现；

通过试验测定可以看出：当骨料的粒径分布为3～5mm大小的粒径含量在17.97～21.50％，1～3mm大小的粒径含量在29.3-32.44％；0.074～1mm大小的粒径含量在33.53-32.44％时，糊料的气孔率达到了最低14.95，而对应的体积密度达到最高1.472g/cm³；另一方面，糊料的抗压强度最高达到了20.8MPa，同时电阻率达到最低的98.3μΩ*m，且该电阻率在上述粒径的分布范围为均能够满足底部阴极的工作需求；

而当改制的复合粘接剂占冷捣糊质量比在20％时，冷捣糊气孔率达到最低的14.9，体积密度最高达到了1.471g/cm³，抗压强度最高达到了20.5MPa，且电阻率达到最低的97.9μΩ*m；

随着石墨在骨料中的占比逐渐增大，冷捣糊的抗压强度持续降低，当石墨占比超过30％时，尚且能够满足工业上冷捣糊的抗压需求，当大于40％时就不能够再进行工业使用了；另一方面，综合国际上对冷捣糊的电阻率要求一般在65-70uΩ*m；这一电阻率要求所对应的石墨占骨料质量比在10～20％之间，而此时整体冷捣糊的气孔率和体积密度能够维持在一个相对能够满足使用需求的数值，其中，气孔率最低可达到13.5，体积密度最高能达到1.487g/cm³；

另一方面，本申请所公开的冷捣糊制备方法能够在较短时间内完成对于冷捣糊试样的混捏、成型和焙烧，从而能够满足试验试样的快速制备需求。

附图说明

图1是试验不同n值骨料粒径的体积密度、气孔率的影响折线图；

图2是试验不同n值骨料粒径的抗压强度、电阻率的影响折线图；

图3是试验粘接剂不同用量对体积密度、气孔率的影响折线图；

图4是试验粘接剂不同用量对抗压强度、电阻率的影响折线图；

图5是试验不同石墨的骨料占比对体积密度、气孔率的影响折线图；

图6是试验不同石墨的骨料占比对抗压强度、电阻率的影响折线图；

图7是本实施例中对试样进行抗折试验的示意图；

图8是本实施例中对试样进行电阻率测试原理图；

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍：

实施例：

参照图1，本实施例提供一种铝电解槽整体筑炉用冷捣糊；它包括骨料、粘接剂和添加材料；骨料选用电煅煤和石墨的混合料，骨料用量占冷捣糊的质量比为80～84％；骨料的粒径包括3～5mm、1～3mm、0.074～1mm和小于0.074mm四种，其中骨料中3～5mm大小的粒径含量在17.97～21.50％，1～3mm大小的粒径含量在29.3-32.44％；0.074～1mm大小的粒径含量在33.53-32.44％；粘接剂使用蕙油、中温沥青和改质沥青中的一种或多种；添加材料使用树脂和煤焦油中的一种或多种；粘接剂和添加材料的总用量占冷捣糊的质量比为16～20％。

骨料中的石墨选用粒径小于0.074mm类型，且石墨的用量占骨料的质量比为10-20％。

骨料的粒径选择时，3～5mm粒径的占比为20.87％，1～3mm粒径的占比为31.49％，0.074～1mm粒径的占比为33.90％，小于0.074mm粒径的占比为13.74％；

粘接剂中的改质沥青通过如下流程制得：

一、将煤油沥青和焦油按照4:5的质量比进行混合馏取；

二、将溜取物质在小于250℃的温度范围内获取苯丙吡啶溶液；

三、控制苯丙吡啶溶液的温度变化，以增大苯丙吡啶中β树脂量，降低苯不溶物；最终获得所需的复合粘接剂

在制作上述冷捣糊的试验试样时，可以采用下面的流程来进行制备：

S1、将混捏锅加热至一定温度后，放入各类粒径称量好的骨料和粘接剂混合均匀，向混捏锅中加入添加剂进行混捏30-45min；再将混捏好的糊料倾倒出冷却；混捏的目的是使不同粒径的骨料混合均匀，让小粒径骨料填充大粒径骨料的空隙，而小粒径骨料之间的空隙则由更小的粉料填充，提高糊料的密实性。然后加入一定配比的添加剂继续混捏30-45min，粘接剂能够部分渗入到骨料孔隙并均匀地包覆在骨料颗粒表面，把所有的颗粒相互粘结起来；

S2、通过成型机分别将冷却后的糊料制备成试验所需的试样结构；成型机的工作环境为20MPa，需保压5min；并将成型后的试样取出备用；材料混捏完成后，需制备不同规格的试样用于检测样品的不同性能，成型是在压力作用下，冷捣糊中的颗粒之间相互推挤、位移，使气孔移动到表面排出，颗粒间形成紧密排列，获得必要的强度和密实度，另外，在加压的过程中，骨料表面不平整的部分会由于相互摩擦而去除，或表面的凹凸部分相互咬合在一起，使骨料之间结合更加牢固，本实施例中所使用的试样有两种，其中规格为Φ35×35mm的圆柱型试样用ZHY-401压样机用机械压力的方法制备，压样时需注意压样机的清洁(酒精)和脱模处理(擦上石蜡油)，操作时称取58g原料，倒入模具中后在20MPa的压力下保压5min，最后脱模而得。圆柱试样主要用来检测材料的电阻率、耐压强度；另外使用手动XH-300KN压样机压制规格为8×12×82mm的长方体试样，压样时称取14g原料，手动加压到20MPa，保压5min；制得的长方体试样用来检测材料的抗折强度及热膨胀率。

S3、将成型试样放入刚玉坩埚中用石墨粉覆盖，在氩气保护气下放置于管式炉中进行焙烧；焙烧制度对产品的顺利生产以及工厂的经济效益都有至关重要的作用，因此制定一个合适的焙烧制度是十分必要的。而焙烧制度制定的过程中适宜的烧结温度、升温速率、保温时间十分重要。现在大部分企业使用升温曲线以“快-慢-快”为准则的焙烧制度，在中温阶段挥发分需要大量逸出，要放慢试样加热速度，而在高温烧结阶段与低温预热阶段的升温速率要相对较快。目的是使阴极槽内衬材料中的水分挥发，使阴极冷捣糊材料烧结和碳化。

本研究样品经制备成型后，测量并记录样品的质量和体积，然后将试样放入刚玉坩埚中用石墨粉覆盖，在氩气保护气氛下放置于管式炉内按一定焙烧制度进行焙烧。试样焙烧制度由以下几个阶段组成：

焙烧过程包括以下几个阶段：

预热软化阶段：在室温至250℃之间，升温速率为5℃/min，达到最高温度后保温1h；在室温～250℃，冷捣糊中的粘结剂开始逐渐软化，但试样内不会产生显著的物理、化学性质变化。挥发物不排出，使沥青在其自身重力下软化。在这个阶段延长升温时间会使物质的迁移越严重，进而影响冷捣糊焙烧后的质量。因此，升温速度在这个阶段应该适当加快。升温速率应根据制品的截面规格定为5℃/min，保温1h，软化时间不宜过长，避免造成炭素材料变形；

挥发分逸出阶段：在250℃～650℃之间，升温速率为10℃/min，达到最高温度后保温0.5h；此阶段是大量挥发分开始逸出，同时改质粘结沥青逐渐焦化的阶段，对于焙烧后试样的性能有很大影响，在此阶段需要严格控制升温速率，进行均匀缓慢加热，否则会引起裂纹、孔隙度增加、体积密度降低。在此阶段碳键形成并长大，是制品焙烧的关键阶段。

高温烧结阶段：在650℃～950℃之间，升温速度为5℃/min；试样烧结至650℃后，粘结剂的焦化工艺已基本完成，在650℃～950℃期间，可适当加快升温速率。此阶段是碳键固化加强的阶段，粘结剂的焦化过程已基本结束；

S4、将经过焙烧冷却后的产物取出后冷却即可获得待测试的试样。

为了测试获得对冷捣糊中各种不同成分参量的优化用量，还需要对进一步设计试验来进行探；具体的可按照下述流程来进行：

A、通过对不同试样进行试验以确定该冷捣糊中骨料不同粒径的最优组成：即在步骤A中所使用的冷捣糊的骨料选用电锻煤，粘接剂为中温沥青和蕙油；试样的配方为，骨料占冷捣糊85％，粘接剂占冷捣糊15％；其中粘接剂中的中温沥青与蕙油的质量比为＝7：3；根据Dinger-Funk方程，将骨料的颗粒分布系数n值进行理论计算，并根据该n值所对应的粒径组成来设计试验试样的料比；将各组的原料经过混捏、成型和焙烧获得对应的试样后，对这些试样分别测试其体积密度、气孔率、抗压强度和电阻率；由此来获得最优的骨料粒径组成；

冷捣糊的颗粒级配是影响冷捣糊性能最主要的因素之一。为了使产品具有较高的密度、较小的孔隙度和较大的机械强度，炭和石墨制品都是把不同级别的颗粒，按一定的比例配合使用，而不是使用一种颗粒。大颗粒间的空隙由中等颗粒或细颗粒来填充。骨料颗粒的选择，不但要考虑密堆积，还要弄清大颗粒与小颗粒在材料中的作用及对材料性能的贡献。大的颗粒在糊料中起着骨架作用，并且能提高产品的抗氧化性和耐热振性，使产品在压制和焙烧过程中减少裂纹废品。大颗粒适量，可使材料的比表面积降低，其反应能力和燃烧速度都适当降慢，减少消耗量。颗粒过多，则制品的体积密度与机械强度降低，加工后产品表面粗糙。小颗粒的作用是填充大颗粒间的空隙，以提高制品的体积密度和机械强度，减少孔隙度及使产品加工后表面光洁。适当的粉料也可提高焙烧时沥青的残炭率。细结构石墨的粉末粒度均在目以上。小颗粒过多，会使产品的抗热振性及抗氧化性能下降，也会增加焙烧和石墨化工序的裂纹废品，同时，所需粘结剂也会大大增加，反而使产品空度增加，降低了产品的质量。颗粒级配是研究不同粒级颗粒间的配比以使材料具有更好的性能，一般可归结为连续颗粒分布和不连续颗粒分布。目前，一般都选择连续颗粒级配，调整各级颗粒配合的比例，达到足够高的填充密度

在连续颗粒系列中，若设是D最大颗粒径，d是任意大小的粒径，y是粒径d以下的含量，若取配料总量为100％，则y＝100(d/D)^q，即安德森公式。理想的堆积应该是粗颗粒构成框架，中间颗粒填充于大颗粒构成的框架间，与大颗粒相切，细粉充填于中间颗粒构成的空隙中。而这样的理想状态，在实际生产过程中是无法实现的，因为较小的颗粒往往密堆于大颗粒间，而且很少自由移动。因此无论其在松动或压制情况下，均难以改变这样的状态而达到理想情况，即使引入更小的颗粒，情况亦然。

由Dinger-Funk方程，颗粒分布系数通过理论计算，调整n值分别为0.3、0.35、0.4、0.45、0.5对应粒度组成如表1所示。试样的骨料选用电锻煤，粘结剂为中温沥青和蕙油。实验配方为，骨料占总糊料85％，粘结剂占总糊料15％。其中粘结剂中中温沥青：蕙油＝7：3。经过焙烧后，测量不同n值的试样的体积密度、气孔率、抗压强度、电阻率测试结果见图1和2。

表1n值对应不同粒径骨料含量

试样编号	n值	3-5mm	1-3mm	0.074-1mm	0.005-0.0074mm
						1	0.3	16.25	27.56	38.14	18.05
2	0.35	17.97	29.31	37.26	15.46
						3	0.40	19.73	30.94	36.17	13.16
4	0.45	21.50	32.44	34.92	11.14
						5	0.50	23.28	33.81	33.53	9.38
6	0.55	25.05	35.03	32.05	7.87

从图1可知,随着n值的增大,体积密度先增大后减小,在n为0.45时体积密度达到最大值，气孔率是先降低后增加,在n为0.45时,气孔率达到最小值。当n＜0.45时,从表1可知,随着n值的增大,糊料中的大颗粒逐渐增加,中间颗粒和细颗粒则变化不大,而粉颗粒则是逐渐的减少。细颗粒和粉颗粒己经完全填充了大颗粒和中颗粒形成的空隙,而且还有富余,这时细颗粒和粉颗粒以及它们自身也会形成一些微气孔,使得体积密度不高。当n＞0.45时,体积密度逐渐的下降,这则说明细颗粒和粉颗粒没有完全填充大颗粒和中颗粒形成的空隙。所以颗粒级配最佳的颗粒分布系数为0.45。过大或过小都会使得体积密度下降气孔率增加。

从图2可以看出，随着n值的增大,糊料的抗压强度也增加。这是因为大颗粒的含量逐渐的增加,而大颗粒在糊料中主要是形成骨架性的结构,糊料的细颗粒和粉颗粒又可以充分填充在骨架中,因此糊料的抗压强度则是逐渐地增大。当n为0.45时,糊料的抗压强度达到最大,此时的大颗粒构成骨架,小颗粒和粉料则最大限度地填充在骨架间,糊料的空隙率也达到最小。当＞0.45时,大颗粒含量则过多,形成的骨架较松散,主要是由于,细颗粒和粉料没有把大颗粒和中颗粒形成的空隙完全填充,使得糊料的空隙率增大。

从图2可以看出，随着n值的增加,糊料的电阻率是先降低后增加,n值为0.45时,糊料的电阻率最小。这与糊料的气孔率密不可分,从图可知,当n＜0.45时,糊料的空隙率随值的增加而减小,糊料中的气孔减少了因此糊料的电阻率随之减小。当n＞0.45时,糊料中的气孔率随n值的增大而增大,则说明糊料的空隙较多,电阻率则随之增大。

结合以上实验表明粒度分布系数为0.45时,骨料的体积密度最大,糊料空隙率最小,糊料的电阻率和抗压强度均达到最佳。因此,粒度分布系数为时作为骨料最紧密堆积的粒度组成,即3-5mm占20.87％，1-3mm占31.49％，0.074-1mm占33.90％，＜0.074mm占13.74时性能最佳。

B、通过对不同试样进行试验以确定该冷捣糊中粘接剂的最优用量占比：根据步骤A中所获得骨料粒径的最优组成，将粘接剂按照5％，10％，15％，20％，25％的冷捣糊总占比重新制作5组试验试样，新试样中，骨料选用电煅煤，粘接剂为改质沥青；在制得对应的试样后，分别测试其体积密度、气孔率、抗压强度、电阻率，由此来获得最优的粘接剂用料占比；

以电锻煤为骨料，通过上述实验得到的最佳级配比即3-5mm占20.87％，1-3mm占31.49％，0.074-1mm占33.90％，＜0.074mm占13.74％；通过添加5％，10％，15％，20％，25％的粘接剂测试体积密度、气孔率、抗压强度、电阻率测试结果见图3，图4所示。

由图3抗压看出随着复合粘结剂加入量的增加,试样的显气孔率先上升,后呈下降趋势,而体积密度的变化趋势则完全相反。当粘结剂中蕙油加入量达到20％时,试样体积密度最高,气孔率最低，在复合粘接剂加入量20％之前,粘接剂加入较少时,会使试样可捣打性较差,压制不够紧密,显然气孔率较高,体积密度较低。在复合粘接剂加入量大于20％时,随着加入量增加,沥青所占比重就在减小。而复合粘接剂的固定炭含量比煤沥青低,粘结剂中固定炭含量降低,焙烧后的冷捣糊的炭化率析焦率也随之降低,从而影响冷捣糊的体积密度,轻组分的挥发增加,加大试样显气孔率。

由图4可以看出当复合粘接剂加入量不断增加,焙烧后的冷捣糊抗压强度先增加后呈下降趋势,当复合粘接剂含量为20％时,冷捣糊抗压强度最高,这是因为粘结剂中焦油对沥青起稀释剂作用,使沥青在冷捣糊混捏中分散更加均匀,减少沥青在混捏过程中的结团,从而获得较高的强度。当粘接剂加入量较大时,试样在焙烧过程中产生较大膨胀,炭化率析焦率降低,冷捣糊的抗压强度也随着降低。

由图4可以看出,随着复合粘接剂加入量增加,焙烧后的冷捣糊电阻率先减小后增加。在复合粘接剂加入量20％时,冷捣糊电阻率达到最低点。当复合粘接剂加入量超过20％,冷捣糊电阻率增加较大。这是因为焦油能较好的稀释沥青,降低其粘度,粘结剂分布更加均匀,电阻率较低,但当复合粘接剂加入量过大时,粘结剂残炭量降低,意味着挥发的轻组分越高,轻组分挥发后在炭块中留下空隙,影响炭块的电阻率。轻组分挥发留下的空隙越大,炭块电阻率也越大,即粘结剂中蕙油加入量越大,冷捣糊电阻率越大。

结合以上实验表明复合粘接剂最佳使用量为20％左右。

C、通过对不同试样进行试验以确定该冷捣糊中石墨在骨料中的最优占比：根据步骤A、B中所获得的骨料粒径的最优组成和粘接剂的最优用料占比；进一步选用石墨和电煅煤作为骨料的组分，其中石墨占总骨料的质量比依次为10％、20％、30％、40％、50％，石墨的选用粒径为小于0.074mm类型，且随着石墨用量的增多，电煅煤的用量从小于0.074mm的粒径开始逐渐等量减少；再以改质沥青为粘接剂来设计5组试验试样；在制得对应的试样后，分别测试其体积密度、气孔率、抗压强度、电阻率，由此来获得最优的石墨用料占比。

由图5可看出加入石墨对试样体积密度有所提高,而随着石墨的增加,试样体积密度也增加,气孔率下降,主要是因为石墨的自身密度比电锻煤大。当石墨加入量为30％时,体积密度最大,气孔率最小。当石墨加入量过大时,试样体积密度反而下降,显气孔率上升,虽然试样中石墨含量增加,而骨料中的细组分增加,从而降低粘结剂粘结效果。

选用石墨粒度大于200目,即小于0.074mm,石墨加入量为10％、20％、30％、40％、50％试样配方如表2，制备成冷捣糊，经焙烧后按实验测试要求制备成试样测试体积密度、气孔率、抗压强度、电阻率测试结果见图5，图6：

表3骨料中电煅煤与石墨的加入比

由图6可看出随着石墨加入量的增加,冷捣糊试样的抗压强度一直在降低,这与石墨材料本身性质有关,石墨的抗压强度比电锻煤要差,且当石墨不断加入,骨料细颗粒也随之增加。当石墨加入量30％时,试样抗压强度为17.5MPa,尚能满足冷捣糊工业生产,当石墨加入量为40％时,试样抗压强度为16MPa,己经低于冷捣糊一般标准了。

由图6可看随着试样中石墨加入量不断增加,试样的电阻率一直降低,这是由于石墨材料相对于电锻煤良好的导电性。国际上对冷捣糊的电阻率要求一般在65-70uΩ.m,从图8上可看出,若要符合这一标准,石墨加入量为10-20％之间。

在通过试验检测试样的体积密度时，按照如下流程进行：

通过尺寸法测量试样几何体积和质量计算其体积密度，首先沿圆柱体试样的圆周每间隔90°测定试样高度，在试样的两端及1/3与2/3处测量试样直径。计算高度及直径的算术平均值，精确至0.01mm。根据高度及直径的算术平均值计算试样的体积V。在110℃下烘干试样直至质量恒定，在干燥器中将试样冷却至室温，称量其质量m，根据式1计算试样的体积密度。

式中：ρ_a为被测试样体积密度(g/cm³)

m为干燥试样的质量(g)

v为试样几何体积(cm³)

在通过试验检测试样的气孔率时，按照如下流程进行：

按式2计算试样的气孔率

式中：ε_t为被测试样气孔率(％)

ρ_t为被测试样真密度(g/cm³)

ρ_a为被测试样体积密度(g/cm³)

在通过试验检测试样的抗压强度检测时，按照如下流程进行：

试样抗压强度使用抗折弯仪测量，弯矩设为30mm；抗折强度是铝电解槽阴极内衬的重要力学性能之一，通过对这一参数的测定可以直观的了解材料的强度，对改进烧结及制备工艺，调整相关原料配比，提高材料的关性能提供重要依据。对长方体试样抗折强度的检测，计算公式见式(3)：

式中：δ为抗压强度(MPa)

F为临界应力(N)

l为跨距(mm)

b为截面宽度(mm)

H为截面高度(mm)。

将试样放到抗弯折仪上，调节两个支撑点的距离，并调节平衡。选择或调节试验机的测量范围，以便使试样断裂时预期的载荷在量程范围内。把试样放在支撑座的中间并使试样沿长度方向的轴线与支撑座成90°，保证压头施加的压力与试样沿长度方向的轴线成90°，转动旋钮，使稳定均匀地施加压力，直至试样断裂，记下断裂时的载荷F。影响材料抗折强度的因素主要有各原料的配比、成型过程及烧结过程等。通常结构紧密、硬度大的材料具有较高的抗折强度。另外，材料内部的断裂方式对材料的抗折强度也有很大的影响。

抗压强度是指材料单位面积上所承受的极限载荷，本实验所测定为常温耐压强度，在AG-10TA万能试验机上以200mm/min的加压速率对Φ35×35mm的圆柱体试样加载荷，直到试样破坏，记录下试样所承受最大载荷及试样受力面积，由式(4)计算试样耐压强度：

式中：σ为试样的耐压强度(MPa)

F为试样能够承受的最大载荷(N)

S1，S2分别为试样上下受力面的面积(mm²)。

在通过试验检测试样的电阻率检测时，按照如下流程进行：

电阻率由GDT-II炭素高温电阻率测试仪测量；采用电位差法测定试样电阻率，电阻率测定原理示意图见图8所示。图8中1为导电石墨棒，2为试样，3为检测探头；其中导电石墨棒与试样接触要良好，同时应满足探针与试样端面的间距为10mm，两个探针之间距离为15mm，石墨棒与试样见电流不超过5A。对横截面积为S、长L的试样进行通电，调节电流I，测试两探针之间的电压U计算得到试样电阻率，计算式见(5)：

式中：ρ为电阻率(μ.Ωm)

U为加在试样两端的电压(V)

S为试样截面积(mm2)

I为通过试样的电流(A)

L为试样长度(mm)。

Claims (5)

1.一种铝电解槽整体筑炉用冷捣糊，它包括骨料、粘接剂和添加材料；其特征在于：骨料选用电煅煤和石墨的混合料，骨料用量占冷捣糊的质量比为80~84%；骨料的粒径包括3~5mm、1~3mm、0.074~1mm和小于0.074mm四种，其中骨料中3~5mm大小的粒径含量在17.97~21.50%，1~3mm大小的粒径含量在29.3-32.44%；0.074~1mm大小的粒径含量在33.53-32.44%；粘接剂使用蕙油、中温沥青和改质沥青中的一种或多种；添加材料使用树脂和煤焦油中的一种或多种；粘接剂和添加材料的总用量占冷捣糊的质量比为16~20%。

2.根据权利要求1所述的一种铝电解槽整体筑炉用冷捣糊，其特征在于：骨料中的石墨选用粒径小于0.074mm类型，且石墨的用量占骨料的质量比为10-20%。

3.根据权利要求1所述的一种铝电解槽整体筑炉用冷捣糊，其特征在于：骨料的粒径选择时，3~5mm粒径的占比为20.87%，1~3mm粒径的占比为31.49%，0.074~1mm粒径的占比为33.90%，小于0.074mm粒径的占比为13.74%。

4.根据权利要求1所述的一种铝电解槽整体筑炉用冷捣糊，其特征在于：粘接剂中改质沥青的制备方法包括以下步骤：

一、将煤油沥青和焦油按照4:5的质量比进行混合馏取；

二、将溜取物质在小于250℃的温度范围内获取苯丙吡啶溶液；

三、控制苯丙吡啶溶液的温度变化，以增大苯丙吡啶中β树脂量，降低苯不溶物；最终获得所需的复合粘接剂。

5.根据权利要求1至4任一所述的一种铝电解槽整体筑炉用冷捣糊制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、将混捏锅加热至一定温度后，放入各类粒径称量好的骨料和粘接剂混合均匀，向混捏锅中加入添加剂进行混捏30-45min；再将混捏好的糊料倾倒出冷却；

S2、通过成型机分别将冷却后的糊料制备成试验所需的试样结构；成型机的工作环境为20MPa，需保压5min；并将成型后的试样取出备用；

S3、将成型试样放入刚玉坩埚中用石墨粉覆盖，在氩气保护气下放置于管式炉中进行焙烧；焙烧过程包括以下几个阶段：

预热软化阶段：在室温至250℃之间，升温速率为5℃/min，达到最高温度后保温1h；

挥发分逸出阶段：在250℃~650℃之间，升温速率为10℃/min，达到最高温度后保温0.5h；

高温烧结阶段：在650℃~950℃之间，升温速度为5℃/min；

S4、将经过焙烧冷却后的产物取出后冷却即可获得成型冷捣糊。