ГОСТ Р ИСО 12987-2014
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МАТЕРИАЛЫ УГЛЕРОДНЫЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ
Аноды, катодные блоки, боковые блоки и обожженная набивная подовая масса. Определение теплопроводности сравнительным методом
Carbonaceous materials for the production of aluminium. Anodes, cathodes blocks, sidewall blocks and baked ramming pastes. Determination of the thermal conductivity using a comparative method
ОКС 71.100.10
Дата введения 2015-07-01
Предисловие
1 ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом "Уральский электродный институт" (ОАО "Уралэлектродин") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 109 "Электродная продукция"
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 3 марта 2014 г. N 63-ст
4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 12987:2004* "Материалы углеродные для производства алюминия. Аноды, катодные блоки, боковые блоки и обожженная набивная подовая масса. Определение теплопроводности сравнительным методом" (ISO 12987:2004 "Carbonaceous materials for the production of aluminium - Anodes, cathodes blocks, sidewall blocks and baked ramming pastes - Determination of the thermal conductivity using a comparative method", IDT)
________________
* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - .
5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Октябрь 2019 г.
Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)
Введение
Настоящий стандарт подготовлен на основе аутентичного перевода на русский язык международного стандарта ИСО 12987:2004 "Материалы углеродные для производства алюминия. Аноды, катодные блоки, боковые блоки и обожженная набивная подовая масса. Определение теплопроводности сравнительным методом" (ISO 12987:2004 "Carbonaceous materials for the production of aluminium - Anodes, cathodes blocks, sidewall blocks and baked ramming pastes - Determination of the thermal conductivity using a comparative method"), который был разработан Техническим комитетом ISO/TC 47 "Химия", Подкомитетом SC 7 "Оксид алюминия, криолит, фторид алюминия, фторид натрия, углеродные продукты для производства алюминия".
Знание теплопроводности углеродных материалов позволяет рассчитать теплопередачу и теплопотери в электролизерах. Для определения прецизионности настоящего метода испытаний рекомендуется использовать ASTM E 691-99 "Стандартная практика проведения межлабораторных исследований для определения прецизионности метода испытания" (ASTM Practice E 691-99 "Standard practice for conducting an interlaboratory study to determine the precision of a test method").
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает метод определения теплопроводности углеродных материалов в интервале температур от 20°С до 60°С. Типичный диапазон теплопроводности для этих материалов составляет от 2 Ватт/(K·м) до 100 Ватт/(K·м).
Этот метод можно использовать для других углеродных материалов, таких как графитированные электроды.
2 Термины и определения
В настоящем стандарте используется следующий термин с соответствующим определением:
2.1 теплопроводность (thermal conductivity) : Свойство материала проводить тепло, выраженное в Ватт/(К·м), полученное определением теплового потока 
, проходящего через образец высотой , с площадью поперечного сечения , при заданной разности температур рассчитывают по формуле
, (1)
где 
- тепловой поток, Ватт;
- разность температур, К;
h - высота тела, м;
- площадь поперечного сечения, м.
Примечания
1 Для образцов цилиндрической формы площадь сечения рассчитывают по формуле
, (2)
где - диаметр образца, м.
2 Разность температур сопоставляют со значениями, полученными на стандартных образцах, таким образом получая возможность определить теплопроводность испытуемого образца.
3 Реактивы и материалы
3.1 Вещество для контакта, состоящее из вазелина, глицерина или контактной пасты для улучшения контакта между термоблоками установки и образцом.
3.2 Стандартные образцы, аттестованные в установленном порядке.
В таблице 1 даны примеры стандартных образцов. Теплопроводность этих материалов изменяется практически линейно в зависимости от температуры в интервале от 20°С до 100°С.
Таблица 1 - Примеры стандартных образцов
Материал | Теплопроводность Ватт/(K·м) при 20°С |
Флинт | 1,4 |
Высоколегированная сталь | 14 |
Бронза | 65 |
Латунь | 110 |
Алюминий, чистота 99,9% | 235 |
4 Аппаратура
4.1 Типовое измерительное устройство, схематически изображено на рисунке 1, состоит из следующего:
4.1.1 Нижний термоблок, охлаждаемый до (20±0,1)°С.
|
1 - нижний термоблок; 2 - вода, циркулирующая в нижнем термоблоке при температуре (20±0,1)°С со скоростью 10 л/мин; 3 - дифференциальная термопара, элемент ; 4 - дифференциальная термопара, элемент ; 5 - изоляционный цилиндр; 6 - образец; 7 - дифференциальная термопара, элемент ; 8 - направление теплового потока; 9 - верхний термоблок; 10 - поджим, давление (р) =200 Н; 11 - нагревательный элемент
Рисунок 1 - Схема типового устройства для выполнения испытания
4.1.2 Устройство с термостатическим контролем, обеспечивающее поддержание температуры воды (20±0,02)°С и скорости циркуляции приблизительно 10 л/мин.
4.1.3 Дифференциальная термопара.
4.1.4 Соответствующий вольтметр.
4.1.5 Верхний термоблок - источник тепла, нагретый до температуры не менее 40°С, предпочтительно до 60°С, с погрешностью ±0,1°С.
4.1.6 Жидкостной термостат, обеспечивающий поддержание температуры воды на уровне (40±0,02)°С и скорости циркуляции приблизительно 10 л/мин, или электронагревательное устройство, поддерживающее температуру верхней головки на уровне (80±0,1)°С.
4.1.7 Зажимное устройство, создающее давление не менее 5 МПа.
4.1.8 Изоляционный цилиндр для исключения (снижения) теплопотерь.
4.2 Устройство для измерения размеров, с пределом погрешности ±1%, например штангенциркуль в соответствии с [3] или микрометр в соответствии с [1].
4.3 Линейка
5 Отбор образцов
Отбор образцов по подходящей схеме, например в соответствии с [4] и [5].
Диаметр цилиндрических образцов для испытания должен быть от 20 мм до 50 мм, высота должна составлять от 5 до 50 мм, торцевые поверхности должны быть плоскими.
На прецизионность метода оказывает влияние геометрия испытуемых образцов. Для материалов с высокой теплопроводностью более тонкие и (или) более длинные образцы дают лучшие результаты.
Для образцов высотой 20 мм диаметры, указанные в таблице 2, считаются подходящими.
Отклонение от плоскостности торцевой поверхности должно быть не более ±0,05 мм, что может быть проверено с помощью линейки (4.3). Образцы необходимо просушить до постоянной массы.
Таблица 2 - Размеры образцов для испытания
Типовой интервал теплопроводности, Ватт/(K·м) | Материал образца для испытания | Диаметр, мм |
до 10 | Аноды, обожженная набивная подовая паста | 50 |
от 5 до 120 | Катоды | 50 или 30 |
от 80 до 120 | Графитированные электроды | от 20 до 30 |
Высота испытуемого образца равна 20 мм. Большие диаметры выбраны для анодов, обожженной набивной подовой пасты и катодов ввиду их крупнозернистой структуры | ||
6 Проведение испытания
6.1 Измерение размеров образцов
Измеряют высоту () и диаметр () испытуемых образцов.
6.2 Градуировка стандартных образцов
Закрывают верхний (4.1.5) и нижний (4.1.1) термоблоки. Нагревают установку до рабочей температуры.
Когда температура обоих термоблоков стабилизируется в пределах ±0,1°С, выбирают один или несколько стандартных образцов одинакового поперечного сечения в качестве образцов для испытания. Можно нанести тонкий слой улучшающего контакт вещества (3.1) на обе торцевые поверхности испытуемого образца. Разводят термоблоки и центрируют образцы между ними, придвигают термоблок к образцу и прикладывают, поддерживают нужное давление.
Когда показание дифференциальной термопары (4.1.3) станет постоянным, регистрируют термоэлектрическое напряжение (4.1.4).
Градуировочную кривую (термоэлектрическое напряжение как функция от 
) определяют по измерениям различных стандартных образцов с известной теплопроводностью и размерами (см. [7]). Если для измерения испытуемых образцов используется изоляционный цилиндр, его следует использовать и для градуировки.
6.3 Измерение испытуемых образцов
Испытуемые образцы с одинаковым поперечным сечением со стандартными образцами измеряют согласно методу измерений, приведенному для градуировки образцов в 6.2.
7 Расчет
Теплопроводность рассчитывают по формуле
, (3)
где - теплопроводность, выраженная в Ватт/(K·м);
- определяется по калибровочной кривой;
- высота испытуемого образца, м;
- площадь поперечного сечения испытуемого образца, м.
8 Прецизионность
В соответствии с [6] прецизионность данного метода следующая:
a) повторяемость (сходимость), r, в Ватт/(K·м), рассчитывают по формуле
; (4)
b) воспроизводимость, , в Ватт/(K·м), рассчитывают по следующей формуле
. (5)
9 Протокол испытания
Протокол испытания должен включать следующую информацию:
a) все детали, необходимые для идентификации образца;
b) ссылку на данный стандарт;
c) температуру измерения;
d) результаты и использованный метод;
e) все необычные события, отмеченные в ходе определения;
f) все операции, не включенные в данный стандарт или в стандарты, на которые даны ссылки, или считающиеся необязательными.
Библиография
[1] | ISO 3611 | Technical requirements for geometric parameters of products (GPS) - Instruments for linear and angular measurements: Micrometers for outdoor measurements. Design and metrological characteristics (Технические требования к геометрической продукции. Оборудование для измерения размеров. Микрометры для внешних измерений. Конструкция и метрологические характеристики) |
[2] | ISO 5725-2:1984 | Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results - Part 2: Basic method for the determination of repeatability and reproducibility of a standard measurement method [Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 2. Основной метод определения повторяемости (сходимости) и воспроизводимости стандартного метода измерений] |
[3] | ISO 13385-1 | Technical requirements for geometric parameters of products (GPS) - Instruments for linear and angular measurements - Part 1: Calipers - Design and metrological characteristics [Технические требования к геометрическим параметрам продукции (GPS). Приборы для линейных и угловых измерений. Часть 1. Штангенциркули. Проектные и метрологические характеристики] |
[4] | ISO 8007-1 | Carbonaceous materials used in the production of aluminium - Sampling plans and sampling from individual units - Part 1: Cathode blocks (Материалы углеродистые для производства алюминия. Планы выборочного контроля и отбор проб из отдельных единиц. Часть 1. Катодные блоки) |
[5] | ISO 8007-2 | Carbonaceous materials used in the production of aluminium - Sampling plans and sampling from individual units - Part 2: Prebaked anodes (Материалы углеродистые для производства алюминия. Планы выборочного контроля и отбор проб из отдельных единиц. Часть 2. Предварительно обожженные аноды) |
[6] | ASTM Practice E 691-99 | Standard practice for conducting an interlaboratory study to determine the precision of a test method (Стандартная практика проведения межлабораторных исследований для определения прецизионности метода испытания) |
[7] | DIN 51908 | Материалы твердые углеродные. Сравнительный метод определения удельной теплопроводности при комнатной температуре |
УДК 621.3.035:006.354 | ОКС 71.100.10 |
Ключевые слова: материалы углеродные, производство алюминия, аноды, катодные блоки, боковые блоки, обожженная набивная подовая масса, теплопроводность, сравнительный метод измерения | |
Электронный текст документа
и сверен по:
, 2019