石墨電極的抗熱震性及其影響因素

1石墨電極在高溫下使用時(shí)能經(jīng)受溫度的劇烈變化而不被破壞的性能稱為抗熱震性。線膨脹性質(zhì)的存在是石墨電極在溫度劇烈波動(dòng)下破壞的根本原因，如從高溫急劇冷卻時(shí)，電極表面因收縮而產(chǎn)生拉應(yīng)力；反之，從低溫向高溫急劇變化時(shí)，會(huì)因體積膨脹而產(chǎn)生剪切應(yīng)力。當(dāng)產(chǎn)生的應(yīng)力超過(guò)了電極本體或接頭的極限機(jī)械強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)引起開(kāi)裂或斷裂，這是溫度急劇變化時(shí)石墨電極被破壞的實(shí)質(zhì)。石墨電極的抗熱震性主要與其本身的線膨脹系數(shù)、抗拉強(qiáng)度、熱導(dǎo)率和彈性模量四項(xiàng)指標(biāo)有關(guān)，因此描述石墨電極的抗熱震性的抗熱震準(zhǔn)值常用以下公式表達(dá):

R=SaE

式中.R—抗熱震準(zhǔn)值；

入熱導(dǎo)率；

S—抗拉強(qiáng)度；

a線膨脹系數(shù)；

E彈性模量

影響石墨電極的抗熱震性除了上述四項(xiàng)指標(biāo)外，比熱容、密度也對(duì)抗熱震性產(chǎn)生一定影響，因此可將影響抗熱震性大小的因素從三個(gè)方面加以分析。

11.產(chǎn)生熱應(yīng)力的因素。根本的因素是石墨電極的線膨脹性質(zhì)，很明顯，電極的線膨脹系數(shù)越小，在其他指標(biāo)相同時(shí)抗熱震性也應(yīng)越好。在考慮線膨脹系數(shù)的影響時(shí)，不僅要注意到線膨脹系數(shù)的大小，還要注意到隨溫度變化時(shí)的膨脹均勻性。電極的熱導(dǎo)率被比熱容和密度相除得出一個(gè)新的指標(biāo)“溫度傳導(dǎo)系數(shù)”c元，在其他指標(biāo)相同時(shí)，溫度傳導(dǎo)系數(shù)越高，產(chǎn)生的應(yīng)力越小。

2.緩沖熱應(yīng)力的因素。彈性模量是影響緩沖熱應(yīng)力的主要因素，電極的彈性模量越小，表明其彈性性質(zhì)越好，緩沖熱應(yīng)力的能力越強(qiáng)，也即抗熱震性越好。采用粗顆粒配方，可降低成品的彈性模量，所以石墨電極的質(zhì)量指標(biāo)中對(duì)彈性模量規(guī)定了上限，既要提高產(chǎn)品機(jī)械強(qiáng)度又要使彈性模量控制在一定范圍內(nèi)，是石墨電極生產(chǎn)工藝上的一個(gè)難題。

3.抵抗熱應(yīng)力的因素。熱應(yīng)力產(chǎn)生以后，能否使電極破裂，這與電極本身抵抗熱應(yīng)力的能力有關(guān)。如果電極具有較高的抗拉強(qiáng)度和抗剪切強(qiáng)度，則在溫度急劇變化的情況下就能抵抗熱應(yīng)力的破壞作用，電極仍能完好使用。因此提高抗拉強(qiáng)度和抗剪切強(qiáng)度有利于提高石墨電極的抗熱震性能。

從上述三點(diǎn)出發(fā)，可將抗熱震準(zhǔn)值改用如下公式計(jì)算；

式中R—抗熱震準(zhǔn)值，單位為W/m；

1—熱導(dǎo)率，單位為W/(m·K)；

S—抗拉強(qiáng)度，單位為Pa；

a—線膨脹系數(shù)，單位為1/K；

E—彈性模量，單位為Pa；

C.—電極的比熱容，單位為J/mol·℃；

D.—電極的密度，單位為g/cm。

增大石墨制品的密度，一般來(lái)說(shuō)，機(jī)械強(qiáng)度也相應(yīng)增加，但彈性煤量和線膨脹系數(shù)也呈上升的趨勢(shì)，這不利于提高制品的抗熱零性，所以提高制品的熱性能和機(jī)械性能必須予以綜合考慮，單維采用浸資的方法提高制品的強(qiáng)度而不考慮提高石墨化程度，使用效果并不理想。提高石墨電極的抗熱震性首先應(yīng)選用線形脹系數(shù)低的原料（針狀焦）和合適的粒度組成，在采用浸漬方法增加機(jī)械強(qiáng)度的同時(shí)，提高石墨化的溫度。

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