石墨电极的质量指标

反映石墨电极质量和使用性能的指标主要有：体积密度db、电阻率ρ、抗折强度σ、弹性模量E、热膨胀系数α和灰分A%。根据这几项指标的差异以及原料和制造工艺的不同，国家标准(YB/T4088/89/90-2000)中将石墨电极分为普通功率石墨电极（RP）、高功率石墨电极（HP）、超高功率石墨电极（UHP）三种。后石墨电极生产厂根据用户使用需求增加了高体密石墨电极（HD）和准超高石墨电极（SHP）两种。

在国家标准基础上，各企业有自己的企业标准，客户订货时也会提出自己的质量标准。

下表为方大炭素的RP、HP及UHP电极内控质量标准

l体积密度是石墨电极试样的质量与其体积的比值，单位g/cm3，体积密度越大说明电极越密实，与强度、抗氧化性能是正相关，一般而言，同品种电极体积密度越大，其电阻率也越低。

提高体积密度的途径是：调整配方、增加小粒级料和粉料用量，用真密度高的焦，使用结焦值高的沥青和增加浸渍次数等。

l电阻率是来衡量电极的导电能力的参数，是指电流通过导体时，导体对电流阻力的一种性质，数值上等于长度为1m、截面积为1m2的导体在一定温度条件下的电阻值，单位μΩ·m。电阻率越低，电极在使用中导电性越好、消耗就越低。

降低电阻率的途径有：使用优质原料，提高制品体积密度，提高石墨化温度等。

l抗折强度是表征石墨材料的力学性能的参数，也叫抗弯强度，是指当外力与物体轴线相垂直，物体受外力作用后先呈弯曲到折断瞬间的极限抵抗能力，单位为MPa。石墨材料的强度有个与其他金属非金属显著不同的特点，其强度随温度升高而增大，在2000-2500℃达到最高，为常温的1.8-2倍，之后有所下降。强度高的电极、接头，在使用中越不易折断。

提高抗折强度的途径是：减小配方中焦炭的粒度，提高炭质原料强度，提高制品的体积密度，减少制品内部缺陷等。

l弹性模量是力学性能的一个重要方面，是衡量材料弹性形变能力的指标，指材料在弹性变形范围内，应力和应变的比值，单位为GPa。弹性模量越大，要产生一定弹性变形所需的应力越大，简单讲，弹性模量越大材料越脆，弹性模量越小材料越柔。

弹性模量的高低对电极使用起一个综合性的作用，制品的体积密度越高越密实，弹性模量越大，但制品的抗热振性能越差，越易产生开裂掉块。在生产中，往往通过配方粒级的调整、制品体积密度的高低掌握一个比较适应使用要求的弹性模量值。

l热膨胀系数是指材料受热后膨胀程度的度量，即当温度升高1℃时，引起单位的固体材料试样在某一特定方向上的膨胀比例常数，称为沿该方向的线膨胀系数，单位1×10-6/℃。在没有特别注明之处，热膨胀系数均指线膨胀系数，石墨电极轴向和径向线膨胀系数差异很大，径向要比轴向大0.8-1倍，石墨电极质量指标中的热膨胀系数是指轴向热膨胀系数。

石墨电极的热膨胀系数是非常重要的热学参数，数值越低，表明制品的热稳定性越强，抗氧化性越高，表现在使用上反映出折断越少，消耗越低。

降低热膨胀系数的途径：主要由原料固有性能决定使用质量好的原料，配方使用粒度较大配方或增加大颗粒用量（但会使制品密度和强度降低）。

l灰分是指制品中除碳石墨之外的其他固体元素含量。石墨电极中的灰分主要受所用原料的灰分大小影响，石油焦针状焦灰分较低，所以石墨电极灰分一般不超过0.5%，灰分含量在1%以内对炼钢无明显影响，但灰分中的杂质元素会降低电极的抗氧化性能。

l抗热振因子是表征抗热振性能的参数，抗热振性能是材料自身的一种特性，它表述的是承受急冷急热的一种性能，换句话说，是材料在一定的温度梯度之下抗碎裂的一种性能，是影响电极使用的一个很重要的综合性的因素。

K——抗热震因子，w/m；σ——抗拉强度，MPa；E——弹性模量，MPa；λ——热导率，w/m·k；α——热膨胀系数，1/KK为一相对值，该值越大，抗热振性能就越强。石墨电极的K值与其在电弧炉中的表现有着较高的相关性，即较高的K值，对应于电极较低的破碎和断裂。

l电炉炼钢简介

近现代炼钢方法主要有转炉炼钢法、平炉炼钢法和电炉炼钢法。平炉炼钢法已基本被淘汰，电炉炼钢法与转炉炼钢法最根本的差别在于，电炉炼钢法是以电能作为热源，而电弧炉炼钢是应用得最为普遍的电炉炼钢方法。我们通常所说的电炉炼钢，主要是指电弧炉炼钢，因为其他类型的电炉如感应电炉、电渣炉等所炼的钢数量较少。

电弧炉炼钢是靠电极和炉料间放电产生的电弧，使电能在弧光中转变为热能，并借助辐射和电弧的直接作用加热并熔化金属和炉渣，冶炼出各种成分的钢和合金的一种炼钢方法。

l石墨电极的消耗机理

石墨电极在电炉炼钢中的消耗量主要与电极本身质量有关，也与炼钢的炉况（如炉子新旧、有无机械故障、是否连续生产等）和炼钢操作（如冶炼钢种、吹氧时间、炉料情况等）关系很大。这里只探讨石墨电极本身的消耗情况，其消耗机理有以下几方面：

n端部消耗包括电弧高温引起的石墨材料升华以及电极端部与钢水及炉渣发生化学反应的损失。端部高温升华速率主要取决于通过电极的电流密度，其次与电极侧部氧化后的直径大小有关，端部消耗还与是否用电极插入钢水增炭有关。

n侧部氧化电极的化学成分是碳，碳在一定条件下与空气、水蒸气、二氧化碳都会发生氧化反应，电极侧部氧化量与单位氧化速率和暴露面积有关。一般情况下，电极侧部氧化量要占电极总消耗量的50%左右。近年来为了提高电炉冶炼速度，更增加了吹氧操作的频次，导致电极的氧化损失增加。在炼钢过程中经常观察电极躯干的发红程度和下端的锥度是衡量电极抗氧化能力的直观方法。

n残端损失电极连续使用到上下两根电极连接处时，一小段电极或接头（即残体）因本体的氧化变细或裂纹的贯通而产生脱离。残端损失的大小与接头形状扣型、电极内部结构、电极柱的振动、撞击有关。

n表面剥落及掉块在冶炼过程中急冷急热，电极自身的抗热振性能差导致的结果。

n电极折断包括电极躯干折断和接头折断。电极折断与石墨电极和接头的自身质量、加工配合有关，也与炼钢操作有关，产生原因往往是钢厂与电极生产厂争议的焦点。

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