本文對(duì)東莞石墨電極的抗熱震性能進(jìn)行了分析。文章圍繞炭/東莞石墨電極的發(fā)展歷史,對(duì)抗熱展性能的認(rèn)識(shí),原料和工藝條件對(duì)東莞石墨電極抗熱震準(zhǔn)數(shù)的影響等進(jìn)行了闡述。
石墨電極1
1東莞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)的存在是東莞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)東莞石墨電極被破壞的實(shí)質(zhì)。東莞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),因此描述東莞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
影響東莞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。根本的因素是東莞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,所以東莞石墨電極的質(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),是東莞石墨電極生產(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)度有利于提高東莞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。提高東莞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。
第一車間
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