Kiểm tra khả năng chịu nhiệt của điện cực than chì công suất cực cao-

Tại sao khả năng chịu nhiệt lại quan trọng đối với điện cực công suất cực cao-

Các điện cực than chì công suất cực cao (UHP) mang dòng điện vào hồ quang của lò hồ quang điện, trong đó đầu điện cực đối mặt với nhiệt độ hồ quang vài nghìn độ C trong khi cột phía trên vẫn mát hơn nhiều. Thân than chì, khớp núm và sợi đều trải qua các gradient nhiệt độ dốc và chúng phải tồn tại trong quá trình gia nhiệt và làm mát nhiều lần khi lò được nạp, tan chảy và gõ nhẹ. Do đó, khả năng chịu nhiệt không phải là một con số duy nhất mà là một tập hợp các đặc tính cùng nhau mô tả cách thức hoạt động của điện cực khi nó nóng.

Thử nghiệm ngâm nhiệt độ cao

Thử nghiệm đầu tiên giữ mẫu ở nhiệt độ cao được kiểm soát trong một khoảng thời gian xác định và kiểm tra xem tính dẫn điện và truyền nhiệt có ổn định hay không. Sử dụng hộp nhiệt độ không đổi ở nhiệt độ cao hoặc lò nung trong phòng thí nghiệm và mẫu được đưa đến nhiệt độ từ từ để tránh được ứng suất nhiệt không phải là một phần của thử nghiệm. Trước và sau khi ngâm, phòng thí nghiệm ghi lại điện trở suất và sự thay đổi khối lượng cũng như sự thay đổi kích thước khi cần thiết. Một mẫu tăng khối lượng thông qua quá trình oxy hóa hoặc mất khối lượng do sự bay hơi của chất kết dính, cho thấy khả năng chống oxy hóa hoặc hệ thống chất kết dính của nó không đủ để sử dụng cho UHP.

Kiểm tra sốc nhiệt

Các điện cực than chì dễ bị nứt và vỡ khi chúng được làm nóng nhanh và sau đó làm nguội nhanh, điều này xảy ra trong lò khi phế liệu nguội được tích điện gần điện cực nóng hoặc khi nguồn điện bị gián đoạn. Do đó, thử nghiệm sốc nhiệt làm nóng mẫu đến nhiệt độ cao rồi làm nguội mẫu trong không khí hoặc trong môi trường làm mát và lặp lại chu trình. Sau chu kỳ, mẫu thử được kiểm tra các vết nứt, sứt mẻ và mất độ bền. Thử nghiệm phản ánh hệ số giãn nở nhiệt, mô đun đàn hồi và cấu trúc vi mô của than chì, bởi vì độ giãn nở thấp kết hợp với mô đun vừa phải cho phép vật liệu hấp thụ biến dạng nhiệt mà không bị gãy.

Các đặc tính chính chi phối khả năng chịu nhiệt

Khả năng chịu nhiệt của điện cực UHP phần lớn được xác định bởi các đặc tính được liệt kê dưới đây. Các giá trị này là điển hình cho loại vật liệu UHP; Cấp công suất thông thường (RP) và cấp công suất cao (HP) cho thấy điện trở suất cao hơn, mật độ khối thấp hơn và độ giãn nở nhiệt cao hơn.

Tài sản	Đơn vị	Điện cực	núm vú
Điện trở suất	máy đo micro{0}}ohm	4.6-6.0	3.5-4.5
Độ bền uốn, tối thiểu	MPa	11.0	18.0
Mô đun đàn hồi, tối đa	GPa	13.0	15.0
Mật độ lớn	g/cm3	1.65-1.75	1.75-1.82
Tro, tối đa	%	0.3	0.3
CTE, 100-600 C	10-6 mỗi C	1.30-1.50	1.20-1.40

Hệ số giãn nở nhiệt thấp là đặc tính quan trọng nhất đối với khả năng chống sốc nhiệt, vì sự giãn nở tạo ra biến dạng làm nứt điện cực. Mô đun đàn hồi vừa phải cho phép biến dạng đó được hấp thụ đàn hồi thay vì tập trung tại khuyết tật. Mật độ khối cao và tro thấp hỗ trợ khả năng chống oxy hóa, vì tro-tạo thành tạp chất xúc tác cho phản ứng giữa than chì và oxy, đồng thời độ bền uốn giữ cho mối nối không bị ảnh hưởng khi cột chịu tải trọng cơ học.

Quy trình kiểm tra và đánh giá

Lấy mẫu:mẫu vật được cắt từ điện cực sản xuất hoặc từ vật liệu núm vú và vị trí của chúng được ghi lại vì các đặc tính thay đổi dọc theo chiều dài của điện cực được ép.

Giai đoạn ngâm:mẫu được làm nóng đến nhiệt độ thử nghiệm, giữ ở đó và làm nguội có kiểm soát trước khi đo lại điện trở suất và khối lượng.

Chu kỳ dập tắt:mẫu nóng được làm nguội nhanh chóng và được kiểm tra; chu trình này được lặp lại để có thể quan sát được cả sự khởi đầu và sự phát triển của vết nứt.

Kiểm tra tài sản:điện trở suất, độ bền uốn, mô đun đàn hồi, mật độ khối, tro và CTE được đo bằng các phương pháp tiêu chuẩn trong phòng thí nghiệm đối với các sản phẩm cacbon.

Chấp nhận:kết quả được so sánh với giới hạn UHP ở bảng trên; một mẫu không đạt độ bền hoặc độ giãn nở sẽ bị từ chối sử dụng UHP ngay cả khi điện trở suất của nó có thể chấp nhận được.

Thử nghiệm được thực hiện trên các điện cực đã hoàn thiện thay vì trên than cốc thô vì các bước nung và tạo than chì thiết lập cấu trúc tinh thể cuối cùng. Hồ sơ lô liên kết các kết quả kiểm tra với các điều kiện than chì hóa cho phép nhà sản xuất theo dõi bất kỳ sự thay đổi nào về khả năng chịu nhiệt trong quá trình.

Câu hỏi thường gặp

Hỏi: Thử nghiệm khả năng chịu nhiệt của điện cực than chì công suất cực cao là gì?
Đó là một cặp thử nghiệm trong phòng thí nghiệm: thử nghiệm ngâm ở nhiệt độ cao để kiểm tra độ dẫn điện và truyền nhiệt ổn định, và thử nghiệm sốc nhiệt làm nóng và làm nguội mẫu thử nhiều lần để phát hiện vết nứt.

Hỏi: Đặc tính nào dự đoán tốt nhất khả năng chống sốc nhiệt?
Hệ số giãn nở nhiệt là đặc tính nổi trội, được hỗ trợ bởi mô đun đàn hồi, bởi vì chúng cùng nhau xác định mức độ biến dạng nhiệt mà than chì có thể hấp thụ trước khi nó bị đứt.

Hỏi: Thiết bị nào được sử dụng để kiểm tra nhiệt độ cao?
Sử dụng hộp nhiệt độ không đổi ở nhiệt độ cao hoặc lò nung trong phòng thí nghiệm có hệ thống gia nhiệt và làm mát được kiểm soát để mẫu được ngâm đồng đều và làm mát mà không bị áp lực nhiệt không kiểm soát được.

Hỏi: Điện cực UHP khác với loại RP và HP như thế nào?
Vật liệu UHP có điện trở suất thấp hơn, mật độ khối cao hơn, độ bền uốn cao hơn và độ giãn nở nhiệt thấp hơn, cho phép nó mang dòng điện cao hơn trong lò hồ quang.

Hỏi: Tại sao hàm lượng tro bị giới hạn trong điện cực UHP?
Tạp chất-tạo thành tro xúc tác quá trình oxy hóa than chì và tăng điện trở suất, do đó hàm lượng tro của điện cực UHP được giữ ở mức rất thấp.

Hỏi: Bao lâu thì nên kiểm tra các điện cực?
Các thử nghiệm về khả năng chịu nhiệt thường được thực hiện trên từng lô sản xuất hoặc theo tần suất lấy mẫu xác định, để phát hiện những thay đổi về điều kiện nguyên liệu thô hoặc quá trình tạo than chì trước khi vận chuyển.