孙红涛

摘 要：石墨电极具有较强的应用性，适用范围相对广阔，但受温度影响比较明显，本文简要分析了石墨电极的性能表现，重点阐述温度对石墨电极性能优势发挥产生的影响，只有解决了温度问题，才能确保此类电极在炼钢、导电等方面的功能充分落实，从而有效提高生产质量与效率，推动石墨电极相关行业进一步发展。

关键词：温度变化;石墨电极;性能优化

前言：通过分析可知，石墨电极是一种以石油焦、沥青焦为骨料，将煤沥青充作粘结剂，在煅烧之后把原料磨成粉并与配料按照一定比例融合，通过混捏、成型、焙烧、浸渍等程序加工制造成的石墨质导电材料，具有极强的耐高温性。人造石墨电极相较于天然石墨电极在抵御高温、导电等方面具有更明显的应用优势。

一、石墨电极性能简述

（一）可作耐火材料

由于石墨具有较强的耐火性，故而可以被用来生产耐火材料，比如当前市场上比较常见的坩埚、耐火砖、铸模芯、连续铸造粉、耐高温材料等。随着现代科学技术的不断发展进步，镁碳砖等耐火材料在炼钢炉内衬中的应用越来越广泛、铝碳砖内在连续铸造中的应用性逐渐增强，加强了石墨材料与冶金行业的联系，对推动两个行业发展进步起到了十分重要的作用。

（二）用于炼钢增碳剂

石墨在炼钢等冶金过程中通常被用作增碳剂，在现今技术的支持下，能够被应用于渗碳环节的碳质材料逐渐增多，其中渗透性最强的材料具体包括天然石墨、人造石墨、冶金焦炭、石油焦等。尽管石墨电极相关技术的应用水平得到提高，但在具体使用过程中仍存在一些问题，例如温度变化、石墨类型等需要研究人员深化解决。

（三）极强的导电性

石墨电极的应用范围极广，在各种合金钢、钛合金的冶炼施工中都能看到，若是能够充分发挥石墨电极的应用优势，便可利用导电性将强大的电流导入电炉的熔炼区，利用电弧将电能转化为热能，以此实现熔炼合金的目的。另外，在电解钠、镁、铝等金属时，可以利用石墨电极替换传统阳极电极，但为了保证电极应用质量，需要将粒度控制在150—325目（即0.1mm—0.042mm）之间，有害杂质必须控制在10%以下，如此才能有效提高石墨电极的品味（90%—99%）[1]。

二、温度对石墨电极性能的影响

（一）炉芯温度与石墨电极

如图1所示，整个石墨电极的温度分布相对均匀，大部分温度都被控制在90至150摄氏度之间（除炉芯在外）。经过调查研究显示，石墨电极在不同环境下的氧化温度极限不同，比如在水蒸气中其温度限值为700摄氏度，在空气中的限值为450摄氏度，在碳酸环境下温度不得超过或低于900摄氏度，通过对图1进行分析，可以发现该石墨电极并未达到该环境的温度限制，电极能够正常使用。由于炉芯温度与石墨电极的影响性较强，尽管当前不少企业选择使用保护设置石墨电极功能发挥提供支持，但毕竟不是长久之计，所以研究人员要针对石墨电极专属冷却设备或技术进行深化研发，降低电极表面的氧化速度，延长石墨电极的使用寿命。如，在石墨电极的表面喷涂一层隔绝性与耐高温性较强的喷涂材料，一方面降低了冷却设备的运行成本与资源消耗，另一方面解决了石墨电极因炉芯温度过高而氧化速度加快的问题。

（二）电极温度与杂质颗粒

现阶段，市场上的碳化硅多采用石墨电极作为合成材料，主要原因是石墨微晶在室温下的导热率为2400W/（m？K），有利于提高导热与加热速度。但在具体应用过程中，因为石墨电极组成材料中含有较多杂质且粒径不一，所以电极孔隙率比较高，导致石墨电极的导热率并未真正达到最高值，普遍维持在70W/（m？K）—150W/（m？K）区间内，严重降低了电极的实际应用价值[2]。通过对多数石墨电极进行分析，发现要对杂质“SiC”提高重视，在解决杂质颗粒与石墨电极可承受温度矛盾时，研究人员针对不同尺寸的杂质粒径建立了分析模型，主要研究杂质粒径与电极温度场造成的影响，具体结果如图2所示。

由图可知，无杂质的石墨电极温度分布梯度比较小，随着杂质粒径不断加大，石墨电极内外部温度开始持续增加，耐高温性呈现出不断下降的现象。之所以会发生这种问题，根本原因是杂质“SiC”的导热系数小于石墨且电阻率大于电极，有该杂质的地方温度自然高于其他部位，使得石墨电极受热不均匀，不仅令其使用寿命缩短，还阻碍了功能优势发挥。

（三）石墨电极在高温下的消耗特征及监测方法

1.消耗特征

石墨电极在高温下的消耗主要表现为两种：一是在氧化、侵蚀、升华等作用条件下被持续消耗，主要耗损部位是端头与侧壁;二是在热端断裂、残端脱落、热冲击剥落等作用下发生的非连续性消耗，主要耗损原因是温度差造成的热应力破坏。一般只有当石墨电极被应用于炼钢冶金行业时受到温度的影响最大，目前采用最多的炼钢炉是交流炼钢电炉，此类型炉子存在较强的三相电极柱的临近效应、集肤效应，使得石墨电极在加热过程中经常出现交流电弧偏弧外吹现象，尤其是在炼钢电炉进入超高功率作业后，石墨电极的消耗大幅度提升，对其性能应用的稳定性造成严重影响。

2.三相平衡在线监测

应用三相平衡在线监测系统对石墨电极的损耗进行实时监控，有利于延长该电极的使用寿命，是企业降低经济成本消耗与提高生产效率的关键手段。第一，采用三相平衡在线监测能够准确判断交流炼钢电炉中的时序状况，工作人员根据顺时针、逆时针提出的不同要求，判断三相功率与电热厂的动态平衡情况，一定程度上改善了相过载偏流问题，有利于降低石墨电极因不平衡劣工造成的热应力破坏损耗;第二，充分发挥三相平衡在线监测系统的作用，可以强化炼钢热区的集中性与稳定性，有利于避免相功率、温度场失衡，不仅在极大程度上降低了因上述原因造成的炉料塌料砸断石墨电极现象所产生的非正常损失，还减少了因交流电弧偏弧外吹造成的炉衬耐火材料异常损失量。

結束语：综上所述，石墨电极拥有相对广阔的应用市场，即可被用作耐火材料，又能被视为炼钢增添剂，具有较强的导电性。若是温度变化不稳定，会令石墨电极功能受到影响，炉芯温度对电极制约性较强，杂质粒径同样具有阻碍作用，因此企业要采用三相平衡在线监测技术对石墨电极所处温度进行实时监测、调控。

参考文献：

[1]张登跃.石墨电极高温热应力和热应变的研究[J].炭素技术，2018，37（05）：50-53+63.

[2]多孔石墨烯复合材料可增强电极性能[J].润滑与密封，2017，42（06）：46.