اختبار المقاومة للحرارة -لأقطاب الجرافيت فائقة الطاقة

ما أهمية مقاومة الحرارة للأقطاب الكهربائية فائقة الطاقة-.

تحمل أقطاب الجرافيت-ذات الطاقة العالية جدًا (UHP) التيار إلى قوس فرن القوس الكهربائي، حيث يواجه طرف القطب درجات حرارة قوسية تصل إلى عدة آلاف من الدرجات المئوية بينما يظل العمود العلوي أكثر برودة بكثير. يتعرض كل من جسم الجرافيت ومفصل الحلمة والخيط إلى تدرجات حادة في درجة الحرارة، ويجب أن يتحملوا التسخين والتبريد المتكرر أثناء شحن الفرن وصهره واستغلاله. وبالتالي فإن مقاومة الحرارة ليست رقمًا واحدًا، بل مجموعة من الخصائص التي تصف معًا كيفية تصرف القطب عندما يكون ساخنًا.

اختبار النقع بدرجة الحرارة العالية

يحتفظ الاختبار الأول بالعينة عند درجة حرارة عالية يتم التحكم فيها لفترة محددة ويتحقق مما إذا كانت الموصلية وسلوك نقل الحرارة يظلان مستقرين. يتم استخدام صندوق ذو درجة حرارة ثابتة عالية أو فرن مختبر، ويتم إحضار العينة إلى درجة الحرارة ببطء بحيث يتم تجنب الإجهاد الحراري الذي لا يشكل جزءًا من الاختبار. قبل وبعد النقع، يسجل المختبر المقاومة الكهربائية وتغير الكتلة، وكذلك تغير الأبعاد عند الحاجة. تُظهر العينة التي تكتسب كتلة من خلال الأكسدة، أو تفقد الكتلة من خلال تطاير المادة الرابطة، أن مقاومتها للأكسدة أو نظام الرابطة الخاص بها غير مناسب لخدمة UHP.

اختبار الصدمة الحرارية

تكون أقطاب الجرافيت عرضة للتشقق والتمزق عندما يتم تسخينها بسرعة ثم تبريدها بسرعة، وهو ما يحدث في الفرن عندما يتم شحن الخردة الباردة بالقرب من قطب كهربائي ساخن أو عند انقطاع التيار الكهربائي. وبالتالي، يقوم اختبار الصدمة الحرارية بتسخين العينة إلى درجة حرارة عالية ثم إخمادها، في الهواء أو في وسط تبريد، وتكرر الدورة. بعد الدورات، يتم فحص العينة بحثًا عن الشقوق والتقطيع وفقدان القوة. يعكس الاختبار معامل التمدد الحراري، ومعامل المرونة والبنية المجهرية للجرافيت، لأن التمدد المنخفض المقترن بمعامل معتدل يسمح للمادة بامتصاص الإجهاد الحراري دون أن تتكسر.

الخصائص الرئيسية التي تحكم مقاومة الحرارة

يتم تحديد المقاومة الحرارية للقطب UHP إلى حد كبير من خلال الخصائص المذكورة أدناه. تعتبر القيم نموذجية لمواد درجة UHP؛ تُظهر درجات الطاقة العادية (RP) والطاقة العالية (HP) مقاومة أعلى وكثافة ظاهرية أقل وتمددًا حراريًا أعلى.

ملكية	وحدة	القطب	حلمة الثدي
المقاومة الكهربائية	ميكرو-أوم متر	4.6-6.0	3.5-4.5
قوة الانحناء، دقيقة	الآلام والكروب الذهنية	11.0	18.0
معامل المرونة، كحد أقصى	المعدل التراكمي	13.0	15.0
الكثافة الظاهرية	جم/سم3	1.65-1.75	1.75-1.82
الرماد، كحد أقصى	%	0.3	0.3
مرض الاعتلال الدماغي المزمن، 100-600 درجة مئوية	10-6 لكل ج	1.30-1.50	1.20-1.40

يعد معامل التمدد الحراري المنخفض الخاصية الأكثر أهمية لمقاومة الصدمات الحرارية، لأن التمدد يولد الضغط الذي يؤدي إلى تشقق القطب الكهربي. يسمح المعامل المرن المعتدل بامتصاص تلك السلالة بشكل مرن بدلاً من تركيزها عند العيب. تدعم الكثافة الظاهرية العالية والرماد المنخفض مقاومة الأكسدة، نظرًا لأن الشوائب المكونة للرماد - تحفز التفاعل بين الجرافيت والأكسجين، كما تحافظ قوة الانحناء على سلامة المفصل عندما يتعرض العمود لحمل ميكانيكي.

إجراءات الاختبار والتقييم

أخذ العينات:يتم قطع العينات من أقطاب الإنتاج أو من مادة الحلمة، ويتم تسجيل موقعها لأن الخصائص تختلف على طول القطب المضغوط.

مرحلة النقع:يتم تسخين العينة إلى درجة حرارة الاختبار، ويتم الاحتفاظ بها هناك، ثم يتم تبريدها تحت السيطرة قبل قياس المقاومة والكتلة مرة أخرى.

دورة إخماد:ويتم تبريد العينة الساخنة بسرعة وفحصها؛ يتم تكرار الدورة بحيث يمكن ملاحظة بدء الكراك ونمو الكراك.

اختبارات الملكية:يتم قياس المقاومة، وقوة الانحناء، ومعامل المرونة، والكثافة الظاهرية، والرماد، وCTE باستخدام الطرق المعملية القياسية لمنتجات الكربون.

قبول:وتتم مقارنة النتائج بحدود UHP الواردة في الجدول أعلاه؛ يتم رفض العينة التي تفشل في القوة أو التمدد لاستخدام UHP حتى لو كانت مقاومتها مقبولة.

يتم إجراء الاختبار على الأقطاب الكهربائية الجاهزة بدلاً من فحم الكوك الخام لأن خطوات الخبز والجرافيت تحدد البنية البلورية النهائية. تسمح سجلات الدفعات التي تربط نتائج الاختبار بظروف الجرافيت للمنتج بتتبع أي انحراف في مقاومة الحرارة مرة أخرى إلى العملية.

التعليمات

س: ما هو اختبار المقاومة للحرارة -لقطب الجرافيت فائق الطاقة؟
إنه زوج من الاختبارات المعملية: اختبار نقع بدرجة حرارة عالية يتحقق من التوصيل المستقر ونقل الحرارة، واختبار الصدمة الحرارية الذي يسخن العينة ويرويها بشكل متكرر للكشف عن التشقق.

س: ما هي الخاصية التي تتنبأ بشكل أفضل بمقاومة الصدمات الحرارية؟
معامل التمدد الحراري هو الخاصية السائدة، مدعومًا بمعامل المرونة، لأنهما معًا يحددان مقدار الضغط الحراري الذي يمكن أن يمتصه الجرافيت قبل أن ينكسر.

س: ما هي المعدات المستخدمة لاختبار درجة الحرارة العالية؟
يتم استخدام صندوق ذو درجة حرارة ثابتة عالية أو فرن معملي مع تسخين وتبريد يمكن التحكم فيه، بحيث يتم نقع العينة بشكل موحد وتبريدها دون إجهاد حراري غير متحكم فيه.

س: كيف يختلف القطب الكهربائي UHP عن درجات RP وHP؟
تتميز مادة UHP بمقاومة كهربائية أقل، وكثافة كبيرة أعلى، وقوة انحناء أعلى وتمدد حراري أقل، مما يسمح لها بحمل تيار أعلى في فرن القوس.

س: لماذا يكون محتوى الرماد محدودًا في أقطاب UHP؟
تعمل الشوائب المكونة للرماد- على تحفيز أكسدة الجرافيت وزيادة المقاومة، لذلك يتم الاحتفاظ بمحتوى الرماد في أقطاب UHP منخفضًا للغاية.

س: كم مرة يجب اختبار الأقطاب الكهربائية؟
يتم عادةً إجراء اختبارات المقاومة للحرارة على كل دفعة إنتاج أو على تردد محدد لأخذ العينات، بحيث يتم اكتشاف التغيرات في المواد الخام أو ظروف الرسم البياني قبل الشحن.