曹元勛++張志義++鄭文崗++劉建偉

摘 要：在煉鋼過程中產(chǎn)生質(zhì)量問題的主要原因之一是由于石墨電極接頭的電阻率偏高。在電弧爐煉鋼的過程中，如果電極本體與接頭連接處電阻值偏高，那么通電后，該部位會因為導(dǎo)電性能的偏低，引起打弧、燒損、脫落甚至折斷等情況，導(dǎo)致煉鋼中石墨電極的消耗增加，給煉鋼爐的正常生產(chǎn)帶來很大影響。石墨電極電阻率作為炭素制品及其原材料的重要物理性能指標，石墨電極電阻率的測定對指導(dǎo)石墨電極生產(chǎn)及其制品的應(yīng)用具有十分重要的意義。該文主要以自主開發(fā)的石墨電極電阻率檢測裝置為主體，采取理論研究與實驗分析相結(jié)合的研究方法，并通過實例和數(shù)據(jù)分析石墨電極電阻率的有關(guān)要點。

關(guān)鍵詞：石墨電極 電阻率 檢測

中圖分類號：TM934.16 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（c）-0005-02

在國標GB24525-2009《炭素材料電阻率測定方法》中，電阻率是表示材料通過電流時阻力大小的一種性質(zhì)。在數(shù)值上等于長為1，截面積為1m2的導(dǎo)體所具有的電阻值，以表示。根據(jù)歐姆定律和導(dǎo)體的特點可得出如下公式：

（1）

式中：

——導(dǎo)體的電阻率，單位為微歐姆米（）；

——導(dǎo)體兩端的電壓降，單位為毫伏（）；

——試樣的截面積，單位為平方毫米（）；

——通過導(dǎo)體的電流強度，單位為安培（）；

——導(dǎo)體的長度，單位為毫米（）。

注：結(jié)果保留小數(shù)點最后一位。數(shù)值修約為按GB/T 8170規(guī)定進行。

1 測電阻設(shè)備

電阻率是反映產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標之一，對指導(dǎo)生產(chǎn)具有重要的意義。因此，為了保證測量精度和提高檢測過程的自動化程度，本實驗室自主開發(fā)了ZZY-201型電阻率測量裝置，如圖1所示。

在設(shè)計ZZY-201型測電阻設(shè)備時，我們遵守兩項基本原則：（1）具有較高的測量精度和良好的重復(fù)性。（2）具有較高的自動化水平和簡單的操作方法。

測量過程中，我們將被測電極分為16個區(qū)間，并采用恒流源測得電壓降，變換出電阻值，再變換得到電阻率。為了提高測量精度，我們選用了Agilent 34401A型萬用表。

2 數(shù)據(jù)分析

我們選取圓柱形未加工的石墨電極，其規(guī)格為=510、=220，并取測量位置為距離石墨電極端面10處，且兩個電極之間的距離為120設(shè)定實驗電流為5A，利用公式（1），計算得到各組電阻率。通過對實驗數(shù)據(jù)進行分析，得到電阻率與相位之間關(guān)系，如圖3所示。

通過圖像可以推斷電阻率與相位之間大致保持三角函數(shù)關(guān)系，利用MATLAB進行數(shù)據(jù)后，我們得到了數(shù)據(jù)擬合圖像和電阻率數(shù)據(jù)的點陣分析圖像。

利用MATLB建立數(shù)學(xué)模型關(guān)系式為：

（2）

a1 =1.654 （-2.252e+04， 2.252e+04）

b1 =0.1943 （-1155， 1155）

c1 =0.6349 （-2824， 2825）

a2 =1.197 （-2.272e+04， 2.272e+04）

b2 =0.325 （-1041， 1042）

c2 =3.404 （-3204， 3210）

a3 =0.1668 （-2.366， 2.7）

b3 =1.709 （-3.738， 7.157）

c3 =2.61 （-12.44， 17.66）

將各組數(shù)據(jù)進行比較對各系數(shù)進行修正得：

a1=1.655，b1=0.1943，c1=0.635；

a2=1.197，b2=0.329， c2=3.404；

a3=0.167，b3=1.709， c3=2.585

最終求得的關(guān)系式：

（3）

3 數(shù)據(jù)的檢驗與結(jié)論的分析

如果將各個相位值帶入公式（3）后與實驗所測得的數(shù)據(jù)相比較在允許的誤差范圍之內(nèi)，則說明公式成立。我們利用MATLB對函數(shù)關(guān)系式進行檢驗，將相位值帶入求得電阻率與相位的關(guān)系圖。如圖6。并將實驗數(shù)據(jù)與用公示計算后的數(shù)據(jù)作比較，得到圖7可以發(fā)現(xiàn)用公式（3）求出的電阻率與實驗測得的電阻率之間在誤差允許范圍之內(nèi)比較吻合，所以可以得出結(jié)論：公式（3）成立于本實驗的測量數(shù)據(jù)。即由公式（3）所建立的數(shù)學(xué)模型符合電阻率與相位之間的關(guān)系。

參考文獻

[1] 李圣華.石墨s電極生產(chǎn)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1997.

[2] 冶金工業(yè)信息標準研究院冶金標準化研究所.炭素制品及其試驗方法標準匯編（第三版）[M].北京：中國標準出版社，2012.

[3] 劉章琦.炭素制品電阻率測定的深討[J].炭素技術(shù)，1994.

[4] 王曉影，孫麗榮.石墨電極與接頭加工精度及檢測方法[J].炭素技術(shù)，2001（4）：39-42.

[5] 張禮佑.石墨電極實時測量系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].湖南：湖南工業(yè)大學(xué)，2010.