石墨電極電阻率的檢測方法的研究

曹元勛++張志義++鄭文崗++劉建偉

摘 要：在煉鋼過程中產生質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，該部位會因為導電性能的偏低，引起打弧、燒損、脫落甚至折斷等情況，導致煉鋼中石墨電極的消耗增加，給煉鋼爐的正常生產帶來很大影響。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石墨電極生產及其制品的應用具有十分重要的意義。該文主要以自主開發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合的研究方法，并通過實例和數據分析石墨電極電阻率的有關要點。

關鍵詞：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。在數值上等于長為1，截面積為1m2的導體所具有的電阻值，以表示。根據歐姆定律和導體的特點可得出如下公式：

（1）

式中：

——導體的電阻率，單位為微歐姆米（）；

——導體兩端的電壓降，單位為毫伏（）；

——試樣的截面積，單位為平方毫米（）；

——通過導體的電流強度，單位為安培（）；

——導體的長度，單位為毫米（）。

注：結果保留小數點最后一位。數值修約為按GB/T 8170規定進行。

1 測電阻設備

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

在設計ZZY-201型測電阻設備時，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 數據分析

我們選取圓柱形未加工的石墨電極，其規格為=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。通過對實驗數據進行分析，得到電阻率與相位之間關系，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關系，利用MATLAB進行數據后，我們得到了數據擬合圖像和電阻率數據的點陣分析圖像。

利用MATLB建立數學模型關系式為：

（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）

將各組數據進行比較對各系數進行修正得：

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

最終求得的關系式：

（3）

3 數據的檢驗與結論的分析

如果將各個相位值帶入公式（3）后與實驗所測得的數據相比較在允許的誤差范圍之內，則說明公式成立。我們利用MATLB對函數關系式進行檢驗，將相位值帶入求得電阻率與相位的關系圖。如圖6。并將實驗數據與用公示計算后的數據作比較，得到圖7可以發現用公式（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比較吻合，所以可以得出結論：公式（3）成立于本實驗的測量數據。即由公式（3）所建立的數學模型符合電阻率與相位之間的關系。

參考文獻

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