石墨电极电阻率的检测方法的研究

曹元勋++张志义++郑文岗++刘建伟

摘 要：在炼钢过程中产生质量问题的主要原因之一是由于石墨电极接头的电阻率偏高。在电弧炉炼钢的过程中，如果电极本体与接头连接处电阻值偏高，那么通电后，该部位会因为导电性能的偏低，引起打弧、烧损、脱落甚至折断等情况，导致炼钢中石墨电极的消耗增加，给炼钢炉的正常生产带来很大影响。石墨电极电阻率作为炭素制品及其原材料的重要物理性能指标，石墨电极电阻率的测定对指导石墨电极生产及其制品的应用具有十分重要的意义。该文主要以自主开发的石墨电极电阻率检测装置为主体，采取理论研究与实验分析相结合的研究方法，并通过实例和数据分析石墨电极电阻率的有关要点。

关键词：石墨电极 电阻率 检测

中图分类号：TM934.16 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（c）-0005-02

在国标GB24525-2009《炭素材料电阻率测定方法》中，电阻率是表示材料通过电流时阻力大小的一种性质。在数值上等于长为1，截面积为1m2的导体所具有的电阻值，以表示。根据欧姆定律和导体的特点可得出如下公式：

（1）

式中：

——导体的电阻率，单位为微欧姆米（）；

——导体两端的电压降，单位为毫伏（）；

——试样的截面积，单位为平方毫米（）；

——通过导体的电流强度，单位为安培（）；

——导体的长度，单位为毫米（）。

注：结果保留小数点最后一位。数值修约为按GB/T 8170规定进行。

1 测电阻设备

电阻率是反映产品质量的重要指标之一，对指导生产具有重要的意义。因此，为了保证测量精度和提高检测过程的自动化程度，本实验室自主开发了ZZY-201型电阻率测量装置，如图1所示。

在设计ZZY-201型测电阻设备时，我们遵守两项基本原则：（1）具有较高的测量精度和良好的重复性。（2）具有较高的自动化水平和简单的操作方法。

测量过程中，我们将被测电极分为16个区间，并采用恒流源测得电压降，变换出电阻值，再变换得到电阻率。为了提高测量精度，我们选用了Agilent 34401A型万用表。

2 数据分析

我们选取圆柱形未加工的石墨电极，其规格为=510、=220，并取测量位置为距离石墨电极端面10处，且两个电极之间的距离为120设定实验电流为5A，利用公式（1），计算得到各组电阻率。通过对实验数据进行分析，得到电阻率与相位之间关系，如图3所示。

通过图像可以推断电阻率与相位之间大致保持三角函数关系，利用MATLAB进行数据后，我们得到了数据拟合图像和电阻率数据的点阵分析图像。

利用MATLB建立数学模型关系式为：

（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）

将各组数据进行比较对各系数进行修正得：

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

最终求得的关系式：

（3）

3 数据的检验与结论的分析

如果将各个相位值带入公式（3）后与实验所测得的数据相比较在允许的误差范围之内，则说明公式成立。我们利用MATLB对函数关系式进行检验，将相位值带入求得电阻率与相位的关系图。如图6。并将实验数据与用公示计算后的数据作比较，得到图7可以发现用公式（3）求出的电阻率与实验测得的电阻率之间在误差允许范围之内比较吻合，所以可以得出结论：公式（3）成立于本实验的测量数据。即由公式（3）所建立的数学模型符合电阻率与相位之间的关系。

参考文献

[1] 李圣华.石墨s电极生产[M].北京：冶金工业出版社，1997.

[2] 冶金工业信息标准研究院冶金标准化研究所.炭素制品及其试验方法标准汇编（第三版）[M].北京：中国标准出版社，2012.

[3] 刘章琦.炭素制品电阻率测定的深讨[J].炭素技术，1994.

[4] 王晓影，孙丽荣.石墨电极与接头加工精度及检测方法[J].炭素技术，2001（4）：39-42.

[5] 张礼佑.石墨电极实时测量系统的设计与实现[D].湖南：湖南工业大学，2010.