2014-11-27
目前产石墨电极与国外同类产品在质量上还有相当一段距离，在国际炼钢用石墨电极市场竞争激烈的严峻形势下，作者近期对国内外几种同规格的产品进行了剖析比较，将从中发现的几个问题及看法献给读者，以求斧正。
1.从电极的生坯结构形态看混捏成型中的问题
1.1生坯的结构缺陷
对国产电极的生坯进行显微结构分析时，在多数生坯中经常可以看到以下几种现象：沿生坯挤压方向，在一些较大的骨料颗粒的轴向一端经常形成一横断裂纹或大孔洞，有的在粉料与粘结剂的粘合成型体上即所谓的胶料上也有较大的纵、龟裂纹，从显微图象上可看到糊料在挤压运行时的“脱节”现象，有的可清楚看出糊料间结合有明显的界线，如图1所示。而对D国的电极生坯做同样的显微分析时，却没有发现类似问题。
1.2形成结构缺陷的原因
生坯的结构缺陷，可以认为是与国内目前的混捏、凉料方式、挤压时的条件等都有关系。就目前来看，国内的炭素企业在混捏糊料过程中，一般均采用双轴搅拌混捏设备，糊料在锅内不断受到两根搅刀反复翻动和压搓作用，糊料的混捏程度还能得到保证，但由于存在出料不净和有死角区糊料等问题，再加上无干料预热，提前加入粘结剂或多次加油等人为因素，使出锅糊料的质量均一性不尽人意。在凉料工序，国内企业多数采用圆盘凉料机或圆筒凉料机。圆盘凉料机凉料，敞开操作，受环境温度的影响很大，使进入料室的前一排料与最后入料室的第3排糊料的温度相差悬殊，造成整体糊料的温度严重不均，糊料进入挤压机料室时已经是热料、凉料的混合体。而圆筒凉料机凉料，易使糊料成大球，不但内外温差大，而且有明显界面，属于被否定的凉料设备。以圆盘凉料机或圆筒凉料机凉出的糊料在挤压成型过程中，凉料与热料之间的亲和性及塑性差异，使之不能相互密实结合为结构均一体，凉料与热料之间产生的热应力在生制品冷却过程中也可能产生结构缺陷，糊料团、硬疙瘩的存在大大影响糊料前进的均衡速度，导致生坯中胶料断裂，生坯结构出现横断裂纹或大孔洞等缺陷，当然国内压机的减压剪切对糊料的拉伸作用也是产生“脱节”的原因。上述弊病，是造成国内电极普遍存在的一根成品自身上多个测试点的体积密度、强度、CTE等理化指标产生不均匀的主要原因。因此，在糊料进入挤压机前保证使糊料混捏均匀，温度一致，有适当的可塑性是防止上述问题的关键。
2.配料方粒度及产品中孔隙形状与质量的关系
2.1国内外产品配料方粒度的差异
石墨电极的生产配料方中，粒度的组成除遵循骨料和粉料的“最大密度”及“适当密度”原则外，还应该与产品的规格、使用条件，尤其是要考虑原料和粘结剂本身的理化性能综合条件的互补性。有些为了追求体积密度、强度等指标，认为骨料颗粒越小越好，其实不然。例如，国内接头配料方中的粒度组成一般小于国外产品，但各项理化指标和使用性能均不如国外产品。我们知道，适当降低粒度级有助于提高其体积密度，但也要考虑对电极弹性模量，尤其是热稳定性带来的负效应。
本试验对美国、日本、德国等厂家的超高功率电极接头的粒度分析显示，美、德的骨料粒度组成连续性好，且大于日本，而日本的超细粉量较多，粒度大小不一。然而最终产品质量都很理想，这说明关键是合理利用焦炭及粘结剂的各项综合指标强弱互补而实现的，可谓各有千秋（见图)2，3，4）。另外，还对国内某厂接头与国外同一规格产品进行了显微分析比较：国内产品使用的配料方粒度组成小于国外产品，而显微裂纹的长度却是国外产品的2-3倍。
因此，从另一角度理解，在常规范围内适当提高骨料颗粒的尺寸除可增加自身强度等指标外，骨料颗粒尺寸的增加还可有效地抑制微裂纹的扩展，这一点对提高产品的质量同样要有所考虑的。
2.2产品中孔隙形状与质量的关系
以上述国内某厂接头与D国同类产品比较为例，除骨料颗粒小于D国产品的粒度外，其最明显的差别就是微裂纹的大小不同，显微镜下观察产品结构中的“裂纹”，是指孔隙的长宽比值一般在10以上。D国产品的裂纹长度在1mm左右，而国内某厂的产品的裂纹一般在2-3mm之间。此两种产品尽管在体积密度上差别不大，但在强度等各项指标中均不如前者。众多研究表明，孔隙的存在减少了材料对作用其上载荷的承担面积，因而增大了应力，材料的强度相对降低，同时应力集中的程度取决于孔隙的形状，例如：球状孔隙可以使孔隙处的应力增加1倍，而一个柱形的孔隙可以使孔隙处的应力增加2倍。因此我们说，一般认为只要用产品本身的密度就能评价其强度的做法是不完全准确的，产品内部的孔隙形状的影响也是不可忽视的。
3沥青对电极质量的影响
3.1从石墨化接头样品的断口看产品的内在质量
将D国某石墨化后接头样品和国内某厂同一规格的样品加工成同一尺寸的圆柱体，然后进行同条件下的冲击折断试验（见图5）。
结果表明，两个样品的断口明显不同，D国样品断口凸凹大，是以一大簇的骨料颗粒团的形式出现的，并且在凸凹面上随处可见骨料颗粒的折断面（见图6）。国内样品断口凸凹不是很大，呈小簇尖峰状，峰颠基本都是完整的颗粒裸露部分，很少见到折断的颗粒，最有代表性的是在仅Φ17mm的折断面上，有一个长约2.5mm宽约1mm，厚约0.3mm形同尖刀的骨料颗粒“傲然毅立”其上（见图7a），在另一凹面上，却有一个刀鞘形的扁空隙（见图7b），这就是说，材料在受到冲击破坏时，没有在受力点折断，而是沿着颗粒与粘结剂焦之间的界面上自行脱落，材料在遭到破坏力的一刹那，焦炭颗粒从石墨化后的粘结剂焦中拔了出来。在不考虑其他因素影响的前提下，可认为国内石墨电极生产所用粘结剂沥青粘结强度不足，而国外采用的是粘结强度极高的沥青，这与我们过去对国内外沥青分析结果也是相符的。
结语
综上所述，提高国产石墨电极质量的技术措施是多方面的：传统工艺制度改进与完善，设备仪器的更新与改造，原料骨料焦、粘结剂、浸渍剂的质量选择，配方中不同粒度级的最佳优化等。当然严格高水平的生产管理更是不言而喻的。
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