CN106908309B - 一种石墨电极及其接头抗折强度的无损检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种基于无损检测的石墨电极及其接头的抗折强度计算方法,其特征是:通过检测石墨电极及其接头的几何参数计算体积密度、检测电阻率和超声波声速,从而计算获得石墨电极及其接头的抗折强度,具体步骤如下:1)计算石墨电极或石墨电极接头的体积密度;2)测量电阻率;3)测量超声波声速;4)由公式计算石墨电极或石墨电极接头的抗折强度。能够通过体积密度、真密度、电阻率和超声波声速计算石墨电极及其接头的抗折强度,满足无损检测石墨电极及其接头抗折强度的需要,准确检测石墨电极及其接头的抗折强度,降低石墨电极在使用中的事故率,提高经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及石墨电极检测,是一种石墨电极及其接头抗折强度的无损检测方法。
背景技术
石墨电极及其接头做为多孔材料,其自身的微裂纹状况直接影响石墨电极及其接头的抗折强度和使用效果。如果石墨电极或石墨电极接头内部存在裂纹,在使用过程会发生电极折断事故甚至会造成死炉,直接经济损失可达上百万。因此、如何能够通过无损检测的方式建立数学模型计算抗折强度,在电极投入使用前对石墨电极及其接头从抗折强度上进行有效筛选,就能够减少、避免在使用过程中由于自身质量问题带来的折断事故。无损检测石墨电极及其接头的抗折强度一直是电极制造企业研究的方向。目前国外电极制造厂商已经能够在每支电极接头上标明抗弯强度,而国内尚无一家能够做到。这就是本发明实际需求和研发原因。
在本发明之前,有许多人做过相关的研究和探讨,其方向基本集中在应用超声波声速测量弹性模量后再通过弹性模量计算抗折强度。通过大量实践证明,该方法不能准确有效的对每支石墨电极及其接头质量进行评价。原因之一是由于石墨制品是非均匀多孔材料,因此影响了声速测定的准确度,原因之二是由于引入分析因子少,因此无法体现石墨材料的综合性能。为此、本发明通过引入石墨电极的体积密度、真密度、电阻率、超声波声速指标,作为抗折强度的测试因子。利用相关因子建立石墨电极及其接头的抗折强度数学模型,有效的解决了无损检测石墨电极及其接头抗折强度准确计算的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:克服现有技术的缺点,提供一种石墨电极及其接头抗折强度的无损检测方法,能够通过体积密度和真密度、电阻率和超声波声速计算石墨电极及其接头的抗折强度,满足无损检测石墨电极及其接头抗折强度的需要,准确检测石墨电极及其接头的抗折强度,降低石墨电极在使用中的事故率,提高经济效益。
本发明解决技术问题的方案是:一种石墨电极及其接头抗折强度的无损检测方法,其特征是:包括获得体积密度、获得电阻率、获得超声波声速和计算抗折强度,具体步骤如下:
1)获得石墨电极或石墨电极接头的体积密度
①石墨电极或石墨电极接头的几何参数
a称量石墨电极的重量M及石墨电极接头的重量m;
b测量石墨电极的直径Rb.、长度Lb;
c测量石墨电极的接头孔的最大直径Rk、最小直径rk和深度Lk;
d测量石墨电极接头的长度Lj、最大径Rj和最小直径rj;
②计算石墨电极或石墨电极接头的体积
a由公式(1)计算石墨电极的接头孔体积
Vk=πLk[(Rk-0.46)2+(rk-0.46)2+(Rk-0.46)×(rk-0.46)]/12 (1)
式中:Vk——接头孔体积;Lk——接头孔深度;Rk——接头孔最大直径;rk——接头孔最小直径;
b计算石墨电极本体的体积
Vb=(π×Rb 2×Lb/4-2×Vk) (2)
将公式(1)带入公式(2)得到计算石墨电极本体体积的综合算式(3)
Vb={π×Rb 2×Lb/4-2×πLk[(Rk-0.46)2+(rk-0.46)2+(Rk-0.46)×(rk-0.46)]/12} (3)
式(2)和(3)中:Vb——石墨电极体积;Rb——石墨电极直径;Lb——石墨电极长度;Vk——接头孔体积;;Lk——接头孔深度;Rk——接头孔最大直径;rk——接头孔最小直径;
c由公式(4)计算石墨电极接头体积
Vj=π×Lj×{(Rj-0.46)2+(rj-0.46)2+(Rj-0.46)×(rj-0.46)}/12 (4)
式中:Vj——石墨电极接头体积;Lj——石墨电极接头长度;Rk——石墨电极的接头孔最大直径;rj——石墨电极接头最小直径;Rj——石墨电极接头最大径;
③计算石墨电极或石墨电极接头的体积密度
a计算石墨电极的体积密度公式为
dkb=M/Vb (5)
将公式(3)带入公式(5)得到计算石墨电极本体体积密度的综合算式(6)
dkb=M/{π×Rb 2×Lb/4-2×πLk[(Rk-0.46)2+(rk-0.46)2+(Rk-0.46)×(rk-0.46)]/12} (6)
式(5)和6)中:dkb——石墨电极的体积密度;M——石墨电极的称量重量;Vb——石墨电极体积;Rb——石墨电极直径;Lb——石墨电极长度;Vk——接头孔体积;;Lk——接头孔深度;Rk——接头孔最大直径;rk——接头孔最小直径;
b由公式(7)计算石墨电极接头的体积密度
dkj=m/Vj (7)
式中:dkj——石墨电极接头的体积密度;m——石墨电极接头的称量重量;Vj——石墨电极接头体积;
2)测量电阻率
把待测石墨电极或石墨电极接头放入电阻率测定仪当中,两端加2—3MPa的压力,接通电源测量石墨电极或电极接头的电流和电压,通过电阻率测定仪直接计算读取电阻率;
3)测量超声波声速
将待测石墨电极或石墨电极接头放入超声波测定仪当中,接通电源测量超声波传输时间T,通过超声波测定仪直接计算读取;
4)由公式(8)计算石墨电极或石墨电极接头的抗折强度
δb=0.107[dk 2V2/(du-dk)/ρ]1/3 (8)
式中:δb——石墨电极或石墨电极接头的抗折强度;dk——石墨电极或石墨电极接头的体积密度,石墨电极的dk为dkb,石墨电极接头的dk为dkj,由步骤1)计算获得;V——石墨电极或石墨电极接头的超声波声速,由步骤3)测量获得;du——电极的真密度,设为2.24g/cm3;ρ——石墨电极或石墨电极接头的电阻率,由步骤2)测量获得;
本发明的有益效果是:能够通过体积密度、真密度、电阻率和超声波声速计算石墨电极及其接头的抗折强度,满足无损检测石墨电极及其接头抗折强度的需要,准确检测石墨电极及其接头的抗折强度,降低石墨电极在使用中的事故率,提高经济效益。
附图说明
图1为本发明的流程图;
图2为测量石墨电极电阻率的结构示意图;
图3为测量石墨电极接头电阻率的结构示意图;
图4为测量石墨电极超声波声速的结构示意图;
图5为测量石墨电极接头超声波声速的结构示意图。
图中:1电流表,2电流表,3直流电源,4电压表,5电压表,6直流电源,7显示器,8发生器,9显示器,10发生器。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
实施例1,本实施例用于超高功率Φ400mm的石墨电极,具体步骤如下:
1)获得石墨电极的体积密度
①测量石墨电极的几何参数
a称量石墨电极的重量M=442.3×103g;
b测量石墨电极的直径Rb=Φ40.4cm、长度Lb=208cm;
c测量石墨电极的接头孔的最大直径R=21.593cm、最小直径rk=15cm,深度Lk=18.338cm;
②计算石墨电极的体积
a由公式(1)计算石墨电极的接头孔体积
Vk=πLk{(Rk-0.46)2+(rk-0.46)2+(Rk-0.46)×(rk-0.46)}/12
=18.338π{(21.593-0.46)2+(15-0.46)2+(21.593-0.46)×(15-0.46)}/12
=4633.88cm3
b由公式(2)计算石墨电极本体的体积
Vb=π×Rb 2×Lb/4-2×Vk
=3.14×40.42×208/4-2×4633.88
=257235.31cm3
③由公式(5)计算石墨电极的体积密度
dkb=M/Vb=442.3×103/257235.31=1.72g/cm3
2)测量电阻率
把待测石墨电极11放入图2所示电阻率测定仪当中,两端加2—3MPa的压力,接通直流电源3测量石墨电极11的电流和电压,通过电阻率测定仪直接计算读取电阻率ρ=5.12μΩm;
3)测量超声波声速
将待测石墨电极11放入图4所示超声波测定仪12当中,接通直流电源测量超声波传输时间T,通过超声波测定仪12的显示器7直接计算读取超声波声速V=2725m/s;
4)由公式(8)计算石墨电极11的抗折强度
δb=0.107[dk 2V2/(du-dk)/ρ]1/3
=0.107[1.722×27252/(2.24-1.72)/5.12]1/3
=21.5MPa
实施例2,本实施例用于超高功率Φ450mm的石墨电极接头13,具体步骤如下:
1)获得石墨电极接头13的体积密度
①测量石墨电极接头13的几何参数
a称量石墨电极接头13的重量m=20.95×103g;
b测量石墨电极接头13的长度Lj=35.56㎝;最大径Rj=24.13㎝;最小直径rj=16.95㎝;
②计算石墨电极接头13的体积密度
将公式(3)带入公式(5)得到公式(9),由公式(9)计算石墨电极接头13的体积密度
dkj=m/Vj=12.m/π/Lj/{(Rj-0.46)2+(rj-0.46)2+(Rj-0.46)×(rj-0.46)} (9)
=12×20.95×103/π/35.56/{(24.13-0.46)2+(16.95-0.46)2+(24.13-0.46)×(16.95-0.46)}
=1.842g/cm3
2)测量电阻率
把待测石墨电极接头13放入图5所示电阻率测定仪当中,两端加2—3MPa的压力,接通直流电源6测量石墨电极接头13的电流和电压,通过电阻率测定仪直接计算读取电阻率ρ=3.01μΩm;
3)测量超声波声速
将待测石墨电极接头13放入图5所示超声波测定仪当中,接通直流电源测量超声波传输时间T,通过超声波测定仪直接计算读取超声波声速V=3289m/s;
4)由公式(8)计算石墨电极接头13的抗折强度
δb=0.107[dk 2V2/(du-dk)/ρ]1/3
=0.107[1.8422×32892/(2.24-1.842)/3.01]1/3
=33.28MPa
实施例3,本实施例用于超高功率Φ700mm的石墨电极接头13,具体步骤如下:
1)获得石墨电极接头13的体积密度
①测量石墨电极接头13的几何参数
a称量石墨电极接头13的重量m=82.84×103g;
b测量石墨电极接头13的长度Lj=55.88㎝;最大径Rj=37.465㎝;最小直径rj=26.592㎝;
②计算石墨电极接头13的体积密度
将公式(3)带入公式(5)得到公式(9),由公式(9)计算石墨电极接头13的体积密度
dkj=m/Vj=12.m/π/Lj/{(Rj-0.46)2+(rj-0.46)2+(Rj-0.46)×(rj-0.46)} (9)
=12×82.84×103/π/55.88/{(37.465–0.46)2+(26.592-0.46)2+(37.465-0.46)×(26.592–0.46)}
=1.87g/cm3
2)测量电阻率
把待测石墨电极接头13放入图3所示电阻率测定仪当中,两端加2—3MPa的压力,接通直流电源6测量石墨电极接头13的电流和电压,通过电阻率测定仪直接计算读取电阻率ρ=2.7μΩm;
3)测量超声波声速
将待测石墨电极接头13放入图5所示超声波测定仪当中,接通直流电源测量超声波传输时间T,通过超声波测定仪的显示器9直接计算读取超声波声速V=3190m/s;
4)由公式(8)计算石墨电极接头13的抗折强度
δb=0.107[dk 2V2/(du-dk)/ρ]1/3
=0.107[1.872×31902/(2.24-1.87)/2.7]1/3
=35MPa
Claims (1)
1.一种石墨电极及其接头抗折强度的无损检测方法,其特征是:包括获得体积密度、获得电阻率、获得超声波声速和计算抗折强度,具体步骤如下:
1)获得石墨电极或石墨电极接头的体积密度
①石墨电极和石墨电极接头的几何参数
a称量石墨电极的重量M及石墨电极接头的重量m;
b测量石墨电极的直径Rb.、长度Lb;
c测量石墨电极的接头孔的最大直径Rk、最小直径rk和深度Lk;
d测量石墨电极接头的长度Lj、最大径Rj和最小直径rj;
②计算石墨电极和石墨电极接头的体积
a由公式(1)计算石墨电极的接头孔体积
Vk=πLk{(Rk-0.46)2+(rk-0.46)2+(Rk-0.46)×(rk-0.46)}/12 (1)
式中:Vk——接头孔体积;Lk——接头孔深度;Rk——接头孔最大直径;
rk——接头孔最小直径;
b由公式(2)计算石墨电极本体的体积
Vb=(π×Rb 2×Lb/4-2×Vk) (2)
将公式(1)带入公式(2)得到计算石墨电极本体体积的综合算式(3)
Vb={π×Rb 2×Lb/4-2×πLk[(Rk-0.46)2+(rk-0.46)2+(Rk-0.46)×(rk-0.46)]/12} (3)
式(2)和(3)中:Vb——石墨电极体积;Rb——石墨电极直径;Lb——石墨电极长度;Vk——接头孔体积;;Lk——接头孔深度;Rk——接头孔最大直径;rk——接头孔最小直径;
c由公式(4)计算石墨电极接头体积
Vj=π×Lj×{(Rj-0.46)2+(rj-0.46)2+(Rj-0.46)×(rj-0.46)}/12 (4)
式中:Vj——石墨电极接头体积;Lj——石墨电极接头长度;Rk——石墨电极的接头孔最大直径;rj——石墨电极接头最小直径;Rj——石墨电极接头最大径;
③计算石墨电极和石墨电极接头的体积密度
a由公式(5)计算石墨电极的体积密度
dkb=M/Vb (5)
将公式(3)带入公式(5)得到计算石墨电极本体体积密度的综合算式(6)
dkb=M/{π×Rb 2×Lb/4-2×πLk[(Rk-0.46)2+(rk-0.46)2+(Rk-0.46)×(rk-0.46)]/12} (6)
式(5)和6)中:dkb——石墨电极的体积密度;M——石墨电极的称量重量;Vb——石墨电极体积;Rb——石墨电极直径;Lb——石墨电极长度;Vk——接头孔体积;;Lk——接头孔深度;Rk——接头孔最大直径;rk——接头孔最小直径;
b由公式(7)计算石墨电极接头的体积密度
dkj=m/Vj (7)
式中:dkj——石墨电极接头的体积密度;m——石墨电极接头的称量重量;Vj——石墨电极接头体积;
2)测量电阻率
把待测石墨电极或石墨电极接头放入电阻率测定仪当中,两端加2—3MPa的压力,接通直流电源测量石墨电极或电极接头的电流和电压,通过电阻率测定仪直接计算读取电阻率;
3)测量超声波声速
将待测石墨电极或石墨电极接头放入超声波测定仪当中,接通直流电源测量超声波传输时间T,通过超声波测定仪直接计算读取;
4)由公式(8)计算石墨电极或石墨电极接头的抗折强度
δb=0.107[dk 2V2/(du-dk)/ρ]1/3 (8)
式中:δb——石墨电极或石墨电极接头的抗折强度;dk——石墨电极或石墨电极接头的体积密度,石墨电极的dk为dkb,石墨电极接头的dk为dkj,由步骤1)计算获得;V——石墨电极或石墨电极接头的超声波声速,由步骤3)测量获得;du——电极的真密度,设为2.24g/cm3;ρ——石墨电极或石墨电极接头的电阻率,由步骤2)测量获得。
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