电极糊密闭糊掉头现象之深究

 1907年，索德伯格博士发明了自焙电极。百年来，尽管炭素工作者对这个小产品的研究方兴未艾，但在其科技成果上，终究属于技术中的古董，一直未有重大突破。由于其技术属于古董，所以使用中出现的问题肯定不太复杂，总能找到原因的。

电极糊在使用中总会出现多种多样的问题，今天，我就讨论掉头这一常见的现象。关于掉头的原因，智者见智，仁者见仁，说法不一。对于自然科学来讲，对于某种事物正确的规律只有一种，是唯一的。它不像社会科学，可以用不同的的思想来改造社会成员的思想，达到这种思想所设计的目标。

我们从工艺配方设计的合理性出发，着重讨论下面的情形:

我们先从日常生活中的一个现象谈起，我想大家都经历过这样的事情；在寒冷的冬季，我们取一个冰冷的玻璃杯，然后，往杯子里面倒入滚烫的热开水，会发生怎样的现象呢？为什么？

结果，众所周知。轻则，玻璃杯杯壁变裂；重则，玻璃杯底端完全脱落。

实际上，这是由于玻璃杯在承受热应力的时候，玻璃杯受热底部与非受热杯壁部分，在瞬间产生温度梯度，此时，如果玻璃材质热应变能力差，不能及时将热量带走，热应力过于集中，所以，会导致玻璃杯的变裂，甚至底端脱落。

有人会问了，这和电极糊没关联哦！

毕竟玻璃杯和电极糊都属于无机非金属，具有相似性。

我们将思维再回到矿热炉中，电极好比玻璃杯，强大的电流就像热开水。不过，这里还有一个重要因素加剧了掉头。

于是，我们引进了一个物理量:集肤效应。

集肤效应，电学上定义为：当导体通过交流电时，导体表面处的电流密度比较大，内部和中心的电流密度比较小，这种现象叫做集肤效应。

据有关资料，电极糊直径超过510毫米，就存在集肤效应。而且直径越大，集肤效应越明显。

大家可以想象，强大的电流通过电极，电极端头由于产生电弧，温度可达3500度左右，而热量自下向上传导，加上电流通过电极本身产生电阻热、物料的电阻电热，以及炉面的辐射热；还有不可避免的集肤效应存在。这些叠加因素，使得电极内外、上下温度梯度大。此时，如果电极不能及时把集中的热应力带走，轻则，电极就会出现表面裂纹、剥落及掉块；重则，就会掉头。

哦！原来是电极糊抗热震性能差。

为了提高电极糊的抗热震性，应该从减小热应力的产生、缓冲热应力的发展以及增强热应力的能力三方面综合考虑。

一，减小热应力的产生。措施：高的热导率、低的线膨胀系数以及高的强度（有争论）

二，缓冲热应力的发展。方法：低的弹性模量（有争议）

三，增强热应力的能力。途径：石墨材质的添加及比例的增大，大颗粒骨料粒度及比例适当增大，高的体积密度，适当提高沥青的软化点，导热性能好的添加剂的添加。

事件到此似乎结束了。事实上，事情并不是想象的那么简单，争论性很大的问题还在后头呢！

实际上，电极糊有好多的指标相矛盾。此长彼消，此消彼长，成正比例关系的太少了。其中，抗热震性指标也不例外，而且一直以来争论性很大。

低弹性模量（需要多的微孔）——高的体积密度之矛盾

大颗粒骨料粒度增大及比例的提高——强度之矛盾

高的软化点——低的挥发分之冲突

最主要的是热弹性理论与能量理论之争成为焦点，到现在为止还没有结束！

一，热弹性理论，以金格里为代表的学者，认为材料的热应力超过材料的极限强度时，导致瞬时断裂，即所谓的“热震断裂”。根据不同的热震断裂条件，导出抗热震断裂指标和抗热冲击性参数表达式（由于没有数学软件，公式没法写），为了避免热震断裂的发生，要求具有较高的强度，高的热导率或热扩散，以及低的线膨胀系数和低的弹性模量。

二，能量理论，以哈塞曼为代表的教授，认为材料中不可避免地存在着或大或小数量不等的微裂纹，材料的热震损伤是裂纹扩展的结果。他们用断裂力学中的能量平衡原理分析热应力引起的裂纹扩展，适用于比较断裂能不同材料的抗热震性，对多数无机非金属材料，为减小热震裂纹扩展的程度，要求具有较高的断裂能和较高的弹性模量和较低的强度。

在此，对弹性模量和强度的要求，刚好与热弹性理论相反。

聪明的你，你会选择哪一种？

有朋友说了，通过上面的理论之争，以及相关的这矛盾、那矛盾；搞得一头雾水，一时不知如何改进抗热震性能，还有没有直观明了的办法，一看就懂，不用考虑矛盾的冲突。

答案是肯定的。

做电极糊的还有一句口头禅——导电好，导热就好。

其实，这里人们有个误解，导电好，导热就好，指的是石墨，通俗讲也就是石墨化后的产品。

电极糊远未有达到石墨化，只能算炭质材料。

从微观的角度讲石墨的导热是由于存在传导热的载流子（传导电子和空穴）的作用和晶格振动传导热。而影响石墨电阻率的主要因素是晶界的散射和载流子的浓度。由于散射的存在，也就是介质的不均匀性，使晶格振动的自由程降低，即热导系数减少。所以石墨的导热和导电基本是密不可分的。

从宏观的角度讲，石墨导电和导热和原料本身的性质有关，以及石墨化程度有关。石墨化程度越高——电阻率越小，虽然表征抗热震性的因素很多，可是，最主要的还是热导率和线胀系数。石墨化度愈高——热导率愈高，石墨的线胀系数比金属小很多，而且石墨化愈高，线热胀系数越小。

由此可见，石墨的导电和导热在一定意义上是成正比的。

由于电极糊在使用过程中，温度趋向并接近石墨化，勉强能接受石墨的这一特性。

所以，导电好——导热就好。