مقاومت بدنه الکترود گرافیتی در برابر جریان های ضعیف

“Wenyu Zhong1, Yong Jiang Wang2 and You Tang,”Resistivity of Graphite Electrode Body”

چکیده

مقاومت بدنه الکترود گرافیتی پس از تولید نیاز به اندازه گیری دارد که از آنتولوژی آخرین خط تولید محصولات کربنی است که پارامترهای مهمی در فرآیند تولید فرآیند تست به شمار می رود، در دهه های اخیر فن آوری تست در فرآیند توسعه مداوم، انواع مختلفی از روش ها و سیستم های تست را به وجود آورده است. هر کدام دارای هر یک از این ویژگی ها هستند که برای اولین بار در این مقاله، از سیستم تست جریان قوی اولیه تا تجزیه و تحلیل تشخیص جریان و در نهایت رسم یک روش اندازه گیری عملکرد با هزینه بالا و اندازه گیری جریان استفاده شده است.

کلیدواژه ها: مقاومت بدنه الکترود گرافیتی، مقاومت،PLC، جریان DC، جریان ضعیف، فولاد سازی، EAF، آمپر

1. روش اندازه گیری مقاومت بدنه الکترود گرافیتی

اندازه گیری مقاومت بدنه الکترود گرافیتی به صورت حجمی یک آیتم آزمایشی مهم در فرآیند پردازش محصولات کربنی است. این پارامتر مهمی است که نشان دهنده رسانایی الکترود گرافیتی و مرجع مهمی برای شرکت های فولادسازی برای بررسی توان مصرفی محصولات گرافیتی می­باشد. بنابراین، شرکت های تولید کننده محصولات کربنی اهمیت زیادی به اندازه گیری مقاومت بدنه الکترود گرافیتی به صورت حجمی می دهند.

در طول سال ها اکتشاف مداوم، سه روش برای آزمایش مقاومت بدنه الکترود گرافیتی بصورت حجمی وجود دارد که عبارتند از روش پل دوگانه، روش میکرو اهم متر و روش کاهنده پراب جریان مستقیم که در حال حاضر، رایج ترین روش مورد استفاده روش کاهنده پراب جریان مستقیم است [1-5] که در شکل 1.1 نشان داده شده است.

در فرمول (1)             

•                                  
• مقاومت ویژه (μ·Ω·m)
• ولتاژ بین پراب ها (Mv)
• جریان در الکترود گرافیتی (A)
• سطح مقطع الکترود گرافیتی (mm²)
• فاصله بین پراب های L (mm)

در طول آزمایش میدان تولید، ناحیه انتهایی الکترود گرافیتی S بدون تغییر است و طول فاصله L بین پراب ها نیز ثابت است[6]. تنها تغییر جریان I است که از الکترود گرافیتی و ولتاژ V در هر دو انتهای پراب می گذرد. از فرمول (1) می توان دریافت که سیستم تست می تواند با جایگزین کردن مقدار ولتاژ و مقدار جریان تشخیص داده شده در فرمول، مقاومت را محاسبه کند.

سیستم اندازه گیری مقاومت بدنه الکترود گرافیتی اولیه با توجه به استانداردهای طراحی gb 1 A/cm[7]، به منظور اطمینان از اینکه این استاندارد، نیاز به یکسو کننده جریان متناوب سه فاز، فرآیند تنظیم فشار و کاهنده اندازه جریان DC (جریان مستقیم) دارد، برای انطباق با مشخصات مختلف اندازه گیری مقاومت الکترود گرافیتی صورت می­گیرد. بنابراین اجزای سیستم تست، حجم نسبتاً بزرگ و هزینه تجهیزات بطور کلی برای صدها هزار یوان، بالا است. در طول فرآیند تولید، به دلیل خرابی تجهیزات، سیستم تشخیص به موقع قطع نشد و الکترود برای مدت طولانی جریان 1 آمپر یا بالاتر را عبور داد و باعث آسیب به ابزار تشخیص و محصولات الکترود شد. با گذشت زمان، خرید بسیاری از تجهیزات و قطعات یدکی امکان پذیر نیست، تعویض نیز بسیار نامناسب است و در نهایت هزینه های تعمیر و نگهداری بالا است.

2. طراحی سخت افزاری سیستم تشخیص مقاومت جریان کوچک در الکترود گرافیتی

این سیستم از اندازه گیریPLC (کنترل‌گر منطقی برنامه‌پذیر)، منبع جریان ثابت، ابزار اندازه گیری، دیورتر، صفحه نمایش لمسی و دیگر ابزارها و عملگرها تشکیل شده است. اندازه گیری PLC با توجه به منبع جریان کنترل سیگنال الکترود گرافیتی فعال و در حال اجرا است. از طریق شنت و پراب در هر دو انتهای مقدار ولتاژ و با تنظیم پارامترهای مشخصه محاسبه مقاومت الکترود خوب، به این نتیجه رسیدیم که مقدار مقاومت الکترود گرافیتی و نمایش داده شده در صفحه نمایش لمسی، همانطور که برای ذخیره سازی داده ها و انتقال شبکه متعلق به این مقاله به بحث محتوا، دیگر نیست. در کل سیستم، انتخاب منبع جریان ثابت کلید اصلی است. تعیین اندازه جریان DC با فرض اطمینان از دقت و پایداری اندازه گیری، وظیفه اصلی طراحی سیستم و همچنین مهمترین کار است. بنابراین، در مرحله اولیه طراحی سیستم، محدوده جریان ثابت روی بیش از 150آمپر تنظیم نمی شود.

3. آزمون داده های مقاومت الکترود گرافیتی

1-3- روش اندازه گیری جریان میله در الکترود گرافیتی

در حال حاضر، برخی از شرکت ها از روش میله برای اندازه گیری ساده استفاده می کنند. اگرچه فرمول مقاومت اعمال می شود، اما مطابق با حالت جریان سطح نهایی انجام نمی شود. استوانه الکترود جریان DC است و ولتاژ با پراب ولتاژ در وسط پراب DC تشخیص داده می شود و مقاومت محاسبه و نمایش داده می شود. در واقع این روش از ثبات و دقت داده ها برخوردار نیست.

برای تأیید این نتیجه، علاوه بر آزمایش تعداد زیادی الکترود گرافیتی تمام شده، الکترود دیگری انتخاب شد و به یک میله آزمایشی با قطر 200 سانتی متر و طول 1500 سانتی متر برای آزمایش های بعدی تبدیل شد.

فاصله بین پراب های DC، میله اندازه گیری 1400 سانتی متر است که برای جریان سطحی نیز می توان آن را جدا کرد. فاصله پراب ولتاژ 600 سانتی متر است. پس از تایید، الکترود به صورت صاف روی زمین قرار می گیرد و عایق بین الکترود و زمین هیچ تاثیری بر نتایج اندازه گیری ندارد.

ابتدا، 20 آمپر جریان DC در موقعیت های مختلف بر روی سطح انتهایی الکترود اعمال می شود. ولتاژ در موقعیت های مختلف روی استوانه از بالا به پایین اندازه گیری می شود و مقاومت محاسبه می شود، همانطور که در شکل ۳.۱ نشان داده شده است.

فاصله موقعیت پراب ولتاژ ثابت می ماند و فاصله بین دو پراب جریان تغییر می کند. پراب ولتاژ و پراب جریان بر روی یک خط مستقیم توزیع می شوند.

مقاومت اندازه گیری شده از جریان ورودی بر روی استوانه الکترود گرافیتی در شکل ۳.۲ نشان داده شده است.

این دو نمودار خطی دو مجموعه معرف از داده ها هستند که از تعداد زیادی داده انتخاب شده اند. از این رو می توان مشاهده کرد که وقتی مقاومت با یک میله اندازه گیری می شود و جریان ورودی در ۲۰ آمپر ثابت است، هنگامی که پراب جریان موقعیت و فاصله اندازه گیری را تغییر می دهد و پراب ولتاژ فاصله اندازه گیری را تغییر می دهد، مقدار اندازه گیری نهایی بدون مقدار ثابت و پایداری تغییر خواهد کرد. داده های این آزمایش به وضوح نشان داد که جریان DC روی سطح سیلندر الکترود گرافیتی وارد می شود، ولتاژ به شکل قوس بین پراب های جریان توزیع می شود و نسبت ولتاژ به جریان ثابت نیست، بنابراین مقدار اندازه گیری شده نمی تواند به عنوان مقدار اندازه گیری شده مقاومت الکترود گرافیت استفاده شود.

2-3- روش جریان ورودی ترمینال در الکترود گرافیتی

به این ترتیب، الکترود گرافیتی توسط یک صفحه مسی با مساحتی بزرگتر از سطح انتهایی الکترود بسته می شود و با جریان مستقیم شارژ می شود[8]. پراب ولتاژ،  ولتاژ سطح سیلندر را اندازه گیری می کند تا مقدار مقاومت را محاسبه کند. از تجربه و اندازه گیری واقعی مشخص است که وقتی جریان مستقیم به هر دو انتهای الکترود اعمال می شود، ولتاژ طولی روی استوانه الکترود به طور مساوی توزیع می شود. بنابراین، فاصله بین پروب های ولتاژ با اندازه خاص خط تشخیص تعیین می شود. تمام اندازه گیری ها در این مقاله ۶۰۰ سانتی متر است.

از آنجایی که اندازه گیری جریان بزرگ مطابق با استاندارد برای اندازه گیری مقاومت بدنه الکترود گرافیتی طراحی شده است، آزمایش و آنالیز بیش از حد انجام نخواهد شد. در مطالب زیر این مقاله، تمام داده های اندازه گیری با استفاده از اندازه گیری جریان ضعیف به دست آمده است.

چندین الکترود با مشخصات و درجه یکسان انتخاب شدند و چندین بدنه الکترود گرافیتی با مشخصات و درجه‌های مختلف مورد آزمایش قرار گرفتند. اندازه گیری ها با اندازه گیری های مکرر در موقعیت های مختلف یک الکترود انجام شد و داده های اندازه گیری شده به شکل منحنی کشیده شدند [9-10].

از تعداد زیادی از داده‌های آزمایشی، داده‌های شکل 3.3 به عنوان تصویر شاهد در نظر گرفته شده است. هنگامی که جریان ورودی ضعیف است، ولتاژ بین پراب های ولتاژ به شدت نوسان می کند و مقدار مقاومت اندازه گیری شده ناپایدار است.

هنگامی که جریان به مقدار مشخصی افزایش می یابد، مقدار آن با توجه به مشخصات و درجات مختلف متفاوت خواهد بود. مهم نیست که جریان چقدر افزایش می یابد، افت فشار به ازای هر واحد طول بر روی سیلندر یک روند ثابت را نشان می دهد، یعنی نسبت ولتاژ به جریان یک مقدار ثابت است. بنابراین، هنگامی که در فرمول (1) جایگزین شود، مقاومت نیز یک مقدار پایدار است. تمام داده ها نشان می دهد که چگالی جریان در روش اندازه گیری جریان ضعیف به مراتب کمتر از استاندارد 1A/cm است، اما دقت اندازه گیری مقاومت تحت تاثیر قرار نمی گیرد. در میان تمام داده‌ها، مقاومت زمانی پایدار می شود که جریان به حدود ۴۰ آمپر برسد. با توجه به تأثیر عوامل تداخل الکتریکی در عملیات میدان طولانی و پایداری آزمایش، توصیه می شود جریان DC را بالای 40 آمپر تنظیم شود.

بدنه الکترود درگیر در اندازه‌گیری بر روی چندین سیستم تشخیص جریان بالا اصلی اندازه گیری شد و مقادیر نهایی اندازه‌گیری شده با هم مقایسه شدند و داده‌ها اساساً یکسان بودند. اندازه گیری جریان ضعیف از نظر تکرارپذیری و پایداری بهتر بود.

سیستم تشخیص مقاومت جریان بزرگ دارای ظرفیت ده ها کیلووات است[11] و هزینه آن صدها هزار یوان است. سیستم تشخیص مقاومت جریان ضعیف دارای ظرفیت چند صد وات و هزینه ای معادل ده ها هزار یوان است. تجهیزات ساده، تعمیر و نگهداری و تعمیر ساده است.

4- نتیجه گیری:

پس از اندازه گیری جریان برق مستقیم  ورودی در موقعیت های مختلف، تشخیص ولتاژ در موقعیت های مختلف، تنظیم اندازه جریان و روش های دیگر، می توان مشاهده کرد که مقدار اندازه گیری شده پراب یا میله اندازه گیری را نمی توان به عنوان یک نتیجه‌گیری کیفی از اندازه‌گیری مقاومت در نظر گرفت. روش استاندارد متد پراب جریان مستقیم برای وارد کردن جریان در سطح نهایی و تنظیم جریان به بیش از ۴۰ آمپر  به کار می رود که اندازه گیری مقاومت حجمی الکترود گرافیتی را کاملا برآورده می کند. این روش اندازه گیری مقاومت جریان ضعیف از نظر پایداری و عملکرد، هزینه به مراتب بهتر از سیستم تشخیص جریان بزرگ است.  این روش نه تنها می تواند بازرسی با کیفیت خوبی را برای شرکت های تولیدکننده محصولات گرافیتی فراهم کند، بلکه هزینه تولید و هزینه تعمیرات و نگهداری را برای شرکت ها تا حد زیادی کاهش می دهد که ارزش ارتقا و استفاده را دارد.

برای کسب اطلاعات بیشتر با ما در تماس باشید.