摘要：针对国内炭素行业现有的石墨电极质量评价体系，紧紧围绕《炭素制品及其试验方法标准汇编》一书，结合笔者历年来的工作经验及与客户交流所收到的反馈信息与问题，就现有的石墨电极的原材料和工艺对最终产品质量的影响提出自己的见解，并提出了一种基于客户使用结果的终端质量评价方法和第三方质量评价的设想。
关键词：石墨电极；质量评价；客户使用
在炭素行业内部，针对石墨电极的质量评价方法已经非常丰富，各炭素厂家之间的技术交流中所提及的各项参数也基本趋同并最终归于国家和行业标准，最常见的指标包括电阻率、抗折强度、弹性模量、体积密度和热膨胀系数（CTE）[1]，通过比较上述指标参数，似乎可以准确评估石墨电极产品质量。但是在实际的产品使用过程中，客户反馈的使用情况往往千差万别，同一批次产品或不同厂家产品检测后各项参数基本一致，但是发往客户使用后的结果不尽相同，由此引发的质量投诉，在相关部门进行质量追溯时，一般无法进行准确分析，进而将问题归结于客户使用过程中所出现的偶发因素，长此以往造成客户的不满。诚然，国标或业标作为行业内公认的通行准则，有着其广泛适用性及一定的强制性，但是国标规定的相关参数仅仅表明须满足的范围，并不表示符合国标的产品必然能够满足不同客户的使用要求，因此基于国标且不局限于国标就是石墨电极质量评价体系的基础。本文将结合实例对一些遇到的问题进行尝试分析，其中由于个人能力有限必然会存在不足之处，如有宝贵意见请与笔者联系，在此笔者表示诚挚谢意。
1原辅料质量对石墨电极质量的影响
石墨电极生产的主要原料为焦炭和沥青，辅料主要为氧化铁粉和硬脂酸，其中氧化铁粉用以消除后续石墨化过程中硫析出产生的晶胀，硬脂酸用以调节石墨电极挤压成型过程的糊料塑性。对于针状焦，目前国标的检测局限于一般焦炭的检测内容，如粒度、水分、灰分、挥发分等[2]。另外根据炭素企业生产特点，一般还要测量焦炭电阻率，部分企业选作焦炭强度测试，如机械强度、落下强度或抗压强度。根据国标《焦化产品术语》定义，针状焦为精制煤焦油沥青或石油渣油经延迟焦化、煅烧而制得的层状结构明显的各向异性焦炭。在此描述中可以看出，和石墨电极的定义类似，其同样包含原料、工艺，但最关键因素应为“层状结构明显”和“各向异性”两个特征，目前针对上述特征尚无量化评价参数。对于生产超高功率石墨电极所使用的黏结剂沥青，其在《GB/T9977—2008焦化产品术语》中的相关词条包括煤沥青、电极沥青和改质沥青，其均属于沥青范畴，之间互有交集。目前通用的沥青检测项目包括软化点、甲苯不溶物、喹啉不溶物、结焦值以及水分、灰分、挥发分，对于改质沥青还需检测β树脂，但其本质仍是甲苯不溶物和喹啉不溶物的衍生参数。近些年来，石墨电极厂家有选择地检测原料沥青特定温度下的黏度用以甄别混捏时沥青在糊料中分布的均匀程度，但是此类检测尚未纳入国家标准。根据笔者个人理解，在石墨电极中针状焦为骨料，沥青作为黏结剂，沥青经焙烧、石墨化后所形成的沥青焦与针状焦的结合体决定了最终产品的质量，由此可见沥青与针状焦的结合性能对石墨电极产品质量具有极为重要的意义。在历年文献中，对针状焦和沥青结合体的质量评价偶有涉及，例如《超高功率石墨电极原料针状焦的评价及应用》一文中就提到“仅从强度指标看，这6家针状焦对沥青的吸附能力相差较大，与沥青成焦后的结合能力上也各不相同，根据这一特性，可以针对性能差异的针状焦选择不同性能的沥青，以便提高石墨电极的强度指标”[3]。由此可见，在炭素行业内对两种主要原料的结合能力进行评价已经成为共识，但是国标尚无此类检测方法，由此导致由原料评价石墨电极质量尚无法实现。
2过程工艺对石墨电极质量的影响
根据国标的词条描述，石墨电极的生产工艺包括成型、焙烧、浸渍、石墨化和机械加工。由前述原辅料质量对石墨电极质量的影响可知，从原材料的检测参数无法判定成型品的质量，同理，由后续过程产品的检测参数无法判定后工序的产品质量，因此，石墨电极生产中是以本工序最终产品检测结果来对本工序的工艺技术进行调整和控制，无法实现针对不同产品提前定制工艺。但是由于批次产品的存在，对于同一批次产品，可以通过前置试验以确定整批次产品的过程工艺控制。如对于石墨化产品，其最终产品的电阻率参数可以用来辅助制定石墨化曲线，但是对于未知产品，需采用哪种曲线无法提前预知，只能根据以往经验定制试验曲线，然后再根据试验结果对定制曲线进行调整，逐步趋近于理想曲线。但是应注意的是，若批次产品内出现质量波动，过程工序的工艺调整往往存在严重的偏差从而可能导致严重的后果，因此石墨电极生产企业一般需对过程工艺进行固化，以规避产品波动对产品质量控制的误导。另外还需要注意的是，工艺调整牵一发而动全身，任一微小的变动往往导致不可预计的影响，主观的良性调整有时却会造成不可控的恶性结果，因此石墨电极产品质量稳定需要过程工艺的稳定，而过程工艺的稳定往往取决于原材料的稳定，由此所导致客户对新投产的炭素企业产品质量信心不足也就顺理成章。
3基于用户使用状况的石墨电极质量评价
2015~2016年间，某客户曾咨询一种掺杂30%~60%针状焦的石墨电极产品可不可以作为超高功率石墨电极试用。因受2017~2018年间石墨电极利好影响，国内新增了许多石墨电极生产企业和在建项目，客户也曾来函咨询此类产品的质量以确定是否采购。对此，笔者认为上述两问题其实都可以归结于超高功率石墨电极应该如何定义，即什么样的产品能够满足超高功率石墨电极的使用要求。根据国标定义，超高功率石墨电极是指采用针状焦等原料，经成型、焙烧、浸渍、石墨化和机械加工制成，使用电流密度大于25A/cm2的石墨电极[4]。在定义中，超高功率石墨电极需满足三方面要求：原材料、工艺，使用条件，三者中使用条件是重中之重，原材料和工艺仅仅是满足使用条件的手段和方法，如果能够满足使用条件，无论采用何种原料和生产工艺，都应该被称作超高功率石墨电极。因此对于上述问题，笔者对客户的建议如下：首先要根据合同中的理化指标要求对出厂产品进行检测，而合同一般以《YB/T4090—2000超高功率石墨电极》作为附件，其中对电阻率、抗折强度、弹性模量、体积密度和热膨胀系数（CTE）均有明确要求；在产品满足上述要求的基础上可以进行试用，试用前电极厂家应与客户沟通确定客户的炉况信息即使用条件，厂家对使用条件无异议后双方确定使用数量和突发情况处置办法，力争做到双方均在试用现场且一切信息公开公平公正；在确定数量的产品试用完毕后，如没有触发突发情况处置办法，则应判产品满足客户使用条件，后续仅对消耗数据和售价进行对标，其余如原料和工艺作为生产厂家内部因素不能作为考核依据纳入采购考核。简单来说就是首先产品理化指标应满足国标要求，然后试用无异常就可认为是超高功率石墨电极，原料与工艺不做判断依据。
4第三方质量评价的设想
一般当合同双方对合同内产品质量产生争议时可以申请第三方检测以作为质量评价标准，但是对于石墨电极而言目前尚缺乏公认的第三方质量评价平台，在此笔者提出一种第三方质量评价的方法。根据石墨电极的国标定义，使用电流密度是判断石墨电极规格及质量的唯一标准，因此如果定义一台标准设备，稳定其电流电压等各项参数，辅以全角度摄像头及红外分析仪，结合基于红外测温技术的石墨电极内部缺陷诊断方法[5]，就可以对被测石墨电极的质量进行综合评价以判定其允许通过的最大电流密度。根据设想，该标准设备应能够判定石墨电极通过规定的电流后是否失效，石墨电极的失效目前尚无标准，但是根据石墨电极的功能特性，其失效应分为强度失效和功能失效两大类。其中强度失效是指由于通电导致材料开裂或其他缺陷从而破坏材料整体结构无法维持原有功能；功能失效是指在特定的电流和温度条件下，材料失去自身被赋予的功能，例如电阻增大失去良导体的功能。第三方检测的主体可以是科研机构或者钢铁企业，能够提供标准设备并且经厂家和客户双方认可，鉴于被测试材料的消耗特性，不能进行重复测试，因此需要对一定数量产品进行统一测试，才能保证结果客观公正。
5结语
综上所述，目前炭素行业内对于石墨电极成品和原料的检测项目趋于一致，但是尚不能完全满足指导电极生产的需要。石墨电极生产工艺调整具有滞后性，稳定原料供给及相应生产工艺是当前最为行之有效的质量控制手段。基于客户使用结果的评价方法是目前最为直观并且可行的石墨电极质量评价方法，但是考虑到厂家与客户之间的相互信任关系，公开公平公正的第三方检测仍是需要亟待解决的问题。
作者:路培中 李明杰 单位:中国平煤神马集团开封炭素有限公司 河南省石墨材料工程技术研究中心