石墨化培训教材初稿.docx
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石墨化培训教材初稿
石墨化
碳在自然界是一种很普遍，为人们所熟悉的元素，化学符号为C，原子序数6，原子量12，元素周期表Ⅳ主族，在地壳中的含量大约为0.027％，大气中约含有0.03％（体积）的碳化合物（二氧化碳等）。
碳的化合物有数十万种，它所形成的化合物比其它任何一种元素都多。
在已知的全部化合物中，碳的化合物占90％以上。
碳在自然界中分布十分广泛，其存在形式常以游离状态和碳的化合物状态而存在。
以游离状态存在的单质碳有：
金刚石、天然石墨、煤炭。
金刚石和天然石墨是晶态单质碳在自然界中的两种同素异型体，煤是天然存在的无定形碳的集合体。
用做人造石墨的各种原料多来源于碳的化合物（碳氢化合物），碳氢化合物是一种稠环高分子化合物，随着温度的升高，当排除杂质和完成缩聚过程之后，就会碳化成为六角碳原子的平面网格，温度进一步提高，热处理温度提高到2300℃以上时，碳就转变成了石墨。
其晶格常数接近天然石墨。
无定形碳的石墨化是一种固化反应，其原子迁移，结构重排的阻力很大，这就使得石墨化工艺是一种高能耗工艺。
一八九五年，艾契逊发明了艾契逊式石墨化工艺，为石墨化工艺奠定了基础，十九世纪末，美国人卡斯特纳发明了内热串接石墨化。
为节约能源，降低电消耗开辟了新途径。
使石墨化工艺有了新的突破。
但内热串接的大规模工业生产却是在二十世纪七十年代以后。
就目前来说，艾契逊式石墨化工艺仍然占主导地位。
一百多年来，人们通过对石墨化机理的研究，提出了石墨化转化假说。
通过艾契逊式石墨化工艺多年的实际生产，积累了丰富经验。
同时，随着科学技术的发展，电炉炼钢工艺技术和装备的不断提高，对石墨制品允许承载的功率负荷提出更高要求，同时对石墨制品的内在品质指标提出了更高的要求，为此而产生了高功率电极和超高功率电极。
近年来又开拓了航天，核工业等新的工业领域，本篇主要介绍石墨化的一般理论，艾契逊式石墨化的生产工艺及相关设备，并简要介绍内串石墨化及高纯石墨生产一般知识。
第一节概述
石墨化需要2300℃以上的高温热处理，这就决定了除电加热外，其它类型的加热方式很难达到石墨化目的，如天燃气、煤气等的明火温度才仅仅1600℃左右，所以，采用“外热源”加热制品的炉型无法使制品实现石墨化。
因此，石墨化炉是采用制品做“内热源”的电阻炉，石墨化的生产运行都是紧紧围绕石墨化炉来进行的。
一、电能转化成热能的基本原理
导体本身都具有一定的电阻，当电流通过时，导体就会发热。
通过的电流越大，产生的热量越多，通过同样的电流强度，电阻大的导体产生的热量比电阻小的导体产生的热量多。
焦耳定律表述了这一电能转换为热能的规律：
电流通过导体时所产生的热量与通过的电流平方、导体本身电阻以及通电时间成正比，其数学表达式为：
Q＝I2Rt
式中：
Q－热量（焦耳）
I－电流（安培）
R－导体电阻（欧姆）。
T－通电时间（秒）
石墨化炉在运行中，炉阻，电流、电压都在不断地改变，因此，实际计算应采用下式：
Q=
I2Rdt
=
dt
式中
－平均功率
二、石墨化概念
石墨化就是使六角碳原子平面网格从二维空间的无序重迭转变为三维空间的有序重迭，并具有石墨结构的高温热处理过程（一般需要2300℃以上）。
图1-1石墨化晶格转变示意图
三、石墨化目的
焙烧品和石墨化品的最主要差别在于碳原子和碳原子之间的晶格排列顺序和程度上存在着差异，焙烧品的碳原子排列属于“二维无序重迭”，而石墨化品则属于“三维有序重迭”，并具有石墨结构。
内部微观结构的不同，导致它们在宏观表现的理化性质亦不同。
表1-1焙烧品和石墨化品理化指标对比
项目
焙烧品
石墨化品
电阻率µΩm
30-50
4-10
真密度g/cm3
2.00-2.08
2.20-2.24
体积密度g/cm3
1.50-1.65
1.50-1.68
抗压强度MPa
25-35
16-30
孔度％
20-25
25-30
灰分％
0.5
0.3
导热性W/（m.k）
3.6-6.7
175℃-675℃
175-675℃
74.5
150℃-300℃
热膨胀系数1/℃
1.6-4.5×10-6
20℃-500℃
1.1-2.6×10-6
20℃-500℃
开始氧化温度℃
450-550
600-700
从表中可以看出，焙烧品经石墨化后，电阻率降低5-10倍，真密度提高约10％，导热性提高约10倍，热膨胀系数降低约1倍，开始氧化温度提高，杂质气化逸出，机械强度有所降低，由此看来，炭素制品在隔绝空气的条件下，经过2300℃以上的高温处理，可以达到下列目的：
（1）提高产品的电、热传导性。
（2）提高产品的抗热冲击性和化学稳定性。
（3）使产品具有润滑性、抗磨性。
（4）排除杂质、提高纯度。
四、影响石墨化的因素
1、原料
由于含碳物质原来的化学组成、分子结构的不同，碳化后这些原子团的聚集状态也不一样。
易石墨化的程度也就不同。
一般以内部结构是平行定向堆积，还是杂乱交错堆积来区分原料石墨化的难易程度。
例如象无烟煤、石油焦、针状焦、利用中间相小球体制造成的定向焦等，由于在它们内部，大原子团的堆积大致都是平行定向的，交叉连结很少，所以它们属易于石墨化焦。
相反，象糖碳，碳黑等，由于它们内部结构的聚集是杂乱的，取向不定，再加之这些材料多微孔，含有大量的氧及氢氧团，所以它们就难于石墨化。
介于以上两种情况之间的有沥青焦，冶金焦等。
沥青焦的原材料是经过氧化的高温沥青，含氧较多，故内部结构中交叉连结也比较多，冶金焦是含有多种有机物的烟煤的产物，微孔特别发达，交叉连结很多。
沥青焦较比石油焦难石墨化，但比冶金焦要易石墨化，所以有的人将沥青焦也列为易石墨化碳的行列中。
图1-2碳的微观结构示意图
1---易石墨化碳2---难石墨化碳3---介于两者之间
在石墨制品生产中，选择易石墨化的原料是生产好制品的先决条件，在同样的热处理温度下，易石墨化碳更容易转变成为石墨晶体。
因此，高功率、和超高功率电极都加入一定比例或全部采用针状焦来生产，必须指出的是，由于各种原料的石墨化难易程度不同，他们的石墨化温度以及在一定温度下所能达到的石墨化度也是不同的。
经过进一步研究发现，就是同属于一个系列的易石墨化碳，比如石油焦系列，或针状焦系列。
由于产地等因素的不同，造成其组分有差异，易石墨化的程度也就略有不同，主要是受硫等杂质含量的影响。
硫是对石墨化影响最大的杂质。
一方面，硫在石墨化过程中以硫化物的形式溢出，使制品产生气涨现象，易使制品产生裂纹。
另一方面，硫等这些杂质在石墨化过程中，元素中的原子会不同程度地侵入碳原子的点阵中，并在碳原子的点阵中占据位置，造成石墨晶格缺陷，使制品的石墨化程度降低。
2、温度及高温下的停留时间
高温是碳转变成石墨的主要外界条件。
同种碳材料，温度越高，石墨化程度越好。
不同种碳材料，开始石墨化的温度不同。
石墨化程度与高温下的停留时间也有一定的关系。
但效果远没有提高石墨化温度明显。
图1－3石油焦在一定温度和时间下的层间距示意图
石油焦一般在1700℃就开始石墨化，而沥青焦则要在2000℃左右才能进入石墨化的转化阶段。
石油焦在石墨化过程中，晶体增长和温度的关系及层间距与温度的关系如图所示。
图1-4晶体增长及层间距与温度的关系图
La----晶粒宽度.lC---晶粒厚度d---相邻晶层距离
从图中可以看出，石油焦在石墨化过程中，一直到2300℃以上才接近于理想石墨结构。
制品的石墨化程度和温度的关系如表。
表1－2温度与石墨化程度的关系
温度
（℃）
在该温度下停留时间
（分）
电阻率
（欧姆·米）
相邻晶层距离
（纳米）
2000
68
35.2
0.34233
2250
63
23.5
0.33989
2530
67
13.0
0.33743
2780
60
10.5
0.33674
3000
68
8.5
0.33644
表1－3同一温度下不同停留时间与电阻的关系
温度
（℃）
停留时间
（分）
电阻率
（欧姆·米）
相邻晶层距离
（纳米）
2000
15
35.2
0.34257
2000
18
35.2
0.34233
2000
183
34.3
0.34223
2000
363
33.2
0.34201
2000
608
32.2
0.34185
2000
1204
31.5
0.34165
2250
63
23.5
0.33989
2250
187
22.1
0.33929
特别是在实际生产过程中，当达到最高温度时，往往还要保持一段时间。
这是因为石墨化炉芯是由不同规格的碳制品和电阻料构成。
工艺操作、原料性质、接触好坏、绝缘效果等原因，会造成各部位炉阻的不同，常常会使电流密度不均，从而造成炉内各部位温度的不一致。
所以，同一石墨化炉内，炉芯中央部位和边缘部位也存在数XX的温差。
因此为了保证整个炉芯的最高温度基本一致，在达到最高温度后，保持一段时间是必要的。
3、压力
提高压力对石墨化有一定的促进作用。
有人把石油焦等碳化物在1～10千巴的压力下加热时发现，在1400--1500℃的低温下就开始石墨化。
反之，减压加热时，对石墨化有抑止作用，实践证明，如果石墨化在真空条件下进行，则它将达不到一般大气压下能够到达的石墨化程度。
但这其实只是理论研究，实际应用不到。
4、催化剂
在一定条件下，添加一定数量相应的催化剂，可以促进石墨化的进行。
如：
硼、铁、硅、钛、镍、镁及其某些化合物等等。
催化剂的添加一般是以极细的粉末加入，由于它们的性质不同，对石墨化的促进机理和效果也不同。
大致分两类。
（1）不溶－淀析机理
无定型碳融解于有催化作用的添加物中，如铁、钴、镍等。
形成这些金属和碳的熔合物，通过化合物内部的原子重排，使碳作为石墨的结晶而析出。
如溶铁的碳析出时，可得到单晶石墨。
（2）碳化物的形成－分解机理
无定型碳与有催化作用的添加物形成碳化物，碳化物在高温下分解即生成石墨和金属蒸气。
这种机理与碳化物的转化理论是类似的。
作为碳的催化剂，在元素周期表上有一定的规律，研究表明ⅠB、ⅡB族金属元素对碳的石墨化没有催化作用，而其它过渡元素则有催化作用。
表1-4各种金属的催化效应
能促进均质石墨化的
硼
能催化形成石墨的
镁、钙、硅、锗
能催化形成石墨和乱层结构的
钛、矾、铬、锰、铁、钴、镍、铝、锆、铌、钼、铪、钽、钨
没有催化作用的
铜、锌、银、镉、锡、锑、金、汞、铅、铋
催化剂的添加有其最佳的加入量。
过多的添加不仅使得催化作用不明显，而且会成为防碍石墨晶体生成的杂质，正如碳化物转化理论一节中提到的：
当石墨化度较低时，某些矿物杂质对石墨化有催化作用，但催化机理不局限于生成碳化物这种形式。
当石墨化度较高时，矿物杂质的存在往往会使石墨晶格形成某种缺陷，妨碍石墨化度的进一步提高。
目前石墨电极中常以铁粉或铁的氧化物做添加剂。
图1-5同一温度下三氧化二铁粉的加入量与石油焦石墨转化度的关系示意图
从图中曲线可见，在同一温度下随着三氧化二铁含量的提高，石墨化度提高，但到3％以上，则曲线趋于水平。
在实际生产中，我们经常遇到和分析的主要是前两项，即原料和温度。
至于压力和催化剂，虽然理论上对石墨化有影响，但未到能应用于实际分析的程度。
五、石墨的晶体结构
1、理想石墨的晶体结构
图1-6理想石墨晶体结构示意图
理想石墨具有层状结构，石墨晶体中碳原子排列成正六角形，这些六角结构成相互平行的许多平面层，每个碳原子剩余的一个电子则在平面之间能够较自由的移动，在同一平面上，每个碳原子周围环绕着三个碳原子，它们间的距离均为0.142nm，结合力为较强的共价键，其键能达170千卡/克原子，平面之间的间距为0.3354nm，以较弱的金属相连接，键能为4.36卡/克原子，层间引力较弱，石墨的这种晶体结构使石墨具有：
柔软、润滑、导电、熔点高，化学性质稳定的特点。
各种人造石墨的结构不如理想石墨完善，由于各种原因不同程度地带有各种结构缺陷，常见的有：
层面堆积缺陷，层面排列有序性不连贯。
碳网格下键连接的缺陷，把层面分割成不限的区间，不像理想石墨那样，碳原子平面网格在二维空间上无限伸展。
晶界错位缺陷，晶界错位，碳原子排列不成正六边形网格。
空洞缺陷，六边形网格中碳原子断链，缺位。
混入杂原子的缺陷，在点阵中拌有非碳原子或原子团。
从上述意义讲，人造石墨只能称作一种“多晶石墨”。
不过这种“多晶石墨”已具备了理想石墨的基本特性。
2、金刚石的晶体结构
在金刚石的晶体结构中每个碳原子与相邻的四个碳原子以共价键结合，呈正四面体配位，属于等轴晶系，金刚石是典型的原子晶体，金刚石的这种结构特征，决定了金刚石不导电，导热性也很差。
在隔绝空气的条件下加热到1000℃时，金刚石转变为石墨结构，在空气中加热到780℃左右会燃烧而生成二氧化碳。
使用纯度较高的人造石墨在高温、高压下可以获得人造金刚石，但是这种人造金刚石的颗粒比较小。
图1-7金刚石的晶体结构示意图
第二节石墨化转化理论
人造石墨生产一百多年来，石墨化的转化机理一直是人们不断研究的一个课题，通过研究，人们提出了各种假说。
其中有影响的、有以下3个理论假说：
一、碳化物转化理论
该理论是美国人艾其逊在合成碳化硅时、发现了结晶粗大的人造石墨为依据而提出来的。
他认为碳质材料的石墨化首先是通过与各种矿物质（如SiO2、Fe2O3、Al2O3）形成碳化物，然后在高温下分解为金属蒸气和石墨。
这些矿物质在石墨化过程中起催化作用。
由于石墨化炉的加热是由炉芯逐渐向外扩展，因此，焦碳中所含的矿物质与碳的化合首先在炉芯进行。
以生成碳化硅为例，发生如下化学反应：
高温分解产生的金属气化物又与炉芯靠外侧的碳化合、形成碳化物，然后又在高温下分解。
这样一来，少量的矿物质可以使大量的碳化物转化为石墨。
在石墨化炉中，确实可以发现一些碳化硅晶体，在人造石墨制品表面也常发现有分解石墨和尚未分解的碳化硅。
但已有研究表明，这种由碳化物分解形成的石墨与焦碳经过结构重排，转化而成的石墨在性质上是不同的。
少灰的石油焦比多灰的无烟煤可以达到更高的石墨化度。
如预先对石油焦或无烟煤进行降低灰分处理，则它们更易于石墨化。
事实上，当石墨化度较低时，某些矿物杂质对石墨化有催化作用，但催化机理不局限于生成碳化物这种形式。
当石墨化度较高时，矿物杂质的存在往往会使石墨晶格形成某种缺陷，妨碍石墨化度的进一步提高。
因此，碳化物转化理论对分解石墨来说是正确的，但对多数碳质材料的石墨化来说，就不符合实际了。
二、再结晶理论
塔曼根据金属再结晶理论引申而提出石墨化再结晶理论。
再结晶理论假定碳素原材料中原来就存在极小的石墨晶体，他们借碳原子的位移而“焊接”在一起成为大的晶体，另一方面，再结晶理论还提出了石墨化时有新晶生成，新晶是在原晶体的接触界面上吸收碳原子而成长的。
石墨化的难易与炭质材料的结构性质有关。
对于多孔和松散的原料，由于碳原子的热运动受到阻碍，使晶体连接的机会减少，所以就难于石墨化。
反之，结构致密的原料，由于碳原子热运动受到空间阻碍小，便于互相接触和晶体连接，所以就易于石墨化。
同时该理论还认为，石墨化程度与晶格的成长有关，但它主要取决于石墨化温度，高温下的持续时间也有一定影响。
此外，该理论认为，只有当第二次结晶的温度高于第一次结晶的温度时，二次结晶才能发生。
显然，再结晶理论比碳化物转化结论前进了一步。
但是再结晶结论没有说明碳质原料中存在的微小石墨晶体形成的过程和条件。
根据X射线衍射对晶体分析，在大多数原始碳中并没有石墨晶体的存在，所以，所谓的“热焊接”或新晶生成也就缺乏根据，用该理论解释石墨晶体的转化过程也就难以使人信服。
三、微晶成长理论
1917年，德拜和谢乐在研究无定型碳的X射线衍射图谱时，发现它于石墨谱线有相似之处，有些谱线两者可以重合。
因此他们认为无定型碳是由石墨微晶组成的，无定型碳与石墨的不同，主要在于晶体大小的不同。
在此基础上，德拜和谢乐提出了石墨化微晶成长理论。
由于以后研究者的充实和发展，这一理论已为较多的研究者所接受。
该理论认为：
碳质材料的初始物质，都是稠环芳香烃化合物，这些多环化合物由于热的作用，经过连续不断的分解与聚合等一系列反应，最终生成含碳量很高的碳青质，碳青质的结构单元是二维平面原子网格的堆积体。
网格的边缘有各种侧链，如机能团、异类原子等，由于它们之间原子力的相互作用，使得平面网格作一定角度的扭转，这是一种特殊的物质，既不是树脂或玻璃体一样的非晶体，也不是晶体，微晶成长理论中把它称之为“微晶”。
这种微晶可以视为一些大原子团，它们有正六角形规则排列的结构，具有转化成石墨结构的基础。
由于含碳物质原来的化学组成，分子结构的不同，碳化后这些原子团的聚集状态也不一样，可石墨化性也大不相同，一般以平行定向堆积和杂乱交错堆积来区分原料石墨化的难易程度。
无定形碳在高温下通过“微晶”增长而转化为石墨。
在1600以前，其变化并不明显，但当温度升至1600℃－2100℃时，“微晶”的变化明显加快，此时“微晶”边缘上的侧链开始断裂或气化，或是进入碳原子的平面网格，进而使“微晶”的结构发生变动，即一些大致平面定向的“微晶”在高温的作用下逐渐结合成更大的平面体。
与此同时，随着过程的进行，“微晶”将在a轴上增长，并在c轴上也进行重新排列，从而使有序排列的厚度增加，这一过程可一直延续到2700℃，即当“微晶”从二维空间的无序排列逐渐转化为三维空间的有序排列，并最终形成石墨晶体是才基本结束。
总之，石墨化机理比较复杂，有许多问题还在研究之中。
第三节石墨化炉及辅助设备
石墨化炉是根据焦耳定律的原理而设计的直接加热，间歇运转的电阻炉。
对艾其逊式石墨化炉而言，装入炉内的产品与少量的电阻料组成炉芯，产品本身即是发热电阻，又是被加热对象。
对内串炉而言，装入炉内的产品就是炉芯，发热电阻由产品本身构成。
制品靠自身的发热而使之石墨化。
一、艾其逊式石墨化炉
艾其逊式石墨化炉一般包括炉底槽、炉头端墙、导电电极、炉侧墙、槽钢等几部分。
图3-1艾其逊式石墨化炉的结构示意图
炉底槽一般指石墨化炉两端墙之间长方形槽的底下部分。
在石墨化炉的混凝土基础上，先砌1～3层红砖，然后再砌一层普通耐火砖，四周也用耐火砖砌起，至端墙多灰碳块处。
如采用活动侧墙式，还要在两边砌上一排虎头砖，即构成炉底槽。
在炉槽的两端各砌上一个导电端墙，成为炉头端墙，炉头端墙的外侧墙用多灰碳块或用耐火粘土砖、高铝砖等砌筑。
内侧墙用石墨化块砌筑。
为加强保护炉头，使其在热膨胀或机械力的撞击下，不致引起大的变形和损坏，炉头两侧有槽钢或角钢制成的护架，并用钢拉筋固定。
内、外两侧墙之间的空间填充石墨粉，并要捣固。
石墨粉要求水分在0.5％以下，粒度0～5毫米之间，灰分在1.5％以下，粉末电阻率不大于350×10－6欧姆·米。
装入石墨粉的目的是：
（1）密封及保温作用。
（2）同时还有部分均电流作用。
很多厂家选择在炉头石墨粉上放一层耐火砖或废阳极之类的东西将其盖上，盖上的主要作用有：
增强密封效果，防止上盖保温料混入炉头石墨粉中。
上盖保温料混入石墨粉中后，易形成硬块。
导电电极贯穿过内，外两端墙，与端墙构成一个整体。
电极上有铜板通过夹紧夹具与之连接。
铜板与铝母线排之间用多层薄铜片缓冲连接。
电极靠向炉内的一端与炉内侧导电端墙相接。
导电电极可用石墨化电极或石墨块。
如果用石墨化电极做导电电极则会给石墨化炉砌筑带来很大难度，所以，导电电极多采用石墨化块，石墨化块要有较高的导电系数，其允许电流密度最好为11安培/厘米2以上。
所以现在的很多厂家使用二烧石墨化块做导电电极。
考虑到由于连接的程度等各方面原因，导致各个导电电极的导电不均匀性，为了提高导电电极的使用寿命，一般在选用石墨化块导电电极的个数和截面时，应保证其电流密度在10安培/厘米2以下。
否则，导电电极容易断裂，易造成炉头（尾）导电端墙在送电后期发生窜火事故。
图3－2炉头（尾）导电端墙导电电极的配置形式
常用的石墨化块截面一般为400×400以上，电阻率应小于10×10－6欧姆·米，抗压强度大于16MPa
表3－1石墨化块的理化指标实测结果。
项目
指标
灰分
0.32％
真密度
2.22g\cm2
体积密度
1.61～1.67g\cm2
孔隙率
24.77～27.48％
抗压强度
20～29MPa
比电阻
8～10×10－6Ω·m
石墨化炉在运行中，炉温达2300℃以上，导电电极与炉芯连结的一端就是在这样的高温下进行工作。
导电电极的另一端与铜母线相连接，这就要保证与铜板的连接处的温度要低于铜板的融化温度，同时，因导电电极裸露在空气中，必须在低于氧化温度下工作。
为此，一定要进行强制冷却。
目前基本有两种冷却方式。
1、直接淋水冷却：
以钻孔水管横架于导电电极上，浇水于导电电极及其与铜母线的连接处，使之冷却。
这种直接冷却方式简单、方便，冷却效果好。
缺点是，冷却水四溅，易对炉体渗水。
而且这种方式需要安装一泄水槽，水槽易阻塞，不及时处理，槽内水就容易渗入炉内，喷淋水也容易渗入炉内，使炉子的寿命周期缩短，同时易使炉内产品氧化。
另外，在北方，冬季水槽四周容易结冰较多，不易处理。
2、直接内冷：
在导电电极镗孔后直接用丝堵堵上，再接上一长一短两根水管，让水直接流到电极的圆孔后再排出。
图3-3直接内冷方式示意图
这种方式的优点是易将水系统做成全封闭或半封闭系统，不会向炉内渗入。
因为可以不用泄水槽，从而，用此方法的厂家，多把水系统做成半封闭系统。
缺点是：
冷却效果不如直接淋水冷却，对水质要求较高，严禁缺水。
否则炉头温度升高，再忽然通入冷水，易产生水爆，十分危险。
石墨化炉侧墙分固定墙和活动墙
固定式侧墙一般采用耐火砖砌筑，每隔一定间隔都要留一排气孔，以使送电过程中炉芯内的烟气能顺利排出。
使用耐火砖做侧墙，保温效果好，使用寿命也稍长，但造价较高。
活动式侧墙是由水泥、粘土、耐火砖碎块等按一定比例配制而成，墙上留有排气孔。
使用时将活动侧墙吊放在炉两侧、由槽钢做成的柱子间。
活动式侧墙的优点是经济、省工，且冷却炉子时方便。
缺点是不耐机械冲击和热冲击，以及破损不能修补等。
此外，现在还出现了下半部为固定式，上半部为活动式的混合型侧墙，兼顾了两者的优点，使用效果比较理想。
槽钢（或铸铁支架）主要起固定侧墙的作用。
通电炉芯由被加热的产品和中间填充电阻料组成。
通电后炉体有一定的热胀力。
二、短网
一般把直流石墨化炉整流柜的输出端到炉头导电电极之间的母线，称为短网，石墨化炉使用的母线一般为矩形。
石墨化炉的母线有铜和铝两种材料制成。
铜的机械强度较大，导电性较好，抗腐蚀性亦强。
铝的导电性稍差，但铝的价格相对便宜，比重也轻。
表3-2铜和铝的有关性能数据
材料
比重
极限强度（MPa）
电阻率（µΩm）
电阻的温度系数（1/℃）
紫铜
8.9
220
0.016
4.3×10-3
铝
2.7
110
0.025
4.7×10-3
由于石墨化炉的炉阻较小，尤其是送电后期，炉阻变得更小，使短网的压降增大，造成电能损耗增加。
因此石墨化炉能否安全经济地运行，与短网的特性有密切的关系。
最基本的原则是应该尽量减少短网的阻抗，使整个短网保持较小的压降。
石墨化炉的短网中有各种接触。
如有导电电极与铜母线的接触，铜软母线与铝母线的接触，铝母线之间的接触等等，这些接触都将产生接触电阻，影响整个短网特性。
有连接点的导体的接触电阻，不但取决于材料的性质，而且还取决于接触连接时的接触面积及接触压力。
为此，在母线连接时最基本的一条是：
擦光上紧。
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