石墨化電阻料

電阻料的熱電特性在很大程度上取決于溫度，其電阻率與溫度的關(guān)系尤為密切，作為構(gòu)筑數(shù)學模型的基礎，采用了具有內(nèi)熱源和帶變量系數(shù)的熱傳導方程，形式上近似于有限單元法。這一數(shù)學模型把所有各種裝爐物料的熱電物理特性與溫度的關(guān)系都考慮到了，借助于這樣的模型就能夠洞察整個爐內(nèi)在加熱過程中的三維空間溫度場的勢態(tài)，并能確定毛坯內(nèi)溫度梯度變化大小及特點。所以，把毛坯徑向溫度梯度的大小，選作判斷裂紋生成的可能性。

采用石墨化焦和生焦的混合焦作為電阻料，其熱電特性介于兩者之間，但由于設備無法保證配比的準確度及均勻度，爐內(nèi)個別地方生焦比例偏大，送電時產(chǎn)品周圍產(chǎn)生較大的溫度梯度，尤其對大規(guī)格電極，其承受熱應力能力較差，容易使產(chǎn)品開裂。致使產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)了較大的波動，從1994年-1997年統(tǒng)計的成品率結(jié)果來看RP?500mm、HP?450mm成品率在93.0%左右波動，低于計劃指標2.5%，通過對電阻料特性的分析,結(jié)合電阻料特性及實際情況,對于大規(guī)格必及以上電極采用石墨化焦作電阻料，對于必及以下中小規(guī)格電極用生焦作電阻料進行改進 。

（1）根據(jù)對石墨化焦、生焦熱電物理特性與溫度梯度變化的特點的分析，可知用石墨化焦作電阻料在爐內(nèi)可得到相當均勻的溫度場，而設備無法保證混合焦的均勻度與配比的準確度，送電時產(chǎn)品周圍溫度梯度大，大規(guī)格產(chǎn)品易開裂。通過對大規(guī)格電極用石墨化焦作電阻料發(fā)現(xiàn)可明顯提高成品率，為了彌補其電阻小、電效率低的弱點，通過加快溫升曲線來彌補。從產(chǎn)品結(jié)果看，用強化石墨化加快曲線的作法，產(chǎn)品電阻率相比混合焦下降了0.5μΩm左右，成品率提高幅度在1.0%以上，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。

（2）石墨化焦作電阻料的質(zhì)量關(guān)鍵在于送電曲線，在電極本體質(zhì)量穩(wěn)定的情況下，加快強化送電,在保證制品不開裂的情況下，不僅能提高品級率，而且可以通過縮短通電時間來降低工藝電耗。

（3）生焦作電阻料爐阻大，熱效率高，用生焦作年電阻料可大幅度降低產(chǎn)品的比電阻，選擇合理的曲線至關(guān)重要，從實踐結(jié)果看，成品率高于計劃指標 。

石墨化爐均為用直流供電方式的艾奇遜石墨化爐，屬于單相電阻爐，被處理的材料作為爐中的加熱電阻，沿爐芯中心線裝入爐中。爐芯是由立裝的圓柱形電極的毛坯及填充在其中間的加熱電阻料組成，電阻料一般使用冶金焦。根據(jù)對電極和電阻料建立數(shù)學模型的計算得知,送電開始,電極毛坯的電阻只占1.5%,送電結(jié)束后，電極毛坯的電阻增大到4%。按焦耳一楞次定律，爐芯可看作電阻料和電極的串聯(lián)電路，電流相同，送電開始時，全部熱能的98.5%是毛坯之間的電阻料發(fā)出來的，僅有1.5%是毛坯本身發(fā)出來的，由于每段材料的電阻隨溫度而變化，在通電結(jié)束時，96%的熱量是電阻料中發(fā)出來的，僅有4%的熱量是毛坯本身發(fā)出的。

圓柱形電極毛坯從外面加熱，熱量逐漸向中心傳遞。實際上，爐芯中的毛坯從通電開始到結(jié)束的整個過程中，是由電阻料層中放出來的熱量加熱的。也就是說，電阻料是石墨化爐產(chǎn)生熱能的基本要素，爐子的溫度梯度取決于電阻料，所以合理選擇使用電阻料至關(guān)重要 。

對RP?500mm、HP?400mm用石墨化焦作電阻料各試兩爐,爐長18m,爐芯截面分別為6.3m²、5.9m²，變壓器容量為16700kVA，最大輸出電流125000A，兩種規(guī)格都采用三階段送電曲線，開始功率20000kW,9000kW為第三階段。并逐爐跟蹤測溫。1200℃用光學高溫計測量。從測溫看，用石墨化焦作電阻料溫升均勻，預熱脫水期0-300℃溫升21℃/h ，重復焙燒期300-1200℃溫升45℃/h左右，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變期1200-1800℃溫升42℃/h左右，但>1800℃平均為35℃/h，因石墨化焦開始爐阻低約為5.0×10^-6Ω,爐芯電阻小，電效率較低，因此最高爐溫偏低，電阻率略高，但根據(jù)石墨化焦溫度場均勻的特點及結(jié)合測溫數(shù)據(jù)看，重復焙燒期升溫較低，第二次對石墨化焦的曲線逐步加快，前兩個階段各加快50kW/h-100kW/h，加快了送電速度，第三階段由9000kW開始快速上升提前到8500kW快速上升,從改進情況看，預熱脫水期及重復焙燒期溫升加快10℃/h 左右，最高功率提高了1000-2000kW，最高爐溫提高了100-200℃ ，成品率非常穩(wěn)定，電阻率下降了約0.7μΩm。

生焦由于溫度梯度大，易產(chǎn)生裂紋，但根據(jù)后期爐阻高，其電效率高的特點，對RP ?350mm、HP ?350mm用生焦作電阻料，但出爐后必電極成品率低于計劃指標1.5%，說明曲線有不合理的地方，后適當放慢第一階段送電速度，下降幅度，效果良好，其最高功率達到15000kW。

出爐產(chǎn)品電阻率較低，成品率穩(wěn)定，經(jīng)過多次總結(jié)，正式下發(fā)了石墨化焦、生焦曲線，開始正式用石墨化焦、生焦代替混合焦生產(chǎn)?？梢哉f對石墨化工序的生產(chǎn)進行了一次重大的工藝變革 。

以炭素焙燒品和電阻料為爐芯，通入直流電，生產(chǎn)人造石墨制品的一種電阻爐。由于爐芯的電阻（主要是電阻料的電阻），電流流過時電能即轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽鴮⑻克乇簾芳訜岬?000～3000℃的高溫，完成石墨化過程而成為人造石墨。它與交流石墨化爐都同屬于艾奇遜爐 。

直流石墨化爐（DC graphitization furhace）是指以炭素焙燒品和電阻料為爐芯，通入直流電，生產(chǎn)人造石墨制品的一種電阻爐。由于爐芯的電阻（主要是電阻料的電阻），電流流過時電能即能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，而將炭素焙燒品加熱?000~3000℃的高溫，完成石墨化過程而成為人造石墨。它與交流石墨化爐都同屬于艾奇遜爐 。

用來使碳素材料石墨化的電阻爐。爐體呈長方形，兩端有端墻和連接電爐變壓零用的石墨電極，爐長約10~25 m，寬1.5~3m，碳素還料裝入量為20~70t，側(cè)墻有固定式和移動式兩種，坯料均勻地排放在爐內(nèi)，其軸線與電流方向垂直，坯料周圍及上下空隙用焦炭粉填實，頂面用硅砂和焦炭粉的混合物覆蓋，最高加熱溫度為2600~3000℃，在高溫下碳素坯料中的碳原子重新排列形成石墨結(jié)構(gòu)的晶體，即所謂石墨化。爐子的運行是間歇式的，升溫和冷卻過程受到嚴格控制，通常一個周期歷時約20天，其中通電加熱時間約3天。因此，一臺電滬變壓器常配用10臺左右的電護。電爐是大功率（5000 ~30000kV·A)單相負載，使用中要考慮多臺電爐平行作業(yè)，或為每臺電爐配置各相間電平衡裝置。變壓器二球電路的電抗大，通電末期功率因數(shù)顯著降低。

這種電爐是美國E. G.艾奇遜(Edward Goodrich Acheson)于19世紀90年代發(fā)明的。主要用于生產(chǎn)煉鋼電弧爐用的石墨電極。制品直徑可達1000mm 。