石墨化工艺参数的设计

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1、石墨化工艺参数的设计崔东生(沈阳铝镁设讨研究院，辽宁沈阳110001)摘要：在石墨化工序的设计中，各项参数正确她选择，关系到设备的优化选择，更关系到投产后生产指标是否节能先进，本文阐述了艾奇逊石墨化炉的石墨化工艺在设计中如何正确选择参数，结合国内实践，供大家参考。关键词：艾奇逊石墨化炉设计参数石墨电极电耗目前，国内碳素行业趋向为，向大规格、高功率和超高功率石墨电极发展。艾奇逊石墨化炉直流石墨化供电已为国内绝大多数厂家所采用，关于直流供电和交流供电利弊比较，已有很多文章叙述，本文不再赘叙。为了保证电

2、极的质量，喇氐电耗，并能提高电极的产量，在设计中合理地选择各项设计参数，是达到上述目的的必要保证。1石墨化机理石墨化是高温下固相中的变化，以热能引起的运动为基础使碳元素微晶结构从无序状态(无定形炭)向有序状态(石墨晶体结构)过渡，也即是晶体成长和增大晶体内层面订序叠合为主的物理性质的结构变化。热处理温度越高晶体的层面问距逐渐减小，越接近理想石墨晶体层面问距(0．3354nm)。过去由于电流密度较小～般在1．1～1，3A／cw．2左右，所以石墨化炉：吝温度在2300。C左右。一般地说来，普通功率石墨

3、电极石墨化温度在2300～2500。C即可满足质量要求，电流密度可以取到1．8～2．3A／cm：左右。而高功率石墨电极石墨化温度在2500～2800"C左右，电流密度可以取到2．3～2．6A／cm2左右，超高功率石墨电极温度要求大于2800。C以E，才可以满足质量要求，这时电流密度应取在2．6～3．0bdcm2比较适合。2炉芯尺寸的确定根据石墨屯极年产量和通电时间，可确定装炉量。例如，某厂需年产1万吨石墨电极，通装炉争——10000+82％÷90％电曲线设定为65小时，炉，则：=10l(吨)876

4、0--6582％一机加成品率：90％—石墨化的运转率和成品率实收率总和。求出装炉量后，根据装炉方案500立装5排可以求出石墨化炉芯的宽度和长度。炉芯宽度=o．52×5+0．2--2．800(m)炉芯长度≥：——×o．6+1--．18．8(m)取19米101q-0．685炉芯高度=1．900+0．200=2．100(m)3供电设备参数的选择3．1最大电流根据装炉方案所确定的炉芯尺寸和电流密度的选择来确定最大电流。炉芯截面=2．8×2，1=5．88m2电流密度取2．5A／cm2，贝g最大电流为#2．5

5、x5．88=14．7(万安培)3．2电压根据炉阻大小和电流大小来确定最高电压和最1氐电压，炉阻的大小又国产品规格的不同及电阻料配比不一样而炉阻不同，这里还有人工操作因素。根据多年实践统计，整个系统开炉时综台电阻为：电阻料为生焦时：20～40(×10_，Q)电阻料为熟焦时：5～10(×10。Q)电阻料为生：熟_3．7时：10～20(×10-3Q)终炉电阻为：O．5～1．o(×I矿o)最高电压一般不发生在起点，也不发生在堆高时，它与功率及上升功率及电阻料状态有关，根据统计：电阻料全部为熟焦时：5．5～

6、6．5V／m电阻料生：熟=3：7时：6．5～7．5V／m电阻料全部为生焦时：8～12V／rn这样根据炉芯长度和电阻科配比情况可以确定变压器最高电压了．而最低电压—般都是在停炉前出现的。它的大小与装炉截面和电流变化以及人工操作因索有直接关系，一般是2V／m，而最低时可到1．SWm左右，因此可以确定变压器最低电压。3．3功率石墨化炉的内功率为辟pY(6；)2·1酽(kW)p—炉芯综合电阻系数，一般在(2．5～30)x102’Q’mmZ／m范围内；帅芯体积m3；6广_妒芯电流密度A／era：t。电流、电

7、压、电阻，变压器和整流柜的参数基本确定了，但是变压器的名牌一般定在生产中出现的最大功率的数值上．而最大功率出现在整个通电时间1／2～2／3的时间段上，其数值也是受着送电的快慢而大小，～般地说来，时间增加了10％～15％，变压器的最大功率出现时也就降低了10～15％。因为变压器的产量基本是个常数。电炉变压器及整流机组和年产量关系如下：G一——·只876nKWG一一组石墨化炉的年产量(t)n——组石墨化炉的年运转率(％)"—每吨石墨化半成品电耗(kW‘h)卜计算系数(2．O～2．5)P广电炉变压器及整

8、流机组的-gi(kVA)根据上式可求出电炉变压器及整流机组的年产量。目日袱电方式都是采用恒功率，大直流。恒功率的概念是，给出的功率无论在任何数值上都在一定时间内通过调节保持功率不变。4电耗4．1石墨化理论电耗石墨化的理论电耗与石墨化比热和石墨理论热能单耗有直接关系。碳一石墨的比热随温度的升高而增大，其关系式如下：在0～300"C时关系式如下C。j=o．19210×10*r-0A12×10-5T2．0．10831×10’1"3．0．10885×10’loP(1)在300～3200。C