畢業(yè)設(shè)計(jì)——高功率石墨化設(shè)備的研究

1、沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 摘 要為提高材料的導(dǎo)熱導(dǎo)電性、熱穩(wěn)定性耐滑性耐磨性等，將碳石墨材料經(jīng)過高溫?zé)崽幚碜優(yōu)槭破?。焙燒品?jīng)石墨化后，電阻率降低，約為原來的1/31/4；真密度約提高10%；導(dǎo)熱性提高10倍左右；線膨脹系數(shù)降低約1/2；氧化開始溫度也有所提高；雜質(zhì)汽化逸出、灰分降低；機(jī)械強(qiáng)度有所降低。目前國內(nèi)廣泛應(yīng)用的石墨化設(shè)備主要有兩種，一種是艾奇遜爐；另一種是內(nèi)串石墨化爐。兩種爐型都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。艾奇遜爐設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，堅(jiān)固耐用, 容易維修, 但有通電周期長，熱效率也很低，制品的石墨化電耗高等缺點(diǎn)。相對(duì)于艾奇遜爐，內(nèi)串石墨化爐具有加熱溫升快、電耗低制品石墨化程度均勻、不用電

2、阻料，生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。所以本次設(shè)計(jì)中，具體介紹了石墨化的目的、作用、機(jī)理等，并且對(duì)幾種爐型進(jìn)行了分析，最后根據(jù)年產(chǎn)2萬噸的年產(chǎn)量，選定內(nèi)串石墨化爐為主要設(shè)備，并對(duì)爐體尺寸進(jìn)行了計(jì)算，且對(duì)配套設(shè)備銅排鋁排以及變壓器進(jìn)行了選型，最后得出結(jié)論。關(guān)鍵詞：石墨化；艾奇遜；內(nèi)串；IIAbstractIn order to improve the thermal conductivity, thermal stability and wear resistance of the materials, carbon graphite material is changed into graphite pro

3、ducts by high temperature heat treatment.After baking goods are graphitised and decrease of resistivity, is about the original 1 / 3 to 1 / 4; true density increased about 10%; thermal conductivity increased by ten times or so; linear expansion coefficient decreased by approximately 1 / 2; oxidation

4、 onset temperature also increased; impurity vaporization escaping, low ash content; mechanical strength decreased.At present, there are two main types of the graphite equipment, one is Acheson furnace, the other is the LWG.Acheson furnace device structure is simple, operation is convenient and durab

5、le, easy maintenance, but power cycle is long, the thermal efficiency is very low, product graphitization power consumption disadvantages.With respect to the Acheson furnace, on graphitization furnace with heating temperature rises fast, uniform power consumption products low graphitization degree,

6、no resistance materials, low production cost and other advantages. So in the design, concretely introduces the graphitization of the purpose, function, mechanism, and has carried on the analysis to the several types of furnace, finally according to an annual output of 20 thousand tons of annual outp

7、ut, within the selected on graphitization furnace is the main equipment and to the furnace body size were calculated, and to form a complete set of equipment of copper aluminum row and transformer selection, finally draws the conclusion. Key word: Graphitization;Ahs;LWG 目錄摘 要IAbstractII1 緒論11.1課題背景1

8、1.2石墨電極簡介11.3國內(nèi)外石墨行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀21.3.1國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀21.4.2國外發(fā)展現(xiàn)狀21.5石墨電極生產(chǎn)工藝流程簡介32石墨化原理及設(shè)備72.1石墨化的目的與作用72.2石墨化方法82.3石墨化過程與石墨化程度82.4石墨化機(jī)理92.4.1碳化物轉(zhuǎn)化機(jī)理92.4.2再結(jié)晶理論92.4.3微晶成長理論93石墨化設(shè)計(jì)113.1設(shè)計(jì)任務(wù)113.2爐型介紹113.2.1石墨化爐的加熱原理113.2.2石墨化爐的分類124參數(shù)計(jì)算184.1爐體尺寸計(jì)算184.2爐體設(shè)計(jì)194.2.1保溫料的用途及選擇 194.2.2裝保溫料尺寸204.2石墨化爐的供電裝置的選擇204.2.1最大電流的計(jì)算2

9、04.2.2最大電壓的計(jì)算214.3銅鋁排的選擇224.3.1銅鋁排規(guī)格的計(jì)算234.4輔助設(shè)備設(shè)計(jì)選型234.4.1吸料天車的設(shè)計(jì)選型234.4.2行車的設(shè)計(jì)選型244.4.3平頭鋸的設(shè)計(jì)選型24結(jié)論26致謝27參考文獻(xiàn)28附錄A：英文原文29附錄B：中文翻譯34 V1 緒論1.1課題背景當(dāng)今社會(huì)中出現(xiàn)了很多新興材料，例如有機(jī)硅材料、有機(jī)氟材料、超導(dǎo)材料納米材料、儲(chǔ)氫合金、炭材料等。而炭材料的用途非常廣泛。炭材料包括：木炭、竹炭、活性炭、炭黑、焦炭、天然石墨、石墨電極、炭刷、炭棒、鉛筆等。其中石墨電極是鋼鐵、機(jī)械化工、電爐冶煉不可缺少的導(dǎo)電材料，隨著科技、國防等簡短領(lǐng)域的發(fā)展，石墨材料的應(yīng)用

10、越來越廣泛。石墨材料有很多優(yōu)點(diǎn)，例如：石墨材料加工速度快，不易變形，升華溫度高；重量輕，易研磨及拋光；材料成本低，價(jià)格穩(wěn)定；放電消耗小等。石墨電極也漸漸出現(xiàn)在了人們的眼中。碳素行業(yè)已經(jīng)不是一個(gè)新興的行業(yè)，其產(chǎn)品主要包括石墨電極、碳磚、炭糊、碳纖維等，其中石墨電極的產(chǎn)量占炭素產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)量的大部分。石墨電極是鋼鐵生產(chǎn)所需的重要耗材之一，近年來在鋼鐵行業(yè)的快速發(fā)展帶動(dòng)下，我國以石墨電極為主的碳素制品產(chǎn)能產(chǎn)量不斷增長。石墨電極具有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能。它具有在高溫下不熔化、機(jī)械強(qiáng)度高， 耐抗熱、震性能好且灰分含量低，抗氧化耐腐蝕性能良好等特點(diǎn)，故石墨電極已成為發(fā)展電冶煉工業(yè)中不可缺少的導(dǎo)電材料。1.2石

11、墨電極簡介石墨電極，主要以石油焦、針狀焦為原料，煤瀝青作結(jié)合劑，經(jīng)煅燒、配料、混捏、壓型、焙燒、石墨化、機(jī)加工而制成，是在電弧爐中以電弧形式釋放電能對(duì)爐料進(jìn)行加熱熔化的導(dǎo)體，根據(jù)其質(zhì)量指標(biāo)高低，可分為普通功率、高功率和超高功率。 （1）普通功率石墨電極 允許使用電流密度低于 17A/的石墨電極，主要用于煉鋼、煉硅、煉黃磷等的普通功率電爐。（2）高功率石墨電極允許使用電流密度為1825A/的石墨電極，主要用于煉鋼的高功率電弧爐。（3）超高功率石墨電極允許使用電流密度大于 25A/的石墨電極。主要用于超高功率煉鋼電弧爐。 1.3國內(nèi)外石墨行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 1.3.1國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 我國炭素工業(yè)起步比較晚

12、。解放初期由于電爐煉鋼的需要，炭素行業(yè)處于低水平、粗放型生產(chǎn)經(jīng)營狀態(tài)，是國家鋼鐵建設(shè)的需求促生了炭素行業(yè)的雛形。 20世紀(jì)80年代，我國進(jìn)入改革開放，冶金工業(yè)快速發(fā)展，炭素材料的市場需求迅猛增長，產(chǎn)品品種增加，產(chǎn)量增大，市場需求異常旺盛，這個(gè)時(shí)期可以稱作是發(fā)展期。在20世紀(jì)80年代炭素材料豐厚的利潤驅(qū)動(dòng)下，炭素制品生產(chǎn)能力過快增長。企業(yè)裝備水平低，產(chǎn)品質(zhì)量檔次低。引進(jìn)的國外設(shè)備由于原料與工藝不配套、設(shè)備與設(shè)備不配套、工藝與設(shè)備不配套等諸多因素的影響，形成了低端產(chǎn)品供過于求，高端產(chǎn)品依賴進(jìn)口的被動(dòng)局面。這一個(gè)時(shí)期可以稱為炭素材料的增長期。 在上世紀(jì)末至本世紀(jì)初，炭素行業(yè)由于結(jié)構(gòu)失衡，出現(xiàn)行業(yè)性大

13、面積虧損。主要表現(xiàn)特征：低檔產(chǎn)品嚴(yán)重供過于求，高檔產(chǎn)品缺少技術(shù)支持；原料供應(yīng)短缺，價(jià)格不斷高漲；產(chǎn)品價(jià)格持續(xù)低迷；產(chǎn)品市場價(jià)格與成本價(jià)格嚴(yán)重背離。各種不確定因素使企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營舉步維艱，我國炭素行業(yè)正處于這樣一種無序競爭期。 炭素行業(yè)利用改制改組之機(jī)，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)的時(shí)期已經(jīng)到來。整合重組可以是多種形式的。通過整合重組，實(shí)現(xiàn)資源、能源、技術(shù)、設(shè)備、管理、人才的優(yōu)化組合，優(yōu)勢互補(bǔ)。從炭素產(chǎn)業(yè)的原料供應(yīng)、能源供給、設(shè)備人才配置、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化、市場劃分、營銷渠道的整合等環(huán)節(jié)建立快捷、高效、低成本的生產(chǎn)經(jīng)營流程，打造良好的產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈，進(jìn)入可持續(xù)發(fā)展期。1.4.2國外發(fā)展現(xiàn)狀 石墨材料作為戰(zhàn)略

14、性主導(dǎo)材料受到各國政府的高度關(guān)注。美、德、英、法日等國家因本國石墨資源匱乏，天然石墨原料供應(yīng)一方面是依靠進(jìn)口，另一方面投資開發(fā)資源國的石墨資源。在石墨材料的應(yīng)用領(lǐng)域，主要發(fā)達(dá)國家的發(fā)展方向集中在石墨深加工領(lǐng)域的耐火材料、石墨烯、超硬材料和高純?nèi)嵝圆牧系确矫妗?009年，德國重點(diǎn)發(fā)展鋰離子電池用石墨陽極材料等；2011年，歐盟重點(diǎn)發(fā)展基于納米硅離子，激光反應(yīng)沉積，納米技術(shù)，石墨、石墨烯等關(guān)鍵材料的應(yīng)用；2012年，歐盟將石墨材料作為關(guān)鍵原料被列入其中，考慮中國的因素重新定位稀土和石墨材料；2013年，英國將石墨烯作為戰(zhàn)略主導(dǎo)領(lǐng)域和重點(diǎn)發(fā)展方向，通過建立石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，進(jìn)一步推進(jìn)先進(jìn)材料發(fā)展。1.

15、5石墨電極生產(chǎn)工藝流程簡介 石油焦 煅 燒粉粒制備粘結(jié)劑（破碎、篩分、磨粉）配 料混合及混捏浸漬劑成 型浸漬（擠 壓）焙 燒石墨化成品 機(jī)加工超高功率石墨電極的制作工藝分為：煅燒，中碎（配料），成型，浸漬，焙燒，石墨化，機(jī)加工七個(gè)步驟?，F(xiàn)分別作介紹：（1）煅燒石油焦原料在高溫下進(jìn)行熱處理，排出所含的水分和揮發(fā)份，并相應(yīng)提高原料理化性能的生產(chǎn)工序稱為煅燒。最高溫度可達(dá)1250- 1350。 煅燒使炭質(zhì)原料的組織結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性能發(fā)生深刻變化，主要體現(xiàn)在提高了焦炭的密度、機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)電性，提高了焦炭的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性能，為后序工序奠定了基礎(chǔ)。（2）中碎（配料）在配料之前，須對(duì)大塊煅后石油焦和針

16、狀焦進(jìn)行中碎、磨粉、篩分處理。中碎通常是將50mm左右的物料通過顎式破碎機(jī)、錘式破碎機(jī)、對(duì)輥破碎機(jī)等破碎設(shè)備進(jìn)一步破碎到配料所需的0.5-20mm的粒度料；磨粉是通過懸棍式環(huán)輥磨粉機(jī)（雷蒙磨）、球磨機(jī)等設(shè)備將炭質(zhì)原料磨細(xì)到0.15mm或0.075mm粒徑以下的粉末狀小顆粒的過程；篩分是通過具有均勻開孔的一系列篩子，將破碎后尺寸范圍較寬的物料分成尺寸范圍較窄的幾種顆粒粒級(jí)的過程，現(xiàn)行電極生產(chǎn)通常需要4-5個(gè)顆粒料粒級(jí)和1-2個(gè)粉料粒級(jí)。最終的配料是按配方要求，對(duì)各種粒度的骨料和粉料、粘 結(jié)劑分別計(jì)算、稱量和聚焦的生產(chǎn)過程。配方的科學(xué)性適宜性和配料操作的穩(wěn)定性是影響產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)和使用性能的最重要因

17、素之一。 配方需確定5方面內(nèi)容： 選擇原料的種類； 確定不同種類原料的比例；確定固體原料粒度組成； 確定粘結(jié)劑的用量；配料完成后進(jìn)行混捏。在一定溫度下將定量的各種粒度炭質(zhì)顆粒料和粉料與定量的粘結(jié)劑攪拌混合均勻，捏合成可塑性糊料的工藝過程稱為混捏。 混捏的過程可分為：干混（20-35 min）濕混（40-55 min），其作用為干混時(shí)使各種原料混合均勻，同時(shí)使不同粒度大小的固體炭質(zhì)物料均勻地混合和填充，提高混合料的密實(shí)度； 加入煤瀝青后使干料和瀝青混合均勻，液態(tài)瀝青均勻涂布和浸潤顆粒表面，形成一層瀝青粘結(jié)層，把所有物料互相粘結(jié)在一起，進(jìn)而形成均質(zhì)的可塑性糊料，有利于成型；部分煤瀝青浸透到炭質(zhì)物料

18、內(nèi)部空隙，進(jìn)一步提高了糊料的密度和粘結(jié)性。 （3）成型 炭材料的成型是指混捏好的炭質(zhì)糊料在成型設(shè)備施加的外部作用力下產(chǎn)生塑性變形，最終形成具有一定形狀、尺寸、密度和強(qiáng)度的生坯（或稱生制品）的工藝過程。（4） 浸漬 炭石墨材料是多孔性材料，一般的氣孔率在15%20%左右，因此，在炭素生產(chǎn)中，為了提高制品的體積密度、不透性、潤滑性、強(qiáng)度及其他特殊性能，要求對(duì)制品在焙燒或石墨化及機(jī)械加工后，采取浸漬工藝措施。用于浸漬的物質(zhì)，就稱為浸漬劑。常用的浸漬劑有：煤焦油、蒽油、煤瀝青、人造樹脂、金屬或合金。油脂類及無機(jī)化合物。（5）焙燒 炭制品生坯在填充料保護(hù)下、裝入專門設(shè)計(jì)的加熱爐內(nèi)進(jìn)行高溫?zé)崽幚? 使物料

19、生坯中的煤瀝青炭化的工藝過程。炭化后的煤瀝青形成的是瀝青焦將炭質(zhì)骨料和粉料顆粒固結(jié)在一起, 焙燒后的炭制品具有較高的剛度和強(qiáng)度、較低的電阻率、較好的熱穩(wěn)定性以及化學(xué)穩(wěn)定性。 焙燒是炭素制品生產(chǎn)的主要工序之一, 也是石墨電極生產(chǎn)三大熱處理過程中的重要一環(huán)。焙燒生產(chǎn)周期較長, 而且能耗較高。生坯焙燒的質(zhì)量對(duì)成品質(zhì)量和生產(chǎn)成本都有一定影響。 二次焙燒是焙燒品浸漬后進(jìn)行再次焙燒，使浸入焙燒品孔隙中的瀝青炭化的工藝過程。生產(chǎn)體積密度要求較高的電極（除RP以外的所有品種）和接頭坯料需進(jìn)行二焙，接頭坯料還需進(jìn)行三浸四焙或二浸三焙。 焙燒爐主要爐型： 連續(xù)作業(yè)-環(huán)式爐（帶蓋、不帶蓋）、隧道窯 間歇作業(yè)-倒焰窯

20、、車底式焙燒爐、箱式焙燒爐（6）石墨化炭石墨材料與制品的生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)是多工序，而其中最復(fù)雜、最關(guān)鍵的工序是石墨化。所謂石墨化，是把焙燒品置于高溫爐內(nèi)，在保護(hù)介質(zhì)中加熱到23002500以上，使六角碳原子平面網(wǎng)格從二維空間的無序排列（亂層結(jié)構(gòu)，或稱即無定形炭），轉(zhuǎn)變?yōu)槿S空間的有序排列的石墨結(jié)構(gòu)的高溫?zé)崽幚磉^程。焙燒毛坯石墨化是石墨電極生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵工序, 石墨電極的理化性能很大程度上是由石墨化的溫度決定的, 石墨化溫度應(yīng)在2500 以上。目前石墨電極生產(chǎn)使用的石墨化爐都是電熱爐, 即用大量的電能將制品加熱到石墨化所需的高溫, 生產(chǎn)1t 石墨電極約耗電6000kW .h 。在石墨電極生產(chǎn)中,

21、 大約80 %的電消耗在石墨化過程中。因此, 石墨化生產(chǎn)工藝及石墨化爐應(yīng)在不影響產(chǎn)品質(zhì)量的前提下,最大限度地減少電能消耗。 石墨化的方法按加熱方式可分為直接法和間接法;按石墨化爐和供電裝置的相對(duì)位置, 可分為移動(dòng)式和固定式;按運(yùn)行方式可分為間歇式和連續(xù)式;按用電性質(zhì)可分直流電石墨化和交流電石墨化。所謂直流法, 就是指電流直接通過被石墨化的焙燒品, 制品本身就是導(dǎo)體通過電阻熱使制品達(dá)到石墨化溫度。生產(chǎn)石墨電極所用的石墨化爐主要采用直接法。直接加熱式石墨化爐有兩種爐型, 一種為有電阻料的稱愛奇遜石墨化爐, 另一種為內(nèi)熱式串接石墨化爐(英文簡稱LWG 爐)。所謂間接法是電源和制品不直接接觸, 熱能是

22、通過感應(yīng)或輻射的途徑傳遞, 制品可在爐子中自由移動(dòng), 用這種方法的很少, 它只能生產(chǎn)一些較小規(guī)格的電炭制品。石墨電極的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能遠(yuǎn)優(yōu)于炭質(zhì)電極，石墨電極的抗熱震性能和化學(xué)穩(wěn)定性也好于炭質(zhì)電極，由于石墨化的高溫使部分雜質(zhì)氣化逸出，因而石墨電極的灰分很低，石墨電極的硬度較低、易于切削加工。（7）機(jī)械加工 炭石墨材料機(jī)械加工的目的是依靠切削加工來到達(dá)所需要的尺寸、形狀、精度等，制成符合使用要求電極本體和接頭。 （1） 石墨電極加工分為電極本體和接頭兩個(gè)獨(dú)立加工過程。（2）加工精度的控制：螺紋錐度偏差、螺紋螺距、接頭（孔）大徑偏差、接頭孔同軸度、接頭孔垂直度、電極端面平整度、接頭四點(diǎn)偏差等。用專用

23、環(huán)規(guī)和板規(guī)等檢查。 （3）成品電極的檢查：精度、重量、長度、直徑、體積密度、電阻率、預(yù)裝配合精度等。2石墨化原理及設(shè)備2.1石墨化的目的與作用碳石墨材料和制品的生產(chǎn)工藝特點(diǎn)就是多工序，其中最為復(fù)雜與關(guān)鍵的工序便是石墨化。所謂的石墨化，是把焙燒品放置于高溫爐內(nèi)，在保護(hù)介質(zhì)中加熱到23002500以上，使六角碳原子平面網(wǎng)絡(luò)從二維空間的無需排列（亂層結(jié)構(gòu)，也稱無定型炭），轉(zhuǎn)變?yōu)槿S空間的有序排列的石墨結(jié)構(gòu)的高溫?zé)崽幚淼倪^程。石墨化的目的與作用有以下幾點(diǎn)：1、 提高材料的導(dǎo)熱性能和導(dǎo)電性能。2、 提高材料的熱穩(wěn)定性和耐熱沖擊性以及化學(xué)穩(wěn)定性。3、 提高材料的潤滑性和耐磨性能。4、 排除材料中的雜質(zhì)，提

24、高其純度。5、 降低材料的硬度，可以方便作機(jī)械加工。 表1.1焙燒品與石墨化理化指標(biāo)對(duì)比表（青島西特碳素有限公司數(shù)據(jù)）項(xiàng)目焙燒品石墨化品電阻率4060612真密度2.002.052.202.23體積密度1.051.601.501.65抗壓強(qiáng)度24.534.315.729.4孔隙率20252530灰分0.50.3熱導(dǎo)率3.66.7（175675）74.5(150300)線脹系數(shù)）開始氧化溫度4505506007002.2石墨化方法1） 按加熱方式，可分為直接法和間接法。所謂直接法，通常是指電源與制品直接接觸，制品本身就是導(dǎo)電體，通過電阻加熱，使制品達(dá)到石墨化溫度。這種方法又有有電阻料的艾奇遜法和

25、無電阻料的卡斯特納法（或稱內(nèi)熱串接石墨化）。所謂間接法，是電源與制品不直接接觸，熱能是通過感應(yīng)或輻射的途徑傳遞，一般說來，制品可以在爐子中移動(dòng)。例如：連續(xù)化石墨化爐。2） 按運(yùn)行方法可分為間歇式和連續(xù)兩種，艾奇遜爐和串接式爐都是間歇式石墨化。3） 按電流的整流與否分交流石墨化和直流石墨化。2.3石墨化過程與石墨化程度 石墨化過程是加熱熱處理過程，在石墨化過程中的各溫度階段，游戲熱也有放熱過程，可分為以下三個(gè)階段：第一階段（10001800K）：在此焙燒更高的溫度下，制品進(jìn)一步排出揮發(fā)分，所有殘留下來的脂肪族鏈都在這一溫度范圍內(nèi)先后斷裂；亂層結(jié)構(gòu)層間的碳原子、氫、氧、氮、硫等單體或簡單分子（CH

26、、CO、等）也在這時(shí)排出，一部分雜亂分散的平面分子結(jié)合成大分子，同時(shí)也有物理過程。由X射線分析可知，在這一溫度范圍內(nèi)，碳原子層面的堆積沒有明顯的增大，它們的有序排列是在二維平面內(nèi)進(jìn)行的，二維平面尺寸不超過8nm，大分子仍是亂層結(jié)構(gòu)的。第二階段（18002400K）：這一階段有兩種情況，一是隨著溫度的上升，體系獲得更多能量。碳原子熱振動(dòng)頻率增加放出潛熱。2000K時(shí)，體系的熵增量到了最低點(diǎn)，它將延續(xù)到2000K以上。另一種與此平行的反應(yīng)是，在20002400K，有些雜質(zhì)在更高溫度下分解為金屬蒸汽和石墨。除此以外，在接近2400K時(shí)碳開始蒸發(fā)，出現(xiàn)熱缺陷，這些都要消耗能量。由于這些過程在20002

27、400K間進(jìn)行得較多，體系吸收熱能，表現(xiàn)為熵變的重新增大。第三階段（2400K以上）：一般的石油焦和瀝青焦等易石墨化炭在2400K溫度下，由于上階段的有序化，引起晶粒的收縮，晶粒間也不能互相靠攏，無法黏結(jié)成更大的晶粒，此時(shí)晶粒的成長要靠新的機(jī)理來實(shí)現(xiàn)，即再結(jié)晶過程。這種再結(jié)晶過程，一方面，是碳平面分子內(nèi)部或分子間的碳原子移動(dòng)，另一方面，在2400K以上的高溫，碳物質(zhì)的蒸發(fā)率隨溫度的升高指數(shù)式地增大。2.4石墨化機(jī)理2.4.1碳化物轉(zhuǎn)化機(jī)理 該理論是美國艾奇遜以在合成碳化硅時(shí)，發(fā)現(xiàn)了結(jié)晶粗大的人造石墨為依據(jù)而提出來的。他認(rèn)為炭質(zhì)材料的石墨化首先是通過與各種礦物質(zhì)(如SiO2、Fe2O3、Al2O

28、3)。形成碳化物，然后再在高溫下分解為金屬蒸氣和石墨。這些礦物質(zhì)在石墨化過程中起催化劑的作用。由于石墨化爐的加熱是由爐芯逐漸向外擴(kuò)展，因此，焦炭中所含的礦物質(zhì)與碳的化合首先在爐中心進(jìn)行。以生成金剛砂為例，發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)：2.4.2再結(jié)晶理論 塔曼提出了石墨化的再結(jié)晶理論，該理論有下列主要論點(diǎn)：(1)炭素原料中原來就存在著極小的石墨晶體，在石墨化過程中，由于熱的作用，這些晶體通過碳原子的位移而“焊接”在一起成為較大的石墨晶體；(2)石墨化時(shí)，有新的晶體形成，新晶體是在原晶體的接觸界面上吸收外來的碳原子而生成的，這種再結(jié)晶生成的新晶體保持了原晶體的定向性；(3)石墨化度與晶體的生長有關(guān)，但主要取

29、決于石墨化溫度，維持高溫時(shí)間的影響有限；(4)石墨化的難易與炭質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)性質(zhì)有關(guān)，對(duì)于多孔和松散的原料，由于碳原子的熱運(yùn)動(dòng)受到阻礙，所以就難于石墨化；反之，結(jié)構(gòu)致密的原料，由于碳原子熱運(yùn)動(dòng)受到的空間阻礙小，所以就易于石墨化；(5)石墨晶體的尺寸隨著溫度升高而增大，但只是數(shù)量上的變化，而無本質(zhì)上的轉(zhuǎn)變。再結(jié)晶理論在一定程度上解釋了晶體的成長與石墨化溫度的關(guān)系，原料性質(zhì)對(duì)石墨化度的影響，比碳化物轉(zhuǎn)化理論有所前進(jìn)。2.4.3微晶成長理論 德拜和謝樂提出了石墨化的微晶成長理論。該理論認(rèn)為，石墨化原料的母體物質(zhì)都是稠環(huán)芳烴化合物，這些化合物在熱的作用下，經(jīng)過在不同溫度下連續(xù)發(fā)生的一系列熱解反應(yīng)，最終生

30、成巨大的平面分子的聚集，即雜亂堆砌的六角碳網(wǎng)平面，這就是所謂“微晶”。在石墨化條件下，由于碳原子的相互作用，微晶的碳網(wǎng)平面可做一定角度的扭轉(zhuǎn)而趨向于互相平行。微晶是無定形碳轉(zhuǎn)化為石墨結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。絕大多數(shù)無定形碳中都含有微晶，但并不是這些無定形碳都可在一般石墨化條件下轉(zhuǎn)化為石墨。例如，石油焦、無煙煤等由于微晶基本平行定向，所以易于石墨化，稱為可石墨化炭(或稱易石墨化炭)；糖碳、骨炭或木炭等由于微晶隨機(jī)取向，雜亂無序，又多微孔，并含大量氧或羥基團(tuán)，所以難于石墨化，稱為難石墨化炭。介于以上兩種情況之間的有冶金焦等。 3石墨化設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)任務(wù) 目前國內(nèi)生產(chǎn)石墨電極多為小規(guī)格石墨電極，直徑在600mm

31、以上的電極大多靠進(jìn)口來完成，現(xiàn)設(shè)計(jì)某廠年產(chǎn)2萬噸高功率石墨電極方案，首先選擇石墨化爐的種類，其次根據(jù)焙燒毛坯的規(guī)格計(jì)算出石墨化爐的尺寸，然后根據(jù)裝爐方式及截面積計(jì)算出最大電流，輸出電壓等數(shù)值以確定變壓器的規(guī)格，最后計(jì)算出銅鋁排的尺寸。3.2爐型介紹3.2.1石墨化爐的加熱原理石墨化爐有多種類型。按加熱方式分類有直接加熱爐和間接加熱爐兩種。按運(yùn)行方式分類，又可分為間歇爐和連續(xù)爐兩類。直接加熱爐以受熱處理的半成品為發(fā)熱體；而在間接加熱爐中，半成品只是受熱體，熱量來自于半成品外圍的發(fā)熱體。但是無論哪種石墨化爐，其加熱原理都是一樣的，都遵循電-熱轉(zhuǎn)換的焦耳-楞次定律。 焦耳-楞次定律可表述如下：電流通

32、過導(dǎo)體時(shí)所產(chǎn)生的熱量與通過電流的平方、導(dǎo)體本身的電阻以及通電時(shí)間成正比。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： （3.1）式中 Q熱量， J； I電流， A； R電阻， ； T時(shí)間， S；石墨化爐在運(yùn)行中，電流、電阻都是時(shí)間的函數(shù)，隨時(shí)間的變化。因此，在0t時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量可采用下式計(jì)算： （3.2）或 （3.3）式中 0t時(shí)間內(nèi)的平均功率，。3.2.2石墨化爐的分類（1）艾奇遜石墨化爐（見圖1） 艾奇遜石墨化爐在石墨化過程中, 電阻料和焙燒品一起加熱到石墨化溫度。電阻料的電阻很大, 只能采用較小的升溫速率, 設(shè)備本身消耗的能量相對(duì)增大。在加熱階段, 爐芯和保溫料之間須保持熱平衡, 這樣, 進(jìn)入石墨化爐的能量

33、中有很大一部分通過保溫料和爐墻散到爐外白白浪費(fèi)掉。因此, 實(shí)際上僅有大約30 %的能量是用于碳的石墨化過程, 其余能量均未發(fā)揮應(yīng)有作用, 造成電能的消耗過大。艾奇遜石墨化爐的另一缺點(diǎn)是, 石墨化產(chǎn)品的質(zhì)量不穩(wěn)定、不均勻, 波動(dòng)很大。石墨化爐內(nèi)徑向和軸向上溫度梯度是造成這一現(xiàn)象的主要原因。隨著制品截面積的增大, 這一缺點(diǎn)更加明顯愛奇遜石墨化爐爐芯溫度的不均勻性、致使整爐電極質(zhì)量不均勻, 包括每爐之間,同爐內(nèi)每根電極之間,同根電極內(nèi)部和外側(cè)、兩端頭之間質(zhì)量的不均勻。特別是電極端頭石墨化程度差, 使用時(shí)接頭處斷裂、掉塊。石墨制品的性能主要取決于石墨化的最高溫度, 幾乎不受保溫時(shí)間長短的影響。艾奇遜爐

34、爐的第三個(gè)缺點(diǎn)是, 有害氣體難以回收, 粉塵大。艾奇遜爐在加熱期間, 從爐中揮發(fā)的有害氣體, 如一氧化硫、二氧化硫, 幾乎全部進(jìn)入大氣中。艾奇遜爐的第四個(gè)缺點(diǎn)是生產(chǎn)能力低, 每臺(tái)石墨化爐加熱時(shí)間為55 60 小時(shí), 冷卻時(shí)間為5 12 天, 加熱和冷卻之比約為15 。艾奇遜爐單位面積和單位體積的生產(chǎn)能力就比較低。 石墨化爐是炭素制品生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一，也是耗能最大的設(shè)備之一。自從1895年，艾奇遜在美國獲得了一個(gè)關(guān)于生產(chǎn)石墨制品的專利以來，以艾奇遜原則為基礎(chǔ)的艾奇遜式電阻爐廣泛應(yīng)用于碳-石墨制品的石墨化生產(chǎn)，雖然這種方法具有設(shè)備簡單，操作方便的優(yōu)點(diǎn)，但其通電周期長，熱效率也很低，制品的石墨化電

35、耗高，內(nèi)熱串接石墨化爐的許多優(yōu)點(diǎn)是艾奇遜爐無法比擬的，雖然目前國內(nèi)也有企業(yè)采用內(nèi)熱串接石墨化。但內(nèi)熱串接石墨化爐現(xiàn)在還不能完全取代艾奇遜爐，艾奇遜爐仍然是碳石墨制品生產(chǎn)的主要熱工設(shè)備之一。這種爐的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單, 堅(jiān)固耐用, 容易維修, 一直是炭素工業(yè)中不可缺少的設(shè)備。因此，充分發(fā)揮艾奇遜爐的潛力，降低其石墨化生產(chǎn)過程中的能源消耗，對(duì)于炭素制品生產(chǎn)企業(yè)來說，也是降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益的有效手段之一。 艾奇遜爐采用直接加熱間接生產(chǎn)方式，主要由爐體和爐芯兩大部分組成。爐體一般包括爐頭端墻、導(dǎo)電電極、爐側(cè)墻、爐底槽、槽鋼支柱等幾個(gè)部分。位于爐槽兩端的導(dǎo)電端墻，稱為爐頭端墻。爐頭端墻的外墻常用多灰

36、炭塊砌筑，也可以用耐火黏土磚，高鋁磚等砌筑。內(nèi)墻用石墨塊砌筑。內(nèi)外墻之間有一定的空間（350550mm），用搗固法密實(shí)地填充石墨粉，以達(dá)到密封和保溫的目的。石墨粉要求粒度在05mm之間，灰分小于1.5%，水分小于0.5%，粉末電阻率不大于。為了加強(qiáng)爐頭的保護(hù)，使其在熱膨脹和機(jī)械力的沖擊下，不致引起大的變形和損壞，爐頭兩側(cè)設(shè)有拉筋固定的槽鋼或角鋼支架。 圖1 艾奇遜石墨化爐 導(dǎo)電電極貫穿內(nèi)外墻，與爐頭端墻構(gòu)成一個(gè)整體。導(dǎo)電電極的內(nèi)端是與爐芯連接的接觸面，外端與導(dǎo)電銅板連接。導(dǎo)電電極可采用石墨電極或碳電極。石墨電極有很高的導(dǎo)電系數(shù)，其允許電流密度可達(dá)1012A/，可適應(yīng)直流石墨化工藝的要求，所以目

37、前多采用石墨電極。導(dǎo)電電極的截面形狀有圓形和方形兩種。為使組并方便，采用400×400的居多。按GB 307282規(guī)定，石墨電極的電阻率應(yīng)不大于（1011），抗壓強(qiáng)度不小于17.65MPa。為了保證將電流均勻地送到爐芯的整個(gè)截面上去，一般由多根電極組成電極組，電極組的電極數(shù)量和配置形式視石墨化爐的大小而定。石墨化爐的爐溫，在運(yùn)行末期高達(dá)2300以上，導(dǎo)電電極的內(nèi)端就是在這樣的高溫下工作。而外端暴露在空氣中，必須使其保持盡可能低的溫度，以防止氧化，并盡可能減小導(dǎo)電電極與導(dǎo)電銅板之間的電壓降。因此，導(dǎo)電電極必須進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。（2）內(nèi)熱串接石墨化爐（見圖2）內(nèi)熱串接石墨化是目前世界上最先進(jìn)

38、的工業(yè)石墨化工藝。“內(nèi)熱”就是不用電阻料，電流直接在電極內(nèi)部由軸向通過電極，電極本身既是熱加工的對(duì)象，又是提供熱量的發(fā)熱體?！按印笔前央姌O沿其軸線頭對(duì)頭地串接起來。圖2 內(nèi)熱串接石墨化爐與艾奇遜爐相比，主要優(yōu)點(diǎn)有：(1)加熱溫升快，從開始通電至達(dá)到石墨化高溫只需716小時(shí)；(2)電耗低，以同樣品種，同一規(guī)格制品作比較，每噸石墨化品的耗電量比艾奇遜爐節(jié)省30 左右；(3)制品石墨化程度均勻；(4)不用電阻料，降低了生產(chǎn)成本?！按印本褪侨舾筛姌O按照一定的排列順序沿其軸線首尾相連。內(nèi)熱串接石墨化有時(shí)也簡稱為內(nèi)串石墨化。與強(qiáng)化石墨化相比，內(nèi)串石墨化不僅通電時(shí)間更短，石墨化溫度更高，電耗更低，并且

39、電極質(zhì)量也更均勻。 （1）內(nèi)串石墨化的原理與特點(diǎn)：內(nèi)串石墨化與艾奇遜的主要區(qū)別是內(nèi)熱，所以帶來一系列的特點(diǎn)，主要有加熱速度快、產(chǎn)品質(zhì)量好、散熱少，電耗低；串接柱需保持一定壓力，使電極之間的接觸面保持緊密接觸等。1）加熱速度。采用內(nèi)串石墨化方法，可在數(shù)小時(shí)或十幾小時(shí)內(nèi)把制品加熱到所需石墨化溫度。這是由于制品通過相當(dāng)高的電流密度被直接加熱。試驗(yàn)表明，由于采用內(nèi)熱加熱，串接柱中的電流分布均勻。以直徑500mm電極為例，電極內(nèi)最小電流與最大電流之比在通電初期大于0.99，在結(jié)束通電之前仍大于0.8。電流分布均勻必然帶來溫度分布均勻，因此，在電極抗熱震性允許的前提下，盡快加熱是可行的。2）能量消耗。內(nèi)串

40、石墨化不用電阻料，工藝用電除了加熱制品外，其余部分用于彌補(bǔ)熱損失。內(nèi)串石墨化爐的熱損失主要取決于制品的散熱性和隔熱保溫條件，熱導(dǎo)率一定時(shí)，比側(cè)表面是影響制品散熱的主要因素。比側(cè)表面是指單位質(zhì)量制品所具有的側(cè)表面積。對(duì)于圓柱型制品，比側(cè)表面可由下式計(jì)算： （3.4）式中 F比側(cè)表面，； D電極直徑，m 電極體積密度，當(dāng)體積密度一定時(shí)，比側(cè)表面與電極直徑成反比。比側(cè)表面愈大，單位質(zhì)量的散熱面愈大，損失熱量愈多。因此，內(nèi)串石墨化的工藝電耗，大規(guī)格制品小于小規(guī)格制品。內(nèi)串石墨化與艾奇遜法相比，能量利用效率提高一倍以上，主要節(jié)能因素有：不用電阻料，電損失和散熱損失小等。從炭素制品比熱容的溫度關(guān)系可以計(jì)算

41、出石墨化的理論消耗約為1600KW·h/t，如內(nèi)串石墨化爐的能量利用效率達(dá)到上限，即50%65%時(shí)，工藝用電單耗應(yīng)為32002500kW·h/t。 （2）電極間的加壓接觸。內(nèi)串石墨化時(shí)，串接柱應(yīng)是一個(gè)電氣性能盡可能均勻的整體，為此，電極端面間要求較低的電阻。采用石墨布或柔性石墨片墊在接觸面間，并通過加壓裝置施以一定壓力，使之密實(shí)，可以有效地降低這種狹窄點(diǎn)電阻。 表3.1 艾奇遜石墨化爐與內(nèi)串石墨化爐熱平衡的比較對(duì)比項(xiàng)目艾奇遜石墨化爐內(nèi)串石墨化爐電損失，%2418.5爐子表面損失熱量，%2215水蒸氣帶走熱量，%2.52.5耐火材料吸收熱量，%44保溫材料吸收熱量，%1211

42、電阻料吸收熱量，%12.50熱量損失小計(jì)，%7751熱量利用率，%2349 表3.2 艾奇遜石墨化和內(nèi)串石墨化工藝的比較技術(shù)指標(biāo)艾奇遜石墨化工藝內(nèi)串工藝技術(shù)關(guān)鍵工藝特點(diǎn)外熱、并接內(nèi)熱、串接通電時(shí)間，h4560812電耗，kWh/t3800440028003200熱損失，通電周期爐芯最高溫度，250027002700加熱方式爐芯電流密度，1.82.03050電阻料有無電極內(nèi)溫度分布不均勻，升溫速度越快越不均勻較均勻，受升溫速度影響不大加熱方式電極質(zhì)量難均勻，較差易均勻，較好電極尺寸影響電極越大電極越大，工藝技術(shù)指標(biāo)越好加熱方式余熱回收回收困難回收容易爐型，結(jié)構(gòu)連續(xù)化難易困難容易工作環(huán)境易污染能避

43、免污染爐型，結(jié)構(gòu)發(fā)展余地已接近極限，進(jìn)一步發(fā)展困難較大已取得進(jìn)展，有很大前途（3）連續(xù)石墨化 傳統(tǒng)的艾奇遜爐或是新型內(nèi)串石墨化爐，一般都采用間歇法生產(chǎn)，其共同特點(diǎn)是制品裝爐后位置不移動(dòng)，而爐溫隨著送電功率的變化而變化，因此，達(dá)到石墨化終溫后爐體（包括爐芯）所積蓄的大量顯熱不能利用。此外，裝爐、降溫、出爐期間石墨化爐不能通電進(jìn)行有效生產(chǎn)，設(shè)備利用率低。若采用連續(xù)石墨化，可以克服上述不足。連續(xù)石墨化保持了串接石墨化電耗低的優(yōu)點(diǎn)，按相同直徑電極相比，其石墨化周期縮短約70%，大大提高了生產(chǎn)效率，各工藝操作環(huán)節(jié)均可定點(diǎn)進(jìn)行，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)控制，也有利于改善環(huán)境。若能將這類工藝與設(shè)備用于大規(guī)格、高

44、品位電極的石墨化，將是一種有發(fā)展前途的選擇。但在實(shí)現(xiàn)工業(yè)化時(shí)，尚有一些技術(shù)問題需解決。表3.3 交、直流石墨化爐指標(biāo)比較技術(shù)指標(biāo)直流爐交流爐效果通電時(shí)間3675縮短52%電耗40005750節(jié)電29%功率因數(shù)9172顯著提高優(yōu)級(jí)品率9996提高3%電阻率7.48.95降低17%從產(chǎn)品規(guī)格來選擇（1）石墨化時(shí)宜選艾奇遜爐：400 mm 規(guī)格以下石墨電極制品、電弧爐煉鋼時(shí)在冶煉爐上使用的450500 mm 超高功率石墨電極制品。（2）石墨化時(shí)須選內(nèi)串爐：大于550 mm 規(guī)格超高功率石墨電極制品、電弧爐煉鋼時(shí)在冶煉爐上使用的450500 mm 石墨電極制品，且在抗熱應(yīng)力、增碳控制含量以及消耗等方面

45、有特殊要求的較大規(guī)格和型號(hào)產(chǎn)品。（3）長度大于2.4 m 的產(chǎn)品宜選內(nèi)串爐。艾奇遜爐若選擇長度大于2.4 m 的產(chǎn)品， 立裝時(shí)產(chǎn)品的電阻料裝填不易上下均勻和填實(shí)，加上高峰期送電時(shí)間較長，極易產(chǎn)生橫裂和電弧廢產(chǎn)品。從制品所用原料及理化指標(biāo)要求上來選擇（1）使用油系針狀焦生產(chǎn)大規(guī)格（大于600mm）超高功率石墨電極應(yīng)選擇內(nèi)串爐； 使用煤系針狀焦生產(chǎn)的中小規(guī)格（小于550 mm）超高功率石墨電極可以選擇艾奇遜爐。（2）對(duì)石墨電極的均質(zhì)性有實(shí)際要求，電阻率須控制在±0.25 ·m 范圍， 承受電流密度大于25A/cm2 的產(chǎn)品宜選內(nèi)串爐。否則，其他產(chǎn)品可以選擇艾奇遜爐。根據(jù)對(duì)比以上

46、三種爐型，可得知連續(xù)石墨化爐雖然周期短，效率高，但是技術(shù)不完善，要實(shí)現(xiàn)工業(yè)化還比較困難。而艾奇遜與內(nèi)串兩種爐型，通過表3.1及3.2來看，可以比較出內(nèi)串爐加熱速度快、產(chǎn)品質(zhì)量好、散熱少，電耗低，所以選擇內(nèi)串爐。結(jié)論：爐型選擇為內(nèi)串石墨化爐4參數(shù)計(jì)算4.1爐體尺寸計(jì)算 （4.1）式中 W產(chǎn)量 （t） 廢品率（經(jīng)驗(yàn)值為85%） Z裝爐量 （t）（1） 理論年裝爐量的計(jì)算：本次設(shè)計(jì)課題為年產(chǎn)2萬噸，根據(jù)公式（4.1）代入數(shù)據(jù)：20000t÷85%=23000t計(jì)算出年裝爐量為23000噸。一年工作300天，則每天裝爐量為：23000t÷30076t結(jié)合實(shí)際情況，首先根據(jù)待加工產(chǎn)品

47、的尺寸來計(jì)算石墨化爐的尺寸。目前待加工產(chǎn)品的尺寸有以下幾個(gè)規(guī)格：300mm、400mm、500mm、600mm，而每種直徑都有長1950mm與2250mm兩種尺寸。根據(jù)產(chǎn)品尺寸，大概可確定出內(nèi)串石墨化爐長40米，寬2.3米，高2.6米。 表4.1內(nèi)串石墨化裝爐量規(guī)格（直徑mm)柱數(shù)支數(shù)噸數(shù)1950/182250/1619502250300916214444.0045.134005908042.2043.285003544839.0140.016002363236.7437.69 （4.2）式中 T一臺(tái)內(nèi)串爐生產(chǎn)一爐產(chǎn)品的生產(chǎn)周期（d） X一臺(tái)內(nèi)串爐的裝爐量（t） a 爐子臺(tái)數(shù) 實(shí)際裝爐量（t）

48、 3030天為一個(gè)月；10一年共工作10個(gè)月（2） 生產(chǎn)周期的計(jì)算：A.裝爐與出爐需要1天時(shí)間；B.通電時(shí)間最長為24小時(shí)；C.涼爐需要大概7天左右。通過計(jì)算得知，每爐產(chǎn)品的生產(chǎn)周期為9天?，F(xiàn)根據(jù)直徑為600mm的裝爐噸數(shù)，在綜合其他尺寸電極的裝爐量，可估算為每爐大概裝電極40噸，用18臺(tái)內(nèi)串石墨化爐，一年工作天數(shù)300天，根據(jù)公式（4.2）可大概估算出內(nèi)串爐的年產(chǎn)量為： 經(jīng)比較，設(shè)計(jì)合理。 4.2爐體設(shè)計(jì) 4.2.1保溫料的用途及選擇 保溫料有兩方面的功能，一是保溫、減少熱損失，二是防止產(chǎn)品氧化。保溫料的性能與熱損失直接有關(guān)。為了減少熱損失可采用熱絕緣能力強(qiáng)（電阻率高及熱導(dǎo)率低、低熱容量）、

49、并具有良好的氣體滲透性的材料為保溫料。如果將保溫料層加厚也能提高保溫效果，但保溫料層加厚，會(huì)導(dǎo)致冷卻時(shí)間延長，相應(yīng)增加生產(chǎn)周期。國外有的大型串接石墨化爐，采用保溫料的粒度只有0.20.8mm，當(dāng)爐芯電極達(dá)到3200時(shí)，最外層保溫料看不到燃燒或燒紅現(xiàn)象，離保溫料外側(cè)300450mm處，測量溫度只有100200。保溫料一般用冶金焦粒，也有使用石油焦的，使用冶金焦時(shí)，灰分盡可能低一些，保溫料灰分高會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)問題，一是灰分易形成結(jié)塊，影響冷卻時(shí)的吸料（用多功能天車吸料）。二是灰分中的雜質(zhì)可能在電極表面生成碳化硅等不易清理的粘結(jié)物。保溫料的粒度也應(yīng)給予重視，從保溫性能看，小顆料優(yōu)于大顆粒，但取得小顆料要

50、多次破碎，附帶產(chǎn)生大量粉塵，使用前必須將粉塵篩去，不僅增加了保溫料消耗量，也加大制備保溫料的難度，所以國外串接石墨化爐一般使用的保溫料粒度為14mm，其中大于4mm 及小于1mm的最好都不要大于10%。保溫料的水分含量不要大于1%。4.2.2裝保溫料尺寸 保溫料一般裝在爐底和爐頂，一般厚度為700mm，爐底爐頂各700mm厚度，爐高2.6米，除去保溫料厚度，中間裝料為1.2米。見圖1。4.2石墨化爐的供電裝置的選擇 石墨化爐的供電特點(diǎn)：石墨化爐的溫度必須達(dá)到2500以上，而高功率石墨化的溫度更要達(dá)到2800，因此，導(dǎo)入爐內(nèi)的電流強(qiáng)度是很大的。比較大的石墨化爐，通電后期的電流強(qiáng)度可達(dá)105 A以

51、上。每一組石墨化爐（一般由58臺(tái)爐組成）共用一套供電裝置，生產(chǎn)中只對(duì)其中一臺(tái)石墨化爐供電。因此，石墨化爐的電氣特性與供電裝置的供電參數(shù)直接互相影響。在石墨化過程中，制品從低溫到高溫，需要有一定的升溫速度，而且爐阻又呈負(fù)特性（溫度愈高，爐阻愈?。＿@就要求供電裝置能夠按照石墨化工藝的要求，對(duì)電流和電壓進(jìn)行頻繁的調(diào)整，以達(dá)到調(diào)節(jié)負(fù)荷，控制爐溫的目的。根據(jù)輸入石墨化爐電流形式的不同，石墨化爐可分為交流石墨化爐和直流石墨化爐兩種，相應(yīng)的供電裝置也可以分為交流石墨化供電裝置和直流石墨化裝置。交流供電裝置設(shè)備簡單，投資少，操作方便，易于維護(hù)，但成品工藝電耗高，功率因素低。而且交流石墨化爐多為單項(xiàng)供電，對(duì)電

52、網(wǎng)的三相平衡有影響。直流供電裝置設(shè)備復(fù)雜，投資較多，管理要求嚴(yán)，維護(hù)費(fèi)用高，但成品工藝電耗低，并為三相供電，不影響電網(wǎng)三相平衡。從我國的實(shí)踐來看，直流石墨化的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)明顯優(yōu)于交流石墨化。4.2.1最大電流的計(jì)算 （4.3）式中 輸出電流 （A） S截面積 （） J電流密度 （） 其中 (4.4)式中 S截面積 （） 半徑 （cm） 常數(shù)，這里約等于3以表3-5中直徑600mm為例，每爐裝兩柱，代入公式（4.4）得： 將上式得出的截面積代入公式（4.3）并根據(jù)表3-2，選擇內(nèi)串石墨化爐中電流密度數(shù)值為30得： 上式計(jì)算出162000A為輸出電流。 （4.5）式中 I輸出電流 （A） 最大電流 （A） 1.1