艾奇逊石墨化炉的节能

略谈艾契逊石墨化炉的节能

曹君虎

(兰州海龙新材料科技股份有限公司，甘肃兰州，730084)

前言

碳----石墨制品的生产需要消耗大量的能源，能耗的费用约占炭素制品生产成本的30％～40％。而炭素生产过程中的石墨化工序，又是能源消耗的大户，其电耗要占制品生产总电耗的70％左右。据有关资料介绍，石墨化温度达到3000K时，1吨焙烧品的石墨化理论电耗为1360kwh。目前国内炭素制品生产石墨化电耗通常是4000～5500 kwh／t，是理论电耗的3～4倍。因此降低炭素生产石墨化电耗一直是工程技术人员十分重视的研究课题，也是炭素制品生产企业降低成本，提高效益的关键所在。石墨化炉是炭素制品生产的关键设备之一，也是耗能最大的设备之一。自从1895年，艾奇逊在美国获得了一个关于生产石墨制品的专利以来，以艾奇逊原则为基础的艾奇逊式电阻炉广泛应用于碳--石墨制品的石墨化生产，虽然这种方法具有设备简单，操作方便的优点，但其通电周期长，热效率也很低，仅有30％左右，制品的石墨化电耗高，和艾奇逊石墨化炉相比，内热串接石墨化炉的主要优点有：(1)加热温升快，从开始通电至达到石墨化高温只需7—16小时；(2)电耗低，以同样品种，同一规格制品作比较，每吨石墨化品的耗电量比艾奇逊石墨化炉节省30％左右；(3)制品石墨化程度均匀；(4)不用电阻料，降低了生产成本。显然，内热串接石墨化炉的许多优点是艾契逊石墨化炉无法比拟的，虽然目前国内也有企业采用内热串接石墨化工艺生产碳一石墨制品，但内热串接石墨化炉

现在还不能完全取代艾契逊石墨化炉，艾奇逊石墨化炉仍然是碳---石墨制品生产的主要热工设备之一。因此，充分发挥艾奇逊石墨化炉的潜力，降低其石墨化生产过程中的能源消耗，对于炭素制品生产企业来说，也是降低生产成本，提高经济效益的有效手段之一。

1 艾奇逊石墨化炉的能量平衡

由于奇契逊石墨化炉是现行炭素工业石墨化生产的主要炉型，弄清楚艾契逊石墨化炉的电热效率和能量平衡，对于碳一石墨制品的石墨化生产和石墨化炉的节能有着十分重要的作用。根据能量守恒定律，对于由电能转化为热能达到加热石墨制品的艾奇逊石墨化炉，可以从理论上由电能的数值计算出各个时刻石墨化炉芯内的温度，但是仅由焦耳---楞次定律Q= 0．24I2RT还不能完全求出炉芯内的温度。因为，电阻热除了加热炉芯制品，升高炉芯温度之外，还有很大一部分热量通过各种途径散失掉了。

那么，总电能有多少用于加热炉芯?升高炉芯温度的能量是多少?通过各种途径散失的能量是多少?由能量守恒定律得知，这三者是平衡的。即Q总=Ql+Q2

Q 总——通电时间内供给炉内的能量；

Q1 ——炉内吸收的能量；

Q2 ——炉子散失的能量。

1．1 电平衡

艾奇逊石墨化炉是以电作能源的工业电阻炉，在石墨化生产过程中，全部设备(包括变压器、石墨化炉)的电效率变化很大，石墨化开始通

电时的电效率在70％～80％之间，通电结束时在50％～55％之间，平均在75％左右。对于艾奇逊石墨化炉进行电气平衡的计算，有助于找出电能主要消耗在什么地方，主要损失在哪些环节上，可采用哪些有效措施节约电能。石墨化炉供电网路电平衡，见图1。

从图1看到，当100％的电能支出到达石墨化炉芯的有效电能输入仅61．4％左右，从供电设备方面看，变压器要消耗一定的电量，除变压器外，从变压器低压侧到炉芯的电路各部位都要消耗不少电量，最大的电能损耗量在炉头导电电极上，高达17．8％，从主母线接到导电电极端面上的短网母线损耗量也很大，达到了12．9％。

1．2 热平衡

艾契逊石墨化炉的生产是间歇性作业，一个生产周期内从低温升到高温，又从高温冷却低温，通电时，真正使产品加热升温所用的热量是很少的一部分，绝大部分通过传热、对流、辐射等方式损失掉了。石墨化炉的热量平衡与周围的介质有关系，平均20％～26％的热量

损失于周围介质，在通电结束时，有55％～75％的热量损失于周围介质。石墨化炉的热量效率是按加热制品所消耗的有效热量与通电时

总热量消耗的比值计算而成的，即rl热=Q有／Q总×100％。艾契逊石墨化炉的热量平衡，见图2。从图2石墨化炉热平衡可以看出，艾契逊石墨化炉是热效率比较低的工业电阻炉，加热整个炉芯的热量仅占39．65％，若除去加热电阻料的热量消耗，炉芯制品得到的热量仅为30．2％。在工业艾契逊石墨化炉生产中，由于受各种因素的影响，石墨化炉的热效率实际上更低，最大的热损失是石墨化向周围介质散失的热量，高达28．4％，同时加热保温料、炉底、炉头尾端墙及侧墙也消耗一部分热量。

2 艾契逊石墨化炉的节能

从艾契逊石墨化炉的电热平衡分析可知，石墨化炉是消耗电量很大的热工设备，因此如何在保证产品质量的前提下，减少电量消耗是石墨化炉节能的主要内容，也是降低石墨化生产成本的必由之路。艾契逊石墨化炉的节能，制品的石墨化难易程度，也影响其石墨化工艺电量消耗，除了尽可能提高制品石墨化成品率，减少各种类型的废品外，我们还可以从石墨化工艺技术、工序管理等方面采取措施，以降低石墨化工艺电量消耗，节约能源。

2．1 石墨化炉芯温度监控

艾契逊石墨化炉理想的停电方式应根据炉芯温度来确定，但由于石墨化炉炉芯温度的不均匀性，高温控制不容易，实现连续自动化测量困难等因素，因此，现行工业艾契逊石墨化炉均采用定功率配电的功率送电曲线来控制炉芯温度的上升速率，以累计电量最终达到

计划电量为停电依据，这种方法有很多缺陷，极不科学。有时经常会出现炉芯温度已达到，可送电量按规定尚未完结的多送电现象，极大地浪费了电量，达不到节能的目的。或者相反，炉芯的温度还没有完全达到制品完成石墨化过程所需的高温，而送电量已经达到计划电量而停炉。决定石墨化过程的是温度，电量消耗是考核炉芯温度是否达到规定温度的一种手段。电量的消耗随着时间的延长而增多，而炉芯温度的高低除随时间的变化热量在逐渐积累外，还受着其它许多因素的影响。石墨化炉芯温度并非总是随着通电时间的延长而提高，而炉内热量的散失又和通电时间延长成正比例地增长，所以用控制送电量的石墨化工艺制度很不合理和科学。通常控制的电量值，总是偏高

于制品完成石墨化过程所需要的电量，这样就造成了电能的较大浪费，增加了不必要的生产成本。因此，石墨化炉在送电过程中，通过炉芯温度变化情况的监控，可以避免因电量控制产生的不必要的多耗电，通过控制炉芯温度上升的速度，就可以节约电能和提高产品质量。现行工业艾契逊石墨化炉的测温技术，虽然不够准确或存在误差，但为了石墨化炉的节能和确保产品质量，我们在石墨化炉侧中部找出一个适宜点，安装了测温观察孔，通过测温仪定期观察石墨化炉送电过

程中各阶段的温升速度，重点观察监控炉芯温度在2300℃左右的变化情况，再结合电量控制，即在最短的时间内，功率达到最高值，电流达到最大额定电流值，再维持一段时间，一直到石墨化炉的热散失与吸收的热量平衡时，炉芯温度不再升高，其电阻也不再降低时，功率、电流、电压等电气参数都趋于恒定，方可停止送电。这样，通过监控石墨化炉通电过程中的炉芯温度变化，就可以减少热量损失，节约电量，达到石墨化炉的节能目的。

2．2 确定合理的石墨化通电周期

艾契逊石墨化炉的最高温度是由变压器的最大输出电流，经石墨化炉芯电阻转化成的热量，与石墨化炉本身散失的热量相平衡而得到的。石墨化炉的炉芯电阻主要是由电阻料提供的，石墨化炉开始通电时，电阻料的电阻约占炉芯电阻的99％左右，通电结束后，电阻料的电阻还要占到炉芯电阻的97％左右。可见在整个石墨化过程中，热量主要是由电阻料传人制品的，进人制品的电流比率很小。在制品内部，电流产生的热量很少，因此制品内外温度相差很大，制品内部温度分布很不均匀，热应力很大，为了减小这种不均匀的热应力对于制品晶体结构变化的影响，就要控制制品在不同石墨化温度阶段，对于温升速度的不同要求，因而石墨化通电周期很长。对于艾契逊石墨化炉，要根据制品的品种、规格及质量状况来决定采用的电阻料类别，确定合理的石墨化工艺技术条件、功率送电曲线和电量，在保证产品质量的前提下，尽可能缩短石墨化炉通电周期，提高石墨化生产效率，降低石墨化工艺电量消耗，以节约能源，也就是石墨化生产工艺所服从

的“高效与低耗并行”原则。

2．3 采用强化石墨化送电制度

强化石墨化送电的实质，就是在保证产品质量的基础上，适当提高通入石墨化炉内的有效功率及其上升的速度，尽量减少最大功率下降的速度，以便保证炉芯单元体积及面积上对最大功率和电流密度的需要。炭素制品在石墨化过程中的三个温度阶段是公认的：(1)室温至1300℃为重复焙烧阶段，采用较快的升温速度，制品也不会产生裂纹；

(2)1300～1800℃为严控升温阶段，碳平面网格逐步转化为石墨晶格结构，促使应力过分集中，易产生裂纹，应减缓热应力作用，使制

品处于较小的温度梯度；(3)1800℃至石墨化最高温度，为自由升温阶段，此时制品的石墨晶体结构已基本形成，升温速度对制品影响不大，此时就可以采取强化石墨化送电制度，减小最大功率的下降速度，增大炉芯的电流密度，以便使炉芯温度尽快达到制品完善石墨化过程所需要的最高温度。在日常石墨化生产中，对于采用石墨化焦作电阻料生产大规格石墨制品，在石墨化送电后期，当变压器的输出功率、电流达到满负荷后，允许变压器的输出电流比额定输出电流超出10％运行数小时，以减小最大功率的下降速度，增加石墨化炉芯的电流密度，迅速提高石墨化炉芯的发热量，使炉芯温度达到2700℃以上，从而使制品在较短的时间内，完成石墨化过程，减小石墨化炉散热损失，减少石墨化炉的送电量，以达到石墨化节能的目的。

2．4 缩小炉芯制品组间距

艾契逊石墨化炉通常采用炉芯制品立装法，这种装炉方法比较简便省

力而且生产效率高，特别适合大中规格制品的石墨化生产，炉芯制品组间距一般为制品直径的20％左右，这也不尽合理，若炉芯制品组间距过大，则石墨化炉芯的制品装炉量就低，石墨化炉所消耗的辅助原料也多，制品的石墨化工艺电能消耗也高。如果在保持石墨化炉芯截面不变的前提下，改进石墨化装炉工艺技术条件，适当缩小炉芯制品的组间距，在确保产品质量的同时，还可以达到石墨化炉增产、节焦、节电的目的。若将φ350mm石墨电极的石墨化装炉炉芯制品的组间距由80mm调整为60mm，石墨化炉的热效率为30％，则石墨化炉的增产、节能效果分别为：

增产：△c={(350+80)／(350+60)一1}X l00％ =4．88％

节焦：AK={1-(O．2146 X350+60)/(0．2146 X 350+8O)}X 100％ =12．89％

节电：△s ={1-[0．3+(350+60)／(350+80)(1-0．31)]}×100％ =3.26％2．5 适当扩大炉芯截面

艾契逊石墨化炉的炉芯截面是炉中制品与其间填充的电阻料占

据空间的截面积，同样，炉芯电流密度是指单位炉芯截面上的电流值。通常某一组石墨化炉在实际生产中，允许的最大炉芯截面和最小炉芯电流密度应是一个额定值，一般大直流石墨化炉的炉芯电流密度为1．4—2．5A／cm 2，在生产操作符合工艺技术规程要求，不影响品质量和确保炉芯电流密度的基础上，我们就可以适当扩大炉芯截面积，以达到石墨化炉增产节能的目的。

2．5．1 适当扩大炉芯宽度

在保证石墨化炉炉芯电流密度不低于炉芯截面最小电流密度情

况下，适当扩大炉芯截面的宽度，也是非常可行的方法。采用错位1／2D装炉方案，扩大炉芯宽度是最合适的。φ600mm石墨电极采用错位1／2D装炉方法；选用φ300mm 石墨电极与之搭配装炉，炉芯宽度只增加了300mm，炉芯的电流密度有所减小，但炉芯的电流密度分布在两个支路上，这种分布使炉芯存在两条高密度电流加热带，从而保证了制品受热均匀，改善了制品周边的加热条件，减小了炉芯电流密度梯度，在石墨化送电过程中，制品周围升温速度均匀，制品内部温度梯度变化不大，热应力小。这样不仅可以提高石墨化炉送电速度，而且还大大缩短了石墨化炉的通电时间，与φ600mm石墨电极正装炉相比，不但增加了石墨化产量，而且在产品质量稳定的同时，制品石墨化工艺电耗下降了10％，达到了石墨化炉增产节能的目的。2．5．2 适当增加装炉制品长度

在石墨化炉炉芯截面电流密度不小于炉芯最小电流密度的基础上，适当增加石墨化炉装炉制品的长度，也是扩大炉芯截面的有效手段之一。对于某些规格的石墨制品，石墨化装炉制品的长度增加10％，即装炉制品的长度由原来的1920mm变为2110mm时，石墨化炉芯截面积增加幅度不大，炉芯电流密度略有下降，这对于制品完成石墨化工艺过程不存在不利影响，采用完善的石墨化工艺技术条件、功率送电曲线和电量，就可以使制品的石墨化程度和产品质量保持稳定，制品的石墨化工艺电耗明显降低，平均节电200kwh／t。同时要加强石墨化生产过程管理，使炉芯制品的装炉量达到最大额定装炉量，以充分发挥石墨化炉在优质高产和节能降耗方面的能力，进一步

挖掘石墨化炉的生产潜力。

2．6 增强保温料的保温效果

艾契逊石墨化炉的保温料在石墨化送电过程中起到保温和电绝缘双

重作用。保温料的保温效果在很大程度上决定了石墨化炉热能利用效率，最终决定制品在石墨化时的工艺电耗。通过计算得知，石墨化炉保温料及炉子表面的热量损失不小，石墨化炉由于辐射、对流等方式损耗的热量，每炉高达28．4％；而保温料的热绝缘性对炉芯温度上升有重大影响，在没有任何保温措施的情况下，要把炭加热到3000℃的高温，必须有1000A／cm2的电流密度才能实现，而实际上石墨化炉中通过的最大电流密度仅为4A／cm 2在这样的电流密度下必须有良好的保温条件，尽量减少石墨化炉向四周的散热损失，以保持炉芯的石墨化温度；若保温效果不好，制品要达到石墨化温度是不可能的。因此，石墨化炉芯的最高温度，对于保温料的保温效果依赖性也相当强。为了增强石墨化炉保温料的保温效果，以减少炉芯温度的热量损失。首先，采用热导率低的保温料配比，保温料的配比要适当，虽然增加石英砂的比例可以提高保温料的电阻，有利于减少电损失，但同时提高了保温料的热导率，若有条件，在保温料中加入少量木屑，有利于降低保温料的热导率，同时有助于形成较多的气孔，增强了保温料的保温效果及透气性。其次，用于石墨化生产的冶金焦粉、石英砂必须符合其技术标准要求，尤其是0—4mm粒度的焦粉含量要大于50％，焦粉的粒度较小，其热导率和电导率也随之下降。再次，保温料中水份的含量要低，不能超过5％，由于保温料的热导率随着水份的增加

而上升，使用水份较大的保温料，在石墨化通电初期电能产生的热量主要消耗在蒸发水份上，延长了送电时间，从而导致了石墨化炉芯热量损失和电能的不必要浪费。

2．7 加强石墨化炉维护与检修

艾契逊石墨化炉是石墨化工序的主要生产设备，是制品在石墨化炉芯完成石墨化过程的关键所在。因此，石墨化炉体及母线短网的完好程度，对于保证产品质量，降低石墨化能源消耗有密切关系。1)艾契逊石墨化炉整流柜输出端到炉头尾导电电极之间的主母线，一般很长，通常称为母线短网。在母线短网上，有许多接触点，由于石墨化生产现场粉尘大，并且石墨粉尘易导电，因此，对于主母线短网要定期进行检查清扫，并测量其绝缘性能是否良好，导电能力是否下降，是否存在接地现象，以减少石墨化炉送电过程中的故障停电，避免电量浪费。同时，石墨化炉送电后期，炉芯电阻变得很小，使母线短网的电压降增大，导致电能损耗增加。

2)石墨化炉在送电过程中，与主母线和导电电极相连的连接母线，由于经常上卸，这些部位的接触面间电阻很大，因此每次上接前要将接触面打磨光洁，清除弧点，上接牢靠，以减小接触电阻，降低电压降，从而减少其电能损耗。石墨化炉送电过程中，连接母线要导流好，不能出现发红或接地现象，尽可能减少连接母线上的电能损耗。

3)石墨化炉头尾导电电极上的电能损耗也相当大，一般高达17．8％。因此，石墨化炉用导电电极的质量要符合其工艺技术标准要求，外侧端面及表面四周不能有氧化现象，送电过程中不出现冒火、发红等现

象。内侧端面不能有烧损及金刚砂(SiC)粘结现象。每次装炉前要将石墨化炉头尾整个导电截面粘结的金刚砂(SiC)清理干净，黑体表面要用石墨糖浆抹干，炉头粉要捣固好，以便使电流顺利均匀通过炉芯截面，从而减少电能损耗。

4)要定期测量石墨化炉的炉底电阻，石墨化炉整个炉底电阻过低，其隔热性和电绝缘能力就下降，若不及时采取措施，就会造成石墨化炉送电过程中炉底局部漏电，甚至烧穿。从而浪费大量的电能。

5)石墨化炉在送电前，要将炉子四周的料及其它杂物清理干净，以避免石墨化炉送电过程中出现漏电或者接地现象，以节约电能。

6)要加强石墨化炉的日常维护与检修，操作者在装出炉过程中要按照技术操作规程认真作业，减少对石墨化炉体、端墙及母线的碰撞损坏，要保证石墨化炉和母线短网的完好，对于炉况较差的石墨化炉，要及时进行大修或中修，以避免能源浪费。

2．8 石墨化炉的余热利用

众所周知，艾契逊石墨化炉炉芯温度从室温达到石墨化的最高温度，需要消耗大量的电能，石墨化炉停电后，就处于冷却降温阶段，此时石墨化炉芯与外壳的温度均很高，必须采取适当的措施使炉温迅速下降，以便于出炉。在此过程中，石墨化炉芯温度从2000℃左右降到室温，需释放出大量的热量。如何有效利用这部分能量，减少能源浪费，是现行工业艾契逊石墨化炉节约能源的又一个难题，也是碳---石墨制品生产中节能降耗的又一个研究课题。

石墨化

1 直流石墨化炉 直流石墨化炉(DC graphitization furhace) 以炭素焙烧品和电阻料为炉芯，通入直流电，生产人造石墨制品的一种电阻炉。由于炉芯的电阻(主要是电阻料的电阻)，电流流过时电能即转变为热能，而将炭素焙烧品加热到2000～3000℃的高温，完成石墨化过程而成为人造石墨。它与交流石墨化炉都同属于艾奇逊炉。 简史20世纪60年代，直流石墨化技术在欧美发达国家开始发展起来，它与交流石墨化炉比较，具有容量大、产品质量好、能耗低等显著优点，因而引起世界各国的普遍兴趣和关注。中国直流石墨化炉的起步稍晚。1972年10月北京炭紊厂用3000kV?A整流变压器配9m 的炉子首先应用在生产上，与交流炉相比，不仅送电时间短，而且节电25％以上。1973年1月南通炭素厂用13500kV?A整流变压器配18m的炉子投入生产后，也取得了缩短通电时间20h，电耗降到4000kW?h／t以下的成绩。1975年9月吉林炭素厂16000kV?A的大直流和石家庄石墨电极厂的3340kV?A直流炉同时投产。截止到1986年中国原来拥有的13.6万kV?A的交流石墨化炉，只占当年石墨化炉总装机容量的27％。而直流石墨化炉，装机容量达到了17.5万kV?A，占73％。使中国石墨化技术水平上了一个新台阶。 炉子结构及特点直流石墨化炉和交流石墨化炉除了供电设备不同外，炉子本体的结构完全一样。直流石墨化炉的供电设备由三相交流主调和一变压器及相应的整流设备组成。 以直流电的方式向炉子供电具有如下优点：(1)由于采用的供电变压器是三相的，对电网不会产生三相负荷不平衡的影响。可以增大变压器的容量，可强化石墨化工艺，增大石墨化炉容量。(2)整个供电线路上的功率因数较高，达到0.9以上，对电能的有效利用率得到提高。 (3)直流电没有交变磁场和电感损失，也没有表面效应及l临近效应等电的损失，电效率较高。 石墨化过程的强化直流石墨化炉供电条件的改善为强化石墨化过程创造了条件。由于电网对使用变压器的容量没有限制，可以采用大功率的变压器和整流机组，直流电的损失小，利用率高，所以炉芯可以得到更多的电能。如以适当大小的炉芯相配合，单位体积的功率达到160kW／m3(比交流炉大60％)以上，电流密度达到2.0A／cm2(比交流炉大100％) 以上，具备了这样的条件，就可以实现快速送电，使石墨化的温度在较短的时间内达到2700℃(比交流炉提高约400℃)。由于送电时间缩短，便可以提高炉子产能，降低石墨化的电耗，一般可降到4000kW?h／t以下(比交流炉降低约20％)，石墨化温度的提高，使石墨化进行得更完全，因此提高了产品质量。总之，在直流石墨化炉上可以实现大功率、高电密、快曲线的操作，使石墨化生产达到高产、优质、节电的目标，这便是石墨化过程的强化。以16000kV?A的直流石墨化炉与5000kV?A的交流石墨化炉为例．其技术经济指标见表。 石墨化过程的强化，除了在设备上要采用大容量的整流变压机组，炉子的长度和炉芯面积要适当增加并与变压器匹配外，在工艺操作上还要采取如下措施：(1)采用低电阻率的电阻料

《炭素世界》：石墨化炉变压器的运行经验小结

《炭素世界》：石墨化炉变压器的运行经验小结 石墨化炉变压器的运行经验小结前言目前在石墨化生产工艺中最主要的运行设备无外乎是整流变压器了，石墨化生产运行中，能保证整流变压器的安全运行成为保证正常生产的核心问题，近几年来，也时不时传出变压器运行中出现问题的案例，今天，我们就我公司在变压器运行过程中的一些问题提出来和大家分享，也希望大家能多交流，希望通过互动交流使石墨化行业能有所进步。 一、变压器的安装方式目前在我国运行的石墨化系统中有移运式变压器和固定式变压器两种，串接石墨化炉中采用移运式变压器的安装方式较多，而艾奇逊石墨化炉的运行中又偏重于采用固定式变压器的安装方式。偶然的情况中也可以看到某些生产厂家采用移动式变压器的安装方式。两种方式的安装从原理上说均可以达到石墨化生产的目得，但是，从管理上来说，移动式变压器的安装方式在生产管理上稍麻烦一些，而固定式变压器的生产中又显得更方便一些。左图可以看出来移动式变压器安装的外形图无论哪种安装方式进行生产，最关键的还是要对整流变压器进行实时的维护才能达到正常运行生产的目的。二、整流变压器的运行在电力的传输与配送中，电力变压器是能量交换、传输的枢纽，在生产实际中各行各业都离不开它。而在石墨化生产中，由电力的

输入到调压变压器再到整流变压器直至输入到石墨化炉的一系列过程中保障电气设备的安全运行避免各种事故是最重要的保障。碳素生产尤其是石墨化整流变压器的安全运行更是最重要的一环，变压器的事故不仅影响生产继续进行还会造成巨大经济损失。所以石墨化炉变压器的运行维护十分重要，及早发现及时处理可避免事故的发生并将风险降至最低。整流变压器相线出排后整流二极管的冷却这个命题似乎和变压器运行无关，其实不然，这可能是变压器安全运中最重要的一环，只有硅整流管（二极管）的正常运行才能保证整流变压器的安全。我们更多的知道硅材料具有单向导通的性能，但是这却不是我们今天讨论的范围，我们想说的是硅片材料随着温度的升高它的导热性能会急剧的下降，下表列出了温度和硅片导热数据。 在石墨化生产实践中，硅整流管的温度应低于45，上表中的数据便可以分析出我们要保证硅整流管在安全温度下才能使整流变压器正常工作，当温度越高硅片越不易将热量导出，而这种现像正是破坏整流变压器的主要原因，可以想象一下，温度升高—破坏了硅整流管--随着变压器的直接导通（相当于短路）会将变压器内部击穿。 右图为计算机中的硅片热场分析和二极管冷却原理是一样的，区别在于石墨化炉用二极来整流，而机算机用硅片来做芯片罢了综上所述，各个厂家均采用水冷硅整流管的方式来

艾奇逊石墨化炉的节能

略谈艾契逊石墨化炉的节能 曹君虎 (兰州海龙新材料科技股份有限公司，甘肃兰州，730084) 前言 碳----石墨制品的生产需要消耗大量的能源，能耗的费用约占炭素制品生产成本的30％～40％。而炭素生产过程中的石墨化工序，又是能源消耗的大户，其电耗要占制品生产总电耗的70％左右。据有关资料介绍，石墨化温度达到3000K时，1吨焙烧品的石墨化理论电耗为1360kwh。目前国内炭素制品生产石墨化电耗通常是4000～5500 kwh／t，是理论电耗的3～4倍。因此降低炭素生产石墨化电耗一直是工程技术人员十分重视的研究课题，也是炭素制品生产企业降低成本，提高效益的关键所在。石墨化炉是炭素制品生产的关键设备之一，也是耗能最大的设备之一。自从1895年，艾奇逊在美国获得了一个关于生产石墨制品的专利以来，以艾奇逊原则为基础的艾奇逊式电阻炉广泛应用于碳--石墨制品的石墨化生产，虽然这种方法具有设备简单，操作方便的优点，但其通电周期长，热效率也很低，仅有30％左右，制品的石墨化电耗高，和艾奇逊石墨化炉相比，内热串接石墨化炉的主要优点有：(1)加热温升快，从开始通电至达到石墨化高温只需7—16小时；(2)电耗低，以同样品种，同一规格制品作比较，每吨石墨化品的耗电量比艾奇逊石墨化炉节省30％左右； (3)制品石墨化程度均匀；(4)不用电阻料，降低了生产成本。显然，内热串接石墨化炉的许多优点是艾契逊石墨化炉无法比拟的，虽然目

前国内也有企业采用内热串接石墨化工艺生产碳一石墨制品，但内热串接石墨化炉现在还不能完全取代艾契逊石墨化炉，艾奇逊石墨化炉仍然是碳---石墨制品生产的主要热工设备之一。因此，充分发挥艾奇逊石墨化炉的潜力，降低其石墨化生产过程中的能源消耗，对于炭素制品生产企业来说，也是降低生产成本，提高经济效益的有效手段之一。 1 艾奇逊石墨化炉的能量平衡 由于奇契逊石墨化炉是现行炭素工业石墨化生产的主要炉型，弄清楚艾契逊石墨化炉的电热效率和能量平衡，对于碳一石墨制品的石墨化生产和石墨化炉的节能有着十分重要的作用。根据能量守恒定律，对于由电能转化为热能达到加热石墨制品的艾奇逊石墨化炉，可以从理论上由电能的数值计算出各个时刻石墨化炉芯内的温度，但是仅由焦耳---楞次定律Q= 0．24I2RT还不能完全求出炉芯内的温度。因为，电阻热除了加热炉芯制品，升高炉芯温度之外，还有很大一部分热量通过各种途径散失掉了。 那么，总电能有多少用于加热炉芯?升高炉芯温度的能量是多少?通过各种途径散失的能量是多少?由能量守恒定律得知，这三者是平衡的。即Q总=Ql+Q2 Q 总——通电时间内供给炉内的能量； Q1 ——炉内吸收的能量； Q2 ——炉子散失的能量。 1．1 电平衡

新型石墨化炉技术

※串接石墨化炉(lengthwise graphitization furnace) 一种直接把电流通入串接起来的焙烧制品，利用制品本身的电阻使电能转为热能，将制品石墨化的一种电阻炉。简史这种炉型也称卡斯特纳炉，是HY．Castner于1896年首先发明，并获得专利的，其基本原理是将焙烧电极卧放在炉内，按其轴线串接成行，然后固定在两根导电电极之间，为减少热损失，在焙烧电极周围覆盖了保温料。通电后，电流直接流向电极，依靠其本身的电阻发热，并迅速升温，仅10h左右即可达到石墨化需要的温度，使生产周期大为缩短。串接式炉在送电过程中，电流在电极内分布均匀，从而使得电极在升温时，表里的温差很小，虽然高速升温，却不会导致制品开裂，使得缩短生产周期成为可能，同时由于不依靠电阻料来传递热量，当然也没有这部分的热量消耗，仅这两项，构成了串接式炉比艾奇逊炉更为节能的基础，并且还具有生产操作采用自动化控制，改善劳动条件等优点。尽管串接式炉在工艺方法上比艾奇逊炉优越，但由于炉子结构本身存在的技术难题，因而在相当长的时期内，世界各国的工业性生产上受到制约，远不如艾奇逊炉得到广泛的应用和发展。到l974年，前联邦德国西格里公司宣布了对串接式炉新的专利申请，1980年美国大湖炭素公司在美建成内串式石墨化车间，1978年前联邦德国KHD公司宣布他们的单排v形串接炉试验成功，可以将产品投放市场，其基本参数是：石墨化温度可生产的电极直径炉内电极排成行的长度生产周期输入的直流电流输入的直流电压电压控制范围一次电压频率电流密度电耗从以上的成果来看，串接式炉已具有和艾奇逊炉相抗衡的实力。 ※新型石墨化炉技术 新型石墨化炉技术改造工程项目是生产大规格超高功率石墨电极关键项目, 本项目是对公司现有的第2组石墨化炉进行改造,解决大型炭素制品石墨化工艺问题。 我国炭素生产石墨化工艺主要使用有近百年历史的艾奇逊式石墨化炉, 该炉结构简单,虽然公司已先后将交流炉改为直流炉,但是这种石墨化炉是一种温度不均匀的加热炉,炉芯各处温差较大,造成同一炉产品的理化指标波动较大。在通地加热期间70%的热能用于加热电阻炉、保温料、炉头、炉尾砌体上,造成通地时间长, 热损失大,炉体热效率只有30%,达不到石墨化过程的最高温度,石墨化工艺成品电耗高达5624kWh/t。该工艺存在着产品质量低、能耗高等缺点,尤其不适应生产大规格石墨制品。本项目拆除部分原有石墨化车间,新建5157.8m2厂房,引进吸收国外先进工艺技术和关键设备,采用世界先进水平的内热串接石墨化技术,解决大规格制品在石墨化过程中应力集中易开裂问题,提高石墨化内在质量和成品率；新建一组新型石墨化炉,包括保温料加工部、保温料真空吸料天车、电极端部处理装置、石墨化制品检测装置。本项目采用的新型卡斯特纳炉完全利用装入半成品的自身电阻加热, 不用电阻料,只有保温料,电流轴向通入使电极本身发热而产生高温,温升速度快,石墨化温度高达3000度以上,石墨化炉通电时,同一炉产品通过的电流相同, 通电后温度基本相同,因此石墨化程度好、裂纹少、成品率高。石墨化电耗从吨产品4500kWh降低到3000kWh左右。通过对比分析，串接石墨化的热效率高达49%，比艾奇逊式石墨化炉高出一倍。本项目实施后石墨化质量指标能超过《YB4090-92超高功率石墨电极行业标准》,达到国际先进水平,填补国内空白。内串石墨化工艺所用原、辅料、电力国内资源丰富,完全能够满足需要。

详解串接石墨化炉的筛分处理问题

详解串接石墨化炉的筛分处理问题 一、选用串接石墨化炉保温料 说起筛分，应该说是一下不值得说的课题，但是面对串接石墨化炉的筛分，笔者感到，不是大家不明白，而是大家对这件事情没有引起足够的重视，如此说来，我们先从串接石墨化炉的保温料说起。 串接石墨化炉的保温料的选用，据笔者了解，串接炉的保温料现在的使用有以下几种，炭黑、煅后石油焦、无烟煤、冶金焦粒。以下我们说个引子看一下各种材料在串接石墨化炉中使用的情况。 1、炭黑--在我国发展串接石墨化炉初始，有一些公司曾经使用过，作为一种不导电绝缘的材料用于串接炉应该是可以的，但是，这种材料不具备价格优势，同进炭黑材料比表面积大，使用过程中材料的分散性大，在电极串接石墨化生产过程中已经不为厂家所使用。 2、煅后石油焦--煅后石油焦作为一种保温料用于串接石墨化炉，从原理上来说是没有任何问题的，现在用于煅后焦的使用指标为偏向于中硫焦，硫含量在2%左右。使用煅后焦的不利因素是焦子的粉末电阻率较低，从而使用它作为保温料时会有增加它的导电率，而这一点正是我们所摒弃的。为什么还有厂家在使用煅后焦呢？这要从各个工厂的需求来说了，如果你用煅后焦有其他的用处，这个问题便是另当别论了。但是，无论何种原因，想用煅后焦来充当保温料均有一个算经济账的问题，你要测定一下，当你使用煅后焦时是否会增加正常石墨化电极的用电量，如果经济上不合算，便不可以再使用了，如果你所出售的石墨化焦价格高便可以使用。 3、无烟煤--无烟煤作为串接炉保温料来使用，这个问题是好多人的想法了，无烟煤用于石墨化炉保温料的使用既可以获得电煅无烟煤又可以作为保温料来使用岂不是一举两得的好事吗，其实真正做起来却并不尽如意，大家知道无烟煤的导热系数高，而作为保温料的时候，却会无端的增加了焙品电极的耗电量，同时无烟煤作为保温料来使用同样会遇到靠近焙品电极的部分石墨化程度好而远离焙品电极的部分却石墨化程度较差，如果是这样，你要对出炉后的无烟煤进行重新再加工一次，但是出炉后检测才发现两次加工后的无烟煤粉末量增加了。由此，我们知道还是要算一下账，是否在经济上合适。这里，我们不再深入考究了，如果再说下去便脱离文章的主题了。 4、冶金焦粒--治金焦粒作为传统炉型艾奇逊石墨化炉的电阻率来使用，这已经是无需再讨论的事情了，而我们今天说得是串接石墨化炉的保温料来使用是否和传统的电阻料使用有所区别。串接炉使用保温料重在保温二字上，我们希望得到一种材料，它的电阻率较高，同时强度也较好，且在高温下无熔熔现象并可以反复使用多次。这时我们的相公说了，用艾奇逊炉上用的电阻料不是更好吗？以此，我的回答是考虑成本问题哦，再好的焦粒当变成石墨化焦粒后强度便迅速下降，所以，价格问题还是绕不开的主要的问题哦。使用冶金焦作为保温料这无疑是一个正确的选择，现在炼焦厂生产的焦炭分为两种，一种是普通机焦，另一种是捣固机焦，作为捣固机焦强度上更好一些，而价格上基本没有区别，因此使用捣固机焦便成为我们正确的选择了。焦子的粒度控制在8-10mm 左右为妥，既保持了焦粒的透气性，又使焦粒可以多次反复使用。 注：以上讨论了几种保温料在工厂使用的情况，看官从文中可以看出各种材料的的技术数据没有列出，本文仅作为讨论筛分的“小技俩”说一点感言吧了。在此，看官有兴趣时也可以对这些议题展开重量级讨论，恕我不再多言了。 以上所讨论的是串接石墨化炉保温料的选用，其实，无论选用哪种保温料，最后，这此材料在高温下都会变得强度降低，粉末量增加。而这些粉末量增加均会在不同程度下对焦粒的再次循环使用造成不利因素，串接石墨化炉保温料多次使用之后，粉末量增大到30%以上，污染会影响石墨化车间操作，如果增加到50%的粉末量，再次循环使用时串接炉会因为保温料的透气性不好而在送电高峰时期产生串电，喷火，放炮等非正常事故，同时出炉的粉尘污染也会使车间周围的环境受到浸害，这时我们应将粉尘筛出去，使原有的焦粒继续使用，增加生焦用量用以递补减少的保温料数量。根据实际运行经验数据，大约生产一吨电极消耗焦粉量在200公斤左右，大家可以在生产实践中对数据进行核实一下哦，至于费用，要根据焦粒的价格来核算哦。 二、筛分系统工艺路线图

部分工业行业淘汰落后生产工艺装备要点

部分工业行业淘汰落后生产工艺装备和产品指导目录(2010年本) 一、钢铁 1.30平方米以下烧结机 2.90平方米以下烧结机（2013年） 3.8平方米以下球团竖炉 4.24平方米及以下铬矿、锰矿带式烧结机 5.环形烧结机 6.土烧结矿工艺 7.热烧结矿工艺 8.300立方米及以下的炼铁高炉 9.300立方米以上、400立方米及以下的炼铁高炉（2011年） 10.200立方米及以下的专业铸铁管厂高炉 11.100立方米及以下的锰铁高炉 12.生产地条钢、普碳钢的工频和中频感应炉（机械铸造用钢锭除外）；工频和中频感应炉等生产的地条钢、普碳钢及以其为原料生产的钢材产品 13.20吨及以下炼钢转炉 14.20吨以上、30吨及以下炼钢转炉（2011年） 15.9000千伏安及以下（公称容量20吨及以下）炼钢电炉 16.9000千伏安以上、15000千伏安及以下（公称容量20吨以上、30吨及以下）炼钢电炉（2011年） 17.5000千伏安及以下（公称容量10吨及以下）高合金钢电炉 18.复二重线材轧机 19.叠轧薄板轧机 20.横列式棒材及型材轧机 21.普钢初轧机及开坯用中型轧机 22.热轧窄带钢（600毫米及以下）轧机 23.三辊劳特式中板轧机 24.直径76毫米以下热轧无缝管机组 25.三辊横列式型线材轧机（不含特殊钢生产）

26.生产预应力钢丝的单罐拉丝机 27.预应力钢材生产消除应力处理的铅淬火工艺 28.环保不达标的冶金炉窑 29.土法炼焦（含改良焦炉）；单炉产能5万吨/年以下或无煤气、焦油回收利用和污水处理达不到准入条件要求的半焦（兰炭）生产装置 30.单炉产能7.5万吨/年以下的半焦（兰炭）生产装置（2012年） 31.未达到焦化行业准入条件要求的热回收焦炉（2012年） 32.炭化室高度4.3米（捣固焦炉3.8米）以下常规机焦炉（西部地区或城市汽源生产企业的炭化室高度3.2米捣固焦炉，2012年） 33.单套加工能力 2.5万吨/年及以下的酸洗蒸馏法苯加工工艺和装置（2012年） 34.酸洗蒸馏法苯加工工艺和装置（2015年） 35.单套处理无水煤焦油5万吨/年及以下的煤焦油加工装置（2012年） 36.手工操作的土沥青焦油浸渍装置，矿石原料与固体原料混烧、自然通风、手工操作的土竖窑，以煤为燃料、烟尘净化不能达标的倒焰窑 37.6300千伏安以下铁合金矿热电炉 38.6300千伏安铁合金矿热电炉（2012年）（国家级贫困县、利用独立运行的小水电2014年) 39.3000千伏安以下铁合金半封闭直流电炉和精炼电炉 40.1500千伏安以下铁合金硅钙合金电炉和硅钙钡铝合金电炉 41.5000千伏安以下铁合金硅钙合金电炉和硅钙钡铝合金电炉(2013年) 42.单产5吨/炉以下的钛铁熔炼炉、用反射炉焙烧钼精矿的钼铁生产线及用反射炉还原、煅烧红矾钠、铬酐生产金属铬的生产线 43.还原二氧化锰矿用反射炉（包括硫酸锰厂用反射炉、矿粉厂用反射炉等） 44.电解金属锰一次压滤用除高压隔膜压滤机以外的板框、箱式压滤机 45.电解金属锰用5000千伏安及以下的整流变压器、150立方米及以下的化合槽（2011年） 46.电解金属锰用5000千伏安以上、6000千伏安及以下的整流变压器；150立方米以上、170立方米及以下的化合槽（2014年） 47.蒸汽加热混捏、倒焰式焙烧炉、艾奇逊交流石墨化炉、10000千伏安及

连续式石墨化炉

连续式石墨化炉 连续式石墨化炉(continuous graphitization fumace) 以连续的产出方式生产石墨化制品的炉子。艾奇逊炉虽被广泛使用，但它却是周期性生产的间断式炉，由于生产不连续，带来诸如产能低、质量波动、电耗高、操作环境恶劣等缺点，因此连续式炉成为世界注目并研究开发的重要课题和追求的目标。各国试验的连续式炉有两种类型，—种是单—功能的石墨化炉，即经过焙烧的炭制品，经过连续式炉，可以连续生产石墨化产品，称单—式炉。另—种是多功能联合式，即合焙烧石墨化两道工序为—体的双联式炉和压型、焙烧、石墨化三道工序为—体的三联式炉。 中国着手试验研究的都属于单—型的连续炉，其结构用炭板或炭管组成AB两室并联式的双通道，炭制品在两端相互逆向推进，使A通道的预热带与B通道的冷却带相毗连，以便两个通道的低温段产生热交换，中段高温加热带另设导电电极作为发热体，将热量传递给制品，使制品连续不断通过炭通道，经预热，加热，冷却的程序完成石墨化的工艺过程，而炉子各不相同的温度段，则始终处于稳定的工作状态下，为防止炭通道及制品的氧化，炉膛维持0.5～1.0Pa的微正压操作，从制品中气化逸出的杂质，多沉积在烟道内，需定期清除。 电炭业曾就连续式试验炉取得的技术成果和间歇式炉作对比，其对比结果见表。 连续式炉与间歇式炉比较表 此外连续炉的产品质量均匀；性能稳定，制品表面光滑洁净，免去清理的工作量，节省了劳动力，而连装卸保温料的次数比间歇炉大为减少，使车间的粉尘污染得到基本上的解决。 连续式试验炉存在的问题是炉芯炭质通道由于氧化严重，导致使用寿命短。

世界各国研制的连续式炉也有多种样式，如前联邦德国西格里炭素公司的二通道或三通道隧道窑式(—个通道预热，另—个或两个通道冷却)连续炉是按卡斯特纳原则设计的，其结构见图1。 图1 隧道窑式连续石墨化炉 1—隧道窑；2—预热区；3—石墨化区；4—冷却区；5—装料室；6—出料室；7、7"—挡板；8、8"—石墨挡板9—挡板；10—迸气管；11—旁通道；12—窑体通道；13—进气管；14--第二通道；15—可移窑车； 16—轨道；l7—升降装置；18—底座；19—夹紧装置；20—支持装置；21、21"—炭制品石墨化炉体是石墨筒，炭黑作绝缘后，变压器的二次线圈连接加热接头，使制品发热完成石墨化。 冷却带由导热性能好的密封筒制成，外通冷却水进行强制冷却，冷却后的制品按所需长度切断，各带设惰性气体通人管以防氧化。该炉的机构见图2。 图2 连续压型、焙烧、石墨化设备图 1—柱塞头；2—柱塞杆；3—料室；4—型嘴；5—加热线圈；6—生糊；7—石墨筒；8—压型体；9—焙烧品；10 —连接件；11—挥发分收容器 11a、11b、11c、11d—绝缘密封垫；12—排气管；13—二次线圈；14、15—加热接头；16—压力摩擦制动器； 17—二次线圈； 18—加热接头；19—石墨化炉体；19a—钢外壳；20—惰性气体进气管；21—简体；22—线圈；23—冷却水管