石墨化電阻料

石墨化電阻料（resistance material for graphitization）是指石墨化爐中起到“電阻發熱”作用的材料。一般使用冶金焦粒（或石墨化冶金焦粒）為石墨化電阻料，艾奇遜石墨化爐是電流通過由焙燒品與電阻料組成的爐芯電阻而產生的熱量，將焙燒品加熱到石墨化所需的高溫。

基本介紹

• 中文名：石墨化電阻料
• 外文名：resistance material for graphitization
• 學科：冶金工程
• 領域：冶煉
• 範圍：炭素
• 釋義：起到“電阻發熱”作用的材料

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簡介

石墨化爐均為用直流供電方式的艾奇遜石墨化爐，屬於單相電阻爐，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。根據對電極和電阻料建立數學模型的計算得知,送電開始,電極毛坯的電阻只占1.5%,送電結束後，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出來的，僅有1.5%是毛坯本身發出來的，由於每段材料的電阻隨溫度而變化，在通電結束時，96%的熱量是電阻料中發出來的，僅有4%的熱量是毛坯本身發出的。

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生熱能的基本要素，爐子的溫度梯度取決於電阻料，所以合理選擇使用電阻料至關重要。

不同類別電阻料的特性

電阻料的熱電特性在很大程度上取決於溫度，其電阻率與溫度的關係尤為密切，作為構築數學模型的基礎，採用了具有內熱源和帶變數係數的熱傳導方程，形式上近似於有限單元法。這一數學模型把所有各種裝爐物料的熱電物理特性與溫度的關係都考慮到了，藉助於這樣的模型就能夠洞察整個爐內在加熱過程中的三維空間溫度場的勢態，並能確定毛坯內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。

採用石墨化焦和生焦的混合焦作為電阻料，其熱電特性介於兩者之間，但由於設備無法保證配比的準確度及均勻度，爐內個別地方生焦比例偏大，送電時產品周圍產生較大的溫度梯度，尤其對大規格電極，其承受熱應力能力較差，容易使產品開裂。致使產品質量出現了較大的波動，從1994年-1997年統計的成品率結果來看RP∅500mm、HP∅450mm成品率在93.0%左右波動，低於計畫指標2.5%，通過對電阻料特性的分析,結合電阻料特性及實際情況,對於大規格必及以上電極採用石墨化焦作電阻料，對於必及以下中小規格電極用生焦作電阻料進行改進。

電阻料改進

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6.3m、5.9m，變壓器容量為16700kVA，最大輸出電流125000A，兩種規格都採用三階段送電曲線，開始功率20000kW,9000kW為第三階段。並逐爐跟蹤測溫。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 ，重複焙燒期300-1200℃溫升45℃/h左右，結構轉變期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5.0×10Ω,爐芯電阻小，電效率較低，因此最高爐溫偏低，電阻率略高，但根據石墨化焦溫度場均勻的特點及結合測溫數據看，重複焙燒期升溫較低，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，預熱脫水期及重複焙燒期溫升加快10℃/h 左右，最高功率提高了1000-2000kW，最高爐溫提高了100-200℃ ，成品率非常穩定，電阻率下降了約0.7μΩm。

生焦由於溫度梯度大，易產生裂紋，但根據後期爐阻高，其電效率高的特點，對RP ∅350mm、HP ∅350mm用生焦作電阻料，但出爐後必電極成品率低於計畫指標1.5%，說明曲線有不合理的地方，後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。

出爐產品電阻率較低，成品率穩定，經過多次總結，正式下發了石墨化焦、生焦曲線，開始正式用石墨化焦、生焦代替混合焦生產。可以說對石墨化工序的生產進行了一次重大的工藝變革。

總結

（1）根據對石墨化焦、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，送電時產品周圍溫度梯度大，大規格產品易開裂。通過對大規格電極用石墨化焦作電阻料發現可明顯提高成品率，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。從產品結果看，用強化石墨化加快曲線的作法，產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，保證了產品質量的穩定。

（2）石墨化焦作電阻料的質量關鍵在於送電曲線，在電極本體質量穩定的情況下，加快強化送電,在保證製品不開裂的情況下，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品的比電阻，選擇合理的曲線至關重要，從實踐結果看，成品率高於計畫指標。