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从石墨化工艺发展过程看“内串”的必然趋势

发布时间:2019-05-19󰇰浏览次数:1567

      石墨化是人造石墨的关键工序之一,人造石墨制品的物理化学性质、生产成本都与石墨化工序有直接关系,所以人们付出了大量的精力和财力去研究解决石墨化工序问题。随着生产实践经验的积累和科学技术的进步,石墨化工艺也有了长足的发展,从小容量的交流石墨化、大功率直流石墨化,一直到当今的内热串接石墨化(简称内串)工艺。我国石墨化工艺大体经历了三个发展阶段。

  (1)小容量交流石墨化工艺为初期阶段。在这一阶段各炭素厂一般均采用交流石墨化炉完成石墨化工序生产。设备容量在5000kVA;输出电流在40kA左右。后期有的厂家将设备增容到8820kVA;输出电流在80kA。生产实践中该石墨化工艺有许多弊病,且很难解决。如电损热损大,单耗高,效率低,炉芯温度低,产品质量不佳,功率因数低,三相不平衡等。人们虽然想了不少的补救措施,如采用低压补偿提高设备效率,进而提高炉芯温度;工艺上由传统的卧式装炉改为立式装炉;送电曲线逐渐加快,送电时间由80多h改为65~75h等,使产品用电单耗有所下降,产量也有所提高,但没有办法彻底解决交流炉所存在的问题。在这段时间,我国的电炉钢产量不多,电炉容量也相对较小,对电极质量要求不太高,加之原料资源比较丰富,质量也很好,特别是油页岩釜式焦对石墨化炉温要求不高,一般石墨化炉均可满足。但到70年代,用户对电极质量要求日趋严格。另外,石油工业的发展,焦化工艺发生了变化,由延迟焦取代釜式焦,对石墨化炉的温度要求越来越高。现有的装备和工艺方法已经满足不了生产的要求,必须寻找提高炉温的措施。此时新的石墨化供电机组应运而生。

  (2)直流石墨化机组的兴起和发展为石墨化工艺发展的第二阶段。从1976年开始,交流石墨化炉在我国逐渐被淘汰,取而代之的是直流石墨化机组和强化石墨化工艺。在这二十几年的发展中,人们采用了大容量整流机组为石墨化炉供电,创造出了“两高一快”的工艺方法,即高功率、高电密、快曲线的强化石墨化新工艺,取得了明显的成就,促进了炭素生产的发展。表1列出了交流石墨化炉与直流石墨化炉主要经济技术指标。

  新的装备主要是大容量的有载调压整流变压器与大功率变流技术的结合,构成了直流供电机组,为石墨化炉供电。直流供电机组容量由小变大,多级有载调压、主调合一、高压直降,采用适合石墨化工艺特点的双反星形整流电路,实现同相逆并联。整流元件也由200A增大到3000A,每臂并联元件大为减少,加之采用一些其他有利提高功率因数的措施,使得大容量直流供电机组较好地满足了石墨化炉的工艺要求。特别在*近几年,人们不断重视直流石墨化机组与石墨化炉匹配的技术问题,有了一套比较完整的匹配方案。在石墨化工艺方面也有很大突破,采用强化石墨化工艺就是例证。

  所谓强化石墨化是指对艾其逊石墨化炉实行强化石墨化过程。其核心是提高变压器容量,通常每立方米炉芯占有容量在160kVA左右;提高炉芯电流密度,使炉芯电流密度保持在2.0A/cm2左右,这是强化石墨化工艺的必备条件。采用低电阻的石墨化焦作电阻料可降低毛坯受热的不均匀性,即可以适当地改善毛坯在石墨化过程中的加热条件;采用导热率和导电率低、含水分少的保温料,不论从保温性能,还是对电绝缘性能都要好些,因而提高了炉子热效率,在快速升温的情况下电极毛坯也不易产生裂纹,当然电极毛坯本身质量也要符合标准。实践表明,强化石墨化工艺过程中有不少难以克服的弱点,制约着石墨化工艺的再发展。首先,艾其逊炉的主要加热方式是外热,电阻料从外面为电极毛坯加热(在电极内部,电流产生的热量很少),这种加热过程毛坯本身就存在温度梯度和热应力。改变装炉方法,只能使电阻料温度不均匀性有所改善,但其不均匀性不能彻底消除,使得送电曲线不能过快,炉芯升温速率不能过高,因而送电时间较长,热损较大,产品质量不够均匀,也不稳定。其次,艾其逊炉由于电阻料耗去大量电能,使电耗增高。即使是*好的强化石墨化工艺,电耗也是理论电耗(1500kW.h/t)的2.5~3倍〔1〕。因此应用“内串”石墨化新工艺就标志着石墨化工艺发展到了第三阶段。


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