连续式石墨化电炉电场数值模拟及研究

摘要

由于石墨具有良好的导电性、抗热震性、化学稳定型、润滑性和抗磨性，因此石墨得到了广泛的应用。但是就目前的生产技术来看，很难满足市场的需求，因此急需一种新的技术的发展。本课题组开发的新型连续式石墨化电炉就是在此背景下产生的。该石墨化炉实现了石墨化技术高产、优质、低消耗的要求。
　　目前，国内外的石墨主要依靠艾奇逊石墨化炉和内热式串接石墨化炉来生产的，这两种炉型首先不能够实现连续化生产，生产周期长，其次也是最重要的一点，两种炉型的单耗非常大，一般在4000～5000KWh/t。而本课题组研制的新型连续式石墨化电炉，克服了以往炉型的两大弊端，实现了连续化生产，而且能耗大大降低，单耗在2500KWh/t左右。
　　本文主要针对新型连续式石墨化电炉生产过程中电场的分布，采用ANSYS软件进行模拟，以求得到该炉型准确的电场分布，包括电势的分布情况、电流密度的分布情况以及电场强度的分布情况。通过观察炉体的电场分布可以了解炉内的石墨化发生的区域以及温度的变化和分布情况。接着本论文又选择了13种变工况对该新炉型进行模拟，以求对该炉体进行优化。13种变工况主要包括8种改变电极圆分布直径和5种改变电极插入深度。模拟结果发现，当电极分布圆直径越小时，加热速率越高，但是加热的物料量减少以及温度分布也会发生改变。当电极插入深度越深时，加热物料量会增多，即石墨化区域的体积增大，但是改变电极插入深度，也会影响炉内温度的分布。通过分析，该新炉型可以适当减小电极分布圆直径和增大电极插入深度，这样就可实现在加热相同的物料的基础上，加热速率升高，从而生产效率得到提高。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 石墨化机理

1．3 微观石墨化过程

1．4 近几年国内外连续式石墨化炉发展状况

1．4．1 国外炉型

1．4．2 国内炉型

1．5 新型连续式石墨化电炉的研制

1．6 连续式石墨炉生产工艺

1．7 本论文的具体思路

第2章 石墨比热的讨论及公式拟合

2．1 石墨比热的研究现状

2．1．1 低温热容

2．1．2 高温热容

2．2 石墨比热随温度变化公式的拟合

2．2．1 工作电阻计算

2．2．2 比热的计算与理论比热比较

2．3 比热公式的拟合

2．4 通过比热拟合公式计算日产30t石墨化电炉单耗

2．5 本章小结

第3章 连续式石墨化电炉电场数值模拟

3．1 ANSYS软件的介绍

3．2 实体模型的建立

3．3 模型研究

3．3．1 模型简化

3．3．2 材料属性

3．3．3 边界条件

3．4 控制方程

3．4．1 电场方程

3．4．2 温度场方程

3．5 电场模拟结果

3．5．1 电势的模拟结果

3．5．2 电流密度分布

3．5．3 电场强度

3．6 温度场模拟结果

第4章 日产30t连续式石墨化电炉变工况模拟

4．1 改变炉子的电极分布圆直径

4．2 不同分布圆直径的模拟结果

4．2．1 对加热时间的影响

4．2．2 对电势分布的影响

4．2．3 对电流密度的影响

4．3 不同的电极插入深度

4．4 不同插入深度的模拟结果

4．4．1 对加热时间的影响

4．4．2 对电势分布的影响

4．4．3 对电流密度的影响

4．5 本章小结

第5章 工业实验

5．1 电学参数

5．1．1 第一次开炉时三根电极柱上电压

5．1．2 第一次开炉时线电流

5．1．3 稳定生产时电极上电压的变化情况

5．1．4 稳定生产时母线上的线电流

5．2 温度参数

第6章 结论与展望

参考文献

致谢