グラフィット化は、カーボングラファイト製品の生産における主要な熱処理プロセスの1つです。 Acheson Graphitization Furnaceは、カーボングラファイト製品のグラフィット化に現在使用されている主要な炉タイプです。これは、炉内の製品と抵抗器材料を直接加熱のための「内部熱源」として使用して、断続的に動作する特別な抵抗炉です。製品と抵抗材が配置されているグラファイト化炉内のスペースは、炉のコアと呼ばれ、通常は3〜6平方メートルの断面領域があります。
強力な電流が炉を通過し、コアの抵抗は電気エネルギーを熱に変換し、製品を最大グラフィット化温度にもたらし、グラフィット化プロセスを完了します。このプロセスは、Joule-Lenzの法律に従います。
ご覧のとおり、グラフィット化炉のコア内の異なるポイントでの温度はさまざまであり、同じ点であっても、温度は時間とともに変化します。したがって、グラフィット化炉のコアの温度は、空間と時間の両方の関数であり、コア内で不均一な温度分布をもたらします。
Acheson Graphitization Furnaceが電源を入れていると、抵抗器材料によって生成される熱が製品を加熱し、炉のコア温度を徐々に上げます。この温度上昇は、コア全体で非常に不均一であり、その結果、大幅な温度変動が生じます。炉のコアの中心と両側の断熱材の温度差は、摂氏数百度に達する可能性があり、炉のコアの上部と下部の温度差も摂氏数百度に達することがあります。したがって、同じグラフィット化炉コア内のこの不均一な温度分布は、コア内の製品の亀裂の主な原因です。
グラフィット化の長年の生産経験に基づいて、グラフィット化プロセス中に炭素グラファイト製品の亀裂と拒否の原因を簡単に要約して分析しました。炭素工学技術者と併せて行われたこの議論は、グラフィット化プロセスの亀裂と拒否を減らし、グラフィット化プロセスの収量を改善し、生産コストを削減し、経済効率を高めることを目的としています。
製品のグラフィット化亀裂の原因
グラフィット化プロセス中、製品の亀裂に寄与する内部要因は、製品の品質が低く、耐熱性が低いことです。外部要因には、グラフィット化中の炉のコア内の温度の急速な上昇が含まれ、製品の上部と下部と製品の周りの温度差が増加します。これにより、製品のひび割れの主な原因である熱応力が増加します。
1。非合理的なグラフ化プロセス
cordingロード方法
Acheson Graphitization Furnacesは、通常、垂直荷重法を使用してロードされます。炉に製品を直立位置にロードすると、各製品は単一の高密度電流加熱ゾーンにさらされます。このゾーンが広いほど、製品が均等に加熱されます。そうでなければ、加熱は非常に不均一です。製品をずらして積み込むと、各製品は2つの高密度電流加熱ゾーンにさらされ、直立荷重と比較してより均一な加熱になります。したがって、不適切な負荷方法は、グラフィット化中に製品の周りの温度上昇率に大きな差を引き起こす可能性があり、生成物の耐性を超える熱応力が発生し、亀裂の影響を非常に受けやすくなります。
②不合理な電源システム
Acheson Graphitization Furnace Coreの温度プロファイルは、一定の配電電力曲線を使用して制御されます。電源システムが最適化されていない場合、グラフィット化炉の初期電力が高すぎて急速に増加しすぎる可能性があり、電源プロセス中に製品の内部と外側の間に過度の温度勾配が生じます。これにより、製品の抵抗を大きく超えて亀裂を引き起こす熱応力が生成されます。これは、炉の温度が1300度から1800度の間である場合に特に当てはまります。これは、臨界温度上昇段階です。この段階では、製品の物理的構造と化学組成が大幅に変化し始めます。アモルファス炭素のグラフィット化はまだ始まっていません。代わりに、化学反応は支配的です。アモルファス炭素微結晶構造に結合した水素、酸素、窒素、硫黄などの元素は継続的に逃げます。このリリースは、微結晶構造の端にある不純物要素の数を減らし、いくつかの格子欠陥を残します。これはまた、比較的集中した熱応力につながり、亀裂の影響を非常に受けやすくします。
resid抵抗材料の抵抗
グラフィット化炉のコアの抵抗は、生成物の抵抗と抵抗材料の抵抗が直列に構成されています。グラフィット化炉が最初に通電されると、抵抗器材料の抵抗が炉のコア抵抗の約99％を占め、エネルギーが終了した後、抵抗器材料の抵抗は約97％を占めています。したがって、グラフ化プロセス全体を通して、抵抗器材料を通る電流によって生成される熱は、主に製品を加熱します。抵抗材の抵抗が製品の抵抗とは大きく異なる場合、グラフィット化プロセス中に抵抗器材料によって生成される熱は、製品自体によって生成される熱よりもはるかに大きくなります。これにより、製品の内側と外側に大きな温度差が生じ、製品の過度の熱応力と亀裂が生じ、スクラップが生じます。
2。グラフ化操作の品質が低い
furnace炉の荷重が不十分です
グラフィット化炉の荷重操作は、プロセスと技術基準を満たしていません。荷重中、製品は炉のコアにきちんと配置されておらず、製品グループ間の間隔は一貫性がなく、抵抗器材料が不均一に満たされ、抵抗器材料の「膨らみ」さえも充填されています。これにより、グラフィット化炉への電源中に炉のコア全体に不均一な電流分布が発生し、製品の不均一な加熱と温度上昇率につながります。これにより、製品内の温度差が大きくなり、結果として生じる熱応力が亀裂とスクラップを引き起こします。
reven抵抗器の材料品質
混合コーラをグラフィット化炉の抵抗材料として使用する場合、冶金コーラの抵抗率はグラフィット化されたコーラの抵抗率よりも5〜8倍高くなります。冶金コークスとグラファイト化されたコーラが均等に混合されていない場合、炉のコア全体の抵抗分布は非常に不均一になり、電力が適用されると炉のコア全体で一貫性のない温度上昇率が得られます。これにより、上部と下部と製品の周りの温度差が大きくなり、熱応力が増加し、多くのひび割れた製品が発生します。
Graphitization Furnace Core電流偏差
アケソングラフィット化炉の電気暖房法によれば、グラフィット化炉のコア内の温度分布は、コア抵抗だけでなく、それを通る電流にも密接に関連しています。さまざまな理由により、アケソングラフィット化炉でコア電流偏差が発生すると、コアを通る電流が大幅に変化し、コア温度分布に有意な変動が生じます。コア電流分布が大幅に異なる場合、高電流のある領域はより多くの熱を生成し、製品の温度がより迅速に上昇します。電流が低い領域は熱が少なくなり、製品の温度がよりゆっくり上昇します。その結果、コアの温度分布は大きく異なり、製品内の温度差が大きくなり、熱応力が増加し、亀裂を引き起こし、スクラップを引き起こす可能性があります。
3。石灰化製品の品質
calc化された製品の内部亀裂
参考文献は、焼成プロセス中の温度の範囲が350〜500度、700度以上の範囲が炭素材料の故障にとって最も危険であることを示しています。製品の外面温度が800度に達し、最大半径方向の温度差が10.7度になると、半径50〜65mmの面積が材料の強度を決定します。空白の中心から65mmの半径内で、危険な引張ストレスゾーンが形成されます。 700度以上の温度では、この領域の応力は材料の骨折強度制限をはるかに超えており、製品の縦方向の直線亀裂の発生につながります。これらの亀裂は一般に、製品の外面まで伸びていないため、内部亀裂が生じます。
②製品の均一性
炭素グラファイト生成物の密度分布の均一性、および半径方向と軸密度分布の両方の均一性は、グラフ化熱処理中の製品の品質と密接に関連しています。製品密度が不均一に分布している領域では、グラフィット化熱処理中の熱応力は、製品の内部応力を容易に生成できます。その結果、内部応力の分布は不均一であり、製品に亀裂を簡単に引き起こす可能性があり、グラフィット化プロセス中にひび割れた製品と拒否をもたらす可能性があります。
comply製品のバルク密度が高くなっています
炭素グラファイト製品のバルク密度は、主に生産の原材料とプロセス条件によって異なります。生成物の曲げ強度、弾性率、および熱伝導率は、バルク密度の増加とともに増加します。バルク密度が高いと、弾性弾性率と脆性が増加し、熱衝撃耐性が低下します。グラフ化熱処理中、高温によって生成される熱応力は、製品の固有の応力耐性をはるかに超えており、内部応力と外部応力の間に有意な差を引き起こし、亀裂と拒絶を引き起こします。
corve以前のプロセスでの不安定な生産
グラフィット化は、カーボングラファイト生産生産の最終的な熱処理ステップであり、最高温度の熱処理でもあるため、以前のプロセスの不安定性または品質の変動は、グラフ化プロセス中に最も顕著に明らかになると一般に考えられています。石灰温度が低い場合、ピッチ軟化点が標準以下である場合、焙煎温度が低い場合、または含浸さの体重増加率が標準以下であるため、製品は高温グラフィット化プロセス中に二次または不均一な収縮を経験し、ひび割れて廃棄する可能性が非常に高くなります。
⑤ガス膨満
グラフィット化プロセスにより、製品のある程度の不可逆的なボリューム拡張が発生します。これは主に、グラフィット化プロセス中の硫黄の急速かつ濃縮された放出によるものです。この不可逆的な膨張の程度は、硫黄含有量の増加とより速い熱処理率とともに増加します。この不可逆的な拡張挙動は、「ガス腫れ」として知られています。
誰もが知っているように、1350度で焼成された石油コーラの水素、酸素、窒素などの非炭素元素の含有量は、一般に0.1％未満です。しかし、硫黄は芳香族炭化水素の炭素原子に非常に密接に結合しているため、CS結合は1400度を超える温度まで壊れ始め、硫黄および硫黄炭素化合物を形成します。主に1500度から1800度の間の高温では、これらの硫黄および硫黄炭素化合物は、製品から急速に放出され、著しい内部応力を生成し、製品内の小さな毛穴と亀裂を形成します。硫黄含有量が特定のレベルに達すると、グラフィット化プロセス中に製品に亀裂を引き起こすことがよくあります。
4.製品のグラフィット化亀裂の防止
a。合理的なグラフィット化プロセス
furnace炉荷重方法の選択
Acheson Graphitization Furnaceの生産プロセスでは、製品のグラフィット化を成功させるためには、合理的な炉の荷重方法が重要です。製品が垂直に装填されているのか水平に装填されていても、直立したものであろうとずらしているかどうかは、製品タイプ、仕様、品質基準、および機器のプロセスパラメーターに基づいて決定する必要があります。これにより、炉のコア内の製品の比較的均一な加熱が保証され、グラフィット化プロセス中に熱応力と亀裂が減少します。大規模な製品の場合、スティッガードローディング（1/2D）は亀裂を減らし、より良いグラフィット化の結果を達成することができます。グラフィット化の亀裂と不安定な品質によるスクラップ速度が高い製品の場合、炉のコア内に現在の流通測定を実装することもできます。
妥当な電源システムを決定します
グラフィット化炉のコアの温度は、一定の電力分布を備えた電力曲線を使用して制御されます。グラフィット化炉の電源システムの策定と実装は、収量の改善、エネルギーの節約、グラフィット化サイクルの短縮に不可欠です。グラフィット化炉電源システムは、炉の構造、製品タイプと仕様、品質情報、抵抗器材料、断熱性能、配電システムパラメーターなどの要因を考慮する必要がありますが、さらに重要なことに、グラフィット化炉内のさまざまな段階での製品のさまざまな温度上昇要件を満たす必要があります。
グラフィット化炉の合理的なパワーオンシステムは、製品温度上昇プロセスの3つの段階のさまざまな要件に適応するための「高速スローファースト」3段階の電力曲線である必要があります。炉のコアは、炉のコアの温度勾配が大きすぎることなく、グラファイト化炉の熱損失を減らすために、より速い温度上昇速度で保持する必要があります。不安定なグラフィット化品質の製品の場合、温度上昇段階の炉コアの温度上昇率を厳密に制御する必要があります。現時点では、電源曲線を調整する必要があります。ランプアップ電源は、4段階の電力透過曲線を形成するように適切に調整する必要があります。
sotal適切な抵抗器材料を決定します
Achesonグラフィット化炉は、主に抵抗器材料を通過する電流によって発生する熱を通して製品を加熱します。抵抗器材料は、炉のコアの温度変動と密接に関連しています。グラフィット化炉のコアの温度を上げるには、抵抗器材料は、特にトランスの二次出力電流が最大に達すると、電力伝達の後期段階でより高い抵抗が必要です。これにより、より高いコア抵抗が可能になり、高い電気効率が維持されます。ただし、抵抗器材料の耐性が過度に不適切です。したがって、抵抗器材料を選択するときは、製品の抵抗と抵抗器材料の抵抗が大きく異なることを確実にするために、機器の性能と製品タイプ、仕様、および送電線の両方を考慮することが重要です。中小規模の製品の場合、冶金コーラは抵抗器材料として使用できます。開始電力が高く、ランプアップ電力が高速であっても、製品は一般に割れません。大規模な製品の場合、混合コークスまたはグラファイト化されたコーラは抵抗器材料としてより適しており、製品と抵抗器の材料の抵抗が同等であることを保証します。温度差は小さく、製品の内側と外側の温度差も減少します。電力が速い場合でも、製品の亀裂は発生しません。
b。運用品質は基準を満たす必要があります
グラフ化の生産プロセスでは、炉の荷重が重要です。グラフィット化炉に搭載された製品は、加熱抵抗と加熱されるオブジェクトの両方として機能するため、適切な抵抗材料と組み合わせて炉のコア抵抗を形成します。適切な炉のコア抵抗は、製品のグラフィット化に不可欠です。第一に、グラフィット化炉の本体、バスバーショートネットワーク、および電源システム機器は良好な状態でなければなりません。炉の荷重中、炉のコア断面は、炉のコアの電流偏差を防ぐために、導電性断面と対称でなければなりません。炉の荷重は、プロセステクノロジーに準拠する必要があります。規制では、製品を炉のコア内に水平および垂直に配置する必要があり、製品グループ間で一貫した間隔を置いています。張り出した部品を避けて、グラフィット化炉への電源中に炉のコア内でバランスの取れた温度分布を保証するために、抵抗器材料を適切に満たす必要があります。さらに、抵抗器材料比は、生産プロセスと技術基準を満たし、電源中の炉コア内の不均一な温度分布を避けるために一貫した品質を確保する必要があります。最後に、グラフィット化炉は、異常な電力変動を避けるために正常範囲内に保持され、炉のコア内でのバランスの取れた温度上昇を保証するために、通常の範囲内にある電力供給曲線に従って電力を供給する必要があります。
c。以前のプロセスからの品質情報をマスターする
以前のプロセスから生産情報と質の高い情報へのタイムリーなアクセスを維持することが重要です。以前のプロセスからの製品の安定性と品質仕様、および現在のプロセスの実際の生産慣行に基づいて、グラフィット化プロセス中の亀裂や拒否を防ぎ、一貫したグラフィット化品質を確保するために、実用的で実現可能なグラフィット化生産プロセスと技術仕様を開発する必要があります。グラフィット化炉の荷重中に、外観と品質について各製品を調べてください。グラフィット化プロセスの要件を満たさない製品は削除する必要があります。技術的要件を満たさない製品は、グラフィット化のためにグラフィット化炉にロードされてはならず、前のプロセスに迅速に返品する必要があります。
d。バッチングに適切な量のインフレ阻害剤を追加する
グラフィット化プロセス中の硫黄の存在によって引き起こされる不可逆的な膨張と亀裂は排除することはできませんが、制御する必要があります。現在、最も効果的なアプローチは、グラフィット化プロセス中の硫黄放出速度を制御することです。最も実用的な方法は、バッチングプロセスに適切な量のインフレ阻害剤を追加することです。通常は1％-2％Fe2O3パウダーです。
インフレ阻害剤を添加するメカニズムは、阻害剤が製品のグラフィット化インフレの温度範囲内で硫黄を捕獲し、より高い温度でガスとして放出される硫黄化合物を形成することです。これにより、硫黄放出の温度範囲が広がり、濃縮された急速に逃げるガスによって引き起こされる過剰な内部応力のために製品の亀裂を防ぎます。最も一般的に使用されるインフレ阻害剤はFe2O3粉末です。その作用のメカニズムは、1000度を超える温度では、Fe2O3粉末が鉄または炭素鉄の化合物に簡単に還元されることです。炭素鉄化合物は、より高い温度でさらに鉄と炭素に分解します。このプロセスで形成された鉄は、製品の分解から放出された硫黄と反応し、硫化鉄としてゆっくりと放出されます。これにより、製品からの硫黄の放出が遅くなり、硫黄阻害剤として機能します。
Fe2O3粉末は、製品中の硫黄に対する化学的親和性が高いだけでなく、硫黄を効果的に抑制しますが、豊富で安価であり、電気炉鋼製造プロセスに悪影響はありません。さらに、Fe2O3粉末は、産物のグラフィット化プロセスに強い触媒効果があり、優れたグラフィット化触媒となっています。したがって、硫黄含有量が多い石油コークスの場合、適切な量のFe2O3粉末を追加する鼓腸阻害剤は、製品に大きな影響を与える可能性があります。カーボングラファイト製品の生産は、一度に複数の目標を達成できます。
要するに、グラフィット化熱処理プロセス中の炭素グラファイト製品の亀裂と拒絶の原因は、多面的で複雑です。グラフィット化熱処理プロセス中に炭素グラファイト製品の亀裂と拒否を防ぐには、製品自体と製品自体の両方に等しく重点を置いて、さまざまなプロセスと技術の改善を実装する必要があります。最も重要な側面は、製品品質の高い、優れた耐熱性、均一な生産を確保することです。前のプロセスの品質および技術的指標は、生産プロセス基準の要件を満たす必要があり、品質の変動は通常の範囲内に保持する必要があります。
さらに、グラフィット化熱処理プロセス中に、アケソングラフィット化炉のコアの製品の温度上昇率を厳密に制御する必要があります。