Īpaši augstas jaudas (UHP) grafīta elektrodu darbības princips galvenokārt balstās uz loka izlādes fenomenu. Izmantojot to izcilo elektrovadītspēju, izturību pret augstu temperatūru un mehāniskās īpašības, šie elektrodi ļauj efektīvi pārveidot elektrisko enerģiju siltumenerģijā augstas temperatūras kausēšanas vidē, tādējādi veicinot metalurģisko procesu. Zemāk ir sniegta detalizēta to galveno darbības mehānismu analīze:
1. Loka izlāde un elektriskās enerģijas pārveidošana siltumenerģijā
1.1 Loka veidošanās mehānisms
Kad īpaši augstas efektivitātes grafīta elektrodi tiek integrēti kausēšanas iekārtās (piemēram, elektriskās loka krāsnīs), tie darbojas kā vadoša vide. Augstsprieguma izlāde rada elektrisko loku starp elektroda galu un krāsns lādiņu (piemēram, tērauda lūžņus, dzelzsrūdu). Šī loka sastāv no vadoša plazmas kanāla, kas veidojas gāzes jonizācijas rezultātā, un kura temperatūra pārsniedz 3000 °C, kas ievērojami pārsniedz parastās sadegšanas temperatūras.
1.2 Efektīva enerģijas pārvade
Loka radītais intensīvais siltums tieši izkausē krāsns lādiņu. Elektrodu izcilā elektrovadītspēja (ar pretestību tikai 6–8 μΩ·m) nodrošina minimālus enerģijas zudumus pārraides laikā, optimizējot jaudas izmantošanu. Piemēram, elektriskās loka krāsns (EAF) tērauda ražošanā īpaši augstas temperatūras elektrodi var samazināt kausēšanas ciklus par vairāk nekā 30%, ievērojami uzlabojot produktivitāti.
2. Materiālu īpašības un veiktspējas nodrošināšana
2.1 Augstas temperatūras konstrukcijas stabilitāte
Elektrodu augstās temperatūras izturība izriet no to kristāliskās struktūras: slāņaini oglekļa atomi veido kovalento saišu tīklu, izmantojot sp² hibridizāciju, un starpslāņu saistīšanos nodrošina van der Valsa spēki. Šī struktūra saglabā mehānisko izturību 3000 °C temperatūrā un piedāvā izcilu termiskā trieciena izturību (iztur temperatūras svārstības līdz pat 500 °C/min), pārspējot metāla elektrodus.
2.2 Izturība pret termisko izplešanos un šļūdi
Īpaši augsta spiediena (UHP) elektrodiem ir zems termiskās izplešanās koeficients (1,2 × 10⁻⁶/°C), kas samazina izmēru izmaiņas paaugstinātā temperatūrā un novērš plaisu veidošanos termiskās spriedzes dēļ. To šļūdes izturība (spēja pretoties plastiskai deformācijai augstā temperatūrā) ir optimizēta, izmantojot adatas koksa izejvielu izvēli un uzlabotus grafitizācijas procesus, nodrošinot izmēru stabilitāti ilgstošas darbības laikā ar lielu slodzi.
2.3 Oksidēšanās un korozijas izturība
Iekļaujot antioksidantus (piemēram, borīdus, silicīdus) un uzklājot virsmas pārklājumus, elektrodu oksidēšanās sākuma temperatūra tiek paaugstināta virs 800 °C. Ķīmiskā inertitāte pret izkausētiem izdedžiem kausēšanas laikā mazina pārmērīgu elektrodu patēriņu, pagarinot to kalpošanas laiku līdz 2–3 reizēm salīdzinājumā ar parastajiem elektrodiem.
3. Procesu saderība un sistēmas optimizācija
3.1 Strāvas blīvums un jaudas kapacitāte
Īpaši augsta spiediena elektrodi atbalsta strāvas blīvumu, kas pārsniedz 50 A/cm². Savienojot tos ar lielas ietilpības transformatoriem (piemēram, 100 MVA), tie nodrošina vienas krāsns jaudu, kas pārsniedz 100 MW. Šī konstrukcija paātrina termisko ievadi kausēšanas laikā, piemēram, samazinot enerģijas patēriņu uz tonnu silīcija ferosilīcija ražošanā līdz mazāk nekā 8000 kWh.
3.2 Dinamiskā reakcija un procesa vadība
Mūsdienu kausēšanas sistēmās tiek izmantoti viedie elektrodu regulatori (SER), lai nepārtraukti uzraudzītu elektrodu pozīciju, strāvas svārstības un loka garumu, uzturot elektrodu patēriņa ātrumu 1,5–2,0 kg/t tērauda robežās. Apvienojumā ar krāsns atmosfēras uzraudzību (piemēram, CO/CO₂ attiecību) tas optimizē elektroda un lādiņa savienojuma efektivitāti.
3.3 Sistēmas sinerģija un energoefektivitātes uzlabošana
Īpaši augsta spiediena elektrodu izvietošanai ir nepieciešama atbalsta infrastruktūra, tostarp augstsprieguma barošanas sistēmas (piemēram, 110 kV tiešie savienojumi), ar ūdeni dzesējami kabeļi un efektīvas putekļu savākšanas iekārtas. Atkritumu siltuma atgūšanas tehnoloģijas (piemēram, elektriskās loka krāsns izplūdes gāzes koģenerācija) paaugstina kopējo energoefektivitāti līdz vairāk nekā 60%, nodrošinot kaskādes enerģijas izmantošanu.
Šis tulkojums saglabā tehnisko precizitāti, vienlaikus ievērojot akadēmiskās/industriālās terminoloģijas konvencijas, nodrošinot skaidrību specializētai auditorijai.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 6. maijs