石墨化炉正常运行时,炉子各部分的温度保持不变,待石墨化的电极随电极柱的移动,先在进料部分预热,逐渐升温,在炉体内达到最高温度,而后温度又逐渐下降,在出料部分降到最低温度,然后出炉。3200度碳化炉设备也就是说,电极的温度随电极柱在炉中的移动而变化,炉中不同部位的电极其装出炉、预热、石墨化和冷却过程同时进行。碳化炉由于电极自热,而且还需要移动,所以这种工艺在操作上比较复杂,不如外热法即间接加热的连续石墨化工艺成熟。
实验高温石墨化炉虽然都是采用电热,但按其电热的方式,可分为直接式和间接式,按作业方式可分为间歇式和连续式,按功能分为单一式和联合式。济南碳化炉直接式是指电流要直接通过制品,因焦耳热升温,是以制品本身为电阻的电阻炉型。属于直接式的炉型有艾奇逊炉和串接式炉。这两者的区别在于艾奇逊炉需要在制品周围填加电阻料。碳化炉电极和电阻料串联,而电极的电阻比电阻料的电阻要小得多,所以制品从本身电阻获得的热量较少,大部分是靠电阻料的传热而获得石墨化所需热量的,串接式炉在制品周围则不需填加电阻料(在制品接头处填加的少量填料主要是为了降低接触电阻的)。电流全部通过制品本身,制品本身的电阻是石墨化所需热量的惟一来源。
连续石墨化炉其实不是一种特定的石墨化工艺炉,现有的连续石墨化炉有多种形式。所谓连续石墨化工艺是相对于间歇式石墨化工艺来讲的。碳化炉所谓的连续石墨化工艺,一般是指生产中没有断电的过程,石墨化的产品需要经过一系列的温区,从而实现连续石墨化。设计了采用“外热法”的连续石墨化炉。碳化炉设备炉子采用的石墨电极通道是一个加热的通道,采用炭黑作为外部保温材料,制品采用机械推进方式,炉门处采用双层密封防止空气进入。
石墨化炉是消耗电量很大的热工设备,因此如何在保证产品质量的前提下,减少电量消耗是石墨化炉节能的主要课题,也是降低石墨化生产成本的必由之路。碳化炉设备石墨化炉中的电阻主要由电阻料提供,可见在整个石墨化过程中,热量主要是由电阻料传入制品的,进入制品的电流比率很小。若电阻料的电阻不均匀,会造成炉芯温度不均匀,从而导致石墨化制品产生裂纹,成为废品。碳化炉在通电开始时,功率过大及功率上升过快,都会使炉 心温度上升过快,这对大规格的和细结构的石墨产品极易产生裂纹。石墨化最好的情况是维持制品在前几道工序中产生的裂纹不再增大,但通常情况裂纹都是继续增大的。
艾奇逊石墨化炉的发展已经有很长的历史, 目前国内人造石墨行业中一般多采用艾奇逊炉。碳化炉这种炉结构简单、坚固耐用、容易维修,一直是我国炭素行业中备受青睐的石墨化设备。艾奇逊石墨化炉按加热方式来分类属于直接加热式炉。所谓直接加热,就是制品本身是导电体,通过电阻加热,从而使制品完成石墨化。碳化炉设备早期艾奇逊石墨化炉采用的是交流电,但交流电存在着功率小、电流密度低、功率因数低、送电时间长等缺点。20世纪60年代后随着整流设备的快速发展, 艾奇逊石墨化炉开始采用直流供电,大大降低了能耗。