अल्ट्रा-हाय पॉवर (UHP) ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड्सचे कार्य तत्व प्रामुख्याने आर्क डिस्चार्ज घटनेवर आधारित आहे. त्यांच्या अपवादात्मक विद्युत चालकता, उच्च-तापमान प्रतिरोधकता आणि यांत्रिक गुणधर्मांचा वापर करून, हे इलेक्ट्रोड उच्च-तापमान वितळण्याच्या वातावरणात विद्युत उर्जेचे थर्मल उर्जेमध्ये कार्यक्षम रूपांतर करण्यास सक्षम करतात, ज्यामुळे धातुकर्म प्रक्रिया चालते. खाली त्यांच्या मुख्य ऑपरेशनल यंत्रणेचे तपशीलवार विश्लेषण दिले आहे:
१. आर्क डिस्चार्ज आणि इलेक्ट्रिकल-टू-थर्मल एनर्जी रूपांतरण
१.१ आर्क फॉर्मेशन यंत्रणा
जेव्हा UHP ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड्स वितळवण्याच्या उपकरणांमध्ये (उदा. इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेसेस) एकत्रित केले जातात, तेव्हा ते वाहक माध्यम म्हणून काम करतात. उच्च-व्होल्टेज डिस्चार्ज इलेक्ट्रोडच्या टोकापासून आणि भट्टीच्या चार्जमध्ये (उदा. स्क्रॅप स्टील, लोहखनिज) एक विद्युत चाप निर्माण करतो. या चापात गॅस आयनीकरणाद्वारे तयार होणारा एक वाहक प्लाझ्मा चॅनेल असतो, ज्याचे तापमान 3000°C पेक्षा जास्त असते—पारंपारिक ज्वलन तापमानापेक्षा खूपच जास्त.
१.२ कार्यक्षम ऊर्जा प्रसारण
आर्कद्वारे निर्माण होणारी तीव्र उष्णता थेट फर्नेस चार्ज वितळवते. इलेक्ट्रोड्सची उत्कृष्ट विद्युत चालकता (6-8 μΩ·m इतकी कमी प्रतिरोधकता असलेली) ट्रान्समिशन दरम्यान कमीत कमी उर्जेचे नुकसान सुनिश्चित करते, ज्यामुळे पॉवर वापर अनुकूलित होतो. उदाहरणार्थ, इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस (EAF) स्टीलमेकिंगमध्ये, UHP इलेक्ट्रोड्स स्मेल्टिंग सायकल 30% पेक्षा जास्त कमी करू शकतात, ज्यामुळे उत्पादकता लक्षणीयरीत्या वाढते.
२. भौतिक गुणधर्म आणि कामगिरीची हमी
२.१ उच्च-तापमान संरचनात्मक स्थिरता
इलेक्ट्रोड्सची उच्च-तापमानाची लवचिकता त्यांच्या स्फटिकीय रचनेमुळे उद्भवते: स्तरित कार्बन अणू sp² संकरणाद्वारे सहसंयोजक बंध नेटवर्क तयार करतात, ज्यामध्ये व्हॅन डेर वाल्स फोर्सद्वारे इंटरलेयर बंधन असते. ही रचना 3000°C वर यांत्रिक शक्ती टिकवून ठेवते आणि अपवादात्मक थर्मल शॉक प्रतिरोधकता देते (500°C/मिनिट पर्यंत तापमान चढउतारांना तोंड देत), धातूच्या इलेक्ट्रोड्सपेक्षा चांगली कामगिरी करते.
२.२ औष्णिक विस्तार आणि रेंगाळण्यास प्रतिकार
UHP इलेक्ट्रोड्समध्ये थर्मल एक्सपेंशनचा कमी गुणांक (१.२×१०⁻⁶/°C) असतो, ज्यामुळे उच्च तापमानात मितीय बदल कमी होतात आणि थर्मल ताणामुळे क्रॅक तयार होण्यास प्रतिबंध होतो. त्यांचा क्रिप रेझिस्टन्स (उच्च तापमानात प्लास्टिकच्या विकृतीला प्रतिकार करण्याची क्षमता) सुई कोक कच्च्या मालाची निवड आणि प्रगत ग्राफिटायझेशन प्रक्रियेद्वारे ऑप्टिमाइझ केला जातो, ज्यामुळे दीर्घकाळापर्यंत उच्च-भार ऑपरेशन दरम्यान मितीय स्थिरता सुनिश्चित होते.
२.३ ऑक्सिडेशन आणि गंज प्रतिकार
अँटिऑक्सिडंट्स (उदा., बोराइड्स, सिलिसाइड्स) समाविष्ट करून आणि पृष्ठभागावर कोटिंग्ज लावून, इलेक्ट्रोड्सचे ऑक्सिडेशन आरंभ तापमान 800°C पेक्षा जास्त वाढवले जाते. वितळताना वितळलेल्या स्लॅगच्या विरूद्ध रासायनिक जडत्व जास्त इलेक्ट्रोड वापर कमी करते, ज्यामुळे सेवा आयुष्य पारंपारिक इलेक्ट्रोड्सपेक्षा 2-3 पट वाढते.
३. प्रक्रिया सुसंगतता आणि सिस्टम ऑप्टिमायझेशन
३.१ विद्युत् प्रवाह घनता आणि वीज क्षमता
UHP इलेक्ट्रोड ५० A/cm² पेक्षा जास्त विद्युत घनतेला समर्थन देतात. उच्च-क्षमतेच्या ट्रान्सफॉर्मर्ससह (उदा. १०० MVA) जोडले असता, ते १०० MW पेक्षा जास्त सिंगल-फर्नेस पॉवर इनपुट सक्षम करतात. हे डिझाइन वितळवताना थर्मल इनपुट दरांना गती देते - उदाहरणार्थ, फेरोसिलिकॉन उत्पादनात प्रति टन सिलिकॉनचा ऊर्जेचा वापर ८००० kWh पेक्षा कमी करते.
३.२ गतिमान प्रतिसाद आणि प्रक्रिया नियंत्रण
आधुनिक स्मेल्टिंग सिस्टीममध्ये इलेक्ट्रोडची स्थिती, विद्युत प्रवाहातील चढउतार आणि चाप लांबीचे सतत निरीक्षण करण्यासाठी स्मार्ट इलेक्ट्रोड रेग्युलेटर (SERs) वापरले जातात, ज्यामुळे इलेक्ट्रोड वापर दर 1.5-2.0 kg/t स्टीलच्या आत राखला जातो. भट्टीच्या वातावरणाचे निरीक्षण (उदा. CO/CO₂ गुणोत्तर) सोबत, हे इलेक्ट्रोड-चार्ज कपलिंग कार्यक्षमता अनुकूल करते.
३.३ प्रणाली समन्वय आणि ऊर्जा कार्यक्षमता वाढ
UHP इलेक्ट्रोड्स तैनात करण्यासाठी उच्च-व्होल्टेज वीज पुरवठा प्रणाली (उदा., ११० केव्ही डायरेक्ट कनेक्शन), वॉटर-कूल्ड केबल्स आणि कार्यक्षम धूळ संकलन युनिट्ससह आधारभूत पायाभूत सुविधांची आवश्यकता असते. कचरा उष्णता पुनर्प्राप्ती तंत्रज्ञान (उदा., इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस ऑफ-गॅस सह-निर्मिती) एकूण ऊर्जा कार्यक्षमता ६०% पेक्षा जास्त वाढवते, ज्यामुळे कॅस्केडिंग ऊर्जा वापर शक्य होतो.
हे भाषांतर तांत्रिक अचूकता राखते आणि शैक्षणिक/औद्योगिक शब्दावलीच्या परंपरांचे पालन करते, ज्यामुळे विशेष प्रेक्षकांसाठी स्पष्टता सुनिश्चित होते.
पोस्ट वेळ: मे-०६-२०२५