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随着现代工业发展与技术进步,新型炭素材料特别是石墨材料的需求和使用量日益增大。散状石墨具有良好的耐热性、导电性、导热性、化学稳定性、润滑性、可塑性、抗热震性等特点,是生产铝用阴极、阳极、碳电极、火箭内衬、火车及飞机刹车片、炼钢增碳剂等产品的优质原料。当今国际市场上,散状石墨的产量非常有限,供不应求,价格很高。因此,有必要对散状石墨生产技术与设备进行长期的研究和改进。 以往生产散状石墨的设备为间歇式生产,电耗高,产品质量低,产量小,根据石墨化原理,课题组研发了连续式石墨化电炉,并已通过中期实验。实验证明该电炉能够连续生产高质量的散状石墨,并且产量高,电耗低。为了了解电炉生产过程中电参数和温度变化与分布规律,本文利用ANSYS模拟软件对日产30t的连续式石墨化电炉温度场与电场模拟。 结合有限元理论,利用ANSYS软件实现电炉内物料热电耦合数值模拟。根据对日产30t连续式石墨化电炉的电场、电流密度、温度场数值模拟,得到炉内主要发热区和温度分布规律,验证该电炉的可行性与安全性。通过对炉子不同的电极间距与电极插入深度地模拟计算,得到结构参数对石墨化区大小与电炉升温速率的影响。 根据模拟结果,确定连续式石墨化电炉的主要发热区与温度在2200℃以上的石墨化区集中在三根电极之间,炉内最高温度达3000℃,可以保证物料充分石墨化。炉体内壁温度均在安全范围内,日产30t连续式石墨化电炉可以实现连续生产散状石墨。 在保证加热功率相同与炉内最高温度相同的前提下,电极间距越大,石墨化区越大,升温速率越小;电极插入深度越大,石墨化区越大,升温速率越小。 为了验证模拟结果的准确性,根据炉内温度分布与电参数变化特点,选择合理的测量仪表与测量方案。