Prinsip kerja elektrod grafit kuasa ultra tinggi (UHP) adalah berdasarkan fenomena nyahcas arka. Memanfaatkan kekonduksian elektrik yang luar biasa, rintangan suhu tinggi dan sifat mekanikal, elektrod ini membolehkan penukaran tenaga elektrik yang cekap kepada tenaga haba dalam persekitaran peleburan suhu tinggi, dengan itu memacu proses metalurgi. Di bawah ialah analisis terperinci tentang mekanisme operasi teras mereka:
1. Nyahcas Arka dan Penukaran Tenaga Elektrik-ke-Terma
1.1 Mekanisme Pembentukan Arka
Apabila elektrod grafit UHP disepadukan ke dalam peralatan peleburan (cth, relau arka elektrik), ia bertindak sebagai media konduktif. Nyahcas voltan tinggi menghasilkan arka elektrik antara hujung elektrod dan cas relau (cth, keluli sekerap, bijih besi). Arka ini terdiri daripada saluran plasma konduktif yang dibentuk oleh pengionan gas, dengan suhu melebihi 3000°C—jauh melebihi suhu pembakaran konvensional.
1.2 Penghantaran Tenaga yang Cekap
Haba sengit yang dihasilkan oleh arka secara langsung mencairkan cas relau. Kekonduksian elektrik unggul elektrod (dengan kerintangan serendah 6–8 μΩ·m) memastikan kehilangan tenaga yang minimum semasa penghantaran, mengoptimumkan penggunaan kuasa. Dalam pembuatan keluli relau arka elektrik (EAF), contohnya, elektrod UHP boleh mengurangkan kitaran peleburan sebanyak lebih 30%, meningkatkan produktiviti dengan ketara.
2. Sifat Bahan dan Jaminan Prestasi
2.1 Kestabilan Struktur Suhu Tinggi
Ketahanan suhu tinggi elektrod berpunca daripada struktur kristalnya: atom karbon berlapis membentuk rangkaian ikatan kovalen melalui penghibridan sp², dengan pengikatan antara lapisan melalui daya van der Waals. Struktur ini mengekalkan kekuatan mekanikal pada 3000°C dan menawarkan rintangan kejutan haba yang luar biasa (menahan turun naik suhu sehingga 500°C/min), mengatasi prestasi elektrod logam.
2.2 Rintangan kepada Pengembangan Terma dan Rayapan
Elektrod UHP mempamerkan pekali pengembangan terma yang rendah (1.2×10⁻⁶/°C), meminimumkan perubahan dimensi pada suhu tinggi dan menghalang pembentukan retak akibat tekanan haba. Rintangan rayapan mereka (keupayaan untuk menahan ubah bentuk plastik di bawah suhu tinggi) dioptimumkan melalui pemilihan bahan mentah kok jarum dan proses grafisasi lanjutan, memastikan kestabilan dimensi semasa operasi beban tinggi yang berpanjangan.
2.3 Pengoksidaan dan Rintangan Kakisan
Dengan menggabungkan antioksidan (cth, borida, silisid) dan menggunakan salutan permukaan, suhu permulaan pengoksidaan elektrod dinaikkan melebihi 800°C. Lengai kimia terhadap sanga lebur semasa peleburan mengurangkan penggunaan elektrod yang berlebihan, memanjangkan hayat perkhidmatan kepada 2–3 kali ganda daripada elektrod konvensional.
3. Keserasian Proses dan Pengoptimuman Sistem
3.1 Ketumpatan Semasa dan Kapasiti Kuasa
Elektrod UHP menyokong ketumpatan arus melebihi 50 A/cm². Apabila dipasangkan dengan transformer berkapasiti tinggi (cth, 100 MVA), ia membolehkan input kuasa relau tunggal melebihi 100 MW. Reka bentuk ini mempercepatkan kadar input haba semasa peleburan—contohnya, mengurangkan penggunaan tenaga bagi setiap tan silikon dalam pengeluaran ferosilikon kepada di bawah 8000 kWj.
3.2 Tindak Balas Dinamik dan Kawalan Proses
Sistem peleburan moden menggunakan Pengawal Selia Elektrod Pintar (SER) untuk terus memantau kedudukan elektrod, turun naik semasa dan panjang arka, mengekalkan kadar penggunaan elektrod dalam 1.5–2.0 kg/t keluli. Ditambah dengan pemantauan suasana relau (cth, nisbah CO/CO₂), ini mengoptimumkan kecekapan gandingan cas elektrod.
3.3 Sinergi Sistem dan Peningkatan Kecekapan Tenaga
Menggunakan elektrod UHP memerlukan infrastruktur sokongan, termasuk sistem bekalan kuasa voltan tinggi (cth, sambungan terus 110 kV), kabel yang disejukkan dengan air dan unit pengumpulan habuk yang cekap. Teknologi pemulihan haba sisa (cth, relau arka elektrik penjanaan gas luar) meningkatkan kecekapan tenaga keseluruhan kepada lebih 60%, membolehkan penggunaan tenaga melata.
Terjemahan ini mengekalkan ketepatan teknikal sambil mematuhi konvensyen terminologi akademik/industri, memastikan kejelasan untuk khalayak khusus.
Masa siaran: Mei-06-2025