石墨坩埚艾奇逊石墨化炉节能分析

石墨坩埚艾奇逊石墨化炉节能分析

石墨化炉未来发展尽管以内热串接为主，尤其批量生产大规格产品，但是艾奇逊石墨化炉在生产不同规格产品、异型产品以及装炉搭配和副产品创效上有自身独特的优势，因此至今仍被继续使用。

石墨坩埚艾奇逊石墨化炉是一种周期性生产的热工设备，通电时间长，散热损失大，热量利用率仅有30%左右，可见，研究并做好石墨化炉的节能工作具有重要意义。以下从5方面浅谈艾奇逊石墨化炉的节能措施。

1. 根据热平衡显示，炉体散热是艾奇逊石墨化炉热量损失最严重的一项，因此，针对炉室保温料可以根据各项热力学参数进行理论分析，确定合理的保温料厚度，既可以最大限度的增加保温料厚度减少两侧炉墙烧损，还可以增加副产品SiC产量；既不使保温料过厚蓄热过多，也不让保温料过薄炉体散热损失过大，使保温料厚度处于合理的临界状态，将热能损耗降至最低。

2. 石墨坩埚艾奇逊石墨化炉炉头、炉尾端墙之间的填充料为石墨粉，尽管作为绝热材料但导热系数仍然较高，并且在生产过程中易烧损，需要定期补充并捣实，但在导电电极下方的填充料一旦烧损很难发现、填充和捣实，致使导电电极氧化，使生产成本增加，因此，可以采用其他的耐高温、绝热填充料代替石 墨粉或者与石墨粉混合使用，如氧化铝粉等，可以减少端墙散热损失和导电电极氧化。

3. 石墨坩埚艾奇逊石墨化炉导电电极的冷却方式有直接水喷淋冷却（外冷）和封闭式间接水冷却（内冷）两种，建议尽量采用内冷方式，一方面可以使冷却水不用净化，实现循环利用，节约水资源（蒸发损耗），另一方面还可以减少水蒸气对导电铜排等金属的腐蚀， 节约生产成本。

4. 石墨坩埚艾奇逊石墨化炉炉底蓄热和散热也是热能损失较为严重的一项。减少炉底散热损失可以从炉底基础着手，有技术研究在炉底采取错位空隙砌筑可以减少热传递，经分析是可行的，因为静止的空气不发生对流传热和热辐射，是最好的绝热材料，在炉底平均温度为1000℃时，黏土质耐火材料的导热系数为1.28～1.42W/(mK），而此时干空气的导热系数仅为0.0807 W/(mK），在温度低时导热系数更低，因此采用错位空隙砌筑、利用静止空气绝热的特性在减少炉底热量损失上具有可行性 ；其次，加强炉底余热利用，仿效建筑行业的地热采暖，在炉底铺设循环管线，利用炉底热量逆向加热管线内的水供生产生活使用，使炉底热量得到充分利用，提高石墨化炉的能源利用率。

5. 结合上述节能措施，可以将导电电极的冷却出水管与炉底循环管线相连接，冷却水经导电电极换热后直接进入炉底管线，由于热能总是从高温物体传向低温物体或者从物体的高温部位传向低温部位的特性，可以分析，如果炉底温度高于管线内热水温度，则可以继续给管线加热，使水温得到进一步提高，甚至可以产生蒸汽；反之，如果管线内水温高于炉底温度，则可以利用冷却导电电极的热水热量加热炉底，使炉底不仅不向外损失热量，而且还能加热保温料，使石墨化炉的热量向炉内聚集。因此，无论是冷却导电电极的水温高或低，在减少炉底散热损失和能源利用上都能为艾奇逊石墨化炉节约大量热能。