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目前石墨电极的生产主要采用艾奇逊石墨化炉和内热串接石墨化炉。内热石墨化技术于19世纪发明，并在上世纪中后期得到不断发展，上世纪80年代初，德国、美国、日本的许多炭素公司相继建设大型内热串接石墨化炉，到20 世纪末，国外大规格HP、UHP石墨电极大部分用内热串接石墨化炉生产。我国也于上世纪80年代开始进行内热串接石墨化的研究，并且该技术在越来越多炭素企业得以应用。内热串接石墨化炉相比于艾奇逊炉有如下几个优点：加热速度快，电耗低，石墨化程度比较均匀，石墨化成本相对要低，特别适合生产大规格产品。
在焙烧阴极炭块石墨化过程中，升温速率的控制是一个极重要的问题，升温速度越快，热效率越高，越能体现内热串接石墨化工艺特点，但是过快的升温速率容易导致焙烧品产生裂纹，影响最终石墨化阴极炭块产品的合格率。在对不现规格焙烧品进行石墨化时，必须制定不同的升温制度。但合理的升温曲线的获得需要经过大量的生产实验，实验周期长，成本太高，并且对升温过程中温度实时检测比较困难。而数值模拟方法则可以弥补现场实验研究方法的不足，具有速度快，成本低的优点，成为一种便捷、可靠的实验方法。本文通过对内热串接石墨化加热过程进行数值模拟，获取阴极焙烧品升温过程制品内部及填充料的温度分布和升温曲线。
一、计算解析区域其网格划分
由于II型单柱内热串接石墨化炉的两侧是对称的，因此取炉体单侧作为数值模拟的解析区域，以尺寸为515MM*685MM*3555MM的焙烧阴极炭块、一定厚度的冶金焦填充料和炉壁作为热工数值模拟对象，对该解析区域采用结构化的方法进行网格划分，网格总数为174724个。
二、数学模型、物性参数和边界条件的确定
根据内热串接石墨化炉的工艺特点，在数学模型建立过程中忽略了焙烧品在加热过程中产生的化学反应和物理变化，把其视为一个仅存在加热和热传导过程。因此数学模型中只包括基于热量守恒的能量方程：
α λ α2E
（ρE）＝ +Qh (1)
ατ Cρ αχ2ι
式中：ρ为焙烧品密度，kg/m3;χι（ι＝1，2，3）代表坐标的三个方向；λ 为物体的导热第数，W/(mжK）；Cρ为物体的比定压热容，J/（kgжK）；E为物体所且有的热能；Qh 为焙烧阴极炭块石墨化过程中通电所产生的热能。
焙烧阴极炭块在石墨化过程中各物料的比热和导热系数是随自身温度的变化而变化。
炉体外壁面定义为第二类边界条件，其热流密度按（2）、（3）进行计算。
q壁＝α总（t外-t 空） （2）
α总＝α辐+α对 （3）
式中：q壁为料箱外壁耐热流量，W/m2；α辐为料箱外壁面对空气的辐射给热系数，W/（m2жK）；α对为对流给热系数，W /（m2жK）；t外为料箱外壁面温度，K；t空为周围空气温度，K。
同时根据该阴极焙烧品石墨化过程的通电功率曲线，以内热源方式给出焙烧阴极炭块的发热量，通电周期设定为30h。
三、数值模拟计算结果及分析
通过对内热串接石墨化炉加热过程炉内热场的数值模拟计算，获得了不同时刻炉内的温度分布以及在该过程中阴极的升温曲线。
按照设定的石墨化炉送电曲线，在30H的送电过程中，最终阴极焙烧品被加热至最高 3300K左右，完全满足焙烧阴极炭块石墨化最终温度3000℃的要求；炉内石墨化阴极炭块横截面中心温度最高，温度由中心向外逐渐降低，整个石墨化阴极炭块横截面分布比较均匀；同时在阴极炭块石墨化升温过程中，填充料升温速度缓慢，在阴极炭块石墨化完成停止供电时，靠近料箱外壁填充料温度在650K左右。
为了详细掌握石墨化炉送电过程中焙烧阴极炭块及填充料不同位置温度的详细变化情况，选取料箱横截面中心、距中心 300，400，500，700MM不同位置监测焙烧阴极炭块内部及填充料的温度随时间的变化情况。
焙烧阴极炭块石墨化过程中，阴极炭块中心与距阴极中心300MM监测点处的升温梯度基本一致；根据制定的供电线，整个阴极炭块在送电过程的前8H内升温速度比较快，阴极炭块由室温加热至 1450K左右，此阶段阴极炭块升温速度为 150-200K/H；第8-26H的时间内，焙烧阴极炭块温度缓慢上升，其温度由1450K升至2400K左右，此阶段阴极炭块升温速度为80K/H左右；在最后4H内属于全功率送电加热阶段，焙烧阴极炭块温度迅速上升，送电结束时石墨化阴极炭块中心温度达到3300K左右，此阶段阴极炭块升温速度为 250-300K/H。
距阴极炭块中心700MM监测点处填充料的升温速率随供电时间的增加缓慢增加，几乎不受供电功率变化的影响，供电结束后，该监测点的温度在650K左右。
距阴极块中心400MM、500MM测点处填充料的温度变化与阴极炭块的温度变化规律基本一致，只是升温梯度要低于阴极炭块。
因上，根据以上焙烧阴极炭块升温数值模拟计算结果可以看出，送电曲线供电时，焙烧阴极炭块的升温分为3个不同的阶段，其中供电前8H内，焙烧阴极炭块升温速度较快，中间升温速度缓慢，最后的4H内焙烧阴极炭块急剧升温，快速完成焙烧钱阴极炭块的石墨化过程。这个过程和实际生产阴极炭块石墨化过程的升温曲线基本吻合，证明该方法为不同规格焙烧品的石墨化过程制定合理的升温曲线提供了一种有效的实验方法，同时也可以用来考察所制定的升温曲线的合理性。
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