连续式石墨化电炉温度场模拟及分析

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随着世界工业的发展,石墨在工业生产中的应用越来越广泛。散状石墨具有优良的耐高温性、导热性、导电性、润滑性、化学稳定性、可塑性和抗热震性,因此被广泛的应用于冶金、机械、石油、化工等领域。现今世界市场上高纯度散状石墨的产量有限、供不应求,价格也很高。因此,对散状石墨的生产技术进行仔细研究有其重要的意义。与以往散状石墨的生产技术相比,连续式石墨化电炉拥有连续生产、能耗低、产量高、产品质量均匀等优点。而影响石墨产品质量的主要因素是石墨化过程中石墨化区的最高温度和石墨化区温度分布的均匀程度。另外,为了实现连续式石墨化电炉的安全生产,需要考虑炉墙、炉顶、炉底内壁温度是否满足安全生产的要求。因此本文着重分析了连续式石墨化电炉的温度场情况。本文结合有限元理论,利用ANSYS模拟软件对日产30t连续式石墨化电炉内部的温度场进行了数值模拟,并做了比较详细的分析。本文模拟的目的是在没有实验的基础上,通过ANSYS模拟软件获得连续式石墨化电炉的石墨化区以及炉内的温度分布情况。同时验证连续式石墨化电炉稳定生产时的安全性。本文在最后给出了相应的实验结果,验证了模拟的正确性。此外,本文针对“炉体内不同的电极间距”以及“电极在炉内不同的插入深度”进行了变工况数值模拟。从而得到炉内温度更高、温度分布更均匀的石墨化区。为连续式石墨化电炉的优化提供依据。由数值模拟的结果可知,连续式石墨化电炉的石墨化区是以炉体中心轴线为对称轴,半径是r=0.87m、竖直高度是h=1.23m的近似圆柱形区域。石墨化区内的温度均满足煅后石油焦完全石墨化所需要的温度。炉体出料圆所对应的加热区是石墨化炉的主要加热区,此区域的温度比较均匀。电极分布圆所对应的加热区中心平面上的温差为264K。另外,根据改变电极间距和电极插入深度的模拟分析可知,电极间距略小些(即1/d=2.826),石墨化区内物料温度更均匀,温度也更高;电极插入深度越大,石墨化区越大,温度越高,并且温度分布越均匀,但要兼顾安全生产的要求,因此电极在炉内的插入深度为h=1.8m为模拟的最优工况。
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