石墨化炉(graphitization furnace)

使炭素焙烧品经2000～3000℃的高温热处理，转化为人造石墨制品的热工设备。经过焙烧的炭素制品，具有了一定的物理机械性能，可以在某些场合直接使用。但就其内部结构而言，碳原子的排列仍不规则，只有通过2000～3000℃的高温热处理，使碳原子发生再结晶，重新有序排列，才能呈现石墨的晶体结构。经过石墨化这一过程的制品就具有了石墨的许多优良性能，和焙烧制品比较，导电性和导热性有了显著提高，化学和热稳定性更好，杂质减少，由于硬度降低，更易于机械加工等等。所以石墨制品得到了更为广泛的应用。石墨化炉的功能就是完成使焙烧制品转化为人造石墨制品。

特点  2000℃以上的高温是炭素制品石墨化的先决条件。而要获得如此的高温，只能采用电热的途径，其他的加热手段是根本无法实现的。石墨化炉尽管有多种不同的炉型，但是高温和电热的方式是其共同的特点。

分类及炉型比较   石墨化炉虽然都是采用电热，但按其电热的方式，可分为直接式和间接式，按作业方式可分为间歇式和连续式，按功能分为单一式和联合式。直接式是指电流要直接通过制品，因焦耳热升温，是以制品本身为电阻的电阻炉型。属于直接式的炉型有艾奇逊炉和串接式炉。这两者的区别在于艾奇逊炉需要在制品周围填加电阻料。电极和电阻料串联，而电极的电阻比电阻料的电阻要小得多，所以制品从本身电阻获得的热量较少，大部分是靠电阻料的传热而获得石墨化所需热量的，串接式炉在制品周围则不需填加电阻料(在制品接头处填加的少量填料主要是为了降低接触电阻的)。电流全部通过制品本身，制品本身的电阻是石墨化所需热量的惟一来源。从直接式炉的意义而言，串接式炉较之艾奇逊炉是更为纯粹的直接式石墨化炉。另外，艾奇逊炉和串接式炉又都属于间歇式炉。间接式则是指电流不通过制品，制品石墨化所需热量，或者由电感应产生，或者靠传热而获得。前者就叫感应石墨化炉，后者如炭管炉。这两种炉子制品都可以在炉内移动，故又都属于连续式炉。单一式炉指仅完成石墨化工序的炉子，联合式炉系指在一台炉子内能同时完成焙烧、石墨化两个工序的多功能炉子，联合式炉实际就是一种多功能的组合式的炉子。

应用   艾奇逊炉是世界上应用得最广泛的石墨化炉。自1895年发明后，在世界各国即得到迅速推广，在相当长的一段时间里，一直占据着石墨化炉的主导地位。艾奇逊炉问世百年来也在不断地改进和完善。从交流炉发展到直流炉是其重大的技术突破。一些主要技术指标，如送电时间，单位电耗，产品质量都得到大幅度提高，虽然如此，艾奇逊炉的固有缺点，如热效率低，单产能力小，温度不均匀等缺点也依然存在。串接石墨化炉的应用，开始结束艾奇逊炉一统天下的局面。

串接石墨化炉早在1896年就已发明，虽然它与艾奇逊炉几乎同时问世，但长期以来却一直停留在408试验探索阶段，这是由于设备本身的技术问题未能完善解决所致。到20世纪80年代，才获得突破，作为一种新的石墨化炉型迅速崛起。因为它具有升温快，热损失小，电耗低，生产周期短，产品质量高等显著优点，所以它虽然使用的时间不长，已经显示出广阔的发展前途，大有逐渐取代艾奇逊炉的趋势。若以生产Ф500mm的石墨化电极为例，串接式炉和艾奇逊炉的参数对比如下：

技术指标                  艾奇逊炉             串接式炉

通电时间/h                  >65                       <10

电耗/kW•h•t^-1            >4500                  <3000

平均升温速率/℃•h^-1    35                        300

德国KHD公司对这两种炉子的热平衡做了对比性的说明：

项目                        艾奇逊炉                串接式炉

电极吸热                     23％                       49％

电损失                         24％                    18.5％

表面散热损失            22％                      15％

蒸发热损失               2.5％                      2.5％

耐火材料吸热            4％                         4％

电阻料吸热               12.5％                      -

SiC料吸热                12％                         -

保温料吸热                 -                             11％

合计                          100％                     100％

从上表可以看出，艾奇逊炉的热效率仅为23％，而串接式炉则为49％，高出一倍左右。由此可见，串接式炉在技术上更为先进，是更有发展前途的石墨化炉型。

感应石墨化炉尚处于开发阶段，在工业中还无实际使用，炭管炉只能生产小型电炭产品。至于联合炉，虽然有一些技术专利发表，但总的来说，还处于试验探索阶段。