交流石墨化炉   (AC  graphitization  furnace)

以炭素焙烧品和电阻料为炉芯，通入交流电，生产人造石墨制品的一种电阻炉。由于炉芯的电阻(主要是电阻料的电阻)，电流通过时电能即转变为热能，而将炭素焙烧品加热到2200～2300℃的高温，完成石墨化过程而成为人造石墨。习惯上也称艾奇逊炉，因为它具有艾奇逊炉典型的炉子结构形式并按其原理而工作。

简史  E．G．艾奇逊1895年发明艾奇逊炉以后，交流石墨化炉是最早的艾奇逊炉的实用炉型。在相当长的一段时间里，为世界各国广泛采用，在石墨化生产中占据着统治地位。

中国的石墨产品的生产是新中国成立后才逐步发展起来的，20世纪50年代初，借鉴苏联的工艺技术，在吉林炭素厂首先建成了5000kV•A的交流石墨化炉，这以后，根据经济发展的需要，在全国各地又陆续建成了一批从750kV•A到8820kV•A的交流石墨化炉。但从生产实践中人们也逐渐认识到交流石墨化炉的缺点，并为提高产量、质量、降低电耗做了很多改进的尝试，并取得了一定的成果，所做的工作主要有：(1)热平衡与电平衡的测定；(2)采用低压补偿，提高功率因素；(3)改传统的卧式装炉为立式装炉；(4)送电曲线由慢曲线改为低温快送曲线。如对大规格产品，开始功率从450kW改为1000～2000kW，上升功率由每吨1～3kw／h改为3～5kW／h，送电时间由85～120h改为65～75h，这样既增加了产量，又降低了电耗；(5)把电阻料改为石墨化焦或石墨化焦与生冶金焦的混合焦的电阻料；(6)在立装的基础上，采用不拔“墙”的操作方法；(7)浇水强制冷却，以加快炉子的周转；(8)采取密装的方法，减小坯品组间距及炉头板与炉头、炉尾石墨块间距，以提高装炉量。以某厂5000kV•A的交流石墨化炉为例，通过大量的试验工作及工艺改革，使炉组的平均产量由最初的3800t／a提高到6300t／a，电耗则由6600kW•h／t降到5000kW•h／t左右，而且还相应提高了优组品率。

截止到1972年，中国的石墨化生产还都是采用交流石墨化炉，但随着电炉炼钢技术的发展，交流石墨化炉生产的石墨化电极已经不能满足高功率炼钢电炉的要求，而且炭素工业的原材料已经由釜式焦变成了延迟焦。后者要求有更高的石墨化温度，就是在这种新的形势下，中国开始了对直流石墨化技术的开发，这以后，不但新增石墨化能力均采用直流石墨化炉，而且把直流炉取代交流炉作为石墨化节能技改的主要内容，到1986年直流炉取代交流炉已成为大势所趋，历史发展之必然。

炉子组成  及构造石墨化炉是由炉子本体与供电系统两大部分组成。

炉体是由耐火材料砌成的矩形炉槽、炉头、侧墙、导电电极等几部分组成(见图)。(1)炉槽砌在混凝土基础上。具有耐温和绝热性能。要保证地下水不会渗入炉槽。有的炉子使炉底架空，以便通风冷却。(2)炉头位于炉槽的两端，厚约1m。外墙用耐火砖砌筑或用浇注料整体捣制，内墙则用石墨化块及炭块砌成。导电电极穿过炉头。在外墙与内墙之间有一空隙，中间填以石墨粉并捣实，起均匀电流、保温及密封作用。(3)侧墙有可卸式和固定式两种，其作用是防止保温料散塌和顶住炉料受热膨胀时产生的推力。(4)导电电极一般采用方形的石墨电极。其大小和数量根据炉内最大工作电流和电极材质允许的电流密度来选择。电极在炉头内的布置要和炉芯截面相适应，使得电流能均匀通过炉芯截面，导电电极伸出炉头外侧与供电母线连接的部分要进行冷却，以防高温时氧化并降低接触电阻。

供电系统由专用变压器和短网母线组成，因为石墨化过程中，电压和电流要频繁调整，因此要求用专门的变压器，一般有两种形式：一种是用两台变压器串联，其中一台称为调压变压器，另一台称为炉用变压器，通过调节调压变压器来达到控制炉用变压器的输出电压与电流的大小；另一种是上述两种变压器合一的自耦变压器。变压器都是单相交流的，其特点是低电压，大电流、多级调压，既能串联也能并联使用。短网母线连接变压器与炉头导电电极。由主母线、软母线和炉头母线等部分组成。由于短网母线的阻抗一般都超过炉芯电阻，导致功率因素和电效率的降低，故母线的排列和设置应使其阻抗尽量减小。

变压器与炉子的配置及联络  炉子是间歇作业的，一个生产周期内要经历装炉、送电、冷却、卸炉、检修等工序，共需12～15天，而送电只有3～5天(大型石墨化炉)，为充分利用变压器的能力，一般每台变压器可以配置5～7台相同规格的炉子，组成一个炉组，一个石墨化炉组即为一个生产单元，生产时变压器几乎是连续运行的，它轮流向各炉子送电，只有在每炉通电结束时倒换刀闸及转接母线才停止供电，每个炉组经常有一台炉处于通电状态，其他几台炉子则分别处于装炉、冷却、卸炉及检修。

有的工厂炉子和变压器都是安装成固定式的，只要用刀闸换接炉头的连接母线，即可实现对任何一台炉子送电，这样操作方便，停电换接的时间短，但缺点是炉组的主母线长，耗用铝材多，投资大，电的损失大。有的厂采用移动式变压器，沿轨道在各炉间移动，以最短的母线实现对炉子的送电。还有的厂把变压器安装成固定式的，采用移动式的炉床，即炉子砌在沿轨道移动的炉车上，石墨化通电完成后，炽热的炉子移至专门场地进行冷却、出炉、检修及装炉，同时将另一台炉子移至变压器附近进行送电加热，这种配置方式，不但可以将送电母线缩短，还可把装、卸炉与送电分开在两个厂房内操作，这样有利于改善工厂环境和劳动条件，但制造承载量这样大的炉车，不但复杂而且很耗费钢材。

Ⅱ形炉是按“Ⅱ”字形布置炉芯的一种石墨化炉。如不改变炉芯的截面，只增加其长度，可以提高热效率和降低电耗，可见适当增加炉长是有利的，炉长的增加有时受厂房的限制，这样就产生了兀形炉。实际上Ⅱ形炉是配置在一起，中间以隔墙分开的两台并列的直形炉。有些国家虽有此炉型，但并不普遍。中国只做过试验，尚未建造Ⅱ形炉，试验证明，Ⅱ形炉和等长的直形炉相比，取得功率因素提高5%，电耗降低1500kW•h／t的效果，并取消了移动母线，节约了铝材，改善了劳动条件。但也遇到炉头母线中电流分配不均，产品石墨化程度不均匀，以及炉子中间隔墙易烧坏等问题。

Ⅱ形炉只是石墨化炉的一种炉体布置形式，不仅艾奇逊炉有Ⅱ形炉，而且串接式炉实际上也是按Ⅱ形布置炉芯的。