หลักการทำงานของอิเล็กโทรดกราไฟท์กำลังสูงพิเศษ

หลักการทำงานของอิเล็กโทรดกราไฟต์กำลังสูงพิเศษ (UHP) ขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์การคายประจุไฟฟ้าเป็นหลัก อิเล็กโทรดเหล่านี้มีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม ทนทานต่ออุณหภูมิสูง และคุณสมบัติเชิงกล จึงทำให้สามารถแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพภายในสภาพแวดล้อมการหลอมที่อุณหภูมิสูง จึงขับเคลื่อนกระบวนการทางโลหะวิทยาได้ ด้านล่างนี้คือการวิเคราะห์โดยละเอียดเกี่ยวกับกลไกการทำงานหลัก:

1. การคายประจุไฟฟ้าและการแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานความร้อน

1.1 กลไกการก่อตัวของส่วนโค้ง
เมื่ออิเล็กโทรดกราไฟต์ UHP ถูกผสานเข้ากับอุปกรณ์การถลุง (เช่น เตาเผาไฟฟ้าแบบอาร์ก) อิเล็กโทรดเหล่านี้จะทำหน้าที่เป็นสื่อนำไฟฟ้า การคายประจุไฟฟ้าแรงสูงจะสร้างอาร์กไฟฟ้าระหว่างปลายอิเล็กโทรดและประจุของเตา (เช่น เศษเหล็ก แร่เหล็ก) อาร์กนี้ประกอบด้วยช่องพลาสมานำไฟฟ้าที่เกิดจากการแตกตัวของแก๊ส โดยมีอุณหภูมิสูงกว่า 3,000°C ซึ่งสูงกว่าอุณหภูมิการเผาไหม้แบบทั่วไปมาก

1.2 การส่งพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ
ความร้อนสูงที่เกิดจากอาร์คจะหลอมละลายประจุของเตาโดยตรง การนำไฟฟ้าที่เหนือกว่าของอิเล็กโทรด (โดยมีค่าความต้านทานต่ำถึง 6–8 μΩ·m) ช่วยให้สูญเสียพลังงานน้อยที่สุดในระหว่างการส่ง ทำให้ใช้พลังงานได้อย่างเหมาะสมที่สุด ตัวอย่างเช่น ในการผลิตเหล็กด้วยเตาอาร์คไฟฟ้า อิเล็กโทรด UHP สามารถลดรอบการหลอมได้มากกว่า 30% ทำให้ผลผลิตเพิ่มขึ้นอย่างมาก

2. คุณสมบัติของวัสดุและการรับประกันประสิทธิภาพ

2.1 เสถียรภาพโครงสร้างที่อุณหภูมิสูง
ความยืดหยุ่นต่ออุณหภูมิสูงของอิเล็กโทรดเกิดจากโครงสร้างผลึกของมัน อะตอมคาร์บอนแบบเป็นชั้นจะสร้างเครือข่ายพันธะโควาเลนต์ผ่านการผสมพันธุ์แบบ sp² โดยมีการจับกันระหว่างชั้นผ่านแรงแวนเดอร์วาลส์ โครงสร้างนี้ยังคงความแข็งแรงเชิงกลที่อุณหภูมิ 3,000°C และทนต่อแรงกระแทกจากความร้อนได้ดีเยี่ยม (ทนต่อความผันผวนของอุณหภูมิได้สูงถึง 500°C/นาที) ซึ่งเหนือกว่าอิเล็กโทรดโลหะ

2.2 ความต้านทานต่อการขยายตัวเนื่องจากความร้อนและการคืบคลาน
อิเล็กโทรด UHP มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนต่ำ (1.2×10⁻⁶/°C) ช่วยลดการเปลี่ยนแปลงของมิติที่อุณหภูมิสูง และป้องกันการเกิดรอยแตกร้าวอันเนื่องมาจากความเครียดจากความร้อน ความต้านทานการไหล (ความสามารถในการต้านทานการเสียรูปพลาสติกภายใต้อุณหภูมิสูง) ได้รับการปรับให้เหมาะสมด้วยการคัดเลือกวัตถุดิบโค้กเข็มและกระบวนการกราไฟต์ขั้นสูง ช่วยให้มั่นใจได้ถึงเสถียรภาพของมิติระหว่างการทำงานที่มีภาระสูงเป็นเวลานาน

2.3 ความต้านทานการเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อน
การผสมสารต้านอนุมูลอิสระ (เช่น โบไรด์ ซิลิไซด์) และการเคลือบผิว ทำให้จุดเริ่มออกซิเดชันของอิเล็กโทรดสูงขึ้นกว่า 800°C ความเฉื่อยทางเคมีต่อตะกรันหลอมเหลวระหว่างการหลอมช่วยลดการใช้อิเล็กโทรดมากเกินไป ทำให้ยืดอายุการใช้งานได้ 2–3 เท่าของอิเล็กโทรดทั่วไป

3. ความเข้ากันได้ของกระบวนการและการเพิ่มประสิทธิภาพของระบบ

3.1 ความหนาแน่นกระแสและความจุไฟฟ้า
อิเล็กโทรด UHP รองรับความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าเกิน 50 A/cm² เมื่อจับคู่กับหม้อแปลงกำลังไฟฟ้าสูง (เช่น 100 MVA) จะทำให้สามารถรับพลังงานไฟฟ้าจากเตาเผาเดียวเกิน 100 MW ได้ การออกแบบนี้ช่วยเร่งอัตราการรับความร้อนระหว่างการหลอม เช่น ลดการใช้พลังงานต่อซิลิกอนหนึ่งตันในการผลิตเฟอร์โรซิลิกอนให้ต่ำกว่า 8,000 กิโลวัตต์ชั่วโมง

3.2 การตอบสนองแบบไดนามิกและการควบคุมกระบวนการ
ระบบการถลุงสมัยใหม่ใช้ตัวควบคุมอิเล็กโทรดอัจฉริยะ (SER) เพื่อตรวจสอบตำแหน่งของอิเล็กโทรด ความผันผวนของกระแสไฟฟ้า และความยาวของส่วนโค้งอย่างต่อเนื่อง โดยรักษาระดับการใช้อิเล็กโทรดให้อยู่ในช่วง 1.5–2.0 กก./ตันเหล็ก เมื่อใช้ร่วมกับการตรวจสอบบรรยากาศของเตาเผา (เช่น อัตราส่วน CO/CO₂) จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการเชื่อมต่ออิเล็กโทรดกับประจุไฟฟ้า

3.3 การทำงานร่วมกันของระบบและการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน
การติดตั้งอิเล็กโทรด UHP ต้องมีโครงสร้างพื้นฐานรองรับ เช่น ระบบจ่ายไฟฟ้าแรงดันสูง (เช่น การเชื่อมต่อโดยตรง 110 กิโลโวลต์) สายไฟระบายความร้อนด้วยน้ำ และหน่วยเก็บฝุ่นที่มีประสิทธิภาพ เทคโนโลยีการกู้คืนความร้อนเสีย (เช่น การผลิตไฟฟ้าร่วมจากก๊าซเสียของเตาอาร์กไฟฟ้า) ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานโดยรวมให้สูงกว่า 60% ทำให้ใช้พลังงานแบบต่อเนื่องได้

การแปลนี้รักษาความแม่นยำทางเทคนิคไว้โดยยึดตามหลักเกณฑ์ของคำศัพท์ทางวิชาการ/อุตสาหกรรม เพื่อให้แน่ใจว่าจะมีความชัดเจนสำหรับผู้ฟังเฉพาะทาง