അൾട്രാ-ഹൈ പവർ ഗ്രാഫൈറ്റ് ഇലക്ട്രോഡുകളുടെ പ്രവർത്തന തത്വം.

അൾട്രാ-ഹൈ പവർ (UHP) ഗ്രാഫൈറ്റ് ഇലക്ട്രോഡുകളുടെ പ്രവർത്തന തത്വം പ്രാഥമികമായി ആർക്ക് ഡിസ്ചാർജ് പ്രതിഭാസത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ്. അവയുടെ അസാധാരണമായ വൈദ്യുതചാലകത, ഉയർന്ന താപനില പ്രതിരോധം, മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങൾ എന്നിവ ഉപയോഗിച്ച്, ഉയർന്ന താപനിലയിലുള്ള ഉരുക്കൽ പരിതസ്ഥിതികളിൽ വൈദ്യുതോർജ്ജത്തെ താപ ഊർജ്ജമാക്കി കാര്യക്ഷമമായി പരിവർത്തനം ചെയ്യാൻ ഈ ഇലക്ട്രോഡുകൾ പ്രാപ്തമാക്കുന്നു, അതുവഴി മെറ്റലർജിക്കൽ പ്രക്രിയയെ നയിക്കുന്നു. അവയുടെ കോർ പ്രവർത്തന സംവിധാനങ്ങളുടെ വിശദമായ വിശകലനം ചുവടെയുണ്ട്:

1. ആർക്ക് ഡിസ്ചാർജും ഇലക്ട്രിക്കൽ-ടു-തെർമൽ എനർജി പരിവർത്തനവും

1.1 ആർക്ക് രൂപീകരണ സംവിധാനം
UHP ഗ്രാഫൈറ്റ് ഇലക്ട്രോഡുകൾ സ്മെൽറ്റിംഗ് ഉപകരണങ്ങളിൽ (ഉദാ. ഇലക്ട്രിക് ആർക്ക് ഫർണസുകൾ) സംയോജിപ്പിക്കുമ്പോൾ, അവ ചാലക മാധ്യമമായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു. ഉയർന്ന വോൾട്ടേജ് ഡിസ്ചാർജ് ഇലക്ട്രോഡ് ടിപ്പിനും ഫർണസ് ചാർജിനും ഇടയിൽ ഒരു ഇലക്ട്രിക് ആർക്ക് സൃഷ്ടിക്കുന്നു (ഉദാ. സ്ക്രാപ്പ് സ്റ്റീൽ, ഇരുമ്പ് അയിര്). ഈ ആർക്കിൽ വാതക അയോണൈസേഷൻ വഴി രൂപം കൊള്ളുന്ന ഒരു ചാലക പ്ലാസ്മ ചാനൽ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു, താപനില 3000°C കവിയുന്നു - പരമ്പരാഗത ജ്വലന താപനിലയേക്കാൾ വളരെ കൂടുതലാണ്.

1.2 കാര്യക്ഷമമായ ഊർജ്ജ പ്രക്ഷേപണം
ആർക്ക് നേരിട്ട് സൃഷ്ടിക്കുന്ന തീവ്രമായ താപം ഫർണസ് ചാർജിനെ ഉരുക്കുന്നു. ഇലക്ട്രോഡുകളുടെ ഉയർന്ന വൈദ്യുതചാലകത (6–8 μΩ·m വരെ കുറഞ്ഞ പ്രതിരോധശേഷിയോടെ) പ്രക്ഷേപണ സമയത്ത് കുറഞ്ഞ ഊർജ്ജ നഷ്ടം ഉറപ്പാക്കുന്നു, വൈദ്യുതി ഉപയോഗം ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, ഇലക്ട്രിക് ആർക്ക് ഫർണസ് (EAF) സ്റ്റീൽ നിർമ്മാണത്തിൽ, UHP ഇലക്ട്രോഡുകൾക്ക് സ്മെൽറ്റിംഗ് സൈക്കിളുകൾ 30%-ത്തിലധികം കുറയ്ക്കാൻ കഴിയും, ഇത് ഉൽപ്പാദനക്ഷമതയെ ഗണ്യമായി വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു.

2. മെറ്റീരിയൽ ഗുണങ്ങളും പ്രകടന ഉറപ്പും

2.1 ഉയർന്ന താപനില ഘടനാപരമായ സ്ഥിരത
ഇലക്ട്രോഡുകളുടെ ഉയർന്ന താപനില പ്രതിരോധശേഷി അവയുടെ ക്രിസ്റ്റലിൻ ഘടനയിൽ നിന്നാണ് ഉണ്ടാകുന്നത്: പാളികളുള്ള കാർബൺ ആറ്റങ്ങൾ sp² ഹൈബ്രിഡൈസേഷൻ വഴി ഒരു കോവാലന്റ് ബോണ്ട് ശൃംഖല ഉണ്ടാക്കുന്നു, വാൻ ഡെർ വാൽസ് ഫോഴ്‌സ് വഴി ഇന്റർലെയർ ബൈൻഡിംഗ് നടത്തുന്നു. ഈ ഘടന 3000°C-ൽ മെക്കാനിക്കൽ ശക്തി നിലനിർത്തുകയും അസാധാരണമായ താപ ഷോക്ക് പ്രതിരോധം (500°C/മിനിറ്റ് വരെ താപനിലയിലെ ഏറ്റക്കുറച്ചിലുകളെ ചെറുക്കുകയും ചെയ്യുന്നു) വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു, ഇത് ലോഹ ഇലക്ട്രോഡുകളെ മറികടക്കുന്നു.

2.2 താപ വികാസത്തിനും ക്രീപ്പിനുമുള്ള പ്രതിരോധം
UHP ഇലക്ട്രോഡുകൾ കുറഞ്ഞ താപ വികാസ ഗുണകം (1.2×10⁻⁶/°C) പ്രകടിപ്പിക്കുന്നു, ഉയർന്ന താപനിലയിൽ ഡൈമൻഷണൽ മാറ്റങ്ങൾ കുറയ്ക്കുകയും താപ സമ്മർദ്ദം മൂലമുള്ള വിള്ളലുകൾ ഉണ്ടാകുന്നത് തടയുകയും ചെയ്യുന്നു. സൂചി കോക്ക് അസംസ്കൃത വസ്തുക്കളുടെ തിരഞ്ഞെടുപ്പിലൂടെയും വിപുലമായ ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷൻ പ്രക്രിയകളിലൂടെയും അവയുടെ ക്രീപ്പ് പ്രതിരോധം (ഉയർന്ന താപനിലയിൽ പ്ലാസ്റ്റിക് രൂപഭേദം ചെറുക്കാനുള്ള കഴിവ്) ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യപ്പെടുന്നു, ഇത് ദീർഘനേരം ഉയർന്ന ലോഡ് പ്രവർത്തന സമയത്ത് ഡൈമൻഷണൽ സ്ഥിരത ഉറപ്പാക്കുന്നു.

2.3 ഓക്സീകരണവും നാശന പ്രതിരോധവും
ആന്റിഓക്‌സിഡന്റുകൾ (ഉദാ: ബോറൈഡുകൾ, സിലൈസൈഡുകൾ) ഉൾപ്പെടുത്തുന്നതിലൂടെയും ഉപരിതല കോട്ടിംഗുകൾ പ്രയോഗിക്കുന്നതിലൂടെയും ഇലക്ട്രോഡുകളുടെ ഓക്സീകരണ പ്രാരംഭ താപനില 800°C-ന് മുകളിൽ ഉയർത്തുന്നു. ഉരുക്കുമ്പോൾ ഉരുകിയ സ്ലാഗിനെതിരായ രാസ നിഷ്ക്രിയത്വം അമിതമായ ഇലക്ട്രോഡ് ഉപഭോഗം കുറയ്ക്കുകയും പരമ്പരാഗത ഇലക്ട്രോഡുകളേക്കാൾ 2-3 മടങ്ങ് സേവന ആയുസ്സ് വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

3. പ്രോസസ് കോംപാറ്റിബിലിറ്റിയും സിസ്റ്റം ഒപ്റ്റിമൈസേഷനും

3.1 നിലവിലെ സാന്ദ്രതയും പവർ ശേഷിയും
UHP ഇലക്ട്രോഡുകൾ 50 A/cm² കവിയുന്ന വൈദ്യുത സാന്ദ്രതയെ പിന്തുണയ്ക്കുന്നു. ഉയർന്ന ശേഷിയുള്ള ട്രാൻസ്‌ഫോർമറുകളുമായി (ഉദാ. 100 MVA) ജോടിയാക്കുമ്പോൾ, അവ 100 MW-ൽ കൂടുതലുള്ള സിംഗിൾ-ഫർണസ് പവർ ഇൻപുട്ടുകൾ പ്രാപ്തമാക്കുന്നു. ഈ ഡിസൈൻ ഉരുക്കൽ സമയത്ത് താപ ഇൻപുട്ട് നിരക്കുകൾ ത്വരിതപ്പെടുത്തുന്നു - ഉദാഹരണത്തിന്, ഫെറോസിലിക്കൺ ഉൽപാദനത്തിൽ ഒരു ടൺ സിലിക്കണിന് ഊർജ്ജ ഉപഭോഗം 8000 kWh-ൽ താഴെയായി കുറയ്ക്കുന്നു.

3.2 ഡൈനാമിക് പ്രതികരണവും പ്രക്രിയ നിയന്ത്രണവും
ആധുനിക സ്മെൽറ്റിംഗ് സിസ്റ്റങ്ങൾ സ്മാർട്ട് ഇലക്ട്രോഡ് റെഗുലേറ്ററുകൾ (SER-കൾ) ഉപയോഗിച്ച് ഇലക്ട്രോഡ് സ്ഥാനം, കറന്റ് ഏറ്റക്കുറച്ചിലുകൾ, ആർക്ക് നീളം എന്നിവ തുടർച്ചയായി നിരീക്ഷിക്കുകയും ഇലക്ട്രോഡ് ഉപഭോഗ നിരക്ക് 1.5–2.0 കിലോഗ്രാം/ടൺ സ്റ്റീലിൽ നിലനിർത്തുകയും ചെയ്യുന്നു. ഫർണസ് അന്തരീക്ഷ നിരീക്ഷണവുമായി (ഉദാഹരണത്തിന്, CO/CO₂ അനുപാതങ്ങൾ) സംയോജിപ്പിച്ച്, ഇത് ഇലക്ട്രോഡ്-ചാർജ് കപ്ലിംഗ് കാര്യക്ഷമത ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുന്നു.

3.3 സിസ്റ്റം സിനർജിയും ഊർജ്ജ കാര്യക്ഷമത മെച്ചപ്പെടുത്തലും
UHP ഇലക്ട്രോഡുകൾ വിന്യസിക്കുന്നതിന് ഉയർന്ന വോൾട്ടേജ് പവർ സപ്ലൈ സിസ്റ്റങ്ങൾ (ഉദാ: 110 kV ഡയറക്ട് കണക്ഷനുകൾ), വാട്ടർ-കൂൾഡ് കേബിളുകൾ, കാര്യക്ഷമമായ പൊടി ശേഖരണ യൂണിറ്റുകൾ എന്നിവയുൾപ്പെടെയുള്ള പിന്തുണാ അടിസ്ഥാന സൗകര്യങ്ങൾ ആവശ്യമാണ്. മാലിന്യ താപ വീണ്ടെടുക്കൽ സാങ്കേതികവിദ്യകൾ (ഉദാ: ഇലക്ട്രിക് ആർക്ക് ഫർണസ് ഓഫ്-ഗ്യാസ് കോജനറേഷൻ) മൊത്തത്തിലുള്ള ഊർജ്ജ കാര്യക്ഷമത 60%-ൽ കൂടുതലായി ഉയർത്തുന്നു, ഇത് കാസ്കേഡിംഗ് ഊർജ്ജ ഉപയോഗം പ്രാപ്തമാക്കുന്നു.

ഈ വിവർത്തനം അക്കാദമിക്/വ്യാവസായിക പദാവലി കൺവെൻഷനുകൾ പാലിക്കുന്നതിനൊപ്പം സാങ്കേതിക കൃത്യത നിലനിർത്തുന്നു, പ്രത്യേക പ്രേക്ഷകർക്ക് വ്യക്തത ഉറപ്പാക്കുന്നു.