अल्ट्रा-हाई पावर ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड का कार्य सिद्धांत।

अल्ट्रा-हाई पावर (UHP) ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड का कार्य सिद्धांत मुख्य रूप से आर्क डिस्चार्ज घटना पर आधारित है। अपनी असाधारण विद्युत चालकता, उच्च तापमान प्रतिरोध और यांत्रिक गुणों का लाभ उठाते हुए, ये इलेक्ट्रोड उच्च तापमान वाले गलाने वाले वातावरण में विद्युत ऊर्जा को तापीय ऊर्जा में कुशलतापूर्वक परिवर्तित करने में सक्षम होते हैं, जिससे धातुकर्म प्रक्रिया को गति मिलती है। नीचे उनके मुख्य परिचालन तंत्र का विस्तृत विश्लेषण दिया गया है:

1. आर्क डिस्चार्ज और विद्युत-से-तापीय ऊर्जा रूपांतरण

1.1 आर्क गठन तंत्र
जब यूएचपी ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड को गलाने वाले उपकरणों (जैसे, इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस) में एकीकृत किया जाता है, तो वे प्रवाहकीय माध्यम के रूप में कार्य करते हैं। उच्च-वोल्टेज डिस्चार्ज इलेक्ट्रोड टिप और फर्नेस चार्ज (जैसे, स्क्रैप स्टील, लौह अयस्क) के बीच एक इलेक्ट्रिक आर्क उत्पन्न करता है। इस आर्क में गैस आयनीकरण द्वारा निर्मित एक प्रवाहकीय प्लाज्मा चैनल होता है, जिसका तापमान 3000 डिग्री सेल्सियस से अधिक होता है - जो पारंपरिक दहन तापमान से कहीं अधिक होता है।

1.2 कुशल ऊर्जा संचरण
आर्क द्वारा उत्पन्न तीव्र ऊष्मा सीधे फर्नेस चार्ज को पिघला देती है। इलेक्ट्रोड की बेहतर विद्युत चालकता (6-8 μΩ·m जितनी कम प्रतिरोधकता के साथ) संचरण के दौरान न्यूनतम ऊर्जा हानि सुनिश्चित करती है, जिससे बिजली का उपयोग बेहतर होता है। उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस (EAF) स्टीलमेकिंग में, UHP इलेक्ट्रोड गलाने के चक्र को 30% से अधिक कम कर सकते हैं, जिससे उत्पादकता में उल्लेखनीय वृद्धि होती है।

2. सामग्री गुण और प्रदर्शन आश्वासन

2.1 उच्च तापमान संरचनात्मक स्थिरता
इलेक्ट्रोड का उच्च तापमान लचीलापन उनकी क्रिस्टलीय संरचना से उत्पन्न होता है: परतदार कार्बन परमाणु sp² संकरण के माध्यम से एक सहसंयोजक बंधन नेटवर्क बनाते हैं, जिसमें वैन डेर वाल्स बलों के माध्यम से इंटरलेयर बंधन होता है। यह संरचना 3000 डिग्री सेल्सियस पर यांत्रिक शक्ति बनाए रखती है और असाधारण थर्मल शॉक प्रतिरोध (500 डिग्री सेल्सियस/मिनट तक के तापमान में उतार-चढ़ाव को झेलने) प्रदान करती है, जो धातु इलेक्ट्रोड से बेहतर प्रदर्शन करती है।

2.2 तापीय विस्तार और विसर्पण का प्रतिरोध
यूएचपी इलेक्ट्रोड थर्मल विस्तार का कम गुणांक (1.2×10⁻⁶/°C) प्रदर्शित करते हैं, जो उच्च तापमान पर आयामी परिवर्तनों को कम करता है और थर्मल तनाव के कारण दरार के गठन को रोकता है। उनके रेंगने के प्रतिरोध (उच्च तापमान के तहत प्लास्टिक विरूपण का विरोध करने की क्षमता) को सुई कोक कच्चे माल के चयन और उन्नत ग्रेफाइटाइजेशन प्रक्रियाओं के माध्यम से अनुकूलित किया जाता है, जो लंबे समय तक उच्च-लोड संचालन के दौरान आयामी स्थिरता सुनिश्चित करता है।

2.3 ऑक्सीकरण और संक्षारण प्रतिरोध
एंटीऑक्सीडेंट (जैसे, बोराइड्स, सिलिकाइड्स) को शामिल करके और सतह कोटिंग्स लगाने से इलेक्ट्रोड का ऑक्सीकरण आरंभिक तापमान 800 डिग्री सेल्सियस से ऊपर हो जाता है। गलाने के दौरान पिघले हुए स्लैग के खिलाफ रासायनिक निष्क्रियता अत्यधिक इलेक्ट्रोड खपत को कम करती है, जिससे पारंपरिक इलेक्ट्रोड की तुलना में सेवा जीवन 2-3 गुना बढ़ जाता है।

3. प्रक्रिया संगतता और सिस्टम अनुकूलन

3.1 धारा घनत्व और शक्ति क्षमता
यूएचपी इलेक्ट्रोड 50 ए/सेमी² से अधिक धारा घनत्व का समर्थन करते हैं। जब उच्च क्षमता वाले ट्रांसफॉर्मर (जैसे, 100 एमवीए) के साथ जोड़ा जाता है, तो वे 100 मेगावाट से अधिक एकल-भट्ठी बिजली इनपुट सक्षम करते हैं। यह डिज़ाइन गलाने के दौरान थर्मल इनपुट दरों को तेज करता है - उदाहरण के लिए, फेरोसिलिकॉन उत्पादन में प्रति टन सिलिकॉन की ऊर्जा खपत को 8000 kWh से कम करना।

3.2 गतिशील प्रतिक्रिया और प्रक्रिया नियंत्रण
आधुनिक गलाने वाली प्रणालियाँ इलेक्ट्रोड की स्थिति, करंट में उतार-चढ़ाव और आर्क की लंबाई पर लगातार नज़र रखने के लिए स्मार्ट इलेक्ट्रोड रेगुलेटर (SER) का इस्तेमाल करती हैं, जिससे इलेक्ट्रोड की खपत दर 1.5-2.0 kg/t स्टील के भीतर बनी रहती है। फर्नेस वायुमंडल की निगरानी (जैसे, CO/CO₂ अनुपात) के साथ मिलकर, यह इलेक्ट्रोड-चार्ज युग्मन दक्षता को अनुकूलित करता है।

3.3 सिस्टम तालमेल और ऊर्जा दक्षता वृद्धि
यूएचपी इलेक्ट्रोड को लगाने के लिए सहायक बुनियादी ढांचे की आवश्यकता होती है, जिसमें उच्च-वोल्टेज बिजली आपूर्ति प्रणाली (जैसे, 110 केवी प्रत्यक्ष कनेक्शन), जल-शीतित केबल और कुशल धूल संग्रह इकाइयां शामिल हैं। अपशिष्ट ऊष्मा पुनर्प्राप्ति तकनीकें (जैसे, इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस ऑफ-गैस कोजनरेशन) समग्र ऊर्जा दक्षता को 60% से अधिक तक बढ़ाती हैं, जिससे कैस्केडिंग ऊर्जा उपयोग संभव होता है।

यह अनुवाद तकनीकी परिशुद्धता बनाए रखते हुए अकादमिक/औद्योगिक शब्दावली की परंपराओं का पालन करता है, जिससे विशिष्ट पाठकों के लिए स्पष्टता सुनिश्चित होती है।