Zalety elektrod grafitowych w produkcji stali w elektrycznym piecu łukowym

Dlaczego elektrody grafitowe są najlepszym wyborem w przypadku topienia w wysokiej-temperaturze

Elektrody grafitowe to przewodząca kolumna, która zamienia energię elektryczną w ciepło procesowe w elektrycznych piecach łukowych, piecach z łukiem krytym, piecach do żelazostopów i piecach krzemowych. Są materiałami eksploatacyjnymi, a nie częściami stałymi, zatem każda właściwość przedłużająca ich żywotność i zmniejszająca ilość kilogramów zużywanych na tonę produktu ma bezpośredni wpływ na ekonomikę zakładu. Ich przewaga nad elektrodami metalowymi to nie pojedyncza liczba, ale kombinacja: wysoka przewodność elektryczna, temperatura sublimacji bliska 3650 stopni, niska rozszerzalność cieplna, obojętność chemiczna i użyteczna wytrzymałość mechaniczna w temperaturze.

Odporność na wysoką temperaturę dzięki sublimacji zamiast topienia

Pod ciśnieniem otoczenia grafit nie topi się. Sublimuje w temperaturze około 3650 stopni, przechodząc bezpośrednio ze stanu stałego w gaz, dzięki czemu elektroda zachowuje swój kształt znacznie powyżej temperatury roboczej pieca. W elektrycznym piecu łukowym temperatura kolumny łukowej może przekraczać 3500 stopni, podczas gdy temperatura kąpieli stalowej wynosi około 1600 do 1700 stopni. Ten margines pozwala kolumnie grafitowej pozostać kilkaset milimetrów od łuku plazmowego bez zapadnięcia się i jest to właściwość, której nie może dorównać żaden zwykły metal.

Elektryczne piece łukowe do stali węglowej, nierdzewnej i stopowej

Piece z łukiem krytym do żelazostopów i krzemometalu

Piece do redukcji węglika krzemu i żółtego fosforu

Węglik wapnia i inne-procesy redukcji w wysokiej temperaturze

Przewodność elektryczna i cieplna dla prądów ekstremalnych

Grafit jest jednym z niewielu materiałów niemetalicznych-o przewodności typu metalicznego. Prądy elektrod we współczesnej praktyce EAF wahają się od dziesiątek tysięcy amperów do ponad 100 000 A, a elektroda musi dostarczać ten prąd przy minimalnych stratach, utrzymując łuk stabilnie. Miedź przewodzi lepiej, ale topi się znacznie poniżej temperatury łuku i właśnie dlatego grafit dominuje w tym zadaniu. Ta sama uporządkowana struktura krystaliczna zapewnia przewodność cieplną grafitu na poziomie około 100 do 150 W/(m·K), więc ciepło docierające do końcówki szybko rozprzestrzenia się w górę kolumny, zamiast tworzyć destrukcyjny lokalny gorący punkt.

Niska rozszerzalność cieplna, odporność na szok termiczny i wytrzymałość w temperaturze

Awarią, która kończy żywotność większości elektrod, nie jest topienie, ale naprężenie termiczne. Każde-wyłączenie zasilania, każde zapadnięcie się złomu i każda zmiana długości łuku powoduje szybką zmianę temperatury kolumny. Niski współczynnik rozszerzalności cieplnej oznacza, że ​​wynikająca z tego zmiana wymiarów jest niewielka, a wysoka przewodność cieplna oznacza, że ​​różnica temperatur w przekroju również jest niewielka. Razem utrzymują wywołane naprężenia poniżej wytrzymałości materiału. W przeciwieństwie do większości metali, grafit zachowuje swoją wytrzymałość również wraz ze wzrostem temperatury, dzięki czemu w dalszym ciągu jest odporny na działanie sił elektromagnetycznych, wibracji mechanicznych i wpływu ładowania złomu w trakcie ogrzewania.

Grafityzacja, wybór gatunku i porównanie z elektrodami metalowymi

Te właściwości zostały utworzone, a nie znalezione. Ciała węglowe są formowane, pieczone, a następnie grafityzowane w temperaturze około 2500 do 3000 stopni. Jest to obróbka, która porządkuje siatkę węglową, a jednocześnie podnosi przewodność elektryczną i cieplną, poprawia odporność na szok termiczny i zwiększa stabilność strukturalną. Wyższe gatunki wymagają lepszych surowców, wyższego ciśnienia formowania i ściślejszej kontroli procesu, dlatego też elektrody o zwykłej mocy, dużej mocy i ultra dużej mocy różnią się ceną i wydajnością.

Praktyczną konsekwencją jest niższy koszt na tonę stopionego metalu. Grafit traci materiał powoli i przewidywalnie w wyniku sublimacji końcówki,-utleniania ścianek bocznych i zużycia spoin, a wszystkim tym można zaradzić poprzez dobór gatunku, praktykę żużla i prawidłowy moment obrotowy połączenia, podczas gdy elektroda metalowa, która zawodzi w temperaturze, zwykle zabiera ze sobą ciepło.

Często zadawane pytania

P: Dlaczego elektrody grafitowe są preferowane w stosunku do elektrod metalowych?
Łączą w sobie dobrą przewodność elektryczną z odpornością na temperaturę, szok termiczny i obojętność chemiczną. Dzięki tym właściwościom mogą pracować w warunkach, w których większość metali topi się, utlenia lub traci wytrzymałość.

P: Jak gorąca może działać elektroda grafitowa?
Grafit sublimuje w temperaturze około 3650 stopni, a nie topi się, a łuk w elektrycznym piecu łukowym może przekraczać 3500 stopni, więc korpus elektrody pozostaje strukturalnie stabilny przez całe ciepło.

P: Dlaczego grafit jest stosowany specjalnie w elektrycznych piecach łukowych?
Ponieważ może przewodzić bardzo duży prąd, utrzymując łuk i wytrzymując powtarzające się cykle termiczne, czyli dokładnie taką kombinację, jakiej wymaga EAF.

P: Jakie właściwości decydują o jakości elektrody grafitowej?
Gęstość nasypowa, oporność elektryczna, wytrzymałość na zginanie, moduł Younga, współczynnik rozszerzalności cieplnej, zawartość popiołu i siarki, a także jakość surowca oraz konsystencja cyklu wypalania i grafityzacji.

P: Jaka jest różnica między elektrodami grafitowymi HP i UHP?
Elektrody UHP zostały zaprojektowane z myślą o wyższej gęstości prądu i wyższej mocy transformatora nowoczesnych pieców, przy niższej oporności, większej gęstości i mniejszej rozszerzalności cieplnej. Elektrody HP obsługują piece średniej-mocy i umiarkowanych obciążeniach elektrycznych.

P: W jaki sposób można zmniejszyć zużycie elektrody grafitowej?
Wybierz właściwy gatunek i średnicę, utrzymuj gęstość prądu w oknie projektowym, kontroluj utlenianie na linii żużla, dokręcaj złącza zgodnie ze specyfikacją i unikaj niepotrzebnego zanurzenia elektrody i uszkodzeń podczas manipulacji.