Descripció breu i classificació dels elèctrodes de grafit

Segons la diferència de matèries primeres utilitzades i els indicadors físics i químics dels productes acabats, els elèctrodes de grafit es divideixen en tres varietats: elèctrodes de grafit de potència ordinària (grau RP), elèctrodes de grafit de gran potència (grau HP) i elèctrodes de grafit de potència ultra-alta (grau UHP). Això es deu al fet que els elèctrodes de grafit s’utilitzen principalment com a materials conductors en forns d’acer elèctrics. A la dècada de 1980, la indústria internacional de l’acer elèctric del forn va dividir els forns d’acer elèctric en tres categories segons la potència d’entrada del transformador per tona de la capacitat del forn: forns elèctrics de potència ordinària (forns RP), forns elèctrics d’alta potència (forns HP) i forns elèctrics d’alta potència (forns UHP). La potència d’entrada del transformador dels forns elèctrics de potència ordinaris superiors a 20 t per tona de capacitat de forn és generalment d’uns 300kW/t; Els forns elèctrics d’alta potència són d’uns 400kW/t; Els forns elèctrics inferiors a 40T tenen una potència d’entrada de 500-600kW/t, els forns elèctrics entre 50-80T tenen una potència d’entrada de 400-500kW/t, i els forns elèctrics superiors a 100 t tenen una potència d’entrada de 350-450kW/t, que s’anomenen forns elèctrics de gran potència. A finals de la dècada de 1980, els països desenvolupats econòmicament havien eliminat un gran nombre de forns elèctrics de potència ordinària de mida petita i mitjana per sota dels 50 T, i la majoria dels forns elèctrics de nova construcció eren forns elèctrics de gran potència de 80-150T, i la potència d’entrada es va incrementar fins a 800kW/t. A principis dels anys noranta, alguns forns elèctrics d’alta potència es van augmentar encara més fins a 1000-1200kW/t. Els elèctrodes de grafit utilitzats en forns elèctrics d’alta potència i ultra-potència funcionen en condicions més estrictes. A mesura que la densitat actual que passa pels elèctrodes augmenta significativament, sorgeixen els problemes següents:

(1) La temperatura de l'elèctrode augmenta a causa de la calor de resistència i el flux d'aire calent, cosa que augmenta l'expansió tèrmica de l'elèctrode i l'articulació, i també augmenta el consum d'oxidació de l'elèctrode.

(2) La diferència de temperatura entre el centre de l'elèctrode i el cercle exterior de l'elèctrode augmenta i la tensió tèrmica causada per la diferència de temperatura també augmenta en conseqüència, fent que l'elèctrode sigui propens a esquerdes i pela de superfície.

(3) La força electromagnètica augmenta, provocant vibracions severes. Sota vibracions severes, la probabilitat que es trenqui l'elèctrode a causa d'una connexió solta i la desconnexió augmenta. Per tant, les propietats físiques i mecàniques dels elèctrodes de grafit d’alta potència i ultra-alimentats han de ser millors que les d’elèctrodes de grafit de potència ordinaris, com ara menor resistivitat, densitat de volum més elevada i major resistència mecànica, coeficient d’expansió tèrmica menor i bona resistència a xoc tèrmic. La taula 1 enumera la sèrie estàndard comuna i els diàmetres de l'elèctrode de grafit que coincideixen de tres forns d'acer d'arc de potència diferents a finals dels anys vuitanta. Per tal de satisfer les necessitats de les fàbriques d’acer per desenvolupar forns elèctrics d’alta potència i ultra-alimentació, les fàbriques de carboni a Europa, els Estats Units i el Japó han produït principalment dos estàndards de qualitat dels elèctrodes de grafit des dels anys 1980, és a dir, elèctrodes de grafit de gran potència i elèctrodes de grafit de gran potència. Els elèctrodes de grafit de potència ordinaris rarament es produeixen a causa de les seves petites vendes.

Els elèctrodes de grafit per a forns d'arc de corrent continu Els forns d'arc de corrent continu són un nou tipus d'equips d'acer elèctrics que van madurar a principis dels anys vuitanta. Els primers forns d'arc de corrent continu es van modificar sobre la base dels forns d'arc originals. Alguns utilitzaven 3 elèctrodes de grafit i alguns utilitzats 2 elèctrodes de grafit. No obstant això, la majoria dels forns d'arc de recent dissenyat després de mitjan anys vuitanta només utilitzaven 1 elèctrode de grafit. En comparació amb els forns d'arc de CA amb la mateixa potència mitjançant 3 elèctrodes de grafit, es redueix molt la superfície total dels elèctrodes oxidats a temperatures altes. Per als forns d’arc de corrent continu que operen a una potència ultra alta, el consum d’elèctrodes de grafit per tona d’acer es pot reduir al voltant d’un 50%. Quan el corrent del forn d’arc de corrent continu passa per l’elèctrode, no es produeix cap efecte de pell i efecte de proximitat. El corrent es distribueix de manera uniforme a la secció transversal de l'elèctrode. A més, l’arc de corrent continu té una bona estabilitat, una petita vibració mecànica durant el funcionament i un baix soroll del forn elèctric. El diàmetre de l’elèctrode de grafit utilitzat en un forn d’arc de corrent continu també es calcula en funció de la capacitat del forn i de la densitat de corrent admissible de l’elèctrode. Per als forns d'energia ultra-alta amb la mateixa potència d'entrada, un forn de corrent continu que utilitza un elèctrode de grafit té un diàmetre d'elèctrode més gran. Per exemple, un forn d’arc de CA amb una capacitat de 150T utilitza un elèctrode amb un diàmetre de 600mm, mentre que un forn d’arc de corrent continu de la mateixa capacitat utilitza un elèctrode amb un diàmetre de 700-750mm. Els requisits de qualitat dels forns d’arc de corrent continu per a elèctrodes de grafit són superiors als que s’utilitzen en els forns d’arc de CA.