Σύντομη περιγραφή και ταξινόμηση ηλεκτροδίων γραφίτη

Σύμφωνα με τη διαφορά στις πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται και τους φυσικούς και χημικούς δείκτες των τελικών προϊόντων, τα ηλεκτρόδια γραφίτη χωρίζονται σε τρεις ποικιλίες: ηλεκτρόδια γραφίτη συνήθους ισχύος (βαθμός RP), ηλεκτρόδια γραφίτη υψηλής ισχύος (βαθμός HP) και ηλεκτρόδια γραφίτη υψηλής ισχύος (βαθμός UHP). Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα ηλεκτρόδια γραφίτη χρησιμοποιούνται κυρίως ως αγώγιμα υλικά σε φούρνους χάλυβα ηλεκτρικού τόξου. Στη δεκαετία του 1980, η διεθνής βιομηχανία χάλυβα ηλεκτρικού κλιβάνου χωρίζει τους φούρνους χαλύβδινης παραγωγής ηλεκτρικού τόξου σε τρεις κατηγορίες σύμφωνα με την ισχύ εισόδου μετασχηματιστή ανά τόνο της χωρητικότητας του κλιβάνου: οι συνηθισμένοι ηλεκτρικοί κλιβάνοι (RP Furnaces), οι ηλεκτρικοί φούρνοι υψηλής ισχύος (HP Furnaces) και οι ηλεκτρικοί κλιβάνοι υψηλής ισχύος (UHP). Η ισχύς εισόδου μετασχηματιστή των συνηθισμένων ηλεκτρικών φούρνων ισχύος άνω των 20Τ ανά τόνο χωρητικότητας του κλιβάνου είναι γενικά περίπου 300kW/t. Οι ηλεκτρικοί φούρνοι υψηλής ισχύος είναι περίπου 400kW/t. Οι ηλεκτρικοί κλιβάνοι κάτω από 40T διαθέτουν ισχύ εισόδου 500-600kW/T, οι ηλεκτρικοί κλιβάνοι μεταξύ 50-80T έχουν ισχύ εισόδου 400-500kW/t και ηλεκτρικοί κλιβάνοι πάνω από 100T έχουν ισχύ εισόδου 350-450kW/t, οι οποίες ονομάζονται ηλεκτρικοί κλιβάνοι υψηλής ισχύος. Μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του 1980, οι οικονομικά ανεπτυγμένες χώρες είχαν εξαλείψει έναν μεγάλο αριθμό μικρών και μεσαίων συνηθισμένων ηλεκτρικών ηλεκτρικών κλιβάνων κάτω από 50T και οι περισσότεροι από τους νεοδημιουργημένους ηλεκτρικούς κλιβάνους ήταν εξαιρετικά υψηλής ισχύος μεγάλων ηλεκτρικών φούρνων 80-150T και η ισχύς εισόδου αυξήθηκε στα 800kW/t. Στις αρχές της δεκαετίας του 1990, ορισμένοι ηλεκτρικοί φούρνοι εξαιρετικά υψηλής ισχύος αυξήθηκαν περαιτέρω σε 1000-1200kW/t. Τα ηλεκτρόδια γραφίτη που χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρικούς φούρνους υψηλής ισχύος και εξαιρετικά υψηλής ισχύος λειτουργούν υπό αυστηρότερες συνθήκες. Καθώς η πυκνότητα ρεύματος που διέρχεται από τα ηλεκτρόδια αυξάνεται σημαντικά, προκύπτουν τα ακόλουθα προβλήματα:

(1) Η θερμοκρασία του ηλεκτροδίου αυξάνεται λόγω θερμότητας αντίστασης και ροής ζεστού αέρα, η οποία αυξάνει τη θερμική διαστολή του ηλεκτροδίου και της άρθρωσης και η κατανάλωση οξείδωσης του ηλεκτροδίου αυξάνεται επίσης.

(2) Η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του κέντρου του ηλεκτροδίου και του εξωτερικού κύκλου του ηλεκτροδίου αυξάνεται και η θερμική τάση που προκαλείται από τη διαφορά θερμοκρασίας αυξάνεται επίσης ανάλογα, καθιστώντας το ηλεκτρόδιο επιρρεπής σε ρωγμές και αποφλοιωμένο επιφάνεια.

(3) Η ηλεκτρομαγνητική δύναμη αυξάνεται, προκαλώντας σοβαρές κραδασμούς. Υπό σοβαρή δόνηση, η πιθανότητα να σπάσει το ηλεκτρόδιο λόγω της χαλαρής σύνδεσης και της αποσύνδεσης αυξάνεται. Επομένως, οι φυσικές και μηχανικές ιδιότητες των ηλεκτροδίων γραφίτη υψηλής ισχύος και υψηλής ισχύος πρέπει να είναι καλύτερες από εκείνες των συνηθισμένων ηλεκτροδίων γραφίτη ισχύος, όπως η χαμηλότερη αντίσταση, η υψηλότερη πυκνότητα όγκου και η υψηλότερη μηχανική αντοχή, ο μικρότερος συντελεστής θερμικής διαστολής και η καλή αντοχή σε θερμικό σοκ. Ο Πίνακας 1 απαριθμεί την κοινή πρότυπη σειρά και τα αντίστοιχα διαμέτρους ηλεκτροδίου γραφίτη τριών διαφορετικών κλιβών από χαλύβδινους τόξους τόξου στα τέλη της δεκαετίας του 1980. Προκειμένου να καλυφθούν οι ανάγκες των χαλυβουργικών ελαιοτριβείων για την ανάπτυξη ηλεκτρικών κλιβάνων υψηλής ισχύος και εξαιρετικά υψηλής ισχύος, εργοστάσια άνθρακα στην Ευρώπη, οι Ηνωμένες Πολιτείες και η Ιαπωνία παρήγαγαν κυρίως δύο ποιοτικά πρότυπα ηλεκτροδίων γραφίτη από τη δεκαετία του 1980, δηλαδή ηλεκτρόδια γραφίτη υψηλής ισχύος και ηλεκτρόδια υψηλής ισχύος. Τα συνηθισμένα ηλεκτρόδια γραφίτη ισχύος σπάνια παράγονται λόγω των μικρών πωλήσεών τους.

Τα ηλεκτρόδια γραφίτη για τους φούρνους DC Arc DC Arc Furnaces είναι ένας νέος τύπος εξοπλισμού χαλύβδινης παραγωγής ηλεκτρικού κλιβάνου που ωριμάστηκε στις αρχές της δεκαετίας του 1980. Οι πρώιμοι κλιβάνοι τόξου DC τροποποιήθηκαν με βάση τους αρχικούς φούρνους AC Arc. Ορισμένοι χρησιμοποίησαν 3 ηλεκτρόδια γραφίτη και μερικά χρησιμοποίησαν 2 ηλεκτρόδια γραφίτη. Ωστόσο, οι περισσότεροι από τους νεοεμφανιζόμενους κλιβάνους Arc DC μετά τα μέσα της δεκαετίας του '80 χρησιμοποίησαν μόνο 1 ηλεκτρόδιο γραφίτη. Σε σύγκριση με τους φούρνους AC ARC με την ίδια ισχύ χρησιμοποιώντας 3 ηλεκτρόδια γραφίτη, η συνολική επιφάνεια των ηλεκτροδίων που οξειδώνεται σε υψηλές θερμοκρασίες μειώνεται σημαντικά. Για τους φούρνους τόξου DC που λειτουργούν σε εξαιρετικά υψηλή ισχύ, η κατανάλωση ηλεκτροδίων γραφίτη ανά τόνο χάλυβα μπορεί να μειωθεί κατά περίπου 50%. Όταν το ρεύμα του κλιβάνου DC Arc διέρχεται από το ηλεκτρόδιο, δεν παράγονται η επίδραση του δέρματος και η επίδραση της εγγύτητας. Το ρεύμα κατανέμεται ομοιόμορφα στη διατομή του ηλεκτροδίου. Επιπλέον, το ARC DC έχει καλή σταθερότητα, μικρές μηχανικές δόνηση κατά τη διάρκεια της λειτουργίας και χαμηλό θόρυβο του ηλεκτρικού κλιβάνου. Η διάμετρος του ηλεκτροδίου γραφίτη που χρησιμοποιείται σε φούρνο τόξου DC υπολογίζεται επίσης με βάση την χωρητικότητα του κλιβάνου και την επιτρεπόμενη πυκνότητα ρεύματος του ηλεκτροδίου. Για τους φούρνους εξαιρετικά υψηλής ισχύος με την ίδια ισχύ εισόδου, ένας φούρνος DC χρησιμοποιώντας ένα ηλεκτρόδιο γραφίτη έχει μεγαλύτερη διάμετρο ηλεκτροδίου. Για παράδειγμα, ένας φούρνος AC ARC με χωρητικότητα 150T χρησιμοποιεί ένα ηλεκτρόδιο με διάμετρο 600mm, ενώ ένας φούρνος τόξου DC της ίδιας χωρητικότητας χρησιμοποιεί ένα ηλεκτρόδιο με διάμετρο 700-750mm. Οι απαιτήσεις ποιότητας των φούρνων Arc DC για ηλεκτρόδια γραφίτη είναι υψηλότερες από εκείνες που χρησιμοποιούνται σε φούρνους AC ARC.