Grafitinių elektrodų savybės ir pritaikymas

Grafito elektrodai yra viena iš svarbiausių elektros lanko krosnių (EAF) plieno gamybos medžiagų. Jie neša milžiniškas sroves – dažnai 100 000 ar daugiau amperų – į krosnį, paversdamos elektros energiją šiluma, kuri lydo plieno laužą. Tačiau medžiagoje, kuri atrodo kaip paprastas juodas cilindras, grafito elektrodai yra stebėtinai sudėtingi produktai, apibūdinami tiksliomis fizinėmis savybėmis ir gaminami kelių savaičių, kelių etapų procesu.

Šiame vadove paaiškinama pagrindinės savybės grafito elektrodų, kaip šios savybės pasireiškia realaus pasaulio pasirodymas, skirtumą tarp RP, HP ir UHP klasių ir visą asortimentą pramoninis pritaikymas. Nesvarbu, ar esate plieno gamyklos operatorius, liejyklos vadovas ar pirkimų specialistas, šis straipsnis padės suprasti, ko ieškoti – ir kaip pasirinkti tinkamą krosnies elektrodą.

Kas yra grafito elektrodai?

Grafitinis elektrodas yra cilindrinis laidininkas, daugiausia pagamintas iš naftos kokso, adatinio kokso ir akmens anglių deguto pikio, kuris kepamas ir grafitizuojamas ypač aukštoje temperatūroje. Rezultatas yra tankus, mažo atsparumo anglies korpusas, kuris gali atlaikyti intensyvias šilumines, elektrines ir mechanines sąlygas elektros lanko krosnyje.

Struktūriškai elektrodų sistema susideda iš dviejų dalių:

• Elektrodo kolonėlė — pagrindinis cilindrinis korpusas, tiekiantis srovę į krosnį.
• Spenelis (sąnarys) — srieginis jungties kaištis, sujungiantis nuoseklias elektrodo dalis, kad sudarytų ištisinę koloną.

Kadangi nė vienas gabalas nėra pakankamai ilgas, kad pasiektų nuo krosnies stogo iki išlydytos vonios, kelios elektrodų dalys sujungiamos naudojant kūginius srieginius nipelius. Kadangi antgalis sunaudojamas lydymosi metu, viršuje pridedamos naujos dalys - nuolatinis „maitinimas“.

Trifazėje kintamosios srovės elektros lankinėje krosnyje trys elektrodai paprastai yra išdėstyti trikampio formos. Kiekvienas elektrodas, krosnies stogas ir išlydytas metalas kartu sudaro elektros grandinę, kuri palaiko lanką.

Kodėl grafitas vietoj kitos anglies?

Grafitas pasirinktas elektrodams, nes jis unikaliai sujungia keturias savybes, kurių jokia kita prieinama medžiaga pramoniniu mastu nepasiūlo:

• Puikus elektros laidumas — daug didesnis nei amorfinės anglies, todėl sumažėja energijos nuostoliai.
• Ypatingas terminis stabilumas — grafitas netirpsta; jis sublimuoja tik virš ~3650°C, toli už krosnies darbinės temperatūros.
• Mažas šiluminis plėtimasis — sumažinti įtrūkimus dėl terminio šoko, kai lankas užsidega ir užgęsta.
• Apdirbamumas — iš grafito galima tiksliai apdirbti smailėjančius sriegius ir griežtus nipelius.

Kaip gaminami grafito elektrodai

Gamybos proceso supratimas paaiškina, kodėl savybės skiriasi skirtingose klasėse ir kodėl kokybėgrafito elektrodaikomandą priemoką. Standartinis gamybos būdas apima šiuos pagrindinius veiksmus:

1. Žaliavų parinkimas ir kalcinavimas — Naftos koksas arba adatinis koksas kaitinamas (kaitinamas), kad pašalintų lakiąsias medžiagas ir padidintų tankį. Adatinis koksas, kurio kristalinė struktūra yra labai orientuota, yra pagrindinė HP ir UHP rūšių žaliava.
2. Smulkinimas, dydžio nustatymas ir maišymas — Koksas susmulkinamas ir skirstomas į tam tikro dydžio daleles, po to tiksliai santykiu sumaišomas su akmens anglių deguto pikiu kaip rišikliu.
3. Maišymas ir minkymas — Sausas užpildas ir pikis sumaišomi kontroliuojamoje temperatūroje, kad susidarytų vienalytė pasta.
4. Ekstruzija (formavimas) — Pasta išspaudžiama į ilgus cilindrinius „žalius“ reikiamo skersmens elektrodus.
5. Kepimas — Žalieji elektrodai kepami maždaug 800–1 200 °C temperatūroje, kad pikio rišiklis sukarbonizuotų į standų anglies karkasą.
6. Impregnavimas — Iškepti elektrodai impregnuojami pikiu veikiant slėgiui ir vėl kepami, užpildant vidinį poringumą, kad padidėtų tankis ir stiprumas.
7. Grafitinimas — Anglies korpusas kaitinamas iki maždaug 2800–3000°C Acheson arba išilginės grafitizacijos krosnyje, paverčiant amorfinę anglį kristaliniu grafitu ir smarkiai sumažinant elektrinę varžą.
8. Mechaninis apdirbimas — Pagamintas elektrodas yra apdirbamas iki galutinių matmenų, o kūginiai lizdai išgręžiami ir įsriegiami, kad būtų galima priimti spenelį.

Visas ciklas gali trukti kelias savaites, tai yra viena iš priežasčių, kodėl elektrodų tiekimas yra jautrus rinkos ciklams ir kodėl pirkimo laikas yra svarbus.

Pagrindinės grafito elektrodų savybės

Nurodydami elektrodą inžinieriai ir pirkimo komandos įvertina šias savybes. Vertės pateikiamos kaip tipiniai diapazonai komercinėms klasėms; tikslūs skaičiai skiriasi priklausomai nuo gamintojo ir klasės.

1. Elektrinė varža (µΩ·m)

Atsparumas matuoja, kaip stipriai elektrodas priešinasi srovės srautui. Žemiau yra geriau: mažesnė varža reiškia, kad mažiau elektros energijos prarandama kaip šiluma pačiame elektrode, todėl lanką pasiekia daugiau energijos. UHP elektrodai pasiekia mažiausias vertes (paprastai 5–7 µΩ·m) dėl adatinio kokso ir visiško grafitinimo, o RP elektrodai yra didesni (maždaug 7,5–9,5 µΩ·m).

2. Lankstumo stiprumas (MPa)

Lenkimo (lenkimo) stiprumas rodo atsparumą mechaniniam lūžimui tvarkant, montuojant koloną ir lydymosi terminiams bei mechaniniams įtempiams, ypač laužo įdubimams ir stogo judėjimui. Didesnis stiprumas sumažina spenelių ir elektrodų lūžimo riziką, o tai yra pagrindinė prastovų ir prarasto našumo priežastis.

3. Tūrinis tankis (g/cm³)

Tūrinis tankis atspindi elektrodo tvirtumą ir kompaktiškumą. Tankesni elektrodai paprastai turi mažesnę varžą, didesnį stiprumą ir geresnį atsparumą oksidacijai, nes yra mažesnis vidinis poringumas, kad deguonis galėtų atakuoti. Įprastos vertės svyruoja nuo maždaug 1,58 g/cm³ (RP) iki 1,75 g/cm³ (UHP).

4. Youngo modulis (GPa)

Tamprumo modulis apibūdina standumą. Iš tikrųjų pageidautinas vidutinis modulis: per kietas elektrodas praleidžia šiluminį įtampą ir yra labiau linkęs įtrūkti, o per minkštas gali deformuotis. Stiprumo ir modulio pusiausvyra yra pagrindinė elektrodo konstrukcijos dalis.

5. Šiluminio plėtimosi koeficientas – CTE (×10⁻⁶/°C)

Mažas ir tolygus terminis plėtimasis sumažina įtrūkimus, kai elektrodo antgalis greitai įkaista lanko uždegimo metu. Adatos kokso orientuota struktūra suteikia HP irUHP elektrodaižemesnis ir vienodesnis CTE, kuris yra svarbiausias jų atsparumas šiluminiam smūgiui.

6. Atsparumas oksidacijai

Grafitas pradeda reikšmingai oksiduotis ore, kurio temperatūra viršija 400–500 °C. Kadangi elektrodo šoninis paviršius yra veikiamas krosnies atmosferos, oksidacija yra nuolatinis vartojimo šaltinis. Gamintojai sumažina oksidaciją tankindami, dengdami paviršių, vandeniu aušinamas elektrodų sistemas ir inertinių dujų ekranavimą krosnyje.

7. Pelenų kiekis (%)

Pelenai yra ne anglies likučiai, likę po degimo. Mažas pelenų kiekis (<0,3 % kokybės klasėms) yra svarbus, nes pelenų priemaišos sumažina laidumą, padidina oksidaciją ir gali užteršti plieno vonią.

Pastaba: tai yra orientaciniai pramonės diapazonai, o ne specifikacija. Visada paprašykite gamintojo analizės sertifikato tiksliai perkamai partijai.

Elektrodų klasės: RP vs HP vs UHP

Grafito elektrodai skirstomi į tris pagrindines klases pagal žaliavą ir didžiausią leistiną srovės tankį. Tinkamos rūšies pasirinkimas tiesiogiai veikia krosnies našumą, elektrodų suvartojimą ir bendrą plieno tonos kainą.

1. Įprasta galia (RP)

RP elektrodai daugiausia gaminami iš naftos kokso ir leidžia naudoti mažiausią srovės tankį (paprastai iki maždaug 17–24 A/cm²). Jie yra ekonomiškiausias pasirinkimas ir tinka mažesnėms krosnims, mažesnės galios operacijoms ir mažiau reikliems darbams. RP elektrodai paprastai tiekiami nuo 75 mm iki maždaug 500 mm skersmens.

2. Didelės galios (HP)

HP elektroduose naudojamas naftos kokso ir adatinio kokso mišinys, leidžiantis pasiekti didesnį srovės tankį (maždaug 18–25 A/cm²). Jie pasižymi mažesne varža ir geresniu atsparumu šiluminiam smūgiui nei RP, todėl tinka vidutinėms ir didelėms krosnims, kur reikalingas didesnis našumas. Įprasti skersmenys svyruoja nuo maždaug 200 mm iki 600 mm.

3. Itin didelės galios (UHP)

UHP elektrodai yra pagaminti iš aukščiausios kokybės adatinio kokso ir yra aukščiausios klasės, palaikantys maždaug 20–30 A/cm² ir didesnį srovės tankį. Jie užtikrina mažiausią varžą, didžiausią tankį ir geriausią atsparumą oksidacijai ir yra būtini didelėms modernioms UHP krosnims (100 ir daugiau tonų talpa), kuriose labai svarbus elektrodo eksploatavimo laikas vienai tonai plieno. UHP elektrodai paprastai tiekiami nuo 300 mm iki 800 mm skersmens.

Grafito elektrodų pritaikymas pramonėje

1. Elektrinės lankinės krosnys (EAF) Plieno gamyba – dominuojanti taikymas

EAF plieno gamyba sudaro didžiąją dalį grafito elektrodų suvartojimo visame pasaulyje. EAF trys elektrodai praeina per krosnies stogą ir trenkia lanku į laužo krūvį. Lankas sukuria aukštesnę nei 3000 °C temperatūrą, ištirpdo laužą, kuris vėliau rafinuojamas į plieną.

Pasaulinei plieno pramonei pereinant nuo aukštakrosnių prie mažesnio anglies dioksido kiekio EAF gamybos, aukštos kokybės UHP elektrodų paklausa ir toliau auga. Šiuolaikiniai EAF taip pat vis dažniau tampa „UHP“ – veikiantys didele transformatoriaus galia – tai kelia didesnius reikalavimus elektrodų atsparumui šiluminiam smūgiui ir atsparumui oksidacijai.

2.Kaušinių krosnių (LF) rafinavimas

Po pirminio lydymo išlydytas plienas dažnai perkeliamas į kaušinę krosnį antriniam rafinavimui – prieš liejant sureguliuojama chemija, temperatūra ir intarpai. Kaušinėse krosnyse naudojami grafito elektrodai, kad plieną pašildytų ir išlaikytų tikslioje temperatūroje. Kadangi kaušinės krosnys veikia mažesne galia ir trumpesniu lanku nei lydymosi krosnys, elektrodų sąnaudos vienai tonai yra mažesnės, tačiau nuoseklūs, patikimi elektrodai vis tiek yra būtini temperatūros kontrolei.

3. Povandeninės lankinės krosnys (SAF) – geležies lydiniai ir spalvotieji metalai

Povandeninėse lankinėse krosnyse gaminami ferolydiniai (ferosilicis, ferochromas, feromanganas), silicio metalas, fosforas ir kiti spalvotieji produktai. Čia elektrodai panardinami į krūvį, o srovė praeina per naštą ir sukuria šilumą dėl pasipriešinimo. Šiose krosnyse gali būti naudojami grafito elektrodai arba, vis dažniau, didesnio skersmens elektrodai, skirti nepertraukiamai veikti ilgas kampanijas.

4.Kitos programos

• Elektrinis rūdų lydymas — titano šlakui, kalcio karbidui ir kitiems aukštos temperatūros metalurgijos procesams.
• DC elektros lanko krosnys — augantis segmentas, kuriame naudojamas vienas didelio skersmens elektrodas (katodas) ir apatinis anodas.
• Specializuotos ir tyrimų krosnys — atsparūs kaitinimo elementai ir aukštos temperatūros krosnių komponentai, skirti laboratorijoms ir specializuotai gamybai.

Kaip pasirinkti tinkamą grafito elektrodą

Tinkamo elektrodo pasirinkimas yra krosnies parametrų, eksploatavimo praktikos ir bendrų nuosavybės išlaidų balansas. Atlikite šiuos veiksmus:

1. Nustatykite didžiausią srovę ir galią — Remdamiesi krosnies transformatoriaus galia ir veikimo praktika, apskaičiuokite didžiausią srovę, kurią turės kiekviena elektrodo kolonėlė.
2. Suderinkite srovės tankį su laipsniu — Pasirinkite klasę (RP/HP/UHP), kurios leistinas srovės tankis padengia didžiausią srovę su saugos riba.
3. Pasirinkite skersmenį — Didesnio skersmens teka daugiau srovės ir proporcingai mažiau oksiduojasi (geresnis paviršiaus ploto ir tūrio santykis), tačiau turi tikti jūsų krosnies stogui, laikikliui/spaustuvai ir hidraulinei sistemai.
4. Nurodykite spenelį (sąnarį) — Spenelis yra labiausiai gedimo linkusi dalis. Įsitikinkite, kad nipelio medžiaga, sriegio forma ir sukimo momento specifikacijos atitinka elektrodą ir jūsų gamyklos priveržimo įrangą.
5. Apsvarstykite visą elektrodo kolonėlę — Apatinėse dalyse matomas lankas ir didžiausia oksidacija; viršutinės sekcijos daugiausia praleidžia srovę. Kai kurie augalai optimizuoja naudodami skirtingas rūšis arba dangas išilgai kolonos.
6. Patvirtinkite su sertifikatais — Prašyti analizės sertifikato, kuriame būtų nurodytas tikslios partijos tankis, savitoji varža, stiprumas lenkimui, CTE ir pelenai.

Kas skatina elektrodų suvartojimą?

Elektrodų suvartojimas paprastai išreiškiamas kilogramais vienai pagaminto plieno tonai (kg/t). Pagrindinių nuostolių mechanizmų supratimas padeda palyginti tiekėjus ir sumažinti išlaidas:

• Antgalio (lanko) suvartojimas — Sublimacija ir atskilimas lanko gale esant ekstremalioms temperatūroms. Tai didžiausias ir mažiausiai išvengiamas komponentas.
• Šoninė oksidacija — Karšto šoninio paviršiaus reakcija su krosnies atmosfera. Valdomas vandens aušinimo, dangų ir ekranavimo būdu.
• Lūžimas — Mechaninis arba terminis spenelio arba korpuso lūžis, dažniausiai dėl įdubimų, nesutapimo arba prasto jungties priveržimo. Daugeliu atvejų galima išvengti per gerą praktiką.
• Stub praradimas — Likęs „stulpelis“, kai elektrodų kolonėlė turi būti pakeista prieš visiškai sunaudojant. Sumažintas optimizuojant stulpelio ilgį ir perjungimo laiką.

Įprastas bendras suvartojimas svyruoja nuo maždaug 1,2–2,5 kg/t šiuolaikinėms UHP krosnims iki didesnių verčių RP elektrodams ir mažesnėms krosnims. Kiekvienas 0,1 kg/t sumažinimas yra tiesioginis didelių eksploatacinių medžiagų sąnaudų sutaupymas – todėl elektrodų kokybė ir teisingas kokybės pasirinkimas yra labai svarbūs.

Aukštos kokybės grafito elektrodai iš specializuoto gamintojo

Tinkamos elektrodo rūšies, skersmens ir spenelių konfigūracijos pasirinkimas turi tiesioginės įtakos jūsų lydymosi našumui ir plieno tonos kainai. Kaip specialistas grafito elektrodų gamintojas ir tiekėjas, mes teikiame RP, HP ir UHP elektrodus, kurių skersmuo nuo 75 mm iki 800 mm, su visais analizės sertifikatais ir technine pagalba krosnies dydžio nustatymui.

PasakykZhen An Jūsų krosnies tipas, transformatoriaus galia ir srovės reikalavimai, ir mes rekomenduosime tinkamą specifikaciją su konkurencinga kaina.