Co to jest elektroda grafitowa
Elektroda grafitowa to przewodząca kolumna, która przenosi prąd z uchwytów elektrod w elektrycznym piecu łukowym do łuku złomu lub stopu. Produkowany jest z kalcynowanego koksu naftowego lub koksu igłowanego, zmieszanego z pakiem węglowym jako spoiwem i grafitem pochodzącym z recyklingu, następnie formowany przez wytłaczanie lub formowanie wibracyjne, wypiekany, impregnowany pakem,-powtórnie wypiekany i na koniec grafityzowany w temperaturach powyżej 2500 stopni.
Ponieważ końcówka zużywa się w sposób ciągły, materiał musi dobrze przewodzić prąd, wytrzymywać szybkie nagrzewanie i chłodzenie, być odporny na utlenianie, a mimo to być obrabiany w celu uzyskania dokładnych połączeń stożkowych. Te wymagania dotyczące usług są źródłem podstawowych cech opisanych poniżej.
Kluczowa charakterystyka elektrod grafitowych
Wysoka przewodność elektryczna
Grafit przewodzi prąd wzdłuż swoich warstwowych płaszczyzn kryształu z bardzo niską rezystancją. W przypadku gatunków o ultrawysokiej mocy (UHP) oporność elektrody jest określona poniżej około 6,3 μΩ·m, a oporność złącza poniżej około 5,5 μΩ·m. Niska rezystywność zmniejsza nagrzewanie się Joule'a wewnątrz kolumny, dzięki czemu większa część mocy wyjściowej transformatora dociera do łuku, zamiast być tracona w samej elektrodzie.
Wysoka stabilność termiczna
Grafit nie topi się pod normalnym ciśnieniem w piecu, sublimuje i zachowuje użyteczną wytrzymałość w temperaturach znacznie wyższych od temperatury mięknienia stali. Z tego powodu grafit jest stosowany zarówno jako materiał na elektrody, jak i w urządzeniach procesowych pracujących w wysokich temperaturach. Współczynnik rozszerzalności cieplnej korpusu elektrody UHP wynosi około 1,5 × 10-6/ stopień pomiędzy temperaturą pokojową a 600 stopniami. Niska rozszerzalność ogranicza naprężenia wewnętrzne powstające, gdy końcówka łuku jest rozgrzana do białości, podczas gdy górna część kolumny pozostaje stosunkowo chłodna.
Stabilność chemiczna i odporność na utlenianie
Grafit nie jest atakowany przez większość kwasów, zasad i rozpuszczalników organicznych, a wiele stopionych metali i żużli go nie zwilża. Podczas pracy dominującą drogą degradacji jest utlenianie, a nie rozpuszczanie chemiczne: grafit zaczyna reagować z powietrzem w temperaturze powyżej około 450 stopni, a szybkość reakcji szybko rośnie wraz z temperaturą. Spienianie żużla, kontrola odsłoniętej długości nad linią żużla i obróbka antyutleniająca- powierzchni elektrody – wszystko to zmniejsza tę stratę.
Dobra obrabialność
W porównaniu z metalami grafit jest miękki i można go toczyć, wiercić, frezować i gwintować za pomocą standardowych narzędzi z węglików spiekanych. Końce elektrod i gniazda złączy są obrabiane maszynowo w celu uzyskania kontrolowanego stożka, dzięki czemu złącze skutecznie przenosi prąd i pozostaje szczelne podczas cykli termicznych, a uszkodzony gwint często można-powtórnie obrobić zamiast złomować.
Wartości indeksu fizycznego i chemicznego dla elektrod UHP
Poniższa tabela podsumowuje typowe limity specyfikacji dla elektrod grafitowych o ultrawysokiej mocy według średnicy nominalnej. Rezystywność, moduł sprężystości, rozszerzalność cieplna i popiół są wartościami maksymalnymi; wytrzymałość na zginanie i gęstość nasypowa to wartości minimalne, które produkt musi spełniać lub przekraczać.
| Przedmiot | 300 ~ 400 mm | 450 ~ 500 mm | 550 ~ 650 mm | 700 ~ 800 mm |
|---|---|---|---|---|
| Rezystywność, elektroda, μΩ·m, max | 6.2 | 6.3 | 6.0 | 5.8 |
| Rezystywność, złącze, μΩ·m, max | 5.3 | 5.3 | 4.5 | 4.3 |
| Wytrzymałość na zginanie, elektroda, MPa, min | 10.5 | 10.5 | 10.0 | 10.0 |
| Wytrzymałość na zginanie, złącze, MPa, min | 20.0 | 20.0 | 22.0 | 23.0 |
| Moduł sprężystości, elektroda, GPa, max | 14.0 | 14.0 | 14.0 | 14.0 |
| Moduł sprężystości, złącze, GPa, max | 20.0 | 20.0 | 22.0 | 22.0 |
| Gęstość nasypowa, elektroda, g/cm3, min | 1.67 | 1.66 | 1.66 | 1.68 |
| Gęstość nasypowa, złącze, g/cm3, min | 1.74 | 1.75 | 1.78 | 1.78 |
| Rozszerzalność cieplna, elektroda, 20 ~ 600 stopni, 10-6/ stopień, maks | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 |
| Rozszerzalność cieplna, złącze, 20 ~ 600 stopni, 10-6/ stopień, maks | 1.4 | 1.4 | 1.3 | 1.3 |
| Popiół,%, maks | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
Z tych liczb wynikają dwie konsekwencje. Po pierwsze, większe średnice przenoszą większy prąd, więc specyfikacja jest zaostrzona: rezystywność i moduł sprężystości spadają, podczas gdy wzrasta wytrzymałość złącza. Po drugie, dla każdego rozmiaru zawartość popiołu utrzymuje się na poziomie 0,5% lub poniżej, ponieważ zanieczyszczenia tworzące popiół przedostają się do stopionego materiału po zużyciu końcówki i nie można ich później usunąć.
Jak właściwości współdziałają w obsłudze
Przewodność i gęstość nasypowa współpracują ze sobą: gęstsze ciało ma mniej otwartych porów, więc rezystywność jest niższa, a utlenianie ma mniejszą powierzchnię wewnętrzną do ataku.
Wytrzymałość na zginanie i moduł sprężystości muszą być zrównoważone. Bardzo sztywna elektroda przenosi szok termiczny bezpośrednio do złącza, dlatego wytrzymałość złącza jest określana wyżej niż wytrzymałość korpusu.
Niska rozszerzalność cieplna chroni gwint, który zwykle jest najsłabszym punktem złącza.
Skrawalność decyduje o dokładności cięcia stożka i gniazda, a tym samym o tym, jak równomiernie dwie elektrody dzielą prąd w złączu.
Co kupujący powinni sprawdzić przed złożeniem zamówienia
Gatunek: moc zwykła, moc duża, moc superwysoka lub moc ultrawysoka, dopasowana do transformatora pieca i aktualnego programu.
Średnica i długość: dopasowane do wielkości uchwytu i wolnej burty pieca, wymiary stożka podano na rysunku.
Certyfikat testu: rezystywność, wytrzymałość na zginanie, moduł sprężystości, gęstość nasypowa, rozszerzalność cieplna i popiół, mierzone zarówno na próbkach korpusu, jak i złącza.
Integralność złącza: profil gwintu, skok stożkowy i kołpaki ochronne zamontowane na potrzeby transportu i przechowywania.
Obsługa i przechowywanie: elektrody należy utrzymywać w suchości, przechowywać je na poziomym stojaku i unikać uderzeń, ponieważ uszkodzenia spowodowane wstrząsem są często niewidoczne, dopóki złącze nie ulegnie uszkodzeniu.
Często zadawane pytania
P: Jaka jest różnica między elektrodami grafitowymi o zwykłej mocy a elektrodami grafitowymi o ultrawysokiej mocy?
Gatunki są definiowane głównie na podstawie gęstości prądu, jaką może przenosić elektroda oraz tego, jak rygorystyczne są ograniczenia rezystywności, wytrzymałości i rozszerzalności. Gatunki o ultrawysokiej mocy są wykonane z koksu igłowego i charakteryzują się niższą rezystywnością, wyższą wytrzymałością złącza i mniejszą ilością popiołu w piecach wysokoprądowych.
P: Dlaczego gęstość nasypowa ma znaczenie dla trwałości elektrody?
Gęstość mierzy, ile stałego węgla zajmuje daną objętość. Gęstsza elektroda ma niższą porowatość, dzięki czemu utlenia się wolniej, jest bardziej odporna na odpryski i przewodzi prąd przy mniejszym nagrzewaniu wewnętrznym, co zmniejsza zużycie na tonę stali.
P: Co powoduje nadmierne zużycie elektrody?
Głównymi przyczynami są zużycie końcówki w łuku, boczne utlenianie powyżej linii żużla, pękanie pod wpływem szoku termicznego i uszkodzenie złącza. Zużycie można zmniejszyć dzięki prawidłowej gęstości prądu, spienianiu żużla, krótszej odsłoniętej długości i właściwemu-dokręcaniu momentów obrotowych na złączach.
P: Jak wybrać średnicę elektrody?
Zacznij od maksymalnego prądu wtórnego pieca i dopuszczalnej gęstości prądu dla wybranego gatunku, a następnie upewnij się, że wybrana średnica pasuje do uchwytu elektrody i otworu w dachu. Zbyt małe elektrody przegrzewają się, a zbyt duże elektrody marnują energię i kapitał.
P: Czy sama niska rezystancja gwarantuje dobrą wydajność?
Nie. Rezystywność to tylko jeden wskaźnik. Wytrzymałość, moduł sprężystości, gęstość nasypowa, rozszerzalność cieplna i popiół wpływają na szybkość pękania i zużycie, a zrównoważona specyfikacja zwykle działa lepiej niż pojedyncza bardzo niska wartość rezystywności.
P: Jak należy przechowywać elektrody grafitowe przed użyciem?
Przechowuj je w suchym, zadaszonym miejscu na poziomym podłożu, załóż nakładki ochronne na gwinty, unikaj układania w stosy obciążające złącza i nigdy nie upuszczaj ani nie przeciągaj elektrod, ponieważ uszkodzenia spowodowane uderzeniem nie są widoczne z zewnątrz.