Что такое графитовый электрод
Графитовый электрод — это проводящий столб, по которому ток проходит от электрододержателей электродуговой печи к дуге на скрапе или расплаве. Его производят из прокаленного нефтяного или игольчатого кокса, смешанного с каменноугольным пеком в качестве связующего и с переработанным графитом, затем формуемого экструзией или вибрационным формованием, обожженного, пропитанного пеком, повторно -обожженного и, наконец, графитированного при температуре выше 2500 градусов.
Поскольку наконечник изнашивается постоянно, материал должен хорошо проводить электричество, выдерживать быстрый нагрев и охлаждение, противостоять окислению и при этом подвергаться механической обработке в точные конические соединения. Эти требования к обслуживанию являются источником основных характеристик, описанных ниже.
Ключевые характеристики графитовых электродов
Высокая электропроводность
Графит проводит электричество вдоль своих слоистых кристаллических плоскостей с очень низким сопротивлением. Для марок сверхвысокой мощности (UHP) удельное сопротивление электрода указано ниже примерно 6,3 мкОм·м, а удельное сопротивление разъема - ниже примерно 5,5 мкОм·м. Низкое удельное сопротивление снижает джоулевый нагрев внутри колонны, поэтому большая часть выходной мощности трансформатора достигает дуги, а не теряется в самом электроде.
Высокая термическая стабильность
Графит не плавится при нормальном давлении в печи, он сублимируется и сохраняет полезную прочность при температурах, значительно превышающих температуру размягчения стали. Именно поэтому графит используется как в качестве электродного материала, так и в высокотемпературном технологическом оборудовании. Коэффициент теплового расширения тела электрода СВП составляет около 1,5 × 10.-6/ градус между комнатной температурой и 600 градусами. Низкое расширение ограничивает внутреннее напряжение, возникающее, когда кончик дуги раскален добела, а верхняя часть колонны остается сравнительно холодной.
Химическая стабильность и стойкость к окислению
Графит не подвергается воздействию большинства кислот, щелочей и органических растворителей, а многие расплавленные металлы и шлаки не смачивают его. При эксплуатации преобладающим путем разложения является окисление, а не химическое растворение: графит начинает реагировать с воздухом при температуре выше 450 градусов, и скорость реакции быстро возрастает с повышением температуры. Вспенивание шлака, контроль длины обнажения над линией шлака и анти-обработка поверхности электрода — все это снижает эти потери.
Хорошая обрабатываемость
По сравнению с металлами графит мягок, и его можно точить, сверлить, фрезеровать и нарезать резьбу стандартными твердосплавными инструментами. Концы электродов и гнезда разъемов обрабатываются с контролируемой конусностью, чтобы соединение эффективно пропускало ток и оставалось герметичным при термоциклировании, а поврежденную резьбу часто можно -обработать заново, а не сдать в металлолом.
Значения физических и химических показателей для электродов UHP
В таблице ниже приведены типичные пределы технических характеристик для графитовых электродов сверхмощной мощности по номинальному диаметру. Удельное сопротивление, модуль упругости, тепловое расширение и зольность — максимальные значения; Прочность на изгиб и объемная плотность — это минимальные значения, которым изделие должно соответствовать или превосходить.
| Элемент | 300~400 мм | 450~500 мм | 550~650 мм | 700~800 мм |
|---|---|---|---|---|
| Удельное сопротивление, электрод, мкОм·м, не более | 6.2 | 6.3 | 6.0 | 5.8 |
| Удельное сопротивление разъема, мкОм·м, не более | 5.3 | 5.3 | 4.5 | 4.3 |
| Прочность на изгиб, электрод, МПа, не менее | 10.5 | 10.5 | 10.0 | 10.0 |
| Прочность на изгиб, соединитель, МПа, не менее | 20.0 | 20.0 | 22.0 | 23.0 |
| Модуль упругости электрода, ГПа, не более | 14.0 | 14.0 | 14.0 | 14.0 |
| Модуль упругости соединителя, ГПа, не более | 20.0 | 20.0 | 22.0 | 22.0 |
| Насыпная плотность, электрод, г/см3, мин | 1.67 | 1.66 | 1.66 | 1.68 |
| Насыпная плотность, коннектор, г/см3, мин | 1.74 | 1.75 | 1.78 | 1.78 |
| Тепловое расширение, электрод, 20~600 градусов, 10-6/ градус, макс. | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 |
| Тепловое расширение, разъем, 20 ~ 600 градусов, 10-6/ градус, макс. | 1.4 | 1.4 | 1.3 | 1.3 |
| Зольность, %, не более | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
Из этих цифр следуют два следствия. Во-первых, больший диаметр пропускает более высокий ток, поэтому технические характеристики ужесточаются: удельное сопротивление и модуль упругости падают, а прочность разъема возрастает. Во-вторых, содержание золы поддерживается на уровне 0,5 % или ниже для каждого размера, поскольку примеси, образующие золу, переносятся в расплав при изнашивании наконечника и не могут быть впоследствии удалены.
Как свойства взаимодействуют при обслуживании
Проводимость и объемная плотность работают вместе: более плотное тело имеет меньше открытых пор, поэтому удельное сопротивление ниже, а окисление имеет меньшую внутреннюю поверхность для воздействия.
Прочность на изгиб и модуль упругости должны быть сбалансированы. Очень жесткий электрод передает тепловой удар прямо в сустав, поэтому прочность соединителя определяется выше, чем прочность корпуса.
Низкое тепловое расширение защищает резьбу, которая обычно является самым слабым местом узла соединения.
От обрабатываемости зависит, насколько точно обрезаны конус и гнездо и, следовательно, насколько равномерно два электрода распределяют ток в соединении.
Что покупатели должны проверить перед заказом
Класс: обычная мощность, высокая мощность, сверхвысокая мощность или сверхвысокая мощность, в зависимости от печного трансформатора и текущей программы.
Диаметр и длина: соответствуют размеру держателя и надводному борту печи, размеры конуса указаны на чертеже.
Сертификат испытаний: удельное сопротивление, прочность на изгиб, модуль упругости, объемная плотность, тепловое расширение и зольность, измеренные как на образцах корпуса, так и на разъемах.
Целостность соединения: профиль резьбы, шаг конуса и наличие защитных колпачков для транспортировки и хранения.
Обращение и хранение: держите электроды сухими, храните их на ровной стойке и избегайте ударов, поскольку повреждения от ударов часто незаметны до тех пор, пока соединение не выйдет из строя в процессе эксплуатации.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос: В чем разница между обычными графитовыми электродами и сверхмощными графитовыми электродами?
Классы определяются в основном плотностью тока, которую может выдерживать электрод, а также тем, насколько жесткими являются пределы удельного сопротивления, прочности и расширения. Марки сверхвысокой мощности изготавливаются из игольчатого кокса и имеют более низкое удельное сопротивление, более высокую прочность соединителя и меньшую зольность для сильноточных печей.
Вопрос: Почему объемная плотность имеет значение для срока службы электродов?
Плотность показывает, сколько твердого углерода занимает данный объем. Более плотный электрод имеет меньшую пористость, поэтому он медленнее окисляется, лучше сопротивляется растрескиванию и пропускает ток с меньшим внутренним нагревом, что снижает расход на тонну стали.
Вопрос: Что вызывает чрезмерный расход электродов?
Основными причинами являются расход электрода в дуге, боковое окисление над линией шлака, термическое растрескивание и разрушение соединения. Потребление снижается за счет правильной плотности тока, практики вспенивания шлака, более короткой открытой длины и правильного момента-свинчивания соединений.
Вопрос: Как следует выбирать диаметр электрода?
Начните с максимального вторичного тока печи и разрешенной плотности тока для выбранной марки, затем убедитесь, что выбранный диаметр соответствует электрододержателю и проему крыши. Электроды меньшего размера перегреваются, электроды большего размера приводят к потере энергии и капитала.
Вопрос: Гарантирует ли одно лишь низкое удельное сопротивление хорошую производительность?
Нет. Сопротивление — это только один показатель. Прочность, модуль упругости, объемная плотность, тепловое расширение и зольность — все это влияет на скорость разрушения и расход, а сбалансированные характеристики обычно работают лучше, чем один показатель очень низкого удельного сопротивления.
Вопрос: Как следует хранить графитовые электроды перед использованием?
Храните их в сухом, закрытом месте на ровной подставке, сохраняйте защитные колпачки на резьбе, избегайте штабелирования, которое создает нагрузку на соединения, никогда не роняйте и не перетаскивайте электроды, поскольку повреждения от удара не видны снаружи.