Het geleidt waar metalen dat niet kunnen
De belangrijkste reden dat grafiet wordt gebruikt, is dat het stroom geleidt bij temperaturen waarbij metalen falen. Een moderne hoogvermogenoven verbruikt tienduizenden ampère, en de stroomdichtheid in de elektrode ligt doorgaans tussen de 15 en 35 ampère per vierkante centimeter, afhankelijk van de kwaliteit. Koper en staal geleiden goed, maar worden zacht en smelten ver onder de boogtemperatuur. Grafiet, met een sublimatiepunt van bijna 3650 graden Celsius en een soortelijke weerstand van slechts enkele micro-ohmmeters, geleidt dezelfde stroom zonder zijn vorm of kracht te verliezen.
Het overleeft snelle verwarming en koeling
De werking van de oven omvat herhaaldelijk verwarmen en afkoelen wanneer de stroom wordt in- en uitgeschakeld en wanneer het vat wordt gekanteld. Grafiet tolereert dit omdat de thermische uitzettingscoëfficiënt zeer laag is, ongeveer 1,5 tot 3,0 delen per miljoen per graad Celsius, terwijl de thermische geleidbaarheid hoog is, ongeveer 100 tot 150 watt per meter Kelvin. Thermische gradiënten veroorzaken daarom kleine spanningen, en een elektrode kan worden gekoeld en opnieuw verwarmd zonder te barsten. Deze weerstand tegen thermische schokken is de eigenschap die operators het meest waarderen, omdat breuk de duurste storing is.
Het draagt langzaam en voorspelbaar
Een elektrode is een verbruiksartikel, dus wat commercieel van belang is, is niet of deze slijt, maar hoe snel en hoe consistent. Het nettoverbruik in een goed-oven met ultra-hoog-vermogen is ongeveer 1,5 tot 2,5 kilogram per ton vloeibaar staal. Dat cijfer kan worden gebudgetteerd, bijgehouden en vergeleken tussen leveranciers, en het reageert op een voorspelbare manier op operationele veranderingen zoals booglengte en slakschuiming. De stabiliteit van grafiet bij hoge temperaturen en de inertie ervan ten opzichte van slakken maken een dergelijk voorspelbaar verbruik mogelijk.
Het is gemakkelijk te bewerken en betrouwbaar te verbinden
Grafiet kan worden bewerkt tot nauwe toleranties, waardoor elektroden kunnen worden geproduceerd met nauwkeurige afmetingen en met de taps toelopende schroefdraad die nodig is voor het verbinden van secties. Gezamenlijke integriteit is van cruciaal belang omdat de verbinding de volledige stroom en belasting van de kolom draagt, en de schroefdraadgeometrie en het nippelmateriaal zijn gestandaardiseerd zodat de montage betrouwbaar kan worden herhaald. Een schone draad die is aangedraaid tot het gespecificeerde aanhaalmoment zorgt voor een contact met lage- weerstand, waardoor de hete plekken worden voorkomen die anders tot vroegtijdig falen van de verbinding leiden.
Het is beschikbaar en kosten-effectief
Grafiet wordt geproduceerd uit petroleumcokes en koolteerpek, die beide in industriële hoeveelheden verkrijgbaar zijn, en de productieroute is goed ingeburgerd met gestandaardiseerde kwaliteiten en afmetingsreeksen. Dit is van belang voor een staalproducent omdat een essentieel verbruiksartikel volgens een voorspelbaar schema verkrijgbaar moet zijn. Het productieve gebruik van het materiaal reikt ook verder dan het eerste leven ervan: gebruikte elektroden en machinaal schroot zijn waardevolle koolstofgrondstoffen, en de industrie recupereert en recycleert ze in plaats van ze weg te gooien. Beschikbaarheid en recycleerbaarheid samen houden de kosten per ton staal op een beheersbaar niveau.
Veelgestelde vragen
Vraag: Waarom is grafiet beter dan metaal voor elektroden?
Omdat metalen zachter worden en smelten bij een boogtemperatuur, terwijl grafiet sublimeert bij een temperatuur van bijna 3650 graden Celsius en blijft geleiden, zodat het de stroom kan leveren en de hitte kan overleven.
Vraag: Welke stroomdichtheid kunnen grafietelektroden dragen?
Doorgaans 15 tot 35 ampère per vierkante centimeter, afhankelijk van de kwaliteit, met normale vermogens aan de onderkant en ultra-hoge- vermogens aan de bovenkant van het bereik.
Vraag: Hoeveel elektrode wordt er per ton staal verbruikt?
Ongeveer 1,5 tot 2,5 kilogram per ton vloeibaar staal voor een goed-lopende ultra-hoge- oven, met hogere cijfers voor lagere kwaliteiten en oudere apparatuur.
Vraag: Waarom is weerstand tegen thermische schokken zo belangrijk?
Omdat breuk een verloren sectie en verloren productie kost. Lage thermische uitzetting en hoge thermische geleidbaarheid houden de interne spanningen klein, zodat de kolom snelle verwarming en koeling overleeft.
Vraag: Zijn grafietelektroden recyclebaar?
Ja. Gebruikte elektroden en machineschroot zijn waardevolle koolstofmaterialen en worden teruggewonnen en hergebruikt, wat een van de redenen is dat het materiaal economisch aantrekkelijk blijft.
Vraag: Wat zijn de nadelen van grafietelektroden?
Ze worden verbruikt tijdens gebruik, ze oxideren in lucht boven ongeveer 450 tot 600 graden Celsius, en ze zijn bros, dus zorgvuldige behandeling en gedisciplineerde montage van de verbindingen zijn vereist.