Stručný popis a klasifikácia grafitových elektród

Podľa rozdielu v používaných surovinách a fyzikálnych a chemických ukazovateľoch hotových výrobkov sú grafitové elektródy rozdelené do troch odrôd: bežné elektrické elektródy grafitu (stupeň RP), vysoko výkonné grafitové elektródy (stupeň HP) a elektródy s ultra vysokým výkonom (stupeň UHP). Dôvodom je, že grafitové elektródy sa používajú hlavne ako vodivé materiály v elektrických oblúkových oceľových peciach. V osemdesiatych rokoch delila medzinárodný oceľový priemysel s elektrickým pecám elektrický oblúkový oceľový pece do troch kategórií podľa vstupného výkonu transformátora na tonu kapacity pece: bežné elektrické pece (RP pece), vysoko výkonné elektrické pece (HP pece) a ultra-vysoké elektrické pece (UHP). Vstupný výkon transformátora bežných elektrických pecí nad 20 t na tonu kapacity pece je zvyčajne asi 300 kW/t; Elektrické pece s vysokým výkonom sú asi 400 kW/t; Elektrické pece pod 40T majú vstupný výkon 500-600 kW/t, elektrické pece medzi 50-80T majú vstupný výkon 400-500 kW/t a elektrické pece nad 100T majú vstupný výkon 350-450 kW/t, ktoré sa nazývajú ultra-vysoké elektrické pece. Do konca osemdesiatych rokov ekonomicky rozvinuté krajiny eliminovali veľké množstvo malých a stredne veľkých bežných elektrických pecí pod 50 T a väčšina novo postavených elektrických pecí bola veľmi vysoká energia veľkých elektrických pece s 80-150T a vstupná energia sa zvýšila na 800 kW/t. Začiatkom 90. rokov sa niektoré ultra vysoké elektrické pece ďalej zvýšili na 1 000-1200 kW/t. Grafitové elektródy používané vo vysoko výkonných a ultra vysokých elektrických peciach fungujú za prísnejších podmienok. Keď sa prúdová hustota prechádzajúca elektródami výrazne zvyšuje, vznikajú tieto problémy:

(1) Teplota elektródy sa zvyšuje v dôsledku odporového tepla a prietoku horúceho vzduchu, čo zvyšuje tepelnú expanziu elektródy a kĺbu, a zvyšuje sa aj spotreba oxidácie elektródy.

(2) Teplotný rozdiel medzi stredom elektródy a vonkajším kruhom elektródy sa zvyšuje a podľa toho sa zvyšuje aj tepelné napätie spôsobené teplotným rozdielom, takže elektróda je náchylná na praskliny a povrchové odlupovanie.

(3) Elektromagnetická sila sa zvyšuje, čo spôsobuje silné vibrácie. Pri silných vibráciách sa zvyšuje pravdepodobnosť prerušenia elektród v dôsledku voľného pripojenia a odpojenia. Preto musia byť fyzikálne a mechanické vlastnosti elektród s vysokým výkonom a ultra vysokým výkonom lepšie ako vlastnosti bežných grafitových elektród, ako je nižší odpor, vyššia hustota objemu a vyššia mechanická pevnosť, menší koeficient tepelnej expanzie a dobrý odolnosť proti tepelnému šoku. Tabuľka 1 uvádza bežnú štandardnú sériu a na konci osemdesiatych rokov priemery grafitovej elektródy s tromi rôznymi oceľovými pecami oblúka. S cieľom uspokojiť potreby oceľových mlynov na vývoj elektrických pecí s vysokým výkonom a veľmi vysokým výkonom, uhlíkové továrne v Európe, Spojené štáty a Japonsko vytvorili od 80. rokov 20. storočia dva kvalitné štandardy grafitových elektródov a grafitových elektród s vysokým výkonom hlavne. Bežné elektrické elektródy grafitov sa zriedka vyrábajú z dôvodu ich malého predaja.

Grafitové elektródy pre jednosmerné oblúkové pece jednosmerných oblúkových pecí sú novým typom oceľového zariadenia s elektrickým pecom, ktoré dozreli začiatkom osemdesiatych rokov. Rané pece DC ARC boli upravené na základe pôvodných oblúkových pecí AC. Niektorí použili 3 grafitové elektródy a niektoré používali 2 grafitové elektródy. Väčšina novo navrhnutých jednosmerných oblúkových pecí však po polovici osemdesiatych rokov používala iba 1 grafitovú elektródu. V porovnaní s pecami AC ARC s rovnakým výkonom s použitím 3 grafitých elektród sa celková povrchová plocha elektród oxidovaných pri vysokých teplotách výrazne zníži. V prípade jednosmerných oblúkových pecí pracujúcich pri ultra vysokom výkone sa konzumácia grafitových elektród na tonu ocele môže znížiť približne o 50%. Keď prúdom jednosmerného oblúka prechádza elektródou, nevytvára sa žiadny efekt pokožky a účinok blízkosti. Prúd je rovnomerne distribuovaný na priereze elektródy. Okrem toho má DC oblúk dobrú stabilitu, malé mechanické vibrácie počas prevádzky a nízky hluk elektrickej pece. Priemer grafitovej elektródy použitej v jednostrannom oblúkovom peci sa tiež vypočíta na základe kapacity pece a prípustnej hustoty prúdu elektródy. Pre ultra vysoké výkonové pece s rovnakým vstupným výkonom má jednosmerná peci s použitím jednej grafitovej elektródy väčší priemer elektródy. Napríklad pec AC ARC s kapacitou 150T používa elektródu s priemerom 600 mm, zatiaľ čo jednosmerná oblúková pec s rovnakou kapacitou používa elektródu s priemerom 700-750 mm. Požiadavky na kvalitu jednosmerných oblúkových pecí pre grafitové elektródy sú vyššie ako požiadavky používané v oblúkových peciach AC.