Il consumo è previsto, non è un difetto
Un elettrodo per forno elettrico ad arco CA o CC funziona con una punta dell'arco superiore a 3.000 C mentre il punto di sublimazione della grafite è a circa 3.650 C. La grafite viene scelta proprio perché sopravvive a quell'ambiente mentre trasporta diverse decine di kiloampere, ma nessun grado sopravvive indefinitamente. Il consumo degli elettrodi nella produzione dell'acciaio ad arco elettrico è comunemente compreso tra 1,5 e 3 kg per tonnellata di acciaio liquido e la sostituzione è programmata in base a tale cifra anziché essere innescata da un guasto.
Il consumo è normalmente suddiviso in consumo della punta all'arco, consumo delle pareti laterali lungo la colonna e perdite per rottura e cedimento del giunto. La suddivisione cambia con la pratica del forno: un'operazione di scoria ad-arco lungo e schiumosa-brucia la parete laterale più velocemente, mentre un'operazione ad arco corto-concentra la perdita sulla punta.
Ossidazione superiore a circa 450 C
La grafite si ossida nell'aria a temperature superiori a circa 450-500 C e la colonna di elettrodi all'esterno della zona calda è ancora ad alta temperatura durante un riscaldamento. L'ossidazione rimuove la massa dalla parete laterale, riduce la sezione trasversale-che trasporta la corrente e aumenta la densità di corrente sulla sezione rimanente, che a sua volta aumenta la temperatura locale e accelera ulteriori perdite. Le contromisure standard sono la scoria schiumosa, i pannelli raffreddati ad acqua, le pareti laterali rivestite e l'ingresso controllato dell'aria nelle porte degli elettrodi.
Degrado strutturale e shock termico
Cicli ripetuti di riscaldamento e raffreddamento producono stress sulla superficie dell'elettrodo, soprattutto quando il caricamento dei rottami o i cambiamenti di potenza sono bruschi. Una volta che si forma una fessura trasversale, l'elettrodo può rompersi su quel piano e cadere nella massa fusa, provocando un'interruzione di corrente, una raccolta di carbonio nel calore e una perdita di scarti della lunghezza rimanente della colonna. Le articolazioni sono il secondo punto debole: una giunzione del capezzolo allentata o-serrata eccessivamente aumenta la resistenza di contatto, si surriscalda localmente e può non riuscire a piegarsi.
Il test fisico di ciò che rimane aiuta a separare un problema materiale da un problema pratico. La densità apparente viene misurata secondo ASTM C559, la resistività elettrica secondo ASTM C611 e il modulo di rottura della grafite dell'elettrodo secondo ASTM C1025, con GB/T 3072 che copre i gradi degli elettrodi a livello nazionale. Un elettrodo che si guasta precocemente con densità e resistività normali di solito indica la pratica del forno piuttosto che l'elettrodo stesso.
| Proprietà | Gamma UHP tipica | Metodo di prova |
|---|---|---|
| Densità apparente | 1,68-1,74 g/cm3 | ASTM C559 |
| Resistività elettrica specifica | Misuratore da 5-6,5 microohm | ASTM C611 |
| Modulo di rottura | 10-14 MPa | ASTM C1025 |
| CET (100-600 C) | circa 1,0-1,3 x 10-6 /K | dilatometria |
Declino delle prestazioni elettriche
Man mano che la colonna si consuma, la sezione rimanente deve trasportare la stessa corrente. Il riscaldamento resistivo aumenta con il quadrato della densità di corrente, quindi un elettrodo più sottile diventa più caldo, si ossida più velocemente e consuma più energia per tonnellata di acciaio. Ad un certo punto il forno raggiunge un limite in cui l'elettrodo non può trattenere la corrente programmata senza surriscaldare il giunto e la colonna viene sostituita in base a un arresto programmato anziché in attesa del guasto.
Contaminazione e qualità del prodotto
Gli elettrodi possono essere contaminati da schizzi di scorie, rottura del rivestimento o danni dovuti alla manipolazione. Un elettrodo contaminato o scheggiato aggiunto alla colonna introduce materiale che non fa parte delle specifiche di grafite previste e, a temperature critiche, ciò può influire sul controllo del carbonio o sulla qualità della superficie. I sistemi di qualità e sicurezza di solito richiedono che tali elettrodi vengano rimossi anziché utilizzati fino alla fine della loro vita nominale.
Dal punto di vista dell'acquisto, la frequenza di sostituzione è il risultato pratico della qualità, del diametro e della pratica del forno. Gli acquirenti che monitorano il costo per tonnellata di acciaio normalmente registrano separatamente il consumo degli elettrodi, il tasso di rottura per tonnellata e il guasto del giunto, perché i tre rispondono a diverse azioni correttive.
Domande frequenti
Q:Cosa determina principalmente la durata dell'elettrodo di grafite?
R: Dominano l'ossidazione delle pareti laterali e il consumo della punta, seguiti dalla rottura per shock termico e dal cedimento del giunto. La pratica del forno, la lunghezza dell'arco e il controllo della formazione di schiuma delle scorie spostano tutte queste perdite.
Q:A quale temperatura un elettrodo di grafite inizia a ossidarsi?
R: L'ossidazione diventa significativa in aria al di sopra di circa 450-500 C, ben al di sotto della temperatura dell'arco in punta. La protezione dei fianchi è quindi importante durante il caldo.
Q:Quanto elettrodo viene consumato per tonnellata di acciaio?
R: Comunemente 1,5-3 kg per tonnellata di acciaio liquido. L'estremità inferiore riflette la buona pratica con elettrodi rivestiti e programmi di potenza stabili.
Q:Quali test verificano la qualità degli elettrodi?
R: La densità apparente secondo ASTM C559, la resistività elettrica secondo ASTM C611 e il modulo di rottura secondo ASTM C1025 sono i consueti controlli sui materiali, con requisiti di qualità coperti da GB/T 3072.
Q:È ancora possibile utilizzare un elettrodo rotto?
R: A volte può essere accorciato e riutilizzato sotto la fessura, ma la lunghezza rimanente deve essere ricongiunta-correttamente. L'utilizzo di una colonna rotta in un calore critico rischia di rompersi e di provocare un picco di carbonio nella massa fusa.
