Графитированные электроды

Сверхмощные графитированные электроды - критически важный компонент современной металлургии в процессах выплавки стали в электропечах. Это стержни (это большие цилиндрические проводники) из высококачественного графита, способные выдерживать экстремально высокие температуры (до 3000°C и выше) и огромные электрические токи (до сотен тысяч ампер).
Такие электроды имеют диаметр от Ø700 мм и выше и используются в печах мощности более 100 МВт.

Разница графитированных и графитовых электродов.

Графитовые электроды (угольно-графитовые) - электроды на основе природного графита или смеси кокса со связующими смолами, которые не проходили высокотемпературной графитизации. Имеют более высокое электрическое сопротивление и выпускаются в виде небольших стержней. Термин «графитовый» нередко считают разговорным синонимом, а термин «графитированный» отражает технологию.

Графитированные электроды

В зависимости от мощности графитированные электроды можно разделить на:

• электроды с обычной мощностью (RP),
• электроды высокой мощности (HP),
• электроды сверхвысокой мощности (UHP).

Графитовый электрод сверхвысокого давления ЭГСП (электрод графитированный специальный пропитанный, англ Ultra Hight Power, UHP) большого диаметра применяется в металлургии для производства стали методом электродуговой плавки в высокомощных печах.

Основными составляющими сверхмощных графитированных электродов являются:

• заполнитель - высококачественный малосернистый, малозольный игольчатый кокс (нефтяной кокс), получаемый из смол пиролиза, каталитических газойлей и некоторых крекинг- остатков, либо из каменноугольной смолы;
• угольный асфальт в качестве связующего.

Техпроцесс производства не прост. Для достижения своих уникальных свойств они подвергаются обжигу, экструзии, обжигу и высокотемпературной графитизации (более 3000 °C), механической обработке. Графитирование придает электроду высокую электропроводность, термостойкость и механическую прочность.
Графитированные электроды имеют цилиндрическую форму и имеют резьбовые участки на каждом конце.
Графитированные электроды могут быть собраны в электродную колонну с помощью электродного ниппеля.

Чтобы удовлетворить требования более высокой эффективности работы и более низкой общей стоимости, дуговые печи большой мощности становятся все более популярными.

По этой причине на рынке будут преобладать графитированные электроды сверхвысокого давления диаметром более 500 мм.

В отличие от электродов малого диаметра, допустимая токовая нагрузка которых составляет 15 000 - 70 000 ампер, допустимая токовая нагрузка электродов большого диаметра варьируется от 60 000 до 160 000 ампер.

Преимущества электродов ЭГСП:

• выдерживают большие токи, высокую скорость разряда;
• хорошая стабильность размеров;
• термостойкость и стабильность теплового поля. Электроды не плавятся и не деформируются при экстремальном нагреве;
• низкий коэффициент теплового расширения. Электроды устойчивы к резким перепадам температур;
• высокая стойкость к окислению;
• высокая механическая прочность. Позволяет выдерживать большие нагрузки и вибрации в печи, меньше окисляются и растрескиваются, что критично при длительных процессах печи (несколько суток);
• высокая электропроводность. Низкое электрическое сопротивление графита снижает омические потери и повышает КПД процесса, минимизирует потери энергии при прохождении тока;
• высокая точность обработки, хорошая обработка поверхности;
• низкое содержание золы и примесей. Важно для чистоты выплавляемой стали.

С помощью графитированных UHP-электродов электроэнергия вводится в рабочее пространство печей, где преобразуется в тепловую энергию.
За счет уникальных свойств графита - высокой электропроводности, тугоплавкости и механической прочности - электроды выдерживают экстремальные условия металлургического производства (температуру более 3500 ^оС).

Применение сверхмощных графитированных электродов

Сталелитейное производство. Используется в электродуговых печах и ковшовых рафинировочных печах для плавки и рафинирования металлолома и стали. Сверхмощные графитированные электроды позволяют использовать более мощные печи, что повышает производительность и снижает удельный расход энергии на тонну стали.

Производство ферросплавов. Выплавка ферросилиция, феррохрома, В печь загружают шихту (руды, ферросплавы-основы, кокс как восстановитель и флюсы). Сверху опускают три сверхмощных графитированных электрода. Под действием высокой температуры и углерода из кокса и электродов происходит восстановление оксидов металлов (хрома, марганца, кремния, ванадия и др.) до чистых металлов или их сплавов.

Производство карбида кремния и других неметаллических материалов. Производство карбида кремния - один из самых энергоёмких электротермических процессов, где электроды выступают главным источником энергии для протекания высокотемпературной реакции. Поэтому применение сверхмощных электродов и грамотная организация энергоснабжения напрямую влияют на себестоимость и конкурентоспособность продукции. В промышленности карбид кремния получают преимущественно в печах сопротивления типа печи Ачесона. Здесь сверхмощные графитированные электроды подводят ток к шихте, которая сама становится токопроводящей и разогревается за счёт собственного сопротивления.

В 2019 г. страны АТР (без Китая) произвели самый большой объем графитовых электродов сверхвысокой мощности (UHP) среди всех регионов мира - 333 700 т. Аналогичная картина ожидается к 2024 г.

В 2019 г. во всем мире было потреблено около 728 000 т графитовых электродов сверхвысокого давления.
К 2024 г. ожидается, что глобальный объем производства графитовых электродов сверхвысокого давления вырастет почти до 917 300 т.

Перспективы развития:

• увеличение диаметра и длины электродов для большей мощности печей;
• улучшение качества графита и снижение содержания примесей;
• разработка электродов с улучшенной стойкостью к окислению, механическим повреждениям и термическим ударам;
• оптимизация процесса соединения электродов (резьбовые соединения) для снижения потерь и повышения надежности.