Qu'est-ce qu'une électrode en graphite
Une électrode en graphite est la colonne conductrice qui transporte le courant depuis les porte-électrodes d'un four à arc électrique jusqu'à l'arc au niveau de la ferraille ou de la masse fondue. Il est produit à partir de coke de pétrole calciné ou de coke d'aiguilles, mélangé avec du brai de goudron de houille comme liant et du graphite recyclé, puis formé par extrusion ou moulage par vibration, cuit, imprégné de brai, recuit - et enfin graphité à des températures supérieures à 2 500 degrés.
Étant donné que la pointe est consommée en permanence, le matériau doit bien conduire l'électricité, résister à un chauffage et un refroidissement rapides, résister à l'oxydation et néanmoins être usiné pour former des joints coniques précis. Ces exigences de service sont à l’origine des caractéristiques de base décrites ci-dessous.
Caractéristiques clés des électrodes en graphite
Conductivité électrique élevée
Le graphite conduit l'électricité le long de ses plans cristallins en couches avec une très faible résistance. Pour les qualités ultra haute puissance (UHP), la résistivité de l'électrode est spécifiée en dessous d'environ 6,3 μΩ·m et la résistivité du connecteur en dessous d'environ 5,5 μΩ·m. La faible résistivité réduit le chauffage Joule à l'intérieur de la colonne, de sorte qu'une plus grande part de la sortie du transformateur atteint l'arc au lieu d'être perdue dans l'électrode elle-même.
Haute stabilité thermique
Le graphite ne fond pas à la pression normale du four, il se sublime et conserve une résistance utile à des températures bien supérieures au point de ramollissement de l'acier. C'est pourquoi le graphite est utilisé à la fois comme matériau d'électrode et dans les équipements de traitement à haute température. Le coefficient de dilatation thermique d'un corps d'électrode UHP est d'environ 1,5 × 10.-6/degré entre la température ambiante et 600 degrés. Une faible dilatation limite les contraintes internes générées lorsque la pointe de l'arc est chauffée à blanc tandis que la partie supérieure de la colonne reste relativement froide.
Stabilité chimique et résistance à l'oxydation
Le graphite n'est pas attaqué par la plupart des acides, alcalis et solvants organiques, et de nombreux métaux en fusion et scories ne le mouillent pas. En service, la voie de dégradation dominante est l'oxydation plutôt que la dissolution chimique : le graphite commence à réagir avec l'air au-dessus d'environ 450 degrés et la vitesse de réaction augmente rapidement avec la température. Le moussage du laitier, le contrôle de la longueur exposée au-dessus de la ligne de laitier et le traitement anti--oxydation de la surface de l'électrode réduisent tous cette perte.
Bonne usinabilité
Comparé aux métaux, le graphite est mou et peut être tourné, percé, fraisé et fileté avec des outils en carbure standard. Les extrémités des électrodes et les douilles des connecteurs sont usinées selon une conicité contrôlée afin que le joint transporte efficacement le courant et reste étanche tout au long du cycle thermique, et un filetage endommagé peut souvent être réusiné- plutôt que mis au rebut.
Valeurs d'indice physique et chimique pour les électrodes UHP
Le tableau ci-dessous résume les limites de spécifications typiques pour les électrodes de graphite ultra haute puissance par diamètre nominal. La résistivité, le module élastique, la dilatation thermique et les cendres sont des valeurs maximales ; la résistance à la flexion et la densité apparente sont des valeurs minimales que le produit doit respecter ou dépasser.
| Article | 300~400 millimètres | 450~500 millimètres | 550~650 millimètres | 700~800 millimètres |
|---|---|---|---|---|
| Résistivité, électrode, μΩ·m, max | 6.2 | 6.3 | 6.0 | 5.8 |
| Résistivité, connecteur, μΩ·m, max | 5.3 | 5.3 | 4.5 | 4.3 |
| Résistance à la flexion, électrode, MPa, min | 10.5 | 10.5 | 10.0 | 10.0 |
| Résistance à la flexion, connecteur, MPa, min | 20.0 | 20.0 | 22.0 | 23.0 |
| Module élastique, électrode, GPa, max | 14.0 | 14.0 | 14.0 | 14.0 |
| Module élastique, connecteur, GPa, max | 20.0 | 20.0 | 22.0 | 22.0 |
| Densité apparente, électrode, g/cm3, minute | 1.67 | 1.66 | 1.66 | 1.68 |
| Densité apparente, connecteur, g/cm3, minute | 1.74 | 1.75 | 1.78 | 1.78 |
| Expansion thermique, électrode, 20 ~ 600 degrés, 10-6/ degré , maximum | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 |
| Expansion thermique, connecteur, 20 ~ 600 degrés, 10-6/ degré , maximum | 1.4 | 1.4 | 1.3 | 1.3 |
| Cendres, %, max. | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
Deux conséquences découlent de ces chiffres. Premièrement, les diamètres plus grands transportent un courant plus élevé, de sorte que les spécifications sont plus strictes : la résistivité et le module élastique diminuent tandis que la résistance du connecteur augmente. Deuxièmement, la teneur en cendres est maintenue à 0,5 % ou en dessous pour chaque taille, car les impuretés formant des cendres sont entraînées dans la masse fondue lorsque la pointe est consommée et ne peuvent pas être éliminées par la suite.
Comment les propriétés interagissent dans le service
La conductivité et la densité apparente fonctionnent ensemble : un corps plus dense a moins de pores ouverts, donc la résistivité est plus faible et l'oxydation a moins de surface interne à attaquer.
La résistance à la flexion et le module élastique doivent être équilibrés. Une électrode très rigide transfère le choc thermique directement dans le joint, c'est pourquoi la résistance du connecteur est supérieure à celle du corps.
Une faible dilatation thermique protège le filetage, qui est normalement le point le plus faible d'un assemblage de joints.
L'usinabilité détermine la précision avec laquelle le cône et l'emboîture sont coupés, et donc la manière dont deux électrodes partagent uniformément le courant au niveau du joint.
Ce que les acheteurs doivent vérifier avant de commander
Grade : puissance régulière, haute puissance, super haute puissance ou ultra haute puissance, adaptée au transformateur du four et au programme en cours.
Diamètre et longueur : adaptés à la taille du support et au franc-bord du four, avec les dimensions de conicité indiquées sur le dessin.
Certificat d'essai : résistivité, résistance à la flexion, module élastique, densité apparente, dilatation thermique et cendres, mesurés sur des échantillons de corps et de connecteurs.
Intégrité des joints : profil de filetage, pas conique et capuchons de protection installés pour le transport et le stockage.
Manipulation et stockage : gardez les électrodes au sec, stockez-les sur un support plat et évitez les chocs, car les dommages dus aux chocs sont souvent invisibles jusqu'à ce qu'un joint tombe en panne en service.
Foire aux questions
Q : Quelle est la différence entre les électrodes en graphite à puissance normale et les électrodes à ultra haute puissance ?
Les qualités sont définies principalement par la densité de courant que l'électrode peut supporter et par le degré de rigueur des limites de résistivité, de résistance et d'expansion. Les qualités à très haute puissance sont fabriquées à partir de coke aiguilleté et sont spécifiées avec une résistivité plus faible, une résistance de connecteur plus élevée et une teneur en cendres plus faible pour les fours à courant élevé.
Q : Pourquoi la densité apparente est-elle importante pour la durée de vie des électrodes ?
La densité mesure la quantité de carbone solide occupant un volume donné. Une électrode plus dense a une porosité plus faible, elle s'oxyde donc plus lentement, résiste mieux à l'écaillage et transporte le courant avec moins d'échauffement interne, ce qui réduit la consommation par tonne d'acier.
Q : Qu’est-ce qui cause une consommation excessive d’électrodes ?
Les principales causes sont la consommation de pointe dans l'arc, l'oxydation latérale au-dessus de la ligne de laitier, la fissuration par choc thermique et la rupture des joints. La consommation est réduite par une densité de courant correcte, une pratique de moussage de laitier, une longueur exposée plus courte et un couple de compensation approprié-sur les joints.
Q : Comment sélectionner le diamètre de l’électrode ?
Partez du courant secondaire maximum du four et de la densité de courant autorisée pour la nuance choisie, puis confirmez que le diamètre sélectionné correspond au porte-électrode et à l'ouverture du toit. Les électrodes sous-dimensionnées surchauffent, les électrodes surdimensionnées gaspillent de l'énergie et du capital.
Q : La faible résistivité garantit-elle à elle seule de bonnes performances ?
Non. La résistivité n’est qu’un indice. La résistance, le module élastique, la densité apparente, la dilatation thermique et les cendres influencent tous le taux de rupture et la consommation, et une spécification équilibrée donne généralement de meilleurs résultats qu'un seul chiffre de résistivité très faible.
Q : Comment les électrodes en graphite doivent-elles être stockées avant utilisation ?
Stockez-les dans un endroit sec et couvert sur un support plan, gardez les capuchons de protection sur les filetages, évitez les empilages qui sollicitent les joints et ne laissez jamais tomber ou traînez les électrodes, car les dommages causés par les chocs ne sont pas visibles de l'extérieur.