Графитированные электроды¶

Графитированные электроды — это изделия из искусственного графита, получаемые путём высокотемпературной обработки (графитации) углеродных заготовок, и применяемые в качестве проводников электрического тока в электродуговых печах, электролизёрах и химических реакторах. Они относятся к классу углеродных материалов и являются основным расходным элементом современной электросталеплавильной металлургии.

¶Производство и технология

Процесс изготовления графитированных электродов включает несколько этапов. Сырьём служат нефтяной кокс и каменноугольный пек. Кокс дробят, размалывают и смешивают с пеком, который играет роль связующего. Смесь прессуют в заготовки (зелёные электроды) на гидравлических прессах, после чего их обжигают при температуре 800–1200 °C для удаления летучих веществ и карбонизации связующего.

Ключевым этапом является графитация — термическая обработка обожжённых заготовок в специальных печах (по способу Ачесона или в печах Кастнера) при температуре 2500–3000 °C. В результате атомы углерода перестраиваются в кристаллическую решётку графита, что придаёт материалу высокую электропроводность, теплопроводность и термостойкость. После графитации электроды механически обрабатывают (обтачивают) для придания точной цилиндрической формы и нарезают на концах резьбу для соединения в колонну.

¶Классификация и характеристики

Электроды классифицируют по плотности тока, которую они способны выдерживать, и по качеству сырья. Выделяют три основные марки:

• обычной мощности (RP) — для печей с плотностью тока до 15 А/см²;
• высокой мощности (HP) — до 25 А/см²;
• сверхвысокой мощности (UHP) — свыше 25 А/см².

Основные физико-механические свойства графитированных электродов: удельное электрическое сопротивление (5–8 мкОм·м), плотность (1,5–1,7 г/см³), прочность на сжатие (20–35 МПа) и коэффициент термического расширения. Важной характеристикой является также пористость, влияющая на скорость окисления в печи.

¶Применение

Главная область применения — дуговые сталеплавильные печи (ДСП), где электроды служат для подвода тока к шихте и создания электрической дуги. В процессе плавки температура в зоне дуги достигает 3000–4000 °C, поэтому электроды работают в экстремальных условиях и расходуются за счёт окисления, сублимации и механического растрескивания. Расход электродов составляет 1,5–3 кг на тонну выплавленной стали.

Помимо сталеплавильного производства, графитированные электроды применяются:

• в рудно-термических печах для выплавки ферросплавов и фосфора;
• в электролизёрах для производства алюминия (в качестве анодов в некоторых технологиях);
• в вакуумных дуговых печах для переплава спецсталей;
• в химической промышленности для получения хлора и каустической соды.

¶История

Первые графитированные электроды были изготовлены американским изобретателем Эдвардом Ачесоном в 1896 году. Он же разработал способ графитации, названный его именем. Промышленное производство началось в начале XX века, что позволило развиться электросталеплавильному производству. В СССР производство электродов было налажено в 1930-е годы на Новочеркасском и Челябинском электродных заводах. Сегодня крупнейшими производителями являются Китай, Индия, Россия и страны Европы.

¶Критика и ограничения

Основной недостаток графитированных электродов — высокая энергоёмкость производства (до 4000 кВт·ч на тонну) и значительные выбросы углекислого газа. Кроме того, технология зависит от качества нефтяного кокса, дефицит которого периодически возникает на мировом рынке. В связи с переходом металлургии на «зелёные» технологии ведутся разработки альтернативных токоподводящих материалов, однако на сегодняшний день графитированные электроды остаются безальтернативным решением для дуговой плавки.