گرافیت یکی از دگر شکلیهای ماده کربن بوده که در صنعت متالورژی کاربرد وسیع دارد. در صنایع ذوب و شکل دهی فولاد، گرافیت دو عمکرد مهم آلیاژسازی و روانسازی خواهد داشت. همینطور گرافیت دارای خاصیت هدایت اکتریکی بوده که از این خاصیت در ساخت الکترودهای کورههای قوس الکتریک و آند و کاتد سازی در صنایع شیمیایی و الکترولیز استفاده میشود.
یکی از متداول ترین روشهای ذوب فولاد، روش ذوب با کوره قوس الکتریک میباشد. در این روش مهمترین ماده مصرفی متعلق به کوره الکترود گرافیتی بوده که همواره از نظر کیفیت و تامین از اهمیت بالایی برخوردار بوده است.
انواع الکترود گرافیتی :
الکترودها معمولا بر اساس دانسیته به صورت ذیل دسته بندی میشوند :
از مهمترین خواص مورد نیاز در الکترودهای گرافیتی میتوان به هدایت الکتریکی در دمای بالا و مقاوت مناسب به خوردگی و اکسیداسیون اشاره کرد. این در گرید UHP در بالاترین حد کیفیتی قرار دارد.
همچنینی قطر الکترودها معمولا بین ۱۵۰ تا ۷۰۰ میلیمتر بوده که نسبت به ساختار کوره انتخاب میشود.
مرحل تولید الکترود :
- مخلوط کردن مواد اولیه
- فرم دادن و اکسترود
- پخت
- اشباع کردن
- گرافیت سازی
- ماشین کاری
جهت تولید الکترود در ابتدا قطران جامد و پترولیم کک خردایش شده و به اندازه دانههای مشخص تبدیل میشوند. سپس به این مخلوط، قطران مایع به عنوان عامل شکلپذیزی و بایندر اضافه میشود. سپس وارد دستگاه اکسترود شده و به شکل و ابعاد مورد نیاز الکترود درخواهد آمد. پس از این مرحله، الکترود خام بدست آمده در داخل کوره تحت دمای ۸۰۰ تا ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد پخت شده و سپس با فرایند فشار خلا یا غوطه وری با قطران مایع اشباع شده . این فرایند باعث کاهش تخلخل ها و افزایش دانسیته و هدایت الکتریکی خواهد شد.
مرحله پنجم که مرحله گرافیت سازی نام دارد تقریبا پراهمیت ترین مرحله اجرایی بوده و باعث ایجاد خواص نهایی مورد نظر در الکترود میباشد.
در این مرحله و در دمای ۳۰۰۰ درجه سانتیگراد، کربن از شکل آمورف به گرافیت با ساختار ورقه ای تبدیل شده که در این ساختار بین هر ۶ اتک کربن پیوند کئووالانس و بین صفحات ۶تایی پیوند واندروالس قرار دارد و به همین خاطر گرافیت بر خلاف الماس هادی الکتریسیته میباشد.در حقبقت بدون انجام این مرحله هدایت الکتریکی در دمای بالا و استحکام مکانیکی مورد نیاز در الکترود بدست نخواهد آمد.
همچنین با نگه داشتن الکترود در این دما ساختار کریستالی گرافیت رشد کرده که باعث افزایش پایداری و استحکام آن خواهد شد. در این فرایند درجه و ریت گرافیته شدن کربن به دو عامل مواد اولیه و دما بستگی دارد. جهت نیل به ساختار گرافیتی مناسب در دمای ۳۰۰۰ درجه سانتیگراد میبایست مقدار ناخالصی های کربن را تا ۱۰۰۰ppm کاهش داد، در مقادیر ناخالصی بیشتر باید دما و زمان پروسه گرافیت سازی افزایش یابد.
نمودار زیر نحوه تبدیل کربن به گرافیت در دماهای مختلف را نشان میدهد:
پس از تولید اکترود، این محصول در بازوهای الکتریکی کوره قوس به صورت سهتایی (در کوره های قوس DC یک الکترود وجود دارد) نصب شده و با ایجاد قوس بین این سه الکترود دمای لازم برای ذوب شارژ موجود در کوره تامین میشود.
همچنین با توجه به مصرف شدن الکترود و کوچک شدن آن و جهت ثابت نگه داشتد قوس در کوره، سیستم جابجایی الکترود وظیفه تنظیم فاصله بین الکترودها را بر عهده دارد.
چه نکاتی در انتخاب صحیح الکترود در کورع و پاتیل کوره ای مهم است :
- میزان هزینه مطلوب.
- نوع و گرید فولاد.
- مقدار مطلوب و هدفگذاری شده جهت مصرف الکترود در هر تن تولید فولاد.
- مقدار مطلوب و هدفگذاری شده جهت مصرف نسوز در هر تن تولید فولاد.
- راندمان تولید مطلوب.
- خوردگی الکترود.
- طراحی کوره.
- توان کوره و جریان عبوری از الکترود.
- نوع شارژ کوره.
- زمانهای تخلیه ذوب مناسب.
- سرباره و سرباره گیری.