Tipo, desempenho e utilização do eletrodo
Tipo de eletrodo
Os eletrodos carbonáceos podem ser classificados em eletrodos de carbono, eletrodos de grafite e eletrodos autoaquecíveis, de acordo com suas aplicações e processos de fabricação.
O eletrodo de carbono é feito de antracito com baixo teor de cinzas, coque metalúrgico, coque de piche e coque de petróleo. É composto por uma determinada proporção e tamanho de partícula. Ao adicionar o aglutinante asfalto e alcatrão, a mistura é homogeneizada e agitada a uma temperatura adequada. Forma-se o eletrodo e, finalmente, realiza-se a calcinação lenta em um forno. Pode ser classificado em eletrodos de grafite natural, eletrodos de grafite artificial, eletrodos de carbono e eletrodos de carbono especiais.
O eletrodo de grafite (grafiteelectrode) é feito de coque de petróleo e coque de piche como matéria-prima, e então colocado em um forno de resistência elétrica de grafitização a uma temperatura de 2273~2773K, sendo transformado em um eletrodo de grafite por meio do processo de grafitização. O eletrodo de grafite é ainda classificado nos seguintes tipos.
O eletrodo de grafite de potência comum permite o uso de eletrodos de grafite com densidade de corrente inferior a 17 A/cm² e é utilizado principalmente em fornos elétricos de potência comum, como os utilizados na fabricação de aço, refino de silício e fosfatização.
A superfície do eletrodo de grafite com revestimento antioxidante é revestida com uma camada protetora (antioxidante para eletrodo de grafite) que é condutora e resistente à oxidação em altas temperaturas, o que reduz o consumo do eletrodo durante a fabricação de aço (19% a 50%) e prolonga a vida útil do eletrodo (22% a 60%), reduzindo o consumo de energia do eletrodo.
O eletrodo de grafite de alta potência permite o uso de eletrodos de grafite com densidade de corrente de 18 a 25 A/cm², sendo utilizado principalmente em fornos elétricos a arco de alta potência para a produção de aço.
Eletrodos de grafite de ultra-alta potência permitem o uso de eletrodos de grafite com densidades de corrente superiores a 25 A/cm². São utilizados principalmente em fornos elétricos a arco de ultra-alta potência para a fabricação de aço.
O eletrodo auto-cozido (selfbakingelectrode) utiliza antracito, coque, betume e alcatrão como matérias-primas, formando uma pasta de eletrodo a uma determinada temperatura. Essa pasta é então inserida em um invólucro de eletrodo previamente montado em um forno elétrico (como mostrado na Figura 1). No processo de produção em forno elétrico, o calor Joule gerado pela passagem da corrente elétrica e o calor de condução no interior do forno promovem a auto-sinterização e a formação de coque. Tal eletrodo pode ser utilizado continuamente e pode ser moldado pela junção das bordas longitudinais, sendo posteriormente sinterizado em um diâmetro maior. O eletrodo auto-cozido é amplamente utilizado na produção de ferro-ligas devido à sua simplicidade de processo e baixo custo.
Figura 1. Diagrama esquemático da carcaça do eletrodo.
1-invólucro do eletrodo; 2-peça da costela; 3-língua triangular
Principais características técnicas do eletrodo
O material do eletrodo deve apresentar as seguintes propriedades físico-químicas:
A condutividade é melhor, a resistividade é menor, reduzindo a perda de energia elétrica, a queda de tensão na rede de curto-circuito e aumentando a tensão efetiva para aumentar a potência da poça de fusão;
O ponto de fusão é alto;
O coeficiente de expansão térmica é pequeno, quando a temperatura muda rapidamente, não se deforma facilmente, e a tensão interna causada pela mudança de temperatura não consegue gerar microfissuras para aumentar a resistência;
Possuir resistência mecânica suficiente em altas temperaturas;
Os níveis de impurezas são baixos e não contaminam a fundição.
As principais propriedades técnicas do eletrodo de carbono, do eletrodo de grafite e do eletrodo autoaquecível são mostradas na Tabela 1 e nas Figuras 2 e 3.
Tabela 1 Desempenho técnico do eletrodo
Figura 2. Variação da resistividade do eletrodo de carbono e do eletrodo de grafite com a temperatura.
Figura 3. Condutividade térmica de eletrodos de carbono e grafite em função da temperatura.
Seleção de eletrodos na indústria de ferro-ligas
Eletrodos autoaquecíveis são amplamente utilizados na fundição de ligas de ferro, refino de ferrossilício, ligas de silício-cromo, ligas de manganês-silício, ferromanganês com alto teor de carbono, ferrocromo com alto teor de carbono, ferromanganês com teor médio e baixo de carbono, ferrocromo com teor médio e baixo de carbono, ligas de silício-cálcio e tungstênio-ferro. Esses eletrodos tendem a aumentar a produção de ligas, convertendo ferro em carbono e produzindo ligas de ferro e metais puros com baixíssimo teor de carbono. Para ferrocromo com alto teor de carbono, silício industrial e manganês metálico, devem ser utilizados eletrodos de carbono ou grafite.
电极的种类、性能及其用途
电极种类
碳质电极按其用途及制作工艺不同可分为碳素电极、石墨电极和自焙电极三种。
碳素电极(eletrodo de carbono)是以低灰分的无烟煤、冶金焦、沥青焦和石油焦为原料,按一定的比例和粒度组成.青和焦油,在适当的温度下搅拌均匀后压制成形,最后在焙烧炉中缓慢焙烧制得。可分为天然石墨电极、人造石墨电极、碳电极以及特种碳素电极四类。
石墨电极(eletrodo de grafite)以石油焦和沥青焦为原料制成碳素电极，再放到温度为2273〜2773K的石墨化电阻炉中，经石墨化而制成石墨电极„石墨电极又分为以下几种。
普通功率石墨电极允许使用电流密度低于17A/cm2的石墨电极，主要用于炼钢、炼硅、炼黄磷等的普通功率电炉。
抗氧化涂层石墨电极表面涂覆既能导电又耐高温氧化的保护层(石墨电极抗氧化剂),降低炼钢时的电极消耗(19%〜50%),延长电极的使用寿命(22%〜60%),降低电极的电能消耗。
高功率石墨电极允许使用电流密度为18〜25A/cm2的石墨电极,主要用于炼钢的高功率电弧炉。
超高功率石墨电极允许使用电流密度大于25A/ cm2.
自焙电极(selfbakingelectrode)用无烟煤、焦炭以及沥青和焦油为原料，在一定温度下制成电极糊,然后把电极糊装入已安装在电炉上的电极壳中(如图1所示),在电炉生产过程中依靠电流通过时所产生的焦耳热和炉内传导热,自行烧结焦化。这种电极可连续使用,边使用边接长边给结成形,且可焙烧成大直径的。自焙电极不仅工艺简单，成本也低，因此被广泛用于铁合金生产。
图1 电极壳示意图
1-电极壳;2-筋片；3-三角形舌片
电极的主要技术性能
电极材料应具有下列物理化学特性:
导电性要好，电阻率要小，以减少电能的损失，减少短网压降，提高有效电压，以提高熔池功率;
熔点要高;
热膨胀系数要小，当温度急变时，不易变形，不能因温度变化带来的内应力产生细小的裂缝增加电阻;
高温下要有足够的机械强度;
杂质要低,而且杂质不污染所冶炼的品种。
碳素电极、石墨电极和自焙电极的主要技术性能如表1和图2、图3所示。
表1 电极技术性能
图2 碳素电极和石墨电极电阻率随温度的变化情况
图3 碳素电极和石墨电极热导率随温度的变化情况
铁合金工业中电极的选用
自焙电极广泛用于铁合金冶炼，炼制硅铁、硅铬合金、锰硅合金、高碳锰铁、高碳铬铁、中低碳锰铁、中低碳铬铁、硅钙合金、钨铁等。自焙电极易使生产合金增碳，铁皮带入碳，生产含碳很低的铁合金和纯金属,如果碳铬铁、工业硅和金属锰应采用碳素电极或石墨电极。
Data da publicação: 18/11/2019