ในอุตสาหกรรมเตาหลอมอาร์คใต้น้ำ ควรใช้งานอิเล็กโทรดคาร์บอน อิเล็กโทรดกราไฟต์ และอิเล็กโทรดแบบอบตัวเองอย่างไรให้ถูกต้อง?

ประเภท ประสิทธิภาพ และการใช้งานของอิเล็กโทรด

ประเภทอิเล็กโทรด

อิเล็กโทรดคาร์บอนสามารถจำแนกได้เป็นอิเล็กโทรดคาร์บอน อิเล็กโทรดกราไฟต์ และอิเล็กโทรดแบบอบตัวเอง ตามการใช้งานและกระบวนการผลิต

อิเล็กโทรดคาร์บอนทำจากถ่านหินแอนทราไซต์ที่มีเถ้าต่ำ โค้กโลหะวิทยา โค้กน้ำมันดิน และโค้กปิโตรเลียม โดยมีสัดส่วนและขนาดอนุภาคที่แน่นอน เมื่อเติมสารยึดเกาะ เช่น แอสฟัลต์และน้ำมันดินลงไป จะผสมให้เข้ากันและคนอย่างสม่ำเสมอที่อุณหภูมิที่เหมาะสม จากนั้นจึงนำไปขึ้นรูปและเผาอย่างช้าๆ ในเตาเผา สามารถแบ่งออกเป็นอิเล็กโทรดกราไฟต์ธรรมชาติ อิเล็กโทรดกราไฟต์สังเคราะห์ อิเล็กโทรดคาร์บอน และอิเล็กโทรดคาร์บอนชนิดพิเศษ

ขั้วไฟฟ้ากราไฟต์ (graphite electrode) ผลิตจากปิโตรเลียมโค้กและพิทช์โค้กเป็นวัตถุดิบ จากนั้นนำไปอบในเตาเผาไฟฟ้าแบบต้านทานความร้อนที่อุณหภูมิ 2273~2773K เพื่อให้ได้ขั้วไฟฟ้ากราไฟต์โดยกระบวนการกราไฟต์ ขั้วไฟฟ้ากราไฟต์ยังแบ่งออกเป็นประเภทต่างๆ ดังต่อไปนี้

ขั้วไฟฟ้ากราไฟต์กำลังทั่วไปช่วยให้สามารถใช้ขั้วไฟฟ้ากราไฟต์ที่มีความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าน้อยกว่า 17 A/cm² ได้ และส่วนใหญ่ใช้สำหรับเตาไฟฟ้ากำลังทั่วไป เช่น การผลิตเหล็ก การกลั่นซิลิคอน และการฟอกฟอสฟอรัส

พื้นผิวของอิเล็กโทรดกราไฟต์เคลือบสารป้องกันการเกิดออกซิเดชันนั้นถูกเคลือบด้วยชั้นป้องกัน (สารต้านอนุมูลอิสระสำหรับอิเล็กโทรดกราไฟต์) ซึ่งมีคุณสมบัติเป็นตัวนำไฟฟ้าและทนต่อการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง ช่วยลดการสิ้นเปลืองอิเล็กโทรดในระหว่างการผลิตเหล็ก (19%~50%) และยืดอายุการใช้งานของอิเล็กโทรด (22%~60%) พร้อมทั้งลดการใช้พลังงานของอิเล็กโทรด

ขั้วไฟฟ้ากราไฟต์กำลังสูงช่วยให้สามารถใช้ขั้วไฟฟ้ากราไฟต์ที่มีความหนาแน่นกระแสไฟฟ้า 18 ถึง 25 A/cm2 ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในเตาหลอมไฟฟ้ากำลังสูงสำหรับการผลิตเหล็กกล้า

ขั้วไฟฟ้ากราไฟต์กำลังสูงพิเศษช่วยให้สามารถใช้ขั้วไฟฟ้ากราไฟต์ที่มีความหนาแน่นกระแสไฟฟ้ามากกว่า 25 A/cm² ได้ โดยส่วนใหญ่ใช้ในเตาหลอมไฟฟ้ากำลังสูงพิเศษในการผลิตเหล็กกล้า

อิเล็กโทรดอบตัวเอง (self-baking electrode) ใช้ถ่านหินแอนทราไซต์ โค้ก บิทูเมน และน้ำมันดินเป็นวัตถุดิบ โดยนำมาทำเป็นเนื้ออิเล็กโทรดที่อุณหภูมิที่กำหนด แล้วบรรจุลงในปลอกอิเล็กโทรดที่ติดตั้งบนเตาไฟฟ้า (ดังแสดงในรูปที่ 1) ในกระบวนการผลิตด้วยเตาไฟฟ้า ความร้อนจูลที่เกิดจากการไหลของกระแสไฟฟ้าและความร้อนจากการนำความร้อนในเตาจะทำให้เกิดการเผาผนึกและเกิดโค้กขึ้นเอง อิเล็กโทรดดังกล่าวสามารถใช้งานได้อย่างต่อเนื่อง และสามารถขึ้นรูปได้โดยการเชื่อมต่อขอบด้านยาวเข้าด้วยกัน และสามารถเผาให้มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ได้ อิเล็กโทรดอบตัวเองถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตเฟอร์โรอัลลอย เนื่องจากกระบวนการที่ง่ายและต้นทุนต่ำ

รูปที่ 1 แผนภาพแสดงโครงสร้างของเปลือกอิเล็กโทรด

1-เปลือกอิเล็กโทรด; 2-ชิ้นส่วนซี่โครง; 3-ลิ้นรูปสามเหลี่ยม

ประสิทธิภาพทางเทคนิคหลักของอิเล็กโทรด

วัสดุอิเล็กโทรดควรมีคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีดังต่อไปนี้:

ยิ่งค่าการนำไฟฟ้าดีขึ้น ค่าความต้านทานยิ่งน้อยลง การสูญเสียพลังงานไฟฟ้าก็จะยิ่งน้อยลง แรงดันตกคร่อมในวงจรลัดก็จะยิ่งน้อยลง และแรงดันไฟที่มีประสิทธิภาพก็จะยิ่งมากขึ้น ส่งผลให้กำลังไฟฟ้าในบ่อหลอมเพิ่มขึ้น

จุดหลอมเหลวสูง

เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนมีค่าน้อย เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วจึงไม่เสียรูปทรงได้ง่าย และความเครียดภายในที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิจะไม่ก่อให้เกิดรอยแตกเล็กๆ เพื่อเพิ่มความต้านทาน

มีความแข็งแรงเชิงกลเพียงพอที่อุณหภูมิสูง

ปริมาณสิ่งเจือปนต่ำ และสิ่งเจือปนเหล่านั้นไม่ทำให้โลหะหลอมเหลวปนเปื้อน

คุณสมบัติทางเทคนิคหลักของอิเล็กโทรดคาร์บอน อิเล็กโทรดกราไฟต์ และอิเล็กโทรดอบตัวเอง แสดงไว้ในตารางที่ 1 และรูปที่ 2 และ 3

ตารางที่ 1 ประสิทธิภาพทางเทคนิคของอิเล็กโทรด

รูปที่ 2 การเปลี่ยนแปลงความต้านทานของอิเล็กโทรดคาร์บอนและอิเล็กโทรดกราไฟต์ตามอุณหภูมิ

รูปที่ 3 ค่าการนำความร้อนของอิเล็กโทรดคาร์บอนและกราไฟต์เป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิ

การเลือกใช้อิเล็กโทรดในอุตสาหกรรมโลหะผสมเหล็ก

อิเล็กโทรดแบบอบตัวเองได้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการถลุงโลหะผสมเหล็ก การกลั่นเฟอร์โรซิลิคอน โลหะผสมซิลิคอนโครเมียม โลหะผสมแมงกานีสซิลิคอน เฟอร์โรแมงกานีสคาร์บอนสูง เฟอร์โรโครมคาร์บอนสูง เฟอร์โรแมงกานีสคาร์บอนปานกลางและต่ำ เฟอร์โรโครมคาร์บอนปานกลางและต่ำ โลหะผสมซิลิคอนแคลเซียม และทังสเตนเหล็ก อิเล็กโทรดแบบอบตัวเองได้มีแนวโน้มที่จะเพิ่มการผลิตโลหะผสม เปลี่ยนเหล็กให้เป็นคาร์บอน และผลิตโลหะผสมเหล็กและโลหะบริสุทธิ์ที่มีปริมาณคาร์บอนต่ำมาก หากใช้เฟอร์โรโครมคาร์บอน ซิลิคอนอุตสาหกรรม และโลหะแมงกานีส ควรใช้อิเล็กโทรดคาร์บอนหรือกราไฟต์

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(คาร์บอนอิเล็กโทรด)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.混合时加入黏结剂沥青和焦油，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(graphiteelectrode)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เลดี้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的石墨电极。主要用于超高功率炼钢电弧炉。

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image1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。