Produzione di acciaio con forno elettrico ad arco
La più grande applicazione in termini di volume è la produzione di acciaio con forni elettrici ad arco, che rappresenta circa il 30% della produzione globale di acciaio grezzo. Tre elettrodi forniscono energia direttamente alla carica di rottame e l'arco scioglie i rottami e raffina il bagno. I forni vanno da piccole unità di poche tonnellate ai moderni forni a potenza ultra-elevata-che raggiungono più di 150 tonnellate per calore e gli elettrodi sono dimensionati di conseguenza. Il percorso dell’arco è apprezzato perché può fondere un’elevata percentuale di acciaio riciclato e può essere avviato e interrotto rapidamente per adeguarsi ai prezzi dell’elettricità.
Forni siviera e raffinazione secondaria
Dopo la spillatura, l'acciaio viene spesso riscaldato e legato in un forno a siviera, dove gli elettrodi mantengono la temperatura del fuso e consentono un controllo preciso della composizione. Poiché la siviera è più piccola del forno fusorio e l'arco è schermato da uno strato di scorie, la densità di corrente è inferiore e di solito sono sufficienti diametri più piccoli. Gli elettrodi utilizzati nella raffinazione secondaria devono essere puliti e dimensionalmente stabili, poiché qualsiasi assorbimento di carbonio o perdita di forma influisce sulla qualità finale dell'acciaio.
Forni ad Arco Sommerso e Ferroleghe
I forni ad arco sommerso consumano elettrodi continuamente in una carica che copre l'arco e rappresentano il percorso standard per le ferroleghe come il ferrocromo ad alto contenuto di carbonio, il silicomanganese e il ferrosilicio, nonché il silicio metallico. L'elettrodo qui funziona in un ambiente fortemente riducente e la carica stessa protegge la punta dall'ossidazione. Il consumo è elevato perché il processo viene eseguito ininterrottamente per settimane, quindi gli elettrodi vengono alimentati verso il basso e nuove sezioni vengono aggiunte nella parte superiore della colonna.
Fosforo giallo e carburo di calcio
Due ulteriori industrie di processo si affidano agli elettrodi di grafite per la loro reazione centrale. Il fosforo giallo viene prodotto in un forno elettrico da roccia fosfatica, coke e silice, con gli elettrodi che forniscono sia il calore che l'energia riducente per la reazione. Il carburo di calcio è prodotto in modo simile da calce e coke. In entrambi i casi gli elettrodi funzionano in un forno sigillato o semi-sigillato con una carica altamente reattiva, quindi l'integrità del giunto e la resistenza allo shock termico sono i criteri di selezione decisivi.
Altri usi industriali
Oltre a questi processi su larga-scala, gli elettrodi di grafite vengono utilizzati nei forni ad arco a corrente continua, nelle scorie di titanio e in altre operazioni di fusione, nelle fonderie che fondono cariche di ferro e leghe e in alcuni forni di grafitizzazione e trattamento termico. Gli elettrodi di piccolo-diametro vengono utilizzati anche nei forni ad arco da laboratorio e in alcuni processi elettrochimici. In tutte queste applicazioni si applica la stessa logica: l'elettrodo viene scelto per fornire la corrente richiesta alla temperatura richiesta pur sopravvivendo alle condizioni termiche e chimiche del forno specifico.
Domande frequenti
D: Qual è l'applicazione principale degli elettrodi di grafite?
La produzione di acciaio con forni ad arco elettrico è l'applicazione più ampia, seguita dalla raffinazione della siviera, dai forni ad arco sommerso di ferroleghe e silicio, dalla produzione di fosforo giallo e carburo di calcio.
D: Perché gli elettrodi di grafite vengono utilizzati nella produzione dell'acciaio?
Perché la grafite conduce una corrente molto elevata alla temperatura dell'arco e può sostenere un arco che fonde l'acciaio, cosa che i conduttori metallici non possono fare senza sciogliersi o ammorbidirsi.
D: Gli elettrodi vengono utilizzati nei forni per ferroleghe?
SÌ. I forni ad arco sommerso per ferrocromo, silicomanganese, ferrosilicio e silicio metallico utilizzano elettrodi di grafite in continuo, con la carica che copre l'arco e limita l'ossidazione.
D: In cosa differiscono gli elettrodi del forno siviera dagli elettrodi del forno fusorio?
Solitamente hanno un diametro più piccolo perché l'arco schermato dalle scorie-in una siviera trasporta una densità di corrente inferiore e devono essere particolarmente puliti per evitare la cattura di carbonio nell'acciaio.
D: Gli elettrodi di grafite vengono utilizzati al di fuori della metallurgia?
SÌ. I forni per fosforo giallo e carburo di calcio, la fusione di scorie di titanio, la fusione di fonderia, i forni ad arco a corrente continua e alcuni impianti di trattamento termico dipendono tutti dagli elettrodi di grafite.
D: Cosa determina la dimensione dell'elettrodo per un'applicazione?
La potenza del forno e la corrente richiesta determinano la densità di corrente, che a sua volta determina il diametro e il grado, con forni più grandi-a potenza ultraelevata-che utilizzano gli elettrodi UHP più grandi.