Électrodes en graphite haute-puissance : caractéristiques, avantages et performances du four
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La colonne d'électrodes dans un four à arc électrique
Une électrode en graphite est la-colonne porteuse de courant qui transporte l'arc dans un four à arc électrique. L'énergie électrique entre par l'électrode, est convertie en un arc à la pointe et fait fondre les débris ou la charge en dessous ; l'électrode elle-même doit laisser passer un courant très important à haute température tout en résistant à l'oxydation, aux chocs thermiques et aux contraintes mécaniques. Étant donné que la colonne d'électrodes est le consommable le plus cher dans un four à arc, sa qualité, la qualité de ses joints et la manière dont elle est manipulée déterminent à la fois la consommation d'énergie par tonne d'acier et le nombre de reconstructions de colonne au cours d'une campagne.
Qualités de puissance standard, haute-puissance et ultra-haute-puissance
Les électrodes sont classées selon la densité de courant qu'elles sont conçues pour transporter. Une électrode de puissance -normale (RP) convient aux fours conventionnels, une électrode de haute-puissance (HP) est conçue pour une densité de courant plus élevée et un cycle thermique plus sévère, et une électrode de puissance ultra-haute-puissance (UHP) sert les fours les plus grands et les plus exigeants. La qualité de puissance élevée-est la bête de somme des fours modernes de taille moyenne et grande : une porosité inférieure des matières premières-et une structure plus dense maintiennent le chemin du courant stable, tandis que les propriétés thermiques améliorées tolèrent les fréquents cycles de mise hors tension, de charge et de mise sous tension d'un atelier de fusion moderne.
Gamme de propriétés typique par catégorie
Le tableau donne les bandes de propriété normalement cotées pour les trois grades ; ce sont les valeurs confirmées sur le rapport d'essai du fournisseur qui comptent.
| Propriété | PR | HP | UHP |
|---|---|---|---|
| Résistivité (µΩ·m) | 7.5–8.5 | 6.0–7.0 | 4.5–6.0 |
| Résistance à la flexion (MPa) | 8–10 | 10–12 | 12–16 |
| Densité apparente (g/cm³) | 1.55–1.60 | 1.60–1.66 | 1.66–1.72 |
| Coefficient de dilatation thermique (10⁻⁶/K) | 2.4–2.8 | 2.2–2.5 | 1.5–2.0 |
| Module de Young (GPa) | 9–12 | 10–13 | 12–16 |
| Teneur en cendres (%) | Inférieur ou égal à 0,5 | Inférieur ou égal à 0,3 | Inférieur ou égal à 0,2 |
| Densité de courant (A/cm²) | 15–20 | 18–25 | 25–30 |
Pourquoi le niveau haute-puissance est plus performant ?
Conductivité plus élevée :la qualité est fabriquée à partir de coke d'aiguilles et de brai de liant de haute pureté sélectionnés, graphitisés à haute température, de sorte que la résistivité est faible et qu'un courant important peut être transporté avec moins de chauffage résistif ; cela réduit l'énergie qui serait autrement perdue dans la colonne plutôt que délivrée à l'arc.
Meilleure résistance à l’usure :le contact avec la charge, la rupture de l'électrode au niveau du joint et l'action érosive des scories consomment tous du graphite, et un corps plus dense et plus résistant-s'érode plus lentement, donc moins de mètres de colonne sont consommés par chaleur.
Meilleure stabilité thermique :le faible coefficient de dilatation et la conductivité thermique améliorée réduisent la contrainte différentielle produite par un chauffage et un refroidissement rapides, qui sont le mécanisme à l'origine de la fissuration thermique et de l'écaillage de la pointe.
Diminution des pertes en cendres et oxydantes :une faible teneur en cendres maintient la masse fondue plus propre et le traitement de la surface de la colonne contre l'oxydation limite la combustion des parois latérales au-dessus d'environ 500 degrés dans l'air.
Joints, manutention et contrôle des consommations
La plupart des défaillances des électrodes commencent au niveau de l’articulation plutôt qu’au niveau du corps. Les électrodes sont assemblées avec des raccords coniques, 3 fils par pouce sur les qualités de puissance normales et élevées -et 4 fils par pouce sur les qualités de puissance ultra-haute-, et le joint doit être nettoyé, serré correctement et maintenu exempt de poussière. La colonne est ensuite manipulée avec la position de serrage correcte, évitant ainsi les chocs lors du chargement des ferrailles. La consommation est normalement mesurée en kilogrammes d'électrode par tonne d'acier, et un chiffre en hausse indique généralement une oxydation, une mauvaise composition des joints-, une densité de courant excessive ou une mauvaise pratique de charge plutôt que la nuance elle-même.
Points de commande pour les acheteurs d’électrodes
Spécifiez la qualité, le diamètre nominal (les tailles courantes vont d'environ 150 mm à 700 mm), la longueur, le type de raccord et le pas de filetage, et demandez le rapport d'essai couvrant la résistivité, la résistance à la flexion, la densité apparente, la dilatation thermique et les cendres. Les électrodes sont fournies avec un emballage de protection qui doit rester en place jusqu'à ce que la colonne soit construite, et elles doivent être stockées sur un support sec, loin du sol, car un joint humide ou poussiéreux est la cause la plus fréquente de rupture de colonne au cours de la première semaine d'utilisation.
Foire aux questions
Q : Qu'est-ce qui différencie une électrode à haute-puissance d'une électrode à puissance-normale ?
Une résistivité plus faible, une résistance à la flexion plus élevée, une densité plus élevée et un coefficient de dilatation thermique plus faible, qui ensemble lui permettent de transporter plus de courant par unité de surface et de survivre à des cycles thermiques plus sévères.
Q : Quelles applications conviennent au niveau de puissance élevé ?
Fours à arc électrique de taille moyenne et grande, fours à poche et unités de fusion à haute fréquence-où la densité de courant est élevée et où le four est allumé et éteint fréquemment en raison de la chaleur.
Q : Pourquoi la qualité des électrodes affecte-t-elle la consommation d'énergie ?
Étant donné que chaque ohm de résistance de colonne transforme l'énergie électrique en chaleur à l'intérieur de l'électrode plutôt qu'au niveau de l'arc, un niveau de résistivité -inférieur fournit une plus grande partie de l'énergie mesurée à la ferraille.
Q : Qu’est-ce qui cause la consommation et la casse des électrodes ?
Sublimation de la pointe,-oxydation des parois latérales au-dessus d'environ 500 degrés, dommages aux articulations lors du maquillage-et choc mécanique pendant la charge ; une meilleure sélection des notes et une meilleure pratique commune attaquent les quatre.
Q : Comment les électrodes de graphite doivent-elles être stockées ?
Debout ou sur un rack-construit à cet effet dans un endroit sec et aéré, au-dessus du sol et à l'abri de la poussière, avec la garniture laissée en place et les filetages des embouts protégés jusqu'à ce que la colonne soit assemblée.
Q : Le corps de l’électrode peut-il être réparé après un dommage ?
Les dommages locaux aux joints peuvent être réparés en coupant l'extrémité endommagée et en-en usinant à nouveau une nouvelle douille, à condition que la longueur restante convienne toujours au four ; les fissures et l’effritement de la carrosserie ne peuvent pas être réparés de manière économique.
