الاستهلاك مصمم وليس عيبًا
يعمل قطب كهربائي لفرن القوس الكهربائي AC أو DC بطرف قوسي أعلى من 3000 درجة مئوية بينما تكون نقطة تسامي الجرافيت 3650 درجة مئوية تقريبًا. يتم اختيار الجرافيت على وجه التحديد لأنه يتحمل تلك البيئة بينما يحمل عدة عشرات من الكيلومبيرات، ولكن لا توجد درجة تنجو منه إلى أجل غير مسمى. عادةً ما يتراوح استهلاك القطب الكهربائي في صناعة الصلب بالقوس الكهربائي بين 1.5-3 كجم لكل طن من الفولاذ السائل، ويتم جدولة الاستبدال مقابل هذا الرقم بدلاً من التسبب في الانهيار.
يتم تقسيم الاستهلاك عادةً إلى استهلاك الطرف عند القوس، واستهلاك الجدار الجانبي على طول العمود، والخسائر الناتجة عن الكسر وفشل المفاصل. يتغير الانقسام من خلال التدريب على الفرن: تعمل عملية -القوس الطويل والرغوة-من الخبث على حرق الجدار الجانبي بشكل أسرع، بينما تعمل عملية القوس القصير-على تركيز الخسارة عند الطرف.
الأكسدة أعلى من 450 درجة مئوية تقريبًا
يتأكسد الجرافيت في الهواء بدرجة حرارة أعلى من 450-500 درجة مئوية تقريبًا، ويظل عمود القطب الكهربي الموجود خارج المنطقة الساخنة عند درجة حرارة عالية أثناء التسخين. تعمل الأكسدة على إزالة الكتلة من الجدار الجانبي، وتقليل المقطع العرضي- الذي يحمل التيار وزيادة كثافة التيار في القسم المتبقي، مما يؤدي بدوره إلى رفع درجة الحرارة المحلية وتسريع المزيد من الخسارة. تعد ممارسة الخبث الرغوي، والألواح المبردة بالماء، والجدران الجانبية المطلية، ودخول الهواء المتحكم فيه في منافذ القطب الكهربائي من التدابير المضادة القياسية.
التدهور الهيكلي والصدمة الحرارية
تنتج دورات التسخين والتبريد المتكررة ضغطًا على سطح القطب، خاصة عندما يكون شحن الخردة أو تغيرات الطاقة مفاجئة. بمجرد أن يتشكل صدع عرضي، قد ينكسر القطب عند ذلك المستوى ويسقط في الذوبان، مما يتسبب في انقطاع التيار الكهربائي، والتقاط الكربون في الحرارة وفقدان الخردة لطول العمود المتبقي. المفاصل هي نقطة الضعف الثانية: فالمفاصل الفضفاضة أو المفرطة في عزم الدوران-تزيد من مقاومة التلامس، وتسخن بشكل زائد محليًا ويمكن أن تفشل في الانحناء.
يساعد الاختبار المادي لما تبقى على فصل المشكلة المادية عن مشكلة الممارسة. يتم قياس الكثافة الظاهرية بموجب ASTM C559، والمقاومة الكهربائية بموجب ASTM C611 ومعامل تمزق الجرافيت الكهربائي بموجب ASTM C1025، مع GB/T 3072 الذي يغطي درجات الأقطاب الكهربائية محليًا. عادةً ما يشير القطب الذي يفشل مبكرًا بالكثافة والمقاومة الطبيعية إلى ممارسة الفرن بدلاً من القطب الكهربائي نفسه.
| ملكية | نطاق UHP النموذجي | طريقة الاختبار |
|---|---|---|
| الكثافة الظاهرية | 1.68-1.74 جم/سم3 | أستم C559 |
| المقاومة الكهربائية المحددة | 5-6.5 ميكرو أوم متر | أستم C611 |
| معامل التمزق | 10-14 ميجا باسكال | أستم C1025 |
| مرض الاعتلال الدماغي المزمن (100-600 درجة مئوية) | حوالي 1.0-1.3×10-6/ك | قياس التوسع |
انخفاض الأداء الكهربائي
ومع استهلاك العمود، يجب أن يحمل القسم المتبقي نفس التيار. ويرتفع التسخين المقاوم مع مربع كثافة التيار، وبالتالي يصبح القطب الأرق أكثر سخونة، ويتأكسد بشكل أسرع، ويستهلك طاقة أكبر لكل طن من الفولاذ. في مرحلة ما يصل الفرن إلى حد حيث لا يستطيع القطب الكهربائي الاحتفاظ بالتيار المبرمج دون ارتفاع درجة حرارة المفصل، ويتم استبدال العمود عند توقف مجدول بدلاً من انتظار الفشل.
التلوث وجودة المنتج
يمكن أن تلتقط الأقطاب الكهربائية التلوث الناتج عن تناثر الخبث أو انهيار الطلاء أو من التعامل مع التلف. يُدخل القطب الملوث أو المتكسر المضاف إلى العمود مادة ليست جزءًا من مواصفات الجرافيت المقصودة، وفي درجات الحرارة الحرجة يمكن أن يؤثر ذلك على التحكم في الكربون أو جودة السطح. تتطلب أنظمة الجودة والسلامة عادةً إزالة هذه الأقطاب الكهربائية بدلاً من استخدامها حتى نهاية عمرها الافتراضي.
من وجهة نظر الشراء، يعد تكرار الاستبدال هو الناتج العملي لممارسة الصف والقطر والأفران. عادةً ما يسجل المشترون الذين يتتبعون تكلفة طن الفولاذ استهلاك القطب الكهربائي ومعدل الكسر لكل طن وفشل المفاصل بشكل منفصل، لأن الثلاثة يستجيبون لإجراءات تصحيحية مختلفة.
الأسئلة المتداولة
Q:ما الذي يحدد بشكل رئيسي عمر قطب الجرافيت؟
ج: تهيمن أكسدة الجدار الجانبي واستهلاك الطرف، يليهما الكسر الناتج عن الصدمة الحرارية وفشل المفاصل. ممارسة الفرن، وطول القوس، والتحكم في رغوة الخبث، جميعها تعمل على تحويل هذه الخسائر.
Q:في أي درجة حرارة يبدأ قطب الجرافيت في الأكسدة؟
ج: تصبح الأكسدة مهمة في الهواء فوق حوالي 450-500 درجة مئوية، أي أقل بكثير من درجة حرارة القوس عند الطرف. لذلك فإن حماية الجدار الجانبي مهمة طوال فترة الحرارة.
Q:ما هي كمية القطب الكهربائي المستهلكة لكل طن من الفولاذ؟
ج: عادة 1.5-3 كجم لكل طن من الفولاذ السائل. يعكس الطرف السفلي الممارسة الجيدة مع الأقطاب الكهربائية المطلية وبرامج الطاقة المستقرة.
Q:ما هي الاختبارات التي تتحقق من جودة القطب الكهربائي؟
ج: الكثافة الظاهرية وفقًا لمعيار ASTM C559، والمقاومة الكهربائية وفقًا لمعيار ASTM C611 ومعامل التمزق وفقًا لمعيار ASTM C1025 هي فحوصات المواد المعتادة، مع تغطية متطلبات الدرجة بواسطة GB/T 3072.
Q:هل لا يزال من الممكن استخدام القطب المتصدع؟
ج: يمكن في بعض الأحيان تقصيره وإعادة استخدامه أسفل الشق، ولكن يجب إعادة ربط الطول المتبقي-بشكل صحيح. إن استخدام عمود متصدع في حرارة حرجة قد يؤدي إلى حدوث كسر وارتفاع الكربون في الذوبان.
