Eletrodos de grafite na siderurgia EAF: seleção de classe e controle de consumo

Um aço de fusão em forno elétrico a arco utiliza eletrodo de grafite UHP para serviço EAF de 18 a 25 A/cm² com CTE de 1,1–1,5 ×10⁻⁶/grau, geralmente em diâmetros de 400 mm a 600 mm em um niple T4 ou T5. A escolha de HP ou um diâmetro menor limita a potência que você pode empurrar através da coluna, e essa tampa aparece diretamente no tempo de toque a toque.

A resposta segue do transformador. Um forno elétrico a arco operando em alta ou ultra-alta potência fica na faixa UHP, e a coluna deve ser dimensionada para que sua densidade de corrente permaneça dentro de 18–25 A/cm² na corrente operacional do forno. UHP é especificado porque a classe mantém CTE em 1,1–1,5 × 10⁻⁶/ grau e resistividade igual ou inferior a 6,5 ​​μΩ·m - as duas propriedades que permitem que uma coluna grande sobreviva a repetidos ataques de arco sem lascar na superfície ou rachar na junta.

O diâmetro é então uma consequência e não uma escolha livre. NossoEletrodo de grafite UHP de 600 mmé o tamanho geralmente especificado quando o transformador empurra a corrente operacional em direção ao topo da banda UHP, porque uma seção transversal maior transporta mais corrente na mesma densidade. Uma coluna de 400 mm no mesmo transformador seria solicitada a fornecer uma densidade mais alta do que a banda permite, e o modo de falha é uma interrupção em vez de uma redução elegante.

Vale a pena afirmar claramente dois limites. Primeiro, um forno cujo nível de potência esteja na faixa HP não é melhorado com a instalação de UHP: a coluna funcionaria abaixo de 18 A/cm² e o comprador paga pela margem CTE que o processo nunca utiliza. Em segundo lugar, um forno que foi projetado para um diâmetro específico não pode simplesmente aceitar um maior - o mastro, o sistema de fixação e o deslocamento da coluna são construídos em torno do diâmetro, de modo que a ordem dos eletrodos segue o projeto do forno em vez de precedê-lo.

As atribuições de classificação típicas entre os tipos de forno são assim.

A linha EAF é sobre a qual esta página se trata. Os outros dois parecem apenas traçar o limite: um EAF que se comporta como um forno panela em seu perfil de potência é um caso diferente, e é abordado onde os fornos panela são discutidos.

O eletrodo em um EAF não é um condutor passivo. É um consumível que transporta simultaneamente corrente, irradia calor e é corroído pelo arco que cria, e a compreensão de qual desses três é dominante indica de onde vem o custo.

O arco se forma entre a ponta do eletrodo e a sucata ou o fundido. A ponta atinge temperaturas muito altas e o grafite sublima em vez de derreter – razão pela qual o consumo de eletrodo em um EAF é medido como uma perda de comprimento e diâmetro, e não como um desgaste na superfície de contato. A taxa dessa perda depende de quanta energia o arco está fornecendo e de quanta energia a coluna está absorvendo.

A resistividade governa essa divisão. Cada microhm-centímetro de resistividade ao longo da coluna transforma a energia fornecida em calor dentro do grafite, e não em calor no arco, e esse aquecimento interno é o que impulsiona a oxidação da ponta e a perda da parede lateral. Este é o mecanismo por trás da especificação UHP de 6,5 μΩ·m ou inferior: não é um marcador abstrato de qualidade, é o número que determina quanto da potência do forno chega à sucata.

CTE governa a outra metade do problema. Cada calor submete a coluna a um ciclo térmico, e a expansão por grau de temperatura define a tensão na junta e em qualquer falha superficial. UHP em 1,1–1,5 ×10⁻⁶/grau fornece a margem mais ampla dos três graus, o que é mais importante no momento em que o arco atinge e no momento em que ele para, quando o gradiente de temperatura ao longo da coluna é mais acentuado.

A densidade atual fica acima de ambos. É a corrente por unidade de área, e empurrá-la acima do topo da faixa de classificação acelera a perda da ponta e aumenta a probabilidade de fratura da articulação. As faixas publicadas - abaixo de 17 A/cm² para RP, 17–22 A/cm² para HP, 18–25 A/cm² para UHP - descrevem a faixa na qual cada classe é projetada para operar, e a densidade de corrente típica recomendada varia de acordo com o diâmetro e o tipo de forno.

Três perfis de carga de forno cobrem quase todos os EAF em serviço, e cada um mapeia para uma resposta diferente.

Um forno de alta potência com transformador dimensionado para derreter em um ciclo curto tap-to-tap pertence ao UHP, 18–25 A/cm², no maior diâmetro que o mastro aceita. Esta é a configuração padrão para a siderurgia moderna, e a faixa de 400 a 600 mm é onde fica a maior parte do volume, portanto, a escolha entre umEletrodo de grafite de 400 mme uma coluna de 600 mm é fixada pelo mastro e pelo transformador e não por preferência.

Um forno de potência média que derrete, mas não executa o programa agressivo de potência de uma oficina de alta potência, pode ficar na faixa HP, 17–22 A/cm². O mesmo forno físico pode ser construído com qualquer classe, dependendo de como o operador o opera, razão pela qual o transformador e a prática operacional devem ser lidos em conjunto, e não apenas na placa de identificação.

Um forno usado para aço especial com longos períodos de refino passa mais tempo mantendo do que fundindo, e seu funcionamento efetivo está mais próximo da faixa HP, mesmo quando a placa de identificação sugere o contrário. A mesma lógica explica por que os fornos-panela, que apenas retêm e reaquecem, têm HP entre 17 e 22 A/cm²: o ciclo de calor é mais curto e menos violento, e a densidade de corrente necessária é menor.

A regra válida para todos os três perfis é que a nota segue o ponto de serviço e não a autodescrição da loja. Uma usina que se autodenomina uma oficina de alta potência, mas opera seu forno em um ponto de serviço HP, deveria comprar HP, e dizer isso claramente é mais útil para um comprador do que outra tabela de categorias de placas de identificação.

O consumo de eletrodo de grafite na siderurgia EAF tem três fontes, e apenas uma delas está totalmente nas mãos do comprador. Deliberadamente, não publicamos taxas de consumo em quilogramas por tonelada de aço, porque esses números são específicos de um forno, de uma combinação de cargas e de uma prática operacional, e citar um número geral seria uma fabricação disfarçada de dados.

A perda de gorjeta é a primeira fonte. A ponta do eletrodo sublima à medida que o arco queima, e a taxa depende da densidade da corrente e da quantidade de oxigênio que atinge a ponta. O comprador controla-o através da densidade da corrente - permanecendo dentro da faixa de teor em vez de empurrar para o topo - e através da prática de escória espumosa, que protege a ponta da atmosfera.

A oxidação da parede lateral é a segunda. O oxigênio na atmosfera do forno ataca a coluna acima da linha de escória e a perda acelera onde quer que a superfície esteja quente. O comprador controla isso através da prática de escória, através da vedação ao redor do teto do forno e não aquecendo a coluna mais do que o processo exige - o que retorna à resistividade e à densidade de corrente.

Breakage é o terceiro e o mais caro por evento. Uma coluna quebrada diminui o calor e muitas vezes danifica o equipamento circundante. Suas causas são mecânicas e não térmicas: uma junta que não foi apertada de acordo com a especificação correta, um bico que não corresponde ao soquete, uma coluna que caiu durante o carregamento ou uma carga residual que caiu no eletrodo. O comprador o controla por meio de disciplina e inspeção de entrada, e não por meio de especificações.

O padrão que vale a pena internalizar é que a especificação controla duas das três fontes e a disciplina controla a terceira. Comprar um grau mais alto não pode compensar uma prática de cobrança que deixa cair sucata pesada na coluna, e nenhum manuseio cuidadoso resgatará uma coluna permanentemente acima de sua faixa de densidade atual.

A inspeção de entrada em uma EAF é rápida se os documentos estiverem corretos, porque as verificações que importam são aquelas que o COA já reporta.

A resistividade contra ASTM C611 é a primeira. Para UHP, deve ser igual ou inferior a 6,5 ​​μΩ·m, e o certificado deve nomear o método em vez de descrever o resultado qualitativamente. A densidade aparente igual ou superior a 1,68 g/cm³ e a resistência à flexão igual ou superior a 11,0 MPa para UHP são as duas próximas, sendo a resistência à flexão a propriedade que prevê mais diretamente se uma coluna sobrevive ao manuseio e ao carregamento.

Cinzas iguais ou inferiores a 0,5% são importantes por um motivo que é fácil de ignorar: as cinzas são a fração sem carbono e afetam tanto o comportamento de oxidação da ponta quanto a extensão com que o eletrodo contribui com material indesejado para o fundido. Para uma oficina que fabrica aço limpo, essa é uma consideração metalúrgica, não apenas uma linha de especificação.

CTE em 1,1–1,5 ×10⁻⁶/ grau para UHP fecha o conjunto. Como o CTE nem sempre é relatado em cada COA, a verificação prática consiste em confirmar se o valor é declarado para o lote, em vez de cotado como um valor típico de classificação, e compará-lo com o lote anterior do mesmo fornecedor, em vez de apenas com a especificação.

Oeletrodo de grafite COAAs verificações que as siderúrgicas executam nos eletrodos recebidos vão além desses cinco em uma auditoria completa, mas cinco é o mínimo de trabalho para uma remessa de rotina. Qualquer coisa que chegue sem número de lote, ou com um COA que relate resultados sem métodos, é uma remessa que você não pode testar.

Qual classe as siderúrgicas EAF usam?

Fornos elétricos a arco de alta e ultra-alta potência usam UHP, na faixa de 18–25 A/cm², com CTE de 1,1–1,5 ×10⁻⁶/ grau e resistividade igual ou inferior a 6,5 ​​μΩ·m. Fornos de potência média executando um programa de potência mais suave podem usar HP de 17–22 A/cm². A classificação segue o ponto de operação definido pelo transformador e pela prática operacional, e não pela placa de identificação da oficina.

Qual diâmetro um forno de 100 t deve usar?

O diâmetro segue o design do transformador e do mastro, e não o peso da torneira, de modo que um forno de 100 t pode ser legitimamente construído em torno de diâmetros diferentes. Confirme o diâmetro que o mastro e o sistema de fixação aceitam e, em seguida, verifique se a densidade de corrente resultante na corrente operacional permanece dentro da banda UHP de 18–25 A/cm². Caso contrário, o diâmetro ou a classe estão errados.

Por que o consumo de eletrodo varia entre as baterias?

Três fontes o impulsionam: sublimação da ponta, oxidação da parede lateral e quebra. A perda da ponta depende da densidade da corrente e do oxigênio que chega à ponta; a oxidação depende da prática de escória e da vedação do telhado; a quebra é mecânica e geralmente resulta do aperto das juntas, da combinação dos mamilos ou da prática de carregamento. Apenas o primeiro é substancialmente controlado pelas especificações.

Como posso reduzir a quebra do eletrodo?

Trate-o como um problema de manuseio e inspeção, e não como um problema de especificação. Confirme o tipo de niple de acordo com o desenho do fabricante, aperte as juntas de acordo com o procedimento especificado, inspecione quanto a danos de transporte antes da montagem e evite que sucata pesada caia na coluna durante o carregamento. Um grau mais alto não corrige uma prática de carregamento que deixa cair sucata no eletrodo.

Maior densidade de corrente sempre significa fusão mais rápida?

Não. Acima do topo da faixa de qualidade, a densidade de corrente extra se converte em perda de ponta, oxidação e tensão na junta, em vez de mais calor na sucata. Cada classe tem uma faixa de trabalho - abaixo de 17 A/cm² para RP, 17–22 para HP, 18–25 para UHP – e a fusão mais rápida vem da operação perto do topo da banda, e não além dela.

Um EAF deveria rodar HP em vez de UHP?

Sim, onde o transformador e a prática operacional colocam o ponto de operação na faixa de 17–22 A/cm². Um forno de potência média que não execute um programa de potência agressivo não obtém nenhum benefício do UHP, pois a coluna operaria abaixo de 18 A/cm². Combine a nota com o ponto de serviço, não com a categoria da loja.

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Diâmetro:

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Tipo de bico (T3/T4/T5/T6):

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