با پیشرفت روزافزون تکنولوژی، استفاده از انرژی‌های پاک نیز علاقه‌مندان بسیار زیادی پیدا کرده است. کوره‌های قوس الکتریکی به منظور ذوب نمودن فلزات به کار می رود، می‌توانند جدا از استفاده از انرژی‌های سوختی از کمک انرژی‌های پاک نیز بهره ببرند. در این نقطه الکترود گرافیتی از اصلی‌ترین موادی که در کوره‌های قوس الکتریکی وجود دارد، اهمیت زیادی پیدا می‌کند. اگر شما هم علاقه‌مند هستید تا با الکترودهای گرافیتی بیشتر آشنا شوید، پیشنهاد می‌کنیم تا به انتهای این مطلب با ما همراه باشید.
آشنایی با گرافیت
قبل از اینکه بخواهیم به‌صورت کامل در خصوص الکترود گرافیتی صحبت کنیم، باید شما را با یک موضوع دیگر آشنا کنیم که از اهمیت زیادی برخوردار است و آن هم چیزی نیست جز گرافیت. آشنایی پیداکردن با مفهوم و واژه گرافیت می‌تواند به شما در درک هرچه بهتر الکترودهای گرافیتی کمک کند. شاید شما هم مانند هر فرد دیگری این نکته را بدانید که C فرمول شیمیایی گرافیت بوده و این ماده آلتروپ کربن می باشد. این جمله به معنی آن است که گرافیت در واقع دارای ترکیب شیمیایی نزدیک به کربن بوده ولی مشخصات فیزیکی آنها با یکدیگر متفاوت است.
به‌صورت کلی کربن می‌تواند سه آلتروپ باشد که مثل هم نیستند و آنها عبارت‌اند از: الماس، کربن آمورف و گرافیت. زمانی که اتم‌های کربن به یک ساختار شش‌ضلعی می‌رسند، گرافیت به وجود می‌آید. لبه‌های این شش‌ضلعی در لایه‌های آن به هم دیگر اتصال پیدا خواهند کرد و همین امر موجب می‌شود که گرافیت قابلیت چکش خواری نرم و خوبی را پیدا کند. به هر لایه گرافیت که به‌صورت جداگانه قرار گرفته‌اند، یک گرافن می‌گویند.
جالب است بدانید که گرافیت در حدود 300 برابر از فولاد قوی‌تر است و همین استحکام بالا موجب محبوبیت دوچندان آن شده است. در کنار استحکام، هدایت الکتریکی و حرارتی مناسب گرافیت نیز مزید بر علت شده است تا گرافیت در صنعت کاربرد بالایی پیدا کند.
الکترود گرافیتی چیست؟
اکنون که به‌خوبی با گرافیت آشنا شدید، زمان آن رسیده است تا شما را با الکترود گرافیتی آشنا کنیم که از مهم‌ترین قطعاتی به شمار آورد که از آن برای ذوب، تولید فولاد و فلزات دیگر استفاده می‌کنند. این قطعه می‌تواند به‌سادگی جریان قدرتمند برق را از خودش عبور داده و کمترین مقاومت را بر سر راه چنین جریانی ایجاد کند. همین ویژگی برای منتقل کردن جریان الکتریسیته در کوره‌های قوس الکتریکی استفاده خواهد شد.
تمامی کارخانه‌هایی که در صنایع مختلف دارای کوره‌های قوس الکتریکی هستند، بدون شک به الکترود گرافیتی نیاز پیدا خواهند کرد. این قطعات دارای کاربردهای بسیار زیادی بوده و پیش‌بینی‌ها حاکی از آن است که استفاده از آنها در سال‌های آینده نیز افزایش چشمگیری پیدا خواهد کرد.
فرایند تولید الکترود گرافیتی چیست؟
این الکترودها، باید طبق استانداردهای جهانی، از پترولیوم کک کلسینه شده ساخته شوند. ماده اصلی تولیدکننده پترولیوم کک کلسینه نیز، کک سوزنی بوده که امروزه به‌صورت کاملاً انحصاری در اختیار کشورهایی مانند آلمان، آمریکا، ژاپن و چین قرار دارد. به همین دلیل تنها چنین کشورهایی قابلیت تولید چنین ماده مهمی را برای استفاده در کوره‌های قوس الکتریکی دارند. اما اجازه دهید تا شما را با فرایند تولید الکترود گرافیت بیشتر آشنا کنیم.
-
استفاده از مواد خام
اولین مرحله، استفاده از مواد خام به منظور ساخت الکترودهای گرافیتی است. در این مراحل باید کک سوزنی را باکیفیت بالا تهیه کرد.
-
خردکردن و الک کردن
در مرحله بعدی باید باتوجه‌به دستورالعمل‌های مشخص کک‌های سوزنی در دستگاه شکسته شده و الک شوند.
-
ورز دادن
بعد از بچینگ، نیاز است تا مواد خام با نسبتی معین با حرارت ورز داده و مخلوط شود تا به شکل خمیر پلاستیکی در بیایند.
-
فشرده شدن
پس از اختلاط و ورز دادن، خمیر تولید شده را سرد کرده و سپس بر طبق مشخصات محصول موردنظر، به کمک پرس، فشرده می‌کنند.
-
برشته کردن
در کوره‌های برشته کردن، الکترود باتوجه‌به نیازهای تکنولوژی تا دمای مشخصی برشت شده و محصول نهایی با مواد مشخصی آغشته خواهد شد تا ویژگی‌های مکانیکی بهبود یابد و سپس بازهم برشته شود.
-
ساخت گرافیت
محصولات برشته شده ثانویه در کوره‌های مقاومت گرافیت دار الکتریکی قرار داده شده و تا دمای 3000 درجه سانتی‌گراد گرم خواهند شد. در اثر چنین گرمایی ساختار اتم‌های کربن به شکل کریستالی خاص در می‌آید و کربن به گرافیت تبدیل خواهد شد.
-
تراشکاری
در مرحله نهایی نیز باید عملیات تراشکاری را بر روی الکترودها انجام داد. تراشکاری باعث خواهد شد تا الکترودها شکل استوانه‌ای به خود گرفته و بتوان آنها را در قطرهای مختلفی تولید کرد. در نهایت نیز یک عدد پین بر روی الکترودها نصب خواهد شد.
تجهیزات موردنیاز برای تولید الکترود گرافیتی چیست؟
برای تولید الکترودهای گرافیتی به دستگاه‌ها و تجهیزات به خصوصی نیاز است. این دستگاه‌ها و تجهیزات می‌توانند در فرایند تولید الکترودهای گرافیتی مورداستفاده قرار بگیرند. همچنین باید بدانید که این دستگاه‌ها بسیار خاص و ویژه بوده و قیمت‌های بسیار زیادی دارند. از مهم‌ترین آنها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- کلسینر
- پرس هیدرولیک
- مخزن اشباع
- کوره گرافیت
- تجهیزات پردازش مکانیکی
- دستگاه برشته‌کن
افزودنی‌های موردنیاز برای تولید الکترود گرافیتی چیست؟
مواد افزودنی الکترودهای گرافیتی عمدتاً چسبنده و اشباع کننده هستند. چسب و عامل اشباع کننده شامل زغال‌سنگ، روغن آنتراسن و رزین مصنوعی است. علاوه بر این مواد، برخی ماده‌های کمکی مانند ماسه کوارتز، ذرات کک متالوژی و پودر کک در تولید الکترودهای گرافیتی کاربرد دارد. الکترود گرافیتی به‌صورت کلی از کک نفتی، کک سوزنی (به‌عنوان ماده خام) و زغال‌سنگ (به‌عنوان ماده چسبنده) تولید خواهد شد.
انواع مختلف الکترود گرافیتی چیست؟
تا بدین جا در خصوص الکترودهای گرافیتی و همچنین نحوه تولید آنها صحبت کردیم. اما برای شناخت هرچه بیشتر الکترود گرافیتی بهتر است تا به انواع مختلف آن نیز اشاره کنیم. به‌صورت کلی الکترودهای گرافیتی در دودسته زیر قرار می‌گیرند:
• الکترودهای گرافیتی با قطر کم یا SDGE
الکترودهای گرافیتی در کوره هایی که به آنها قوس الکتریکی گفته می شود استفاده می شوند و می توانند جریان برق با جابجا کرده و ایجاد یک قوس الکتریکی نمایند. می‌توانند با تولید حرارت بالا، مواد درون کوره‌ها را ذوب کنند. این الکترودها قابلیت این را دارند تا جریان برق با میزان 15000 تا 70000 آمپر را از خودشان عبور دهند.
• الکترودهای گرافیتی با قطر بزرگ یا LDGE
در کنار الکترودهای گرافیتی که داری اندازه قطر آنها زیاد نیست، الکترودهای گرافیتی ای وجود دارند که قطر آنها زیاد است و توانایی بسیار زیادی برای جابجا کردن جریان‌های قدرتمند برق حرارت بالا دارند. همین امر موجب شده تا استفاده از آنها در صنایعی مانند صنعت فولاد و ذوب محبوبیت بسیار زیادی پیدا کند. این الکترودها می‌توانند جریان برقی بین 60000 تا 160000 آمپر را از خود عبور دهند.
تفاوت بین الکترودهای گرافیتی با قطر کم و الکترودهای گرافیتی با قطر بزرگ
به جز تفاوتی که در توانایی حرکت دادن برق بین دو شاخه اصلی الکترود گرافیتی وجود دارد، باید بدانید که این دو الکترود، با یکدیگر تفاوت‌های دیگری نیز دارند. مهم‌ترین تفاوت در مواد اولیه آنها است؛ بدین صورت که در تولید الکترودهای گرافیتی با قطر کم از کک نفتی استفاده خواهد شد. اما برای تولید الکترودهای گرافیتی با قطر بزرگ باید تنها از کک‌های سوزنی باکیفیت بسیار بالا استفاده شود.
کاربرد الکترودهای گرافیتی چیست؟ در صنعت
تا بدین جا به‌صورت دقیق متوجه شدید که الکترودهای گرافیتی از مهم‌ترین اجزائی هستند که در کوره‌های قوس الکتریکی به کار می روند. این کوره‌ها نیز در صنعت برای ذوب کردن فولاد استفاده می‌شوند. الکترود گرافیتی دارای هدایت الکتریکی بسیار مناسبی بوده و می‌تواند در برابر حرارت‌های بسیار بالایی از خود مقاومت نشان دهد. باید بدانید که مهم‌ترین ویژگی چنین قطعاتی در کارخانه‌های ذوب، تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی گرمایی و تولید دمای موردنیاز برای شروع فرایند ذوب است.در ابتدا از الکترودهای مسی برای انجام چنین کاری استفاده می‌شد.
اما با پیشرفت تکنولوژی و ساخت الکترودهای گرافیتی، آنها توانستد در زمان کوتاهی جای الکترودهای مسی را بگیرند. به همین خاطر یک الکترود گرافیتی می‌تواند 3 تا 4 برابر الکترود مسی در برابر دماهای بالا از خود مقاومت نشان دهد.
همین ویژگی‌ها منجر شده است تا استفاده از این قطعه در مواردی مثل خم‌کاری، تولید شیار و یا از بین بردن عیب در قطعات جوشکاری شده و ریخته‌گری به‌وسیله قوس الکتریکی نیز کاربرد پیدا کرده است. الکترودهای گرافیتی بر اساس برخی از فاکتورهای کاربردی زیر انتخاب خواهند شد:
- طراحی کوره
- الزامات ضایعات فلز
- شارژ
- استفاده از مشعل و اکسیژن
- حلقه‌های پاشش آب
- سیستم کنترل
- دود، ذوب، تصفیه
نحوه کار الکترود گرافیتی چیست؟
در درهای کوره‌های قوس الکتریکی هستند الکترودهای گرافیتی نقش مهمی دارند. این الکترودها به شکل ستون ایجاد شده و بر روی درب کوره‌ها کار گذاشته می شوند. بعد از شروع به کار کوره، الکتریسیته از درون الکترودهای گرافیتی رد شده و قوس الکتریکی می‌تواند گرمای بسیار شدیدی را تولید کند که قابلیت ذوب کردن فولاد را خواهد داشت.
در زمان ذوب شدن، الکترودهای روی قطعات فولاد، به سمت پایین منتقل خواهد شد. بعد از این اتفاق است که قوس بین الکترود گرافیتی و فولاد یا فلز، به وجود می آید. در ابتدای فرایند ذوب برای بالابردن اقدامات ایمنی، از ولتاژهای پایین استفاده می‌کنند؛ اما رفته‌رفته برای تسریع در روند ذوب، ولتاژ افزایش پیدا خواهد کرد.
طول عمر الکترود گرافیتی چیست؟
از مهم‌ترین عواملی که بر میزان ماندگاری الکترودهای گرافیتی نقش دارند، چگالی آنها خواهد بود. مطالعات نشان داده است که عمر الکترودهایی که چگالی 1.7 دارند، بیش از دوبرابر الکترود با چگالی 1.5 است. از این رو هرچه چگالی الکترودهای گرافیتی بیشتر باشد، طول عمر آنها نیز افزایش پیدا خواهد کرد. البته باید به این نکته توجه داشت که چیدمان مواد الکترود گرافیتی نیز بر روی طول عمر مفید آنها تأثیرگذار است.
همچنین عمر الکترود گرافیتی ارتباط تنگاتنگی با مواد اولیه و تولیدی آن دارد. ازاین‌رو هر چه ماده اولیه استفاده شده در تولید این قطعات مرغوب‌تر و باکیفیت‌تر باشد، عمر آنها نیز افزایش پیدا می‌کند.
دلیل تعویض الکترودهای گرافیتی چیست؟
الکترودهای گرافیتی دارای عمر مشخصی است. با پایان یافتن عمر این قطعات، استفاده از آنها رفته‌رفته کاهش پیدا کرده و زمان تعویض آنها فرا خواهد رسید. دلایل مهمی وجود دارد که می‌تواند باعث پایان یافتن عمر الکترودهای گرافیتی معرفی شود. این دلایل به شرح زیر خواهند بود:
-
استفاده زیاد از الکترودها
از مهم‌ترین دلایلی که الکترود گرافیتی نیاز به تعویض پیدا خواهد کرد، استفاده بیش از اندازه مشخص از آنها است. این استفاده موجب تصعید مواد گرافیت و همچنین به‌وجودآمدن واکنش شیمیایی بین الکترود و فولاد مذاب خواهد شد. البته سرعت تصعید در دماهای بالا بیشتر به چگالی جریان عبوری از الکترود و همچنین قطر آن پس از اکسیداسیون، بستگی خواهد داشت.
-
اکسیداسیون جانبی
از دیگر دلایل مهم به پایان رسیدن عمر الکترودها، اکسیداسیون جانبی آنها است. اکسیداسیون یک ترکیب شیمیایی الکترود کربن است. کربن می‌تواند با هوا، بخار آب و دی‌اکسیدکربن در شرایط خاص ترکیب شده و باعث اکسیداسیون الکترود شود. در سال‌های اخیر به‌منظور بالابردن سرعت ذوب در کوره‌های الکتریکی، فرکانس دمش اکسیژن در کوره افزایش پیدا کرده است که خود همین امر موجب افزایش سرعت اکسیداسیون در الکترودها خواهد شد.
-
ترک‌خوردگی الکترود
زمانی که الکترودهای گرافیتی به‌صورت مداوم در محل اتصال الکترودهای بالا و پایین قرار داشته باشند، بخش‌هایی از آن به دلیل نازک شدن بدنه، ترک‌خورده و از الکترود جدا خواهند شد.
-
لایه‌برداری و ریزش سطحی
از دیگر عوامل تسریع در فرایند جایگزینی الکترود گرافیتی می‌توان به لایه‌برداری و ریزش سطحی اشاره کرد. این اتفاق نیز نتیجه مقاومت شوک حرارتی ضعیف خود الکترود در طول فرایند ذوب بوده که شامل شکسته شدن بدنه الکترود و سر آن خواهد شد.
دلیل استفاده از گرافیت برای تولید الکترود گرافیتی چیست؟
شاید برای شما هم این سؤال ایجاد شده باشد که اصلاً چه لزومی به تولید الکترود گرافیتی وجود دارد و چرا باید از گرافیت برای تولید الکترود در کوره‌های ذوب استفاده کرد؟ در پاسخ باید اشاره کرد که در دلیل استفاده از گرافیت به‌عنوان الکترود این است که تنها این ماده است که می‌تواند چنین گرمای شدیدی را در کوره‌ها تحمل کند.
این الکترودها باید در کوره‌های غول‌پیکر مذاب قرار گرفته و بتوانند با رد شدن برق، قطعات مختلف فولاد را ذوب کرده و آنها را برای تولید محصولات جدید آماده کنند. از سوی دیگر باید بدانید که گرافیت جز مواد بی‌اثر بوده و به‌سادگی با سایر مواد واکنش نشان نمی‌دهد. همین امر موجب می‌شود تا استفاده از آن به‌عنوان الکترود، محبوبیت بیشتری پیدا کند.
ویژگی‌های الکترود گرافیتی چیست؟
شاید تا بدین جا نیز به‌خوبی با مزایا و ویژگی‌های الکترودهای گرافیتی آشنا شده باشید. اما در این قسمت قصد داریم تا تمامی ویژگی‌های مهم و کاربردی چنین قطعاتی که موجب محبوبیت استفاده از آنها در صنایع مختلف شده است را به شما معرفی کنیم. این ویژگی‌ها عبارت خواهند بود از:
- هدایت الکتریکی بسیار مناسب
- هدایت حرارتی بسیار مناسب
- مقاومت بالا در برابر حرارت
- پایداری شیمیایی مناسب
- روانکاری مناسب
- مقاومت در برابر سایش و فرسودگی
- چکش خواری و ماشین‌کاری
- وزن یک‌پنجمی در برابر الکترودهای مسی هم اندازه
- حمل ساده‌تر و راحت‌تر
- بالا بودن سرعت پردازش در مقایسه با فلزات دیگر
