Электрод графитовый ЭН

Графитовый электрод — токопроводящее изделие из искусственного или природного графита, предназначенное для передачи электрической энергии в зону технологического процесса. Графит как электродный материал ценится за сочетание высокой электропроводности, термостойкости и химической инертности. Температура сублимации графита при нормальном атмосферном давлении составляет около 3600 °C, что позволяет использовать его в экстремальных температурных условиях без разрушения. Именно эти качества определили широкое применение графитовых электродов в металлургии, электрохимии, сварочном производстве и аналитической химии.

В промышленности графитовые электроды разделяют на несколько групп по назначению: графитированные электроды для электродуговых сталеплавильных и руднотермических печей, неплавящиеся электроды для дуговой сварки и воздушно-дуговой резки, электроды для электролизных процессов, а также спектральные электроды для аналитических лабораторий. Каждая группа имеет свои требования к сырью, технологии и эксплуатационным характеристикам.

Свойства графита как электродного материала

Графит представляет собой аллотропную модификацию углерода с характерной слоистой кристаллической структурой. В каждом слое атомы углерода связаны прочными ковалентными связями, тогда как между слоями действуют слабые ван-дер-ваальсовы силы. Такое строение определяет анизотропию физических свойств и ряд важных для электродного производства характеристик.

Для электродных изделий принципиальны следующие свойства графита:

Графит для электродов получают преимущественно искусственным путём. Основным сырьём служат нефтяной кокс (рядовой или игольчатый) и каменноугольный пек в качестве связующего. Игольчатый кокс обеспечивает более низкое удельное сопротивление и более высокую механическую прочность конечного продукта, поэтому используется для электродов высокой и сверхвысокой мощности.

Графитированные электроды для дуговых электропечей

Графитированные электроды для дуговых сталеплавильных печей (ДСП) — это крупногабаритные цилиндрические изделия диаметром от 75 до 750 мм и длиной до 2700 мм. Они служат для подвода электроэнергии в рабочее пространство печи, где электрическая дуга расплавляет металлошихту. Это основная по объёму потребления группа графитовых электродных изделий.

Каждый электрод имеет на торцах резьбовые гнёзда, в которые вкручивается конусный или цилиндрический ниппель. С помощью ниппеля электроды наращивают в колонну: по мере расходования нижней части добавляют новый элемент сверху. На печах переменного тока одновременно работают три электродные колонны, на печах постоянного тока — одна.

Классификация по мощности

Графитированные электроды подразделяют по допустимой токовой нагрузке и назначению. Нормативный документ, регламентирующий эксплуатацию таких изделий, — ГОСТ Р 56973-2016. Ниже перечислены основные группы:

Электроды марки ЭГ изготавливают из рядового нефтяного кокса. Марки ЭГП и ЭГПК дополнительно пропитывают каменноугольным пеком для повышения плотности и снижения удельного электрического сопротивления. Электроды ЭГСП производят из высококачественного игольчатого кокса с многократной пропиткой — это обеспечивает удельное сопротивление на уровне 4,5–6 мкОм·м.

Основные эксплуатационные характеристики

К графитированным электродам для ДСП предъявляются жёсткие требования. Основные параметры, определяющие работоспособность:

Расход электродов при работе печи определяется несколькими факторами: окислением боковой поверхности в зоне высоких температур, испарением (сублимацией) рабочего торца в зоне электрической дуги, механическими поломками и потерями на обломках. В современных ДСП удельный расход электродов составляет от 1,5 до 6 кг на тонну выплавленной стали в зависимости от мощности печи и марки используемых электродов.

Неплавящиеся графитовые электроды для сварки и резки

Отдельную группу составляют графитовые электроды малого диаметра (5–25 мм), длиной 200–300 мм, которые применяют в качестве неплавящихся при ручной дуговой сварке и воздушно-дуговой резке (строжке). В отличие от электродов для печей они не расходуются полностью в процессе работы, а лишь медленно обгорают. Это позволяет экономить расходные материалы и вести длительную непрерывную работу.

При использовании неплавящегося графитового электрода электрическая дуга зажигается между стержнем и обрабатываемой заготовкой. Кромки металла расплавляются, формируя сварочную ванну. При сварке цветных металлов (медь, алюминий и их сплавы) присадочный материал подаётся отдельно в зону дуги.

Типы неплавящихся электродов по форме сечения

Графитовые стержни для сварки и резки выпускают нескольких типов:

Для повышения стойкости к окислению и улучшения токопроведения на поверхность графитовых стержней наносят медное покрытие толщиной 0,05–0,07 мм. Омеднённые электроды особенно востребованы при воздушно-дуговой резке, где плотность тока высока и без защитного слоя расход стержня возрастает.

Особенности работы с неплавящимися графитовыми электродами

При дуговой сварке и резке графитовыми электродами, как правило, используют постоянный ток прямой полярности (электрод — «минус», изделие — «плюс»). В такой схеме основная часть тепловой энергии выделяется на аноде (изделии), что обеспечивает эффективное проплавление, а электрод расходуется минимально. Обратная полярность применяется реже — главным образом при резке, когда требуется ускорить удаление металла.

По сравнению с угольными электродами графитовые обладают более высокой электропроводностью и стойкостью к окислению. Это позволяет работать на повышенных плотностях тока и значительно сокращает расход стержня. Графитовые электроды также проще в обработке: стержень легко затачивается до нужной формы наконечника.

Графитовые электроды для электролиза

В электрохимических процессах графитовые электроды применяют в качестве анодов или катодов. Графит устойчив к действию большинства электролитов, обладает приемлемой электропроводностью и относительно невысокой стоимостью, что делает его эффективным электродным материалом для промышленного электролиза.

Основные области применения графитовых электродов в электрохимии: электролитическое получение хлора и щёлочи, электролиз растворов солей, электрохимическая обработка металлов. Для работы в электролизных ваннах применяют электроды специальных марок с повышенной химической стойкостью и пониженной пористостью. Пропитка графита синтетическими смолами или фенольными составами дополнительно повышает стойкость к агрессивным средам.

Спектральные графитовые электроды

Графитовые электроды для спектрального анализа — особая группа изделий, применяемых в атомно-эмиссионной спектроскопии. Они служат токоподводами и одновременно носителями исследуемой пробы. Изготавливаются из графита особой чистоты с минимальным содержанием примесей, чтобы не искажать результаты анализа.

Спектральные электроды выпускают в виде стержней диаметром 3–10 мм различной конфигурации: с конической заточкой (верхний электрод), с цилиндрическим каналом-лункой для размещения пробы (нижний электрод). Их применяют в заводских лабораториях для контроля качества металлов и сплавов, а также в научно-исследовательских организациях.

Сырьё для графитовых электродов

Качество графитового электрода определяется прежде всего исходным сырьём. В зависимости от назначения электрода применяют различные виды углеродистых материалов:

Общий принцип: чем выше требования к токовой нагрузке и прочности электрода, тем качественнее должно быть исходное углеродистое сырьё. Использование игольчатого кокса в сочетании с многократной пропиткой позволяет получить электроды с удельным электрическим сопротивлением менее 6 мкОм·м и прочностью на изгиб свыше 10 МПа.

Области применения графитовых электродов

Графитовые электроды используют в широком спектре промышленных процессов. Ниже приведены основные из них.

Электросталеплавильное производство. Графитированные электроды — ключевой расходный элемент дуговых сталеплавильных печей. Через них электроэнергия вводится в рабочее пространство печи для расплавления металлошихты. Печи ДСП широко применяются для выплавки углеродистых, легированных и высоколегированных сталей.

Ферросплавное и руднотермическое производство. В руднотермических печах графитовые электроды погружены в шихту. Электрический ток проходит через шихту, обеспечивая восстановительные процессы. Здесь применяют электроды марок ЭГ и ЭГП.

Агрегаты «печь-ковш». Для внепечной обработки стали в ковшовых печах используют электроды с высокими токовыми нагрузками (ЭГПК, ЭГСП), обеспечивающие рафинирование и доводку химического состава расплава.

Сварка и резка металла. Графитовые неплавящиеся электроды применяют для сварки цветных металлов (медь, алюминий, бронза), соединения медных проводов, воздушно-дуговой строжки и резки стальных конструкций, срезания заклепок, удаления дефектов литья, прошивки отверстий. Подробный ассортимент электродов для воздушно-дуговой обработки представлен на странице «Графитовые электроды ВДК».

Электролиз. Графитовые аноды и катоды работают в электролизёрах при производстве хлора, щелочей, электрохимической обработке металлов.

Спектральный анализ. Высокочистые графитовые электроды используют в атомно-эмиссионных спектрометрах для количественного определения химического состава металлов, сплавов и других материалов.

Размеры и формы поставки графитовых электродов

Графитовые электроды поставляются в различных формах и типоразмерах, подбираемых под конкретные условия эксплуатации:

Поставка графитированных электродов для ДСП осуществляется с ниппелями (ввинченными или отдельно). Отгрузка — в деревянных ящиках или на поддонах. Неплавящиеся электроды для сварки поставляются в картонных коробках, упакованных по 50–100 штук.

Хранение и транспортировка

Графитовые электроды требуют соблюдения определённых условий хранения. Крупные графитированные электроды для ДСП хранят в закрытых сухих помещениях или под навесом, исключая попадание влаги в резьбовые гнёзда. Увлажнение может привести к поломке электрода при эксплуатации из-за парообразования. Электроды размещают на деревянных подкладках горизонтально, не допуская ударов и механических повреждений резьбы.

Сварочные и спектральные электроды хранят в заводской упаковке в сухом помещении. Омеднённые стержни дополнительно защищают от коррозии медного покрытия.

Нормативная документация

Производство и эксплуатация графитовых электродов регламентируются рядом нормативных документов. Основные из них:

Помимо указанных документов, отдельные виды специальных электродов (спектральные, электролизные и др.) выпускаются по техническим условиям предприятий-изготовителей. При заказе рекомендуется уточнять требуемый нормативный документ.