Графитированные электроды ЭГП

Графитированный электрод ЭГП (HP — High Power) — расходуемый цилиндрический токоподвод, предназначенный для дуговых электросталеплавильных печей средней мощности. Основная функция изделия — подвод тока высокого напряжения в рабочее пространство печи для возбуждения и поддержания электрической дуги между торцом электрода и металлической шихтой. Буква «П» в обозначении марки указывает на дополнительную пропитку каменноугольным пеком, что повышает плотность, снижает удельное электросопротивление и увеличивает механическую прочность по сравнению с непропитанными электродами марки ЭГ (RP). Согласно ГОСТ Р 57613-2017, допустимая плотность тока на электродах ЭГП-HP составляет до 25 А/см².

Назначение и область применения графитированных электродов ЭГП

Графитированные электроды марки ЭГП применяются в дуговых печах средней мощности с трансформаторами до 45 МВА и токовой нагрузкой до 50–60 кА. Основные типы оборудования, в которых используются эти изделия:

• дуговые сталеплавильные печи (ДСП) ёмкостью от 15 до 30 тонн;
• рафинировочные ферросплавные печи;
• агрегаты «печь-ковш» для внепечной обработки стали;
• руднотермические печи для выплавки технического кремния, ферросплавов и фосфора;
• печи постоянного тока и другие электротермические устройства.

В процессе работы электрод является расходным элементом — он постепенно расходуется за счёт окисления боковой поверхности, сублимации торца в зоне дуги и механического износа. Скорость расхода зависит от режима плавки, типа выплавляемого сплава и качества самого электрода.

Классификация графитированных электродов по мощности печей

ГОСТ Р 57613-2017 «Электроды графитированные и ниппели к ним. Технические условия» устанавливает четыре марки графитированных электродов в зависимости от типа потребляющих печных агрегатов:

Марка (Россия)	Международное обозначение	Тип печных агрегатов	Плотность тока
ЭГ	RP (Regular Power)	Дуговые печи низкой мощности	до 20 А/см²
ЭГП	HP (High Power)	Дуговые печи средней мощности	до 25 А/см²
ЭГПК	SHP (Super High Power)	Дуговые и ковшовые печи высокой мощности	до 30 А/см²
ЭГСП	UHP (Ultra High Power)	Дуговые печи сверхвысокой мощности, мощные ковшовые печи	до 35 А/см²

Расшифровка обозначений: Э — электрод, Г — графитированный, П — пропитанный, К — композитный, С — специальный. Электроды ЭГП занимают среднюю позицию между рядовыми ЭГ (RP) и высокомощными ЭГПК (SHP), что делает их оптимальным выбором для большинства дуговых сталеплавильных печей средней ёмкости.

Нормативная база на электроды графитированные пропитанные

Производство и контроль качества графитированных электродов регламентируются следующими действующими стандартами:

• ГОСТ Р 57613-2017 «Электроды графитированные и ниппели к ним. Технические условия» — основной стандарт, определяющий марки, размеры, физико-механические свойства, методы испытаний, правила маркировки, упаковки и транспортирования.
• ГОСТ Р МЭК 60239-2014 «Графитированные электроды для электродуговых печей. Размеры и обозначения» — гармонизирован с международным стандартом IEC 60239:2005, устанавливает единые размеры и допуски электродов и ниппелей для обеспечения взаимозаменяемости изделий от разных производителей.
• ГОСТ Р 56973-2016 «Графитированные электроды для электродуговых печей. Эксплуатация» — правила использования, хранения и обслуживания.

Ранее выпуск графитированных электродов в СССР регулировался ГОСТ 4426-80, который определял марки ЭГОО, ЭГООА, ЭГО, ЭГОА, ЭГ, ЭГА. Современный ГОСТ Р 57613-2017 ввёл новую систему маркировки, привязанную к международной классификации RP/HP/SHP/UHP.

Размеры электродов ЭГП и ниппелей

Согласно ГОСТ Р 57613-2017 и ГОСТ Р МЭК 60239-2014, графитированные электроды выпускаются с номинальным диаметром от 75 до 750 мм. Номинальная длина определяется диаметром электрода — чем больше диаметр, тем длиннее изделие. Стандартные длины варьируются в пределах от 1000 до 2700 мм. По согласованию с потребителем допускается поставка электродов и ниппелей с размерами, отличающимися от стандартных.

Типоразмеры электродов ЭГП для дуговых печей

На практике наиболее востребованы электроды ЭГП следующих диаметров: 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550 и 600 мм. Для агрегатов «печь-ковш» и небольших рафинировочных печей применяются электроды диаметром 100–200 мм. Крупногабаритные электроды диаметром 700–750 мм, как правило, используются уже в классе ЭГСП (UHP) для высоких токовых нагрузок свыше 90 кА.

Электроды диаметром 150 мм и более допускается поставлять меньшей длины, но не короче 1000 мм. Предельные отклонения по диаметру зависят от номинального размера и составляют, как правило, ±1–3 мм. Точные допуски устанавливаются ГОСТ Р МЭК 60239-2014.

Ниппели для графитированных электродов

Каждый электрод оснащается двумя ниппельными гнёздами с конусовидной резьбой на торцах. Ниппель — это соединительный элемент в форме усечённого конуса с резьбой на обоих концах, предназначенный для сборки электродной колонны из двух и более электродов. Электроды поставляются в комплекте с ниппелями из расчёта один ниппель на каждый электрод. К электродам диаметром более 300 мм ниппели могут поставляться в комплекте со стопорными пробками. По согласованию с потребителем допускается отдельная поставка ниппелей и электродов.

На электродах диаметром 250 мм и более на боковой поверхности в районе дна ниппельного гнезда наносится белая маркировочная линия. Эта линия ограничивает зону зажима стыка электродов в электрододержателе при эксплуатации.

Физико-механические свойства электродов ЭГП

Типичные характеристики графитированных электродов марки ЭГП (HP) диаметром 300–600 мм (значения могут варьироваться у разных производителей):

Параметр	Электрод	Ниппель
Удельное электросопротивление, мкОм·м	6,5–7,5	5,5–6,5
Объёмная плотность, г/см³ (не менее)	1,60–1,73	1,70–1,75
Модуль упругости, ГПа	12–14	14–16
Предел прочности на изгиб, МПа	9,8–12	15–18
ТКЛР, ×10⁻⁶/°C	2,2–2,4	2,0–2,2
Содержание зольных примесей, %, не более	0,3	0,3

Ниппель всегда должен обладать удельным электросопротивлением не выше, чем у электрода, — это требование обеспечивает равномерное распределение тока в стыковом соединении и предотвращает локальный перегрев.

Сырьё для производства графитированных электродов

Основным сырьём (наполнителем) для электродов марки ЭГП служит прокалённый рядовой нефтяной кокс. В качестве связующего используется каменноугольный пек. После формования, обжига и графитации при температуре 2800–3200 °C заготовки подвергаются дополнительной пропитке каменноугольным пеком с последующим повторным обжигом. Пропитка заполняет открытые поры, что повышает объёмную плотность и снижает удельное электросопротивление.

Для электродов класса ЭГСП (UHP) и ЭГПК (SHP) применяется игольчатый кокс (needle coke), который обеспечивает более низкое удельное сопротивление и более высокую термостойкость. Электроды ЭГП (HP) и ЭГ (RP), как правило, производятся из рядового нефтяного кокса.

Эксплуатация электродной колонны в дуговых печах

Для работы дуговой электропечи в свод монтируются три электродные колонны (для трёхфазных печей) или одна колонна (для печей постоянного тока). Колонна состоит из двух-трёх электродов, последовательно соединённых ниппелями с резьбовым креплением. По мере расхода нижнего электрода сверху наращивается новый. Фиксация колонны осуществляется электрододержателем печи.

Факторы расхода графитированных электродов ЭГП

Удельный расход электродов зависит от ряда технологических факторов:

• окисление боковой поверхности кислородом атмосферы печи;
• сублимация графита с торца электрода в зоне горения дуги (температура дуги достигает 3000–3500 °C);
• механическое скалывание при обрушении шихты и термический шок;
• разрушение ниппельного стыка при нарушении правил наращивания колонны;
• боковой расход из-за воздействия шлака и металла на нижнюю часть электрода.

Для снижения расхода электродов необходимо соблюдать правила эксплуатации по ГОСТ Р 56973-2016: обеспечивать правильное усилие затяжки ниппельного соединения, не допускать резких термических перепадов, контролировать положение электрода относительно шихты.

Транспортировка, хранение и упаковка электродов

Графитированные электроды и ниппели поставляются в упаковке, исключающей механические повреждения при транспортировке. Особое внимание уделяется защите резьбы ниппельных гнёзд и самих ниппелей — повреждение резьбового профиля может привести к нарушению герметичности стыка и поломке электродной колонны в процессе плавки.

Условия хранения — по группе 3 ГОСТ 15150-69. Ниппели хранятся в заводской упаковке. Не допускается совместное хранение электродов с материалами, содержащими высокий процент зольных примесей, — это может привести к загрязнению контактных поверхностей и увеличению электросопротивления стыка.

Условное обозначение электродов при заказе

Согласно ГОСТ Р 57613-2017, при заказе указываются: марка электрода, класс мощности, номинальный диаметр, номинальная длина, параметры ниппельного гнезда. Пример условного обозначения: ЭГП-HP 400×1800×241T4L, где 400 — диаметр в мм, 1800 — длина в мм, 241 — диаметр ниппеля в мм, Т4 — шаг резьбы 4 витка на дюйм, L — длинный ниппель.

Для подбора нужного типоразмера графитированных электродов ЭГП необходимо знать: ёмкость печи, мощность трансформатора, номинальный ток и конструкцию электрододержателя. Эти параметры определяют требуемый диаметр, длину электрода и тип ниппельного соединения.

Отличие графитированных электродов от угольных

Принципиальное отличие графитированных электродов от угольных (обожжённых) состоит в наличии стадии графитации — высокотемпературного нагрева до 2800–3200 °C, при котором аморфный углерод преобразуется в кристаллическую структуру графита. Это обеспечивает ряд преимуществ:

• удельное электросопротивление графитированного электрода в 3–5 раз ниже, чем у угольного;
• стойкость к окислению выше: угольные электроды начинают заметно окисляться при ~400 °C, графитированные — при ~600 °C;
• более высокая термостойкость и устойчивость к термическому шоку;
• меньшее содержание зольных примесей (не более 0,3 % для ЭГП), что важно для качества выплавляемой стали.

Однако графитированные электроды дороже угольных из-за высоких энергозатрат на графитацию. Поэтому для руднотермических печей, работающих при относительно невысоких плотностях тока, иногда используются угольные электроды, а для электродуговых печей среднего и высокого класса мощности — графитированные.

Формы поставки графитированных электродов

Графитированные электроды ЭГП поставляются в следующих формах:

• электроды цилиндрические обточенные с ниппельными гнёздами — основная форма поставки;
• ниппели конусовидные с резьбой — в комплекте (один ниппель на электрод) или отдельно;
• стопорные пробки (для электродов диаметром более 300 мм);
• электроды укороченные (по согласованию с заказчиком, длиной не менее 1000 мм).

Диаметры поставляемых электродов: от 75 до 750 мм. Для получения актуальной информации о наличии конкретных типоразмеров и сроках поставки обращайтесь с заявкой, указав диаметр, длину и требуемое количество электродов.

Рекомендации по выбору марки электрода

Выбор между ЭГ (RP), ЭГП (HP), ЭГПК (SHP) и ЭГСП (UHP) определяется техническими характеристиками печного оборудования. Для печей ёмкостью до 25 тонн с мощностью трансформатора 4–15 МВА, как правило, достаточно электродов ЭГ (RP). Для среднемощных печей ёмкостью 15–30 тонн и мощностью до 45 МВА оптимальный выбор — электроды ЭГП (HP). При модернизации оборудования с повышением мощности может потребоваться переход на класс ЭГПК (SHP) или ЭГСП (UHP).

Дополнительную информацию о графитовых материалах и других видах графитовой продукции вы найдёте в соответствующих разделах каталога.