Conduce donde los metales no pueden
La razón principal por la que se utiliza el grafito es que transporta corriente a temperaturas donde los metales fallan. Un horno moderno de alta-potencia consume decenas de miles de amperios y la densidad de corriente en el electrodo suele estar entre 15 y 35 amperios por centímetro cuadrado, según el grado. El cobre y el acero se conducen bien pero se ablandan y se funden muy por debajo de la temperatura del arco. El grafito, con un punto de sublimación cercano a los 3.650 grados Celsius y una resistividad de sólo unos pocos micro{8}}ohmios, conduce la misma corriente sin perder su forma ni su resistencia.
Sobrevive al calentamiento y enfriamiento rápidos
El funcionamiento del horno implica calentamiento y enfriamiento repetidos a medida que se enciende y apaga la energía y cuando se inclina el recipiente. El grafito tolera esto porque su coeficiente de expansión térmica es muy bajo, alrededor de 1,5 a 3,0 partes por millón por grado Celsius, mientras que su conductividad térmica es alta, alrededor de 100 a 150 vatios por metro Kelvin. Por lo tanto, los gradientes térmicos producen pequeñas tensiones y un electrodo se puede enfriar y recalentar sin agrietarse. Esta resistencia al choque térmico es la propiedad que más valoran los operadores, porque la rotura es el fallo más costoso.
Se desgasta lenta y predeciblemente
Un electrodo es un consumible, por lo que lo que importa comercialmente no es si se desgasta sino con qué rapidez y consistencia. El consumo neto en un horno-de potencia ultra-alta- bien gestionado es de aproximadamente 1,5 a 2,5 kilogramos por tonelada de acero líquido. Esa cifra se puede presupuestar, rastrear y comparar entre proveedores, y responde de manera predecible a cambios operativos como la longitud del arco y la formación de espuma de escoria. La estabilidad del grafito a altas temperaturas y su inercia frente a la escoria son los que hacen posible una tasa de consumo tan predecible.
Se mecaniza fácilmente y se une de forma fiable
El grafito se puede mecanizar con tolerancias estrechas, lo que permite producir electrodos con dimensiones precisas y con las roscas cónicas necesarias para unir secciones. La integridad de la unión es crítica porque la unión transporta toda la corriente y carga de la columna, y la geometría de la rosca y el material del niple se han estandarizado para que el montaje pueda repetirse de manera confiable. Una rosca limpia apretada al par especificado proporciona un contacto de baja-resistencia, lo que evita los puntos calientes que de otro modo provocarían una falla prematura de la unión.
Está disponible y es rentable-
El grafito se produce a partir de coque de petróleo y brea de alquitrán de hulla, los cuales están disponibles en cantidades industriales, y la ruta de fabricación está bien establecida con grados y series de dimensiones estandarizadas. Esto es importante para un fabricante de acero porque un consumible crítico debe estar disponible en un cronograma predecible. El uso productivo del material también se extiende más allá de su primera vida: los electrodos usados y los desechos de mecanizado son valiosas materias primas de carbono, y la industria los recupera y recicla en lugar de desecharlos. Juntas, la disponibilidad y la reciclabilidad mantienen el costo por tonelada de acero en un nivel manejable.
Preguntas frecuentes
P: ¿Por qué el grafito es mejor que el metal para los electrodos?
Porque los metales se ablandan y se funden a la temperatura del arco, mientras que el grafito se sublima cerca de los 3.650 grados Celsius y continúa conduciendo, por lo que puede entregar la corriente y sobrevivir al calor.
P: ¿Qué densidad de corriente pueden transportar los electrodos de grafito?
Normalmente, de 15 a 35 amperios por centímetro cuadrado, según el grado, con grados de potencia regulares en el extremo inferior y grados de potencia ultra-alta-en el extremo superior del rango.
P: ¿Cuánto electrodo se consume por tonelada de acero?
Alrededor de 1,5 a 2,5 kilogramos por tonelada de acero líquido para un horno-de potencia ultra-alta- bien funcionando, con cifras más altas para grados más bajos y equipos más antiguos.
P: ¿Por qué es tan importante la resistencia al choque térmico?
Porque la rotura cuesta una sección perdida y una pérdida de producción. La baja expansión térmica y la alta conductividad térmica mantienen pequeñas las tensiones internas, por lo que la columna sobrevive al calentamiento y enfriamiento rápidos.
P: ¿Son reciclables los electrodos de grafito?
Sí. Los electrodos usados y los desechos de mecanizado son materiales de carbono valiosos y se recuperan y reutilizan, lo cual es una de las razones por las que el material sigue siendo económicamente atractivo.
P: ¿Cuáles son las desventajas de los electrodos de grafito?
Se consumen en servicio, se oxidan en el aire por encima de aproximadamente 450 a 600 grados Celsius y son quebradizos, por lo que se requiere un manejo cuidadoso y un ensamblaje disciplinado de las juntas.