Una industria que depende del grafito
La fabricación de acero con hornos de arco eléctrico produce aproximadamente entre el 28 y el 30 por ciento del acero bruto mundial, y el proceso depende de electrodos de grafito para una función esencial: conducir la corriente que crea el arco de fusión. No hay-material de respaldo en el estante. Cuando un fabricante de acero especifica un electrodo, está especificando un producto cuyas propiedades, dimensiones y uniones están definidas por la práctica y las normas internacionales como IEC 60239. La escala de esta dependencia hace que el grafito sea uno de los materiales industriales de importancia estratégica para la industria del acero.
Por qué nada más funciona en el Arco
La razón de esta dependencia es una combinación que ningún otro material iguala. La punta del electrodo funciona a temperaturas muy superiores a los 3.000 grados centígrados, donde todos los metales ya se han derretido; el electrodo debe transportar decenas de miles de amperios; y debe sobrevivir al calentamiento rápido, la inclinación y la carga mecánica. El grafito ofrece todo esto porque conduce a través de electrones deslocalizados, se sublima sólo cerca de 3.650 grados Celsius, resiste el choque térmico a través de una baja expansión y una alta conductividad térmica, y puede mecanizarse en columnas roscadas. Las alternativas, como los electrodos de carbono, solo sirven para procesos de arco sumergido de menor-corriente, mientras que los conductores metálicos fallan solo por la temperatura.
Qué significa el rendimiento de los electrodos para la industria
La calidad de los electrodos influye directamente en la economía de la fabricación de acero. El consumo oscila entre 1,5 y 2,5 kilogramos por tonelada de acero líquido en un horno UHP bien funcionando y es mayor en grados menos exigentes y hornos más antiguos. La resistividad, la densidad, la solidez y la resistencia al choque térmico determinan no sólo el consumo sino también el riesgo de rotura, que es el fallo más caro que puede sufrir un horno. Esta es la razón por la que los compradores industriales tratan la selección del grado de los electrodos, la calidad de las juntas y las prácticas de manipulación como parte del sistema de producción y no como una simple compra.
La conexión energética
Más allá de los hornos de acero, el grafito es fundamental para la tecnología energética. En las baterías de iones de litio-, el grafito es el material del ánodo estándar, y la estructura de capas del carbono es exactamente lo que permite que los iones de litio entren y salgan durante la carga y descarga. El grafito también aparece en los componentes de las pilas de combustible y en una variedad de procesos electroquímicos. El rápido crecimiento de los vehículos eléctricos y el almacenamiento estacionario ha convertido el grafito-para baterías en un importante mercado de carbono por derecho propio.
La misma química, diferentes grados
Las aplicaciones industriales y energéticas utilizan la misma química en diferentes formas. Un electrodo de horno UHP es un gran cilindro grafitado construido con coque de aguja; El ánodo de una batería es un polvo fino con un tamaño de partícula y una pureza controlados. Lo que los conecta es la red de la capa de carbono y las propiedades que se derivan de ella: conductividad, estabilidad química y la capacidad de diseñarse en la forma exacta que necesita la aplicación. Esta es la razón por la que el grafito se considera importante en toda la gama de usos industriales y relacionados con la energía-.
Preguntas frecuentes
P: ¿Por qué el grafito es estratégicamente importante para la industria del acero?
La fabricación de acero con hornos de arco eléctrico, que produce aproximadamente entre el 28 y el 30 por ciento del acero bruto mundial, depende de electrodos de grafito para la única función de conducir la corriente que crea el arco de fusión. No existe ningún material de respaldo-práctico, por lo que las propiedades, dimensiones y uniones de los electrodos están especificadas por prácticas internacionales como IEC 60239.
P: ¿Por qué los metales no pueden reemplazar al grafito en el arco?
Todos los metales ya se han fundido por debajo de la temperatura del arco de más de 3.000 grados Celsius, mientras que el grafito sólo se sublima cerca de los 3.650 grados Celsius. Los metales tampoco pueden combinar la baja expansión térmica, la alta conductividad térmica y la maquinabilidad de la columna roscada-del grafito.
P: ¿Para qué sirven los electrodos de carbono si se necesita grafito en el arco?
Los electrodos de carbono sirven para procesos de arco sumergido de menor-corriente. Son un material alternativo sólo cuando la densidad de corriente y la carga térmica están muy por debajo de las de un horno de arco eléctrico.
P: ¿Cómo afecta la calidad de los electrodos a la economía de la fabricación de acero?
El consumo oscila entre 1,5 y 2,5 kilogramos por tonelada de acero líquido en un horno UHP bien funcionado y es mayor en grados menos exigentes y hornos más antiguos. La resistividad, la densidad, la solidez y la resistencia al choque térmico también establecen el riesgo de rotura, la falla más costosa que puede sufrir un horno.
P: ¿Cómo se utiliza el grafito en el almacenamiento de energía?
El grafito es el material del ánodo estándar en las baterías de iones de litio-, donde los iones de litio entran y salen entre las capas de carbono durante la carga y la descarga. También aparece en los componentes de las pilas de combustible y otros procesos electroquímicos, y el grafito para baterías-se ha convertido en un importante mercado de carbono por derecho propio.
P: ¿Los electrodos de horno y los ánodos de batería son el mismo producto?
No. Comparten la misma química del carbono, pero difieren completamente en forma, grado y especificaciones: un electrodo de horno UHP es un gran cilindro grafitado construido con coque de aguja, mientras que el ánodo de una batería es un polvo fino con un tamaño y pureza de partículas controlados.