Wie funktionieren Graphitelektroden?

Lasst uns darüber sprechen: Wie funktionieren Graphitelektroden? Wie werden Graphitelektroden hergestellt? Und warum müssen Graphitelektroden ausgetauscht werden?
1. Wie funktionieren Graphitelektroden?
Die Elektroden sind Teil des Ofendeckels und zu Säulen angeordnet. Durch die Elektroden fließt Strom, wodurch ein Lichtbogen mit intensiver Hitze entsteht, der den Stahlschrott schmilzt.
Während des Schmelzvorgangs werden die Elektroden auf den Schrott abgesenkt. Anschließend entsteht ein Lichtbogen zwischen Elektrode und Metall. Aus Schutzgründen wird hierfür eine niedrige Spannung gewählt. Sobald der Lichtbogen durch die Elektroden abgeschirmt ist, wird die Spannung erhöht, um den Schmelzprozess zu beschleunigen.
2. Herstellungsverfahren für Graphitelektroden
Die Graphitelektrode besteht hauptsächlich aus Petrolkoks und Nadelkoks, wobei Steinkohlenbitumen als Bindemittel dient. Die Herstellung erfolgt durch Kalzinierung, Compoundierung, Kneten, Pressen, Rösten, Graphitieren und maschinelle Bearbeitung. Sie dient der Entladung elektrischer Energie in Form eines Lichtbogens im Lichtbogenofen. Der Leiter, der die Charge erhitzt und schmilzt, kann je nach Qualitätskennzahl in eine Standard-, eine Hochleistungs- und eine Ultrahochleistungs-Graphitelektrode unterteilt werden.

3. Warum müssen Graphitelektroden ausgetauscht werden?
Gemäß dem Verbrauchsprinzip gibt es mehrere Gründe für den Austausch von Graphitelektroden.
• Die Endverwendung: Dazu gehören die Sublimation von Graphitmaterial aufgrund der hohen Lichtbogentemperatur und der Verlust der chemischen Reaktion zwischen Elektrode und flüssigem Stahl sowie Schlacke. Die Sublimationsrate bei hohen Temperaturen hängt letztendlich hauptsächlich von der Stromdichte durch die Elektrode ab; außerdem ist sie mit dem Durchmesser der Elektrode nach der Oxidation verknüpft. Der Verbrauch hängt auch davon ab, ob die Elektrode zur Kohlenstoffanreicherung in das Stahlwasser eingetaucht wird.
• Laterale Oxidation: Die Elektrode besteht aus Kohlenstoff. Dieser oxidiert unter bestimmten Bedingungen mit Luft, Wasserdampf und Kohlendioxid. Das Ausmaß der Oxidation an der Elektrodenseite hängt von der Oxidationsrate und der Kontaktfläche ab. Normalerweise macht die laterale Oxidation etwa 50 % des gesamten Elektrodenverbrauchs aus. Um die Schmelzgeschwindigkeit von Elektroöfen zu erhöhen, wurde in den letzten Jahren die Sauerstoffzufuhr verstärkt, was zu höheren Oxidationsverlusten der Elektrode führt.
• Restverlust: Bei kontinuierlichem Einsatz der Elektrode an der Verbindungsstelle der oberen und unteren Elektrode löst sich aufgrund oxidativer Ausdünnung des Körpers oder durch Rissbildung ein kleiner Abschnitt der Elektrode oder der Verbindungsstelle ab.
• Oberflächenabplatzungen und -ablösungen: Diese entstehen durch die unzureichende Temperaturwechselbeständigkeit der Elektrode während des Schmelzprozesses. Dazu gehören Brüche des Elektrodenkörpers und des Nippels. Elektrodenbrüche hängen mit der Qualität und Bearbeitung der Graphitelektrode und des Nippels sowie mit dem Stahlherstellungsprozess zusammen.