Epätasainen grafiitti elektrodien kulutuksessa voi aiheuttaa ylikuumenemista

Yritys Handan Qifeng Carbon Co., Ltd. on julkaissut analyysin, joka selittää, miten grafiittielektrodien grafiittiutumisen epätasainen aste voi aiheuttaa paikallista ylikuumenemista ja epänormaalia kulumista. Tämä ilmiö on keskeinen tekijä sähkökaariuunien ja upotettujen kaariuunien tehokkuudessa ja käyttöiässä.

Grafiittiutumisen epätasaisuus johtaa suoraan sähkövastuksen eroihin elektrodin sisällä. Hyvin grafiittituneilla alueilla on matala vastus, mikä mahdollistaa virran helpon kulun. Sen sijaan huonosti grafiittituneet alueet omaavat korkeamman vastuksen. Virta pyrkii kulkemaan matalampia vastuspolkuja, mutta koska virta on pakotettu läpäisemään koko elektrodin poikkileikkauksen, korkeamman vastuksen alueet kuumenevat nopeammin Joule-lämmityksen seurauksena. Tämä epätasainen lämpötilajakauma muodostaa kuumia kohtia, joissa lämpötila nousee merkittävästi keskiarvoa korkeammaksi.

Lisäksi huonosti grafiittituneilla alueilla on epätäydellinen kiderakenne ja alhaisempi lämmönjohtavuus. Vaikka ne tuottaisivat saman verran lämpöä, ne eivät pysty johtamaan lämpöä pois tehokkaasti, mikä johtaa lämmön paikalliseen kertymiseen. Korkea lämpötila pahentaa näiden alueiden hajoamista luoden positiivisen takaisinkytkentäsilmukan. Paikallinen ylikuumeneminen aiheuttaa myös kohonnutta lämpöjännitystä, koska eri grafiittiutumisasteiden omaavilla alueilla on erilaiset lämpölaajenemiskertoimet. Tämä jännitys voi johtaa mikrosäröjen muodostumiseen, mikä edelleen vähentää elektrodin tehokasta poikkipinta-alaa ja keskittää virtaa, voimistaen ylikuumenemista.

Sähköuunien korkeissa lämpötiloissa ja sulan metallin korroosiossa huonosti grafiittituneet alueet, joilla on heikompi hapettumiskestävyys, reagoivat herkemmin hapen, kuonan tai sulan metallin kanssa. Samanaikaisesti niiden alhainen mekaaninen lujuus tekee niistä alttiita lohkeilulle tai kuonan tarttumiselle lämpöjännityksen ja sähkömagneettisten voimien vaikutuksesta. Tämä johtaa epäsäännölliseen muotoon, häiriintyneeseen virranjakautumiseen ja nopeampaan kulumiseen.

Epätasainen grafiittiutuminen pahentaa ongelmia myös elektrodin liitoskohdissa, joissa vastus on jo valmiiksi korkeampi. Jos grafiittiutuminen liitoskohdan lähellä on epätasaista, kontakti- ja bulkkiresistanssit yhdessä aiheuttavat nopeampaa paikallista lämpenemistä, mikä tekee liitoksesta alttiin löystymiselle, hapettumiselle tai jopa katkeamiselle. Yhteenvetona Handan Qifeng Carbon toteaa, että epätasainen grafiittiutuminen johtaa paikalliseen ylikuumenemiseen ja epänormaaliin kulumiseen, mikä ilmenee pinnan kuoppina, lohkeiluna ja merkittävänä kasvuna elektrodien kulutuksessa terästonnia kohden.