Điện cực Graphit (Điện cực than chì) là gì?

Điện cực graphite là các thành phần dẫn điện thiết yếu trong các quá trình sản xuất thép trong lò hồ quang điện (EAF). Chúng truyền năng lượng điện vào lò, tạo ra một hồ quang nhiệt độ cao giữa các cột điện cực và phế liệu thép. Nhiệt độ cao này làm nóng chảy phế liệu thép, giúp sản xuất thép hiệu quả hơn.

Các loại và đặc điểm 

Trong sản xuất thép bằng lò hồ quang điện (EAF), điện cực graphite được phân loại thành ba loại dựa trên yêu cầu về công suất: Công suất thông thường (RP), Công suất cao (HP) và Công suất siêu cao (UHP). Mỗi loại mang lại những đặc điểm hiệu suất khác nhau để đáp ứng các nhu cầu vận hành trong quá trình sản xuất thép.

1. Điện cực Graphite Thông Thường (RP)

Điện cực RP được làm từ coke dầu tiêu chuẩn và trải qua quá trình graphit hóa ở nhiệt độ thấp hơn. Chúng có điện trở điện cao hơn và khả năng chịu sốc nhiệt thấp hơn so với điện cực cao cấp. Thường được sử dụng trong các hoạt động EAF có công suất thấp đến trung bình, nơi không yêu cầu hiệu suất đặc biệt.

2. Điện cực Graphite Công Suất Cao (HP)

Điện cực HP được sản xuất bằng cách sử dụng coke dầu chất lượng cao kết hợp với coke kim cương có mật độ thấp, giúp cải thiện khả năng dẫn điện và độ bền so với điện cực RP. Cấu trúc vi mô của chúng cho phép chịu tải dòng điện cao hơn và ổn định nhiệt tốt hơn, khiến chúng phù hợp với các ứng dụng EAF công suất cao đòi hỏi hiệu quả cao hơn.

3. Điện cực Graphite Công Suất Siêu Cao (UHP)

Điện cực UHP là loại cao cấp nhất, được sản xuất từ coke dầu chất lượng cao và coke kim cương có mật độ cao. Chúng trải qua quá trình graphit hóa cực kỳ (2800–3000°C), cho phép chúng có điện trở điện cực thấp, khả năng mật độ dòng điện xuất sắc và khả năng chống chịu nhiệt độ cao vượt trội. Những điện cực này được thiết kế cho các hoạt động EAF yêu cầu khối lượng nhiệt và điện cực cao nhất.

Quy trình Sản Xuất Điện Cực Graphite

Điện cực graphite được sản xuất từ coke dầu chất lượng cao và coke nhựa làm vật liệu phụ, với nhựa than đá làm chất kết dính.

Quá trình sản xuất điện cực graphite chất lượng cao bao gồm nhiều bước chính xác, bao gồm quá trình calcin, nghiền, trộn, nhào, tạo hình, nướng, ngâm (tùy chọn), graphit hóa và gia công. Dưới đây là phân tích chi tiết về quy trình sản xuất.

1. Calcin

• Vật liệu: Coke dầu hoặc coke nhựa.
• Nhiệt độ: Trên 1300°C.
• Mục đích: Loại bỏ các thành phần dễ bay hơi, tăng mật độ thực, độ bền cơ học và khả năng dẫn điện.

Coke thô được nung trong lò nhiệt độ cao để loại bỏ độ ẩm, lưu huỳnh và các tạp chất khác, tạo ra cấu trúc carbon ổn định hơn.

2. Nghiền, Sàng lọc và Trộn

Coke calcin được nghiền và sàng lọc thành các kích thước hạt khác nhau (thô, vừa và mịn).

Một phần được xay thành bột mịn.

Các hạt được cân chính xác và trộn theo công thức.

3. Nhào (Trộn với Chất Kết Dính)

• Hỗn hợp khô được làm nóng và trộn với chất kết dính (thường là nhựa than đá) để tạo thành một hỗn hợp dẻo.
• Nhiệt độ, thời gian trộn và chất kết dính ảnh hưởng đến chất lượng của hỗn hợp và sản phẩm cuối cùng.

4. Tạo Hình (Đúc)

• Hỗn hợp dẻo được tạo hình thành các điện cực “xanh” bằng cách sử dụng:
• Ép đùn (cho điện cực hình trụ)
• Đúc rung (cho điện cực có đường kính lớn)
• Ép nén (cho các hình dạng đặc biệt)
• Các điện cực xanh có mật độ cao nhưng cần phải trải qua quá trình xử lý nhiệt bổ sung để ổn định cấu trúc.

5. Nướng (Carbon hóa)

• Các điện cực xanh được nướng trong lò ở nhiệt độ 850–1000°C dưới một lớp bảo vệ (coke hoặc cát) để ngăn ngừa sự oxy hóa.
• Chất kết dính trải qua quá trình carbon hóa, biến thành một cấu trúc carbon rắn liên kết các hạt coke lại với nhau.
• Các điện cực đã nướng (nay được gọi là “điện cực carbon hóa”) đạt được độ bền cơ học.

6. Ngâm (Tùy chọn – Cho Điện Cực Dày)

• Để tăng mật độ và độ bền, các điện cực đã nướng được cho vào một nồi áp suất, nơi nhựa lỏng hoặc nhựa được ép vào các lỗ dưới áp suất cao.
• Sau khi ngâm, các điện cực sẽ trải qua nướng thứ cấp để carbon hóa chất kết dính đã ngâm.
• Quá trình này có thể được lặp lại 2-3 lần cho các điện cực có mật độ siêu cao.

7. Graphit hóa

Các điện cực đã carbon hóa được cho vào lò graphit hóa, được phủ lớp cách nhiệt và nung nóng đến 2000–3000°C bằng dòng điện trực tiếp (quy trình Acheson hoặc phương pháp LWG).

Ở nhiệt độ cực cao này, cấu trúc carbon vô định hình chuyển thành lưới tinh thể graphite, cải thiện đáng kể:

• Khả năng dẫn điện
• Khả năng chống nhiệt
• Khả năng chống oxy hóa

8. Gia công (Xử lý Cuối)

• Các điện cực graphit hóa được gia công chính xác (tiện, cắt ren và thuôn nhọn) để đạt được độ chính xác kích thước yêu cầu.
• Các lớp phủ bề mặt (ví dụ: phủ chống oxy hóa) có thể được áp dụng để cải thiện hiệu suất trong các ứng dụng nhiệt độ cao.

Ứng Dụng của Điện Cực Graphite

• Sản xuất thép (Lò Hồ Quang Điện)
• Sản xuất thép (Lò Đúc)
• Sản xuất Silicon và Phosphor