ما هي استخدامات إلكترود الجرافيت؟

تتزايد استخدامات قطب الجرافيت الكهربائي بسبب تطوير تطبيقات صناعة الصلب في أفران القوس الكهربائي. فمنذ القرن العشرين، ارتفع الطلب على الصلب الخاص بشكل حاد في صناعات مثل السيارات والطائرات والآلات والتحليل الكهربائي. وبعد الخمسينيات من القرن العشرين، تطورت صناعة الصلب في أفران القوس الكهربائي نحو صناعة الصلب ذات الطاقة الكبيرة والعالية جدًا، مما أدى إلى تحسين الإنتاجية، وطور طريقة صناعة الصلب لصهر الصلب العادي من خردة الصلب.

في السنوات الأخيرة، بدأت مصانع الصلب في استخدام خردة الصلب لإنتاج الصلب العادي، مما أدى إلى تعزيز صناعة الصلب في أفران القوس الكهربائي مع التطوير الناجح للفرن الكهربائي الكبير ذي التيار المستمر. تعمل أقطاب الجرافيت كموصلات في صناعة الصلب في فرن القوس الكهربائي وتلعب دورًا داعمًا في العملية.

قطب الجرافيت الكهربائي المستخدم في صناعة الصلب EAF

قطب الجرافيت الكهربائي تُستخدم بشكل أساسي في إنتاج الصلب المصنوع من الصلب الإلكتروني. ولها مجموعة واسعة من التطبيقات في الصناعة بسبب توصيلها الكهربائي وثباتها الحراري والكيميائي العالي، مثل تكرير الصلب وصهر المعادن وإنتاج السبائك غير الحديدية.

ثباتها في درجات الحرارة العالية يجعلها مناسبة لمختلف العمليات الصناعية. تُستخدم أقطاب الجرافيت هذه لإنشاء أقواس كهربائية في مختلف تطبيقات صهر المعادن. ويشمل ذلك صهر الفولاذ والمعادن الأخرى، وصنع السبائك، ولحام المسبوكات، وتشكيل الأجزاء.

ويمكنها تحمل الصدمات القوية للتيار ولا تتأكسد بسهولة مثل الموصلات الحاملة للتيار. ويمكنها تحمل درجات حرارة عالية للغاية تصل إلى 3600 درجة مئوية. وفي الوقت الحالي، لا يمكن لأي مادة أن تحل محل أقطاب الجرافيت في عملية الصهر.

خواص أقطاب الجرافيت الكهربائية

• الكثافة: بالمقارنة مع المواد الأخرى، تكون كثافة أقطاب الجرافيت أعلى، بين 1.6-1.78 جم/سم3.
• التوصيلية: يساعد التركيب الطبقي الخاص لذرات الكربون في الجرافيت على التدفق الحر للإلكترونات، وبالتالي تكون الموصلية صلبة.
• قوة الانحناء: يتمتع الجرافيت بقوة ميكانيكية عالية، وبالتالي فإن إجهاد عزم الانحناء لكل وحدة مساحة كبيرة نسبيًا.
• معامل المرونة: يزداد معامل يونغ مع زيادة درجة الحرارة.
• التوصيل الحراري: الجرافيت معدن غير فلزي، وطريقة توصيله الحراري هي الاهتزاز الحراري لذرات الشبكة لنقل الحرارة.
• معامل التمدد الحراري: وهو أقل بكثير من المواد الأخرى وأكثر ملاءمة للبيئات ذات درجات الحرارة العالية والتغيرات الكبيرة.
• مقاومة التآكل: نظرًا لخصائصه الكيميائية المستقرة، فإنه لا يتفاعل مع المواد الأخرى في درجة حرارة الغرفة.

  

 قطب الجرافيت الكهربائي المستخدم في فرن القوس الكهربائي للتيار المستمر

طول القوس لكل وحدة جهد كهربي للوحدة فرن القوس الكهربائي للتيار المستمر أكثر أهمية من فرن القوس الكهربائي المتردد، كما أن ظروف تشغيل أقطاب الجرافيت أكثر قسوة.

تتطلب الصناعة أقطابًا كهربائية ذات مقاومة أقل ومعامل تمدد حراري وكثافة سائبة أعلى لمثل هذا التشغيل عالي التيار.

يمكننا تغيير الخصائص عن طريق تعديل المواد الخام وأنواع عمليات الإنتاج. يمكنك تحقيق التحكم في هذه الخصائص، والتي تتكيف مع ظروف تشغيل فرن القوس الكهربائي.

دراسات حالة محددة وأمثلة على الاستخدام الناجح لأقطاب الجرافيت الكهربائية:

صناعة الصلب: وتستخدم على نطاق واسع في أفران القوس الكهربائي (EAF) لإنتاج الصلب. وهي بمثابة العناصر الموصلة التي تخلق القوس الكهربائي لصهر الخردة. يجب أن تتحمل الأقطاب الكهربائية درجات الحرارة القصوى والإجهاد الميكانيكي العالي. وهي تتمتع بمقاومة حرارية وقوة ميكانيكية ممتازة وهي الخيار المفضل لهذا التطبيق.

صناعة الألومنيوم: تُستخدم أقطاب الجرافيت في عملية صهر إنتاج الألومنيوم. وتُستخدم في التحليل الكهربي لأكسيد الألومنيوم (أكسيد الألومنيوم) في الخلايا الإلكتروليتية. وهي تعمل بمثابة القطب السالب، حيث تحمل التيار لفصل الألومنيوم عن الألومينا. تناسب الموصلية الكهربائية العالية للجرافيت واستقراره الكيميائي هذه العملية.

صناعة السيليكون: ويمكنها إنتاج السيليكون والمواد الأخرى القائمة على السيليكون. في تكرير السيليكون، يتم استخدام الكوارتز وفحم الكوك وما إلى ذلك كمواد خام للحصول على السيليكون عالي النقاء من خلال التفاعلات الكيميائية. يتم استخدامها في فرن المقاومة لتوفير الحرارة المطلوبة للاستجابة. وهي تتمتع بثبات حراري ومقاومة كيميائية ممتازة.

صناعة المسابك: تقوم أقطاب الجرافيت بتصنيع منتجات الحديد الزهر والصلب في المسابك. في هذه العملية، يتم استخدامها في أفران القوس الكهربائي لصهر المعدن والعمل كموصلات عند بدء عملية الصب. تسهل نقطة انصهار الجرافيت العالية والتوصيل الحراري للجرافيت من نقل الحرارة بكفاءة ويمكنها تحسين جودة المسبوكات.

الصناعة الكيميائية: وتستخدم في مختلف العمليات الكيميائية التي تتطلب درجات حرارة عالية وتوصيل كهربائي. على سبيل المثال، تُستخدم في المحللات الكهربائية لإنتاج غاز الكلور والصودا الكاوية من المحاليل الملحية. كما أنها تستخدم لإنتاج مواد كيميائية معينة، مثل فلوريد الجرافيت، من خلال التفاعلات الكهروكيميائية.

التغيرات في الطلب على أقطاب الجرافيت الكهربائية

يتم استخدام أكثر من 95% من أقطاب الجرافيت الاصطناعي لأقطاب أفران القوس الكهربائي صناعة الصلب. ولذلك، فإن جودة الأقطاب الكهربائية تتناسب طرديًا مع ناتج صناعة الصلب في فرن القوس الكهربائي. استفد من أقطاب كهربائية عالية الجودة مع فحم الكوك بالإبرة.

أما فيما يتعلق بالعالم، فمع زيادة صناعة الصلب في أفران القوس الكهربائي وانخفاض استهلاك وحدات الأقطاب الكهربائية، قد يظل الطلب على أقطاب الجرافيت الاصطناعي دون تغيير أو زيادة طفيفة. 

في المستقبل

الطلب والنمو: تدفع صناعة الصلب في المقام الأول الحاجة إلى أقطاب الجرافيت الكهربائية، والتي من المرجح أن تظل قوية مع نمو إنتاج الصلب العالمي. وعلاوة على ذلك، من المحتمل أن تؤدي الصناعات الناشئة مثل السيارات الكهربائية والطاقة المتجددة إلى زيادة الطلب عليها، خاصةً في تطبيقات مثل إنتاج بطاريات الليثيوم أيون.

الاستدامة والاهتمامات البيئية: مع زيادة التركيز على الاستدامة والحد من انبعاثات الكربون، تستكشف الصناعات عمليات ومواد بديلة. وفي حين تساهم أقطاب الجرافيت في العمليات الموفرة للطاقة والصديقة للبيئة مثل أفران القوس الكهربائي، هناك أبحاث مستمرة لتطوير بدائل أكثر استدامة وصديقة للبيئة.

التطورات التكنولوجية: قد يؤثر تطوير تقنيات ومواد جديدة على مستقبل أقطاب الجرافيت الكهربائية. على سبيل المثال، يمكن أن تؤدي التطورات في تكنولوجيا النانو والمواد القائمة على الكربون إلى تطوير مواد أقطاب كهربائية جديدة ذات أداء وخصائص محسنة.

التحولات في العمليات الصناعية: يمكن أن يؤثر تطور العمليات الصناعية، مثل اعتماد تقنيات صهر جديدة أو طرق تصنيع بديلة، على الطلب عليها. ومن الضروري رصد الاتجاهات والابتكارات الصناعية لقياس آفاقها.

في الختام

في حين يلعب قطب الجرافيت دورًا مهمًا في مختلف الصناعات والتطبيقات، فإن التنبؤ بمستقبله يتطلب النظر في عوامل متعددة. إن نمو الصناعات التي تعتمد على قطب الجرافيت الكهربائي، والتقدم في علم المواد، والمخاوف المتعلقة بالاستدامة، والتقنيات الناشئة ستشكل المشهد المستقبلي. ومن الضروري رصد اتجاهات الصناعة والتقدم التكنولوجي لتحديد آفاقها على المدى الطويل.