Electrodos de carbono y electrodos de grafito: Guía para principiantes sobre la diferencia entre electrodos de carbono y electrodos de grafito

El grafito y el carbono son dos materiales muy utilizados para fabricar electrodos. Ambos son buenos conductores de la electricidad. Sin embargo, sus propiedades, vida útil, aplicaciones y procesos de producción son diversos.  

Este post sobre el electrodo de grafito frente al electrodo de carbono compara en profundidad estos electrodos. Su objetivo es proporcionar una comprensión clara de los mismos. 

Electrodo de grafito frente a electrodo de carbono: Comparación de diferentes factores

Definición

Electrodo de grafito

Un electrodo de grafito es un componente conductor de estructura cilíndrica. Se utiliza en hornos de arco eléctrico para fundir acero, metales fundidos o aleaciones metálicas.

El electrodo se compone de coque de aguja de petróleo de calidad fina y agentes aglutinantes. 

Generalmente, se presenta en tres tipos: Electrodo de grafito normal, Electrodo de grafito de alta potencia y Electrodo de grafito de ultra alta potencia.

Electrodo de carbono

El electrodo de carbono se compone de carbón de antracita calcinado, coque de petróleo, grafito y otras materias primas. 

El electrodo de carbono se utiliza en hornos de arco eléctrico para fundir silicio, ferroaleaciones, fósforo amarillo, carburo de calcio, corindón, etc.

Proceso de producción

Electrodo de grafito

La producción de electrodos de grafito implica varios pasos. Comienza con la recogida de materias primas como el coque de aguja de petróleo y el asfalto. 

Estas materias primas se trituran y se envían a tamizar. En el siguiente paso, se mezclan para conseguir una consistencia pastosa. 

Los ingenieros moldean esta pasta en electrodos cilíndricos mediante una prensa de extrusión. El proceso ayuda a los electrodos a conservar su estructura.

A continuación, hornean los electrodos moldeados a alta temperatura. La temperatura puede alcanzar los 1.000 °C. Al horneado le sigue el proceso de impregnación con brea. 

En un autoclave, un impregnante penetra en los poros de los electrodos bajo cierta presión y temperatura. 

El proceso mejora la fuerza y la resistencia eléctrica de los electrodos.

Grafitización es el segundo proceso de cocción que convierte los electrodos en electrodos de carbono grafitado. En este proceso, la temperatura alcanza los 3000 °C. 

Por último, los fabricantes procesan los electrodos para conseguir unas dimensiones específicas.

Electrodo de carbono 

La producción de electrodos de carbono sigue pasos similares. En primer lugar, los fabricantes recogen materias primas como carbón de antracita calcinado, coque de petróleo y grafito. Trituran estos materiales hasta obtener un polvo fino.

Después, el polvo se mezcla con un aglutinante (brea de alquitrán de hulla) para crear una mezcla fina. El proceso de mezcla une todas las partículas de carbono.  

En el siguiente paso, esta mezcla se moldea en forma de electrodos mediante extrusión. Después, los fabricantes los hornean a temperaturas que oscilan entre 1.000 °C y 1.200 °C. El horneado endurece los electrodos. El horneado endurece los electrodos.

Si los electrodos tienen algunos poros, los ingenieros los rellenan con un material aglutinante. Esta impregnación la realizan en autoclave.

Al igual que los electrodos de grafito, estos electrodos también se someten a un proceso de grafitización. Se trata de un proceso de recocción a alta temperatura (unos 3.000 °C).

Por último, los fabricantes les dan forma para conseguir dimensiones específicas en función de sus aplicaciones.

Propiedades físicas y químicas

Electrodo de grafito

• Los electrodos de grafito se fabrican principalmente con grafito natural o sintético.

• El grafito es un excelente conductor de la electricidad gracias a sus electrones deslocalizados que se mueven libremente.

• Los electrodos de grafito ofrecen una alta conductividad térmica gracias a su estructura cristalina. Pueden dispersar rápidamente el calor en aplicaciones de alta temperatura.

• Los electrodos de grafito tienen una gran inercia química. Pueden soportar todo tipo de productos químicos gracias a su resistencia a la oxidación y la corrosión.

• Los átomos de carbono del grafito forman un fuerte enlace covalente. Por eso, los electrodos de grafito tienen un punto de fusión elevado (alrededor de 3600 °C).

Electrodo de carbono

• Los electrodos de carbono comprenden materiales de carbono amorfo o de carbono mixto.
• Los electrodos de carbono tienen una conductividad eléctrica moderada.
• Estos electrodos tienen una estabilidad térmica aceptable. Sin embargo, es inferior a la del grafito.
• Al igual que el grafito, el carbono también es químicamente inerte. No se degrada por reacciones electroquímicas.

Aplicaciones

Electrodo de grafito

• Los electrodos de grafito son componentes primarios de los hornos de arco eléctrico. Varias industrias utilizan estos hornos para fabricar acero y fundir chatarra.

• Los hornos de cuchara de refinado también utilizan electrodos de grafito para el refinado secundario del acero.  

• Los hornos de arco sumergido también emplean electrodos de grafito para producir ferroaleaciones.

• También puede utilizar estos electrodos en hornos de resistencia para producir vidrio, silicio y carburo.

Electrodo de carbono

• Los electrodos de carbono se utilizan como electrodos conductores en hornos de combustión de minerales para fundir fósforo amarillo, silicio, ferroaleaciones, etc.

• Los electrodos de carbono desempeñan un papel primordial en los procesos de electrólisis para la producción de cloro.

• Las empresas fabricantes de baterías utilizan estos electrodos como material anódico en diversas baterías.

• Los electrodos de carbono producen mucho calor cuando los atraviesa una corriente eléctrica. Por eso se utilizan en diversas aplicaciones de calentamiento por resistencia.

Coste de producción

El coste de producción de los electrodos de grafito y carbono varía en función de varios factores. Estos pueden ser el precio actual de las materias primas, el coste energético, la calidad/grado de los electrodos y la complejidad de fabricación.

Electrodo de grafito

Normalmente, los costes de producción de los electrodos de grafito son más elevados que los de los electrodos de carbono. Las materias primas, como el coque de aguja, son caras. Además, la producción global de electrodos de grafito es compleja.  

Electrodo de carbono

Es comparativamente más barato producir electrodos de carbono. Su proceso de producción no requiere grafitización, tiene bajos costes de producción y grandes beneficios económicos.

Vida útil

La vida útil de los electrodos depende de varios factores. Entre ellos, la calidad de las materias primas, la manipulación de los electrodos, el funcionamiento, el diseño y la intensidad de corriente de los hornos de arco eléctrico. 

Electrodo de grafito

En aplicaciones prácticas, la vida útil media de los electrodos de grafito oscila entre 50 y 80 fundiciones y, por lo general, es necesario sustituirlos. En los grandes equipos de fundición, como los altos hornos, la vida útil media puede superar las 100 veces.

Electrodo de carbono

Los electrodos de carbono tienen una vida útil relativamente más corta. Su baja resistencia y vulnerabilidad a la oxidación los hacen inadecuados para aplicaciones exigentes.

Conclusión

Los electrodos de carbono y los de grafito tienen muchas diferencias, pero también características similares. Si comprende su rendimiento y aplicación, podrá hacer un mejor uso de ellos y mejorar la eficacia de su producción industrial. Si desea saber más, puede ponerse en contacto con Jinsun hoy mismo.