Perché gli elettrodi sono fatti di grafite?

Gli elettrodi sono conduttori che aiutano la corrente a entrare o uscire da un mezzo. Diverse industrie li utilizzano in vari dispositivi per diverse applicazioni. Uno dei loro usi più comuni è quello nei forni elettrici ad arco (EAF) per la produzione di acciaio. Anche se gli elettrodi possono essere realizzati con diversi materiali conduttivi, la grafite è la scelta preferita. Vi state chiedendo quali possono essere i motivi? Leggete questo post fino alla fine.

Proprietà che rendono la grafite ideale per gli elettrodi

La grafite è una forma di carbonio, nota per la sua struttura cristallina e la finitura metallica. L'elevata conducibilità elettrica, la stabilità termica e diverse altre caratteristiche la rendono adatta alla produzione di elettrodi.

Esploriamo tutte le caratteristiche della grafite che la rendono il miglior materiale per elettrodi.

Alta conducibilità elettrica

Gli elettrodi richiedono un'elevata conducibilità elettrica per trasferire rapidamente la carica alle apparecchiature. Inoltre, devono mantenere prestazioni stabili durante le reazioni elettrochimiche.

Ad esempio, un'efficiente conduttività elettrica è fondamentale per una forno elettrico ad arco per trasferire l'energia elettrica in calore. Un calore improprio può infatti influire sul processo di fusione dell'acciaio.

La grafite è un notevole conduttore elettrico, per cui le aziende la utilizzano per realizzare elettrodi. Questo allotropo del carbonio ha una struttura a strati disposti in modo esagonale, che favorisce il libero movimento degli elettroni tra gli strati.

Oltre all'elevata conducibilità elettrica, gli elettrodi di grafite possono sopportare carichi di corrente elevati.

Resistenza agli shock termici

Un altro motivo per cui le aziende scelgono la grafite per la produzione di elettrodi è la sua capacità di resistere a forti shock termici.

Poiché la grafite ha un basso coefficiente di espansione termica, può sopportare improvvisi cambiamenti di temperatura.

La grafite può resistere a temperature comprese tra -400°F e 850°F, in atmosfera ossidata.

Lo shock termico può influire sull'efficienza degli elettrodi in vari modi. Ad esempio, può causare il cedimento strutturale dell'elettrodo. Inoltre, può ridurre le prestazioni e la vita utile di un elettrodo.

Gli elettrodi possono subire shock termici durante la produzione di acciaio nei forni elettrici ad arco. Anche durante la saldatura ad arco, gli elettrodi sono esposti a un rapido riscaldamento e raffreddamento.

Gli elettrodi realizzati con altri materiali non possono sopportare questo rapido cambiamento di temperatura. Per questo motivo, la grafite è una scelta popolare per la produzione di elettrodi.

Elevata resistenza al calore

La grafite può sopravvivere all'esposizione a calore elevato. Dopo tutto, il suo punto di fusione è 3650°C. Di conseguenza, gli elettrodi di grafite sopportano un ambiente ad alto calore.

Possono persino sostenere la temperatura massima di un forno elettrico ad arco UHP. La temperatura di tali forni può raggiungere i 3500 °C. In genere, la temperatura è così elevata durante la fusione dell'acciaio.

Gli elettrodi a base di grafite non perdono la loro integrità strutturale in caso di calore estremo. La struttura a strati degli atomi di grafite aiuta a diffondere rapidamente il calore.

Non è facile per gli elettrodi realizzati con altri materiali mantenere le proprie prestazioni in un ambiente così caldo.

Durata

Il composto di grafite è noto per la sua elevata resistenza meccanica. Pur essendo disponibile in diverse gradazioni, la potenza di trazione della grafite è compresa tra 20 e 40 MPa.

Grazie all'elevata integrità strutturale, i produttori lo utilizzano per produrre elettrodi. Dopo tutto, gli elettrodi mantengono la loro integrità in condizioni di calore estremo e di pressione meccanica.

Gli elettrodi di grafite non si rompono. Non si consumano sotto l'alta pressione di un forno elettrico.

Nel frattempo, sono in grado di sopportare l'intensa pressione del processo di fusione dell'acciaio nel forno elettrico ad arco. 

Facile da modellare

Il materiale di grafite può essere facilmente modellato in forme diverse. Questa è un'altra qualità che rende la grafite ideale per la produzione di elettrodi.

La struttura atomica della grafite presenta un debole legame intermedio che la rende facile da modellare e plasmare.

Gli elettrodi di grafite sono realizzati in diverse dimensioni a seconda delle applicazioni. Hanno dimensioni uniche per i diversi settori industriali.

Anche i forni elettrici di tipo diverso necessitano di elettrodi di grafite di dimensioni e specifiche diverse.

Elevata stabilità chimica

L'inerzia chimica deve essere una caratteristica primaria di un elettrodo. Gli elettrodi devono operare in ambienti diversi. Di conseguenza, non possono reagire con sostanze chimiche e gas.

L'aspetto positivo è che gli elettrodi di grafite sono altamente resistenti agli agenti chimici. Non reagiscono se esposti ad atmosfere acide o alcaline. Ricordiamo che questi ambienti sono comuni in varie applicazioni di lavorazione dei metalli.

Le barre di elettrodi di grafite possono mantenere la loro integrità per un lungo periodo. Svolgono le loro funzioni anche in ambienti chimici. Di conseguenza, le aziende le utilizzano nelle batterie, nei forni elettrici e nelle celle a combustibile.

Inoltre, l'inerzia chimica degli elettrodi di grafite riduce al minimo il rischio di numerose reazioni pericolose.

Proprietà autolubrificanti

Questi elettrodi sono particolarmente vantaggiosi per le fonderie e gli EAF. Grazie all'autolubrificazione, gli elettrodi di grafite causano meno attrito al forno e a se stessi. Ciò significa che si spenderanno meno soldi per la manutenzione. Inoltre, gli elettrodi durano a lungo.

Gli elettrodi in grafite sono preferiti per numerosi processi elettrochimici e industriali grazie alle loro proprietà autolubrificanti.

Economicamente vantaggioso

Gli elettrodi di grafite sono anche facili da gestire. Le aziende li utilizzano nei forni elettrici ad arco che consumano molta meno energia rispetto ai forni tradizionali. Questo riduce naturalmente i costi operativi complessivi.

Inoltre, poiché gli elettrodi di grafite hanno un'elevata conducibilità elettrica, perdono calore in misura trascurabile durante il processo. Pertanto, i forni elettrici ad arco riscaldano e fondono l'acciaio in minor tempo.

Gli elettrodi di grafite presentano un'elevata resistenza meccanica e termica. Di conseguenza, durano più ore di quanto non facciano gli elettrodi di grafite. elettrodi di carbonio.

Sostenibilità

Le pratiche industriali sostenibili sono fondamentali per ridurre al minimo l'inquinamento e preservare le nostre risorse naturali.

Gli elettrodi di grafite sono considerati ecologici.

I forni elettrici ad arco utilizzano questi elettrodi per fondere gli scarti metallici e realizzare nuovi prodotti in acciaio. Questo riduce al minimo la necessità di estrarre nuove materie prime.

Inoltre, gli elettrodi di grafite hanno basse emissioni di carbonio rispetto alle fonti energetiche convenzionali per la produzione di acciaio.

Conclusione:

La grafite possiede numerose proprietà che la rendono il materiale più adatto per la produzione di elettrodi. Dall'elevato trasferimento di energia, alla resistenza al calore, alla lavorabilità, la grafite eccelle in tutti i fattori.

A differenza di altri materiali, la grafite non si rompe in caso di shock termico e calore elevato. Si tratta di scenari comuni ai forni elettrici ad arco per la produzione di acciaio.

Inoltre, è facile modellare gli elettrodi. Di conseguenza, le aziende personalizzano le dimensioni degli elettrodi in base alle loro applicazioni.