Por que os eletrodos são feitos de grafite?

Os eletrodos são condutores que ajudam a corrente a entrar ou sair de um meio. Vários setores os utilizam em diversos dispositivos para diferentes aplicações. Um de seus usos mais comuns é em fornos elétricos a arco (EAFs) para fabricação de aço. Embora os eletrodos possam ser feitos de diferentes materiais condutores, o grafite é a opção mais preferida. Está se perguntando quais podem ser os motivos? Leia este post até o final.

Propriedades que tornam o grafite ideal para eletrodos

O grafite é uma forma de carbono, conhecida por sua estrutura cristalina e acabamento metálico. Sua alta condutividade elétrica, estabilidade térmica e várias outras características o tornam adequado para a fabricação de eletrodos.

Vamos explorar todas as características do grafite que o tornam o melhor material para eletrodos.

Alta condutividade elétrica

Os eletrodos exigem alta condutividade elétrica para transferir carga rapidamente para o equipamento. Além disso, eles precisam manter um desempenho estável durante as reações eletroquímicas.

Por exemplo, a condutividade elétrica eficiente é crucial para uma forno elétrico a arco para transferir energia elétrica para o calor. Afinal, o calor inadequado pode afetar o processo de fundição do aço.

O grafite é um excelente condutor elétrico, por isso as empresas o utilizam na fabricação de eletrodos. Esse alótropo de carbono tem uma estrutura em camadas disposta em um padrão hexagonal, que suporta a livre circulação de elétrons entre as camadas.

Além da alta condutividade elétrica, os eletrodos de grafite podem suportar altas cargas de corrente.

Resistência a choques térmicos

Outro motivo pelo qual as empresas escolhem o grafite para a fabricação de eletrodos é o fato de ele poder suportar altos choques térmicos.

Como o grafite tem um baixo coeficiente de expansão térmica, ele pode suportar mudanças bruscas de temperatura.

O grafite pode suportar temperaturas que variam entre -400°F e 850°F, em uma atmosfera oxidada.

O choque térmico pode afetar a eficiência dos eletrodos de várias maneiras. Por exemplo, ele pode causar falha estrutural no eletrodo. Além disso, ele pode reduzir o desempenho e a vida útil de um eletrodo.

Os eletrodos podem sofrer choques térmicos durante a fabricação de aço em fornos elétricos a arco. Mesmo durante a soldagem a arco, os eletrodos são expostos a aquecimento e resfriamento rápidos.

Os eletrodos feitos de outros materiais não suportam essa rápida mudança de temperatura. Portanto, o grafite é uma escolha popular para a fabricação de eletrodos.

Alta resistência ao calor

O grafite pode sobreviver à exposição a altas temperaturas. Afinal de contas, seu ponto de fusão é 3650°C. Como resultado, os eletrodos feitos de grafite suportam um ambiente de alto calor.

Eles podem até mesmo sustentar a temperatura máxima de um forno a arco elétrico UHP. A temperatura desses fornos pode chegar a 3500°C. Em geral, a temperatura é tão alta quanto essa durante a fundição do aço.

Os eletrodos à base de grafite não perdem sua integridade estrutural sob calor extremo. A estrutura em camadas dos átomos de grafite ajuda a dissipar o calor rapidamente.

Não é fácil para os eletrodos feitos de outros materiais manterem seu desempenho em um ambiente de aquecimento tão alto.

Durabilidade

O composto de grafite é conhecido por sua alta resistência mecânica. Embora exista em vários graus, o poder de tração do grafite varia entre 20 e 40 MPa.

Devido à alta integridade estrutural, os fabricantes o utilizam para fabricar eletrodos. Afinal de contas, os eletrodos mantêm sua integridade sob calor extremo e pressão mecânica.

Os eletrodos de grafite não racham. Eles não se desgastam sob a alta pressão de um forno elétrico.

Ao mesmo tempo, eles podem suportar a intensa pressão do processo de fusão do aço no forno a arco elétrico. 

Fácil de moldar

Você pode moldar facilmente o material de grafite em diferentes formatos. Essa é outra qualidade que torna o grafite ideal para a fabricação de eletrodos.

A estrutura atômica do grafite tem uma ligação intermediária fraca, o que facilita a modelagem e o molde.

Os eletrodos de grafite são fabricados em diversos tamanhos, dependendo de suas aplicações. Eles têm tamanhos exclusivos para diferentes setores.

Até mesmo fornos elétricos de tipos diferentes precisam de eletrodos de grafite em diversos tamanhos e especificações.

Alta estabilidade química

A inércia química deve ser a principal característica de um eletrodo. Os eletrodos precisam funcionar em diferentes ambientes. Consequentemente, eles não podem reagir com produtos químicos e gases.

O lado bom é que os eletrodos de grafite são altamente resistentes a produtos químicos. Eles não reagem quando expostos a atmosferas ácidas ou alcalinas. Lembre-se de que esses ambientes são comuns em várias aplicações de processamento de metais.

A haste do eletrodo de grafite pode manter sua integridade por um longo período. Eles cumprem suas funções mesmo em ambientes químicos. Por isso, as empresas os utilizam em baterias, fornos elétricos e células de combustível.

Além disso, a inércia química dos eletrodos de grafite minimiza o risco de várias reações perigosas.

Propriedades autolubrificantes

Esses eletrodos são particularmente benéficos para fundições e EAFs. Devido à autolubrificação, os eletrodos de grafite causam menos atrito com o forno e com ele mesmo. Isso significa que você gastará menos dinheiro com manutenção. Além disso, os eletrodos durarão por muito tempo.

Os eletrodos feitos de grafite são preferidos para vários processos eletroquímicos e industriais devido às suas propriedades autolubrificantes.

Custo efetivo

Os eletrodos de grafite também são fáceis de usar. As empresas os utilizam em fornos elétricos a arco que consomem muito menos energia do que os fornos tradicionais. Isso naturalmente reduz o custo operacional geral.

Além disso, como os eletrodos de grafite têm alta condutividade elétrica, eles perdem pouco calor durante o processo. Portanto, os fornos elétricos a arco aquecem e derretem o aço em menos tempo.

Os eletrodos de grafite apresentam alta resistência mecânica e térmica. Como resultado, eles duram mais horas do que eletrodos de carbono.

Sustentabilidade

As práticas industriais sustentáveis são fundamentais para minimizar a poluição e preservar nossos recursos naturais.

Os eletrodos de grafite são considerados ecologicamente corretos.

Os fornos elétricos a arco empregam esses eletrodos para derreter restos de metal e fabricar novos produtos de aço. Isso minimiza a necessidade de extrair novas matérias-primas.

Além disso, os eletrodos de grafite têm baixa emissão de carbono em comparação com as fontes convencionais de energia para a produção de aço.

Conclusão:

O grafite tem inúmeras propriedades, o que o torna o material mais adequado para a fabricação de eletrodos. Desde a alta transferência de energia e a resistência ao calor até a usinabilidade, o grafite se destaca em todos os fatores.

Diferentemente de outros materiais, o grafite não se decompõe em situações de alto choque térmico e calor. Esses são cenários comuns em fornos elétricos a arco na fabricação de aço.

Além disso, é fácil moldar os eletrodos. Consequentemente, as empresas personalizam as dimensões dos eletrodos com base em suas aplicações.