La relazione tra le proprietà fisiche e chimiche degli elettrodi di grafite e il consumo di forni elettrici per la produzione di acciaio

La produzione di acciaio con forno ad arco elettrico si basa suelettrodiper generare archi, in modo che l'energia elettrica possa essere trasformata in energia termica nell'arco, fondendo il materiale di riempimento del forno e rimuovendo impurità come zolfo e fosforo, aggiungendo gli elementi necessari (come carbonio, nichel, manganese, ecc.) per fondere acciaio o leghe con varie proprietà. Il riscaldamento a energia elettrica può controllare con precisione la temperatura del forno e produrre gas di scarico a bassa temperatura. L'efficienza termica del forno ad arco per la produzione di acciaio è superiore a quella del convertitore.

Lo sviluppo tecnologico nel settore siderurgico con forni elettrici ad arco (EAF) ha una storia di circa 100 anni. Nonostante le sfide e la concorrenza di altri metodi di produzione dell'acciaio, in particolare dell'acciaio ad alta efficienza prodotto con ossigeno, la quota di acciaio prodotto con EAF sul totale mondiale è in costante aumento. All'inizio degli anni '90, l'acciaio prodotto con EAF rappresentava un terzo della produzione siderurgica mondiale. In alcuni paesi, l'EAF era la principale tecnologia siderurgica, con una percentuale di acciaio prodotto con questo metodo superiore del 70% rispetto a quella italiana.

Negli anni '80, la produzione di acciaio EAF si diffuse nella colata continua, e gradualmente si formò un "processo di produzione a risparmio energetico di fusione di un forno ad arco elettrico di preriscaldamento dei rottami, raffinazione, colata continua, laminazione continua, il forno ad arco è utilizzato principalmente per la rapida lavorazione dei rottami delle attrezzature come materia prima per la produzione di acciaio. Al fine di superare fondamentalmente l'instabilità dell'arco del forno ad arco CA ad altissima potenza, l'alimentazione trifase e lo squilibrio di corrente e il grave impatto sulla rete elettrica e la ricerca del forno ad arco CC, e di metterlo in applicazione industriale nel primo secoloA metà degli anni '90, il forno ad arco CC che utilizza solo 1 radice dell'elettrodo di grafite è stato ampiamente utilizzato nel mondo negli anni '90 (2 con alcuni forni ad arco CC con elettrodo di grafite).

Il principale vantaggio del forno ad arco in corrente continua è la drastica riduzione del consumo di elettrodi di grafite. Prima della fine degli anni '70, il forno ad arco in corrente alternata consumava dai 5 agli 8 kg di elettrodi di grafite per tonnellata di acciaio, e il costo degli elettrodi di grafite rappresentava dal 10% al 15% del costo totale dell'acciaio. Nonostante le numerose misure adottate, il consumo di elettrodi di grafite si è ridotto a 4-6 kg, ovvero il costo di produzione ha raggiunto il 7-10%. Con l'utilizzo di metodi di produzione dell'acciaio ad alta e altissima potenza, il consumo di elettrodi si è ulteriormente ridotto a 2-3 kg/t di acciaio. Nei forni ad arco in corrente continua, che utilizzano un solo elettrodo di grafite, il consumo di elettrodi di grafite può essere ulteriormente ridotto a 1,5 kg/t di acciaio.

Sia la teoria che la pratica dimostrano che il consumo di un singolo elettrodo di grafite può essere ridotto dal 40% al 60% rispetto al forno ad arco a corrente alternata.