از حدود ۲ سال پیش الکترود‌گرافیتی افزایش قیمت شدیدی داشته و منجر به افزایش بهای تمام شده فولاد خام گردیده است. این موضوع فولادسازان را بر آن داشته تا به هر روش ممکن برای کاهش ضریب مصرف الکترود‌گرافیتی اقدام کنند. یکی از روش‌هایی که می‌تواند به تحلیل و کاهش مصرف الکترود‌گرافیتی کمک کند، جمع‌آوری داده‌های کمّی مرتبط با مصرف آن است، روشی که در حل مسأله‌های مشابه نیز به کار می‌رود.
اما پیچیدگی و تعدد عوامل مؤثر بر مصرف الکترود‌گرافیتی در کوره‌های قوس‌الکتریکی بسیار زیاد است به طوری‌که تحلیل داده‌ها را بسیار سخت می‌نماید. از همین روست که بسیاری از فولادسازان حتی لزومی به توزین الکترودها قبل و بعد از مصرف نمی‌بینند و به روش‌های دیگری برای کنترل مصرف و کاهش آن می‌پردازند.
در طی بیش از یک سال گذشته، به خاطر پروژه‌های کاهش مصرف الکترود گرافیتی با پوشش الکوپات در کارخانجات مختلف کشور، گروه دانش‌بنیان پاترون امکان جمع‌آوری داده‌های مرتبط با مصرف الکترود‌گرافیتی را به دست آورد و بر همین اساس با یکی از روش‌های داده کاوی، موفق به مدلسازی ضریب مصرف الکترود‌گرافیتی به کمک شبکه عصبی گردید که نتایج این تحقیق در مقاله‌ای در سمپوزیوم فولاد ۹۷ ارائه گردید.
به جز طرح و تکنولوژی کوره قوس‌الکتریکی و نیز برند و کیفیت الکترود‌گرافیتی، که خارج از کنترل مهندسان بهره‌بردار است، داده‌های کمی که در کوره‌های قوس‌الکتریک، در هر ذوب، قابل جمع‌آوری هستند عبارتند از:
جریان هر فاز (بر حسب کیلوآمپر)، عمر هر ستون الکترود (تعداد ذوب)، وزن مذاب تخلیه شده، مدت زمان ذوب، زمان خاموشی کوره، انرژی مصرف‌شده (کیلووات ساعت)، میزان آهک و دولومیت مصرف‌شده، مقدار آهن‌اسفنجی و قراضه مصرف‌شده، اکسیژن مصرفی، آهن کل موجود در آهن‌اسفنجی، متالیزاسیون، کربن و گوگرد آهن‌اسفنجی.
پارامترهای دیگری نیز هستند که بر میزان مصرف الکترود‌گرافیتی مؤثرند و در صورت وجود ابزار اندازه‌گیری، داده‌های آنها نیز قابل جمع‌آوری و تحلیل است. داده‌هایی مثل مکش سیستم تصفیه دود و خنک‌کنندگی رینگ آب الکترود، دمای اولیه شارژ، تنظیم KT ها، تنظیمات طول قوس، عملکرد اپراتور و غیره.
تحقیق مذکور نشان می‌دهد در صورت بهینه‌بودن مصرف انرژی، نسبت سرباره سازها، اکسیژن و غیره، بزرگترین عامل کاهش مصرف الکترود‌گرافیتی، کاهش زمان خاموشی کوره (Power Off) است. عامل دومی که در این تحقیق آمده، درجه آهنی شدن آهن‌اسفنجی (متالیزاسیون) است که البته اثر کمتری نسبت به زمان خاموشی کوره دارد اما هرچقدر بالاتر باشد به کاهش مصرف الکترود کمک می‌نماید.
دلیل اهمیت کنترل زمان خاموشی کوره آن است که با فرض بهینه‌بودن پارامترهای عملیاتی کوره قوس‌الکتریک، زمان خاموشی کوره به عنوان عامل مخرب در مصرف الکترود گرافیتی تا حد زیادی از نظر اپراتوری قابل کنترل است.
ریشه این تأثیر شگرف، به مکانیزم مصرف الکترود‌گرافیتی در کوره‌های قوس‌الکتریکی بر میگردد. مصرف الکترود‌گرافیتی به دو دلیل اتفاق می‌افتد: مصرف غیر پیوسته (شکل ۱) و مصرف پیوسته (شکل ۲).
شکل (۱): مصرف غیرپیوسته الکترود‌گرافیتی
مصرف غیرپیوسته عمدتاٌ به خاطر کندگی سر الکترود، افتادگی سر الکترود و شکست الکترود اتفاق می‌افتد که به خاطر سهم معمولاً کم آنها در ضریب مصرف الکترود، در این مقاله به آنها نمی‌پردازیم.
در مصرف پیوسته، مصرف نوک الکترود (A) به واسطه تصعید نوک الکترود، ناشی از دمای بالای نوک الکترود هنگام برقراری قوس رقم می‌خورد. این نوع مصرف تقریبا ۵۰درصد مصرف الکترود‌گرافیتی را تشکیل می‌دهد. همچنین اکسید شدن الکترود گرافیتی (B) منجر به مصرف آن میگردد که تقریبا ۵۰درصد دیگر مصرف الکترود‌گرافیتی را تشکیل می‌دهد.
اکسیداسیون سطحی الکترود‌گرافیتی در دماهای بالاتر از ۵۰۰ درجه سانتیگراد اتفاق می‌افتد. این در حالی است تقریبا تمامی طول الکترود از زیر سنتر (دلتا) تا نوک الکترود در هنگام کار کوره دمایی بالاتر از ۵۰۰ درجه سانتیگراد دارد و این بخش، که در شکل(۳) با نقطه چین آبی نشان داده شده، در معرض اکسیداسیون سطحی است. هنگامی که عملیات قوس متوقف میگردد و زمان خاموشی کوره آغاز میگردد، دمای مذکور به سرعت کاهش نمییابد، لذا بدون آنکه الکترود در نوک و جهت برقراری قوس‌الکتریکی مصرف گردد، از سطح آن اکسید می‌شود و ضریب مصرف الکترود افزایش می‌یابد.
همین موضوع اهمیت دمای سطح الکترود‌گرافیتی را نشان می‌دهد. در تحقیقی که از آن نام برده شد، به دلیل نبود داده‌های سیستم خنک‌کن الکترود، امکان مدلسازی وجود نداشت اما بدیهتاً سیستم خنک‌کاری الکترود و اسپری رینگها نقش بسیار مهمی در کاهش مصرف الکترود‌گرافیتی دارند، هرچند متأسفانه در بسیاری از فولادسازی‌ها مشاهده میگردد که تنظیم و نگهداری این قسمت به خوبی انجام نمی‌گیرد.
وجود آثار آب خنک‌کن بر روی الکترودهای برگشتی از کوره، نشانه‌ای از عملکرد سیستم خنک‌کن الکترود است که در شکل (۴)، با خط زرد رنگ نشان داده شده است.
الکوپات
الکوپات، پوشش الکترود‌گرافیتی گروه پاترون، نیز به منظور جلوگیری یا تعویق اکسیداسیون سطحی الکترود طراحی گردیده است. این نوآوری، با ترکیبات ویژه خود، ضمن تحمل دمایی بالا، نسبت به شوک‌های مختلف مقاوم بوده و می‌تواند منجر به کاهش مصرف الکترود‌گرافیتی گردد.
خوشبختانه پس از یک سال و اندی مصرف الکوپات در کارخانجات مختلف فولادسازی کشور، عملکرد این پوشش، در عین ناباوری برخی متخصصین، به اثبات رسیده و منجر به صرفه‌جویی میلیاردها تومان هزینه در کشور گردیده است.
چنانچه در شکل (۵) نشان داده شده است، الکوپات با ایجاد لایه‌ای محافظ، با کاهش مصرف سطحی، منجر به کاهش ضریب مصرف و به اصطلاح لاغر نشدن الکترود گرافیتی میگردد.
همچنین شکل ۶، تصویر واقعی دو الکترود در شرایط مشابه، یکی با پوشش الکوپات و دیگری بدون پوشش الکوپات را نشان می‌دهد.
لازم به ذکر است با وجود آنکه الکوپات در شرایط خاص منجر به کاهش ضریب مصرف تا حدود ۳۰درصد نیز شده است، به طور میانگین در کارخانجات مختلف بین ۱۵درصد تا ۲۰درصد از مصرف الکترود‌گرافیتی را کاسته است. حتی در کارخانه‌ای در کشور ترکیه، که ضریب مصرف آن ۱/۱کیلوگرم بر تن مذاب بوده است، الکوپات منجر به رسیدن ضریب مصرف به حدود ۹۵/۰کیلوگرم بر تن مذاب شده است.
جمع‌بندی
در کنار بهینه‌سازی شرایط و رعایت نسبتهای اکسیژن، کک، سرباره سازها، تنظیم KTها، جریان، ولتاژ، طول قوس و غیره، راهکارهای ساده و کارایی از جمله کاهش زمان خاموشی کوره (Power Off)، نگهداری مناسب سیستم خنک‌کن الکترود (اسپری رینگها) و نیز استفاده از الکوپات، می‌تواند منجر به کاهش ضریب مصرف الکترود‌گرافیتی به میزان قابل توجهی گردد.