石墨電極是指以石油焦、瀝青焦為骨料，煤瀝青為黏結劑，經過原料煅燒、破碎磨粉、配料、混捏、成型、焙燒、浸漬、石墨化和機械加工而製成的一種耐高溫石墨質導電材料，稱為人造石墨電極（簡稱石墨電極），以區別於採用天然石墨為原料製備的天然石墨電極。
基本介紹
- 中文名：石墨電極
- 外文名：graphite electrode
- 主要原料：石油焦、針狀焦
- 優點：加工容易等
- 套用：電弧煉鋼爐等
- 學科：冶金學
簡介,優點,加工,生產特點,套用,
簡介
石墨電極主要以石油焦、針狀焦為原料，煤瀝青做結合劑，經煅燒、配料、混捏、壓型、焙燒、石墨化、機加工而製成，是在電弧爐中以電弧形式釋放電能對爐料進行加熱熔化的導體，根據其質量指標高低，可分為普通功率石墨電極、高功率石墨電極和超高功率石墨電極。
石墨電極生產的主要原料為石油焦，普通功率石墨電極可加入少量瀝青焦，石油焦和瀝青焦含硫量都不能超過0.5%。生產高功率或超高功率石墨電極時還需要加針狀焦。鋁用陽極生產的主要原料為石油焦，並控制硫分不大於1.5%～2%，石油焦和瀝青焦應符合國家有關質量標準。
優點
(1)模具幾何形狀的日益複雜化以及產品套用的多元化導致對火花機的放電精確度要求越來越高。石墨電極的優點是加工較容易，放電加工去除率高，石墨損耗小，因此，部分群基火花機客戶放棄了銅電極而改用石墨電極。另外，有些特殊形狀的電極無法用銅製造，但石墨則較容易成型，而且銅電極較重，不適合加工大電極，這些因素都造成部分群基火花機客戶套用石墨電極。
(2)石墨電極較容易加工，且加工速度明顯快於銅電極。比如採用銑削工藝加工石墨，其加工速度較其他金屬加工快2～3倍且不需要額外的人工處理，而銅電極則需要人手挫磨。同樣，如果採用高速石墨加工中心製造電極，速度會更快，效率也更高，還不會產生粉塵問題。在這些加工過程中，選擇硬度合適的工具和石墨可減少刀具的磨損耗和銅電極的破損。如果具體比較石墨電極與銅電極的銑削時間，石墨電極較銅電極快67%，在一般情況下的放電加工中，採用石墨電極的加工要比採用銅電極快58%。這樣一來，加工時間大幅減少，同時也減少了製造成本。
(3)石墨電極與傳統銅電極的設計不同。許多模具廠通常在銅電極的粗加工和精加工方面有不同的預留量，而石墨電極則使用幾乎相同的預留量，這減少了CAD/CAM和機器加工的次數，單是這個原因，就足以在很大程度上提高模具型腔的精度。
加工
(一)石墨材料的加工形式
石墨電極的加工主要有三種形式：加壓振動法、數控自動成形法和機械加工方法。
(1)加壓振動法：加壓振動法需要專門工具機，電極母模與電極形狀相反。石墨材料和成形工具在加工時相對放置，留有一定的間隙。由水和磨料混合而成的加工液注入其問。在通過加工液的同時，使石墨和成形工具發生超音波振動。在磨料衝擊力的作用下，石墨被微量剝離而成所需要的形狀。磨料為SiC、B4C或金剛石，磨料越粗則加工速度越快。工具機工作時採用密封式和水幕式進行加工。適合於批量生產情況用的電火花成形加工。
(2)數控自動成形法：數控自動成形法需要專用的石墨電極成形機，它採用數控方式，有刀具自動調換裝置，可容納多把刀具。為改善加工環境，加工石墨電極的四周用水幕包圍，防止石墨粉塵四處分散。另外也可以用濕式加工法，由水溶性切削液防止刀具被磨損和石墨粉塵飛散。工具機具有高性能過濾裝置，可以將切削液和石墨切屑分離，可保證長時間連續加工，是石墨電極加工的理想專用設備，適合於模具用電極加工。但是其價格較高，在國內套用還不普遍。
(3)機械加工方法：機械加工方法為國內一般模具生產單位採用的主要方法。
石墨材料可以採用車削、銑削、鑽削和磨削的方法進行加工。另外，石墨材料在機械加工時易產生灰粉飛揚，給加工設備和操作人員帶來不利的影響。
(二)石墨材料的加工程式
1)石墨浸油。石墨材料在機械加工之前，應該在機油內浸數十小時，使油滲入石墨材料，以使機械加工時灰粉不致飛揚，並能得到較光滑的表面。
2)塗漆劃線。電極在外形表面粗加工以後，在劃線表面噴塗一層很薄的白漆再進行劃線，這樣線條清晰，便於機械加工。
3)進行機械加工。
生產特點
(1)生產周期長。普通功率石墨電極的生產周期為45天左右，超高功率石墨電極的生產周期達70天以上，而需要多次浸漬的石墨電極接頭生產周期更長。
(2)能源消耗較高。生產1t普通功率石墨電極需要消耗電能6000kW·h左右，煤氣或天然氣數千立方米，冶金焦粒和冶金焦粉約1t。
(3)生產工序多。生產工序包括原料煅燒、破碎磨粉、配料、混捏、成型、焙燒、浸漬、石墨化和機械加工等。其生產需要許多專用機械設備和特殊結構的窯爐，建設投資較大，投資回收期較長。
(4)生產過程中產生一定數量的粉塵和有害氣體，需要採取完善的通風降塵及消除有害氣體的環境保護措施。
(5)生產所需炭質原料石油焦和煤瀝青等為煉油企業和煤化工企業生產加工副產品，原料的質量及其穩定性難以得到充分的保障，尤其是高功率和超高功率石墨電極生產用針狀焦、改質電極瀝青和低喹啉不溶物含量專用浸漬劑瀝青，急需我國石油和煤化工加工企業的重視和積極配合。
套用
(1)用於電弧煉鋼爐
電爐煉鋼是石墨電極的使用大戶。我國電爐鋼產量約占粗鋼產量的18%左右，煉鋼用石墨電極占石墨電極總用量的70%～80%。電爐煉鋼是利用石墨電極向爐內導入電流，利用電極端部和爐料之間引發電弧所產生的高溫熱源來進行冶煉。
(2)用於礦熱電爐
礦熱電爐主要用於生產工業矽和黃磷等，其特點是導電電極的下部埋在爐料中，在料層內形成電弧，並利用爐料自身的電阻所發出的熱能來加熱爐料，其中要求電流密度較高的礦熱電爐需用石墨電極，例如每生產1t矽需消耗石墨電極約100kg，每生產1t黃磷需消耗石墨電極約40kg。
(3)用於電阻爐
(4)用於製備異型石墨產品
