石墨电极是指以石油焦、沥青焦为骨料,煤沥青为黏结剂,经过原料煅烧、破碎磨粉、配料、混捏、成型、焙烧、浸渍、石墨化和机械加工而制成的一种耐高温石墨质导电材料,称为人造石墨电极(简称石墨电极),以区别于采用天然石墨为原料制备的天然石墨电极。
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(1)用于电弧炼钢炉
石墨电极材料主要可以用于电炉炼钢。电炉炼钢是利用研究石墨电极向炉内导入工作电流,强大的电流在电极下端可以通过这些气体环境产生影响电弧放电,利用电弧产生的热量来进行冶炼。电容量的大小,配备有石墨电极具有不同直径的,可连续使用的电极的,抵靠电极接头电极之间的连接。炼钢用石墨作为电极材料约占中国石墨电极总用量的70~80%。
(2)用于矿热电炉
用于生产主要是铁炉铁合金,纯硅,黄磷,电石和冰铜的,其特点是导电电极的下部埋在炉料中,因此除电板和炉料之间的电弧产生热量外,电流通过炉料时由炉料的电阻也产生热量。每吨硅需消耗石墨电极150kg左右,每吨黄磷需消耗石墨电极约40kg。
(3)用于电阻炉
生产过程中石墨材料制品用的石墨化炉、熔化技术玻璃的熔窑和生产以及碳化硅用的电炉等都是电阻炉,炉内所装物料管理既是一个发热电阻,又是被加热的对象。通常,导电用的石墨电极插入炉床端部的炉头墙中,故导电电极并不连续消耗。
(4)用于加工
大量的石墨电极毛坯还用于加工成各种坩埚、石墨舟皿、热压铸模和真空电炉发热体等异型产品。如在石英玻璃行业,每生产lt电熔管需用石墨电极坯料10t,每生产lt石英砖消耗电极坯料100kg。还有要注意的是,高温下的石墨材料合成材料有包括石墨电极、石墨模具和石墨坩埚三种,这三种材料中的石墨在高温下,石墨很容易发生氧化燃烧反应,造成材料表面胶碳层气孔率增加和结构疏松,影响使用寿命。
石墨电极优点
(1)模具几何形状的日益复杂化以及产品应用的多元化导致对火花机的放电精确度要求越来越高。石墨电极的优点是加工较容易,放电加工去除率高,石墨损耗小,因此,部分群基火花机客户放弃了铜电极而改用石墨电极。另外,有些特殊形状的电极无法用铜制造,但石墨则较容易成型,而且铜电极较重,不适合加工大电极,这些因素都造成部分群基火花机客户应用石墨电极。
(2)石墨电极较容易加工,且加工速度明显快于铜电极。比如采用铣削工艺加工石墨,其加工速度较其他金属加工快2~3倍且不需要额外的人工处理,而铜电极则需要人手挫磨。同样,如果采用高速石墨加工中心制造电极,速度会更快,效率也更高,还不会产生粉尘问题。在这些加工过程中,选择硬度合适的工具和石墨可减少刀具的磨损耗和铜电极的破损。如果具体比较石墨电极与铜电极的铣削时间,石墨电极较铜电极快67%,在一般情况下的放电加工中,采用石墨电极的加工要比采用铜电极快58%。这样一来,加工时间大幅减少,同时也减少了制造成本。
(3)石墨电极与传统铜电极的设计不同。许多模具厂通常在铜电极的粗加工和精加工方面有不同的预留量,而石墨电极则使用几乎相同的预留量,这减少了CAD/CAM和机器加工的次数,单是这个原因,就足以在很大程度上提高模具型腔的精度。
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