石墨电极材料的前生今世

 石墨电极的产生历史

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1990

Paul Heroult发明了电弧炉，其炼钢过程中使用的导电材料就是石墨电极。

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1961

电炉配备大容量变压器，电炉炼钢走向大型化。

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1971

电弧炉功能细化（熔化炉和精炼炉）。

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1980

大型电弧炉变压器容量在550kVA/t以上。一部分新建的炼钢电炉的单位炉容的变压器容量达到800 kVA以上，个别电炉达到1000-1200kVA。

石墨电极直径与电弧炉容量的对应关系



三相（交流）电弧炉石墨电极消耗量为1.5—2.5千克/吨



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石墨电极简介

石墨电极，主要以石油焦、针状焦为原料，煤沥青作结合剂，经煅烧、配料、混捏、压型、焙烧、石墨化、机加工而制成，是在电弧炉中以电弧形式释放电能对炉料进行加热熔化的导体，根据其质量指标高低，可分为普通功率、高功率和超高功率。

石墨电极分类

图片

分类

指标

普通功率石墨电极

允许使用电流密度低于 17A/厘米2的石墨电极，主要用于炼钢、炼硅、炼黄磷等的普通功率电炉。

高功率石墨电极

允许使用电流密度为18～25A/厘米2的石墨电极，主要用于炼钢的高功率电弧炉。

超高功率石墨电极

，允许使用电流密度大于 25A/厘米 2的石墨电极，主要用于超高功率炼钢电弧炉



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石墨电极使用说明

1、受潮湿的石墨电极，使用前要烘干。

2、去除备用石墨电极孔上的泡沫塑料保护帽，检查电极孔内螺纹是否完整。

3、用不含油和水的压缩空气清理备用石墨电极表面和孔内螺纹；避免用钢丝团或金属刷砂布清理。

4、将接头小心地旋入备用石墨电极一端（不建议将接头直接装入炉上撤换下来的电极）的电极孔内，不得碰撞螺纹。

5、将电极吊具（建议采用石墨材质的吊具）拧入备用电极另一端的电极孔内。

6、起吊电极时，垫松软物到备用电极装接头一端的下面，以防止地面碰损接头；用吊钩伸入吊具的吊环后吊起，吊运电极要平稳，防止电极由B端松脱或与其它的固定装置碰撞。

7、将备用电极吊到待接电极上方，对准电极孔后慢慢落下；旋转备用电极，使螺旋吊钩与电极一起转动下降；在两支电极端面相距10-20mm时，再次用压缩空气清理电极两个端面和接头的裸露部分；在最后完全下放电极时，不可过猛，否则因猛烈碰撞，会导致电极孔和接头的螺纹受损。

8、用力矩扳手拧备用电极，直到两支电极的端面紧密接触为止（电极和接头的正确连接夹缝小于0.05mm）。

石墨在大自然中非常普遍，并且石墨烯是人类已知强度最高的物质，但科学家可能仍然需要花费数年甚至几十年时间，才能找到一种将石墨转变成大片高质量石墨烯“薄膜”的方法，从而可以用它们来为人类制造各种有用的物质。



据科学家称，石墨烯除了异常牢固外，还具有一系列独一无二的特性，石墨烯还是目前已知导电性能最出色的材料，这使它在微电子领域也具有巨大的应用潜力。研究人员甚至将石墨烯看作是硅的替代品，能用来生产未来的超级计算机。

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石墨电极优越性

注：电火花加工用石墨电极，也称为铜公

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，其加工速度较其它金属加工快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公的破损。如果具体比较石墨电极与铜电极石墨电极的铣削时间，石墨较铜电极快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。

模具厂由铜电极转用石墨电极后，首先应该清楚的是该如何使用石墨材料以及考虑其他相关因素。如今部分群基火花机客户采用石墨以电极放电加工，这免除了模具型腔抛光和化学物品抛光的工序却仍然能达到预期的表面光洁度。如不增加时间和抛光的工序，铜电极不可能制作出这样的工件。另外，石墨分为不同的等级，在特定的应用程序下使用适当等级的石墨和电火花放电参数才能达到理想的加工效果，若在使用石墨电极的火花机上操作人员使用与铜电极相同的参数，那么结果肯定是令人失望的。如果要严格控制电极的物料，可将石墨电极在粗加工时设于非损耗状态（损耗少于1%），但铜电极则不使用。

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石墨具有以下铜无法比拟的优质特性

1、加工速度：高速铣粗加工较铜快3倍；高速铣精加工较铜快5倍

2、可加工性好，能实现复杂的几何造型

3、重量轻，密度不足铜的1/4，电极容易夹持

4、可减少单个电极的数量，因为可捆绑做成组合电极

5、热稳定性好，不变形无加工毛刺

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石墨电极国家标准

普通功率石墨电极国家标准：

标准名称

石墨电极

标准分类号

Q51

标准号

索取号

代替号

实施时间

2000/12/1 0:00:00

发布时间

2000/7/26 0:00:00

采标情况

页数

7

国际标准详情

本标准规定了石墨电极的外形、尺寸及允许偏差、技术要求、试验方法、包装、标志、储存、运输和质量证明书。本标准适用于以优质石油焦、沥青焦等为主要原料，经成型、焙烧、浸渍、石墨化和机械加工而制成，供电弧炉作导电材料的普通功率石墨电极。

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石墨电极发展历程

据悉，从上世纪90年代坐落于北京发展较早的，以为首的企业一直秉承专业研制、生产石墨制品的企业。拥有先进的数控生产设备及加工中心，生产技术精湛，检测手段完备。从90年代初至今，由于产品性能优异，质量稳定，受到国内外用户的一致好评。产品有：石墨电极，工业炉高温处理用石墨制品，金刚石工具烧结用石墨制品，有色金属冶炼用石墨制品，机械密封用石墨制品，电子半导体工业用石墨制品，分析仪器用石墨电极、分析坩埚制品。产品广泛应用于机械、模具、纺织、机电、金刚石工具等各行业。近年来，产品越来越多的服务于矿山系统、柴油机系统、铁路系统以及高新技术产业。部分技术已达国内领先水平。

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石墨电极抗氧化涂层石墨电极

表面涂覆一层抗氧化保护层（石墨电极抗氧化剂）的石墨电极。形成既能导电又耐高温氧化的保护层，降低炼钢时的电极消耗（19%~50%），延长电极的使用寿命（22%~60%），降低电极的电能消耗。这项技术的推广使用可以带来这样的经济社会效应：

① 石墨电极单位消耗的较少，生产成本有一定的降低。例如某炼钢厂，按全年未发生停产一级LF精炼炉每周35根石墨电极左右，精炼处理165炉的消耗量计算，采用石墨电极抗氧化技术后，每年可节省373根（153吨）电极，每年每吨超高功率电极16，900元人民币计算，可节省258.57万元人民币。

② 石墨电极所耗电能较少，节约单位炼钢电消耗量，节约了生产成本，节能！

③ 由于石墨电极换次数较少，就较少了操作工人劳动量和危险系数，提高了生产效率。

④ 石墨电极是低消耗和低污染产品，在节能减排环保提倡的今天，具有非常重要的社会意义。

这种技术在国内尚处于研究开发阶段，也有些国内厂家也开始生产。在日本等发达国家有得到比较广泛的应用。目前国内也出现了专门进口这种抗氧化保护涂层的公司。