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石墨電極材料的前生今世

 石墨電極的產(chǎn)生歷史

1

1990

Paul Heroult發(fā)明了電弧爐，其煉鋼過(guò)程中使用的導(dǎo)電材料就是石墨電極。

2

1961

電爐配備大容量變壓器，電爐煉鋼走向大型化。

3

1971

電弧爐功能細(xì)化（熔化爐和精煉爐）。

4

1980

大型電弧爐變壓器容量在550kVA/t以上。一部分新建的煉鋼電爐的單位爐容的變壓器容量達(dá)到800 kVA以上，個(gè)別電爐達(dá)到1000-1200kVA。

石墨電極直徑與電弧爐容量的對(duì)應(yīng)關(guān)系



三相（交流）電弧爐石墨電極消耗量為1.5—2.5千克/噸



2

石墨電極簡(jiǎn)介

石墨電極，主要以石油焦、針狀焦為原料，煤瀝青作結(jié)合劑，經(jīng)煅燒、配料、混捏、壓型、焙燒、石墨化、機(jī)加工而制成，是在電弧爐中以電弧形式釋放電能對(duì)爐料進(jìn)行加熱熔化的導(dǎo)體，根據(jù)其質(zhì)量指標(biāo)高低，可分為普通功率、高功率和超高功率。

石墨電極分類(lèi)

圖片

分類(lèi)

指標(biāo)

普通功率石墨電極

允許使用電流密度低于 17A/厘米2的石墨電極，主要用于煉鋼、煉硅、煉黃磷等的普通功率電爐。

高功率石墨電極

允許使用電流密度為18～25A/厘米2的石墨電極，主要用于煉鋼的高功率電弧爐。

超高功率石墨電極

，允許使用電流密度大于 25A/厘米 2的石墨電極，主要用于超高功率煉鋼電弧爐



3

石墨電極使用說(shuō)明

1、受潮濕的石墨電極，使用前要烘干。

2、去除備用石墨電極孔上的泡沫塑料保護(hù)帽，檢查電極孔內(nèi)螺紋是否完整。

3、用不含油和水的壓縮空氣清理備用石墨電極表面和孔內(nèi)螺紋；避免用鋼絲團(tuán)或金屬刷砂布清理。

4、將接頭小心地旋入備用石墨電極一端（不建議將接頭直接裝入爐上撤換下來(lái)的電極）的電極孔內(nèi)，不得碰撞螺紋。

5、將電極吊具（建議采用石墨材質(zhì)的吊具）擰入備用電極另一端的電極孔內(nèi)。

6、起吊電極時(shí)，墊松軟物到備用電極裝接頭一端的下面，以防止地面碰損接頭；用吊鉤伸入吊具的吊環(huán)后吊起，吊運(yùn)電極要平穩(wěn)，防止電極由B端松脫或與其它的固定裝置碰撞。

7、將備用電極吊到待接電極上方，對(duì)準(zhǔn)電極孔后慢慢落下；旋轉(zhuǎn)備用電極，使螺旋吊鉤與電極一起轉(zhuǎn)動(dòng)下降；在兩支電極端面相距10-20mm時(shí)，再次用壓縮空氣清理電極兩個(gè)端面和接頭的裸露部分；在最后完全下放電極時(shí)，不可過(guò)猛，否則因猛烈碰撞，會(huì)導(dǎo)致電極孔和接頭的螺紋受損。

8、用力矩扳手?jǐn)Q備用電極，直到兩支電極的端面緊密接觸為止（電極和接頭的正確連接夾縫小于0.05mm）。

石墨在大自然中非常普遍，并且石墨烯是人類(lèi)已知強(qiáng)度最高的物質(zhì)，但科學(xué)家可能仍然需要花費(fèi)數(shù)年甚至幾十年時(shí)間，才能找到一種將石墨轉(zhuǎn)變成大片高質(zhì)量石墨烯“薄膜”的方法，從而可以用它們來(lái)為人類(lèi)制造各種有用的物質(zhì)。



據(jù)科學(xué)家稱(chēng)，石墨烯除了異常牢固外，還具有一系列獨(dú)一無(wú)二的特性，石墨烯還是目前已知導(dǎo)電性能最出色的材料，這使它在微電子領(lǐng)域也具有巨大的應(yīng)用潛力。研究人員甚至將石墨烯看作是硅的替代品，能用來(lái)生產(chǎn)未來(lái)的超級(jí)計(jì)算機(jī)。

4

石墨電極優(yōu)越性

注：電火花加工用石墨電極，也稱(chēng)為銅公

1、模具幾何形狀的日益復(fù)雜化以及產(chǎn)品應(yīng)用的多元化導(dǎo)致對(duì)火花機(jī)的放電精確度要求越來(lái)越高。石墨電極的優(yōu)點(diǎn)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(jī)客戶(hù)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(wú)法用銅制造，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(jī)客戶(hù)應(yīng)用石墨電極。

2、石墨電極較容易加工，且加工速度明顯快于銅電極。比如采用銑削工藝加工石墨，其加工速度較其它金屬加工快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，如果采用高速石墨加工中心制造電極，速度會(huì)更快，效率也更高，還不會(huì)產(chǎn)生粉塵問(wèn)題。在這些加工過(guò)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公的破損。如果具體比較石墨電極與銅電極石墨電極的銑削時(shí)間，石墨較銅電極快67%，在一般情況下的放電加工中，采用石墨電極的加工要比采用銅電極快58%。這樣一來(lái)，加工時(shí)間大幅減少，同時(shí)也減少了制造成本。

3、石墨電極與傳統(tǒng)銅電極的設(shè)計(jì)不同。許多模具廠通常在銅電極的粗加工和精加工有不同的預(yù)留量，而石墨電極則使用幾乎相同的預(yù)留量，這減少了CAD/CAM和機(jī)器加工的次數(shù)，單是這個(gè)原因，就足以在很大程度上提高模具型腔的精度。

模具廠由銅電極轉(zhuǎn)用石墨電極后，首先應(yīng)該清楚的是該如何使用石墨材料以及考慮其他相關(guān)因素。如今部分群基火花機(jī)客戶(hù)采用石墨以電極放電加工，這免除了模具型腔拋光和化學(xué)物品拋光的工序卻仍然能達(dá)到預(yù)期的表面光潔度。如不增加時(shí)間和拋光的工序，銅電極不可能制作出這樣的工件。另外，石墨分為不同的等級(jí)，在特定的應(yīng)用程序下使用適當(dāng)?shù)燃?jí)的石墨和電火花放電參數(shù)才能達(dá)到理想的加工效果，若在使用石墨電極的火花機(jī)上操作人員使用與銅電極相同的參數(shù)，那么結(jié)果肯定是令人失望的。如果要嚴(yán)格控制電極的物料，可將石墨電極在粗加工時(shí)設(shè)于非損耗狀態(tài)（損耗少于1%），但銅電極則不使用。

5

石墨具有以下銅無(wú)法比擬的優(yōu)質(zhì)特性

1、加工速度：高速銑粗加工較銅快3倍；高速銑精加工較銅快5倍

2、可加工性好，能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的幾何造型

3、重量輕，密度不足銅的1/4，電極容易夾持

4、可減少單個(gè)電極的數(shù)量，因?yàn)榭衫壸龀山M合電極

5、熱穩(wěn)定性好，不變形無(wú)加工毛刺

6

石墨電極國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

普通功率石墨電極國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：

標(biāo)準(zhǔn)名稱(chēng)

石墨電極

標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)號(hào)

Q51

標(biāo)準(zhǔn)號(hào)

索取號(hào)

代替號(hào)

實(shí)施時(shí)間

2000/12/1 0:00:00

發(fā)布時(shí)間

2000/7/26 0:00:00

采標(biāo)情況

頁(yè)數(shù)

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國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)詳情

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了石墨電極的外形、尺寸及允許偏差、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、包裝、標(biāo)志、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和質(zhì)量證明書(shū)。本標(biāo)準(zhǔn)適用于以?xún)?yōu)質(zhì)石油焦、瀝青焦等為主要原料，經(jīng)成型、焙燒、浸漬、石墨化和機(jī)械加工而制成，供電弧爐作導(dǎo)電材料的普通功率石墨電極。

7

石墨電極發(fā)展歷程

據(jù)悉，從上世紀(jì)90年代坐落于北京發(fā)展較早的，以為首的企業(yè)一直秉承專(zhuān)業(yè)研制、生產(chǎn)石墨制品的企業(yè)。擁有先進(jìn)的數(shù)控生產(chǎn)設(shè)備及加工中心，生產(chǎn)技術(shù)精湛，檢測(cè)手段完備。從90年代初至今，由于產(chǎn)品性能優(yōu)異，質(zhì)量穩(wěn)定，受到國(guó)內(nèi)外用戶(hù)的一致好評(píng)。產(chǎn)品有：石墨電極，工業(yè)爐高溫處理用石墨制品，金剛石工具燒結(jié)用石墨制品，有色金屬冶煉用石墨制品，機(jī)械密封用石墨制品，電子半導(dǎo)體工業(yè)用石墨制品，分析儀器用石墨電極、分析坩堝制品。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于機(jī)械、模具、紡織、機(jī)電、金剛石工具等各行業(yè)。近年來(lái)，產(chǎn)品越來(lái)越多的服務(wù)于礦山系統(tǒng)、柴油機(jī)系統(tǒng)、鐵路系統(tǒng)以及高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。部分技術(shù)已達(dá)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

8

石墨電極抗氧化涂層石墨電極

表面涂覆一層抗氧化保護(hù)層（石墨電極抗氧化劑）的石墨電極。形成既能導(dǎo)電又耐高溫氧化的保護(hù)層，降低煉鋼時(shí)的電極消耗（19%~50%），延長(zhǎng)電極的使用壽命（22%~60%），降低電極的電能消耗。這項(xiàng)技術(shù)的推廣使用可以帶來(lái)這樣的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效應(yīng)：

① 石墨電極單位消耗的較少，生產(chǎn)成本有一定的降低。例如某煉鋼廠，按全年未發(fā)生停產(chǎn)一級(jí)LF精煉爐每周35根石墨電極左右，精煉處理165爐的消耗量計(jì)算，采用石墨電極抗氧化技術(shù)后，每年可節(jié)省373根（153噸）電極，每年每噸超高功率電極16，900元人民幣計(jì)算，可節(jié)省258.57萬(wàn)元人民幣。

② 石墨電極所耗電能較少，節(jié)約單位煉鋼電消耗量，節(jié)約了生產(chǎn)成本，節(jié)能！

③ 由于石墨電極換次數(shù)較少，就較少了操作工人勞動(dòng)量和危險(xiǎn)系數(shù)，提高了生產(chǎn)效率。

④ 石墨電極是低消耗和低污染產(chǎn)品，在節(jié)能減排環(huán)保提倡的今天，具有非常重要的社會(huì)意義。

這種技術(shù)在國(guó)內(nèi)尚處于研究開(kāi)發(fā)階段，也有些國(guó)內(nèi)廠家也開(kāi)始生產(chǎn)。在日本等發(fā)達(dá)國(guó)家有得到比較廣泛的應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)也出現(xiàn)了專(zhuān)門(mén)進(jìn)口這種抗氧化保護(hù)涂層的公司。