【摘要】：石墨電池在我們的生活中得到了廣泛的應(yīng)用。 石墨電極是什么材料？ 石墨電極的原料有哪些？ 本文主要介紹了石墨電極的定義，分析了石墨電極的優(yōu)點和加工方法，然后著重分析了石墨電極的應(yīng)用及其原材料分析。

什么是石墨電極？

石墨電極是以石油焦、瀝青焦為級配，煤焦油瀝青為結(jié)合劑，經(jīng)原料焙燒、破碎研磨、配料、捏合、成型、焙燒、浸漬、石墨化、機械加工等工藝制成的一種耐腐蝕電極。 低溫石墨導(dǎo)電材料稱為人造石墨電極（簡稱石墨電極），以區(qū)別于由天然石墨制備的天然石墨電極。

石墨電極的優(yōu)點

(1)磨具幾何形狀的日益復(fù)雜和產(chǎn)品應(yīng)用的多樣化，導(dǎo)致對火花機放電精度的要求越來越高。 石墨電極的優(yōu)點是更容易加工，電火花加工去除率高，石墨損耗小。 因此，一些集團化火花機客戶已經(jīng)放棄銅電極，改用石墨電極。 另外，一些異形電極用銅制作比較困難，但石墨比較容易成型，而且銅電極比較重，不適合加工大型電極。 這誘導(dǎo)了一些以集團為基礎(chǔ)的火花機客戶使用石墨電極。

(2)石墨電極更容易加工，加工速度明顯快于銅電極。 例如，石墨采用滾壓工藝加工，其加工速度比其他金屬加工快2-3倍，無需額外的人工處理，而銅電極則需要人工打磨。 同樣，如果使用高速石墨加工中心制造電極，速度會更快，效率會更高，并且不會形成冒煙問題。 在此過程中，選擇強度合適的工具和石墨，可以減少工具的磨損和銅電極的損壞。 如果具體比較石墨電極和銅電極的切割時間，石墨電極比銅電極快67%。 一般來說，石墨電極在電火花加工中的加工速度比銅電極快58%。 這樣一來，加工時間大大減少，制造成本也降低了。

(3) 石墨電極的設(shè)計不同于傳統(tǒng)的銅電極。 很多磨料廠對銅電極的粗加工和精加工一般有不同的余量，而石墨電極使用幾乎相同的余量，這減少了CAD/CAM和機加工的數(shù)量，僅此一點，就足以提高精度在很大程度上研磨工件。

石墨電極的加工方法

石墨電極的加工方法主要有加壓振動法、數(shù)控手工成型法和機械加工法三種。

(1)加壓振動法：加壓振動法需要專用銑床，電極母模形狀與電極形狀相反。 加工時石墨材料與成型工具相對放置，留有一定間隙。 將混合有水和磨料的加工液注入其中。 當(dāng)加工液通過時，石墨和成型工具被超聲波振動。 在磨料沖擊力的作用下，石墨被輕微剝離，形成所需的形狀。 磨料為SiC、B4C或金剛石，磨料越粗，加工速度越快。 銑床工作時采用密封式和水幕式加工。 適用于大量生產(chǎn)的電火花加工。

(2)數(shù)控手動成型法：數(shù)控手動成型法需要專用的石墨電極成型機，采用數(shù)控形式，具有刀具手動更換裝置，可容納多種刀具。 為改善加工環(huán)境，石墨電極四周環(huán)繞水幕，防止石墨粉塵四處擴散。 此外，還可以采用干式加工，防止水溶性銑削液使刀具生銹和石墨粉塵飛揚。 磨粉機具有高性能的過濾裝置，將磨粉液與石墨屑分離，可保證長時間連續(xù)加工。 是石墨電極加工理想的專用設(shè)備，適用于磨具電極加工。 而且它的價格比較高，在國外應(yīng)用并不廣泛。

(3)機械加工法：機械加工法是國外磨具生產(chǎn)單位采用的主要方法。

石墨材料可進(jìn)行銑、銑、鉆、切等加工。 此外，石墨材料在機械加工過程中易形成粉塵飛揚，對加工設(shè)備和操作人員造成不良影響。

電弧煉鐵爐用石墨電極應(yīng)用（一）

電爐冶煉是石墨電極的主要用戶。 我國電爐鋼產(chǎn)值約占粗鋼產(chǎn)值的18%，焦化用石墨電極占石墨電極總量的70%～80%。 電爐冶煉是利用石墨電極向爐內(nèi)輸出電壓，利用電極端與爐料之間電弧形成的低溫?zé)嵩催M(jìn)行煉鐵。

(2)用于埋熱電爐

浸熱式電爐主要用于生產(chǎn)工業(yè)硅、黃磷等。其特點是導(dǎo)電電極上部埋在爐料中，在爐料層產(chǎn)生電弧，爐料被加熱電荷本身的電阻所發(fā)出的熱能。 高電壓密度的礦熱爐需要使用石墨電極。 例如，每生產(chǎn)1t硅，消耗石墨電極約40kg，生產(chǎn)1t黃磷，約消耗石墨電極40kg。

(3) 內(nèi)阻爐用

生產(chǎn)石墨制品的石墨化爐、熔化玻璃的熔化爐、生產(chǎn)氧化鋁的電爐都屬于內(nèi)阻爐。 爐內(nèi)物料既是加熱內(nèi)阻又是被加熱物。 導(dǎo)電石墨電極一般嵌在內(nèi)電阻爐末端的爐頭壁內(nèi)，那里使用的石墨電極是不連續(xù)消耗的。

(4)用于制備異形石墨制品

石墨電極的毛坯還用于加工各種形狀的石墨制品，如坩堝、模具、舟皿和加熱元件等。 例如，在石英玻璃行業(yè)，每生產(chǎn)1噸電熔管，需要軋制10噸石墨電極； 每生產(chǎn)1噸石英磚，需要使用石墨電極進(jìn)行軋制。

石墨電極原料介紹（一）石油焦

石油焦是由石油餾分和石油瀝青焦化得到的易燃固體產(chǎn)品。 顏色為黑色微孔，主要元素為碳，酸值濃度很低，通常在0.5%以下。 石油焦是一種易石墨化的碳。 石油焦廣泛用于化工、冶金等行業(yè)。 是生產(chǎn)人造石墨制品和電解鋁碳素制品的主要原料。

石油焦按熱處理溫度可分為生焦和煅燒焦黑。 后者是延遲焦化得到的石油焦，揮發(fā)分含量高，機械硬度低。 煅燒焦炭黑是通過焙燒生焦而獲得的。 中國大部分煉油廠只生產(chǎn)生焦，大部分焙燒作業(yè)在炭素廠進(jìn)行。

石油焦可分為高硫焦（含氯1.5%以上）、中硫焦（含磷0.5%-1.5%）、貧煤焦（含磷小于0.5%）。 石墨電極和其他人造石墨制品通常使用貧煤焦生產(chǎn)。

(2)針狀焦

針狀焦是一種纖維狀結(jié)構(gòu)顯著、熱膨脹系數(shù)極低、易于石墨化的優(yōu)質(zhì)焦炭。 焦塊破碎時，根據(jù)質(zhì)地（長徑比通常在1.75以上）可分裂成細(xì)長的片狀顆粒。 在偏光顯微鏡下可觀察到各向異性的纖維結(jié)構(gòu)，故稱針聚焦。

針狀焦化學(xué)和機械性能的各向異性非常顯著。 在平行于顆粒長軸的方向上具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，熱膨脹系數(shù)低。 擠出成型時，大部分顆粒的長軸都沿擠出方向排列。 因此，針狀焦是制造高功率或超高功率石墨電極的關(guān)鍵原料。 生產(chǎn)的石墨電極內(nèi)阻低，熱膨脹系數(shù)小，耐光震性好。

針狀焦分為以石油餾分為原料生產(chǎn)的油基針狀焦和以精煉煤焦油瀝青為原料生產(chǎn)的煤基針狀焦。

(3)煤焦油瀝青

煤焦油瀝青是煤制石油深加工的主要產(chǎn)品之一。 它是各種碳和溴化合物的混合物。 常溫下為白色高粘度半固體或固體。 它沒有固定的熔點。 受熱后軟化熔化。 密度為1.25-1.35g/cm3。 按其軟化點可分為高溫、中、低溫三種瀝青。 中溫瀝青的豐度是煤油的54-56%。 煤焦油瀝青的成分極其復(fù)雜，與煤油的性質(zhì)和雜原子濃度有關(guān)，還受煉鋼工藝制度和煤油加工條件的影響。 表征煤焦油瀝青特性的指標(biāo)很多，如瀝青軟化點、甲苯不溶物（TI）、喹啉不溶物（QI）、焦化值、煤焦油瀝青流變性等。

煤瀝青在炭素工業(yè)中用作粘結(jié)劑和浸漬劑，其性能對炭素制品的生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量影響很大。 粘結(jié)瀝青通常采用軟化點適中、焦化值高、β樹脂高的中溫或中溫改性瀝青，浸漬劑采用低軟化點、低QI、流變性能好的中溫瀝青。