石墨(graphite)是一种矿物名,通常产于变质岩中,是煤或碳质岩石(或沉积物)受到区域变质作用或岩浆侵入作用形成[1]。石墨是元素碳的一种同素异形体,每个碳原子的周边连结著另外三个碳原子,排列方式呈蜂巢式的多个六边形,每层间有微弱的范德华引力。由于每个碳原子均会放出一个电子,那些电子能够自由移动,因此石墨属于导电体。石墨是其中一种软的矿物,不透明且触感油腻,颜色由铁黑到钢铁灰,形状呈晶体状、薄片状、鳞状、条纹状、层状体或散布在变质岩中。 化学性质不活泼,具有耐腐蚀性。
石墨与金刚石、碳60、碳纳米管等都是碳元素的单质,它们互为同素异形体。
1) 耐高温性:石墨的熔点为3850±50℃,沸点为4250℃,即使经温电弧灼烧,重量的损失很小,热膨胀系数也很小。石墨强度随温度提高而加强,在2000℃时,石墨强度提高一倍。
2) 导电、导热性:石墨的导电性比一般非金属矿高一百倍。导热性超过钢、铁、铅等金属材料。导热系数随温度升高而降低,甚至在的温度下,石墨成绝热体。石墨能够导电是因为石墨中每个碳原子与其他碳原子只形成3个共价键,每个碳原子仍然保留1个自由电子来传输电荷。
3)润滑性:石墨的润滑性能取决于石墨鳞片的大小,鳞片越大,摩擦系数越小,润滑性能越好。
4)化学稳定性:石墨在常温下有良好的化学稳定性,能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀。
5)可塑性:石墨的韧性好,可碾成很薄的薄片。
6)抗热震性:石墨在常温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致破坏,温度突变时,石墨的体积变化不大,不会产生裂纹。
作耐磨润滑材料:石墨在机械工业中常作为润滑剂。润滑油往往不能在高速、高温、高压的条件下使用,而石墨耐磨材料可以在200~2000 ℃温度中在很高的滑动速度下,不用润滑油工作。许多输送腐蚀介质的设备,广泛采用石墨材料制成活塞杯,密封圈和轴承,它们运转时勿需加入润滑油。石墨乳也是许多金属加工(拔丝、拉管)时的良好的润滑剂。
石墨电极主要以石油焦、针状焦为原料,以煤沥青为粘结剂,经焙烧、配料、混炼、压制、焙烧、石墨化、机械加工制成,是电弧炉中以电弧形式释放电能加热熔化炉料的导体。
石墨电有能够耐受大电流条件的特性,另外,在适当的粗加工设定条件下,含碳元素的钢工件加工时产生的腐蚀物和在工作液的高温下产生的分解物中的碳粒子,由于极性效应的作用,一部分腐蚀物、碳粒子附着在电极表面而形成保护层,粗加工中的石墨电极的损失极小。
电火花加工中的主要电极消耗量来源于粗加工,精加工的设定条件是消耗率高,但零件的预约加工余量少则加工蚀刻去除量少,其整体消耗量也少。 一般来说,石墨电极在大电流粗加工中损失比铜电极少,在精加工中损失可能比铜电极稍大,两者的电极损失相等。
石墨电极按其质量指标高低分为常规功率、高功率、功率,功率石墨电极占有率近年来不断上升,2016年达到38%。 石墨电极下游主要包括电弧炉炼钢、黄磷工业、磨粒和工业硅等,其中电弧炉炼钢占石墨电极需求的一半以上。
石墨电极生产的主要原料为石油焦,普通电力石墨电极可添加少量沥青焦炭,石油焦和沥青焦炭的硫含量均不得超过0.5%。 在制造高功率或功率石墨电极时,需要进行针状的聚焦。 铝用阳极生产的主要原料为石油焦,控制硫含量在1.5%~2%以下,石油焦和沥青焦应符合国家有关质量标准。
石墨化工序是石墨电极生产的关键工序,但连接石墨化工艺是国际技术,是国内技术。 采用该技术进行石墨化加工,不仅质量好,而且可以节约大量电能,其每吨能耗为3200度,与传统石墨化工艺相比,每吨节电1000度以上,可以大幅度降低生产成本。