Grafiittielektrodilla tarkoitetaan korkean -lämpötilojen kestävää grafiittia johtavaa materiaalia, joka on valmistettu maaöljykoksista ja asfalttikoksista kiviaineksena, kivihiilitervasta sideaineena raaka-aineen kalsinoinnin, murskauksen ja jauhamisen, panoksen, sekoittamisen, muovauksen, kalsinoinnin, kyllästyksen, grafitoinnin ja mekaanisen käsittelyn kautta. Sitä kutsutaan keinotekoiseksi grafiittielektrodiksi (kutsutaan grafiittielektrodiksi), joka eroaa luonnollisesta grafiittielektrodista, joka on valmistettu luonnongrafiitista raaka-aineena.
Grafiittielektrodit valmistetaan pääasiassa raaka-aineina maaöljykoksista ja neulakoksista, sideaineena kivihiilitervapikeä. Ne valmistetaan kalsinoimalla, panostamalla, sekoittamalla, muovaamalla, paahtamalla, grafitoimalla ja koneistamalla. Ne ovat johtimia, jotka vapauttavat sähköenergiaa kaaren muodossa valokaariuunissa uunin materiaalin lämmittämiseksi ja sulattamiseksi. Laatuindikaattoreidensa mukaan ne voidaan jakaa tavallisiin tehografiittielektrodeihin, suuritehoisiin-grafiittielektrodeihin ja ultra-suuritehoisiin grafiittielektrodeihin.
Grafiittielektrodien valmistuksen pääraaka-aine on maaöljykoksi. Pieni määrä asfalttikoksia voidaan lisätä tavallisiin tehografiittielektrodeihin, ja sekä maaöljykoksin että asfalttikoksin rikkipitoisuus ei saa ylittää 0,5 %. Neulakoksia tarvitaan myös suuritehoisten-tai erittäin suuritehoisten grafiittielektrodien valmistuksessa. Alumiinianodien valmistuksen pääraaka-aine on maaöljykoksi, ja rikkipitoisuutta valvotaan enintään 1,5-2 %:iin. Öljykoksin ja asfalttikoksin on oltava asiaankuuluvien kansallisten laatustandardien mukaisia.
Grafiittielektrodin etu
(1) Muotin geometrian monimutkaistuminen ja tuotesovellusten monipuolistuminen ovat johtaneet korkeampiin vaatimuksiin kipinäkoneiden purkaustarkkuudelle. Grafiittielektrodien etuja ovat, että ne on helppo käsitellä, niillä on korkea purkauskoneistuksen poistonopeus ja alhainen grafiittihäviö. Siksi jotkut ryhmäpohjaisten kipinäkoneiden asiakkaat ovat luopuneet kuparielektrodeista ja siirtyneet käyttämään grafiittielektrodeja. Lisäksi joitain erikoismuotoiltuja elektrodeja ei voida valmistaa kuparista, mutta grafiitti on helpompi muodostaa, ja kuparielektrodit ovat raskaampia eivätkä sovellu suurten elektrodien käsittelyyn. Nämä tekijät ovat saaneet jotkin ryhmäpohjaiset kipinäkoneiden asiakkaat käyttämään grafiittielektrodeja.
(2) Grafiittielektrodit ovat helpompia käsitellä ja niiden käsittelynopeus on huomattavasti nopeampi kuin kuparielektrodien. Esimerkiksi jyrsintätekniikan käyttö grafiitin käsittelyssä on 2-3 kertaa nopeampaa kuin muussa metallinkäsittelyssä, eikä se vaadi ylimääräistä manuaalista käsittelyä, kun taas kuparielektrodit vaativat manuaalista hiontaa. Vastaavasti, jos nopeita grafiitin työstökeskuksia käytetään elektrodien valmistukseen, nopeus on nopeampi, hyötysuhde on suurempi eikä pölyongelmaa ole. Näissä työstöprosesseissa sopivan kovuuden ja grafiitin omaavien työkalujen valinta voi vähentää työkalujen kulumista ja kuparielektrodien vaurioita. Jos verrataan grafiittielektrodien ja kuparielektrodien välistä jauhatusaikaa, grafiittielektrodit ovat 67 % nopeampia kuin kuparielektrodit. Yleensä sähköpurkauskoneistuksessa grafiittielektrodien käyttö on 58 % nopeampaa kuin kuparielektrodien käyttö. Tällä tavalla käsittelyaika lyhenee huomattavasti, samalla kun valmistuskustannukset pienenevät.
(3) Grafiittielektrodien rakenne on erilainen kuin perinteisten kuparielektrodien. Monilla muottitehtailla on yleensä erilaiset varamäärät kuparielektrodien karkea- ja hienokoneistukseen, kun taas grafiittielektrodeissa käytetään lähes samaa varamäärää, mikä vähentää CAD/CAM- ja koneenkäsittelyaikoja. Pelkästään tämä riittää parantamaan muottionteloiden tarkkuutta huomattavasti.
Grafiittielektrodin käyttö
(1) Käytetään sähkökaariteräksenvalmistusuunissa
Sähköuunien teräksenvalmistus on suuri grafiittielektrodien käyttäjä. Sähköuuniteräksen tuotanto Kiinassa muodostaa noin 18 % raakateräksen tuotannosta ja teräksen valmistuksessa käytettyjen grafiittielektrodien osuus grafiittielektrodien kokonaismäärästä on 70-80 %. Sähköuunin teräksenvalmistus on prosessi, jossa käytetään grafiittielektrodeja virran syöttämiseen uuniin ja korkean lämpötilan lämmönlähdettä, joka syntyy elektrodin pään ja uunipanoksen välisestä kaaresta, sulatukseen.
(2) Käytetään mineraalilämpösähköuuneissa
Mineraalilämpösähköuuneja käytetään pääasiassa teollisen piin ja keltaisen fosforin tuotantoon. Niille on ominaista, että johtavan elektrodin alaosa on upotettu uunin materiaaliin muodostaen kaaren materiaalikerrokseen ja käyttämällä itse uunimateriaalin vastuksen lähettämää lämpöenergiaa uunimateriaalin lämmittämiseen. Niistä korkean virrantiheyden omaavat mineraalilämpösähköuunit vaativat grafiittielektrodeja. Esimerkiksi noin 100 kg grafiittielektrodeja kuluu 1 tonnin piitä ja noin 40 kg grafiittielektrodeja yhden tonnin keltaisen fosforin valmistukseen.
(3) Käytetään vastusuuneissa
Grafiittituotteiden valmistukseen käytettävä grafitointiuuni, lasin sulatukseen käytettävä sulatusuuni sekä piikarbidin valmistukseen käytettävä sähköuuni kuuluvat kaikki vastusuuneihin. Uunin sisällä olevat materiaalit ovat sekä lämmitysvastuksia että lämmitettäviä esineitä. Yleensä grafiittielektrodit johtavuutta varten upotetaan uunin pään seinämään vastusuunin päähän grafiittielektrodien epäjatkuvan kulutuksen vuoksi.
(4) Käytetään epäsäännöllisten grafiittituotteiden valmistukseen
Grafiittielektrodien aihiota käytetään myös jalostukseen erilaisiksi muotoiltuiksi grafiittituotteiksi, kuten upokkaaksi, muottiksi, veneeksi ja lämmityselementiksi. Esimerkiksi kvartsilasiteollisuudessa jokaista valmistettua sähkösulatusputkea kohti tarvitaan 10 tonnia grafiittielektrodiaihiota; jokaista valmistettua kvartsitiilitonnia kohden kuluu 100 kiloa grafiittielektrodiaihioita.
