石墨化过程

电极石墨化

众所周知，汽车模具制造业是汽车行业的重要组成部分，在这个领域，电火花放电加工（EDM）是一种很常用的工艺技术。当然，要保证模具的高品质，除了先进的电火花放电加工机床，电极也扮演着极其重要的角色。

石墨因其具有质轻、耐大电流和低电极磨耗的特性，非常适用汽车工业的精密模具制造，而电极石墨化是放电加工技术的发展趋势之一。

石墨电极的优点是加工较容易，金属去除率高，石墨损耗小，因此，越来越多的模具厂放弃了铜电极而改用石墨电极。另外，有些形状的电极不能用铜制造，但石墨则较容易成型，而且铜电极较重，不太适合加工大电极，这些因素都加速了石墨电极在模具制造业越来越广泛的应用。

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。

石墨分为不同的等级，在特别应用程序使用适当等级的石墨和机器参数才能达到理想的加工效果，如果使用石墨电极的机器操作人员使用与铜电极相同的参数设定，那么结果肯定是令人失望的，因为铜的熔点是1083℃，而石墨在1083℃才会升华，因此，石墨电极能承受更大的机器设定条件。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。

石墨电极较容易加工，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，而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电极的破损。

石墨电极的设计也不同。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。

如今，大多数塑胶制品是利用特别等级的石墨以EDM加工的，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。比较石墨电极与铜电极石墨电极的铣削时间较铜电极快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%，加工时间大幅减少，同时也减少了制造成本。

1 直流石墨化炉

直流石墨化炉(DC graphitization furhace)

以炭素焙烧品和电阻料为炉芯，通入直流电，生产人造石墨制品的一种电阻炉。由于炉芯的电阻 (主要是电阻料的电阻)，电流流过时电能即转变为热能，而将炭素焙烧品加热到2000～3000℃的高温，完成石墨化过程而成为人造石墨。它与交流石墨化炉都同属于艾奇逊炉。

简史20世纪60年代，直流石墨化技术在欧美发达国家开始发展起来，它与交流石墨化炉比较，具有容量大、产品质量好、能耗低等显著优点，因而引起世界各国的普遍兴趣和关注。中国直流石墨化炉的起步稍晚。1972年10月北京炭紊厂用 3000kV•A整流变压器配9m的炉子首先应用在生产上，与交流炉相比，不仅送电时间短，而且节电25％以上。1973年1月南通炭素厂用 13500kV•A整流变压器配18m的炉子投入生产后，也取得了缩短通电时间20h，电耗降到4000kW•h／t以下的成绩。1975年9月吉林炭素厂16000kV•A的大直流和石家庄石墨电极厂的3340kV•A直流炉同时投产。截止到1986年中国原来拥有的13.6万kV•A的交流石墨化炉，只占当年石墨化炉总装机容量的27％。而直流石墨化炉，装机容量达到了17.5万kV•A，占73％。使中国石墨化技术水平上了一个新台阶。

炉子结构及特点直流石墨化炉和交流石墨化炉除了供电设备不同外，炉子本体的结构完全一样。直流石墨化炉的供电设备由三相交流主调和一变压器及相应的整流设备组成。

以直流电的方式向炉子供电具有如下优点：(1)由于采用的供电变压器是三相的，对电网不会产生三相负荷不平衡的影响。可以增大变压器的容量，可强化石墨化工艺，增大石墨化炉容量。(2)整个供电线路上的功率因数较高，达到0.9以上，对电能的有效利用率得到提高。(3)直流电没有交变磁场和电感损失，也没有表面效应及l临近效应等电的损失，电效率较高。

石墨化过程的强化直流石墨化炉供电条件的改善为强化石墨化过程创造了条件。由于电网对使用变压器的容量没有限制，可以采用大功率的变压器和整流机组，直流电的损失小，利用率高，所以炉芯可以得到更多的电能。如以适当大小的炉芯相配合，单位体积的功率达到160kW／m3(比交流炉大60％)以上，电流密度达到2.0A／cm2(比交流炉大100％) 以上，具备了这样的条件，就可以实现快速送电，使石墨化的温度在较短的时间内达到2700℃(比交流炉提高约400℃)。由于送电时间缩短，便可以提高炉子产能，降低石墨化的电耗，一般可降到4000kW•h／t以下(比交流炉降低约20％)，石墨化温度的提高，使石墨化进行得更完全，因此提高了产品质量。总之，在直流石墨化炉上可以实现大功率、高电密、快曲线的操作，使石墨化生产达到高产、优质、节电的目标，这便是石墨化过程的强化。以

石墨焙烧工艺和石墨化

引言

石墨是一种重要的非金属制品，广泛用于电池、涂料、化工、冶金等领域。而石墨焙烧工艺和石墨化则是石墨生产过程中至关重要的步骤。本文将全面探讨石墨焙烧工艺和石墨化的原理、工艺流程、影响因素以及应用。

I. 石墨焙烧工艺的原理

1.1 石墨焙烧的概念

石墨焙烧是指通过高温处理氧化石墨，将其还原为石墨的过程。焙烧温度通常在2500℃以上，采用惰性气体氛围，如氩气或氮气，避免氧化石墨再次发生燃烧反应。焙烧工艺可以有效提高石墨晶体的完整性和结晶度。

1.2 石墨焙烧的原理

石墨焙烧的原理可以从石墨晶体结构和化学反应两个方面来解释。首先，石墨晶体结构由六个碳原子构成的六边形结构堆积而成。在高温下，焙烧过程中晶格结构的热振动将使石墨晶体扩张，从而促进杂质离子的扩散和逸出。其次，焙烧过程中，氧化石墨与还原气氛中的气体发生反应，氧原子离开石墨分子，生成气体的氧化物。

II. 石墨焙烧工艺流程

2.1 原料准备

石墨焙烧工艺的第一步是原料的准备。通常使用天然石墨或人工合成石墨作为原料，将其破碎、粉碎、筛分，以获得均匀颗粒分布的石墨粉末。

2.2 石墨焙烧设备

石墨焙烧设备通常采用电阻炉或感应炉，其具备高温、恒温、密闭和惰性气氛等特点。炉体内部通常使用耐火材料进行衬底，以抵御高温和化学腐蚀。 2.3 焙烧工艺参数

焙烧工艺参数对焙烧效果至关重要。主要包括焙烧温度、保温时间、惰性气氛和压力控制等。其中，焙烧温度是最关键的参数，不仅影响石墨晶体的晶化程度，还会直接影响石墨焙烧的产率和能耗。

2.4 石墨焙烧过程

石墨焙烧过程一般分为预热、焙烧和冷却三个阶段。首先，在预热阶段，将石墨样品加热到预定温度，以去除其中的挥发性杂质。然后，在焙烧阶段，将温度进一步提高，在惰性气氛中进行石墨焙烧生成还原石墨。最后，在冷却阶段，将石墨样品从高温环境中取出，并进行自然冷却或强制冷却。

III. 石墨化的原理和方法

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石墨化热处理过程中石墨制品的微观结构分析和理化性能表征

作者：李雷

来源：《科学与财富》2020年第05期

摘 要：石墨化是石墨制品生产工艺过程中热处理的主要工序之一。以焙烧和浸渍后的样品为原料，在感应石墨化炉内进行高温热处理，考察焙烧样品经石墨化热处理后的组织结构和理化性能。 龙源期刊网

关键词：焙烧样品;石墨化制品;热处理

一、石墨化工艺

1、装炉方式的选择。石墨化炉生产工艺过程中，合理的装炉方式是制品石墨化的保障。制品采用立装法还是卧装法，是正装还是错装，都要根据制品的品种、规格、质量标准及设备的工艺参数来确定，以保证制品在炉芯内的受热相对均匀，以减小热应力，减少制品在石墨化过程中裂纹。对于大规格的制品，采用错位装炉方式，可以减少制品裂纹，石墨化效果好。对于石墨化裂纹废品率高，质量不稳定的制品，也可以采取炉芯均流措施。

2、确定合理的通电制度。石墨化炉芯的温度是采用定功率配电的功率曲线来控制的，正确合理地制定和运用石墨化炉通电制度，对于提高成品率、节约能源、缩短制品石墨化周期，都有十分重要的意义。石墨化炉通电制度的确定，不仅要考虑到炉型结构、制品品种规格、质量信息、电阻料、保温效果、配电系统的参数等方面的因素，更重要的是符合制品在石墨化炉内不同阶段对温升速度的不同要求。对于石墨化质量不稳定的制品，更要严控温升阶段的炉芯温度上升速度，以避免温升过快使制品产生裂纹，这时对送电曲线的上升功率要做适当调整，形成“快—慢—慢—快”的四阶段功率送电曲线。

二、实 验

1、材料。本实验所采用的主要原料是煅后石油焦和煤沥青，这些原料均来源于云南某电解铝厂，其主要成分如表所示。

实验中石墨化处理所用的压坯是经过提纯、混捏+ 轧片、成型、焙烧+ 浸渍等工序处理后的样品，以下简称焙烧样品，焙烧样品的XRD 分析结果如图所示。