グラファイト電極とは？

黒鉛電極は電気炉で使用される導体電極。通電後に発生する熱を製鋼に利用することができる。今回は黒鉛電極について、その製造工程や特性、用途などを詳しく紹介する。

グラファイト電極の定義

A 黒鉛電極 は、電気アーク炉 (eaf) 製鋼に不可欠な導電性部品です。高品質のニードルコークス (石油コークスの一種) から作られるこの電極は、優れた導電性、耐熱性、機械的強度で知られています。

黒鉛電極の種類

• 普通のパワー黒鉛電極（RP）、電気アーク炉の使用の電流密度は17A/cm2より低くなければならない。原料は主に石油コークスとコールタールピッチで、生産周期は約45日です。 普通鋼、シリコン、黄リンなどの製錬に使用できます。

• 高出力黒鉛電極(HP)、電流密度が18~25A/cm2通れる、原料は石油コークス、コールタールピッチ、ニードルコークスである。生産周期は約60日で、主にステンレスとコランダムの製錬に使用される。

• 超高出力黒鉛電極（UHP）、交流電気アーク炉で使用される電流密度は25A/cm2以上である。原料は石油コークス、ニードルコークス、コールタールピッチを含み、ニードルコークスの含有量はHPグレードより多い。しかし、生産周期は65日以上で、高級鋼と特殊鋼の製錬に使用できます。

生産プロセス

グラファイト電極は、その望ましい特性を維持・向上させるために、多段階の精密な工程を経て作られる。

原料加工

原料は石油コークス、ニードルコークス、ピッチコークスを含み、いずれも炭素系物質である。

成形

その後、この混合物を押し出し成形によって目的の形状に成形する。その結果、ピッチを炭化させ、構造を硬化させるために高温で焼かれた「グリーンストック」が出来上がる。

ベーキング

ブランクを焼成炉に入れ、制御された雰囲気で摂氏1200度以上に加熱し、アスファルトなどのバインダーを揮発させる。

黒鉛化

最後の重要なステップは黒鉛化である。ここでは3000℃以上の高温に加熱し、炭素原子を再配列させて結晶性グラファイト構造にする。このプロセスにより、電極に独自の電気的・熱的特性が付与される。

グラファイト電極の特性

過酷な条件にも耐えることができるのが特徴で、これは主にそのユニークな特性によるものだ。

電気伝導率

グラファイトで構成されたこの電極は 優れた電気伝導性大電流を必要とするアプリケーションで効率的なエネルギー伝送を可能にする。

熱抵抗

構造的完全性を失うことなく、極めて高い温度に耐えることができる。この特性は、熱を多用する作業が多い冶金プロセスにおいて非常に貴重である。

機械的強度

外力が加わっても、一般に曲がったり折れたりすることはない。そのため、過酷な産業環境において耐久性と信頼性を発揮します。

化学的不活性

彼らは 化学的に不活性 であり、炉内の溶融金属や他の物質と容易に反応しない。この特性により、最終製品の純度と完全性が保証されます。

黒鉛電極の用途

主に電気アーク炉製鋼炉、鉱石熱炉、抵抗炉、異種黒鉛製品製造などの各種電気炉を含む。

電気アーク製鋼では、黒鉛電極を通して炉内に電流を導入し、アークから発生する熱を利用して製錬する。電気炉の容量に応じて、直径や出力の異なる電極を使用することができます。また、精錬炉では、高温・高圧などの条件下で黒鉛電極により溶鋼を精錬し、純度や品質を向上させます。

鉱石熱電気炉は主に合金鉄、純珪素、黄燐、マット、炭化カルシウムの製造に使用される。その特徴は、導電性電極の下部が装入物の中に埋没しており、電流が装入物の抵抗を通じて発熱することである。

抵抗炉でいえば、黒鉛製品を製造する黒鉛化炉、ガラスを溶解する溶解炉、炭化ケイ素を製造する電気炉などが抵抗炉である。炉内に装入される材料は、発熱抵抗体であると同時に被加熱物でもある。通常、伝導用の黒鉛電極は炉床端の炉頭壁に埋め込まれる。

また、黒鉛電極をるつぼ、黒鉛ボート、ホットプレス金型、真空炉発熱体など様々な特殊形状の製品に加工することができます。これらの製品は、ガラス製造や炭化ケイ素製造などの多くの産業分野で使用することができます。

結論

黒鉛電極は、その優れた導電性、耐高温性、耐食性により、電気炉製鋼などの多くの産業において不可欠な役割を果たし、現代の工業生産において重要な材料となっている。