カーボン電極とグラファイト電極：初心者のための違いを探るガイド

グラファイトとカーボンは、電極の材料としてよく使われる2つの素材だ。どちらも電気をよく通す。とはいえ、その特性、耐用年数、用途、製造工程は多様である。  

このグラファイト電極とカーボン電極の記事では、これらの電極を徹底的に比較しています。両者を明確に理解することを目的としています。 

グラファイト電極とカーボン電極の比較：さまざまな要因の比較

定義

グラファイト電極

黒鉛電極は、円筒形状の導電性部品である。電気アーク炉で鉄鋼の製錬、金属や金属合金の製錬に使用される。

電極は、高品質の石油ニードルコークスと結合剤で構成されている。 

一般的に3つのタイプがある：通常の黒鉛電極、高出力黒鉛電極、超高出力黒鉛電極です。

カーボン電極

炭素電極は、焼成無煙炭、石油コークス、黒鉛、その他の原料からなる。 

炭素電極は、電気アーク炉でシリコン、合金鉄、黄燐、炭化カルシウム、コランダムなどの製錬に使用される。

生産プロセス

グラファイト電極

黒鉛電極の製造にはさまざまな工程がある。石油ニードルコークスやアスファルトなどの原料を集めることから始まる。 

これらの原料は粉砕され、選別のために送られる。次の工程では、ペースト状になるように混合される。 

エンジニアはこのペーストを押し出しプレスで円筒形の電極に成形する。この工程は、電極がその構造を保持するのに役立つ。

次に、成形した電極を高温で焼く。その温度は1000℃にもなる。焼成に続いてピッチ含浸工程が行われる。 

オートクレーブの中で、一定の圧力と温度下で含浸剤が電極の細孔に浸透する。 

この工程により、電極の強度と電気抵抗が向上する。

黒鉛化 は、電極をグラファイト・カーボン電極に変換する第二のベーキング工程である。この工程では温度が3000℃まで上がる。 

最後に、メーカーは特定の寸法になるように電極を加工する。

カーボン電極 

炭素電極の製造も同様の手順を踏む。まず、メーカーは焼成無煙炭、石油コークス、黒鉛などの原料を集める。これらの原料を粉砕して微粉末にする。

その後、パウダーはバインダー（コールタールピッチ）と混合され、微細な混合物となる。この混合工程で、すべての炭素粒子が結合する。  

次のステップでは、この混合物を押し出し成形で電極にする。その後、メーカーは1000℃から1200℃の温度で焼成する。この焼成によって電極は硬くなる。

電極に気孔がある場合、エンジニアはそこに結合材を充填する。この含浸はオートクレーブで行われる。

黒鉛電極と同様に、これらの電極も黒鉛化プロセスを経る。これは高温（約3000℃）での再焼成を伴う。

最後に、メーカーは用途に応じて特定の寸法になるように成形する。

物理的・化学的特性

グラファイト電極

• 黒鉛電極は主に天然黒鉛または合成黒鉛でできている。

• グラファイトは、非局在化した電子が自由に動くため、電気をよく通す。

• 黒鉛電極は、その結晶構造により高い熱伝導性を発揮します。高温用途の際に熱を素早く分散させることができる。

• グラファイト電極は高い化学的不活性を持っています。酸化や腐食に強いため、あらゆる種類の化学薬品に耐えることができます。

• グラファイトの炭素原子は強い共有結合を作る。そのため、黒鉛電極は融点が高い（約3600℃）。

カーボン電極

• 炭素電極は、非晶質炭素または混合炭素材料からなる。
• カーボン電極は中程度の電気伝導度を持つ。
• これらの電極は熱安定性がそこそこある。しかし、グラファイトよりも低い。
• グラファイトと同様、カーボンも化学的に不活性である。電気化学反応によって劣化することはない。

アプリケーション

グラファイト電極

• 黒鉛電極はEAF（電気アーク炉）の主要部品である。様々な産業で製鉄や金属スクラップの溶解に使用されている。

• 精錬取鍋炉でも、鋼の二次精錬に黒鉛電極が使用されている。  

• サブマージアーク炉も黒鉛電極を使用して合金鉄を製造する。

• これらの電極は、ガラス、シリコン、カーバイドを製造するための抵抗炉にも使用できる。

カーボン電極

• カーボン電極は、黄燐、シリコン、合金鉄などを製錬する鉱石焚き炉の導電性電極に使用される。

• 炭素電極は、塩素製造のための電解プロセスにおいて主要な役割を担っている。

• 電池メーカー各社は、これらの電極をさまざまな電池の負極材として使用している。

• カーボン電極は、電流が通ると高熱を発生する。 そのため、さまざまな抵抗加熱用途に使用されている。

生産コスト

黒鉛電極や炭素電極の製造コストは、様々な要因によって異なる。これらは、原材料の現在の価格、エネルギーコスト、電極の品質/グレード、製造の複雑さなどである。

グラファイト電極

通常、黒鉛電極の製造コストは炭素電極よりも高い。ニードルコークスのような原料は高価である。これに加えて、黒鉛電極の製造は全体的に複雑である。  

カーボン電極

炭素電極の製造コストは比較的安い。その製造工程は黒鉛化を必要とせず、製造コストが低く、経済的メリットが高い。

耐用年数

電極の耐用年数は様々な要因に左右される。これには、原材料の品質、電極の取り扱い、操作、設計、電気アーク炉の電流強度などが含まれます。 

グラファイト電極

実用上、黒鉛電極の平均寿命は製錬回数50～80回であり、一般に交換が必要である。高炉のような大型の製錬設備では、平均寿命は100回以上に達する。

カーボン電極

カーボン電極の寿命は比較的短い。強度が低く、酸化に弱いため、要求の厳しい用途には適さない。

結論

カーボン電極とグラファイト電極には多くの違いがありますが、似たような特徴もあります。その性能と用途を理解することで、より有効に活用し、工業生産の効率を向上させることができます。もっと詳しくお知りになりたい方は、Jinsunまでご連絡ください。