一种新型石墨电极制造工艺及其制造设备的制作方法

本发明属于石墨制品技术领域，具体涉及一种新型石墨电极的制造工艺及其制造设备。

背景技术：

随着现在科技的不断发展，石墨电极作为耐高温的导电材料，其广泛引用于：电弧炼钢炉、矿热电炉、电阻炉以及制作异型石墨产品。

石墨电极主要以石油焦、针状焦为原料，煤沥青作为结合剂，经过煅烧、配比、混捏、压型、焙烧、石墨化等工艺制成，是在电弧炉以电弧形式释放电能对炉料进行加热熔化的导体，根据其质量指标高低，可分为普通功率石墨电极、高功率石墨电极和超高功率石墨电极。模具几何形状的日益复杂化以及产品应用的多元化导致对火花机的放电精确度要求越来越高。石墨电极的优点是加工较容易，放电加工去除率高，石墨损耗小，因此，部分群基火花机客户放弃了铜电极而改用石墨电极。石墨电极较容易加工，且加工速度明显快于铜电极。比如采用铣削工艺加工石墨，其加工速度较其他金属加工快2～3倍且不需要额外的人工处理，而铜电极则需要人手挫磨。很大程度上提高模具型腔的精度。

然而石墨电极在使用过程中，其表面在高温状态下容易出现氧化现象。大大降低了石墨电极的使用寿命，同时氧化后的电极消耗量较正常的电极消耗量更快。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种新型石墨电极的制造工艺及其制造设备，解决了现有技术中石墨电极在使用过程中表面易氧化的技术问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种新型石墨电极的制造工艺，包括以下步骤：

1)备料：按重量份3：2：1分别取石油焦、针状焦、无烟煤为原料；

2)煅烧：将石油焦、沥青焦按重量份加入到煅烧炉中煅烧，加热到1280-1320℃，并保持煅烧时间为0.5-1h；

3)研磨：将煅烧后的石油焦、沥青焦混合后进行破碎、细磨；

4)搅拌：向步骤3)的原料中继续添加无烟煤，并控制搅拌温度为300-400℃，搅拌时间为2.5-3h，并混合；

5)碾压：将搅拌后的原料在11-14mpa的压力下进行压实，并将预压时间为1-2h，预压的温度为120-150℃，形成生坯；

6)一次过浸：将成型的生胚浸在过滤池中5-10s，所述过滤池中添加抗氧化液，控制生胚浸泡的温度为0-5℃；

7)焙烧：将过浸的生胚晾干后，置于焙烧炉中焙烧，焙烧温度为2600-2800℃，保温100-110h，获得石墨坯；

8)成型：将石墨坯粉碎至颗粒粒径为0.05-0.07mm的石墨坯粉，然后向石墨坯粉中按重量份添加：乙炔黑60-65份、煤焦油30-35份、二硫化钼0.1-0.2份、3-4份改性乙烯基树脂，混合均匀，放入石墨成型模具中加热至130-150℃，保持2-4h后，在15-18mpa压力下预压成型，并切割分段；

9)二次过浸：预成型的模具置于装有抗氧化液的过滤池中1-2h，并控制过滤池进行曝气，以及温度控制在5-10℃；

10)石墨化：将二次过浸后的生胚取出自然风干，并置于焙烧炉中加热至300-350℃，保持压力为30-35mpa，压缩成型，即可。

进一步的，所述步骤2)中中在煅烧的同时密闭空气，并不间断通入保护气体。

进一步的，所述步骤3)研磨操作过程中，控制空气相对湿度为80-90％。

进一步的，所述步骤6)和步骤9)中抗氧化液的重量份组成为：硼酸10-15份、磷酸二氢铝70-80份、碳化硅1-3份、高岭土1-3份。

进一步的，所述步骤10)中自然风干后，放置24-36h后，再进行焙烧炉中加热。

进一步的，所述10)中加热的温度变化为3-4℃/h，到达加热温度后，再保温1-2h。

应用于新型石墨电极的制造设备，包括过滤池本体，所述过滤池本体为上端面敞开的箱式结构，所述过滤池本体的其中一对内侧面设置有对称的锁紧机构，并在所述过滤池本体另一对内侧面设置有对称的曝气管；

所述锁紧机构包括转动盘、液压柱，所述转动盘的末端面贴合设置在所述过滤池本体的内侧壁，所述转动盘的前端面液压柱连接；

所述曝气管为管状结构，所述曝气管的末端通过连接管贯穿过滤池本体池壁与外部的供气机构连接；

所述过滤池本体的底部中心设置有伸缩机构，伸缩机构包括设置在过滤池本体底部中心的伸缩柱，以及设置在伸缩柱顶部的托架，托架的上表面为弧面结构。

进一步的，所述液压柱的前端面减震块，所述减震块的外部为橡胶套，减震块的内侧设置有减震弹簧，并在橡胶套的内壁贴合有两根相互铰接的铰接杆，所述铰接杆的首尾两端分别连接在减震弹簧的首尾两端。

应用于新型石墨电极的制造设备，包括过滤池本体，所述过滤池本体为上端面敞开的箱式结构，所述过滤池本体的其中一对内侧面设置有对称的锁紧机构，并在所述过滤池本体另一对内侧面设置有对称的曝气管；

所述锁紧机构包括转动盘、液压柱，所述转动盘的末端面贴合设置在所述过滤池本体的内侧壁，所述转动盘的前端面液压柱连接；

所述曝气管为管状结构，所述曝气管的末端通过连接管贯穿过滤池本体池壁与外部的供气机构连接；

所述过滤池本体的底部中心设置有伸缩机构，所述伸缩机构包括设置在过滤池本体底部中心的伸缩柱，以及设置在所述伸缩柱顶部的托架，所述托架的上表面为弧面结构。

进一步的，所述液压柱的前端面减震块，所述减震块的外部为橡胶套，减震块的内侧设置有减震弹簧，并在橡胶套的内壁贴合有两根相互铰接的铰接杆，所述铰接杆的首尾两端分别连接在减震弹簧的首尾两端。

本发明的有益效果：

1、本发明中将成型的石墨电极生坯经过两次的过浸泡处理，实现石墨电极生坯表面形成抗氧化层，阻隔了石墨电极表面与空气氧气接触，增强了石墨电极的抗氧化能力，降低石墨电极的氧化失重，进一步提升了石墨电极稳定性状态。

2、本发明中在石墨电极采用碾压后进行一次过浸，然后再进行焙烧、成型后二次过浸，使得石墨电极表面形成的氧化层均匀分布，并且抗氧化液中的硼酸和磷酸二氢铝的分散性好，配合高岭土可有效附着在石墨电极表面，提高了附着效率，大大缩短了工艺周期。

3、本发明中采用的应用于新型石墨电极的制造设备，可实现将石墨电极生坯在该浸泡池中，在曝气管的曝气作用下，实现能够石墨电极表面与抗氧化液充分接触，缩短工艺周期。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的整体结构示意图；

图2是本发明实施例的整体剖面结构示意图；

图3是本发明实施例的曝气管结构示意图；

图4是本发明实施例的减震块结构示意图；

图5是本发明实施例的减震块挤压状态结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种新型石墨电极的制造工艺，包括以下步骤：

1)备料：按重量份分别取石油焦300kg、针状焦200kg、无烟煤100kg为原料。

2)煅烧：将石油焦、沥青焦按重量份加入到密闭的煅烧炉中煅烧，加热到1280℃，保持煅烧时间为0.5h，不间断通入保护气体氦气。

3)研磨：将煅烧后的石油焦、沥青焦混合后进行破碎、细磨。

4)搅拌：向步骤3)的原料中继续添加无烟煤，并控制搅拌温度为300℃，搅拌时间为3h，并混合，控制此时的空气相对湿度为90％。

5)碾压：将搅拌后的原料在14mpa的压力下进行压实，并将预压时间为2h，预压的温度为120℃，形成生坯。

6)一次过浸：将成型的生胚浸在过滤池中10s，过滤池中添加抗氧化液，控制生胚浸泡的温度为0℃的液体。

7)焙烧：将过浸的生胚晾干后，置于焙烧炉中焙烧，焙烧温度为2800℃，保温110h，获得石墨坯。

8)成型：将石墨坯粉碎至颗粒粒径为0.07mm的石墨坯粉，然后向石墨坯粉中按重量份添加：乙炔黑65kg、煤焦油30kg、二硫化钼0.1kg、3kg改性乙烯基树脂，混合均匀，放入石墨成型模具中加热至130℃，保持2h后，在15mpa压力下预压成型，并切割分段。

9)二次过浸：预成型的模具置于装有抗氧化液的过滤池中1h，并控制过滤池进行曝气，以及温度控制在5℃。

10)石墨化：将二次过浸后的生胚取出自然风干，放置24h后，再置于焙烧炉中加热至300℃，加热的温度变化为4℃/h，到达加热温度后，保温2h保持压力为30mpa，压缩成型，即可。

步骤6)和步骤9)中抗氧化液的重量份组成为：硼酸150g、磷酸二氢铝800g、碳化硅20g、高岭土20g。

实施例2：

一种新型石墨电极的制造工艺，包括以下步骤：

1)备料：按重量份分别取石油焦300kg、针状焦200kg、无烟煤100kg为原料。

2)煅烧：将石油焦、沥青焦按重量份加入到密闭的煅烧炉中煅烧，加热到1300℃，保持煅烧时间为1h，不间断通入保护气体氦气。

3)研磨：将煅烧后的石油焦、沥青焦混合后进行破碎、细磨。

4)搅拌：向步骤3)的原料中继续添加无烟煤，并控制搅拌温度为320℃，搅拌时间为2.8h，并混合，控制此时的空气相对湿度为87％。

5)碾压：将搅拌后的原料在11mpa的压力下进行压实，并将预压时间为1.5h，预压的温度为130℃，形成生坯。

6)一次过浸：将成型的生胚浸在过滤池中8s，过滤池中添加抗氧化液，控制生胚浸泡的温度为1℃的液体。

7)焙烧：将过浸的生胚晾干后，置于焙烧炉中焙烧，焙烧温度为2760℃，保温105h，获得石墨坯。

8)成型：将石墨坯粉碎至颗粒粒径为0.07mm的石墨坯粉，然后向石墨坯粉中按重量份添加：乙炔黑60kg、煤焦油35kg、二硫化钼0.1kg、3kg改性乙烯基树脂，混合均匀，放入石墨成型模具中加热至135℃，保持2h后，在18mpa压力下预压成型，并切割分段。

9)二次过浸：预成型的模具置于装有抗氧化液的过滤池中1h，并控制过滤池进行曝气，以及温度控制在8℃。

10)石墨化：将二次过浸后的生胚取出自然风干，放置28h后，再置于焙烧炉中加热至300℃，加热的温度变化为3℃/h，到达加热温度后，保温2h保持压力为30mpa，压缩成型，即可。

步骤6)和步骤9)中抗氧化液的重量份组成为：硼酸100g、磷酸二氢铝700g、碳化硅10g、高岭土10g，并混合制成溶液。

实施例3：

一种新型石墨电极的制造工艺，包括以下步骤：

1)备料：按重量份分别取石油焦300kg、针状焦200kg、无烟煤100kg为原料。

2)煅烧：将石油焦、沥青焦按重量份加入到密闭的煅烧炉中煅烧，加热到1320℃，保持煅烧时间为0.5h，不间断通入保护气体氦气。

3)研磨：将煅烧后的石油焦、沥青焦混合后进行破碎、细磨。

4)搅拌：向步骤3)的原料中继续添加无烟煤，并控制搅拌温度为400℃，搅拌时间为2.5h，并混合，控制此时的空气相对湿度为80％。

5)碾压：将搅拌后的原料在11mpa的压力下进行压实，并将预压时间为1.5h，预压的温度为130℃，形成生坯。

6)一次过浸：将成型的生胚浸在过滤池中8s，过滤池中添加抗氧化液，控制生胚浸泡的温度为1℃的液体。

7)焙烧：将过浸的生胚晾干后，置于焙烧炉中焙烧，焙烧温度为2760℃，保温100h，获得石墨坯。

8)成型：将石墨坯粉碎至颗粒粒径为0.05mm的石墨坯粉，然后向石墨坯粉中按重量份添加：乙炔黑63kg、煤焦油33kg、二硫化钼0.2kg、4kg改性乙烯基树脂，混合均匀，放入石墨成型模具中加热至150℃，保持4h后，在16mpa压力下预压成型，并切割分段。

9)二次过浸：预成型的模具置于装有抗氧化液的过滤池中2h，并控制过滤池进行曝气，以及温度控制在10℃。

10)石墨化：将二次过浸后的生胚取出自然风干，放置36h后，再置于焙烧炉中加热至350℃，加热的温度变化为4℃/h，到达加热温度后，保温1h保持压力为32mpa，压缩成型，即可。

步骤6)和步骤9)中抗氧化液的重量份组成为：硼酸110g、磷酸二氢铝760g、碳化硅20g、高岭土30g，并混合后制成溶液。

实施例4：

一种新型石墨电极的制造工艺，包括以下步骤：

1)备料：按重量份分别取石油焦300kg、针状焦200kg、无烟煤100kg为原料。

2)煅烧：将石油焦、沥青焦按重量份加入到密闭的煅烧炉中煅烧，加热到1280℃，保持煅烧时间为0.5h，不间断通入保护气体氦气。

3)研磨：将煅烧后的石油焦、沥青焦混合后进行破碎、细磨。

4)搅拌：向步骤3)的原料中继续添加无烟煤，并控制搅拌温度为400℃，搅拌时间为2.5h，并混合，控制此时的空气相对湿度为84％。

5)碾压：将搅拌后的原料在12mpa的压力下进行压实，并将预压时间为1.8h，预压的温度为140℃，形成生坯。

6)一次过浸：将成型的生胚浸在过滤池中8s，过滤池中添加抗氧化液，控制生胚浸泡的温度为3℃的液体。

7)焙烧：将过浸的生胚晾干后，置于焙烧炉中焙烧，焙烧温度为2670℃，保温108h，获得石墨坯。

8)成型：将石墨坯粉碎至颗粒粒径为0.05mm的石墨坯粉，然后向石墨坯粉中按重量份添加：乙炔黑65kg、煤焦油35kg、二硫化钼0.2kg、4kg改性乙烯基树脂，混合均匀，放入石墨成型模具中加热至140℃，保持2h后，在18mpa压力下预压成型，并切割分段。

9)二次过浸：预成型的模具置于装有抗氧化液的过滤池中2h，并控制过滤池进行曝气，以及温度控制在10℃。

10)石墨化：将二次过浸后的生胚取出自然风干，放置34h后，再置于焙烧炉中加热至320℃，加热的温度变化为4℃/h，到达加热温度后，保温1h保持压力为30mpa，压缩成型，即可。

步骤6)和步骤9)中抗氧化液的重量份组成为：硼酸140g、磷酸二氢铝720g、碳化硅10g、高岭土20g，并混合后制成溶液。

实施例5：

一种新型石墨电极的制造工艺，包括以下步骤：

1)备料：按重量份分别取石油焦300kg、针状焦200kg、无烟煤100kg为原料。

2)煅烧：将石油焦、沥青焦按重量份加入到密闭的煅烧炉中煅烧，加热到1300℃，保持煅烧时间为0.5h，不间断通入保护气体氦气。

3)研磨：将煅烧后的石油焦、沥青焦混合后进行破碎、细磨。

4)搅拌：向步骤3)的原料中继续添加无烟煤，并控制搅拌温度为320℃，搅拌时间为2.8h，并混合，控制此时的空气相对湿度为86％。

5)碾压：将搅拌后的原料在13mpa的压力下进行压实，并将预压时间为1h，预压的温度为130℃，形成生坯。

6)一次过浸：将成型的生胚浸在过滤池中8s，过滤池中添加抗氧化液，控制生胚浸泡的温度为5℃的液体。

7)焙烧：将过浸的生胚晾干后，置于焙烧炉中焙烧，焙烧温度为2800℃，保温105h，获得石墨坯。

8)成型：将石墨坯粉碎至颗粒粒径为0.05mm的石墨坯粉，然后向石墨坯粉中按重量份添加：乙炔黑64kg、煤焦油35kg、二硫化钼0.2kg、3kg改性乙烯基树脂，混合均匀，放入石墨成型模具中加热至145℃，保持3h后，在18mpa压力下预压成型，并切割分段。

9)二次过浸：预成型的模具置于装有抗氧化液的过滤池中1h，并控制过滤池进行曝气，以及温度控制在8℃。

10)石墨化：将二次过浸后的生胚取出自然风干，放置30h后，再置于焙烧炉中加热至340℃，加热的温度变化为4℃/h，到达加热温度后，保温1h保持压力为35mpa，压缩成型，即可。

步骤6)和步骤9)中抗氧化液的重量份组成为：硼酸130g、磷酸二氢铝780g、碳化硅30g、高岭土10g，并混合后制成溶液。

如上述实施例可知，各实施例的参数变化如下表所示：

其中对比例中的石墨电极为直接从市场上购买的同类石墨电极。

由上表可知，本发明中制备的石墨电极经过两次的过浸泡处理，实现石墨电极生坯表面形成抗氧化层，阻隔了石墨电极表面与空气氧气接触，其氧化失重率明显下降，其体积密度明显高于现有的石墨电极，并且其电阻率得到一定的控制。同时热膨胀系数得到控制在1..48×10-6℃以内。提升了石墨电极稳定性状态，并大大缩短了工艺周期。

如图1-2所示，本实施例提供一种应用于新型石墨电极的制造设备，包括过滤池本体1，过滤池本体1为上端面敞开的箱式结构，过滤池本体1的其中一对内侧面设置有对称的锁紧机构2，并在过滤池本体1另一对内侧面设置有对称的曝气管3。

锁紧机构2包括转动盘21、液压柱22，转动盘21的末端面贴合设置在过滤池本体1的内侧壁，转动盘21的前端面液压柱22连接。

如图3所示，曝气管3为管状结构，曝气管3的末端通过连接管31贯穿过滤池本体1池壁与外部的供气机构连接。

过滤池本体1的底部中心设置有伸缩机构4，伸缩机构4包括设置在过滤池本体1底部中心的伸缩柱41，以及设置在伸缩柱41顶部的托架42，托架42的上表面为弧面结构，起到托住石墨电极生坯5的作用，方便拿取。

如图4、图5所示，进一步的，液压柱22的前端面减震块23，减震块23的外部为橡胶套231，减震块23的内侧设置有减震弹簧232，并在橡胶套231的内壁贴合有两根相互铰接的铰接杆233，铰接杆233的首尾两端分别连接在减震弹簧232的首尾两端。

通过本发明中采用的制造设备，将石墨电极生坯5放置在伸缩机构4的托架42上，然后再通过锁紧机构2的液压柱22压缩，将石墨电极生坯5两端夹紧。由于减震块23在橡胶套231的内侧设置铰接的铰接杆233，当减震块23的前端与石墨电极生坯5端面接触后，挤压时，然后铰接杆233的两端部固定，中部向外侧扩散，并与石墨电极生坯5的端部的凹孔挤压锁紧，避免石墨电极生坯5在锁紧机构2的转动盘转动下发生脱落。

曝气管3设置在曝气池的两侧，大大提高了曝气效率，在曝气管3的曝气作用下，实现能够石墨电极表面与抗氧化液充分接触，缩短工艺周期。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。