東莞作為全國重要的石墨電極生產(chǎn)基地，其加工工藝與難題的解決能力直接影響電極質量與行業(yè)競爭力。以下從工藝分析方法、關鍵加工難題及解決方案三個維度展開系統(tǒng)梳理。

一、石墨電極加工工藝分析方法

（一）工藝流程分解法

1.原料預處理階段

原料選擇：優(yōu)先選用針狀焦、石油焦等高結晶度原料，其灰分含量需≤0.3%，硫分≤0.5%，以確保電極導電性與抗氧化性。

破碎篩分：采用顎式破碎機與振動篩組合，控制粒度分布（如-0.074mm占比≥85%），為后續(xù)成型提供均勻顆粒。

配料混合：按配方比例（針狀焦:石油焦=7:3）加入黏結劑（煤瀝青），在強力混合機中攪拌30分鐘，確保成分均勻性。

2.成型階段

等靜壓成型：通過高壓油缸施加200MPa壓力，使坯體密度達1.7g/cm3，減少內部孔隙。

振動成型：適用于大規(guī)格電極，利用振動臺（頻率50Hz）使顆粒緊密排列，密度提升10%。

3.焙燒階段

環(huán)式焙燒爐：分階段升溫（300℃/h至1200℃，保溫12小時），使瀝青碳化形成碳骨架，體積收縮率控制在3%以內。

浸漬工藝：焙燒后電極浸入煤瀝青（溫度180℃），真空度≤50Pa，壓力3MPa，填充孔隙提升密度至1.85g/cm3。

4.石墨化階段

艾奇遜爐石墨化：在2800℃高溫下持續(xù)48小時，使碳結構轉化為石墨晶體，電阻率降至6μΩ·m以下。

內熱串接石墨化：新型工藝，通過電流直接加熱，能耗降低30%，周期縮短至24小時。

（二）質量檢測分析法

1.物理性能檢測

密度測試：采用排水法測量體積密度，標準值≥1.65g/cm3。

電阻率檢測：四探針法測量，優(yōu)質電極電阻率≤8μΩ·m。

抗折強度測試：三點彎曲法，標準值≥15MPa。

2.化學成分分析

灰分檢測：馬弗爐灼燒法，灰分含量需≤0.5%。

硫分檢測：紅外吸收法，硫分≤0.3%。

3.微觀結構觀察

掃描電鏡（SEM）：觀察晶粒尺寸（理想值10-20μm）與孔隙分布。

X射線衍射（XRD）：分析石墨化程度（d002間距≤0.3354nm）。

二、石墨電極加工核心難題與解決方案

（一）原料均勻性控制難題

1.問題表現(xiàn)

針狀焦與石油焦粒度差異導致混合不均，焙燒后電極密度波動大（±0.1g/cm3），影響導電性。

2.解決方案

分級破碎：采用對輥破碎機與氣流分級機組合，控制粒度D50=15μm，粒度分布CV值≤5%。

在線檢測：安裝激光粒度儀，實時反饋粒度數(shù)據(jù)，調整破碎參數(shù)。

（二）成型缺陷控制難題

1.問題表現(xiàn)

等靜壓成型中坯體邊緣密度低（比中心低0.05g/cm3），導致焙燒后開裂。

2.解決方案

彈性模套設計：采用硅橡膠模套，壓力傳遞均勻性提升20%。

分段加壓：初始壓力50MPa保壓5分鐘，再升至200MPa保壓10分鐘，減少密度梯度。

（三）焙燒裂紋控制難題

1.問題表現(xiàn)

焙燒升溫過快（>200℃/h）導致瀝青熱解氣體無法排出，電極內部應力集中，裂紋率達15%。

2.解決方案

智能溫控系統(tǒng)：安裝熱電偶與PLC控制器，分階段升溫（300℃/h至300℃，50℃/h至800℃，30℃/h至1200℃）。

填充料優(yōu)化：使用煅燒焦填充料，導熱系數(shù)提升30%，溫度均勻性改善。

（四）石墨化氧化難題

1.問題表現(xiàn)

石墨化高溫下電極表面氧化，導致直徑損失率達2%（標準≤1%），影響使用尺寸。

2.解決方案

抗氧化涂層：噴涂硼化鈦（TiB?）涂層，厚度5μm，氧化起始溫度提升至800℃。

惰性氣體保護：石墨化爐內通入氮氣（流量50L/min），氧含量降至0.1%以下。

三、東莞石墨電極加工技術優(yōu)化案例

（一）某企業(yè)等靜壓成型工藝改進

問題：原工藝坯體密度1.68g/cm3，合格率85%。

改進：引入分級破碎與彈性模套，密度提升至1.72g/cm3，合格率達98%。

效益：年節(jié)約返工成本200萬元，客戶投訴率下降40%。

（二）某廠焙燒裂紋控制實踐

問題：裂紋率12%，年損耗電極300噸。

改進：采用智能溫控系統(tǒng)與煅燒焦填充料，裂紋率降至3%。

效益：年減少損耗180噸，成本降低150萬元。

四、行業(yè)趨勢與技術前沿

連續(xù)石墨化技術：通過電流直接加熱連續(xù)進料，能耗降低40%，周期縮短至8小時，東莞已有企業(yè)試點。

3D打印電極：采用選擇性激光燒結（SLS）打印石墨粉末，可制造復雜結構電極，研發(fā)階段已實現(xiàn)密度1.6g/cm3。

AI質量預測：基于歷史數(shù)據(jù)訓練模型，預測焙燒裂紋風險，準確率達90%，東莞部分企業(yè)正在部署。

結語：東莞石墨電極加工需通過工藝流程精細化、質量檢測數(shù)字化、難題解決系統(tǒng)化實現(xiàn)突破。未來，隨著連續(xù)石墨化、3D打印等技術的成熟，東莞將進一步鞏固其在全球石墨電極市場的領先地位。企業(yè)應持續(xù)投入研發(fā)，建立“原料-工藝-設備”全鏈條質量管控體系，以應對高層市場對電極性能的嚴苛要求。                http://www.shimodianji88.com/