אלקטרודת גרפיט מתייחסת לחומר מוליך גרפיט עמיד לטמפרטורה גבוהה- העשוי מקוקה נפט ומקוק אספלט כאגרגטים, זפת פחם כחומר מקשר, דרך עיבוד חומר גלם, ריסוק וטחינה, אצווה, ערבוב, יציקה, סידוד, הספגה, גרפיטציה ועיבוד מכני. היא נקראת אלקטרודת גרפיט מלאכותית (המכונה אלקטרודת גרפיט), השונה מאלקטרודת גרפיט טבעית שהוכנה מגרפיט טבעי כחומר גלם.
אלקטרודות גרפיט עשויות בעיקר מקוק נפט ומקוק מחט כחומרי גלם, עם זפת זפת פחם כחומר מקשר. הם מיוצרים על ידי סידוד, אצווה, ערבוב, יציקה, צלייה, גרפיטיזציה ועיבוד שבבי. הם מוליכים המשחררים אנרגיה חשמלית בצורה של קשת בכבשן קשת חשמלי כדי לחמם ולהמיס את חומר התנור. לפי מדדי האיכות שלהם, ניתן לחלק אותם לאלקטרודות גרפיט עם הספק רגיל, אלקטרודות גרפיט עם הספק- גבוה ואלקטרודות גרפיט אולטרה- בהספק גבוה.
חומר הגלם העיקרי לייצור אלקטרודות גרפיט הוא קולה נפט. ניתן להוסיף כמות קטנה של קוק אספלט לאלקטרודות גרפיט כוח רגילות, ותכולת הגופרית של קוקה נפט וגם קוקס אספלט אינה יכולה לעלות על 0.5%. קוקה מחט נדרשת גם בעת ייצור אלקטרודות גרפיט עם הספק- גבוה או אולטרה גבוה. חומר הגלם העיקרי לייצור אנודות אלומיניום הוא קולה נפט, ותכולת הגופרית נשלטת כך שתהיה לא יותר מ-1.5% עד 2%. קוקה נפט וקולה אספלט צריכים לעמוד בתקני איכות לאומיים רלוונטיים.
היתרון של אלקטרודת גרפיט
(1) המורכבות ההולכת וגוברת של גיאומטריית עובש וגיוון יישומי המוצר הובילו לדרישות גבוהות יותר לדיוק הפריקה של מכונות ניצוץ. היתרונות של אלקטרודות גרפיט הם שהן קלות לעיבוד, בעלות קצב הסרת פריקה בעיבוד שבבי גבוה, ובעלות אובדן גרפיט נמוך. לכן, חלק מהלקוחות של מכונות ניצוץ מבוססות קבוצה נטשו אלקטרודות נחושת ועברו לאלקטרודות גרפיט. בנוסף, חלק מהאלקטרודות בעלות צורה מיוחדת לא יכולות להיות עשויות מנחושת, אך קל יותר ליצור גרפיט, ואלקטרודות נחושת כבדות יותר ואינן מתאימות לעיבוד אלקטרודות גדולות. גורמים אלה הובילו כמה לקוחות מכונות ניצוץ מבוססות קבוצה להשתמש באלקטרודות גרפיט.
(2) אלקטרודות גרפיט קלות יותר לעיבוד ובעלות מהירות עיבוד מהירה משמעותית מאלקטרודות נחושת. לדוגמה, שימוש בטכנולוגיית כרסום לעיבוד גרפיט מהיר פי 2- מעיבוד מתכות אחר ואינו מצריך עיבוד ידני נוסף, בעוד אלקטרודות נחושת דורשות שחיקה ידנית. באופן דומה, אם נעשה שימוש במרכזי עיבוד גרפיט מהירים לייצור אלקטרודות, המהירות תהיה מהירה יותר, היעילות תהיה גבוהה יותר, ולא תהיה בעיית אבק. בתהליכי עיבוד אלו, בחירת כלים בעלי קשיות וגרפיט מתאימים יכולה להפחית את בלאי הכלים ואת הנזק לאלקטרודות נחושת. אם נשווה את זמן הטחינה בין אלקטרודות גרפיט לאלקטרודות נחושת, אלקטרודות גרפיט מהירות יותר ב-67% מאלקטרודות נחושת. באופן כללי, בעיבוד שבבי פריקה חשמלית, השימוש באלקטרודות גרפיט מהיר ב-58% משימוש באלקטרודות נחושת. בדרך זו, זמן העיבוד מצטמצם באופן משמעותי, בעוד שגם עלויות הייצור מצטמצמות.
(3) העיצוב של אלקטרודות גרפיט שונה מזה של אלקטרודות נחושת מסורתיות. למפעלי תבניות רבים יש בדרך כלל כמויות רזרבה שונות עבור עיבוד גס ועדין של אלקטרודות נחושת, בעוד אלקטרודות גרפיט משתמשות כמעט באותה כמות רזרבה, מה שמקטין את מספר ה-CAD/CAM וזמני עיבוד המכונה. זה לבד מספיק כדי לשפר מאוד את הדיוק של חללי עובש.
היישום של אלקטרודת גרפיט
(1) משמש לתנור פלדה בקשת חשמלית
ייצור פלדה בתנור חשמלי הוא משתמש עיקרי באלקטרודות גרפיט. ייצור פלדת כבשן חשמלי בסין מהווה כ-18% מייצור הפלדה הגולמית, ואלקטרודות גרפיט המשמשות לייצור פלדה מהוות 70% עד 80% מהכמות הכוללת של אלקטרודות גרפיט בשימוש. ייצור פלדה בכבשן חשמלי הוא תהליך של שימוש באלקטרודות גרפיט להחדרת זרם לתוך התנור, וניצול מקור החום בטמפרטורה- הגבוהה שנוצר על ידי הקשת בין קצה האלקטרודה למטען התנור לצורך התכה.
(2) משמש לתנורים חשמליים תרמיים מינרלים
תנורים חשמליים תרמיים מינרליים משמשים בעיקר לייצור סיליקון תעשייתי וזרחן צהוב. המאפיין שלהם הוא שהחלק התחתון של האלקטרודה המוליכה קבור בחומר התנור, יוצר קשת בשכבת החומר, ומשתמש באנרגיית החום הנפלטת מההתנגדות של חומר התנור עצמו לחימום חומר התנור. ביניהם, תנורים חשמליים תרמיים מינרלים עם צפיפות זרם גבוהה דורשים אלקטרודות גרפיט. לדוגמה, כ-100 ק"ג של אלקטרודות גרפיט נצרכים לייצור 1 טון סיליקון, וכ-40 ק"ג אלקטרודות גרפיט נצרכים לייצור 1 טון של זרחן צהוב.
(3) משמש לתנורי התנגדות
תנור הגרפיטיזציה המשמש לייצור מוצרי גרפיט, תנור ההיתוך המשמש להתכת זכוכית, והתנור החשמלי המשמש לייצור סיליקון קרביד שייכים כולם לתנורי התנגדות. החומרים בתוך התנור הם גם נגדי חימום וגם חפצים שיש לחמם. בדרך כלל, אלקטרודות גרפיט למוליכות מוטבעות בדופן ראש התנור בקצה תנור ההתנגדות לצריכה בלתי רציפה של אלקטרודות גרפיט.
(4) משמש להכנת מוצרי גרפיט לא סדירים
החסר של אלקטרודות גרפיט משמש גם לעיבוד למוצרי גרפיט בצורת שונים כגון כור היתוך, תבניות, סירות וגופי חימום. לדוגמה, בתעשיית זכוכית הקוורץ, על כל טון אחד של צינור התכה חשמלי המיוצר, נדרשים 10 טון של אלקטרודות גרפיט; על כל טון אחד של לבני קוורץ שיוצרו, נצרכים 100 ק"ג של אלקטרודות גרפיט.
