Graphitpulver, das als Graphitelektrode verwendet wird, bietet viele Vorteile. Wie lassen sich diese Vorteile jedoch optimal nutzen, um Effizienzsteigerungen, Kostensenkungen und eine verbesserte Wettbewerbsfähigkeit zu erzielen? Diese Fragen betreffen nicht nur Graphithersteller, sondern auch Anwender. Welche Probleme sollten also bei der Anwendung von Graphitmaterialien zuerst gelöst werden?
Staubentfernung: Aufgrund der feinen Partikelstruktur von Graphit entsteht bei der mechanischen Bearbeitung eine große Menge Staub, was die Arbeitsumgebung im Werk erheblich beeinträchtigt. Die Auswirkungen des Staubs auf die Anlagen zeigen sich hauptsächlich in dessen Einfluss auf die Stromversorgung. Aufgrund der hervorragenden elektrischen Leitfähigkeit von Graphit kann er, sobald er in den Verteilerkasten gelangt, Kurzschlüsse und andere Störungen verursachen. Daher wird die Anschaffung einer speziellen Graphitverarbeitungsanlage empfohlen. Aufgrund der hohen Investitionskosten für solche Anlagen sind viele Unternehmen jedoch zurückhaltend. In diesem Fall bieten sich folgende Lösungsansätze an:
Outsourcing von Graphitelektroden: Mit der zunehmend verbreiteten Anwendung von Graphit in der Formenbauindustrie haben immer mehr Formenbauunternehmen (OEM) auch das OEM-Geschäft mit Graphitelektroden eingeführt.
Nach der Ölbehandlung: Nach dem Kauf wird das Graphit zunächst für eine bestimmte Zeit (die genaue Dauer hängt von der Graphitmenge ab) in Zündkerzenöl getaucht und anschließend in ein Bearbeitungszentrum eingelegt. Dadurch wird verhindert, dass Graphitstaub aufgewirbelt wird, sondern er sinkt ab. Dies minimiert die Belastung der Anlage und der Umwelt.
Modifizierung eines Bearbeitungszentrums: Die sogenannte Modifizierung besteht hauptsächlich in der Installation eines Staubsaugers auf einem herkömmlichen Bearbeitungszentrum.
Der Entladungsspalt bei der Graphitverarbeitung: Im Gegensatz zu Kupfer wird bei Graphitelektroden aufgrund der höheren Entladungsrate mehr Prozessschlacke pro Zeiteinheit herausgelöst. Die effektive Entfernung dieser Schlacke stellt daher ein Problem dar. Aus diesem Grund muss der Entladungsspalt größer sein als bei Kupfer. Im Allgemeinen ist der Entladungsspalt bei Graphit 10 bis 30 % größer als bei Kupfer.
Richtiges Verständnis der Nachteile: Graphit weist neben Staubentwicklung auch einige Nachteile auf. Beispielsweise erzielen Graphitelektroden im Vergleich zu Kupferelektroden bei der Bearbeitung von Formen mit spiegelglatter Oberfläche seltener den gewünschten Effekt. Um eine bessere Oberflächenqualität zu erreichen, ist Graphit mit der feinsten Partikelgröße erforderlich, dessen Kosten jedoch oft 4- bis 6-mal höher sind als die von herkömmlichem Graphit. Zudem ist die Wiederverwendbarkeit von Graphit relativ gering. Aufgrund des Produktionsprozesses kann nur ein kleiner Teil des Graphits reproduziert und weiterverwendet werden. Der nach der Funkenerosion anfallende Graphitabfall kann derzeit nicht wiederverwendet werden, was Unternehmen vor Herausforderungen im Umweltmanagement stellt. Daher bieten wir unseren Kunden die kostenlose Entsorgung ihres Graphitabfalls an, um Probleme mit ihrer Umweltzertifizierung zu vermeiden.
Absplitterungen bei der mechanischen Bearbeitung: Da Graphit spröder als Kupfer ist, kann es bei der Bearbeitung von Graphitelektroden nach dem gleichen Verfahren wie bei Kupferelektroden leicht zu Absplitterungen kommen, insbesondere bei der Bearbeitung dünnrippiger Elektroden. In diesem Zusammenhang kann Formenherstellern kostenlose technische Unterstützung angeboten werden. Diese wird hauptsächlich durch die Auswahl der Schneidwerkzeuge, die Werkzeugführung und die optimale Konfiguration der Bearbeitungsparameter erreicht. Proben aus natürlichem Flockengraphit wurden durch Kaltpressen ohne Bindemittel hergestellt. Die Auswirkungen von Änderungen des Formdrucks und der Haltezeit auf die Dichte, Porosität und Biegefestigkeit der Proben wurden untersucht. Der Zusammenhang zwischen der Mikrostruktur und der Biegefestigkeit der Proben aus natürlichem Flockengraphit wurde qualitativ analysiert. Zwei Systeme, Borsäure-Harnstoff und Tetraethylsilikat-Aceton-Salzsäure, wurden ausgewählt, um die antioxidativen Eigenschaften und Mechanismen von natürlichem Graphitpulver und natürlichen Graphitelektrodenproben vor und nach der antioxidativen Behandlung zu untersuchen und zu diskutieren. Die wichtigsten Forschungsinhalte und -ergebnisse sind wie folgt: Es wurden die Umformbarkeit von natürlichem Lamellengraphit und der Einfluss der Umformbedingungen auf Mikrostruktur und Eigenschaften untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass mit steigendem Umformdruck die Dichte und Biegefestigkeit der Probe zunimmt, während die Porosität abnimmt. Die Haltezeit hat nur geringen Einfluss auf die Dichte. Bei einer Haltezeit von mehr als 5 Minuten verbessert sich die Umformbarkeit. Die Biegefestigkeit weist eine deutliche Anisotropie auf; die durchschnittlichen Biegefestigkeiten in verschiedenen Richtungen betragen 5,95 MPa, 9,68 MPa bzw. 12,70 MPa. Die Anisotropie der Biegefestigkeit steht in engem Zusammenhang mit der Mikrostruktur des Graphits.
Die antioxidativen Eigenschaften des mittels Lösungs- und Solverfahren hergestellten Bor-Stickstoff-Systems sowie von mit Kieselsol beschichtetem natürlichem Flockengraphitpulver wurden vor und nach der Imprägnierung untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass mit zunehmender Anzahl der Imprägnierungen die Menge an Kieselsol und Bor-Stickstoff-System auf der Graphitpulveroberfläche steigt und sich die antioxidativen Eigenschaften verbessern. Die Oxidationsbeginntemperatur von natürlichem Flockengraphit liegt bei 883 K, die Oxidationsgewichtsverlustrate bei 923 K bei 407,6 mg/g/h. Das Graphitpulver wurde jeweils neunmal im Borsäure-Harnstoff-System und im Ethylsilikat-Ethanol-Salzsäure-System imprägniert. Nach einstündiger Wärmebehandlung unter Stickstoffatmosphäre (1273 K) betrug die Oxidationsgewichtsverlustrate von natürlichem Flockengraphit bei 923 K 47,9 mg/g/h bzw. 206,1 mg/g/h. Nach einstündiger Wärmebehandlung in N2-Atmosphäre bei 1973 K bzw. 1723 K betrugen die Oxidationsgewichtsverlustraten von natürlichem Flockengraphit bei 923 K 3,0 mg/g/h bzw. 42,0 mg/g/h. Beide Systeme können die Oxidationsgewichtsverlustrate von natürlichem Flockengraphit reduzieren, wobei die antioxidative Wirkung des Borsäure-Harnstoff-Systems besser ist als die des Ethylsilikat-Ethanol-Salzsäure-Systems.
Graphitelektroden werden hauptsächlich in Großindustrien wie der Stahlerzeugung in Elektroöfen, der Phosphorproduktion in Erzöfen, dem elektrischen Schmelzen von Magnesiumsand, der Herstellung von feuerfesten Materialien durch elektrisches Schmelzen, der Aluminiumelektrolyse sowie der industriellen Phosphor-, Silizium- und Calciumcarbidproduktion eingesetzt. Man unterscheidet zwischen Naturgraphitelektroden und künstlichen Graphitelektroden. Im Vergleich zu künstlichen Graphitelektroden benötigen Naturgraphitelektroden keine chemische Graphitgewinnung. Dadurch verkürzt sich der Produktionszyklus erheblich, der Energieverbrauch und die Umweltbelastung werden deutlich reduziert und die Kosten sinken merklich. Sie bieten deutliche Preisvorteile und wirtschaftliche Vorteile, was einer der Hauptgründe für die Entwicklung von Naturgraphitelektroden ist.
Darüber hinaus stellen Naturgraphitelektroden hochwertige, weiterverarbeitete Produkte aus Naturgraphit dar und besitzen ein erhebliches Entwicklungs- und Anwendungspotenzial. Allerdings sind ihre Formbarkeit, Oxidationsbeständigkeit und mechanischen Eigenschaften derzeit denen von künstlichen Graphitelektroden unterlegen, was die Haupthindernisse für ihre Weiterentwicklung darstellt. Die Überwindung dieser Hindernisse ist daher der Schlüssel zur Erschließung neuer Anwendungsmöglichkeiten für Naturgraphitelektroden.
Die antioxidativen Eigenschaften des mittels Lösungs- und Solverfahren hergestellten Bor-Stickstoff-Systems sowie von mit Kieselsol beschichteten Naturgraphitblöcken wurden vor und nach der Imprägnierung untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die antioxidativen Eigenschaften der mit Kieselsol beschichteten Naturgraphitblöcke mit zunehmender Anzahl der Imprägnierungen abnehmen. Die mit dem Bor-Stickstoff-System beschichteten Naturgraphitblöcke weisen hingegen mit zunehmender Anzahl der Imprägnierungen bessere antioxidative Eigenschaften auf. Die Oxidationsgewichtsverlustraten der Naturgraphitblöcke betrugen bei 923 K und 1273 K 122,432 mg/g/h bzw. 191,214 mg/g/h. Die Naturgraphitblöcke wurden jeweils neunmal im Borsäure-Harnstoff-System und im Ethylsilikat-Ethanol-Salzsäure-System imprägniert. Nach einstündiger Wärmebehandlung in einer Atmosphäre von 1273 K und N₂ betrugen die Oxidationsgewichtsverlustraten bei 923 K 20,477 mg/g/h bzw. 28,753 mg/g/h. Bei 1273 K lagen sie bei 37,064 mg/g/h bzw. 54,398 mg/g/h. Nach Behandlungen bei 1973 K bzw. 1723 K betrugen die Oxidationsgewichtsverlustraten der Naturgraphitblöcke bei 923 K 8,182 mg/g/h bzw. 31,347 mg/g/h und bei 1273 K 126,729 mg/g/h bzw. 169,978 mg/g/h. Beide Systeme konnten die Oxidationsgewichtsverlustrate der Naturgraphitblöcke signifikant reduzieren. Ebenso ist die antioxidative Wirkung des Borsäure-Harnstoff-Systems derjenigen des Ethylsilikat-Ethanol-Salzsäure-Systems überlegen.
Veröffentlichungsdatum: 12. Juni 2025