你知道吗？看似不起眼的石墨电极，其质量与规格的每一次突破，都直接对应着世界电炉炼钢效率的跃升，从最初仅供应小规格电极，到如今支持着全球每年数百万吨钢产量的背后，是一场跨越百年的材料进化史。

石墨电极(Graphite electrode) 以石油焦、沥青焦为颗粒料，煤沥青为黏结剂，经过混捏、成型、焙烧、石墨化和机械加工而制成的一种耐高温的石墨质导电材料。石墨电极是电炉炼钢的重要高温导电材料，通过石墨电极向电炉输入电能，利用电极端部和炉料之间引发电弧产生的高温为热源，使炉料熔化进行炼钢，其他一些电冶炼或电解设备也常使用石墨电极为导电材料。2000 年全世界消耗石墨电极 100 万 t 左右，中国 2000 年消耗石墨电极 25 万 t 左右。利用石墨电极优良的物理化学性能，在其他工业部门中也有广泛的用途，以生产石墨电极为主要品种的炭素制品工业已经成为当代原材料工业的重要组成部分。

石墨电极的发展过程：

早在 1810 年汉弗莱·

1877 年美国克利夫兰(Cleveland)的勃洛希(C.F.Brush)和劳伦斯(W.H.Lawrence)采用煅烧过的石油焦研制低灰分的炭质电极获得成功

1899 年普利查德(O.G.Pritchard)首先报道了用锡兰天然石墨为原料制造天然石墨电极的方法。1896 年卡斯特纳(H.Y.Gastner)获得了使用电力将炭质电极直接通电加热到高温，而生产出比天然石墨电极使用性能更好的人造石墨电极的专利权。

1897 年美国金刚砂公司(Carborundum Co.)的艾奇逊(E.G.Acheson)在生产金刚砂的电阻炉中制造了第一批以石油焦为原料的人造石墨电极，产品规格为 22mm×32mm×380mm，这种人造石墨电极当时用于电化学工业生产烧碱，在此基础上设计的“艾奇逊”石墨化炉将由石油焦生产的炭质电极及少量电阻料(冶金焦粒)构成“炉芯电阻”，通电后产生高温，使由石油焦制成的炭质电极在高温下“石墨化”而获得人造石墨电极。

19 世纪末法国人埃鲁(P.L.T.Heroult)发明了直接电弧炉，开始用于冶炼电石和铁合金生产，1899 年首次用于炼钢，电弧炉需要一定数量耐高温的导电电极。虽然 1900 年前后艾奇逊石墨公司(Acheson Graphite Co.)就出售可连接的电极，但当时只能生产小规格石墨电极，

20 世纪初期电炉炼钢主要使用以无烟煤为原料的碳质电极或以天然石墨为原料的天然石墨电极。生产碳质电极或天然石墨电极的工艺比较简单，

1910 年已经向市场供应直径达 610mm 的炭质电极。但是，由于石墨电极的优良性能以及制造工艺的不断改进，大规格石墨电极实大批量生产且售价不断下降，电炉炼钢工业逐渐改用石墨电极，使用炭质电极或天然石墨电极的情况逐渐减少。

20 世纪 60 年代以后绝大多数电弧炼钢炉都使用石墨电极。

1914～1918 年制成的石墨电极最大直径只有 356mm，

1924 年开始生产直径为 406mm 的石墨电极，1930 年已扩大到 457mm，1937 年又增加到 508mm，不久又生产了直径 559mm、610mm、660mm、711mm、762mm 的大规格石墨电极。

20 世纪 80 年代世界上最大的电弧炼钢炉使用的石墨电极直径为 813mm。第二次世界大战以后，生产石墨电极的原料质量、设备和制造工艺不断改进，随着电炉炼钢输入电功率不断提高的需求，20 世纪 60～70 年代又研制成功了高功率及超高功率石墨电极。

由于石墨电极质量不断提高及电炉炼钢工艺的改进，每吨电炉钢的石墨电极消耗已由 70 年代的 6～8kg 降低到 80 年代的 4～6kg(普通功率电炉)，采用超高功率石墨电极的大型电炉每吨钢的电极消耗已降低到 2.5kg 左右，而超高功率直流电弧炉(只用 1 根石墨电极)每吨钢的石墨电极消耗可降低到 1.5kg 左右。80 年代末世界上工业发达国家电炉炼钢工业多数电炉的吨位已提高到 80～200t，因此大量使用的是直径 550～750mm 的高功率或超高功率石墨电极。

石墨电极的种类：

根据所用原料的不同和成品物理化学指标的区别，石墨电极分为普通功率石墨电极(RP 级)，高功率石墨电极(HP 级)和超高功率石墨电极(UHP 级)3 个品种。这是因为石墨电极主要供电弧炼钢炉作为导电材料使用，20 世纪 80 年代国际电炉炼钢工业把电弧炼钢炉按每吨炉容量的变压器输入功率大小分为 3 类：普通功率电炉(RP 炉)、高功率电炉(HP 炉)和超高功率电炉(UHP 炉)。20t 以上的普通功率电炉每吨炉容量的变压器输入功率一般为 300kW/t 左右；高功率电炉为 400kW/t 左右；将 40t 以下的电炉输入功率 500～600kW/t、50～80t 的电炉输入功率 400～500kW/t、100t 以上的电炉输入功率 350～450kW/t 的电炉称为超高功率电炉。

到了 20 世纪 80 年代末，经济发达国家大量淘汰 50t 以下的中小型普通功率电炉，新建的电炉多数是 80～150t 的超高功率大电炉，并将输入的电功率提高到 800kW/t，90 年代初期一部分超高功率电炉又进一步提高到 1000～1200kW/t。高功率和超高功率电炉使用的石墨电极在更加苛刻的条件下运行，由于通过电极的电流密度明显增大，

结果产生下列问题：(1)因电阻热和炽热气流导致电极温度升高，使得电极及接头的热膨胀量都增加了，同时电极的氧化消耗也增大了。

电极中心部位和电极外圆的温度差增大了，由温度差引起的热应力也相应增大，电极容易产生裂纹和表面剥落。

(3)增大了电磁作用力，引起剧烈的振动，在剧烈振动下，电极因连接松动、脱扣而导致折断的几率增大了。因此高功率和超高功率石墨电极的物理机械性能必须优于普通功率石墨电极，如电阻率较低，体积密度较大及机械强度较高，热膨胀系数要小，有良好的抗热震性能。表 1 列出了 20 世纪 80 年代末期 3 种不同功率电弧炼钢炉的通用标准系列和配用的石墨电极直径。为了适应炼钢厂大量发展高功率及超高功率电炉的需要，20 世纪 80 年代起欧美、日本的炭素厂主要生产两种质量标准的石墨电极，即高功率石墨电极和超高功率石墨电极，普通功率石墨电极因销路不大而很少生产。 直流电弧炉用石墨电极 直流电弧炉是 20 世纪 80 年代初发展成熟的新型电炉炼钢设备，初期的直流电弧炉是在原来的交流电弧炉基础上改造而成，有的使用 3 根石墨电极，有的使用 2 根石墨电极。