흑연 전극으로 사용되는 흑연 분말은 여러 가지 장점을 가지고 있습니다. 그러나 이 소재의 장점을 최대한 활용하여 효율 향상, 비용 절감, 시장 경쟁력 강화를 실현하는 것은 흑연 생산자뿐만 아니라 흑연 사용자 또한 심각하게 고려해야 할 문제입니다. 그렇다면 흑연 소재를 적용할 때 가장 먼저 해결해야 할 문제는 무엇일까요?
분진 제거: 흑연은 입자 구조가 미세하기 때문에 기계 가공 과정에서 다량의 분진이 발생하여 공장 환경에 심각한 영향을 미칩니다. 또한, 분진이 장비에 미치는 영향은 주로 장비의 전력 공급에 미치는 영향으로 나타납니다. 흑연은 전기 전도성이 매우 뛰어나 전원 박스에 유입될 경우 단락 등의 고장을 일으키기 쉽습니다. 따라서 흑연 가공 전용 장비를 사용하는 것이 좋습니다. 하지만 흑연 전용 장비의 높은 투자 비용 때문에 많은 기업들이 이 부분에 대해 신중한 태도를 보입니다. 이러한 상황에서 다음과 같은 몇 가지 해결책을 고려할 수 있습니다.
흑연 전극 아웃소싱: 금형 산업에서 흑연의 적용이 점점 더 확대됨에 따라, 더 많은 금형 위탁 제조(OEM) 업체들이 흑연 전극의 OEM 사업에도 진출하고 있습니다.
유침 처리 후: 흑연을 구입한 후, 먼저 일정 시간 동안(구체적인 시간은 흑연의 양에 따라 다름) 점화유에 담근 다음 가공 센터에 넣어 가공합니다. 이렇게 하면 흑연 분진이 비산되지 않고 아래로 떨어져 장비와 환경에 미치는 영향을 최소화할 수 있습니다.
머시닝 센터 개조: 소위 개조라는 것은 주로 일반 머시닝 센터에 진공 청소기를 설치하는 것을 의미합니다.
방전흑연 가공 시 방전 간극: 구리와 달리 흑연 전극은 방전 속도가 빠르기 때문에 단위 시간당 더 많은 가공 슬래그가 부식되어 발생합니다. 이러한 슬래그를 효과적으로 제거하는 것이 중요한 문제입니다. 따라서 방전 간극을 구리보다 크게 설정해야 합니다. 일반적으로 방전 간극을 설정할 때 흑연의 방전 간극은 구리보다 10~30% 더 크게 설정합니다.
단점을 정확히 이해해야 합니다. 흑연은 먼지 발생 외에도 몇 가지 단점이 있습니다. 예를 들어, 거울처럼 반사되는 표면의 금형을 가공할 때 구리 전극에 비해 흑연 전극은 원하는 결과를 얻기 어렵습니다. 더 나은 표면 효과를 얻으려면 미세한 입자 크기의 흑연을 선택해야 하는데, 이러한 흑연은 일반 흑연보다 가격이 4~6배 더 비쌉니다. 또한 흑연의 재활용률이 상대적으로 낮습니다. 생산 공정상 극히 일부만 재생산 및 재활용이 가능합니다. 방전 가공 후 발생하는 폐흑연은 당분간 재활용할 수 없어 기업의 환경 관리 측면에서 어려움을 야기합니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 당사는 고객의 환경 인증 관련 문제를 방지하고자 폐흑연 무상 재활용 서비스를 제공합니다.
기계 가공 시 전극 파손: 흑연은 구리보다 취성이 강하기 때문에 구리 전극과 동일한 방법으로 가공할 경우, 특히 얇은 리브형 전극을 가공할 때 전극 파손이 발생하기 쉽습니다. 이러한 문제에 대해 금형 제조업체에 무상 기술 지원을 제공할 수 있습니다. 이는 주로 절삭 공구 선택, 공구 통과 방식, 그리고 가공 매개변수의 적절한 설정을 통해 달성됩니다. 천연 플레이크 흑연을 사용하여 바인더 없이 냉간 압착법으로 천연 플레이크 흑연 시편을 제작했습니다. 성형 압력 및 유지 압력 시간 변화가 시편의 밀도, 다공성 및 굽힘 강도에 미치는 영향을 각각 연구했습니다. 천연 플레이크 흑연 시편의 미세 구조와 굽힘 강도 사이의 관계를 정성적으로 분석했습니다. 붕산-요소 및 테트라에틸실리케이트-아세톤-염산의 두 가지 시스템을 선택하여 항산화 처리 전후의 천연 흑연 분말 및 천연 흑연 전극 시편의 항산화 특성과 메커니즘을 연구하고 논의했습니다. 본 연구의 주요 내용 및 결과는 다음과 같다. 천연 플레이크 흑연의 성형 성능과 성형 조건이 미세구조 및 물성에 미치는 영향을 연구하였다. 연구 결과, 천연 플레이크 흑연 시료의 성형 압력이 클수록 시료의 밀도와 굽힘 강도가 증가하고 기공률은 감소하는 것으로 나타났다. 압력 유지 시간은 시료의 밀도에 큰 영향을 미치지 않았지만, 5분 이상일 때 성형성이 우수했다. 굽힘 강도는 뚜렷한 이방성을 보였으며, 각 방향별 평균 굽힘 강도는 5.95MPa, 9.68MPa, 12.70MPa였다. 굽힘 강도의 이방성은 흑연의 미세구조와 밀접한 관련이 있는 것으로 나타났다.
용액법과 졸법으로 제조한 붕소-질소 시스템과 실리카 졸로 코팅된 천연 플레이크 흑연 분말의 항산화 특성을 전후로 연구하였다. 연구 결과, 함침 횟수가 증가함에 따라 흑연 분말 표면에 코팅된 실리카 졸과 붕소-질소 시스템의 양이 증가하고 항산화 특성이 향상되는 것을 확인하였다. 천연 플레이크 흑연의 초기 산화 온도는 883K이고, 923K에서의 산화 중량 감소율은 407.6mg/g/h였다. 흑연 분말을 붕산-요소 시스템과 에틸실리케이트-에탄올-염산 시스템에 각각 9회 함침시킨 후, 1273K의 온도와 질소 분위기에서 1시간 동안 열처리하였다. 그 결과, 923K에서의 산화 중량 감소율은 각각 47.9mg/g/h와 206.1mg/g/h였다. 1973K와 1723K의 질소 분위기에서 각각 1시간 동안 열처리한 후, 923K에서의 천연 플레이크 흑연의 산화 중량 감소율은 각각 3.0mg/g/h와 42.0mg/g/h였다. 두 시스템 모두 천연 플레이크 흑연의 산화 중량 감소율을 감소시킬 수 있었지만, 붕산-요소 시스템의 항산화 효과가 에틸실리케이트-에탄올-염산 시스템보다 우수했다.
흑연 전극은 주로 전기로 제강, 광석로에서의 인 생산, 산화마그네슘 모래의 전기 용융, 내화물 전기 용융 제조, 알루미늄 전해, 산업용 인, 규소, 탄화칼슘 생산과 같은 대규모 산업 분야에 사용됩니다. 흑연 전극은 천연 흑연 전극과 인공 흑연 전극으로 나뉩니다. 인공 흑연 전극과 비교했을 때, 천연 흑연 전극은 흑연 화학 공정을 거치지 않습니다. 따라서 천연 흑연 전극의 생산 주기가 크게 단축되고, 에너지 소비와 오염이 크게 감소하며, 비용 또한 현저히 낮습니다. 이러한 장점 덕분에 가격 경쟁력과 경제적 이점이 뛰어나며, 이것이 천연 흑연 전극 개발의 주요 원동력 중 하나입니다.
또한, 천연 흑연 전극은 천연 흑연을 심층 가공하여 얻은 고부가가치 제품으로, 개발 및 응용 가치가 매우 높습니다. 그러나 현재 천연 흑연 전극은 성형성, 산화 저항성 및 기계적 특성이 인조 흑연 전극에 비해 떨어지는 것이 주요 개발 저해 요인입니다. 따라서 이러한 문제점을 극복하는 것이 천연 흑연 전극의 응용 분야를 발전시키는 데 핵심적인 과제입니다.
용액법과 졸법으로 제조한 붕소-질소 시스템과 실리카 졸로 코팅한 천연 플레이크 흑연 블록의 항산화 특성을 전후로 연구하였다. 연구 결과, 실리카 졸로 코팅한 천연 흑연 블록의 항산화 특성은 함침 횟수가 증가함에 따라 저하되는 것으로 나타났다. 반면, 붕소-질소 시스템으로 코팅한 천연 흑연 블록은 함침 횟수가 증가함에 따라 항산화 특성이 향상되었다. 천연 흑연 블록의 923K 및 1273K에서의 산화 중량 감소율은 각각 122.432mg/g/h 및 191.214mg/g/h였다. 천연 흑연 블록은 붕산-요소 시스템과 에틸실리케이트-에탄올-염산 시스템에 각각 9회씩 함침시켰다. 1273K 및 N2 분위기에서 1시간 동안 열처리한 후, 923K에서의 산화 중량 감소율은 각각 20.477mg/g/h 및 28.753mg/g/h였으며, 1273K에서는 각각 37.064mg/g/h 및 54.398mg/g/h였습니다. 1973K 및 1723K에서 각각 처리한 후, 천연 흑연 블록의 산화 중량 감소율은 923K에서 각각 8.182mg/g/h 및 31.347mg/g/h였으며, 1273K에서는 각각 126.729mg/g/h 및 169.978mg/g/h였습니다. 두 시스템 모두 천연 흑연 블록의 산화 중량 감소율을 크게 줄일 수 있습니다. 마찬가지로, 붕산-요소 시스템의 항산화 효과는 에틸실리케이트-에탄올-염산 시스템보다 우수합니다.
게시 시간: 2025년 6월 12일