炭素生产成型车间基本工艺作业流程及设备

第五章炭素原料破碎和筛分5.1炭素物料破碎原理及破碎比5.1.1原料破碎原理－外力克服固体分子之间内聚力，将大块碎解为小块或细粉过程——破碎、磨粉。常见破碎方法有：(1)压碎：给物料以压力，使其破碎。适于较硬物料破碎。(2)劈碎：是利用机械尖劈扎入物料而产生劈力来完成破碎。，适适用于脆性材料破碎。(3)磨碎：是对物料施加一个剪切力而把物料磨碎。适适用于细颗粒料粉碎。(4)击碎：是利用碰撞作用而把物料击碎,适适用于破碎较硬和脆性材料。(5)剪碎：物料在两个破碎工作面间受集中载荷两支点(或多支点)外力作用而破碎。多用于硬、脆性大块物料破碎（颚）。物料破碎方法破碎操作共分为三个等级：(1)粗碎(或称预碎)：由200mm左右大块物料破碎到50～70mm(通常指原料在煅烧前破碎)。(2)中碎：由50mm左右块度物料破碎到1～20mm(通常指煅烧料深入破碎到配料所需粒度)。(3)磨粉(或称细磨)：将1mm左右物料磨到0.075mm以下。5.1.2破碎比破碎比是物料在破碎前后尺寸大小改变及破碎程度量。破碎比计算方法有以下多个：(1)用物料在破碎前最大粒度Dmax和破碎后最大粒度(dmax)比值来确定。式中：Dmax—破碎前物料最大块直径(mm)。dmax—破碎后物料最大块直径(mm)。(2)用破碎机给料口有效宽度和排料口宽度比值来确定式中：0.85B:进料口有效宽度S—破碎机排料口宽度(mm)。(3)用平均粒度来确定式中：D平均—破碎前物料平均直径(mm)：d平均—破碎后物料平均直径(mm)。5.1.3破碎和粉碎标准破碎或粉碎物料时，必需遵守“不作过粉碎”基础标准。为预防“过粉碎”，可采取下列方法：(1)尽可能做到“自由粉碎”。碎成料不作滞留，立即离开粉碎机，避免“闭塞粉碎”；——弹性衬垫包裹、缓冲(2)物料在进行粉碎前，必需优异行筛分处理；(3)使粉碎功真正只用在物料粉碎上，粉碎机金属件磨损会降低粉碎效率。5.2破碎机械5.2.1颚式破碎机1.颚式破碎机工作原理和类型颚式破碎机工作部件是两块颚板，其中固定在机架前壁为定颚板，可活动为动颚板。工作时，动颚板对定颚板作周期性往返运动，物料在颚板间受到挤压、劈裂、冲击而被破碎，颚板离开时已破物料靠重力从排料口排出。简单摆动式（前后）、复杂摆动式（加上下）、混合摆动式。2.颚式破碎机关键参数给料口宽度B：最大块度D=75～85％B；B=1.2～1.3D啮角α：动颚和定颚间夹角（20～30度）——和破碎比相关，α小破碎比也小，产量大。偏心轮转速（摆动次数）：S:动颚行程电机功率：kw左右L、B进料口长、宽（cm) 复摆式颚式破碎机1.机架；2.定颚板；3.动颚板；4.侧衬板；5.偏心轴；6.飞轮；7.调整螺栓；8.调整楔铁；9.滑块支架；10.拉紧弹簧；11.拉杆12.推力板；13.动颚体2.颚式破碎机安装、操作和维修(p90～91)3.颚式破碎机故障、产生原因和排除方法(p92表5－3）4.颚式破碎机优缺点优点：结构简单、坚凑，工作安全可靠，操作检修方便，生产能力大，给料范围宽。缺点：动颚有空行程，生产效率低；动颚板受力负荷不均匀，所以磨损不均匀；排料口呈长方形，易出片状产品，不适合处理片状结构物料，不适合处理粘性物料；破碎比较小，通常只有4～6，噪音大。——适合硬质物料粗碎和中碎。5.2.4对辊破碎机1.对锟破碎机工作原理和结构对辊破碎机由两个大小相同、相对转动圆柱型滚筒组成。两滚体相对旋转，靠摩擦作用将物料卷入辊间而被压碎、排出。辊间距＝颗粒尺寸。滚子分为光面和齿面两种（压、研磨；劈、研）辊式破碎机工作原理1，2—辊子；3—物料；4—固定轴承；5—可动轴承；6—弹簧；7—机架2.对锟破碎机技术规格

——辊直径×长度＝规格。800×1000双齿辊3.对锟破碎机安装、操作和维修(p104)5.2.5锤式破碎机1.工作原理和类型锤式破碎机关键部件是挂有若干个活动锤头转子和围绕转子带有筛孔筛板或筛条。当转子高速旋转时，呈放射状锤头打击物料而破碎，小块物料经过筛孔或筛条间隙被排出。筛孔或筛条间隙大小是破碎大粒1.5～3倍。锤式破碎机分为可逆和不可逆式两种。优点：结构简单，效率高，外形小、重量轻，操作、维修简单缺点：部件易损坏，易堵料。2.单转子锤式破碎机结构（p105-图5-7）3.锤式破碎机应用、操作和维修（p108～p110）5.2.6反击式破碎机1.工作原理（p110)

反向旋转转子上板锤，强烈冲击物料到第一块反击板上，被弹回后又受到第二次冲击。在此过程中，物料被数次碰撞而破碎并由下方排出。破碎比大，产物粒度均匀。反击式破碎机安装和维修（p111) 5.3.2悬辊式环辊磨机（雷蒙磨）1.工作原理和结构它是一个借悬辊在旋转时产生离心力对物料产生挤压、滚压作用而磨成粉料设备。中心竖轴、磨辊、磨环、铲刀和鼓风机、分级机、收尘器。(p121-图5－15）2.优缺点是一个综合性、连续生产、产量大、单位电耗小、粉碎比大、细度均匀且可控制粉碎机械；铁污染较大、粉尘大，要求厂房高大。3.使用注意关键点(1)主机应在负压下运行，注意密封；(2)主机不应空载开车，以免损坏部件；(3)喂料速度要适宜且均匀。料层过薄，磨耗大；料层过厚，进气孔易堵塞，气阻大，易堵车；(4)重视磨粉细度控制。除了调整分级器转速外，还要注意收尘器、鼓风量等各原因影响。雷蒙磨示意图1—电动机；2—三角皮带；3—底盘；4—磨环；5—磨辊；6—短轴；7—罩筒；8—滤气筒；9—管子；10—分级机叶片；11—三角皮带；12—离合器；13—电动机；14—风筒；15—进风孔；16—刮板；17—刮板架；18—连轴器；19—减速机；20—进料口；21—梅花架；22—中心轴3.筛分设备——振动、回转、摇摆、阶段筛等(一)振动筛1）结构偏心和惯性两种——惯性筛——筛框，单轴振动器，高速运转，惯性力——振动。1500～3000次/min；0.5～1.2mm。－－跳跃过程中，小颗粒漏到筛网下。2）使用方法①在筛子开启前应进行全方面检验，各连接紧固件要可靠，检验电气元件有没有失效，振动器主轴是否灵活，轴承润滑情况是否良好。②筛子开启次序是；先开启除尘装置，然后开启筛子，待运转正常后，再均匀给料。停车次序和此相反。③筛子在运动时，应亲密注意轴承温度和润滑系统情况。④运动过程中应注意筛子有没有强烈噪音，筛子振动应平稳，不准有不正常摆动现象。当筛子有摇摆现象发生时，应检验四根支承弹簧弹性是否一致，有没有折断情况。⑤振动筛在运行期间，应定时检验磨损情况，如发觉磨损过渡零部件，应立即更换。⑥常常观察筛网有没有松动，有没有因筛网局部磨损造成漏料现象，如发觉，应立即停车进行修理。3）影响振动筛生产能力原因①筛网面积——合适增加筛网长和宽，增大有效截面积；②振动频率和振幅——保持适宜振动频率和振幅；③筛网倾斜度——15～25°；④加料情况——给料均匀。——振幅低、效率高、结构简单紧凑、能耗低、操作维修方便。(二)回转筛柱形筛框，倾斜5～9°；六角锥形筛框（小头进，大头出）无倾斜D>14dmax粒度L（长度）=(3~5)D转速n=～——分级率低、纯度差、消耗功率大6.1.4粘结剂加入量确实定1.粘结剂作用和必备条件(1)粘结剂作用——填满散料颗粒开口气孔；把散料颗粒粘结在一起，形成质量均匀有良好可塑性糊料；焙烧时生成粘结焦，把散料颗粒结合成坚固整体。(2)粘结剂必备条件①对炭质物料有很好浸润性和粘结力，这么才能确保糊料含有良好可塑性。②应含有较高含碳量和析（结）焦率。③应为热塑性物质，常温下为固体，稍加热熔化成液体，冷却后立即硬化。2.影响粘结剂用量原因(1)粉末对粘结剂吸附性能无烟煤石油焦、沥青焦石墨碎、碳黑(2)粉末粒度及颗粒表面状态覆盖全部表面，形成一层薄膜；充填颗粒间空隙。(3)粘结剂性质——萃取组分不一样：中温低1～2％(4)成型方法——挤压良好塑性；模压低2～3％；振动低4～6％。3.粘结剂加入量确实定(1)粘结剂用量粗略计算C=(1.60-1.33)/1.60＝16.9％(2)常见粘结剂加入量测定方法①粉末吸油量法Q=kq+c——测q，求出Q②粉末比表面法C=NS+C0——N：单位面积所需沥青量，C0：充填单位气孔所需沥青量。4.粘结剂用量对生坯和焙烧制品质量影响过少：塑性差、成型力大、裂纹可能性增加；过量：脱模后易变形，焙烧时迁移、变形、粘料、气孔增大6.2生产返回料使用原料有效利用1、生碎：废糊和不合格生块——可加入到相同配方产品中：5％左右，破20mm以下使用；加1％降低沥青0.2～0.5％；混捏提温3～5℃。多，生坯裂纹。2、焙烧碎：破碎中等颗粒使用，有利提升机械强度。多灰？3、残极：电解使用后残余部分——含电解质，20％，严格清理使用。4、石墨碎：石墨化废品及石墨品加工碎屑。改善塑性，降低成型过程摩擦力，提升密度和成品率，5～15％——50％。以小粒度或磨粉使用。5、石墨化冶金焦：石墨化炉电阻料。电阻降低、灰分降低。20％中小颗粒或磨粉使用。第七章糊料混捏

7.1混捏基础原理7.1.1混捏概念及作用把定量骨料、粉料和粘结剂在一定温度和一定时间内搅拌、混合、捏和，取得塑性糊料工艺过程叫混捏。混捏技术条件：混捏时间、混捏温度、混捏锅参数。混捏作用为：(1)使多种原料均匀混合，同时使多种不一样大小颗粒均匀地混合和填充，形成密实程度较高混合料。(2)使干料和粘结剂混合均匀，液体粘结剂均匀分布在干料颗粒表面，靠粘结剂粘和力把全部颗粒相互粘结起来，给予物料以塑性，有利于成型。(3)使粘结剂部分地渗透到干料颗粒空隙中，深入提升粘结剂和糊料密实程度。7.1.2沥青对骨料颗粒湿润性和渗透性湿润性是表示液相对固相湿润能力性质。用湿润角θ表示。θ越大，湿润性越差。—900－－化学吸附，吸附薄膜，粘附结合。θ>900θ<900固体炭素原料属于亲油憎水物质，煤沥青为弱极性物质，在一定温度下对炭颗粒有很好湿润效果。颗粒表面未饱和化学键力，在表面形成“弹性层”，给予糊料以弹性。毛细管渗透现象，随温度升高沥青粘度降低，轻组分对炭越轻易渗透。湿润是一个粘附现象，粘结剂必需有良好流动性，应含有合适温度、湿润能力。Sp——＋50~80℃或E＝0.5mpa.s(500pa.s)。7.1.3影响糊料混捏质量原因在混捏时，糊料混合越均匀，制品结构就越均匀，制品性能就越稳定。影响原因关键有：1.温度影响——干料、沥青、混捏。干料温度：低，水分难以完全排除，水分形成强极性吸附层，降低沥青浸润作用：若料温低于沥青温度，液体降温粘度增加湿润渗透亦变差。——干混，使料应确保靠近融体温度。沥青温度：温度↘，粘度、湿润角、毛细压（夹干）、搅拌力增大；温度↑塑性好，氧化缩合反应，老化变硬，塑性差；混捏温度：介质和糊料（140～150℃－190～200）。温度↘，沥青粘度大、糊流动性差，湿润不好、生碎不化；温度↑，氧化反应，变硬、发散，不利成型。2.混捏时间影响合适长混捏时间，有利颗粒均匀、均匀沥青薄膜，使糊料混捏均匀——制成含有良好塑性糊料过短：料温低，浸润效果差，有夹干现象，不均匀；过长：粒度组成破坏，密度变差；氧化缩合程度加深，塑性差；——15～20＋30min；5~10min；Eirich强力单独电预热。混捏时间亦应考虑以下原因：①温度低时，可合适延长混捏时间；高时，合适缩短。②粘结剂软化点低，一样温度可合适缩短混捏时间。③粉状小颗粒越多，合适延长混捏时间。④加入生碎，应延长混捏时间。⑤过程中因故停机，应保温并延长混捏时间3.干料粒度及性质影响①颗粒表面性质：粗糟，颗粒组成差大，可提升密实、均匀性，煤－－油焦表面性质不一样；浸润化学相同原理－－相互作用、化学键牢靠：焦和石墨碎；为避免分层、离析：干混投料——按密度由小到大加入②组分百分比：1:1链易断。多颗粒，百分比差大——混合均一性；③粉末大小——小，流动性好；性质匀，④粉末比重：不一样比重粉末有偏（离）析现象。4.粘结剂用量多少及粘度高低对混捏影响量少——干，不能粘结，塑性差；量多：成型、焙烧后变形，空头，气孔大粘度合适，稳定、低粘阶段，<500mpa.s；温度。5.加表面活动剂影响——对炭表面化学吸附作用，增强亲和力，降低液体表面张力、湿润角，提升湿润性：不对称线状结构分子基团“表面过剩”降表面张力：有机酸、洗涤剂。6.混合介质影响——摩擦、热电效应：静电集结现象。电解质（苯、乙醇、煤油等）降低颗粒间静电引力，利于混合。7.2沥青熔化和混捏工艺7.2.1沥青熔化——关键目标(1)排出沥青中杂质，降低灰份含量；(2)排除水分；（p154水-形式、作用、标准)(3)降低沥青粘度，增加沥青流动性及对干料浸润性。熔化——蒸气或导热油（热媒）——48h以上1.沥青熔化工艺技术条件（p154)2.沥青熔化、输送和贮存沥青熔化——快速（290℃，送储槽静置）p155；慢速（sp+60～80℃，间断加，多个熔化槽分别静置）7.2.2混捏工艺1.干料预热温度——170℃；熔化沥青170～190℃（改质）——靠近沥青温度：130℃；沥青135℃（中温）2.混捏温度——sp＋50～80℃：130～140；160～170℃3.混捏时间——均匀程度。连续：据扭矩大小——非混捏时间间断混捏：15min+30min——应考虑原因：(1)混捏温度较低时，可合适延长混捏时间；混捏温度较高时，可合适缩短混捏时间。(2)使用低软化点粘结剂，在一样混捏温度下合适缩短混捏时间。(3)配料中粉状小颗粒越多，应合适延长混捏时间。(4)加入生碎时应该延长混捏时间。(5)混捏时间因故停机，应保温并延长混捏时间(10～15min，延长搅2～3min），停机时间过长应做报废处理。4.混捏糊料调配标准当干料过量时，可加入煤沥青进行调配，并延长混捏时间；若沥青过量时，则不能加入干料调配，因会局部集结，夹干料，造成糊料质量不匀。5.糊料凉料——目标使糊料均匀冷却到一定温度（165150℃）；并充足排出夹在糊料中烟气，预防生坯夹烟气，出废品；使糊块度均匀增加粘结力，利于成型。粘结剂多——凉时长;粘结剂少——凉时短6.产生废糊原因——人为废糊（责任心）；正常废糊（计量、参数波动）；机械废糊（设备故障）。——强化管理，降低出现7.3混捏设备7.3.1双轴搅拌混捏机（锅）锅体、麻花搅刀和减速传动装置——间断生产，上开口、下开口（p157~158)7.3.2单轴连续混捏机(p158~159)单轴连续混捏机结构示意图1—锅体；2—固定搅刀；3—转动搅刀；4—主轴1、什么叫混捏？2、混捏作用是什么？3、影响糊料混捏质量关键原因4、沥青熔化目标有哪些？5、影响糊料混捏质量温度原因有哪些？6、简述成型前凉料作用。7、混捏工艺全部包含哪些内容？第八章炭素制品成型工艺及设备炭素成型方法有：模压、挤压、振动、等静压、真空成型等

8.1炭素制品成型关键方法1.挤压成型法——挤压机（p160)装备——主柱塞、料室（缸）、模（挤压）嘴、切刀；过程——凉料、装料、预压、挤压、切断、冷却。——长条形（棒、管）压缩比：K过小，内应力大，易变形、开裂；K过大，中心疏松。2.模压成型法——立式压机在模具内加压方法。单向、双向；热压、冷压。适适用于三方向尺寸差不大，密度均匀，结构致密制品成型。3.振动成型法——振动成型机（振动台、模具、重锤）－粗短产品4.等静压成型法——等静压成型机，(高压液体各向均匀加压。生产各向同性制品——结构均匀、密度高。）5.真空成型法——模、挤、等静压一并完成，并抽真空8.2炭素制品成型工艺技术成型基础过程：是将经搅拌、混捏含有一定充填度和塑性热糊料，在高压、高速或高频振动压力作用下，排出糊内烟气，使内聚力和密实度增加，制成含有一定密度、强度生坯过程。8.2.1炭素颗粒材料择优取向和成型方法关系(1)颗粒不等轴程度愈大，其择优取向愈显著，制品各向异性也愈显著，比如针状焦颗粒呈针状，不等轴程度很大，其制品各向异性很显著。(2)成型时，颗粒经过行程越长，则颗粒取向过程越充足，择优取向效果愈好，从而使制品各向异性越大。挤压法和模压法成型时，颗粒经过行程较长，其择优取向较显著；而振动成型法和等静压成型法成型时，颗粒经过行程较短，择优取向效果相比较差，使制品各向异性也相对小部分。所以在选择何种成型方法时，要结合碳制品用途及质量要求。对热膨胀系数、导电率、机械强度等要求高炭素制品(如大功率电极、棒材、管材、机械密封炭和石墨制品等)，要使用模压法和挤压法成型；对热膨胀系数、导电率、机械强度等要求相对不太高碳制品(如铝电解用预焙阳极等)，就选择振动成型法。8.2.2影响炭素制品成型质量原因——糊温度、粘结剂用量、糊塑性、骨料颗粒特征、压力、振动力立即间、糊料情况等1.温度对成型质量影响(1)糊料温度——流动性过低——糊发硬、流动性差——密度低；过高——粘结力减弱、烟气大——坯裂纹、易变形。振动，凉料140～150℃，成型120～130℃。挤压成型经验——油大低（温）下，油小高下；上锅料油大，这锅高下；上锅料油小，这锅低下；冬天高下，夏天低下。挤压成型还应注意：(2)料室（模具）温度（连续振动，开始预热80～100℃，后120～130℃；间歇生产，模具加热，保持120～140℃）；挤压压嘴温度——影响表面光滑、降低裂纹——高：表层软，粘结力减小，横纹、头断裂；低：摩擦力大，麻面、内部分层——通常嘴子130～160℃2.糊料情况对成型质量影响——塑性、颗粒特征(1)糊料塑性——塑性好，流动性好，成型时内聚力和内摩擦力较小，糊和模壁外摩擦小，便于成型，粘结力强；过大，裂纹变形；塑性差，反之，糊间粘结力小，造成生坯干散、掉块，裂纹，废品多。(2)骨料颗粒影响——细－比表面积大－摩擦面大－需增加压力、弹性后效大，易开裂。粗－骨架－抗热震强，密度、强度低－表面粗糟。——表面粗糟、形状不规则颗粒：机械咬合和桥架作用大，可相互楔入，减小弹性后效，提升密度和强度；形状规则、表面平滑颗粒：机械咬合和桥架作用小，制品分层，强度降低，弹性后效增大。弹性后效：亦称生坯回涨，它是指当生坯除去压力脱模或从压嘴挤出后，发生弹性膨胀、造成生坯直径或体积增大现象弹性后效大小，通常取决于糊料特征和成型压力——弹性后效会造成坯体产生裂纹、变形。(3)糊料特征——细颗粒－内应（聚）力储存大；颗粒表面性质－机械咬合及桥架作用。颗粒表面光滑、规则，机械咬合小及糊硬度大，塑性差（温度低、粘结剂少）应力大——弹性后效大；(4)成型压力——它随压力增大而增加（若颗粒粗糙、糊塑性好时压力影响不大）；施压快，应力储存集中。——弹性后效通常产生于脱模后，或放置一段时间方法：1）适宜温度提升可塑性；2）延长、减速施压；3）附加振动消除桥架现象；4）多向施压克服密度不匀；5）短放置，早装炉。3.粘结剂用量对成型质量影响——过大：流动性好、塑性好、易成型－变形，焙烧迁移、增孔；——过少：塑性差、密度低、表面粗糟。挤压——大；振动、模压——少粘结剂由大到小次序：挤压——振动——模压——等静压4.振动成型其它参数影响：时间、频率、振幅。8.2.3成型制品废品及原因分析——糊料情况、糊料温度、糊颗粒情况、粘结剂量、成型工艺和条件等1.挤压成型——（p165表）2.振动成型——（p166表）成型废品出现，关键是工艺过程控制及调整不到位、操作工责任心未尽到而遭成。——应时刻和混捏工序联络，确保过程控制良好，符合工艺标准要求；增强操作责任心。常见问题：裂纹——温度、弹性后效、粘结剂量、烟气；干散掉块——粘结剂量、温度，混捏质量，成型（台不平，振幅小）难压——粘结剂量、质量、温度，颗粒大，成型（振幅、重锤、时间、模温）8.3振动成型工艺技术8.3.1振动成型原理－－一定位置往复运动＝振动振动成型时，模具内糊料因受到强烈振动而取得相当大交变速度和加速度，从而克服糊料内部内聚力、内摩擦力和糊料和模壁间外摩擦力而引发糊料颗粒相对位移，流动状态糊料快速合理排布并充填到模内全部空间，在重锤一定压力配合下达成成型目标。振动过程中糊料为流动状态，物理性质发生改变：(1)糊料颗粒间内摩擦力及和模壁外摩擦力因振动显著降低。(2)糊料从弹塑性状态转变成密实流动状态，所以糊料间粘结力也就对应减弱。(3)振动使糊料颗粒受到多变加速度，所以使大小不等颗粒产生惯性力。关键作用是糊料颗粒产生惯性力——颗粒边界应力——当颗粒边界应力大于内聚力——相对移动＋自由外力颗粒糊料加速移动8.3.2振动成型工艺步骤混捏糊→凉料储存→给料→称量→入模→成型→脱模→冷却生坯1.模具加热——模具通常保持120℃～140℃温度2.振动频率及振幅——通常1200～1700r/min,正常1300r/min；振幅1～1.5mm；扇形板120～140度3.振动时间——小规格3～4min；中等5～6min；大规格8～10min；阳极改善60～80s——下表80～100s——过长，动能－热能阳极炭块生产振动时间影响结果振动时间（s)产量（块/h）生块体密度（g/cm3）焙烧块体密度（g/cm3）6024.41.6061.5677523.81.6091.5699021.21.6121.57210519.61.6241.58212018.01.6191.5858.3.3振动成型设备1.单工位振动成型机(p169－组成9)2.多工位振动成型机(1)三工位成型机工作过程是：(2)三工位振动成型机特点：①三工位振动成型机属间歇式成型，但其加料、振动成型、脱模推出等工序可同时完成，可提升产能。②工位回转机构及振动器各有驱动装置，又有模具夹紧装置、重锤提升装置等，结构相对复杂。③模具和振动台是联体，但模具又可和振动台分离便于脱模。④要求控制系统要正确，定位要正确。重锤比压：小规格——0.1Mpa中等——0.15～0.25Mpa大规格——0.1～0.15Mpa振动台使用关键点：⑴开车前，应仔细检验各部润滑是否良好，紧固件是否松动，转动系统是否灵活；⑵振动台在运转中必需平稳，各传动部分温升不得超出许可值，