振動(dòng)成型工藝對(duì)陰極炭塊裂紋的影響分析

張永剛

摘要：陰極炭塊的生產(chǎn)工藝包括擠壓成型和振動(dòng)成型，振動(dòng)成型炭塊市場(chǎng)前景廣闊。裂紋是陰極炭塊不合格的重要因素，解決裂紋可以有效降低生產(chǎn)成本。振動(dòng)成型工藝在陰極炭塊生產(chǎn)中至關(guān)重要，本文所述生產(chǎn)設(shè)備為德國(guó)Outotec振動(dòng)成型機(jī)，激振力、振動(dòng)時(shí)間、重錘之比壓是三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。

關(guān)鍵詞：振動(dòng)成型，激振力、振動(dòng)時(shí)間、比壓

1前言

振動(dòng)成型即在剛性模具內(nèi)糊料表面加一定壓力，振動(dòng)成型時(shí)剛性模具放置在振動(dòng)臺(tái)上，振動(dòng)臺(tái)高頻振動(dòng)，糊料處于強(qiáng)烈的振動(dòng)狀態(tài)，使糊料獲得相當(dāng)大的交變速度和加速度，糊料顆粒產(chǎn)生一定的慣性力。這樣就使糊料顆粒間的接觸邊界產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)這個(gè)應(yīng)力超過糊料顆粒間內(nèi)聚力時(shí)，引起糊料顆粒的相對(duì)位移[1]，同時(shí)糊料顆粒間的內(nèi)摩擦力及糊料對(duì)成型模內(nèi)壁外摩擦利也急劇下降，幾乎成流動(dòng)狀態(tài)的糊料迅速填充到成型模的各個(gè)角落并趨于緊密，最后達(dá)到成型的目的。

振動(dòng)成型機(jī)的主要機(jī)構(gòu)是振動(dòng)臺(tái)，它由臺(tái)面框架、振動(dòng)器、同步齒輪箱、萬(wàn)象聯(lián)軸器、減振元件（如彈簧、橡膠或橡膠氣囊）、減共振元件（如反彈簧、橡膠塊或橡膠氣囊）、電動(dòng)機(jī)等組成。本文中振動(dòng)成型機(jī)為德國(guó)振動(dòng)成型機(jī)，減震元件為氣囊，振動(dòng)方式為雙頻振動(dòng)。振動(dòng)成型的操作步驟包括，模具內(nèi)加入糊料，放下壓板和重錘，雙頻振動(dòng)炭塊一定時(shí)間，脫模，檢查。

2生產(chǎn)試驗(yàn)

研究振動(dòng)成型工藝，優(yōu)化三個(gè)參數(shù)需要確定最優(yōu)值。優(yōu)化振動(dòng)成型工藝，首先要確定糊料質(zhì)量的穩(wěn)定性，具體指中碎干料中原料成分組成和粒級(jí)組成穩(wěn)定，混捏工序中各工藝參數(shù)穩(wěn)定并且達(dá)標(biāo)。分別對(duì)激振力、重錘之比壓、振動(dòng)時(shí)間進(jìn)行動(dòng)態(tài)過程優(yōu)化。具體指每次只改變一個(gè)參數(shù)，其它參數(shù)保持不變。

2.1激振力生產(chǎn)試驗(yàn)

激振力的大小一般由被振動(dòng)物體質(zhì)量（包括振動(dòng)臺(tái)本體、成型模具和糊料的質(zhì)量、反共振的預(yù)緊力）的慣性力所決定。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)，炭塊糊料質(zhì)量誤差小于0.5%，生產(chǎn)相同規(guī)格炭塊，克服振動(dòng)物體質(zhì)量的慣性力默認(rèn)相同，確定激振力之前，首先需要確定適宜的頻率，確保糊料顆?？梢暂^好的“轉(zhuǎn)移”，確定頻率后，針對(duì)振動(dòng)成型機(jī)的特點(diǎn)，激振力大小主要由偏心塊角度調(diào)整，它直接影響振幅大小，根據(jù)我公司長(zhǎng)期生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，提出可行性偏心角共計(jì)3組，具體見表1，產(chǎn)生3組不同的激振力。

2.2重錘之比壓生產(chǎn)試驗(yàn)

振動(dòng)成型時(shí)，糊料表面需要加一定的壓力，其單位面積上的壓力為重錘之比壓，重錘對(duì)糊料的壓力是一種高速運(yùn)動(dòng)下的沖擊力。為了使其在振動(dòng)過程中有充分的能量，必須保證有足夠的質(zhì)量?？紤]到實(shí)際生產(chǎn)中模具壓板、重錘類型固定，我們主要調(diào)整上部氣囊壓力實(shí)現(xiàn)對(duì)比壓的調(diào)整，所以我們探索不同規(guī)格炭塊合適的上部氣囊壓力，即不同規(guī)格陰極炭塊對(duì)應(yīng)的重錘比壓。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，我們針對(duì)三組氣囊壓力對(duì)四種規(guī)格炭塊進(jìn)行了生產(chǎn)試驗(yàn)，詳細(xì)見表2。

2.3振動(dòng)時(shí)間生產(chǎn)試驗(yàn)

我在振動(dòng)成型操作步驟放下壓板和重錘步驟中，重錘壓在料面后開始振動(dòng)，振動(dòng)時(shí)間是指重錘接觸糊料停止下降開始計(jì)算，振動(dòng)結(jié)束為止，即雙頻振動(dòng)時(shí)間。公司在陰極炭塊長(zhǎng)期生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的前提下，針對(duì)雙頻振動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短，提出可行性振動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)度共計(jì)5組，具體如表3。

3生產(chǎn)試驗(yàn)結(jié)果及分析

結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，對(duì)振動(dòng)成型機(jī)三個(gè)參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整完成。為了方便表述，我們將560*3660*525炭塊規(guī)格稱為A規(guī)格，630*3850*430炭塊規(guī)格稱為B規(guī)格，690*3660*540炭塊規(guī)格稱為C規(guī)格，820*4200*535規(guī)格稱為D規(guī)格。

3.1激振力優(yōu)化結(jié)果

根據(jù)生產(chǎn)結(jié)果，我們繪制了四種規(guī)格炭塊在不同偏心角下的生產(chǎn)情況，詳細(xì)見圖1。為此我們針對(duì)四種規(guī)格炭塊，生產(chǎn)中調(diào)整了合適的偏心角，詳細(xì)見表4。

3.2重錘比壓優(yōu)化結(jié)果

我們針對(duì)C規(guī)格模具進(jìn)行了氣囊壓力調(diào)整，氣囊壓力調(diào)整后，炭塊表觀和體積密度出現(xiàn)了不同的反應(yīng)。當(dāng)上部氣囊壓力為0.15MPa時(shí)，體密度偏低;當(dāng)上部氣囊壓力為0.25MPa時(shí)，陰極炭塊生坯合格率降低，氣囊壓力選擇0.2MPa。

3.3振動(dòng)時(shí)間優(yōu)化結(jié)果

針對(duì)D規(guī)格炭塊，進(jìn)行了振動(dòng)時(shí)間生產(chǎn)試驗(yàn)，當(dāng)振動(dòng)時(shí)間為40s時(shí)，炭塊表面有麻酥，我們繪制了D規(guī)格炭塊體密度與振動(dòng)時(shí)間的關(guān)系，見圖2。

從表2中可知，振動(dòng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有明顯影響，考慮到時(shí)間過長(zhǎng)短對(duì)設(shè)備和生產(chǎn)效率的影響，振動(dòng)時(shí)間選擇100s。

3.4優(yōu)化前后對(duì)生產(chǎn)的影響表

截止2020年7月份統(tǒng)計(jì)優(yōu)化參數(shù)后炭塊合格率，同時(shí)觀察陰極炭塊理化指標(biāo)的變化情況，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化前后陰極炭塊理化指標(biāo)波動(dòng)很小，合格率變化及對(duì)成本的影響如表5所示。

4結(jié)論

（1）通過優(yōu)化激振力、重錘之比壓、振動(dòng)時(shí)間改善毛裂紋質(zhì)量問題是有效的。

（2）實(shí)際生產(chǎn)中，針對(duì)不同的規(guī)格炭塊，我們需要對(duì)激振力、重錘之比壓、振動(dòng)時(shí)間進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，選擇相適應(yīng)的的參數(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]蔣文忠，炭素工藝學(xué)，冶金工業(yè)出版社，北京，2012