張永剛

摘要：陰極炭塊的生產工藝包括擠壓成型和振動成型，振動成型炭塊市場前景廣闊。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成本。振動成型工藝在陰極炭塊生產中至關重要，本文所述生產設備為德國Outotec振動成型機，激振力、振動時間、重錘之比壓是三個關鍵參數(shù)。

關鍵詞：振動成型，激振力、振動時間、比壓

1前言

振動成型即在剛性模具內糊料表面加一定壓力，振動成型時剛性模具放置在振動臺上，振動臺高頻振動，糊料處于強烈的振動狀態(tài)，使糊料獲得相當大的交變速度和加速度，糊料顆粒產生一定的慣性力。這樣就使糊料顆粒間的接觸邊界產生應力，當這個應力超過糊料顆粒間內聚力時，引起糊料顆粒的相對位移[1]，同時糊料顆粒間的內摩擦力及糊料對成型模內壁外摩擦利也急劇下降，幾乎成流動狀態(tài)的糊料迅速填充到成型模的各個角落并趨于緊密，最后達到成型的目的。

振動成型機的主要機構是振動臺，它由臺面框架、振動器、同步齒輪箱、萬象聯(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）、電動機等組成。本文中振動成型機為德國振動成型機，減震元件為氣囊，振動方式為雙頻振動。振動成型的操作步驟包括，模具內加入糊料，放下壓板和重錘，雙頻振動炭塊一定時間，脫模，檢查。

2生產試驗

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

2.1激振力生產試驗

激振力的大小一般由被振動物體質量（包括振動臺本體、成型模具和糊料的質量、反共振的預緊力）的慣性力所決定。根據(jù)實際生產，炭塊糊料質量誤差小于0.5%，生產相同規(guī)格炭塊，克服振動物體質量的慣性力默認相同，確定激振力之前，首先需要確定適宜的頻率，確保糊料顆粒可以較好的“轉移”，確定頻率后，針對振動成型機的特點，激振力大小主要由偏心塊角度調整，它直接影響振幅大小，根據(jù)我公司長期生產經驗，提出可行性偏心角共計3組，具體見表1，產生3組不同的激振力。

2.2重錘之比壓生產試驗

振動成型時，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，重錘對糊料的壓力是一種高速運動下的沖擊力。為了使其在振動過程中有充分的能量，必須保證有足夠的質量?？紤]到實際生產中模具壓板、重錘類型固定，我們主要調整上部氣囊壓力實現(xiàn)對比壓的調整，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)格陰極炭塊對應的重錘比壓。根據(jù)生產實際生產經驗，我們針對三組氣囊壓力對四種規(guī)格炭塊進行了生產試驗，詳細見表2。

2.3振動時間生產試驗

我在振動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，振動時間是指重錘接觸糊料停止下降開始計算，振動結束為止，即雙頻振動時間。公司在陰極炭塊長期生產經驗的前提下，針對雙頻振動時間的長短，提出可行性振動時間長度共計5組，具體如表3。

3生產試驗結果及分析

結合實際生產，對振動成型機三個參數(shù)動態(tài)調整完成。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)化結果

根據(jù)生產結果，我們繪制了四種規(guī)格炭塊在不同偏心角下的生產情況，詳細見圖1。為此我們針對四種規(guī)格炭塊，生產中調整了合適的偏心角，詳細見表4。

3.2重錘比壓優(yōu)化結果

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

3.3振動時間優(yōu)化結果

針對D規(guī)格炭塊，進行了振動時間生產試驗，當振動時間為40s時，炭塊表面有麻酥，我們繪制了D規(guī)格炭塊體密度與振動時間的關系，見圖2。

從表2中可知，振動時間對產品質量有明顯影響，考慮到時間過長短對設備和生產效率的影響，振動時間選擇100s。

3.4優(yōu)化前后對生產的影響表

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

4結論

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

（2）實際生產中，針對不同的規(guī)格炭塊，我們需要對激振力、重錘之比壓、振動時間進行動態(tài)調整，選擇相適應的的參數(shù)。

參考文獻

[1]蔣文忠，炭素工藝學，冶金工業(yè)出版社，北京，2012