5 預(yù)焙陽極 成 型

#為了得到一定形狀、尺寸、密度和機(jī)械性質(zhì)的炭素制品，必須將混捏好的糊料進(jìn)行成型。成型的方法很多，在炭素工業(yè)中常用的方法有模壓法、擠壓法、振動(dòng)成型法和等靜壓成型法。5．1成型過程的基本概念5．1．1成型過程的剪切力物料被密實(shí)時(shí)，為使物料發(fā)生變形，必須使物料內(nèi)的剪應(yīng)力達(dá)到一定數(shù)值。這時(shí)的剪應(yīng)力稱為物料的流動(dòng)極限應(yīng)力，用O來表示。O的大小與糊料中粉末顆粒的特性、粘結(jié)SS劑的特性及粘結(jié)劑的用量有關(guān)。當(dāng)物料在變形過程中受到各方面的力時(shí)，O只與絕對(duì)值S最大和絕對(duì)值最小的剪應(yīng)力有關(guān),O=O-O.。一般，對(duì)于擠壓的糊料,0=1.8?2.5Mpa；smaxmins對(duì)于模壓的壓粉，0s=2.0?2.9Mpa。5．1．2壓粉及糊料的塑性在壓制過程中，壓粉及糊料都存在一定的塑性。其塑性大小與物料的物性，粘結(jié)劑的軟化點(diǎn)，粘結(jié)劑的加入量及成型溫度等有關(guān)。物料的塑性好，則成型時(shí)所需壓力小，而生制品的密度大，機(jī)械強(qiáng)度高。但塑性太大時(shí)，將使生制品容易變形，使制品的機(jī)械強(qiáng)度反而降低，所以在成型時(shí)，必須控制糊料的塑性。物料的塑性可以用式(5-1)來量度。公式(5-1)式中B——物料的塑性指標(biāo)；d2物料的堆積密度，g/cm3；d1壓制后生制品的體積密度，g/cm3；Oc壓制后生制品的抗壓強(qiáng)度，Mpa；P——成型時(shí)的壓力，Mpa。5．1．3壓粉與糊料的流動(dòng)性壓粉與糊料必須具有一定的流動(dòng)性。當(dāng)物料受壓時(shí)，能同時(shí)向各個(gè)方向傳遞壓力，從而使整個(gè)料室內(nèi)上下、左右壓力分布均勻，減少壓力損失，以增加生制品密度的均勻性。另一方面，由于物料的流動(dòng)性，它還可以在壓制過程中，使物料充滿料室的各個(gè)部位，也使生制品的密度均勻。物料的流動(dòng)性與它的顆粒形狀、大小及粒度配比有關(guān)。5．1．4成型過程中，顆粒的自然取向性一切可以自由移動(dòng)的顆粒都具有以其較寬、較平的一面垂直于作用力的方向的性能，也就是說顆粒能自然地處于力矩最小的位置，這稱為顆粒的自然取向性。糊料及壓粉的顆粒都不是球形的，在成型時(shí)的塑性變形中，它的延伸方向與自然取向是一致的，造成結(jié)構(gòu)上的向異性。因此，不同的成型方法所得到生制品內(nèi)顆粒排列方向與各向異性比也是不同的。擠壓成型法制得的生制品，其顆粒沿平行于擠壓力方向排列，各向異性比大；模壓成型制得的生制品，其顆粒垂直于模壓力方向排列，各向異性比較??；而等靜壓成型的生制

品在結(jié)構(gòu)上是各向同性的。5．2模壓成型模壓法適用于壓制長、寬、高三個(gè)方向尺寸相差不大，要求密度均勻、結(jié)構(gòu)致密的制品，如電機(jī)用電刷，電真空器用石墨零件，密封材料等。按制品的配方和工藝要求不同，模壓分為冷壓和熱壓兩種；按照壓制方向不同，又可分為單面壓制和雙面壓制兩類。5．2．1模壓成型概述將一定量的糊料或壓粉裝入具有所要求的形狀及尺寸的模具內(nèi)，然后從上部或下部加壓，也可以從上下兩個(gè)方向同時(shí)加壓。在壓力作用下，糊料顆粒發(fā)生位移和變形，顆粒間接觸表面因塑性變形而發(fā)生機(jī)械咬合和交織，使壓塊壓實(shí)。與此同時(shí)，顆粒充滿到模具的各個(gè)角落并排出氣體。圖5-1為模壓成型示意圖。圖5-1圖5-1摸壓成型示總:圖(心歡內(nèi)填理；(&)單向模壓1.?.t2*i?--一；3—模具)4—下柱?壓型時(shí)，糊料顆粒間，糊料與模壁間會(huì)發(fā)生摩擦，使壓塊內(nèi)壓力分布不均勻，是造成壓塊密度分布不均勻的因素。壓塊愈厚，這種不均勻現(xiàn)象愈嚴(yán)重。采用雙面壓制或壓制時(shí)附加振動(dòng)，可以減小這種不均勻性。5．2．2模壓成型的基本原理5．2．2．1壓塊密度與壓力的關(guān)系在壓力作用下，壓塊的要對(duì)密度是隨壓力增加而增大。相對(duì)密度與壓力之間的關(guān)系如圖5-2所示。Ac：534030-0Ac：534030-0】5氣耳爭r/：5-2円滲:的相為會(huì)庶制圧力話關(guān)桀￡-03~6-衣田斜￡這個(gè)過程共分為三個(gè)階段，在第一階段的起點(diǎn)，糊料尚未受到壓力(P=0)，處于松散的堆積狀態(tài)。各個(gè)顆粒的排列是不規(guī)則的。互相堆疊，顆粒間呈“架橋”現(xiàn)象，而形成較大空隙。在第一階段(圖5-2AB段)，柱塞開始加壓，顆粒隨著柱塞移動(dòng)，顆粒間的空隙被較小顆粒所填充，顆粒間的接觸很快就趨于緊密，架橋現(xiàn)象消失，空隙減少。在這階段，壓力稍有增加，壓塊的密度就增加很快。在第二階段(圖5-2BC段)，當(dāng)柱塞繼續(xù)加壓，壓塊逐漸緊密，糊料內(nèi)呈現(xiàn)一定的阻力。在這一階段中，壓塊密度與所施壓力成比例地增大。但由于顆粒間的摩擦阻力也隨壓力和接觸表面的增大而增加，當(dāng)密度達(dá)到一定值時(shí)，雖然壓力繼續(xù)增加，密度的增加卻逐漸變慢。第三階段，壓力進(jìn)一步增加，壓塊密度不再增加，但在這一階段可以使壓塊各部分的密度漸趨均勻。在實(shí)際模壓過程中，這三個(gè)階段是不可能截然分開的。由于壓塊受力不均勻，有應(yīng)力集中點(diǎn)，糊料內(nèi)各顆粒所處位置不相同，有的顆?？赡茉谳^低壓力下就開始變形，也還有一些顆粒在高壓下，當(dāng)大部顆粒已發(fā)生塑性變形時(shí)，還在繼續(xù)滑動(dòng)。在第一、二階段中，壓塊的密實(shí)是以顆粒的滑移和接觸緊密為主，第三階段則以顆粒的變形為主。在不考慮摩擦力損失的條件下，模壓成型過程可用它的第二階段來代表。壓塊氣孔率的降低與所受壓力成正比，可用式(5-2)來表達(dá)公式(5-2)式中r——壓塊的氣孔率，%；P——成型壓力，Mpa；K——糊料壓型性常數(shù)。將上式積分，則得到：(5-3)lnr=-KP+A(5-3)式中A——積分常數(shù)。設(shè)成型開始時(shí)(P=0)，壓塊的氣孔率為r0，壓力為P時(shí)，壓塊的氣孔率為rp,則得到lnr=-KP+lnrp0或公式(5-4)壓制性常數(shù)K一般由試驗(yàn)來確定。用式(5-4)可以確定壓制一定密度制品時(shí)，所需單位壓力的理論值。5．2．5．2．2．2側(cè)壓力圖5-3例壓力的示意圖從處于垂直壓力(PT)作用下的壓塊中，取出一個(gè)正立方體來加以分析(圖5-3)。由于在壓力下糊料顆粒的位移，使它向水平方向(X軸和Y軸方向)脹大。但是立方體四周被柱塞和模壁包圍，使它不能脹大，這就是說有一個(gè)與水平脹力相等而方向相反的力限制著立方體，這種力就是側(cè)壓力(PR)。R以小立方體在X軸方向的情況為例。小立方體在X軸方向由于受到垂直壓力的作用而產(chǎn)生膨脹，其值與它的泊桑系數(shù)(v)和垂直壓力(PT)成正比，與它的彈性模量(E)成反比，即得到分式。同時(shí)，Y軸方向的側(cè)壓力(PR)也會(huì)引起小立方體在X軸方向的膨脹，其值為R分式。另一方面，X軸方向側(cè)壓力(PR)會(huì)引起小立方體沿X軸方向收縮，其值為分式。實(shí)R際上，小立方體受到的周圍糊料和模壁限制，在X軸方向并未膨脹或收縮，所以沿X軸方向的膨脹與壓縮相抵消，即得到：公式整理后得到：公式(5-5)狽0壓力PR與壓制壓力PT之比E，稱為側(cè)壓力系數(shù)。其值取決于壓制條件、壓塊大小RT和所用糊料的壓制性能，當(dāng)這些條件固定時(shí)，E為常數(shù)。設(shè)計(jì)壓模和計(jì)算糊料和模壁間摩托車擦力時(shí)，都要用到側(cè)壓力系數(shù)。對(duì)于含粘結(jié)劑的炭素壓粉的側(cè)壓力系數(shù)在0.4~0.85范圍內(nèi)。5．2．2．3糊料與模壁間的壓力損失在模壓成型時(shí)，糊料在壓力作用下運(yùn)動(dòng)，這時(shí)，糊料與模壁間產(chǎn)生摩托車擦。摩托車擦力愈大，則消耗壓力愈多，也使糊料內(nèi)各部分受力不均勻。摩托車擦損失與壓制壓力，側(cè)壓力系數(shù)及糊料與模壁間的摩擦系數(shù)成正比，而且隨著壓塊高度增加而增大，也就是說，距離柱塞愈遠(yuǎn)處的摩擦損失愈大，所受壓力愈小。5．2．2．4模壓制品的密度分布規(guī)律模壓制品在壓制時(shí)，由于內(nèi)、外摩擦力的影響，存在著壓力損失，因此，生制品的各部位密度不均勻，具有如下規(guī)律。由于外摩擦力的影響，生制品的體積密度隨著離開柱塞的距離增加而下降，呈現(xiàn)上密下疏的現(xiàn)象。由于內(nèi)摩擦力的影響，生制品的體積密度隨著離模具中心距離增加而降低，呈現(xiàn)內(nèi)密外疏的現(xiàn)象。由于加料不均勻，糊料流動(dòng)性不好，會(huì)出現(xiàn)在加料多的地方體積密度大的現(xiàn)象。圖5-4所示單向壓制條件下，所得生制品的體積密度分布曲線。壓塊尺寸為70X100mm,骨料為石油焦粉，粒度200目以下占75%以上，成型壓力為78.5Mpa。為減少密度分布不均勻，可以采取以下措施：1)在糊料中加入潤滑劑如石墨粉、蒽油等，采用光潔度高的壓模模具，以減小摩擦系數(shù)；2)改進(jìn)糊料內(nèi)顆粒的粒度組成及顆粒形狀；3)模具的高度與直徑之比(h/D)盡量采用小的，一般情況下，圓柱形h/D小于1,管狀H/(D-d)小于3，d采用雙向壓制的方法。糊料在成型過程中，顆粒不但有塑性變形，也有彈性變形。當(dāng)壓塊除去壓力或脫模后，由于彈性應(yīng)力的弛放，壓塊將發(fā)生彈性膨脹，體積增大，這種現(xiàn)象稱為彈性后效。彈性后效的大小以壓塊體積膨脹的百分?jǐn)?shù)來表示：公式(5-6)式中&——壓塊膨脹率，%；△l——壓塊高度或直徑的線膨脹值，cm；l0——壓塊原來的高度或直徑，cm。彈性后效的結(jié)果是降低了糊料顆粒間的內(nèi)應(yīng)力，顆粒的接觸面積也有所減少，這樣，就導(dǎo)致顆粒間斷裂，形成較大裂紋，造成裂紋廢品的產(chǎn)生。這種現(xiàn)象有時(shí)在脫模時(shí)立即產(chǎn)生，有時(shí)在放置一段時(shí)間才產(chǎn)生，因此，為了防止生制品在焙燒前開裂，應(yīng)盡快將其裝爐焙燒。實(shí)驗(yàn)證明，模壓制品在高度方向上的彈性膨脹大于它在直徑方向的膨脹，這是因?yàn)槟褐破吩诟叨确较蛩軌毫Υ笥谒谥睆椒较蛩艿膫?cè)壓力，使在高度方向上所表現(xiàn)的應(yīng)力更為集中所致。影響彈性后效的因素如下：骨料顆粒的性質(zhì)及其組成。當(dāng)細(xì)顆粒多，表面積大，顆粒間的摩擦面大，摩擦力也就大。要得到與粗顆粒同樣密度，所需壓力大，因而生制品中貯存的內(nèi)應(yīng)力也大，表現(xiàn)出彈性后效大。若糊料中顆粒的表面平滑，形狀規(guī)則，顆粒間的咬合和交織作用小，彈性后效也會(huì)增大。糊料的塑性。若糊料的粘結(jié)劑量不足，混捏不均勻或壓型溫度過低，塑性差，彈性后效的脹力大于糊料的粘結(jié)力，制品就會(huì)開裂。3）成型壓力。彈性后效通常隨成型壓力的增大而增加，對(duì)塑性不好的糊料更為為顯著。對(duì)于塑性好、糊料內(nèi)顆粒表面粗糙的糊料，當(dāng)壓力增大時(shí)，相應(yīng)增加了顆粒的接觸面，因此，壓力對(duì)彈性后效的影響較小。為了減輕彈性后效，可以采用以下方法：1）混捏溫度不宜過高，混捏時(shí)間不宜太長，掌握好粘結(jié)劑的加自變量。成型時(shí)，糊料的溫度不要太低，這樣都可以提高糊料的可塑性。2）在最高壓力下保壓2~3min，或使壓力從低到高分成2~3段加壓，可使顆粒充分移動(dòng)，結(jié)合比較緊密，壓塊的密度與強(qiáng)度增大，從而減小了彈性后效。3）加壓速度減慢，也可起到降低彈性后效的作用。4）壓型時(shí)附加振動(dòng)，可以消除顆粒間架橋現(xiàn)象和密度不均的現(xiàn)象，從而減小彈性后效。5）雙向模壓也有利于減小彈性后效。I訂5-5立式棧壓機(jī)示您圖1—輕密液EI遠(yuǎn)；2—柱塞，3—臺(tái)面5．2．3模壓成型設(shè)備模壓成型主要采用立式油壓機(jī)或水壓機(jī)（圖5-5）。小型的立式模壓機(jī)有100t、200t、400t等，大型的立式模壓機(jī)有2000t或更大。一臺(tái)立式模壓機(jī)的主要部件包括上機(jī)座、下機(jī)座、立柱、柱塞和柱塞和柱塞液壓缸。柱塞和柱塞液壓缸可以在上部或在下部，分別從上部或下部加壓。還有上下都有柱塞和柱塞液壓缸的雙向壓機(jī)，以便實(shí)施雙向模壓。為了提高大型立式模壓機(jī)的生產(chǎn)效率，可以在壓機(jī)上安裝加轉(zhuǎn)工作臺(tái)，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上有若干個(gè)同樣尺寸的成型模，分別處于加壓成型、裝料、脫模及移位等工序，使生產(chǎn)連續(xù)進(jìn)行。5．2．4模壓成型工藝操作模壓成型分為冷模壓和熱模壓，還有介于兩者之間的溫模壓（糊料用紅外線照射加熱到60?70°C再模壓）。如生產(chǎn)預(yù)焙陽極主要用熱模壓?；炷蠛蟮暮辖?jīng)適當(dāng)冷卻后，稱量加入成型模內(nèi)，雙向加壓。壓力在14.7?29.5Mpa。對(duì)于壓制過程中的壓力可以采用控制表壓力或限位開關(guān)控制柱塞的壓制行程。表壓力可以根據(jù)工藝規(guī)定的單位壓力和壓模尺寸來計(jì)算。公式(5-7)式中P表壓力，Mpa；gSb——壓塊的橫截面積，c^；bSA液壓機(jī)主缸截面積，cm2；Pb——壓塊單位截面積上所承受的壓力。b卸除壓力后，用下柱塞頭把壓塊頂出。生產(chǎn)電炭產(chǎn)品或冷壓石墨則一般采用冷壓。為了提高冷壓產(chǎn)品密度可采用多次加壓的工藝，即每次加壓后提起柱塞，等數(shù)秒鐘后再加壓(再次加壓時(shí)壓力比前次稍大)。加壓過程要緩慢進(jìn)行，不能形成沖壓，這樣，有利于制品內(nèi)部密度的均勻化。生產(chǎn)預(yù)焙陽極等大規(guī)格制品時(shí)，在壓力下保持2~3min,有助于減小脫模后的彈性后效，但對(duì)小規(guī)格制品延長加壓時(shí)間作用不大。5．3擠壓成型擠壓成型是生產(chǎn)效率比較高的成型方法。壓出制品的軸向密度分布比較均勻，適合于生產(chǎn)長條形的棒材或管材，如煉鋼用電極，各種炭棒，電解用炭板，化工設(shè)備用不透性石墨板，石墨管以及核反應(yīng)堆的石墨體等。5．3．1擠壓成型過程擠壓成型的本質(zhì)是在壓力下使糊料通過一定形狀的模嘴后，受到壓實(shí)及塑性變形而成為具有一定形狀和尺寸的生制品。圖5-6為擠壓成型的示意圖。擠壓過程可分為兩個(gè)階段，第一階段是壓實(shí)，也稱預(yù)壓階段。在這個(gè)階段，糊料放入料室以后，在擠壓嘴與料缸之間加一塊擋板，加壓，迫使糊料排除氣體，達(dá)到密實(shí)，同時(shí)使糊料向前運(yùn)動(dòng)。在這個(gè)過程中，糊料可看作為穩(wěn)定流動(dòng)，各料層基本上是平行流動(dòng)的。第二階段為擠壓。糊料經(jīng)預(yù)壓后，將預(yù)壓力撤除，除去擋板，重新加壓。擠壓過程的實(shí)質(zhì)是使糊料發(fā)生塑性變形。在擠壓過程中，糊料在壓力下進(jìn)入具有圓弧變形的擠壓嘴時(shí)，由于糊料與擠壓嘴壁發(fā)生摩擦，它的外圍流動(dòng)速度較中心流勸速度慢。流動(dòng)較快的內(nèi)層糊料對(duì)流動(dòng)較慢的外層糊料由于內(nèi)摩擦而產(chǎn)生一個(gè)作用力，反過來，外層糊料也給內(nèi)層糊料一種阻力。因此，在擠壓塊中便產(chǎn)生層流結(jié)構(gòu)和內(nèi)應(yīng)力。最后，糊料進(jìn)入直線變形部分而被擠出。

0~353373^393413濕度,K圖5-7外摩標(biāo)系數(shù)與瀝育軟化點(diǎn)及糊料溫度間關(guān)系I—理瀝?h2—中謖瀝音5．3．2擠壓成型的基本原理5．3．2．1摩擦力在壓制過程中的作用糊料在擠壓過程中，物料與模壁間以及物料顆粒間存在著內(nèi)、外摩擦力。這種摩擦力形成了對(duì)擠壓力的反作用力。正是由于這種反作用力的存在使糊料產(chǎn)生密實(shí)作用。內(nèi)摩擦力的大小取決于顆粒特性，粘結(jié)劑的性質(zhì)和配入量以及成型時(shí)的溫度等。在不同壓力下，糊料的內(nèi)摩擦系數(shù)列入表5-1。外摩擦力的大小與模嘴的結(jié)構(gòu)型式和結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)，也與粘結(jié)劑的性質(zhì)及摩擦面的溫度有關(guān)。當(dāng)模嘴結(jié)構(gòu)一定時(shí)，外摩擦系數(shù)與瀝青粘結(jié)劑的軟化點(diǎn)及糊料溫度之間關(guān)系示于圖5-7。若摩擦力太小，使糊料在受到小的擠壓力下成型，而不能達(dá)到理想的密實(shí)程度。若內(nèi)、外摩擦力太小，將使擠壓力加大，增加設(shè)備負(fù)荷，同時(shí)使生制品內(nèi)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，易于產(chǎn)生內(nèi)、外裂紋，以至影響產(chǎn)品質(zhì)量。另外，還應(yīng)避免內(nèi)、外摩擦力之間相差太大，否則，壓型時(shí)易使制品內(nèi)外密度不均勻，而形成同心殼層結(jié)構(gòu)。表5-1在不同壓力下糊料的內(nèi)摩擦系數(shù)擠壓時(shí)壓力，MPa糊料溫度，c內(nèi)摩擦系數(shù)卩X10-5粘結(jié)劑為硬瀝青粘結(jié)劑為中瀝青硬瀝青加0.5%油酸5.712016.407.6610.9511.31207.305.507.5017.01206.754.054.4022.61205.252.384.3128.31204.302.004.005.790236.019.141.211.390116.012.025.017.09090.46.815.122.69074.04.89.728.39048.04.59.0圖5-8擠壓時(shí)的作用力與顆粒的定向5.3.2.2擠壓過程中的顆粒轉(zhuǎn)向圖5-8說明了擠壓過程中顆粒轉(zhuǎn)向的情況。當(dāng)糊料到達(dá)模嘴錐形部分時(shí)，原來與擠壓力(P])垂直的扁平顆粒受到斜面方向來的壓力(P2)的作用而轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)為與P2垂直。當(dāng)顆粒到達(dá)模嘴的圓筒部分時(shí)，受到P3力的作用而進(jìn)一步轉(zhuǎn)向，使顆粒扁平面與P3相垂直。通過顆粒的兩次轉(zhuǎn)向，促使糊料內(nèi)粒度分布及粘結(jié)劑的分配均勻，提高了糊料的塑性，增加了制品的密度與成型性。與此同時(shí)，也使制品的結(jié)構(gòu)成為各向異性。5.3.2.3擠壓過程的變形程度與擠壓比設(shè)F表示料室截面積，f為模嘴圓筒形部分的截面積，以&表示變形程度，可定義為：公式(5-7)若&=0，即F=f,這表示模嘴無錐形部分，壓塊基本保持預(yù)壓時(shí)形成的結(jié)構(gòu)，若6很小，即F"f,表示模嘴的錐形部分很少，糊料變形不能深入到中心，生制品密實(shí)程度低，成為表面層稍緊密，而內(nèi)層疏松的殼層結(jié)構(gòu)，若6過大，將使生制品的內(nèi)應(yīng)力大，出模后會(huì)變形或開裂，而且會(huì)影響設(shè)備能力的發(fā)揮。在炭素制品生產(chǎn)中，一般采用6=85~94%。變形程度用壓縮系數(shù)來表示比較方便，K=f/F,所以一般情況下，公式根據(jù)變形程度可以計(jì)算擠壓制品的規(guī)格范圍。例如一臺(tái)2500t臥式擠壓機(jī)，其糊缸直徑(D)為1100mm,生制品直徑為d，mm。已知K=f/F=d2/D2，則d=根號(hào)?D。當(dāng)分式時(shí)，分式。由此可知，該擠壓機(jī)以壓制U269?428mm的圓形或相應(yīng)截面的方形制品為宜。在電極擠壓機(jī)中，還采用擠壓比(屮)來說明其變形程度。屮=1/K。屮值過大，雖然可以得到密實(shí)度較高的生制品，但壓機(jī)能耗高，生產(chǎn)效率降低，從經(jīng)濟(jì)效益考慮不合算；屮值過小，會(huì)導(dǎo)致中心部位結(jié)構(gòu)疏松，產(chǎn)品合格率低。5.3.2.4擠壓所需壓力的計(jì)算為推算擠壓主柱塞的擠壓力必須從料室部分、模嘴錐形部分和模嘴直筒部分這三部分來考慮。(1)當(dāng)不考慮模嘴直筒部分時(shí)的應(yīng)力按式(5-8)和式(5-9)來計(jì)算：公式(5-8)K=(P+Os)e知Lp/d-qs(5-9)式中P——模嘴附近糊料的擠壓應(yīng)力，Mpa；K——主柱塞附近糊料的擠壓應(yīng)力，Mpa；O——糊料的流動(dòng)極限應(yīng)力，O=1.76?2.45Mpa；SSa錐形模嘴錐角的二分之一，a=22.5°；M——糊料的摩擦系數(shù)，一般|J=0.1；D料室內(nèi)徑，cm；d模嘴直筒部分內(nèi)徑，cm；L——料室中糊料的長度，cm；B——長度修正系數(shù)，分式消耗在直筒部分的應(yīng)力，按式(5-10)計(jì)算P=4apl/d(5-10)1s式中P1——直筒部分的擠壓應(yīng)力，Mpa；l直筒段長度，cm。因此，在主柱塞與糊料界面的擠壓應(yīng)力(K')按式(5-11)計(jì)算：K=(P+P1+os)e4pLp/D-os(5-11)校正考慮到糊料的不均勻性，顆粒架橋等因素，必然存在著壓力損失，所以應(yīng)該加上壓力校正系數(shù)m,—般m=1.1。因此，實(shí)際上主柱塞處的擠壓應(yīng)力為K0，K0=mK。此外，還需考慮擠壓機(jī)的有效作用系數(shù)(n)。對(duì)于大型臥式擠壓機(jī)，通常采用n=85%，中小型擠壓機(jī)取n=90%?95%。綜上所述，擠壓圓形斷面棒材時(shí)，主柱塞上的總壓力(PT)為：公式(5-12)5．3．3擠壓成型設(shè)備電極擠壓機(jī)從總體結(jié)構(gòu)來看，可以分為臥式和立式兩種，但從電極的細(xì)長和制品的容易處理及壓機(jī)設(shè)置條件出發(fā)，目前電極擠壓機(jī)幾乎全部采用臥式。臥式電極擠壓機(jī)又因料室不同而有所區(qū)別。固定料室電極擠壓機(jī)只有一個(gè)料室。旋轉(zhuǎn)料室擠壓機(jī)或稱立搗臥擠壓機(jī)可以有單料室或雙料室。5．3．3．1臥式固定料室電極擠壓機(jī)81013117國5-981013117國5-9臥式固定料室電極擠壓機(jī)示意品1一主柱塞液壓缸；2—?jiǎng)澲?—后部固定架；4一-伏柱.5—柱塞頭，6—進(jìn)料口；7—行枚液壓包；8-前部園定架；9一接受臺(tái)；1G—衫動(dòng)接労臺(tái)的液壓乩；11一加熱裝餐；*2—濟(jì)壓玄；13-爲(wèi)壓水聳臥式固定料室電極擠壓機(jī)的示意圖示于圖5-9。它由下列各部件組成：1)主柱塞和主柱塞液壓缸；2）裝糊料的料室；3）可以更換的擠壓模嘴；4）位于主柱塞液壓缸兩側(cè)的副柱塞和副柱塞液壓缸；5）壓機(jī)前部固定架、切刀裝置和擋板；6）壓出生制品的接受臺(tái)冷卻輥道和水槽；7）冷卻糊料的涼料機(jī)。電極擠壓機(jī)的動(dòng)力源由泵或泵一蓄勢罐供給的高壓液，傳動(dòng)介質(zhì)可以用水（乳化液）或用油。H!5-103500t電扱擠壓機(jī)i一穴空眇氣hi3-E^Jr.空覃,4一托板虹,5F轉(zhuǎn)油包5．3．3．2立搗臥擠旋轉(zhuǎn)料室電極擠壓機(jī)目前，真空立搗臥擠式油壓機(jī)在國外炭素生產(chǎn)中已被普遍采用，在我國也已使用。其料室有單料室和雙料室兩種，一般采用單料室。立搗臥擠旋轉(zhuǎn)料室電極擠壓機(jī)的示意圖示于圖5-10。這種擠壓機(jī)的特點(diǎn)為：1）裝糊料的料室可通過夾緊裝置與模嘴連成一體，進(jìn)行擠壓操作也可以通過旋轉(zhuǎn)裝置，將料室從水平位置變成垂直位置，進(jìn)行加料及搗固。2）料室在垂直位置分三次加料。每次加料后由專門設(shè)計(jì)的立式壓實(shí)裝置進(jìn)行搗固。因壓實(shí)力小，壓實(shí)機(jī)的液壓缸比主柱塞液壓缸小得多，這樣，減少了動(dòng)力消耗及對(duì)主缸設(shè)備的磨損。同時(shí)，使料室徑向方向各處糊料的松緊程度均勻，擠壓后的生制品質(zhì)量均勻。3）裝有抽真空裝置。在壓實(shí)、預(yù)壓和擠壓過程中都可抽氣，使包圍在糊料中的空氣排出，防止形成氣孔或裂紋。05-11圓盤式?jīng)隽蠙C(jī)示愆圖圖5-12圓筒式?jīng)隽蠙C(jī)示意圖】一電動(dòng)鏟塊裝星；2—可轉(zhuǎn)動(dòng)的E1撲；3-夫齒輪：1—加料口，2—荷住；3?—刮料刃抿4一大型平面滾琮；5—逬料口,6-[§定創(chuàng)料鏟，7—?dú)鈩?dòng)卸料裝輕；8—減遠(yuǎn)機(jī)，9—電動(dòng)機(jī)；1G—出料口5．3．4擠壓成型操作擠壓成型一般分為五道工序，即涼料、裝料、預(yù)壓、擠壓和生制品冷卻。涼料經(jīng)過混捏好的糊料，一般溫度達(dá)到130?140°C，并含有一定數(shù)量的氣體。涼料的目的是使糊料均勻地冷卻到一定的溫度，并充分排出夾在糊料中的煙氣。目前多數(shù)擠壓機(jī)配備了圓盤式?jīng)隽蠙C(jī)(圖5-11)。比較先進(jìn)的有圓筒式?jīng)隽蠙C(jī)(圖5-12)。當(dāng)采用圓盤式?jīng)隽蠙C(jī)時(shí)，糊料從頂部加料口加入，經(jīng)圓錐形分料器分布在圓盤上。圓盤緩慢旋轉(zhuǎn)(約2.5r/min),糊料隨圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)，被切刀切碎，并被翻料鏟反復(fù)翻動(dòng)，使糊料均勻攤開，以達(dá)到逐漸降溫和排出煙氣的目的。糊料要涼到什么程度再加入擠壓機(jī)料室，需視粘結(jié)劑用量，混捏出鍋溫度及糊料的塑性狀態(tài)等情況而定。如粘結(jié)劑用量大，糊料的溫度比較高，涼料時(shí)間應(yīng)該長一些。反之，則涼料時(shí)間就短一些。涼料溫度的高低及涼料的均勻程度對(duì)壓型的成品率有很大關(guān)系。裝料下料前先將擠壓嘴口用擋板擋上，料室四周用蒸汽或電加熱，保持溫度在100C左右(用中溫瀝青為粘結(jié)劑時(shí))。一鍋料一般分成2~3次加入，應(yīng)先將涼料機(jī)圓盤邊緣處溫度較低的糊料裝入料室，后將溫度較高的中間部分。每加入一批糊料，開動(dòng)高壓泵，使擠壓機(jī)的主柱塞裝糊料推向料室前部。用較低壓力(約4.9MPa)把裝入糊料搗固。預(yù)壓當(dāng)一鍋糊料全部裝入料室后，啟動(dòng)高壓泵，使主柱塞在較高壓力下(一般為14.7~19.6MPa)，對(duì)糊料預(yù)壓1?3min。預(yù)壓的目的是使糊料中的氣體充分排除，并趨于緊密，以提高生制品密度，并使在壓型時(shí)壓力均衡。對(duì)直徑或截面大的產(chǎn)品，預(yù)壓時(shí)間應(yīng)該比小規(guī)格產(chǎn)品長一些，因?yàn)榇笠?guī)格產(chǎn)品的壓縮比小，擠出壓力較低。擠壓預(yù)壓結(jié)束后，將擋住擠壓模嘴的擋板落下，再次啟動(dòng)高壓泵，主柱塞探測使糊料通過擠壓嘴口擠出來。一般情況下，大規(guī)格石墨電極的壓出壓力為7.8?14.7Mpa,小規(guī)格石墨電極的壓出壓力要達(dá)到14.7?22.6Mpa。擠壓模嘴用蒸汽加熱，但在出口處150mm左右的一段要求加熱到150?180C，甚至在200C以上，因此這一段要用電加熱。其目的是使擠出的生制品獲得光滑的表面。冷卻擠出的生制品達(dá)到所需長度后，停止壓型，進(jìn)行切斷。離開擠壓嘴的生制品要馬上淋水冷卻并浸泡在冷水中，以防止生制品彎曲或變形。當(dāng)水溫為20C時(shí)，大規(guī)格制品在水中浸泡3?5h，中小規(guī)格產(chǎn)品浸泡2?4h，制品就可以充分冷卻。5．3．5擠壓時(shí)影響壓力大小的因素?cái)D壓壓力的大小取決于糊料的塑性，擠壓變形程度，料室中糊料數(shù)量，擠壓速度，生制品橫截面形狀和模嘴的結(jié)構(gòu)及其表面狀況，分述如下：1）擠壓壓力主要取決于糊料的塑性狀態(tài)。糊料的塑性好，糊料對(duì)料室壁和擠壓模嘴壁的摩擦阻力小，擠壓壓力可以低一些。2）當(dāng)擠壓變形程度增加時(shí)，糊料通過模嘴所需壓力增加，相應(yīng)地，擠壓壓力也就大了。3）料室中糊料數(shù)量愈多，它與料室及擠壓嘴壁的摩擦阻力愈大，所需擠壓壓力也大。隨著擠壓的進(jìn)行，糊料逐漸減少，擠壓壓力也隨之下降。4）作用于主柱塞上的變形力必須超過糊料的流動(dòng)極限應(yīng)力才能使糊料變形。糊料的擠壓速度速度快，所需變形力愈大，相應(yīng)的擠壓壓力也愈大。5）圓形截面具有較小的周邊長和平滑的外形，因而具有較小的摩擦表面和摩擦阻力，所需擠壓壓力較小；方形和異形截面都具有較大的摩擦表面和摩擦阻力，因此需較大的擠壓壓力。6）擠壓模嘴錐形部分最佳頂角為45°，采用此角度時(shí)，所需擠壓壓力要比采用小頂角時(shí)小30%左右。增大頂角也會(huì)增大成型壓力，同時(shí)，料室到圓弧部分的轉(zhuǎn)變處會(huì)出現(xiàn)較大死角，此角，此處糊料呆滯不動(dòng)，糊料逐漸變硬，容易造成故障及廢品。擠壓嘴的圓筒部分約為模嘴全長的1/3?1/2，增加圓筒部分長度會(huì)顯著增大擠壓壓力，而對(duì)生制品的密度增加并不顯著。5．3．6影響擠壓制品質(zhì)量的因素5．3．6．1糊料塑性糊料塑性的好壞直接影響著擠壓制品的成品率。塑性好的塑料易于成型，且糊料間粘結(jié)力強(qiáng)，糊料與模壁間摩擦力小，如上所述，可在較小擠壓壓力下把生制品擠出，其彈性后效小，產(chǎn)品不易開裂。若糊料塑性不好，散渣，糊料間粘結(jié)性差，加壓時(shí)，糊料與模壁間摩擦力大，必須加大擠壓壓力，使生制品彈性后效大，較易出現(xiàn)裂紋。為了提高擠壓的成品率，必須改善糊料的塑性，首先要保證適量的粘結(jié)劑，控制適宜的混捏溫度和足夠的混捏時(shí)間，以使骨料與粘結(jié)劑均勻混合。其次可以加入適量的石墨碎，以降低糊料間摩擦力。但糊料的流動(dòng)性也不宜過大，否則，會(huì)導(dǎo)致擠壓出的生制品在自重下變形。5．3．6．2溫度制度（1）下料溫度要選擇適宜的下料溫度。下料溫度過低，糊料發(fā)硬，使擠壓壓力增高；下料溫度過高，糊料間粘結(jié)力減弱，易產(chǎn)生裂紋。某一制品在使用軟人點(diǎn)為70°C的中溫瀝青時(shí)，糊料下料溫度與擠壓壓力的關(guān)系列于表5-2。在實(shí)際生產(chǎn)中，下料溫度要根據(jù)來料情況、制品規(guī)格、擠壓嘴子溫度和外界氣氛條件來確定。一般情況下，多灰糊料的下料溫度在115?125C；少灰糊料的下料溫度在110?120C。大規(guī)格制品的下料溫度可略低，小規(guī)格制品的下料溫度要偏高一些。表5-2糊料溫度與擠壓壓力的關(guān)系下料溫度,C60708090100擠壓壓力,MPa23.5?41.219.6?29.417.6?23.515.7~19.615.7~19.6料室溫度糊料下到料室后，要經(jīng)過搗固、預(yù)壓和擠壓三個(gè)階段，糊料在料室中停留時(shí)間較長，所以會(huì)發(fā)生糊料和料室內(nèi)壁間的熱交換作用。若料室溫度低于十料溫度，表層糊料就把熱量傳給料室，使糊料本身溫度降低，可塑性變差。若料室溫度太高，會(huì)使糊料表層溫度升高，降低了表層糊料的粘結(jié)力，使裂紋廢品率增多。300mm電極的成品率與料室溫度的關(guān)系示于圖5-13。一般情況下，料室溫度比下料溫度稍低一些，約為模嘴溫度合適的模嘴溫度可使生制品表面光滑，減少裂紋廢品。模嘴溫度過高，會(huì)使糊料表面變軟，減小糊料間粘結(jié)力，容易產(chǎn)生橫裂紋和生制品接頭斷裂。模嘴溫度太低，會(huì)增大糊料和模壁間摩擦力，使糊料內(nèi)外層壓制速度相差太大，產(chǎn)生分層，并導(dǎo)致生制品表面出現(xiàn)麻面。500mm石墨陽極擠壓成品率與模嘴溫度的關(guān)系示于圖5-14。一般情況下，柳暗花明嘴溫度要略高于下料溫度，約為130?160°C。5．3．6．3糊料狀況與預(yù)壓糊料內(nèi)各部分的溫差不應(yīng)超過4C,糊料內(nèi)的干料、油塊、硬塊等都應(yīng)除去。這樣才能使糊料在壓型時(shí)正常流動(dòng)，保證生制品順利壓出。預(yù)壓能使糊料緊密，提高制品質(zhì)量。用同一配方的糊料，經(jīng)過預(yù)壓和不經(jīng)過預(yù)壓所擠壓出同規(guī)格生制品的物理機(jī)械性能有差別。如對(duì)400mm的石墨電極，糊料經(jīng)1min預(yù)壓的電極與未經(jīng)預(yù)壓的電極相比，抗壓強(qiáng)度高12%，體積密度大2%，氣孔率降低15%。預(yù)壓壓力對(duì)產(chǎn)品的性能也有較大影響，見表5-3。由表可見，適當(dāng)提高糊料的預(yù)壓壓力，可以增加體積密度，降低氣孔率及提高抗壓強(qiáng)度。但預(yù)壓壓力也不是愈高愈好。若預(yù)壓壓力過大，超過了原料顆粒的強(qiáng)度時(shí)，會(huì)引起原料顆粒的破裂，打亂原來配料時(shí)的粒度組成，并產(chǎn)生未能為瀝青潤濕的顆粒斷面，反而降低了機(jī)械強(qiáng)度，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使生制品內(nèi)部產(chǎn)生裂紋。表5-3預(yù)壓壓力對(duì)不同產(chǎn)品理化性能影響預(yù)壓壓力，Mpa(預(yù)壓1.5min)14.724.5體積密度g/cm3生制品1.621.68焙燒品1.551.58氣孔率，％，焙燒品21.519.2抗壓強(qiáng)度，MPa28.629.05．3．6．4模嘴的選擇壓制品的成品率及質(zhì)量和模嘴的形狀及尺寸有著密切的關(guān)系。模嘴出口的尺寸糊料擠出模嘴后產(chǎn)生彈性后效，生制品截面積有所增大，但生制品在焙燒和石墨化過程中又有所收縮，產(chǎn)品機(jī)械加工時(shí)也需要留有加工余量，因此，模嘴出口端內(nèi)壁尺寸要比成品所要求的尺寸略大，一般應(yīng)大5~10%成品尺寸與相應(yīng)模嘴口尺寸的例子示于表5-4。表5-4成品尺寸與相應(yīng)模嘴口尺寸(mm)成品直徑樟嘴口直徑成品哉面尺寸樟嘴口截面尺寸758510011051X5153X5315016438X180401805225052X25630031775X18077X186350368400X400415X418400424400X415410X420500525(2)模嘴的長度擠壓直徑或截面大的制品時(shí)，模嘴應(yīng)當(dāng)長一些，這不僅為了使糊料受擠壓過程緩和一些，減少生制品中心部位與表面部位的質(zhì)量差異，也是為了使生制品經(jīng)過直線定型段的時(shí)間長一些。使壓出后制品的彈性后效小一些。(3)模嘴變形部分的圓弧半徑圓弧半徑愈小，糊料通過擠壓模嘴的阻力愈大。在擠壓小直徑制品時(shí)，由于料室直徑和模嘴口直徑的比值大(即擠壓比大)，圓弧半徑比較小，糊料通過模嘴的阻力大，所需擠壓壓力大。當(dāng)擠壓大直徑制品時(shí)，擠壓比小，圓弧半徑大，變形部分長，糊料通過模嘴阻力小，所需擠壓壓力小。但若圓弧半徑過大，則將會(huì)失去擠壓作用而影響制品的質(zhì)量。另外，制造模具時(shí)還應(yīng)要求內(nèi)壁表面光滑，模嘴結(jié)構(gòu)的各部分對(duì)稱性好，過渡部位圓滑，平整。5．4振動(dòng)成型在炭素工業(yè)中，有時(shí)要求生產(chǎn)大尺寸的產(chǎn)品，例如，鋁電解槽用的大規(guī)格陽極，高爐用炭塊等。若沿用擠壓法生產(chǎn)，擠壓機(jī)的功率要很大，這類大型機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資大，經(jīng)濟(jì)上不盡合理，而且無法壓制異型的制品。在60~70年代發(fā)展了振動(dòng)成型方法，并得到了應(yīng)用。選擇適宜的工藝條件和振動(dòng)成型的參數(shù)條件下，振動(dòng)成型可以生產(chǎn)出符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。我國自制振動(dòng)成型設(shè)備試制產(chǎn)品與擠壓成型產(chǎn)品的質(zhì)量對(duì)比列于表5-5。表5-5振動(dòng)成型與擠壓成型制品的質(zhì)量對(duì)比品種和規(guī)格成型方法真密度g/cm3體積密度g/cm3氣孔率％抗壓強(qiáng)度MPa電阻率Q?mX10-6備注預(yù)焙陽極截面400X600mm振動(dòng)成型2.041.5325.039.148.5少灰焙燒制品擠壓成型2.041.5027.234.352.9底炭塊截面400X400mm振動(dòng)成型1.871.5616.938.656.7多灰焙燒制品擠壓成型1.861.5417.229.964.65．4．1振動(dòng)成型的原理振動(dòng)成型時(shí)，成型模具固定在振動(dòng)臺(tái)上，糊料加入模具內(nèi)，料面用重錘加上少量壓力。振動(dòng)臺(tái)啟動(dòng)以后，由于臺(tái)面強(qiáng)烈振動(dòng)，使模具及模具內(nèi)的糊料都處于強(qiáng)烈的振動(dòng)狀態(tài)。這種振動(dòng)的振幅不大，但頻率高(2000?3000次/min)。糊料顆粒在振動(dòng)下產(chǎn)生慣性力，由于顆粒質(zhì)量不同，它們產(chǎn)生的慣性力也不同，因而使顆粒界面上產(chǎn)生應(yīng)力。當(dāng)這種應(yīng)力超過糊料的內(nèi)聚力時(shí)，引起糊料顆粒的相對(duì)位移。同時(shí)，在強(qiáng)烈振動(dòng)下，物料顆粒間內(nèi)摩擦力及糊料對(duì)模具內(nèi)壁的外摩擦力急劇下降。幾乎呈流動(dòng)狀的糊料迅速填充到模具的每個(gè)角落。由于糊料內(nèi)部空隙不斷減少，并在重錘的壓力作用下，密度提高，形成外表規(guī)整，具有一定密度的生制品。5．4．2振動(dòng)成型工藝的特點(diǎn)粘結(jié)劑用量及糊料狀態(tài)生產(chǎn)同一規(guī)格的制品，使用同樣配方時(shí)，振動(dòng)成型所需的粘結(jié)劑用量可較擠壓成型所需量減少1%?3%。振動(dòng)成型時(shí)，糊料要求基本上不呈團(tuán)塊，一經(jīng)倒入成型模，大多數(shù)呈散粒狀，流動(dòng)性好。溫度制度振動(dòng)成型基本上不必涼料，出鍋的糊料在130°C左右，可直接加入成型模內(nèi)。這是因?yàn)楹蠝囟雀?，使糊料在振?dòng)時(shí)，內(nèi)摩擦力小，流動(dòng)性好，有利于密實(shí)，百糊料中夾帶的煙氣也可以在振動(dòng)過程中陸續(xù)排出。模具溫度應(yīng)與糊料溫度大致相似，或高出5?10C，使生制品表面比較光潔。振動(dòng)時(shí)間振動(dòng)成型是間歇式生產(chǎn)，振動(dòng)時(shí)間是指重錘下降到接觸料面時(shí)開始到振動(dòng)結(jié)束為止。重錘接觸料面后開始階段，重錘下沉速度較快，1min后漸趨緩慢，5min后下沉量愈來愈小，接近平衡狀態(tài)。使用雙軸振動(dòng)臺(tái)時(shí)，較合適的振動(dòng)時(shí)間為：小規(guī)格產(chǎn)品，細(xì)長比不太大，重錘比壓又大，則振動(dòng)3~4min，中等規(guī)格產(chǎn)品，可振動(dòng)5~6min；大規(guī)格產(chǎn)品，如比較高，應(yīng)振動(dòng)8?10min,如不太高，振動(dòng)6~8min即可。激振力及振幅當(dāng)振動(dòng)頻率一定時(shí)，被振動(dòng)物體的慣性力隨振幅大小而變化。因此，首先確定振幅值。最適宜的振幅應(yīng)使被振動(dòng)的糊料獲得一定的交變速度和加速度去克服糊料內(nèi)部內(nèi)聚力及內(nèi)、外摩擦力，這才有利于糊料的振實(shí)。對(duì)一般炭和石墨制品來說，振幅在1mm左右就夠了，大一些的產(chǎn)品可提咼到1.5mm。激振力一般由克服被振動(dòng)物體的質(zhì)

量（包括振動(dòng)臺(tái)本體、成型模和糊料的質(zhì)量）以及反共振彈簧預(yù)緊力等的慣性力所決定。被振物體的質(zhì)量愈大，慣性力也愈大。因此，小型振動(dòng)臺(tái)所需的激振力比較小，大型振動(dòng)臺(tái)的激振力則大得多。（5）成型壓力由于強(qiáng)烈振動(dòng)能使糊料的內(nèi)聚力和內(nèi)、外摩擦力急劇降低，因此，振動(dòng)成型壓力只有擠壓成型所需壓力的1%?3%，大約在0.05?0.29Mpa。重錘比壓選擇的原則為：小規(guī)格，不太咼的制品，重錘比壓在O.IMpa左右；中等規(guī)格，比較咼（加咼度為1?1.5m）的制品，重錘比壓應(yīng)取0.15?0.2Mpa；如密度不能滿足時(shí)，比壓可提高到0.29Mpa左右；大規(guī)格、高度在1m以上的產(chǎn)品可用0.098?0.15Mpa的比壓，高度在1m以內(nèi)的可略小一些?！﨩細(xì)長的制品所用重錘比壓比粗短的制品要大一些。這是因?yàn)樘克睾蠈?duì)壓力的傳遞能力較差，對(duì)形狀細(xì)長的制品，若重錘比壓小，則重錘對(duì)糊料的壓力自上而下衰減，會(huì)使中下部的密度變小。5．4．3振動(dòng)成型的設(shè)備振動(dòng)成型機(jī)組包括振動(dòng)臺(tái)、加壓裝置、模具和脫模裝置、加料和稱量裝置等。圖5-15為振動(dòng)成型機(jī)示意圖。圖5-15雙軸振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)成型示意圖圖5-15雙軸振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)成型示意圖I—雙軸眾動(dòng)臺(tái)］2—成型模，3—上壓蓋14—重錘；5—重錘導(dǎo)向桿；6—卷揚(yáng)機(jī)平臺(tái)「7—升降重錘用卷揚(yáng)機(jī)；8—涼料平臺(tái)；9■-振動(dòng)器；10—減抿彈賢（1）振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)臺(tái)可以有單軸（單個(gè)偏心振動(dòng)子）和雙軸（兩個(gè)平行的、質(zhì)量相同而回轉(zhuǎn)方向相反的偏心振動(dòng)子）兩種。單軸振動(dòng)臺(tái)的結(jié)構(gòu)比較簡單，振動(dòng)器為偏心軸及軸兩端的附加配重盤組成，其偏心力矩大小可用配重盤內(nèi)的扇形鐵調(diào)整。單軸振動(dòng)臺(tái)的穩(wěn)定性較差，負(fù)荷也較小，所以使用不多。雙軸振動(dòng)臺(tái)有一對(duì)方向相反、同步旋轉(zhuǎn)的振動(dòng)器。每個(gè)振動(dòng)器由兩根相同尺寸的旋轉(zhuǎn)軸通過萬向聯(lián)軸器而傳動(dòng)。每一根軸支持在一對(duì)裝有單列向心球面軸承的軸承座上，每一根軸上裝有一組振動(dòng)子。振動(dòng)子是由兩片相同尺寸的扇形鋼板組成，每片扇形鋼板上按照給定位置鉆有九個(gè)孔，只要調(diào)整重合孔的位置即可調(diào)節(jié)振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面的振幅及激振力的大小。雙軸振動(dòng)臺(tái)的結(jié)構(gòu)比較合理，穩(wěn)定性較好。（2）成型模成型模一般用厚度為8?16mm的鋼板焊成。為了便于脫模和保持產(chǎn)品表面光潔，成型模四周都焊有蒸汽加熱夾套。成型模的尺寸必須考慮制品在焙燒及石墨化過程中的體積收縮及加工余量。為了便于脫模，做成一定斜度，上口略小于下口，斜度一般為直徑或邊長的1%。成型模必須與臺(tái)面牢固地固定在一起，以防止成型模在振動(dòng)臺(tái)上跳動(dòng)而減小振幅，從而降低制品的質(zhì)量。5．4．4振動(dòng)成型的操作1）在加料前，把模具固定好，并加熱到130?140°C，抬起重錘，使之與模具相距300?400mm,在模具內(nèi)壁涂上一層潤滑油（機(jī)油與石墨粉的混合物）。2）開動(dòng)電機(jī)使振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)，振支頻率為2000?3000次/min,振幅為0.5?1.5mm,待振動(dòng)臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，往模具內(nèi)加入糊料（溫度在130C左右），邊加邊振動(dòng)。3）模具內(nèi)加滿糊料后，放下壓蓋，落下重錘，當(dāng)重錘不再下沉?xí)r，停止振動(dòng)。4）將模具就地倒下，或吊到近處脫落，且迅即用水冷卻。5．5等靜壓成型等靜壓成型是一種比較新的成型工藝，目前主要用于生產(chǎn)高密度、結(jié)構(gòu)均勻的特種石墨。對(duì)生產(chǎn)一些特殊形狀（如圓球、管子）及特殊性能（如各向同性）的制品來說是很有發(fā)展前途的。根據(jù)傳遞介質(zhì)不同，可以分為氣等靜壓成型和液等靜壓成型。氣等靜壓成型一般在加熱狀態(tài)下進(jìn)行，故也稱熱等靜壓成型。液等靜壓成型又稱冷等靜壓（CIP）成型。5．5．1冷等靜壓成型的基本原理及主要特點(diǎn)冷等靜壓成型的基本原理是遵循流體力學(xué)中的巴斯加定律，也就是說，在一個(gè)充滿液體的封閉容器中，施加于液體中任一點(diǎn)的壓力，必然以相同的力傳到容器中任一部位。冷等靜壓成型的主要特點(diǎn)為：1）能夠壓制具有凹形、空心等復(fù)雜形狀的生制品；2）能夠壓制各向同性結(jié)構(gòu)的制品；3）可以制造商高密度的制品，而且制品各部位的密度比較均勻；4）所得生制品的強(qiáng)度較高；5）生制品的外形尺寸和表面光潔度不易得到保證，要留有充分的的加工余量。5．5．2冷等靜壓成型的設(shè)備冷等靜壓機(jī)是一種超高壓成型設(shè)備，它主要由壓力容器、壓蓋和框架、成型模、高壓密封、壓力系統(tǒng)、控制臺(tái)和輔助裝置等組成。圖5-16為冷等靜壓裝置的示意圖。9)圖5-16冷等靜壓成筮沒訐眾:戰(zhàn)圖高壓泵：1一電動(dòng)機(jī)y2—油橋？3—泵肚；I一二二蒼憂$5—:E力6—>高圧￥：孑：33)島圧吝和：7—iZ莊閥』8一涇:二；9—?全頭；1?—354^%>(G)真空泵，11—泵體丿16—真空管鎧$3)彈性模具；L2—掾膠塞，13—注肘計(jì)頭$M—受?玉物科$】5—徐?狡袋(1)壓力容器、壓蓋和框架壓力容器、壓蓋和框架是冷等靜壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)的主要部分，它們的設(shè)計(jì)反映了冷等靜壓機(jī)的設(shè)計(jì)水平。壓力容器通常采用整體、雙層或多層套環(huán)或鋼絲纏繞結(jié)構(gòu)。如用高強(qiáng)度合金鋼澆鑄后加工而成的厚壁筒體。但由于整體及組合結(jié)構(gòu)的容器熱處理工藝復(fù)雜，制造費(fèi)用相當(dāng)昂貴，工作處于張力狀態(tài)易于損壞。所以，瑞典ASEA公司于六十年代初研制成功鋼絲纏繞結(jié)構(gòu)的壓力容器，具有抗疲勞性能好，使用壽命長，制造方便和安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。(2)成型模為了滿足成型模要具有高抗磨損性和高硬度、高彈性和高破裂強(qiáng)度又易于制造的要求，最早使用天然橡膠和聚氯乙烯料漿，之后，又發(fā)展為了以天然橡膠和氯丁橡膠作為原料，最近幾年，又有聚氨基甲酸酯作為原料，它具有高抗磨性、高硬性、高破裂強(qiáng)度、高柔韌性與高彈性相結(jié)合特性，為一種理想材料。壓力系統(tǒng)一般是通過高壓液壓泵，可選用單柱塞曲軸柱塞泵，比較先進(jìn)的是以增壓器和液壓泵聯(lián)合使用。當(dāng)工作壓力低于392Mpa時(shí)，可用水加5%溶性油的乳化液作為液壓介質(zhì)。當(dāng)工作壓力高于392Mpa時(shí)，都采用變壓器油。5．5．3冷等靜壓成型的操作將需壓制的材料裝入成型模內(nèi)，裝料時(shí)應(yīng)同時(shí)振動(dòng)，使在模具內(nèi)初步密實(shí)。裝料完畢后對(duì)模具略加整形，然后將模具口密封。為了使被壓物料中的氣體能在受壓時(shí)充分排出，還應(yīng)在物料中插入排氣管，并接真空泵抽氣。模具可以懸掛，也可以自由沉底。然后將壓力容器入口封閉。啟動(dòng)高壓泵，將液體介質(zhì)注入壓力容器。加壓應(yīng)分階段進(jìn)行。例如先將壓力升于4.53Mpa,保持一段時(shí)間，使模具內(nèi)氣體排出。此時(shí)，因受壓物料體積收縮，壓力容器內(nèi)壓力有所下降。再次升壓到19.61Mpa,待排出氣體后，再一次升高到預(yù)定工作壓力，并在此壓力下保持20~60min左右，減壓，放出部分介質(zhì)油，待壓力降至常壓后，打開壓力容器，取出模具，從模具中取出已成型的生制品。5．5．4冷等靜壓成型的規(guī)律1）在其它條件相同的情況下，等靜壓成型所得生制品的體積密度與加壓壓力成正比其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列于表5-6。表5-6加壓壓力與生制品體積密度的關(guān)系原料配方，%加壓壓力MPa生制品體積密度g/cm3生焦粉煅后焦粉石墨粉瀝青9010294.21.179010147.01.14901098.01.12552025294.21.53552025147.01.4755202598.01.392）等靜壓成型升壓過程中，模具內(nèi)氣體排出量對(duì)生制品的體積密度有很大關(guān)系。如排氣不夠，不僅體積密度低，而且在放壓及取出生制品時(shí)，往往發(fā)現(xiàn)制品開裂現(xiàn)象。這是因?yàn)楸Ａ粼谥破肺⒖字械臍怏w具有很高壓力，從而使制品漲裂。為了達(dá)到排氣目的，采用真空泵，真空泵的真空度應(yīng)達(dá)到-9.6X104Pa。3）為了獲得結(jié)構(gòu)致密的生制器，可以在等靜壓成型的同時(shí)進(jìn)行加熱，使糊料在塑性狀態(tài)下受壓。4）在高壓下保持的時(shí)間對(duì)提高生制器的體積密度也有一定關(guān)系。保持高壓的時(shí)間長一些，有利于提高生制品的體積密度，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列于表5-7。表5-7保持高壓時(shí)間與生制品體積密度關(guān)系原料配方，%成型壓力，MPa保持高壓時(shí)間，min生制品體積密度g/cm3煅后石油焦瀝青7822294.2201.657822294.2201.98復(fù)習(xí)思考題1．炭素制品成型方法有哪幾種？它們與制品的各向異性程度有何關(guān)系？它們適用于何種制品？2．影響模壓成型制品質(zhì)量的因素有哪些？3．什么是彈性后效？如何防止？4．?dāng)D壓廢品產(chǎn)生的原因是什么？5．振動(dòng)成型的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？6．等靜壓成型有何特點(diǎn)和規(guī)律？6炭制品的焙燒焙燒是在隔絕空氣和在介質(zhì)保護(hù)下，把壓制后的生制品按一定升溫速度進(jìn)行加熱的熱處理過程。壓制后的生制器（用煤瀝青作粘結(jié)劑）一般排出約10%的揮發(fā)分，粘結(jié)劑進(jìn)行炭化，在骨料顆粒間形成焦炭網(wǎng)格，將不同粒度的骨料牢固地粘結(jié)成一個(gè)整體，從而使焙燒后的制品具有一定強(qiáng)度并獲得所需要的物理化學(xué)性質(zhì)。炭制品的性能雖然與原料的品種、配料、混捏和成型有關(guān)，但焙燒條件對(duì)焙燒后制品的性能有著重要的影響。焙燒工序的調(diào)節(jié)和控制就是為了使制品具有均勻的結(jié)構(gòu)、正確的幾何尺寸和防止內(nèi)外缺陷（如內(nèi)外裂紋、制品截面密度不均勻、空洞、氣孔等）的生成。6．1焙燒原理6．1．1焙燒過程在焙燒時(shí)，粘結(jié)劑分解、縮聚、成焦并不是均勻進(jìn)行，而是呈現(xiàn)一定階段性，大致上可把焙燒過程分為四個(gè)階段。1）低溫預(yù)熱階段（明火溫度約350°C，制品溫度在200°C左右）當(dāng)生制品加熱到200C時(shí)，粘結(jié)劑開始軟化，生制品呈現(xiàn)塑性狀態(tài)，但還沒有發(fā)生明顯的化學(xué)和物理化學(xué)變化，主要排出吸附水。這時(shí)，由于制品體內(nèi)的溫差和壓力差，粘結(jié)劑產(chǎn)生遷移。這階段的升溫速度要快一些。2）粘結(jié)劑成焦階段（明火溫度350~800C，制品溫度200~700C）在這階段，粘結(jié)劑開始分解，排出大量揮發(fā)分，與此同時(shí)，分解產(chǎn)物進(jìn)行縮聚，形成中間相當(dāng)于制品溫度達(dá)到450?500C時(shí)，形成半焦。再進(jìn)一步加熱，半焦轉(zhuǎn)變?yōu)檎辰Y(jié)焦。為了提高瀝青析焦率，改善制品理化性能，該階段必須均勻緩慢地升溫。若升溫過快，揮發(fā)分急劇排除，制品內(nèi)外溫差加大，引起熱應(yīng)力，就會(huì)導(dǎo)致制品裂紋的生成。此外，在這階段排出的大量揮發(fā)分充滿著整個(gè)爐室，這些氣體在熾熱的制品表面分解，而產(chǎn)生的固體碳，沉積在制品的氣孔和表面上，提高了產(chǎn)焦率，并使制品的孔隙封閉，強(qiáng)度提高。3）高溫?zé)Y(jié)階段（明火溫度800?1100C，制品溫度700?1000C）制品達(dá)到700C以上，粘結(jié)劑焦化過程基本結(jié)束。為了進(jìn)一步提高制品的理化性能，還要繼續(xù)升溫到900?1000C。這時(shí)，化學(xué)過程逐漸減弱，內(nèi)外收縮逐漸減少，而真密度、強(qiáng)度、導(dǎo)電性都增加。在高溫?zé)Y(jié)階段，升溫速度可以提高一些，在達(dá)到最高溫芳后，還要保溫15?20h。4）冷卻階段，冷卻時(shí)，降溫速度可以比升溫速度稍快一些，但由于制品熱導(dǎo)率的限制，制品內(nèi)部降溫速度小于表面的降溫速度，從而從制品中心到表面形成大小不同的溫度梯度及熱應(yīng)力梯度。若熱應(yīng)力過大，會(huì)引起內(nèi)外收縮不均勻而產(chǎn)生裂紋，所以降溫也要有控制地進(jìn)行。6．1．2焙燒時(shí)粘結(jié)劑的遷移焙燒過程中，粘結(jié)劑的遷移是使焙燒制品產(chǎn)生軸向和徑向不均勻的一個(gè)主要因素。根據(jù)原蘇聯(lián)有關(guān)專家研究，粘結(jié)劑遷移有下列規(guī)律：1）粘結(jié)劑的遷移有兩個(gè)階段，第一階段在混捏過程中發(fā)生，第二階段在焙燒過程中發(fā)生。2）在120°C左右，粘結(jié)劑就開始遷移，之后，粘結(jié)劑的遷移速度急劇增加，在180?200°C時(shí)達(dá)到最大值，溫度高于230C，粘結(jié)劑的遷移過程就停止了。3）粘結(jié)劑遷移過程中，有選擇性遷移現(xiàn)象，即粘結(jié)劑中的輕質(zhì)組分更易于遷移。4）粘結(jié)劑遷移與重力有關(guān)系，液態(tài)粘結(jié)劑都是從上端向下端遷移。5）在相同溫度條件下，骨料的粒度組成愈粗，粘結(jié)劑就愈容易遷移。6）加熱時(shí)，升溫速度愈慢，遷移程度愈大，這就更說明焙燒過程的低溫階段，升溫速度應(yīng)該快，以減少粘結(jié)劑的遷移。6．1．3粘結(jié)焦的生成焙燒的主要目的是使粘結(jié)劑成為粘結(jié)焦，把骨料顆粒連結(jié)成一個(gè)整體。粘結(jié)劑焦化的實(shí)質(zhì)是炭化反應(yīng)。一般炭素制品都用煤瀝青作為粘結(jié)劑，煤瀝青的成焦過程即是煤瀝青進(jìn)行分解、環(huán)化、芳構(gòu)化和縮聚等反應(yīng)的綜合過程。煤瀝青的炭化是液相炭化，在350?400C之間形成中間相小球體，這種小球體隨加熱溫度提高進(jìn)行融并、長大，最終生成可石墨化炭。但粘結(jié)劑的炭化過程與單純?yōu)r青的炭化過程有著一定的差異，這一方面是因?yàn)檎辰Y(jié)劑瀝青中含有10%?20%的游離碳，它會(huì)妨礙中間相小球體的融并和長大，另一方面，更為突出的是因?yàn)檎辰Y(jié)劑瀝青填滿骨料的間隙，以薄膜形態(tài)受到熱處理，從而使它的炭化有以下特點(diǎn)：1）粘結(jié)劑是在與骨料表面接觸的情況下進(jìn)行炭化，所以不能忽視骨料表面活性的影響。實(shí)際上，粘結(jié)劑瀝青在焙燒過程中的炭化具有氧化脫氫的特征。骨料表面在與粘結(jié)劑混合前已不同程度地吸附了O2、CO和CO2等，在加熱到300C時(shí)，就對(duì)粘結(jié)劑中各組分進(jìn)行有選擇的化學(xué)吸附，這些骨料具有與粘結(jié)劑分子或官能團(tuán)進(jìn)行氧化——還原反應(yīng)的活性。圖6-1為石油焦粉和中溫瀝青混合物及單純?yōu)r青加熱的差熱分析曲線。由圖可見，石油焦和中溫瀝青混合物在270?300C的范圍內(nèi)有很強(qiáng)的放熱峰，而單純?yōu)r青在此溫度范圍內(nèi)的峰很弱，證明在這一溫度區(qū)間內(nèi)，骨料表面與粘結(jié)劑之間有放熱反應(yīng)的化學(xué)結(jié)合。782IIQ'101G0320430640800CS6-1骨料-瀝青混合物與單純?yōu)r青的差熱分析曲線骨料表面吸附的氧和碳的氧化物將促進(jìn)粘結(jié)劑分子的脫氫縮聚作用，也將促使骨料表面和粘結(jié)劑交叉鍵的形成和瀝青提前固化。這種反應(yīng)將妨礙中間相小球體的生成，從而降低粘結(jié)劑焦的可石墨化程度。粘結(jié)劑氧化脫氫縮聚反應(yīng)的結(jié)果是使析焦量增加，焙燒品的密度和強(qiáng)度提高。2）粘結(jié)劑與骨料接觸面呈薄膜狀，所以反應(yīng)面積大，反應(yīng)（熱分解和熱縮聚）速度快，影響中間相小球體的融并與長大。3）粘結(jié)劑填滿骨料間隙，流動(dòng)性受限制，逸出氣體（氣泡）引起液相攪拌不均勻。以上這些原因，都使粘結(jié)劑焦的石墨化性較骨料焦差。6．1．4生制品在焙燒階段的變化在焙燒過程中，生制品的體積收縮，其物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生了一系列變化。6．1．4．1生制品的體積變化在焙燒過程中，生制品的外表尺寸一直在變化。總的來說，它的體積是收縮，但有時(shí)尺寸也可能出現(xiàn)增大。生制品體積的不均勻收縮會(huì)導(dǎo)致內(nèi)外缺陷的產(chǎn)生，直到形成裂紋。收縮與壓型時(shí)的壓實(shí)程度，壓制方法，粘結(jié)劑質(zhì)量和用量，骨材的煅燒程度、煅燒溫度和加熱速度等有關(guān)。這些因素通常是交織在一起的。收縮是隨著焙燒溫度的升高而逐漸產(chǎn)生的。冷壓成型制品出現(xiàn)收縮的溫度低，熱壓成型和氣孔率低的生制品在開始加熱時(shí)不產(chǎn)生收縮，在100°C時(shí)體積開始增加，到400°C達(dá)到最大值，從400C開始收縮速度急劇增加，直到800C之后，收縮速度下降。生制品收縮與壓型時(shí)壓實(shí)程度的關(guān)系列于表6-1。生制品的體積密度愈低和壓型時(shí)單位壓力愈小，則收縮愈大。表6-1制品收縮與壓實(shí)程度關(guān)系（冷壓制品）壓型時(shí)壓力，MPa生制品體積密度，g/cm3焙燒品體積密度g/cm3焙燒時(shí)平均體積收縮，%6.41.3481.44012.3321.4251.46711.9961.5541.5369.21271.5941.5418.01921.6331.5507.02561.6541.5646.2生制品收縮與粘結(jié)劑含量呈線性關(guān)系。生制品中含粘結(jié)劑量過大時(shí)，收縮加大，易于產(chǎn)生變形并出現(xiàn)裂紋。粘結(jié)劑的性質(zhì)對(duì)收縮也有影響，輕質(zhì)粘結(jié)劑的揮發(fā)分排出量大，對(duì)收縮的影響大。瀝青中不溶物質(zhì)含量增加，收縮減少。收縮與粒度組成也有一定的關(guān)系，混合料的粒度組成愈細(xì)，收縮就愈大。制品收縮在很大程度上與焙燒條件有關(guān)，如裝入生制品的爐室尺寸和生制品在爐室中的分布位置，填充料的物理性質(zhì)和粒度組成，燃?xì)饨橘|(zhì)等。這些都是各種焙燒品和同一根制品不同部位產(chǎn)生不均勻收縮的重要原因。6．1．4．2生制品物理化學(xué)性質(zhì)在焙燒過程中的變化對(duì)生制品在焙燒過程中物理化學(xué)性質(zhì)的變化進(jìn)行了定量分析，其結(jié)果列于表6-2。焙燒制品與生制品相比較，真密度由1.76g/cm3提高到1.97~2.10g/cm3，體積密度由1.65?1.70g/cm3下降到1.50?1.60g/cm3；電阻率由〉1X10-2Q?m下降到3.5?7.0X10-5Q?m；氣孔率由3?4%上升到20?30%；重量損失為9?13%；體積收縮為2?3%。表6-2焙燒過程中生制品物理化學(xué)性能的變化焙燒溫度C扌車發(fā)分，%真密度，g/cm3體積密度，g/cm3氣孔率，%重量損失，%電阻率，Q?m1513.691.761.683.06010013.491.761.665.780.171.66X10-220013.161.781.5811.092.051.42X10-230011.201.781.5513.193.439.97X10-34006.061.811.4917.827.735.68X10-35001.261.841.4720.299.592.71X10-36000.961.871.4621.999.771.39X10-37000.791.891.4822.089.891.77X10-38000.601.921.4923.149.899.2X10-59000.321.951.4923.6310.068.2X10-510000.281.961.5023.6710.326.5X10-51100微量1.971.5023.7610.716.0X10-51200微量1.991.5023.7910.785.5X10-56．2焙燒的工藝制度生制品的焙燒工藝制度包括很多方面，如溫度曲線，燒成溫度，保溫時(shí)間，負(fù)壓，熱載體數(shù)量，對(duì)多室爐而言，還有焙燒系統(tǒng)的爐室數(shù)以及爐室停止加熱和開始加熱的操作等。6．2．1升溫曲線為了在合理的燃料消耗及焙燒時(shí)間的情況下，得到質(zhì)量高的制品，必須根據(jù)理論分析和焙燒爐的具體情況，通過試驗(yàn)來制訂焙燒溫度曲線。溫度曲線既要考慮制品在焙燒過程中各種理化指標(biāo)變化的情況，也要考慮產(chǎn)品的品種、規(guī)格，填充料種類，爐體結(jié)構(gòu)和運(yùn)轉(zhuǎn)爐室個(gè)數(shù)等因素。1）焙燒溫度曲線要適應(yīng)瀝青的揮發(fā)分析出速度和瀝青焦化的物理化學(xué)變化，應(yīng)該遵循“兩頭快，中間慢”的原則。在200°C以前，制品還沒有顯著的物理化學(xué)變化，加熱速度可以快一些。700C以后，粘結(jié)劑焦化過程結(jié)束，升溫速度也可加快。在200~500C之間，揮發(fā)分大量析出，粘結(jié)劑也經(jīng)歷復(fù)雜的物理化學(xué)變化，這期間升溫速度應(yīng)嚴(yán)密控制。2）根據(jù)產(chǎn)品種類和規(guī)格不同，溫度曲線也不同。大直徑的制品內(nèi)外溫差大，升溫速度要慢些。小直徑制品的升溫速度可以快一些。圖6-2為焙燒的典型溫度曲線（用于人造石墨電極生產(chǎn)），不包括冷卻階段。如在環(huán)式焙燒爐內(nèi)焙燒時(shí)，直徑200mm以下的制品用200h；直徑350?500mm的制品要增加到300h左右，對(duì)特大規(guī)格（如直徑700?900mm的制品，加熱總時(shí)間要延長到500?600h）。3）升溫曲線對(duì)不同焙燒爐也是不同的。我國環(huán)式焙燒爐升溫曲線多采用300~360h達(dá)到1300°C（指爐拱下火焰溫度）。倒焰窯在升溫初期及中期，加熱的火焰溫度與制品實(shí)際溫度相差很大，而且焙燒最高溫度一般也達(dá)不到環(huán)式焙燒爐那么高，所以倒焰窯的升溫曲線有其特點(diǎn)。4）爐體結(jié)構(gòu)對(duì)焙燒溫度曲線也有較大影響。如500mm電極生制品裝入有火井帶蓋焙燒爐用280h的溫度曲線比裝入無火井帶蓋焙燒爐用300h的溫度曲線焙燒所得制品的質(zhì)量好。把600mm的電極生制品放在容器內(nèi)焙燒，用280h獲得了良好的質(zhì)量。不論是哪種結(jié)構(gòu)的焙燒爐，爐室尺寸大，每一爐裝的制品數(shù)量多，升溫速度應(yīng)慢一些，因?yàn)闋t室大，各點(diǎn)溫差大，要減少溫差，需要一定的時(shí)間。5）生制品體積密度大時(shí)，升溫速度要慢些，生制品中骨料粒度小的，升溫時(shí)間要長些，粒度大的，升溫時(shí)間可短些。6．2．2焙燒最高溫度（又稱燒成溫度）及保溫時(shí)間熾燒制品應(yīng)該達(dá)到的最高溫度與產(chǎn)品種類有關(guān)。一般不需經(jīng)石墨化的炭制品的焙燒最高溫度要高一些，而要經(jīng)石墨化的制品，焙燒最高溫度可低些。如炭塊不經(jīng)石墨化，其燒成溫度為1300C；電極需經(jīng)石墨化，燒成溫度為1200C；炭電阻棒要求電阻率高，故焙燒最高溫度控制在1000C。在大型焙燒爐中，不可能直接測定制品周圍的溫度，而只能測定爐蓋下的燃?xì)鉁囟取Ｔ跔t蓋下和焙燒箱上下各點(diǎn)之間存在著較大的溫度差。表6-3列出了爐蓋下溫度與焙燒箱不同部位間溫度差的例子。在爐蓋下溫度達(dá)到最高溫度后，延長保溫時(shí)間，有利于焙燒箱內(nèi)溫度的均衡。一般，對(duì)大型焙燒爐需保溫20h以上，小型焙燒爐保溫8?12h。表6-3爐蓋下與焙燒箱不同部位的溫度（°C）爐蓋下4405856657659209801145焙燒箱上層340660700745790935焙燒箱中層230445515565640690800焙燒相下層195425500545600685740爐蓋下與下層的溫差2451601652203202954056．2．3焙燒后出爐溫度焙燒后出爐溫度應(yīng)該低一些為好。直徑300mm的焙燒品出爐溫度不應(yīng)高于200°C。目前，環(huán)式焙燒爐的出爐溫度在400C以下。6．2．4焙燒爐的操作因素在焙燒爐內(nèi)，熾熱的燃?xì)馀c爐壁接觸，把一部分熱量傳給爐壁，通過爐壁傳給制品的熱量與燃?xì)獾牧魉儆嘘P(guān)。所以，應(yīng)該給定各爐室的負(fù)壓，以確定燃?xì)獾牧魉?，才能正確制訂溫度曲線。在環(huán)式焙燒爐中，一個(gè)火焰系統(tǒng)的爐室數(shù)以及爐室開始加熱和停爐操作對(duì)焙燒爐的熱氣流利用和其流速都有影響，所以，所有的操作都應(yīng)保證穩(wěn)定地、最大限度地把燃?xì)獾臒崃總鬟f給焙燒制品。焙燒爐的技術(shù)狀況影響著進(jìn)入爐室的冷空氣量，因此，必須從砌體的密閉性、爐蓋的裝置等加以控制。6．3焙燒設(shè)備及其操作在炭素工業(yè)中，焙燒工序所用爐窯有倒焰窯、隧道窯、環(huán)式焙燒爐和車式焙燒爐等。在我國除車式焙燒爐用得少外，其它三種爐窯均有使用。在這些窯爐中，倒焰窯、車式焙燒爐為間歇操作，隧道窯和環(huán)式焙燒爐為連續(xù)操作。6．3．1倒焰窯倒焰窯是在磚瓦、陶瓷及耐火材料工業(yè)中發(fā)展起來的。其外形有長方形和圓形兩種。炭素廠使用以長方形窯為多。它的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)比較簡單；投資少；建設(shè)周期短；不用形狀復(fù)雜的異形耐火磚；爐體尺寸可大可小，使用燃料和焙燒制品規(guī)格有較大靈活性；操作也較易掌握。一般小型廠采用此爐較多。但它單窯生產(chǎn)能力低，熱效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，環(huán)境條件差。1—窯室）2—窯頂$3—窯墻）4一燒火口*5—煙道$6—窯門！7—上升火道6．3．1．1倒焰窯的結(jié)構(gòu)倒焰窯由燃燒室、裝料室、窯底、窯頂和煙道等構(gòu)成。圖6-3為長方形倒焰窯的示意圖。一座長方形倒焰窯內(nèi)部可分隔為3~4個(gè)裝料室，窯體的兩側(cè)各有2~3個(gè)燃燒室。燃燒室由爐膛、爐柵、擋火墻、噴火口等組成。擋火墻的作用是使火焰具有一定的方向和流速，合理地送入窯內(nèi)，且能防止一部分燃料灰進(jìn)入窯內(nèi)玷污制品。噴火口是使火焰噴入窯頂和窯中心。一般用煤作燃料，也可以用重油或煤氣作加熱燃料。高溫燃燒氣體沿?fù)躏L(fēng)墻自下而上流動(dòng)，經(jīng)噴火口進(jìn)入窯頂空間。在煙囪吸力引導(dǎo)下，熱氣流自窯頂向下，經(jīng)過裝料室之間的火墻，把熱量傳給裝料室中的制品與填充料。氣體經(jīng)通道集中到支煙道，再通過主煙道而進(jìn)入煙囪。6．3．1．2倒焰窯的操作倒焰窯是間歇操作。每次裝窯前對(duì)窯體進(jìn)行檢查，并作必要的修補(bǔ)。裝入生制品前在窯底鋪一層約20mm厚的木屑（避免制品與窯底磚粘連），然后再鋪一層50mm厚的填充料（一般為0~6mm的冶金焦，其中小于0.5mm的粉焦不大于15%）。裝入的生制品應(yīng)垂直于窯底，制品間應(yīng)保持60~100mm以上的距離，制品與窯門的距離應(yīng)在100mm左右。裝入制品的同時(shí)加入填充料。再在制品頂部鋪填充料，厚度不應(yīng)小于200mm。裝入制品時(shí)，窯溫不應(yīng)高于60°C,以防產(chǎn)品變形。裝窯后砌上窯門。倒焰窯必須按升溫曲線逐步提高窯溫。倒焰窯焙燒直徑為100?250mm的電極生制品時(shí)的升溫曲線見表6-4和6-5。表6-4小直徑產(chǎn)品焙燒升溫?線（倒焰窯）階段升溫范圍，C升溫速度，C/h持續(xù)時(shí)間，h1點(diǎn)火到3504082350~5505403550~8002.51044800?9006.2165900~120012.52461200~1250保溫24合計(jì)216表6-5中直徑產(chǎn)品焙燒升溫?線（倒焰窯）階段升溫范圍，C升溫速度，C/h持續(xù)時(shí)間，h1點(diǎn)火到3504082350~5905483590~7601.251364760~8002.5165800~9006.2166900~120012.52471200~1250保溫32合計(jì)280倒焰窯停火之后，為了減少制品在冷卻階段的內(nèi)外溫差，不能立即打開爐門，應(yīng)讓其自然冷卻。電極在冷卻80h（10個(gè)班）左右才出爐?？崭G還要冷卻16?24h,降溫至60°C以下，才能進(jìn)行下一個(gè)操作循環(huán)。6．3．1．3倒焰窯的選型目前，30t、10t、50t級(jí)倒焰窯的設(shè)計(jì)已基本定型。一般情況下，不必作全面設(shè)計(jì)，只需根據(jù)產(chǎn)量選型，決定所需臺(tái)數(shù)。倒焰窯的臺(tái)數(shù)可根據(jù)下式計(jì)算：公式（6-1）式中N——所需倒焰窯臺(tái)數(shù)；G——每年所需焙燒成品的數(shù)量，t；n每臺(tái)倒焙窯運(yùn)轉(zhuǎn)次數(shù)，次/年；V——倒焰窯的有效容積，m3；r——裝爐密度，t/m3；n——年平均成品率，％。倒焰窯的年運(yùn)轉(zhuǎn)次數(shù)n取決于運(yùn)轉(zhuǎn)周期，裝爐密度取決于制品規(guī)格和裝爐方式，成品率則與影響焙燒質(zhì)量的多種因素有關(guān)。［例］已知某焙燒車間所需焙燒制品為2200t/年,裝爐密度為0.5t/m3,焙燒成品率為87%。由于產(chǎn)量較大，可選用50t級(jí)的倒焰窯。該類倒焰窯的工藝參數(shù)如下：窯有效長度8580mm；窯高3500mm；裝料室數(shù)3個(gè)；裝料寬度1000mm；運(yùn)轉(zhuǎn)周期22天。可用如下計(jì)算：1）有效容積V=8.58X3.5X1.0X3=90.0（m3）；2）若年工作日按335天計(jì)，則每年單窯運(yùn)轉(zhuǎn)次數(shù)n=335/22=15.2"15（次）3）由式（6-1）計(jì)算所需倒焰窯臺(tái)數(shù)公式按上述計(jì)算，該焙燒車間需選用4臺(tái)50t級(jí)倒焰窯。6．3．2隧道窯隧道窯在我國小規(guī)格制品的電炭工業(yè)中用得比較多，而在生產(chǎn)大規(guī)格制品如石墨電極的工廠只作二次焙燒用，但由于隧道窯有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，所以在新型炭素工業(yè)中正日益得到重視并被采用。隧道窯的加熱方式是被加熱的制品在位置固定的溫度帶中移動(dòng)，所以它有以下特點(diǎn)：1）由于隧道窯任何一個(gè)截面的溫度恒定，故其熱損失少。高溫氣體可以到預(yù)熱帶加熱制品，在冷卻段制品放出的熱也可以利用，熱量得到充分利用，有利于節(jié)省燃料。2）制品放在匣缽內(nèi)，均勻分布在窯車上，可以從各個(gè)方向接觸熱氣流，使制品受熱均勻，溫差較小，焙燒制品的質(zhì)量穩(wěn)定；3）由于連續(xù)作業(yè)，可以大大縮短生產(chǎn)周期，而且裝出窯均在窯體外進(jìn)行，勞動(dòng)條件有所改善；4）窯內(nèi)溫度制度、氣氛、壓力能精確控制，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；5）窯的使用壽命長，占用廠房面積小。其主要缺點(diǎn)在于一次性投資大；對(duì)于不同制品必須全面改變焙燒工藝制度，生產(chǎn)控制技術(shù)要求嚴(yán)格，窯車易損壞，維修工作量大等。6．3．2隧道窯的結(jié)構(gòu)橫藏面圖1—進(jìn)料室）2-1號(hào)排風(fēng)汎.3—1磴油分謎妙4—2號(hào)非風(fēng)弘5_3號(hào)冷鳳機(jī)*6_出料空&7—S車襯磚$8—燃燒室圖6-4為隧道窯的示意圖。隧道窯是一條用耐火材料和隔熱材料沿縱向砌筑的窯道。內(nèi)有可移動(dòng)窯車的行車軌道。在窯的上方及兩側(cè)有燃料管道及排出廢氣通道。還配備有向冷卻帶鼓入冷風(fēng)的鼓風(fēng)機(jī)及排走廢氣的排煙機(jī)。窯的兩側(cè)中有一側(cè)有頂堆機(jī)，另一側(cè)有窯車牽引設(shè)備。還配備有一定數(shù)量的窯車，在窯車上砌有裝料箱，制品裝入箱內(nèi)，并用填充料保護(hù)。6．3．2．2隧道窯的操作原理在隧道窯內(nèi)按溫度分布可分為三個(gè)帶，即預(yù)熱帶、焙燒帶（或稱燒成帶）、冷卻帶。隧道窯內(nèi)所需高溫是由噴入焙燒帶的燃料，與由于燃料高壓噴入時(shí)產(chǎn)生的負(fù)壓而吸入一次空氣混合后燃燒。由窯尾進(jìn)入窯內(nèi)冷卻帶的冷空氣與制品熱交換而提高溫度后作為二次空氣助燃。燃燒后的高溫氣流從焙燒帶向預(yù)熱帶流動(dòng)，把位于預(yù)熱帶的制品加熱。廢氣最后在窯頭進(jìn)入廢氣通道，由排煙機(jī)抽走。氣體流動(dòng)由于窯室有一定高度，存在位壓頭。位壓頭使窯內(nèi)熱氣流產(chǎn)生浮力，由下往上流動(dòng)。另一方面，焙燒帶溫度高，熱氣流自焙燒帶上部流向預(yù)熱帶和冷卻帶，而較低溫度氣體則自預(yù)熱帶及冷卻帶下部回流到焙燒帶形成兩個(gè)循環(huán)，如圖6-5(a)所示。與此同時(shí)，由于排煙機(jī)和煙囪作用，隧道窯內(nèi)氣流方向是由冷卻帶到冷卻帶到焙燒帶，再到預(yù)熱帶。所以，如圖6-5(b)所示，在預(yù)熱帶上部，主氣流和循環(huán)氣流方向一致，在下部，主氣流和循環(huán)氣流方向相反，這樣就造成預(yù)熱帶垂直斷面上總的流速是上部大，下部小。同樣道理，在冷卻帶總的流速則是上部小而下部大。所以，冷卻帶應(yīng)從上部鼓入冷空氣，迫使冷空氣多向上流動(dòng)。預(yù)熱帶熱氣流應(yīng)從下部抽出，迫使煙氣在往下流。這樣就可使隧道窯內(nèi)上下氣流均勻，溫差減小。傳熱隧道窯內(nèi)，在預(yù)熱帶和冷卻帶靠近窯頭和窯尾的部位，氣體或填充料表面溫度均低于800°C，故以對(duì)流傳熱為主。在焙燒帶及鄰近焙燒帶的預(yù)熱帶和冷卻帶的溫度均在800C以上，輻射傳熱為主要方式。但因隧道窯內(nèi)氣體處于湍流狀態(tài)，對(duì)流傳熱隨流速增加而增加。如窯內(nèi)采用高速調(diào)溫?zé)鞎r(shí)，提高了氣流速度，增加了對(duì)流傳熱的成分，所以即使在高溫部位，對(duì)流傳熱也起重要作用。在冷卻帶，制品一方面以輻射方式把熱傳給窯爐的壁和拱頂，一方面靠空氣對(duì)流從制品表面帶走熱量。溫度制度在生產(chǎn)中，根據(jù)升溫曲線調(diào)整好隧道窯內(nèi)的溫度分布，并規(guī)定窯車在窯內(nèi)的運(yùn)行速度。為了使生制品在200?700C的加熱速度慢，隧道窯的預(yù)熱帶要比焙燒帶長得多，約占全長的40%?50%，表6-6列出了一個(gè)80m燃煤隧道窯的焙燒溫度曲線。表6-680m隧道窯的焙燒溫度曲線車位號(hào)169~1013~1415~1618?1922~2326窯上部溫度，C220~2304454556407058009301100車位號(hào)27~2828~2929?3030~313335~3639出口窯上部溫度，C1170121012201220730485485300根據(jù)測溫所知，隧道窯內(nèi)氣漢呈水平方向分層流動(dòng)，使上下存在溫度差，一般是上部高，下部低。圖6-6為已裝料窯車在窯內(nèi)各部位的溫度曲線。由圖可見，中部和下部最高溫差可達(dá)300°C。為了減少氣流分層現(xiàn)象，除了從調(diào)節(jié)隧道窯內(nèi)壓力制度外，在冷卻帶強(qiáng)制通入空氣，加大流速，又分段設(shè)有氣幕，有利于減少氣流分層。也可以在預(yù)熱帶長度上一些點(diǎn)裝設(shè)高速調(diào)溫?zé)?，以調(diào)節(jié)二次空氣量，使燃燒產(chǎn)物達(dá)到適合該點(diǎn)的溫度，并從窯車臺(tái)處面高速噴入窯內(nèi)，引起窯內(nèi)氣體激烈擾動(dòng)，使窯內(nèi)上下、左右溫度均勻。壓力制度在隧道窯內(nèi)，冷卻帶因大量冷空氣鼓入，焙燒帶因燃燒生成大量熱氣，所以均形成正壓。預(yù)熱帶由于排煙機(jī)和煙囪吸力形成負(fù)壓。壓力制度主要確定正奔放負(fù)壓間的零靜壓位置(零壓車位)和最大正壓和最大負(fù)壓的絕對(duì)值。一般情況下，零壓車俠在預(yù)熱帶與焙燒帶分界處或其附近。其目的是保證焙燒帶微正壓，使冷空氣不會(huì)漏入，也沒有較多的熱氣流漏出。最大正壓和最大負(fù)壓的絕對(duì)值與窯長和氣流通道截面有關(guān)。在實(shí)際生產(chǎn)中，希望這些絕對(duì)值比較小，即低壓(差)操作，以減少窯內(nèi)外竄氣。6．3．2．3隧道窯的生產(chǎn)能力計(jì)算隧道窯焙燒制品的能力G(t/h)可用下式計(jì)算：公式(6-2)式中V——隧道窯有效容積，m3；Y——裝料密度，t/m3；n——焙燒成品率，%；T——制品在窯內(nèi)停留時(shí)間，ho6．3．3環(huán)式焙燒爐在我國大中型炭素廠，環(huán)式焙燒爐是用得最多的焙燒設(shè)備。它是由若干個(gè)結(jié)構(gòu)相同的焙燒室組成，每次焙燒室按運(yùn)行圖表順序進(jìn)行裝爐、加熱、冷卻和出爐。所有焙燒室可以分成兩個(gè)或兩個(gè)以上首尾相接的火焰系統(tǒng)。每個(gè)火焰系統(tǒng)都按運(yùn)行圖表不斷向前移動(dòng)，移動(dòng)中的火焰系統(tǒng)串聯(lián)起來在全爐形成環(huán)式加熱。高溫焙燒室排出的煙氣進(jìn)入低溫焙燒室，加熱其中制品。燃燒所需空氣則經(jīng)過一系列制品需要冷卻的燃燒室，與制品進(jìn)行換熱，使空氣得到了預(yù)熱，而制品冷卻下來。在環(huán)式焙燒爐中，制品始終處于靜止?fàn)顟B(tài)，只是火焰按焙燒進(jìn)程移動(dòng)。環(huán)式焙燒爐的優(yōu)點(diǎn)是具有多爐室串聯(lián)生產(chǎn)的特點(diǎn)，熱量得到充分利用，熱效率較高，從整爐來看，生產(chǎn)是連續(xù)的，產(chǎn)量高；焙燒溫度的控制和調(diào)節(jié)比較方便，焙

燒產(chǎn)品質(zhì)量比較穩(wěn)定。其缺點(diǎn)是基建投資費(fèi)用高，工程地基條件和工程結(jié)構(gòu)要求比較嚴(yán)格。環(huán)式焙燒爐主要分為帶蓋和敞開兩大類。其中帶蓋環(huán)式焙燒爐又可分為有火井和無火井兩種。6．3．3．1環(huán)式焙燒爐的結(jié)構(gòu)帶蓋環(huán)式焙燒爐圖6-7為帶蓋有火井環(huán)式焙燒爐的示意圖。圖6-8為帶蓋無火井環(huán)式焙燒爐的示意圖。帶蓋環(huán)式焙燒爐由焙燒室、廢氣煙道、煤氣管道及爐蓋等組成。焙燒室為偶數(shù)，分成兩排配置，為了減少爐體熱損失和便于操作，一般都砌筑在地平面下。每個(gè)焙燒室分成3個(gè)或6個(gè)相同尺寸的裝料箱。裝料箱的四壁由異形空芯耐火磚砌成。裝料箱墻與底砌在磚墩上。磚墩之間的爐底空間作為焙燒室底部的煙氣通道。有火井環(huán)式爐在焙燒室一端砌有火井，作為上一個(gè)焙燒室的煙氣或一次空氣流入的上升通道。無火井環(huán)式爐把上升通道砌入墻內(nèi)。在焙燒室火井內(nèi)或側(cè)墻上部砌有若干個(gè)燃燒噴口。煤氣管道分布在每排焙燒室的兩側(cè)。使用重油作燃料時(shí)，可在爐一側(cè)設(shè)爐灶，把重油在灶內(nèi)燃燒后引入爐內(nèi)，也可使重油通過空氣霧化噴嘴直接噴入爐內(nèi)燃燒。11r5入爐內(nèi)，也可使重油通過空氣霧化噴嘴直接噴入爐內(nèi)燃燒。11r511B-B圖6-7帶蓋有火井環(huán)式焙燒爐―焙燒室，2_裝料箱，3_裝料輔加熱培,―廢氣話込5—上升火井；6—広氣管込7—滋氣燃燒口；3—■爐底坑面；9—磚域：丄0—爐蓋燃料在爐蓋下的拱形空間燃燒后，高溫火焰通過空芯磚砌成的垂直小煙道向下流動(dòng)（火焰流動(dòng)是由排煙機(jī)所產(chǎn)生的抽力引導(dǎo)的），火焰流經(jīng)焙燒室底部的火道再流向下一個(gè)串聯(lián)在一起的焙燒室，在下一個(gè)焙燒室的火井（或上升通道）內(nèi)上升。上升到該焙燒室爐蓋下的高溫?zé)煔?，又在這一焙燒室內(nèi)沿裝料箱四周的空芯磚砌成的垂直