畢設(shè)-石墨電極的擠壓成型研究

1、沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文摘 要炭素材料具有優(yōu)良的導(dǎo)電與導(dǎo)熱性能、高溫力學(xué)性能及化學(xué)穩(wěn)定性，它作為功能材料和結(jié)構(gòu)材料越來越受到人們的重視，并已在電工電子、機(jī)械、核能、冶金、化工、宇航和軍工等部門得到廣泛的應(yīng)用，乃至應(yīng)用于體育、家用電器和醫(yī)療器械，特別是在某些尖端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中占有重要的地位。隨著冶金工業(yè)的發(fā)展，對炭素制品的尺寸要求越來越大。例如：鋁電解槽用的預(yù)焙陽極，高爐炭塊等規(guī)格要求愈來愈大。大規(guī)格的石墨電極制備，成形工藝是至關(guān)重要的一步。本文主要對現(xiàn)在大部分炭素廠常用的混捏、成形生產(chǎn)工藝進(jìn)行了論述和分析，并設(shè)計(jì)高功率石墨電極成形工藝流程。主要涉及方面有混捏配料、混捏機(jī)技術(shù)參數(shù)計(jì)算、擠壓成形工

2、藝、擠壓機(jī)計(jì)算參數(shù)計(jì)算等。關(guān)鍵詞：混捏；擠壓成形AbstractCarbon pigment material has excellent of conductive and thermal conductivity performance, and high temperature mechanical performance and the chemical stability, it as function material and structure material increasingly by people of attention, and has in electrical

3、electronic, and mechanical, and nuclear, and metallurgical, and chemical, and aerospace and military, sector get widely of application, and should for sports, and household appliances and medical devices, especially in some tip science and technology field in the occupies important of status.With

4、60;the development of metallurgical industry, the growing size of carbon products. For example: aluminum cell with prebaked anode carbon block for blast furnace, such as greater and greater specifications. 

5、;Preparation of large-size graphite electrodes , forming process is a critical step. This paper focuses on the most commonly used carbon plant mixing, forming production process are discusse

6、d andanalyzed, and design  of high power graphiteelectrode-forming process. Mainly related to the mixing of ingredients, formulations, vibration, and so on.Key words: Kneading； extrusion目 錄摘 要IAbstractII目 錄III第1章 引 言11.1

7、技術(shù)產(chǎn)業(yè)背景11.2工藝流程圖2第2章 混捏工藝32.1混捏工藝原理32.1.1混捏定義及目的32.1.2 混捏原理32.2 混捏工藝的影響因素52.2.1 黏結(jié)劑瀝青52.2.2溫度的影響52.2.3混捏時(shí)間62.3混捏設(shè)備選型62.3.1混捏機(jī)種類62.3.2臥式雙軸混捏機(jī)72.4混捏工藝設(shè)計(jì)92.4.1混捏流程92.4.2技術(shù)要求92.5本章小結(jié)10第3章 成形113.1成形方法及選擇113.1.1模壓成形法113.1.2擠壓成形法113.1.3振動(dòng)成形法113.1.4等靜壓成形法123.1.5成形方法選擇123.2擠壓成形原理123.2.1擠壓過程中的變形123.2.2擠壓過程力分布規(guī)

8、律143.2.3擠壓過程糊料運(yùn)動(dòng)與顆粒轉(zhuǎn)向的規(guī)律163.2.4死角173.3影響擠壓過程的因素183.3.1黏結(jié)劑用量183.3.2糊料的塑形與彈性后效183.3.3下料溫度、嘴子溫度及料室溫度183.3.4裝料與預(yù)壓203.3.5壓形嘴子的選擇213.4擠壓機(jī)選擇223.4.1電極擠壓機(jī)的分類223.4.2 電極擠壓液壓機(jī)的傳動(dòng)和傳動(dòng)介質(zhì)的選擇243.4.2固定單料室臥式電極擠壓液壓機(jī)243.5本章小結(jié)26第4章 工藝計(jì)算274.1混捏工藝主要技術(shù)參數(shù)計(jì)算274.2擠壓成形主要技術(shù)參數(shù)計(jì)算294.2.1擠壓力的計(jì)算294.3擠壓機(jī)技術(shù)參數(shù)確定334.3.1壓機(jī)噸位334.3.2主柱塞的直徑3

9、34.3.3電極擠壓機(jī)的行程速度334.3.4擠壓機(jī)規(guī)格344.4年產(chǎn)量計(jì)算34第5章 總結(jié)35致謝36參考文獻(xiàn)37附錄A 英文文獻(xiàn)38附錄B 中文翻譯45III第1章 引 言1.1技術(shù)產(chǎn)業(yè)背景 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，對材料的性能要求也不斷提高，機(jī)電、冶金、核能及宇航工業(yè)的發(fā)展，對炭素工業(yè)的發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用。傳統(tǒng)的炭素材料因?yàn)樵O(shè)備與原料制造技術(shù)的進(jìn)步為不斷地進(jìn)行技術(shù)革新。其中，被大量應(yīng)用于鋼鐵冶煉的石墨電極類產(chǎn)品經(jīng)過一百多年的發(fā)展也朝著大規(guī)格和高功率的方向發(fā)展。 大規(guī)格超高功率石墨電極是指電極直徑在550mm以上的，主要應(yīng)用于超高功率電弧爐的石墨電極，屬于當(dāng)前國家重點(diǎn)發(fā)展的產(chǎn)品和

10、技術(shù)。石墨電極生產(chǎn)具有工序多、周期長的特點(diǎn)，且在生產(chǎn)過程中易出現(xiàn)因設(shè)備、操作等原因造成的許多不確定因素，致使石墨電極半成品及產(chǎn)品最終性能不能完全按照人們的預(yù)期進(jìn)行。與小規(guī)格及普通功率電極相比，大規(guī)格高功率石墨電極生產(chǎn)控制更為復(fù)雜，對原料的要求更為復(fù)雜，并要求與之配套的精密設(shè)備以及操作者具備豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。 近20年來，我國炭素工業(yè)得到迅猛發(fā)展，特別是煉鋁工業(yè)的大發(fā)展，對鋁用炭素產(chǎn)品的需求量大大提高。目前，我國各類炭素產(chǎn)品的總產(chǎn)量已位居世界第一位，但是，產(chǎn)品性能和規(guī)格與世界上發(fā)達(dá)國家還有一定的差距，特別是核石墨等大規(guī)格高性能的超細(xì)結(jié)構(gòu)炭石墨制品。因此，我國要從炭素大國持續(xù)發(fā)展為炭素強(qiáng)國，就要總結(jié)

11、國內(nèi)的生產(chǎn)技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)，研究、消化、吸收國外的先進(jìn)技術(shù)，用來指導(dǎo)我國的炭素生產(chǎn)，以提高我國的炭素生產(chǎn)技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)，提高我國炭素產(chǎn)品在國際市場的競爭力。本文主要參考目前常用的工藝設(shè)計(jì)高功率石墨電極成形工藝。隨著冶金工業(yè)的發(fā)展，對炭素制品的尺寸要求越來越大。例如：鋁電解槽用的預(yù)焙陽極，高爐炭塊等規(guī)格要求愈來愈大。大規(guī)格的石墨電極制備，成形工藝是至關(guān)重要的一步。所謂“成形”工藝，就是將混捏后的糊料或粉料，通過某種方法或一定壓力，將其在模具內(nèi)壓成具有一定形狀、一定尺寸、一定密度和機(jī)械強(qiáng)度的塊狀（棒狀）物體的工藝操作。目前，炭素生產(chǎn)的主要成形方法有，模壓成形、擠壓成形、振動(dòng)成形、等靜壓成形等四種。

12、對于長徑比比較大的制品若采用模壓成形，由于受立式模壓機(jī)工作行程的限制及制品密度沿高度方向的不均勻性的影響，其生產(chǎn)存在較大的困難。而擠壓成形，是將糊料連續(xù)不斷地從模嘴口擠壓出來，再根據(jù)制品所需要的長度進(jìn)行切斷。制品的長度不受擠壓工作行程的限制，且擠壓出來的制品沿長度方向質(zhì)量比較均勻。因此，適宜于生產(chǎn)長條形、棒形、管形制品。所以，電極、炭塊、陽極板、石墨管，甚至細(xì)長的弧光炭棒與電池炭棒等制品一般都采用擠壓成形。 本文設(shè)計(jì)生產(chǎn)高功率石墨電極，擠壓成形更加適用。因此，本文采用擠壓成形的方法。黏結(jié)劑骨料1.2工藝流程圖 混 捏廢品涼 料壓 型冷 卻壓型成品圖1.1 工藝流程圖第2章 混捏工藝2.1混捏工

13、藝原理2.1.1混捏定義及目的 炭石墨材料生產(chǎn)中，按照配方配好的物料，是分散體系，既不均勻，也不能形成具有一定強(qiáng)度的整體。為了使物料分布均勻，具有一定塑性以便能成形，就要經(jīng)過一定的工藝過程，這個(gè)工藝過程稱為混捏。所謂混捏，就是將各種不同種類及各種不同粒度的干物料，加入液態(tài)黏結(jié)劑，采用機(jī)械攪拌的方法，使物料分布均勻，并且使黏結(jié)劑均勻地包裹在粉粒表面，及滲透浸潤到粉粒表面的微孔中，使物料具有一定塑性與密實(shí)度的工藝操作。 炭素石墨材料生產(chǎn)中混捏是至關(guān)重要的一道工序，其目的是: （1）使各種不同物料均勻地分布、混合。 （2）使各種不同粒徑的骨料均勻地分布，顆粒之間的空隙用更小的顆粒填充，提高物料的密實(shí)

14、度。 （3）使干料和黏結(jié)劑混合均勻，黏結(jié)劑均勻覆蓋在干料顆粒的表面，部分滲透到顆粒的孔隙中去。由黏結(jié)劑的黏結(jié)力把所有顆粒互相結(jié)合起來，并賦予糊料塑性，以利于成形。 （4）使干料與黏結(jié)劑的組織結(jié)構(gòu)均一，溫度適宜，并成為可塑性良好的糊料，便于壓形。物料在混捏過程中其混捏質(zhì)量及其混合物的性能符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律。也就是當(dāng)粉末材料加人到混捏機(jī)內(nèi)，經(jīng)過一段時(shí)間的混捏，就能按高斯-拉普拉斯正態(tài)分布定律來分布。當(dāng)混涅繼續(xù)進(jìn)行下去，將引起分布的變化，隨著混捏時(shí)間的延長而分布變差。2.1.2 混捏原理要使顆粒、粉末和黏結(jié)劑等原料達(dá)到分布均勻、結(jié)構(gòu)均一，且具有塑性的目的，通常采用的混捏方法有兩種，一是擠壓混捏，這種方法是

15、外力把應(yīng)變力P反復(fù)地加在不同的相互接觸的糊料上，此應(yīng)力加在糊料的各個(gè)部位，而力的方向交錯(cuò)地通過糊料的不同平面，使物料相互擠壓揉搓變形及相對流動(dòng)以達(dá)到分布均勻、結(jié)構(gòu)均勻、具有良好塑性的糊料。二是分離混捏法，此法是從一部分糊料中分出少量糊料加到另一部分糊料中去，再從另一部分糊料中分出少量糊料加到這一部分中來，這樣反復(fù)分離、重合而使糊料整體分布均勻、結(jié)構(gòu)均一、具有良好塑性?；炷筚|(zhì)量的好壞，與黏結(jié)劑的浸潤作用有重要關(guān)系。炭素顆粒與液態(tài)瀝青接觸，瀝青首先浸潤顆粒的表面。在炭素顆粒表面形成“彈性層”。煤瀝青屬于弱極性物質(zhì)，在一定溫度下對炭素顆粒有較好的浸潤效果。炭素糊料的混捏質(zhì)量，在很大程度上取決于瀝青與

16、固體炭素原料顆粒的浸潤效果。當(dāng)顆粒表面已吸附一定數(shù)量的水分，將產(chǎn)生強(qiáng)極性吸附層，就會(huì)降低瀝青對炭素顆粒的浸潤作用?；瑵欁饔玫膹?qiáng)弱由固相及液相界面上的張力來決定。液相對固相材料顆粒浸潤性能可用靜力浸潤接觸角來表示。為在固液兩相接觸點(diǎn)對液滴所作的切線與固體材料水平面之間的夾角，浸潤接觸角可以用光學(xué)方法測定。對瀝青試驗(yàn)，其浸潤接觸角在較大范圍內(nèi)變化。從某些實(shí)踐知道，小于90°時(shí)，浸潤作用較好。接觸度越小，瀝青對炭素顆粒表面接觸就越好，瀝青對炭素顆粒黏著力越大。用軟化點(diǎn)為83 ，118 ，147的三種瀝青做試驗(yàn)，待其浸潤接觸角為90°時(shí)，其對應(yīng)的溫度為105、147、178。若要達(dá)

17、到浸潤角小于90°，必須將加熱溫度分別升到105、147、178以上。炭素顆粒與瀝青接觸要浸人表面微孔，存在毛細(xì)管滲透現(xiàn)象，瀝青中輕組分會(huì)很快滲透到炭素顆粒表面的空隙中去。用軟化點(diǎn)為118的瀝青作試驗(yàn)，如圖2-3所示。當(dāng)瀝青加熱溫度低于148時(shí)，毛細(xì)管內(nèi)壓力為負(fù)值(表現(xiàn)為推出力)，當(dāng)溫度上升到148以上時(shí)，毛細(xì)管內(nèi)壓力為正值。溫度到170時(shí)有一轉(zhuǎn)折點(diǎn)，此溫度相當(dāng)浸潤接觸角減小的起始點(diǎn)，再升高溫度，毛細(xì)管內(nèi)壓力增大，滲透性好，同理瀝青表面張力隨溫度升高而下降，如表2.1中所示。由上所述，混捏時(shí)加熱保溫的溫度，應(yīng)依黏結(jié)劑的瀝青的軟化點(diǎn)而定。表2.1 瀝青表面張力與溫度的關(guān)系溫度/1001

18、20140150180200表面張力/Pa61.7×10-558.3×10-553.3×10-547.0×10-545.0×10-539.8×10-52.2 混捏工藝的影響因素2.2.1 黏結(jié)劑瀝青瀝青以軟化點(diǎn)，結(jié)焦值和黏結(jié)性能三項(xiàng)指標(biāo)為主。美國炭素廠使用的黏結(jié)劑瀝青的軟化點(diǎn)110左右（測試方法是空氣立體法）。德國VET生產(chǎn)的黏結(jié)劑瀝青軟化點(diǎn)約在109左右，黏結(jié)劑瀝青的結(jié)焦值一般在55%左右，脂含量日本瀝青在20%左右，相比于美國瀝青略低一點(diǎn)。使用這樣的瀝青，配料時(shí)應(yīng)控制瀝青加入的比例，要做到高功率石墨電極本體只浸漬一次，因此以軟化點(diǎn)

19、高、結(jié)焦值高的優(yōu)質(zhì)瀝青為生產(chǎn)高功率以及超高功率石墨電極的黏結(jié)劑是實(shí)現(xiàn)短流程生產(chǎn)（少一次浸漬和少一次焙燒）的必要手段。2.2.2溫度的影響混捏工藝中溫度是影響糊料混捏效果和產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要因素。糊料混捏的過程中，具有一定流變性的瀝青，均勻地浸潤炭質(zhì)顆粒表面，同時(shí)部分瀝青滲透到炭質(zhì)物料內(nèi)部空隙(通孔和開空)中，可進(jìn)一步提高糊料的密度和黏結(jié)性，若將瀝青的流變性調(diào)整至最佳，滲透性越大，混捏的效果越好。但若是糊料混捏溫度過低，瀝青流變性差，瀝青難以滲透到炭質(zhì)物料的空隙中，導(dǎo)致攪拌和出鍋困難，糊料的塑性差，不利于成型；若混捏溫度過高，瀝青所含具有浸潤性和黏結(jié)性的輕質(zhì)組分易揮發(fā)也容易發(fā)生縮聚反應(yīng)，部分附著

20、在炭質(zhì)物料表面的瀝青發(fā)生氧化反應(yīng)，使瀝青的黏結(jié)性降低，導(dǎo)致糊料的塑性不好，成型也不好。瀝青如果沒有較好的流變性，則不能保證瀝青的浸潤及黏結(jié)的效果。因此，糊料的最佳混捏溫度在:瀝青的流變性好又不會(huì)使瀝青的成分發(fā)生變化的溫度區(qū)間內(nèi)。在此溫度范圍內(nèi)，瀝青對固體炭質(zhì)物料的浸潤性越大，瀝青的流變性越好，糊料混捏越均勻，塑性就越好。從而使最終產(chǎn)品達(dá)到理想的密度、強(qiáng)度等的理化指標(biāo)，提高成品率，降低因增加浸漬次數(shù)而增加的成本。黏結(jié)劑瀝青的黏度隨著溫度的升高而急劇降低，如表2.2所示。表2.2 中溫瀝青的黏度與溫度的關(guān)系溫度/80100120140黏度/Pa·s1718.0×10-389.1

21、3×10-311.35×10-32.327×10-3瀝青的黏度也隨軟化點(diǎn)的升高而升高。因此，加熱溫度應(yīng)隨瀝青軟點(diǎn)而變。糊料最適宜的溫度視黏結(jié)劑的軟化點(diǎn)而定，一般，糊料溫度比黏結(jié)劑軟化點(diǎn)高一倍左右時(shí)，黏結(jié)劑對炭素粉末具有良好的浸潤性。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，使用中溫瀝青為黏結(jié)劑，糊溫要控制在140180之間，在150160左右為宜；采用軟化點(diǎn)100120的硬瀝青時(shí)，糊溫要提高到180240。在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，瀝青對干料的濕潤性和滲透性均好，所混捏的糊料有良好塑性和擠壓性能，壓形的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)均勻，體積密度高。故實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)控制好溫度，若蒸汽加熱壓力低于0.45MPa時(shí)，應(yīng)延長混捏時(shí)間

22、。蒸汽壓力低于0.4MPa時(shí)，應(yīng)停止生產(chǎn)。使用加入蒽油及煤焦油的混合黏結(jié)劑，混捏溫度可適當(dāng)降低。當(dāng)采用改質(zhì)瀝青或高溫瀝青時(shí)，混捏溫度應(yīng)適當(dāng)提高。另外混捏溫度與氣候一也有一定關(guān)系，冬天氣溫低、散熱快，夏天氣溫高、散熱慢，因此冬天的棍捏溫度應(yīng)比夏天稍微高一些。2.2.3混捏時(shí)間混捏時(shí)間過長，對混捏的均勻程度增加甚微，反而由于混捏時(shí)間過長，使大顆粒骨料遭到破碎，破壞了原來的粒度組成，使中間顆粒增多，堆積密度降低，產(chǎn)品的體積密度低，氣孔率高，強(qiáng)度降低；另外，由于混捏時(shí)間長，瀝青氧化縮合程度加深，輕餾分逸出，使糊料的塑性變差。所以混捏時(shí)間不要過長，也不能過短。實(shí)踐證明，對于粗結(jié)構(gòu)石墨材料的糊料，在一定溫

23、度下，混捏時(shí)間在4060min,濕潤角達(dá)到最小，時(shí)間延長，角變化不大，所以混捏時(shí)間一般先干混1015min，然后加人黏結(jié)劑再攪拌4060min即可。對于細(xì)結(jié)構(gòu)石墨材料的糊料，混捏時(shí)間一般約24h，隨粒度的變小而時(shí)間增長。糊料在混捏機(jī)中多停留1h,瀝青量就因揮發(fā)物排出而相對減少0.6。2.3混捏設(shè)備選型2.3.1混捏機(jī)種類 根據(jù)不同的混合混捏原理可制成各種不同類型的混捏機(jī)，但一般混捏機(jī)不是用單一的混捏原理制造的，而是以某種混捏原理為主，其他混捏原理為輔制造的。 混捏質(zhì)量的好壞對生坯、乃至成品的質(zhì)量都有很人的影響，而混捏料的質(zhì)量除了原料成分和粒度的正確配方外，還與所采用的混合棍捏機(jī)的類型、結(jié)構(gòu)及操

24、作等因素有關(guān)。 炭石墨制品工業(yè)使用的混捏設(shè)備應(yīng)滿足的工藝要求有: (1)對不同粒度的顆粒(包括粉子)進(jìn)行混合攪拌； (2)既能干混，又能在200250溫度下，黏結(jié)劑含量不等的條件下濕混(或稱熱混)； (3)其生產(chǎn)能力能滿足下道工序的需要。 能適應(yīng)上述三個(gè)要求，且被炭石墨制品工廠廣泛采用的混捏設(shè)備按運(yùn)行方式大致可分為三類: (1)接力式。干混和濕混在不同設(shè)備內(nèi)進(jìn)行，用于干混的有雙螺桿混捏機(jī)、滾筒式混捏機(jī)等。 (2)間歇式。干混和濕混在同一臺(tái)設(shè)備內(nèi)進(jìn)行，先干混，然后加入黏結(jié)劑進(jìn)行濕混，混捏完成后將糊料排出，重新加入干料進(jìn)行下一混捏周期。該類混捏機(jī)有雙攪刀混捏機(jī)、槳葉式混捏機(jī)和轉(zhuǎn)筒式混捏機(jī)等。 (3

25、)連續(xù)式。有單軸、雙軸連續(xù)混捏機(jī)。這種連續(xù)混捏機(jī)需要和連續(xù)配料設(shè)備配套使用。 按帶不帶黏結(jié)劑可分為:一種是粉末顆粒和亂結(jié)劑在攪刀推動(dòng)下進(jìn)行的熱混捏的混捏機(jī)，這是一種帶黏結(jié)劑的熱混捏的混捏機(jī)，如T.形雙攪刀混捏機(jī)、密煉機(jī)、螺旋連續(xù)混捏機(jī)、高速混捏機(jī)。單、雙軸連續(xù)混捏機(jī)，多用于制備配方穩(wěn)定且大批量生產(chǎn)，如陽極糊和預(yù)焙陽極。第二種是冷混合機(jī)，常用于不帶黏結(jié)劑的冷混合，如電炭廠用于混合金屬-石墨料的圓筒混合機(jī)、鼓形混合機(jī)。在電炭或機(jī)械用炭的生產(chǎn)中，對于一些高強(qiáng)度，高密度制品。原料多采用細(xì)粉或超細(xì)粉，用一般的臥式雙Z軸混捏機(jī)混捏，不能保證把黏結(jié)劑均勻地分布在所有粉末的表面，也不能保證多組分料粉作均勻的混

26、合。為了補(bǔ)充混捏的不足，因而采用軋輥機(jī)進(jìn)行輥壓，稱為軋片?？刹捎秒p輥或多對輥?zhàn)拥能堓仚C(jī)進(jìn)行一次或多次輥壓糊料，通過輥壓一可消除混捏的不均勻性，提高糊性的塑性及提高從粉的致密度。2.3.2臥式雙軸混捏機(jī)本文采用臥式雙軸混捏機(jī)它主要是由鍋體、攪刀和減速轉(zhuǎn)動(dòng)裝置構(gòu)成。 鍋體的上部是立方體，下部是兩個(gè)半圓形長槽，兩半圓形槽的中間構(gòu)成一個(gè)縱向的脊背形。鍋體內(nèi)鑲錳鋼襯板(根據(jù)磨損程度可定期更換)。鍋體外為蒸汽加熱或?qū)嵊?有機(jī)介質(zhì))加熱的夾套。有蓋混捏鍋鍋蓋上有干料和黏結(jié)劑加入口及粉塵與煙氣排出口。在兩半圓槽內(nèi)有兩根平行的相同形狀的麻花形攪刀，分別在鍋底兩個(gè)半圓形長槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，彼此相對轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)速也不一樣。根

27、據(jù)配方料的不同。攪刀外徑邊緣與鍋底保持不同的間隙，間隙距離約為混捏料最大粒度的23倍，對于粗顆粒料，一般為2030mm;對于細(xì)粉料一般為lmm左右?；炷髾C(jī)依加熱方式不同，又分為汽熱式和電熱式及有機(jī)介質(zhì)加熱式三種；混捏機(jī)依排料方式的不同，又分為翻轉(zhuǎn)式和底開門式兩種，還有鍋底螺旋輸送式；對于翻轉(zhuǎn)式的鍋體翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，有機(jī)械式或液壓式，對于底開式的卸料口開啟和關(guān)閉裝置，也有機(jī)械式和液壓式。還有將兩個(gè)鍋體上下重疊式(相當(dāng)于兩臺(tái)混捏鍋串聯(lián))，上鍋體進(jìn)行干混與預(yù)熱，下鍋體進(jìn)行混捏，這種混捏機(jī)可縮短混合混捏的總時(shí)間。炭素、電炭廠常用的混捏機(jī)的主要技術(shù)特性見表2.3。表2.3 部分混捏機(jī)的主要技術(shù)特性槽的工作容積

28、/L525100200400800200030003500槽的總?cè)莘e/L10451603006001200300045005300前攪刀的轉(zhuǎn)速/r·min-13733312927211720.420.4后攪刀的轉(zhuǎn)速/r·min-121191717151191313攪刀的直徑/mm109184294368463583798900900攪刀的長度 /mm1993345296688381048143817982098槽的長度/mm2003355306708401050144018002100槽的寬度/mm22037059074093011701600側(cè)壁高度/mm16525030

29、0400500650850電機(jī)容量/kW0.71.17.411.218.629.844.727.6/4127.6/412.4混捏工藝設(shè)計(jì)2.4.1混捏流程 混捏工藝過程可分為4步: （1)將稱量好的骨料放入混捏鍋； （2)骨料進(jìn)行干混； （3)加入一定量的黏結(jié)劑后進(jìn)行濕混； （4)排出混捏好的糊料?；炷蠊に囍饕呛侠砜刂苹炷蟮臏囟群突炷蟮臅r(shí)間以達(dá)到最佳的混捏效果，混捏溫度是影響混捏效果的主要因素之一，混捏溫度可分為介質(zhì)溫度和濕混溫度兩個(gè)不同的概念，在一定的設(shè)備結(jié)構(gòu)和固定的加熱條件下，介質(zhì)溫度可以視作穩(wěn)定的，介質(zhì)溫度是根據(jù)黏結(jié)劑的軟化點(diǎn)以及黏度變化規(guī)律確定的。2.4.2技術(shù)要求1、下料應(yīng)當(dāng)具備的

30、條件： （1）當(dāng)干料下鍋時(shí)，開始自00: 00計(jì)時(shí)，系統(tǒng)記錄鍋內(nèi)溫度、干料溫度、黏結(jié)劑溫度和時(shí)間。 （2）鍋體溫度:100300，高出或低于該溫度范圍報(bào)警。 （3）黏結(jié)劑溫度:100200，高出或低于該溫度范圍報(bào)警。2、干混的條件： （1）干混時(shí)間控制在515min之間。 （2）干混溫度控制在110200之間。 （3）干混溫度若在上述時(shí)間內(nèi)沒有達(dá)到規(guī)定溫度時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)報(bào)警提示，并延長干混時(shí)間。如延長時(shí)間后，溫度仍然沒有達(dá)到規(guī)定的溫度，按廢料處理。 （4）當(dāng)混捏鍋下料后，此料不再進(jìn)入下工序運(yùn)行時(shí)，屏幕顯示鍋內(nèi)有料。 3、下油應(yīng)具備的條件： （1）干混時(shí)間和干混溫度滿足所要求的條件，干混結(jié)束。 （2

31、）干混結(jié)束后，配料系統(tǒng)開始下油，并自下油開始時(shí)累計(jì)計(jì)時(shí)，同時(shí)記錄和顯示下油時(shí)間、下油時(shí)的鍋體溫度，干料溫度、黏結(jié)劑溫度。 （3）下油結(jié)束后，顯示油重。 （4）禁止黏結(jié)劑溫度低于上述規(guī)定值時(shí)下油。4、濕混應(yīng)具備以下條件： （1）濕混時(shí)間控制在10100min。 （2）混溫度控制在110200。 （3）出鍋時(shí)糊料溫度在控制時(shí)間內(nèi)未達(dá)到規(guī)定溫度范圍內(nèi)，報(bào)警提示，并延長混捏時(shí)間。4小時(shí)內(nèi)沒有達(dá)到工藝溫度要求，按廢料處理，并記錄。5、出鍋應(yīng)具備以下條件： （1）當(dāng)混捏時(shí)間和混捏溫度同時(shí)達(dá)到工藝所要求數(shù)值，系統(tǒng)允許排料，屏幕作出提示，顯示屏?xí)r間繼續(xù)累計(jì)計(jì)時(shí)，已記錄出鍋時(shí)間和出鍋時(shí)的鍋體溫度、糊料溫度。 （

32、2）出鍋時(shí)，攪刀停止并計(jì)時(shí)，若超過30分鐘不能出料，出料前攪刀重新開啟，攪拌糊料15分鐘，方能出糊，如累計(jì)時(shí)間超過4小時(shí)不能出料，按廢料處理。6、空鍋具備以下條件： 排料已結(jié)束，鍋門關(guān)閉，顯示空鍋狀態(tài)。 注:以上各工藝階段，攪刀因故停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，屏幕計(jì)時(shí)停止，并報(bào)警。7、屏幕顯示的內(nèi)容： 熱油溫度、熱油壓力、黏結(jié)劑溫度，現(xiàn)場溫度、每鍋下油量、糊料溫度、鍋體溫度、工作狀態(tài)等。8、系統(tǒng)記錄與存儲(chǔ)功能 （1）記錄每班的生產(chǎn)狀態(tài)，記錄每鍋產(chǎn)量。 （2）記錄混捏過程中的工作狀態(tài)、油量、糊料溫度(濕混溫度)、鍋體溫度、黏結(jié)劑溫度、工作現(xiàn)場溫度，載熱油溫度及壓力。2.5本章小結(jié) 中碎之后的糊料需按一定比例混合

33、后，裝入混捏鍋，裝料溫度需控制在130180，混捏過程中溫度維持在160左右。糊料混捏810分鐘后，加入黏結(jié)劑瀝青，繼續(xù)混捏，瀝青溫度需維持在110（軟化點(diǎn)）以上?；炷髸r(shí)間共需要2025min?；炷髾C(jī)選用臥式雙軸混捏機(jī)。第3章 成形 在前面經(jīng)混捏制成的糊料、或糊料經(jīng)輥壓軋片冷卻后磨成的粉料(又稱壓粉)及混合的干粉料，它還沒有固定形狀與尺寸，也沒有達(dá)到較高的體積密度，更沒有整休強(qiáng)度。所謂“成形”就是將混擔(dān)后的糊料或粉料，通過某種方法和一定壓力，將其在模具內(nèi)壓成具有一定形狀、一定尺寸、一定密度和機(jī)械強(qiáng)度的塊狀(棒狀)物體的工藝操作。炭素生產(chǎn)的成形方法有多種，其主要方法有，模壓成形、擠壓成形、振動(dòng)成

34、形、等靜壓成形等四種。.3.1成形方法及選擇3.1.1模壓成形法 這種方法是采用立式模壓機(jī)，先按照制品的形狀和大小制成模具，然后將一定量混捏好的糊料或粉料裝入壓機(jī)工作臺(tái)上的模具內(nèi)，啟動(dòng)壓機(jī)對糊料或壓粉施加壓力，并維持一定時(shí)間使之成形，之后把壓制好的壓坯(又稱生坯)從模具中頂出。 模壓法根據(jù)工藝及設(shè)備情況不同，可分為單向壓制和雙向壓制，熱壓與冷壓。模壓法適用于壓制三個(gè)方向尺寸不大及其三向尺寸相差不大、密度均勻、結(jié)構(gòu)致密強(qiáng)度高的制品，但產(chǎn)品具有各向異性。主要用于生產(chǎn)電炭產(chǎn)品和特種石墨產(chǎn)品。3.1.2擠壓成形法 擠壓法是采用臥式擠壓機(jī)，先將糊料裝入壓機(jī)的料室內(nèi)，用壓力機(jī)的主柱塞對糊料施加壓力。先進(jìn)行

35、預(yù)壓，然后施壓使糊料通過安裝在料室前面的與產(chǎn)品截面形狀、大小一致的型嘴被擠壓出來，再根據(jù)所需要的長度用切刀切斷，即為擠壓生壞。 擠壓法適應(yīng)于L/D比較大的棒材、管材或其他異形制品。擠壓法可連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，操作簡單，機(jī)械化程度高。但產(chǎn)品的體積密度與機(jī)械強(qiáng)度低，且具有各向異性。主要用于生產(chǎn)石墨化電極、炭索電極與炭塊。3.1.3振動(dòng)成形法 振動(dòng)成形是將糊料裝入放置在振動(dòng)成形機(jī)的振動(dòng)臺(tái)上的模具內(nèi)，然后在上面放置一重錘，利用振動(dòng)臺(tái)的高速振動(dòng)，使糊料達(dá)到密實(shí)而成形的目的。 振動(dòng)成形機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，只要對糊料施加較小的成形壓力則可生產(chǎn)較大尺寸的制品，特別適合生產(chǎn)長、寬、厚三個(gè)方向尺寸相差不大的粗短產(chǎn)品和一

36、些異形產(chǎn)品。如預(yù)焙陽極、陰極、炭塊及大規(guī)格或特大規(guī)格炭電極與坩堝。3.1.4等靜壓成形法 等靜壓成形是在等靜壓壓力容器里完成的，它將壓粉裝入橡膠或塑料制成的彈性模具內(nèi)，封好放人高壓容器內(nèi)，用超高壓泵打入高壓液體介質(zhì)(油或水)，使壓粉受壓而成形。等靜壓成形有冷等靜壓成形和熱等靜壓成形兩種。等靜壓成形可生產(chǎn)各向同性產(chǎn)品和異性產(chǎn)品，其制品的結(jié)構(gòu)均勻，密度與強(qiáng)度特別高。一般用于生產(chǎn)特種石墨，特別是生產(chǎn)大規(guī)格特種石墨制品。3.1.5成形方法選擇對于長徑比較大的制品若采用模壓成形，由于受立式模壓機(jī)工作行程的限制及制品密度沿高度方向不均勻性的影響，生產(chǎn)存在較大的困難。而擠壓成形，是將糊料連續(xù)不斷地從模嘴口擠

37、壓出來，再根據(jù)制品所需要的長度進(jìn)行切斷。制品的長度不受擠壓工作行程的限制，且擠壓出來的制品沿長度方向質(zhì)量比較均勻。因此，適宜于生產(chǎn)長條形、棒形、管形制品。所以，電極、炭塊、陽極板、石墨管，甚至細(xì)長的弧光炭棒與電池炭棒等制品一般都采用擠壓成形。 本文設(shè)計(jì)生產(chǎn)高功率石墨電極，擠壓成形更加適用。因此，本文采用擠壓成形的方法。3.2擠壓成形原理 擠壓成形過程，可分兩個(gè)階段：第一階段是壓實(shí)與預(yù)壓，可統(tǒng)稱為頂壓階段。它是將糊料裝入料室，并將模嘴口的擋板升上后，用柱塞對糊料施加壓力，并使壓力向各處傳遞，從而使糊料達(dá)到密實(shí)的目的。這一階段的壓制過程、糊料的受力與運(yùn)動(dòng)(位移)情況與模壓相類似。第二階段是擠壓，糊

38、料預(yù)壓后，將預(yù)壓力卸除，移開擋板然后重新對糊料加壓，將糊料從模嘴口擠壓出來，按所需長度切斷，即成為所需長度和形狀的制品。3.2.1擠壓過程中的變形料室與嘴型結(jié)構(gòu)如圖3.1所示，擠壓過程中的變形是相當(dāng)復(fù)雜的，在糊料通過料室與嘴型錐形接交處部分時(shí)，它的外圍部分與中心部分的糊料將發(fā)生連續(xù)交流，交流的程度跟料室的橫截面積SD與模嘴口的橫截面積Sd的比值SD/Sd有關(guān)，即當(dāng)料室直徑D與模嘴直徑d的比例D/d愈大，則這時(shí)糊料的交流就愈深入到中心去。由于這種交流，使制品在整個(gè)長度上的結(jié)構(gòu)比較均勻。但是:（1）D/d的比值過大，制品從模嘴口被擠出的速度過快，制品體積密度下降，且距中心線不同半徑的層面流速差增大

39、，層面間產(chǎn)生較大的相對滑動(dòng)，使層面間層狀結(jié)構(gòu)更明顯，及其強(qiáng)度下降。況且使變形過程復(fù)雜化。同時(shí)，擠壓所消耗的能量增加，這在生產(chǎn)上是不經(jīng)濟(jì)的。（2）若D/d之比過小，將使制品內(nèi)外層的性能差別增大，且內(nèi)層的糊料得不到壓實(shí)。因此，壓制一定直徑的制品時(shí)，須選擇適當(dāng)?shù)膲毫C(jī)料室的直徑。 在工藝上，為了描述擠壓時(shí)糊料的變形情況，則用相對壓縮程度來表示，也稱為變形程度，即 （3-1）式中 SD 壓力機(jī)料室的橫截面面積，mm2； Sd 模嘴口(或制品壓坯)的橫截面面積，mm2。 變形程度的大小，對于擠壓過程中的糊料變形過程和擠壓出來的制品的質(zhì)量有很大的影響。分析如下: (1)如果，即模嘴口的橫截面面積與料室截面

40、面積相等,糊料通過沒有錐形的模嘴口被擠壓出來，其內(nèi)外層糊料沒有得到交流和顆粒轉(zhuǎn)向的機(jī)會(huì)，則壓坯(或稱生坯)基本上的是預(yù)壓時(shí)產(chǎn)生的組織結(jié)構(gòu)，它實(shí)際與模壓一樣。 (2)的值很小，糊料經(jīng)過模嘴錐形部分時(shí)，因模形錐角小，糊料的變形不能深入到壓坯橫截面的中心，而僅限于表面，這樣，表面和中心的結(jié)構(gòu)相差較大，表面層密實(shí)而中心部位疏松。 (3)若的值過大，而使糊料經(jīng)過錐角過大的模嘴時(shí)的變形程度過大，將使壓坯由于過大的內(nèi)應(yīng)力而在出模后變形開裂。 (4)的值足夠大時(shí)，整個(gè)糊料在經(jīng)過模嘴時(shí)，才能全部經(jīng)受變形的過程，壓坯內(nèi)外組織結(jié)構(gòu)的不均勻性才能減少。然而，最適當(dāng)?shù)腟D和Sd值須由實(shí)驗(yàn)決定。通過實(shí)驗(yàn)，一般采用=0.6

41、70.93較適宜。 變形程度也可用壓縮系數(shù)來表示，K與的關(guān)系為: 或 (3-2)由上面的最佳取值可知，K=0.330.07。在實(shí)際炭素生產(chǎn)中，對電極擠壓機(jī)，通常采用壓縮系數(shù)K的倒數(shù)來表示，稱為擠壓比 （3-3） 一般取 =315(或20)。不同噸位的電極擠壓機(jī)的擠壓比選擇的范圍如圖3.2所示。日本東洋公司在自己的炭電極用擠壓機(jī)說明書中從工藝和經(jīng)濟(jì)角度建議采用料缸T毛坯截面之比(變形系數(shù))為315的壓形制度。對于小型壓機(jī)生產(chǎn)小截面電極來說，擠壓比可達(dá)到50。 圖3.2 擠壓比圖表3.2.2擠壓過程力分布規(guī)律擠壓過程的實(shí)質(zhì)是擠壓力使糊料發(fā)生塑性變形，即當(dāng)擠壓力心（外力）超過糊料的流動(dòng)極限應(yīng)力時(shí)糊料

42、就產(chǎn)生塑性變形。糊料的流動(dòng)極限應(yīng)力的大小與糊料骨粒材料的材質(zhì)和粒度、黏結(jié)劑的黏度及糊料的溫度有關(guān)，特別是黏結(jié)劑瀝青的黏度隨溫度的變化大，如煤焦油和中溫瀝青的黏度，在25時(shí)為2×108Pa·s（2×109泊）；170時(shí)降為5. 5×102 Pa·s（5.5×103泊）；170時(shí)卻只有34泊。表3.1是使用軟化點(diǎn)為70的中溫瀝青的糊料試驗(yàn)結(jié)果。表3.1使用軟化點(diǎn)為70的中溫瀝青試驗(yàn)結(jié)果糊料溫度/60708090100擠出時(shí)的表壓力/MPa24422030182416201620糊料在擠壓時(shí)由于糊料不是理想流體，它不能像液體一樣按帕斯卡定律

43、將單位擠壓力(P)大小不變地在料室和模嘴內(nèi)向各處傳遞。因糊料的豁度很高，摩擦力較大，而使擠壓力損失增大。擠壓力在橫截面上隨半徑R的增大而減小，中心處最大，邊緣處最小(此處還受外摩擦的影響); 在縱向方向，隨距離柱塞壓料板的距離的增加而減小，至模嘴出口處，僅為推動(dòng)生坯克服電極小車的滑槽(或滑板)的阻礙作均速運(yùn)動(dòng)的力；擠壓力的方向與x軸方向一致。模嘴壁處，其擠壓力可分解成x(軸向)方向和垂直方向的力，x方向之力是推動(dòng)糊料沿x方向運(yùn)動(dòng)之力；垂直方向之力是使顆粒轉(zhuǎn)動(dòng)和使糊料內(nèi)外層交換之力。擠壓過程中，糊料所受擠壓力和摩擦力的分布如圖3.3所示。圖3.3 擠壓時(shí)糊料受力和顆粒轉(zhuǎn)動(dòng)情況 擠壓時(shí)的摩擦力有內(nèi)

44、、外摩擦力兩種。外摩擦力的大小與糊料和模具材料性質(zhì)及糊料溫度有關(guān)，其方向與糊料運(yùn)動(dòng)方向(流線或模壁切線方向)或運(yùn)動(dòng)趨勢相反。內(nèi)摩擦力是糊料顆粒間及糊料層面間的力，它的大小取決于糊料的特性，如骨料種類與粒度、黏結(jié)劑的軟化點(diǎn)和含量及糊料溫度等。其方向是糊料運(yùn)動(dòng)流線的切線方向，并與糊料運(yùn)動(dòng)方向相反。這種內(nèi)外摩擦力形成對糊料擠壓的反作用力，正是擠壓力與這種反作用的共同作用，使得糊料產(chǎn)生密實(shí)作用。內(nèi)外摩擦力太小，糊料受到較小的擠壓力便可以成形，故不能達(dá)到理想的密實(shí)程度；若內(nèi)外摩擦力太大，則將使擠壓力減小，將增加設(shè)備負(fù)荷和能量消耗，同時(shí)使生坯內(nèi)部將產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)生壞從嘴型口擠出時(shí)，內(nèi)應(yīng)力釋放使生坯產(chǎn)

45、生內(nèi)、外裂紋或增加焙燒開裂的幾率。另外，內(nèi)、外摩擦力之間不得相差太大。若內(nèi)、外摩擦力相差太大，則使生坯內(nèi)外密度不均而形成同心圓式的殼層結(jié)構(gòu)，這是應(yīng)當(dāng)避免的。3.2.3擠壓過程糊料運(yùn)動(dòng)與顆粒轉(zhuǎn)向的規(guī)律糊料在擠壓過程中的運(yùn)動(dòng)(速度)和顆粒轉(zhuǎn)動(dòng)規(guī)律如圖3.4所示。圖3.4 糊料在擠壓過程中的運(yùn)動(dòng)(速度)和顆粒轉(zhuǎn)動(dòng)規(guī)律 由前述可知，在料室和模嘴內(nèi)，沿半徑R的增大而摩擦力增大及擠壓力減小，所以糊料在擠壓力作用下的運(yùn)動(dòng)速度沿半徑R的增大而減小，中心的流速為最大，模壁處為最小，在料室內(nèi)、內(nèi)外層流速相差不大，料層彎曲不大。在料室與模嘴接交處及模嘴內(nèi)，由于模嘴為錐形，擠壓力和摩擦力與軸向(x方向)存在一定的夾角

46、(),使得糊料的運(yùn)動(dòng)方向產(chǎn)生改變，顆粒產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，糊料發(fā)生較大的位移，并使內(nèi)外層糊料進(jìn)行交流，其交流程度與模嘴曲線和糊料性能有關(guān)。模嘴曲線在國外炭素界均被作為保密的資料不對外公布。流動(dòng)得較快的內(nèi)層糊料，對流動(dòng)得較慢的外層糊料由于內(nèi)摩擦而產(chǎn)生一個(gè)作用力，此力使外層的變形速度增大。同時(shí)，外層糊料也給內(nèi)層糊料以相反的作用力，使內(nèi)層的變形(流動(dòng))速度減小，但是，內(nèi)層糊料流動(dòng)的超前現(xiàn)象仍占上風(fēng)，超前的大小取決于模嘴曲線與軸向(x軸)的夾角。此外，由于內(nèi)外層糊料流動(dòng)速度不同，而引起內(nèi)應(yīng)力。 當(dāng)壓壞從模嘴擠出后，內(nèi)應(yīng)力將使壓坯變形。當(dāng)壓坯冷卻固化或內(nèi)應(yīng)力弛放到一定低值時(shí)變形停止，但此時(shí)壓坯存在一部分殘余內(nèi)應(yīng)力

47、。擠壓與模壓一樣，不等軸顆粒會(huì)發(fā)生定向排列，在整個(gè)擠壓過程中，顆粒長軸方向始終與流線一致。當(dāng)糊料到達(dá)模嘴的錐形部分時(shí)，在PZ力的作用下，原來與壓力方向垂直的扁平或長條顆粒的平面受到斜面的方向壓力的作用轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向大小由模嘴內(nèi)壁曲線與顆粒距中線的距離尺 圖3.5壓坯及制品的同心圓式層狀結(jié)構(gòu)寸大小決定。 當(dāng)糊料到達(dá)模嘴出口圓筒部分時(shí)，在Pz力的作用下，顆粒轉(zhuǎn)動(dòng)使顆粒長軸與中心軸平行，最終形成壓坯及制品的同心圓式層狀結(jié)構(gòu)如圖3.5所示，使制品產(chǎn)生在組織結(jié)構(gòu)和性能上的各向異性，圓筒區(qū)主要是校直與定形生坯的作用，圓筒部分愈長，顆粒定向愈完全，但擠壓力增大，能耗增加，對于圓筒部分的長短國際炭素界具有不同的看

48、法。3.2.4死角 所謂死角是料室與模嘴接交處，由十其內(nèi)壁曲線不能連續(xù)光滑過渡，而出現(xiàn)拐點(diǎn)，糊料流動(dòng)時(shí)需按其流線流動(dòng)，因而料室與模嘴交接處部分糊料在擠壓過程中不動(dòng)，形成死區(qū)(或稱死角)。擠壓過程中，死角的大小是隨擠壓過程的進(jìn)行(即料室中糊料的減少)而減小，如圖3.6所示。圖3.6死角示意圖a超層現(xiàn)象，b死角死角的形成是由于模嘴在與料室交接處的過渡不連續(xù)不光滑，出現(xiàn)拐點(diǎn)，或過渡區(qū)曲線斜角（）過大所引起的，還與擠壓比、摩擦應(yīng)力及糊料性能有關(guān)。一般認(rèn)為=45°60°的范圍內(nèi)較好。所以，在設(shè)計(jì)模嘴曲線時(shí)應(yīng)加以注意。死區(qū)與糊料塑性變形的流動(dòng)區(qū)的界面線(或界面)實(shí)際上是糊料按其自身流動(dòng)

49、規(guī)律形成的實(shí)際嘴型曲線(或曲面)。從能量的角度來看，糊料沿死區(qū)界面運(yùn)動(dòng)所需的能量小于沿模嘴曲線運(yùn)動(dòng)的能量。同時(shí)，死區(qū)的存在對產(chǎn)品的質(zhì)量有很大的影響。界面處存在著劇烈滑移區(qū)，劇烈滑移區(qū)的大小與糊料的均勻性有很大關(guān)系，它對糊料的組織結(jié)構(gòu)與性能起一定影響。死區(qū)在擠壓過程中是不斷變化的，界面的糊料被帶入壓坯，使壓坯因界面缺陷而產(chǎn)生裂紋及使質(zhì)量不均。死區(qū)與塑性流動(dòng)區(qū)交界處會(huì)發(fā)生斷裂，死區(qū)斷裂的后果是會(huì)在制品上產(chǎn)生裂紋或起皮。3.3影響擠壓過程的因素3.3.1黏結(jié)劑用量黏結(jié)劑不足或過多都會(huì)使制品的質(zhì)量發(fā)生很大的變化，黏結(jié)劑不足將導(dǎo)致強(qiáng)度下降、孔度增大；而黏結(jié)劑過多會(huì)出現(xiàn)扭曲、起泡、機(jī)械強(qiáng)度下降；黏結(jié)劑分布

50、不均將導(dǎo)致毛坯截面的密度各異。擠壓毛坯的淺表層(2mm)處黏結(jié)劑的含量高達(dá)26%36，這是由于嘴子溫度過高，材料表面熔化所致。3.3.2糊料的塑形與彈性后效 糊料塑性的好壞，直接影響著擠壓制品的成品率。塑性好的糊料易于成形，且糊料間的黏結(jié)力強(qiáng)，糊料與模壁間的摩擦力小，因此，可在較小的擠壓力下把壓塊擠出，且彈性后效小，產(chǎn)品不易開裂。反之，若糊料的塑性不好，則糊料的黏結(jié)力差，擠出時(shí)糊料與模壁間的摩擦力大，使擠壓壓力增大，擠出后壓坯的彈性后效大，易出現(xiàn)裂紋廢品。因此為了提高擠壓制品的成品率，必須改善糊料的塑性。首先要保證適量的瀝青、混捏溫度和足夠的混捏時(shí)間，以使原料顆粒和瀝青均勻混合。其次可加人適量

51、的石墨碎，以降低糊料間的摩擦力。力的作用停止之后，毛坯的彈性變形變成了塑性變形，與此同時(shí)也伴隨體積變化，即彈性后效。毛坯的彈性后效大小和橫向尺寸的變化都取決于糊料成分及其塑性，用粒度組成相同的瀝青焦制備的糊料，其彈性后效隨著黏結(jié)劑軟化點(diǎn)的變化而變化；而焦炭瀝青糊料的彈性膨脹比無瀝青的同一組分的混合料的彈性膨脹小。彈性后效的原因顯然是由于材料在張弛過程中變形后各向異性的骨料顆粒結(jié)構(gòu)變化所致。采取調(diào)整黏結(jié)劑和骨粒的配比，可控制材料的彈性后效的大小。3.3.3下料溫度、嘴子溫度及料室溫度 下料溫度、嘴子溫度和料室溫度，不僅影響著擠壓力的大小，而且對擠壓制品的成品率影響也較大。下料溫度是指經(jīng)混捏好的糊

52、料，冷卻降溫后而下到料缸時(shí)的溫度。生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)說明，下料溫度過低，糊料就會(huì)發(fā)硬，其流動(dòng)性和可塑性就要變差。這樣由于糊料間的摩擦力的增加以及糊料和模壁的外摩擦力的加大，就會(huì)給壓制過程帶來困難，使壓制壓力增高。若下料溫度過高，雖然可以降低壓形壓力，但由于糊料間的黏結(jié)力減小，易產(chǎn)生裂紋廢品。因此，適宜的下料溫度，就是使糊料具有一定的流動(dòng)性，又使它在擠壓過程中少出或不出現(xiàn)裂紋廢品。在實(shí)際生產(chǎn)中，下料溫度是要根據(jù)糊料的情況、制品的規(guī)格、嘴子溫度和外界氣候條件來確定的。糊料的溫度與擠壓壓力的關(guān)系可參見表3.2中的數(shù)據(jù)(某制品使用軟化點(diǎn)為70的中溫瀝青時(shí))。表3.2 糊料溫度與擠壓壓力的關(guān)系下料溫度/60708

53、090100擠壓壓力/kg·cm-2240420200300180240160200160200 從以上的數(shù)據(jù)說明，擠壓壓力是隨著下料溫度的提高而降低的。因此要選擇適當(dāng)?shù)南铝蠝囟龋拍鼙ＷC產(chǎn)品的擠壓力不至于過大，又能保證產(chǎn)品的成品率。 一般情況下，多灰產(chǎn)品的下料溫度為116l20，少灰產(chǎn)品為100110,當(dāng)然還要根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格大小來決定下料溫度，即大規(guī)格制品下料溫度可偏低，小規(guī)格制品下料溫度可偏高。 糊料下到料室后，要經(jīng)過搗固、預(yù)壓和擠壓三個(gè)階段。所以，糊料在料室中存放的時(shí)間較長，這時(shí)要發(fā)生糊料和料室內(nèi)壁間的熱導(dǎo)作用。因此，料室溫度的高低對擠壓糊料溫度高低影響也是很大的。若料室溫度過低

54、，表面糊料就會(huì)把熱量傳給料室，從而使糊料本身的溫度降低。這樣使糊料的可塑性變差，從而增加擠壓壓力。若料室溫度太高，會(huì)使糊料表面溫度升高，降低了表層糊料的黏結(jié)力，從而產(chǎn)生裂紋廢品，產(chǎn)品的成品率與料室和嘴子溫度的關(guān)系可見圖3.7。 圖3.7 產(chǎn)品的成品率與料室和嘴子溫度關(guān)系 合適的嘴子溫度能使制品表面光滑，減少裂紋廢品，嘴子溫度過高會(huì)使糊料表面變軟，黏結(jié)劑反滲，聚集于制品表面，使制品表面產(chǎn)生氣泡，尤其對大規(guī)格的產(chǎn)品更為明顯。嘴子溫度太低會(huì)增大嘴模壁間的摩擦力，從而增大了壓制壓力，使糊料的內(nèi)外層擠出速度差過大，易產(chǎn)生分層，同時(shí)由于嘴子溫度太低使壓出制品表面粗糙，嚴(yán)重時(shí)成為麻面廢品。嘴子溫度和生制品(

55、38mm x 180mm x 805mm化學(xué)板)體積密度的關(guān)系見表3.3。表3.3 嘴子溫度和生制品體積密度的關(guān)系嘴子溫度/167173177180208體積密度/g·cm-31.711.7171.7091.7081.692實(shí)際上料室溫度要比下料溫度稍低一些，而嘴子溫度要比下料溫度稍高一些。一般情況下，料室的溫度為80100。壓形嘴子溫度為130160。3.3.4裝料與預(yù)壓 在裝料過程中要求糊料內(nèi)各部分的溫度差不應(yīng)超過34,糊料內(nèi)如有干料、硬塊則應(yīng)除去，不可裝入料室里。只有在這種情況下，壓形時(shí)才能使糊料正常流動(dòng)，從而保證制品順利地壓出。 往料室裝入糊料有兩種方法:一是把糊料預(yù)先搗固成

56、塊，然后再裝人料室；二是分批散裝，隨之搗固，再進(jìn)行預(yù)壓。糊料在料室中預(yù)壓很重要，它影響所得的毛坯的質(zhì)量，預(yù)壓能使糊料緊密，提高制品密度，并在壓制時(shí)使壓力均衡。一般認(rèn)為，預(yù)壓壓力不小于壓機(jī)總壓力的75，當(dāng)骨料顆粒的各向異性及粒度不同時(shí)，預(yù)壓的壓力則不相同。糊料預(yù)壓和不預(yù)壓所壓出來的制品，其物理及力學(xué)性能有所不同。試驗(yàn)結(jié)果證明，400mm生制品的糊料經(jīng)25MPa預(yù)壓，并保持1min，比不預(yù)壓的糊料其抗壓強(qiáng)度高12（5MPa），體積密度提高2（0.03g/cm3），氣孔率降低15%。試驗(yàn)還證明，沒有預(yù)壓好的糊料必須在高丁25MPa的壓力下進(jìn)行壓形。而如果糊料預(yù)壓得很好，則壓形的壓力會(huì)顯著下降。同時(shí)，預(yù)壓壓力的不同對產(chǎn)品的理化性能影響較大(見表3.4)。表3.4 預(yù)壓壓力不同對