1、科 技信息SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION2010 年 第 17 期在铝电解炭素的生产过程中 ，影响生阳极产品理化指标和外观质量的因素很多 。 除受石油焦和粘结剂原料质量影响外 ，过程工艺控制也是很关键的 。 其中混捏 、成型中各工序 、工艺参数的变化和调整对产品质量的影响在碳素生产过程中是显而易见的 。 下面就生阳极制造过程中几道关键工艺 （骨料预热 、糊料混捏 、糊料冷却和震动成型 ）对生块质量的影响做一分析 。1 骨料预热温度对碳阳极生块质量的影响骨料在完成配料后需输送到加热设备中进行预热 ，以保证骨料在和粘结剂混和时有一定温度 ， 便于沥青能很好渗透到骨
2、料的气孔中去 ，提高糊料密实度和塑变性 。 目前 ，中大型碳阳极企业通常采用两轴或四轴式预热螺旋来进行加热 ，其为一个封闭的腔体 ，螺旋为中空式 ，内部通导热油 ，机体的两侧及底部通有导热油 ，骨料在通有导热油的转动轴上上下翻动 ，通过热交换 ，骨料能均匀地达到一定温度 。在预焙阳极的生产中 ，把骨料预热到一定温度有利于沥青对骨料颗粒的渗透 ，当温度高于沥青软化点 60-70时 ，其湿润角最小 ；另一方面 ，通过预热可排除骨料中的水份 。 由于沥青属亲油憎水性物质 ，水份薄膜会显著降低沥青对骨料颗粒的润湿作用 ，从而降低生块的体积密度 。 因此 ，为确保沥青能很好浸润到骨料中去 ，要求沥青有很
3、好的流动和浸润性 ，而沥青的流动和浸润性随温度升高而增强 。 但是 ，温度过高却容易使沥青中的低馏分挥发 ，使沥青 “老化 ”，造成塑性降低 。 当混捏温度高于沥青软化点 6070时 ，沥青混捏浸润行为最好 ，骨料预热温度略高于液体沥青配料温度 ，更有利于沥青对骨料颗粒孔隙的填充和表面覆盖 。 但目前大多数企业将预热温度保持在 175-180，与沥青配料温度相近或稍低 ，这是因为一般企业很难将骨料温度达到一个较高的标准 。如果预热温度不够 ，那么骨料的张口率就低 ，对粘结剂的吸附作用 /能力明显减弱 ，这样混捏出的糊料不但堆积密度低而且塑型也差 ；如果预热温度过高 ，骨料的张口率就会很大 ，对
4、粉料和粘结剂的用量要求就高 ，而且在混捏过程中粘结剂更易分解 ,会出现使粘结剂的粘结性能和吸附能力大大降低 ， 虽然能够更好地对骨料孔隙的填充有利 ，但是粘结剂粘结和吸附能力的下降对糊料质量的影响却远远大于其高温下的填充效果 ， 很容易造成糊料塑性和颗粒间粘结性较差 ，很不利于成型 。 其实 ，在保证糊料质量的情况下 ，从骨料填充 （密实度 ）和温度角度上分析 ，两者是相互矛盾的 ，只有在两者中间找到一个科学合理的平衡点 ，问题才能够得到解决 。2 糊料混捏对碳阳极生块质量的影响糊料混捏的质量好坏 ，直接影响着碳阳极生块的体积密度和外观质量 。 混捏的质量好 ，骨料相互填充充分 ，粘结剂对骨料
5、颗粒的缝隙也填充得较好 。 混捏均匀 ，生块的外观缺陷和内部缺陷也会大大降低 。混捏工艺是决定混捏效果的关键之一 ，我们在生产过程中主要通过控制混捏温度 、 混捏时间和混捏功率等环节来提高混涅工艺水平 。混捏温度对混捏质量有很大的影响 ，因为沥青粘度随温度升高而急剧降低 。 混捏过程中沥青必须能像水一样流动 ，才能很好润湿碳素表面 ，并渗入到颗粒的孔隙中去 。 混捏温度过高或过低都会使糊料质量降低 。 如果温度过低 ，沥青粘度大 ，糊料在混捏机内搅拌费力 、混合不均匀 ，沥青渗透效果不好 ，混捏出来的糊料就会塑变性差 ，成型时碳块体积密度低 ，表面粗糙 。 如果温度过高 ，沥青分解 、挥发及氧
6、化损失量大 ，会使糊料出现 “老化 ”现象 ，降低糊料的塑性 。 这两种状况都会使碳阳极体积密度减小 、孔隙度增大 、机械强度降低 ，最终导致其在电解槽中的抗氧化 、抗热震性能减弱 。 根据实践经验 ，我们一般将混捏温度控制在高于沥青软化点 6070的水平上 。 混捏时间主要通过混捏机的转速来控制 ，转速越快 ，混捏时间越短 。 对连续混捏来说 ，通过降低转速可以提高混捏功率 ，当降低到一定范围时 ，糊料在腔体内堆积有利于翻转和混捏 ，但延续时间过长易造成堵料 ，均匀混捏效果不好 。 过短则混捏效果不佳 ，会对生块质量造成影响 。 混捏功率高低直接影响到糊料质量的好坏 ，混捏功率过高 ，易造成
7、配方中的大颗粒被挤碎 ，使粒度平衡遭到破坏 ，同时使糊料在混捏机内堆积过多 ，造成堵料 。 过低 ，则混捏效果不佳 ，沥青未能很好浸润到孔隙中去 ，造成产品质量明显下降 。3 糊料冷却对碳阳极生块质量的影响目前 ， 大型碳阳极生产厂家采用的糊料冷却机多是强力冷却机 ，采用高速旋转的搅刀来使糊料充分铺散开 ， 通过将水喷淋在糊料表面 ，抽走雾化水蒸气来达到冷却糊料目的 。 糊温可通过红外测温仪控制 。 阳极成型工序在使用强力冷却机后 ，顺利解决了高温混捏和糊料冷却间的矛盾 。 强力冷却机能够自由选择糊料的最终温度 ，使糊料在混捏冷却后质量均匀 ，不会结团 。这种设备有 040的降温冷却空间 ，可
8、保证下料后糊料能马上正常成型 ，解决了以前下料投产前因糊温过高而必须排废糊的问题 ， 减少了糊料浪费和易出现生块裂纹的现象 。需要注意的是 ：一是糊料冷却前后的温差不宜过大 ，否则骨料内外塑性会发生一些变化 ，这样在振动成型过程中造成产品线性膨胀系数不同 ；二是温差过大 ，冷却时喷水量和糊料的烟气大大增加 ，在成型过程中不能够被很好的排出 ，糊料间夹杂的烟气往往造成碳块裂纹 。 另外 ，大量的烟气也给除尘净化系统带来负担 。4 震动成型对碳阳极生块质量的影响为了得到具有一定形状 、尺寸和密度的制品 ，须将混捏好的碳素糊料在外力作用下成型 ，这是碳素制品的主要生产工序之一 。 生产碳素制品有振动
9、成型 、挤压成型 、模压成型和等静压成型 4 种方法 。 生产铝用碳阳极主要用振动成型 。41 糊料温度振动成型的糊料温度一般高出沥青软化点 3550左右 ， 这是因为糊料在此温度振动时 ，内摩擦力小 ，流动性好 ，有利于密实 。 而糊料中夹带的烟气也可以在振动过程中陆续排出 。 模具温度应与糊料温度大致相似 ，这样可使生制品表面比较光洁 。 对于功率较大的混捏机 ，在生产不间断的情况下 ，糊料温度会传递给模具 ，无须进行加热 ，但在中断生产时应及时对模具和重锤进行加热 ，否则前期产出的碳块会出现粗糙和麻面等现象 。42 振动时间振动时间是指重锤下降到糊料表面至振动结束的时间 。 重锤接触糊料
10、表面后 ，开始阶段下沉 ，并在震动初期速度较快 ，其后下沉量愈来愈小 ，接近平衡状态 。振动时间越长 ，碳块越密实 。但振动时间过长 ，会对产能造成不利影响 。 同时 ，炭块的内应力增大 ，弹性后效增强 ，后期会发生裂纹现象 。 振动时间一般与糊料状况 、重锤重量 、碳块尺寸 、激振力和振幅以及装置是否抽真空等因素相关 。 我公司一般将碳阳极成型时间设定为 30-50 秒 。43 振幅及激振力当振动频率一定时 ，被振动物体的惯性力随振幅大小而变化 。 因此 ，首先要确定振幅值 。 最适宜的振幅应使被振动的糊料获得一定的交变速度和加速度去克服糊料的内聚力及内 、外摩擦力 ，这才有利于糊料的振实
11、。 激振力一般由被振动物体质量 （包括振动台本体 、成型模和糊料质量 ）以及反共振设施预紧力等决定 。 但是 ，如果振幅太大 ，不但影响设备使用寿命 ，而且噪声很大 ，对职工身体有一定的伤害 。 一般振幅控制在 3mm。44 成型压力成型压力一般通过重锤比压来计算 ，细长或小制品所用重锤比压应比粗短制品要大一些 ， 这是因为炭素糊料对压力的传递能力较差 。若重锤比压小 ，加工细长形状制品时 ，由于重锤对糊料的压力自上而下衰减 ， 会使碳素制品的中下部密度变小 。 一般将重锤比压控制在0.0470.06MPa 之间 ，属于低限 。 我公司重锤比压控制在 0.052MPa。综上所述 ，要生产出优质的合格碳阳极生块 ，不仅仅原料上要严格把关 ，在碳阳极的制造过程中各工艺参数的控制同样起到关键性作用 。 因此 ，系统工艺的匹配和对工艺纪律的严格要求是产品质量的中间保障 。责任编辑 ：王静 影响生阳极质量的因素王 力 王洪涛（河南中孚碳素有限公司 河南 巩义 451261）科科教前沿 576
