舒 健

（寧夏能源鋁業(yè)青銅峽鋁業(yè)分公司，寧夏 銀川 750001）

決定碳塊消耗周期的關(guān)鍵因素為其密度，為了更好滿足當前生產(chǎn)工藝中對碳塊消耗周期的現(xiàn)實需求，需要落實碳塊密度的增加。此時，可以通過在碳塊成型過程中展開振動，并施加預壓力實現(xiàn)。基于此，要對現(xiàn)有的振動成型機展開改造升級。本文提出一種基于底部氣囊的振動成型機技術(shù)改造方案，以此實現(xiàn)碳塊顆粒之間空隙的進一步縮小。

1 振動成型機的原理分析

加壓振動成型機主要由以下幾部分構(gòu)成：糊料輸送裝置、均溫涼料裝置、計量供料裝置、成型模具裝置、振動成型裝置、恒壓加壓裝置、提升導向裝置、輔助機架裝置、入水冷卻輸送裝置、抽真空系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)。實踐中，主要被應用于較大、長度較長（截面為圓形或矩形）的石墨電極和碳素電極制品的生產(chǎn)。其運行原理如下所示：在振動平臺下方懸掛的旋轉(zhuǎn)軸上偏心振動子支持下展開振動；運行中，偏心振動子帶動平臺發(fā)生振動，并促使平臺上方模具內(nèi)放置的物料產(chǎn)生振動；聯(lián)合上部重錘，推動物料完成重新排列，最終完成生產(chǎn)。依托振動成型機，能夠更好消除物料內(nèi)部相互之間存在的摩擦力，提升石墨電極和碳素電極制品的生產(chǎn)效果[1]。

2 基于底部氣囊的振動成型機預加壓設計

2.1 底部氣囊預加壓改造

2.1.1 總體設計

對于振動成型機來說，其運行的環(huán)境條件惡劣程度較高，通常會在粉塵與高溫的情況下運行。在振動成型機處理的物料中，包含著溫度在165℃左右的瀝青，因此需要保證振動成型機所有結(jié)構(gòu)對高溫的耐受性。在本次技術(shù)改造中，所需要的液壓動力、氣源等均接駁于原本的設備之上。

本次振動成型機技術(shù)改造的主要內(nèi)容如下：在原有的振動成型機（型號：EU06 振動成型機）的重錘上方位置，落實外罩體的加設。該外罩體的材質(zhì)為鋼材，結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)，穿過重錘提升軸后，直接覆蓋在振動成型機的重錘上方。在外罩體內(nèi)加設氣囊，將其設置于外罩體與重錘的中間部位。為了保證氣囊的穩(wěn)定性，主要在法蘭的支持下完成氣囊與外罩體之間的固定。重錘安置于端面的上方位置，其提升軸能夠與外罩體上方的端蓋導向蓋向配合，在沿著重錘提升的方向展開位移。此時，外罩體所承受的力為氣囊預壓重錘的反向作用力，促使外罩體在重錘移動的作用下，實現(xiàn)同方向的上升與下降。

此時，經(jīng)過本次技術(shù)改造后的振動成型機中所包含的關(guān)鍵構(gòu)件主要有：重錘提升軸、內(nèi)錐套、氣囊上蓋、氣囊、重錘罩（外罩體）、氣囊下踏板、鎖緊油缸、壓模、重錘、下模腔。

對于在實際的生產(chǎn)中所使用的成型模具來說，不同規(guī)格模具之間的差別主要集中于長度與寬度方面，所有成型模具的高度均保持一致（均為1150mm ～1250mm）。因此，在確定外罩體下方的尺寸時，筆者主要參考成型模具的最大尺寸完成設計，并將不同規(guī)格成型模具的口部設置為相同的椎體導向尺寸，確保所有模具均能夠更好適應同一尺寸的外罩體。

2.1.2 運行流程

依托上述設計，經(jīng)過技術(shù)改造后的振動成型機運行流程如下所示：隨著重錘的上升與下降，外罩體進行同方向運動，即振動中，外罩體沿著重錘提升軸實現(xiàn)下降，在其與模體上方接觸并緊密貼合時停止繼續(xù)下降。同時，設置于外罩體兩側(cè)的油缸迅速切換至開啟狀態(tài)，實現(xiàn)外罩體與模具相互位置的固定（鎖緊），促使兩者構(gòu)成一個腔體結(jié)構(gòu)。隨后，氣囊展開充氣操作，推動重錘，使預加壓壓力作用于物料。在此過程中，外罩體內(nèi)部所產(chǎn)生的空氣由其上端得的出氣孔排出，促使物料顆粒之間的空隙進一步降低。需要注意的是，①外罩體中設置的出氣孔與外部環(huán)境直接連接，整個排氣過程屬于常壓自然排氣[2]；②外罩體中設置的出氣孔與抽真空系統(tǒng)連接，整個排氣過程屬于負壓排氣。

2.1.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計

理論上，在重錘重力的作用下，重力提升軸呈現(xiàn)出自然下垂的狀態(tài)，與水平面基本保持垂直狀態(tài)。而實際上，存在著重錘提升軸與外罩體提升軸導向套相互干涉的問題，造成此現(xiàn)象的原因在于模具上下的平行誤差、振動工作臺平面的水平程度發(fā)生改變、重錘提升軸導套與外罩體平面之間存在垂直誤差等等。此時，重錘提升軸與軸套之間出現(xiàn)局部磨損的概率明顯增高，導致氣囊容易發(fā)生漏氣，其更換以及檢修的頻率大幅增加，即后續(xù)維修養(yǎng)護的難度與工作量加大。為了解決這一問題，在本次振動成型機的技術(shù)改造中，主要對重錘提升軸導套展開了優(yōu)化設計，將其上方的外圓調(diào)整為SR 球面，并加設內(nèi)球面壓蓋。依托這樣的設計，促使重錘提升軸與外罩體上端蓋在球面處維持在浮動的狀態(tài)；當重錘提升軸處于自然下垂狀態(tài)時，其能夠與外罩體的上方蓋可以在一個較小的角度內(nèi)實現(xiàn)偏擺[3]。

基于此，在振動成型機的運行中，這樣的偏擺能夠?qū)τ捎诙喾N誤差所產(chǎn)生的影響進行抵消。

2.1.4 技術(shù)改造設計方案對比與優(yōu)勢

為了實現(xiàn)預加壓，還需要在振動平臺上方設置氣囊，依托氣囊充氣促使其上方的混合物料顆粒之間的空隙降低，即依托震動平臺（含氣囊）與重錘之間的間距縮小推動混合物料密度的增加。這樣的設計與在重錘上方設置氣囊（本設計方案）能夠達到相同的效果。但是，結(jié)合上文的分析可以了解到，在碳塊生產(chǎn)中，其整體環(huán)境的溫度較高，且放置于振動平臺上方的混合物料中包含165℃的瀝青。此時，若是直接將混合物料放置于氣囊上方，則極容易引發(fā)氣囊的燙傷、破裂、損壞。因此，使用這樣的方式展開振動成型機的技術(shù)改造時，必須要在氣囊表面設置抗高溫保護層。而這樣的操作勢必會導致技術(shù)改造成本、難度大幅提升，同時，也增加了混合物料與振動平臺之間的距離，致使振動效果難以達到理想狀態(tài)。相比較來說，使用在重錘上方設置氣囊的振動成型機技術(shù)改造方式更容易操作，且改造難度、成本較低，可操作性強，可以保證振動成型機原有的混合物料振動效果，維護碳塊實際生產(chǎn)質(zhì)量。

將經(jīng)過技術(shù)改造的振動成型機（型號為GS600 振動成型機）投入碳塊的實際生產(chǎn)中，對比原有振動成型機（未經(jīng)過技術(shù)改造）生產(chǎn)的碳塊質(zhì)量，結(jié)果顯示：經(jīng)過技術(shù)改造后生產(chǎn)出的碳塊密度更高，且電阻率、孔隙率更低，具備更強的導電性能。同時，依托本文提出的改造方案所構(gòu)建起的振動成型機，其后續(xù)維修養(yǎng)護工作量較低，故障發(fā)生率、改造與運行成本更小，可以在更短的時間內(nèi)達到高密度碳塊生產(chǎn)的要求，生產(chǎn)振動周期在40s ～50s 之間，因此有著更優(yōu)的經(jīng)濟效益。

2.2 振動成型機底部氣囊預加壓技術(shù)的實現(xiàn)

2.2.1 動作順序的設計

該系統(tǒng)的運行順序為：重錘與外罩體同時下降；外罩體與下模緊密貼合；油缸夾緊（鎖緊）；氣囊進氣，壓力在0.15MPa（若此時發(fā)現(xiàn)重錘下降超過氣囊的最大行程時，控制氣囊進氣自動關(guān)閉）；振動臺啟動，并延遲30s 后，展開氣囊的再次進氣，壓力在0.25MPa；發(fā)出振動完成信號，控制氣囊排除氣體；油缸松開；重錘與外罩體同時上升，促使油缸提升，并展開下一次循環(huán)。

2.2.2 氣動系統(tǒng)的設計

在本次振動成型機技術(shù)改造（氣囊預加壓改造）中，僅對重錘展開了預加壓。若需要在此基礎(chǔ)上引入抽真空系統(tǒng)，則必須要單獨進行密封。對于在本次改造中使用的氣囊來說，使用了兩級進氣的方式，具體有：在低壓狀態(tài)下（即0.15MPa），氣囊下部與重錘的上部始終穩(wěn)定在緊密貼合的狀態(tài)；在工作狀態(tài)下（即0.25MPa），氣囊會落實對重錘的施力。此時，氣動系統(tǒng)的主要參數(shù)有：氣源壓力穩(wěn)定在0.35MPa、氣囊的最大行程控制在395ms、氣囊可耐受的最高溫度為180℃、系統(tǒng)壓力穩(wěn)定在16MPa。

3 總結(jié)

綜上所述，為了更好滿足當前生產(chǎn)工藝中對碳塊消耗周期的現(xiàn)實需求，要對現(xiàn)有的振動成型機展開改造升級。相比于在振動平臺上方設置氣囊的方案來說，將氣囊設置于重錘上方的預壓力效果更優(yōu)、技術(shù)改造成本與難度更低，結(jié)合外罩體的加設，保證了振動成型機的工作效率，并明顯推動了碳塊密度的增加。