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强力混捏冷却系统在阴极生产中的应用  

2017-09-26 12:05:16|  分类: 06专业资料 |  标签: |举报 |字号 订阅

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强力混捏冷却系统在阴极生产中的应用

20130715日来源:《冶金设备》杂志阅读数:2696分享到:

1. 前言

在阴极碳素行业中生产碳糊所使用的混捏设备基本上采用双轴搅拌混捏锅,少数工厂选用双轴连续混捏机,但混捏原理没有什么变化。近几年来,国外以爱立许强力冷却混捏机为代表的新型混捏设备,已逐步应用到碳素工业石墨电极,自焙阳极,阴极碳块等生产中,国内目前在20世纪90年代先后在吉林碳素厂,云南铝厂,山东兖矿,四川启明星公司等企业先后使用该设备进行铝用阴极、阳极的制备,中铝贵州分公司碳素厂2005年引进了德国爱立许强力混捏冷却系统生产阴极碳素制品,本文就贵州分公司碳素厂引进的德国爱立许强力混捏冷却系统生产阴极制品进行介绍。

2. 强力混捏冷却系统介绍

中铝贵州分公司碳素厂所引进的强力混捏冷却系统工艺流程配置见图1,即原料通过破碎、筛分、磨粉等工序调整到规定的粒度进入储槽,按照工艺配方要求,以一定配比分别进入配料称进行称量,称量好的粒料通过皮带运输,粉料通过浓相输送进入混合仓汇总后,排入电加热器内进行加热,达到设定的加热功率的物料进入强力混捏冷却机内进行干混,同时加入生碎进行预热,之后从沥青称向混捏锅中加入液体沥青进行湿混,湿混结束后,根据出糊温度要求,对糊料进行喷水冷却,当喷水冷却达到要求的出糊温度时,由混捏机排至圆盘给料机中,准备成型。混捏机开始下一批次的混捏循环。以下是对爱立许强力混捏冷却系统主要设备的介绍。

1 爱立许强力混捏冷却系统工艺流程图

2.1 电阻加热器:

电阻加热器型号为EWK09/41,每次最大可加热2300Kg物料。加热器由加热容器,两个闸门和5对加热电极及控制系统组成。如图2所示。

2 电阻加热器基本结构图

加热容器是钢制容器,表面涂绝缘陶瓷,内璧由耐高温、隔热、不导电的基本材料——玻璃纤维增强高分子特殊材料制成。上部设有给料口,由几部分组成:带加料、干除尘、抽蒸汽以及供风的连接件;同时还有位置开关的检查盖。下部设卸料口及卸料设备,卸料口用耐磨耐高温的陶瓷板铺成。电能输入通过安装在槽内侧璧上的5组成对装在相对位置上的电极板输入。电极与加热槽璧绝缘。其加热原理为直流电通过加热物料,利用物料自身电阻发热来加热物料,按所需要的供热热量和加热速率,预先选定所需送电量,通过设备控制系统中的主态过程控制系统来进行过程显示。有两种加热方式可以选择:一是每批料预先设定输入加热能(Kwh),即手动加热。该值除以电流回路数值即为分配到每个电流回路的设定值。二是每批料预先设定混捏温度,加热能自动根据设定混捏温度值、所有物料的比热、物料重量、生碎重量、沥青重量和沥青温度来进行计算。当开始加热时,该值用第一种的方法分配到每个电流回路中。以可控规整流器自动调节直流电压以保证各组电极有一定的电流,物料在加热器里的加热时间约为15分钟,物料加热后的温度在150℃-200℃之间,加热好的物料通过卸料口排入混捏机中。电阻加热器放在4个载荷压力传感器上,对加热物料进行称重计算,并将计算结果传送到控制系统中计算生碎配给量和沥青配给量。

2.2 强力混捏冷却机

1) 强力混捏冷却机由旋转锅体、2把多功能旋转刀具、底璧刮刀、红外测温系统、冷却水计量添加系统、卸料装置、集中润滑装置等构成,如图3,其混捏原理为:强力混捏机旋转锅体载着被混物料慢速顺时针回转,装在圆盘顶部的带有2个离心安装的转子和固定多功能的工具(铰刀)插入圆盘,其中一把带变频调速的绞刀旋转方向与载料圆盘旋转方向相反,一把固定转速的绞刀与载料圆盘旋转方向相同,两把绞刀轴上的搅拌片埋入物料中,搅拌叶片快速旋转,搅拌器上装有翻料并能将物料铲向圆盘中间的犁耙等附件。搅拌运动示意如图4示意。

3 爱立许强力混捏机结构图

4 爱立许强力混捏机搅拌运动示意图

物料的搅拌混合主要借助于圆盘和叶片不同方向、不同速度的旋转,物料在快速转动的绞刀和圆盘作用下,产生水平和垂直方向的相对运动,使之上下翻转搅动,利用物料和物料之间施加的相互作用力,致使物料产生良好的混捏作用达到快速而均匀的混合目的。爱立许强力混捏机主要性能参数如表1所示。

1 爱立许强力混捏机主要性能参数表

2) 工艺过程如下:

1)干混阶段:将电加热器加热好的物料进行混合,主要目的是将骨料和粉料充分混合均匀。

2)生碎搅拌阶段:干混结束后加入破碎好的生碎进行搅拌,此阶段目的是利用加热好的物料温度将排入物料中的生碎加热软化。

3)湿混阶段:当生碎搅拌结束后,根据配方设定量加入液体沥青进行搅拌混捏。

4)糊料加水冷却阶段:混捏好的糊料由于温度高,不利于成型,需对糊料进行加水冷却到所需温度,同时利用收尘系统将冷却产生的水蒸气排除。

5)排料阶段:糊料达到所需温度后,利用机内底璧刮刀和卸料装置将混捏好的糊料排入圆盘给料机内,以备成型用。

3. 爱立许强力混捏系统生产碳素阴极的优点

国内普通使用的混捏方式是采用颗粒料和粉料一起配料后,投入混捏锅中在绞刀不断搅拌下进行加热、混合1520分钟,温度达到100110℃左右,之后将沥青(140160℃)加入锅中进行混捏3050分钟,温度达到130140℃,混合好的糊料送至凉料设备进行凉料成型。其中有以下缺点:首先,干混效果不理想,干料在混捏锅中处于一种松散状态,搅刀在转动搅拌过程中很难将干料混合均匀。同时,在搅刀强力搅拌过程中,粒子与粒子、搅刀与粒子及锅壁与粒子强烈碰撞,致使大颗粒破碎严重, 3040%。这对配方的粒度分布造成了破坏从而影响阴极制品内部质量。第二,干料是通过在混捏锅内热传导加热的,骨料内外有一定温差。就生产优质的阴极碳块而言,骨料内外温度分布的均匀性是很重要的,这是因为当固体碳颗粒与液态粘结剂接触时,由于固液间的分子引力使液相的粘结剂分子吸附在固相表面,并趋向于有规律的排列,在碳颗粒表面形成“弹性层”,而且当温度足够高时,粘结剂分子会从颗粒表面迁移到微孔中去,把固体颗粒润湿,从而达到更好的浸润效果。所以,当骨料内外温差较大时沥青对骨料的浸润效果降低,影响碳块内部质量。爱立许混捏系统由于采用电阻加热器及强力混捏冷却机,完全克服了上述缺陷。它具有以下优势:

1) 与传统的干料混合方式相比,电阻加热有明显的优势。电阻加热器可容易地对物料作较高温度的预热。与在搅拌中预热相比,时间大为缩短。电阻加热器与常规加热方式有明显的不同, 直流电直接通过物料, 利用物料的电阻在其内部产生热,因而骨料内外温度分布均匀, 物料加热质量得到明显改善。

2) 在普通混捏锅的干混加热过程中,由于大量颗粒被破碎, 因而改变了原有的配方。而在电阻加热器中无需搅拌,骨料只是一个预热的过程,因而可避免骨料的破碎,由于电阻加热器是利用其电阻在材料内部产生热来实现对物料的加热,从电能转换成热能的过程中几乎没有能量损失,因而热效率极高,加上对电热器采用了最优的绝热措施,可以使热能减少到最低程度,电阻加热器加热时间短,又无需搅拌, 因而磨损小,寿命长,维修费用低。

3) 可全部由计算机自动化控制。对不同的产品和物料可采用不同的加热模式及加热能的设定,利用计算机自动计算控制最终混捏温度,从而达到最佳混捏温度及效果。并且整个加热混捏过程全封闭运行, 环境条件良好。

4) 按原来的混捏工艺,干料温度在100110℃之间,140160℃的沥青加至干料中,二者温差达4050℃。当沥青与干料接触后,温差的存在会使得沥青会将一部分热量传递给干料,尽管糊料的温度在升高,但对于沥青来说,温度却是在下降,此时沥青粘度增大,流动性差,对碳颗粒的润湿作用受到影响,吸附在颗粒表面的沥青大部分没有迁移到颗粒微孔中,而是集结在表面。只有到出锅1015分钟左右,混合料温度上升到130140℃,混合效果变好。从时间比例上看,有效混捏时间只占整个混捏时间的20%,湿混效果不好。爱立许强力混捏冷却机对全部物料的均质化只需很短的时间,预热好的干料搅拌60120秒,混合均匀度达95%以上,加入140160℃的液体沥青时物料温度达到140150℃,搅拌610分钟,混捏温度基本不会发生变化即可达到混捏合格程度,这时每个骨料和粉料的表面及内部微孔已均匀地涂上一层融溶的沥青,碳颗粒的润湿作用得到大大的增强。强力混捏机混制碳糊的操作周期一般为1825分钟,混合效果很好,粘结剂的分布状态良好,且因时间短,颗粒破损降至最低程度。

5) 糊料的均匀性对产品质量有十分重要的影响。如果糊料中油量分布不均,料块温度有高有低,料块有大有小,有软有硬,前后两锅料的油量和温度不均都会使压型、焙烧裂纹废品增加。目前所使用的凉料设备使松散而有粘性和塑性的糊料颗粒因相互碰撞、滚动而发生粘结、镶嵌、咬合等作用,形成大小不一而表面相对光洁的滚动性好的椭圆球团,而且凉料温度多靠人为经验判断,一些料团中心和外表温差达1030 ,糊料塑性不一致, 糊料温差大,致使压型品内裂和分层,焙烧品也因毛坯内温度不均而出现裂纹。爱立许混捏系统中,冷却仍是在强力混捏机中进行的。强力搅拌器搅拌力强,均匀细腻,范围广,用强力混捏机直接注水冷却时在持续搅拌糊料的过程中,各处糊料热量的散发是一致的,因而实现了均匀冷却,同时由于系统红外测温仪对糊料温度进行时时检测,并将检测结果传输到计算机系统中,计算机通过设定的冷却温度需求值来控制下水量进行冷却,具有070 ℃的降温冷却空间,保证糊料冷却实际温度达到需求值。

6) 爱立许混捏系统可根据生产不同的产品对各段的混捏工艺时间及多功能变频调速绞刀转速进行调整,以满足不同产品的指标需求,可以适应多种工艺条件及生产多种品种的阴极制品。

7) 由于整个爱立许混捏系统都是全封闭运行,配料量及沥青投入量是靠计算机控制按设定量投入,糊料质量状况要到出糊以后才能进行判断,而普通的混捏锅混捏时可在混捏过程中对糊料质量进行判断并对其调整。所以,爱立许强力混捏冷却系统要求对配料量、骨料的分级粒度、粉料的纯度等要严格控制在标准范围内进行标准化作业。特别是粉料纯度,这是因为粉料的比表面积占配方用量骨料表面积的90%以上。否则当某个参数发生变化,而计算机按既定的程序控制运行时,将会影响糊料的质量。

8) 爱立许强力混捏冷却机结构紧凑,占地面积小,产量大,每小时10t制糊能力,机器设计简单、投资成本低、设备维护成本低、混捏机锅体和搅拌器的磨损量很小。混合盘和筒壁安装有耐磨的衬板, 搅拌器叶片内部用普通钢制造,表面经硬化处理,衬有硬质合金板,增加了刀具的寿命,由于有专用工具,搅拌刀具很容易调整和更换。一般生产25000t糊料左右,刀具表面的耐磨层就会磨损和脱落,此时应该及时的更换新的刀具,或者是应用高强硬质焊条进行补焊,否则将影响糊料的混捏效果。目前该刀具已经国产化成功,费用只有进口件的1/3,而且性能良好。

9) 爱立许强力混捏冷却系统都是全封闭运行,系统具有干法和湿法两套收尘系统,根据系统处于不同阶段而开启或关闭不同的阀门,使整个系统处于良好的净化状况。

4. 结语

阴极配料混捏工序在使用爱立许强力混捏冷却系统后,可按设定好的参数用计算机实现全过程自动化控制。它能够自由的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,而且出料干净,出料后机内不挂料。很好的解决了制备碳素糊料所要求的均温、均质,由于混合效率高,工艺温度高, 沥青对碳颗粒的浸润性好,沥青在糊料中的分布均匀,并且它有070 ℃的降温冷却空间,这样就能保证糊料能在各种情况下正常进行成型,解决了常规使用的凉料方式造成糊料结团,糊料温差大从而致使压型品内裂和分层,影响生块和焙烧块的质量,为提高阴极制品质量提供了保证。

参考文献

[1]Eirich 强力混捏冷却机资料〔Z〕, 2005.

[2]黄启震, 赵永强.炭素工艺与设备[M],冶金工业出版社,1989 第七卷:151

[3]门三泉.挤压成型中糊料力学性状的浅析[J],贵铝科技, 2001,(3):42

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