成型设备

英文

forming equipment

简介

将炭素糊料在外部压力作用下产生塑性变形而成为具有一定外形及较高密度生制品的设备。成型设备是炭和石墨制品生产过程中的主要设备之一。工厂里常用的成型设备有挤压成型机、模压成型机、等静压成型机和振动成型机。

挤压成型机 挤压成型机是炭素工业可供石墨电极成型的专用设备之一，对于电弧炉炼钢用电极，由于其特殊工艺的要求，因此大多数炭素厂采用挤压成型机挤压成型。(见彩图插页第15页)

工作原理 将混捏机充分混捏好的电极糊料送到凉料机，凉到工作温度后，1次或分两次加入挤压机料室，经压实、抽真空，然后将料室回转90°成水平状态，主柱塞开始预压，以便进一步使糊料中的粒子通过变径段后都成轴向排列，达到规定时间后抽出挡板，挤压机开始挤压，挤压机前面的自动剪切机根据所需长度自动剪切，生坯电极即翻入冷却辊道冷却。挤压机不停地连续挤压，直至将料室中糊料挤压完。

挤压成型机主要有固定料室，旋转料室和双料室等结构;料室与型嘴之间有分离的和联结的两种。

20世纪80年代前，我国使用的压机，基本上属

图1 固定料室电极挤压机

1—机座;2—后横梁;3—加料斗;4—料室;5—真空罩;6—型嘴;7—挡板;8—自动剪切机

于固定单料室结构，它的主机结构见图1。

卧式的料室上附有加料口，压实和挤压都是由主柱塞上的挤压头完成的。由于料室固定，加入的料有上松下密的现象，虽然糊料的可塑性较好，但电极在变径段成型中，未必能得到均匀的收缩，这就影响了电极的内部质量。这种挤压成型在挤压中不能连续挤压，因为当挤到规定长度时，必须瞬时卸压到某一值，以免电极的惯性将型嘴口的固定切刀挤坏，所以当主缸瞬时卸压时，主柱塞挤压头受压力的剧变，会产生微退，将正在成型的电极受到振动，而可能使振动处产生裂纹，(如选用自动剪切机就不会产生这问题)其次挤压头与料室周壁间隙大于2 mm，所以反挤压出来的糊料较多，浪费较大。

固定料室挤压成型机因是间歇挤压，所以产量也没有连续挤压的高。旋转料室电极挤压机，具有立式加料卧式挤压的特点，这是总结了固定料室加料不均匀的缺点后改进的。

旋转料室挤压机既要垂直加料，又要完成水平挤压，所以必须使料室回转90°，这就要求挤压机的结构设计得灵活可靠，不能为此而使它显得复杂和难于操纵。

35MN旋转料室电极挤压机(图2)是中国目前新型的大兆牛挤压机。它与国外同类型挤压机有所区别，主要在于立式加料压实装置上、不考虑较大兆牛的预压，而是充分利用主缸的压力进行预压和挤压的，从而使加料压实装置简化，也减轻了挤压机的造价，并且使主机结构更为协调和完美。不难想像，压实装置上考虑预压时，将使立式压机的结构显得更为臃肿。

设备组成 旋转料室挤压机由压机本体、油泵站装置、电控系统等组成：

(1)压机本体。由旋转料室装置，料室与型嘴快
速夹紧装置、料室抽真空系统、主缸、回转缸、自动剪切装置、托板缸，前横梁与挡板、机座等
组成。

主缸推动挤压头对物料进行预压和挤压;回转缸将挤压头带回到初始位置;自动剪切装置也称随之动剪，一边挤出电极一边进行剪切，从而保证连续挤压作用;托板缸是在料室立捣时，托板挡住型嘴口，以便保证捣实。前横梁上装有挡板，保证预压时挡住型嘴口，挤压时挡板落下，以便电极挤出。

(2)旋转料室装置。料室
是主机中的关键部分，一般有旋转轴受力和前横梁受力等结构。

旋转轴受力时，则旋转轴和左右机架设计得很大，这对制造和维修带来较多困难，前梁受力，虽加大了前梁的制造质量，但操作工艺成熟，它在加料压实后靠主缸真空罩之力将料室向前移动5mm，使嘴套体上的两翼紧贴前梁的弧形垫上，将全兆牛的挤压力传递给前梁，而旋转轴只承受型嘴部分的自重，因为在压实时上面的加料缸与下面的托板缸压力是相等的，所以不受挤压力的影响。

(3)料室与型嘴的快速夹紧装置。固定料室与型嘴的夹紧装置是靠两者法兰边上的斜度夹紧的，夹紧用的上下卡箍也同样带有斜度，
但两者的斜度往往不易达到设计要求，因此挤压糊料会从斜度空隙中溢出，在调换型嘴时，不仅劳动强度大，尤其当糊料从斜面溢出，粘在一起时，更不易拆下。

新结构的夹紧装置是采用液压传动的，它有液压缸，微调撞块和夹紧圈等组成，液压缸与撞块固定在支承面板上，支承面板与料室连接，而移动块与夹紧圈是与嘴套连接，嘴套上有特制的梯形螺纹，而右端料室是环形槽。当调换型嘴时，液压缸活塞向前推进，将夹紧圈转动15°，这时原与嘴套夹紧的螺纹松开，便由嘴套行走机构将嘴套从带槽的螺纹中退出，反之便将嘴套夹紧。整个调换时间从旧式结构的几小时缩短到几分钟，又省去了繁重的体力劳动。

(4)型嘴变径段曲线的设计。型嘴变径段曲线的设计，从某种角度来讲，它的成功与否，关系到挤压机的成功与失败。

以往卧式电极挤压机型嘴曲线是单一的圆弧曲线，设计很简单：料室直径是常数，生坯电极的直径是变量，变径段长度也是固定的，设计者几乎只需将大小直径之间用一根圆弧连起来便成了变径段的曲线。这根曲线在中国沿用了几十年，直到80年代初，兰州炭素研究所黄启震经过长期的科研，并统计了大量压制品的生产数据，得到了一个可控制压型裂纹废品率的参数——特征挤压时间。同时又对国外型嘴曲线进行研究和计算，觉得国外型嘴变径段较长。而准直段较短，整个型嘴曲线可作多段圆弧曲线连接而成，没有奇点，过渡光滑。从而变径段设

图2 旋转料室电极挤压机

1—回程缸;2—主缸;3—真空排气管;4—挤压头;5—料室;6—压实真空罩; 7—型嘴;8—自动剪切机;9—机座;10—旋转油缸;11—托板缸;12—前梁与挡板

计从理论上可总结为：

1)从料室过渡到型嘴变径段(即喇叭口)是一个“导引段”。顾名思义是将料室中的糊料在适当的圆弧中顺利过渡到变径段，不至于再产生死角而将糊料中的颗粒挤压碎。

2)糊料在喇叭形的变径段中定向压缩称为“压缩段”。压缩段中按一定标准可划定——“强压段”，糊料在强压段中的平均停留时间的长短是影响电极质量的主要因素之一。

3)平均停留时间与强压段压缩比的乘积称为特征挤压时间，又称“双湾时标”，可用以判断型嘴设计的优劣。

4)电极经过压缩段后成型的直筒部分称“准直
段”。

根据实践和理论计算，黄启震提出了中国的型嘴曲线——双湾时标曲线。中国上海重型机器厂将这根曲线设计到大型旋转料室电极挤压机中，为了保证曲线的正确性，工艺上采用数控机床加工，经中国兰州炭素厂等使用，生坯合格率提高了，体积密度也比原有挤压机提高得多。

(5)料室的抽真空系统。抽真空是电极成型工艺的必要工序，这是因为散状的块粒糊料，加入料室后在压实和预压中，煤沥青烟气如不从块粒中间排除，必将产生气孔而影响电极质量，抽真空还可以增强生坯电极的体积密度和减少生坯电极在焙烧中产生微裂纹的倾向，这对高质量大规格电极的制造极为重要，也是衡量挤压机是否先进的必备条件。

抽真空装置由真空泵、真空罐、真空电磁阀，压实真空罩和主缸真空罩等组成。在糊料压实或预压抽真空时，盖上各自的真空罩，接通电磁阀，约30min，抽到10～20 kPa真空度，当压实或预压结束时，关闭电磁阀，接通另设的电磁阀，使料室通大气，以便打开真空罩。

当挤压完后，挤压头回程时，由于挤压头与料室之间的周壁间隙较小，更在往复运动中挤压环上已粘附上一层薄薄的糊料，因此回程时，糊料与挤压头之间，会变成真空，有可能将留在型嘴中的糊料拉松，产生裂纹，这是工艺不允许的，为了克服这个缺点，挤压头中设计有特殊的进气阀，当挤压头回程时，操纵气阀，0.6 MPa气压冲开挤压头端面的挡板进入料室，破坏其中真空，消除糊料与挤压头的粘附力，这样就不至于将已压实的糊料拉松，进气阀与糊料之间的挡板，还起到防止糊料在挤压过程中渗入进气阀。由于气压的进入，增加了回程力，使加热的挤压头更便于回程。

(6)油泵站装置。选用油泵站直接传动。高压油泵为轴向恒功率压力补偿油泵，它满足挤压机低压时大流量，高压时小流量的特性。阀组采用二通插装阀，这是80年代国际新发展的液压元件，它有渗漏少、结构紧凑、管道少、功能齐全的优点，特别适用于大型液压站的管道部分。挤压速度由比例流量阀进行无级调速，它所输出的流量，是随输入电信号的大小变化而变化的，操作人员只需在操作台上控制输入的电信号，就可无级调节输出的流量。

(7)程序控制器控制(P.C控制)。由于P.C是靠程序语言输入来决定控制系统，它对挤压机的机械动作和生产工艺的变动非常方便，只要通过键盘修改程序，而无需改变电气接线。

P.C控制可实行半自动、手动和点动工作，但点动操作只在维修和调试时用，无联锁要求，故平时不宜点动操作。

整个循环按5个工况进行：1)加料准备阶段;2)压实阶段;3)料室回转到水平和预压阶段;4)挤压阶段;5)挤压机回程。

电极挤压机发展趋势 在发展趋势上，旋转料室是方向。而25 MN以下的电极挤压机，则重点在技术改造上，如将原水压传动改为油压传动。

中小型压机还应考虑压制大规格电极的可能性，如φ1200 mm料室，挤压φ750 mm电极，或更大的规格，因此在型嘴变径段曲线上加以研究与实践。

但电极挤压机总的趋势，将向旋转料室方向发展，至于挤压机的大小，可按冶金工业所需来定。近阶段最大的电弧炉为150 t，选用φ600 mm超高功率电极，而35 MN电极挤压机可挤压φ700 mm电极，所以无需更大的电极挤压机了。

1989年中国冶金工业部曾对成型设备中的电极挤压机提出要求，无论是引进还是自己制造，必须满足以下条件：

1)主机结构应是立捣卧挤的旋转料室结构;

2)型嘴变径段的设计应符合“双湾时标曲线”;

3)压实与预压要具备抽真空装置;

4)料室、型嘴、挤压头应有可调的电加热装置;

5)挤压机能连续挤压和同步自动剪切;

6)液压传动选用高压油泵直接传动，配有插装阀和比例流量调速阀;

7)电气系统要有可编程序控制器控制。

中国与国外同类型电极挤压机的比较 从目前使用的同类型挤压机中极大部分是旋转单料室结构，但80年代贵州铝厂从日本引进的30 MN挤压机的料室与型嘴是分离的，预压时中间有预压板挡住，挤压时抽出预压板。该挤压机专压炭块。

90年代初，上海炭素厂从德国引进的30 MW挤压机，它的料室与型嘴是联结的，但不是用液压快速夹紧装置，仍是用卡箍联结。该挤压机结构紧凑、立捣部分可预压，属耳轴受力;油泵站设在主机尾部顶上，噪声较大;同步自动剪切较平整，真空度抽得也较高。

世界一些国家同类型电极挤压机主要技术参数见表1。

中国固定料室电极挤压机主要技术参数见表2。

表1 世界一些国家同类型电极挤压机主要技术参数表