TS0202-预焙阳极振动成型
案例简要说明:依据国家职业标准和炭素加工技术专业教学要求，归纳提炼出所包含的知识和技能点，弱化与教学目标无关的内容，使之与课程学习目标、学习内容一致，成为一个承载了教学目标所要求知识和技能的教学案例。本案例体现了预焙阳极生产用骨料和粘结剂的选择、预焙阳极产品质量要求、预焙阳极产品质量的影响因素、预焙阳极成型设备及振动成型工艺制度及参数选择等知识点和岗位技能，与炭素加工技术专业及炭素相关专业中炭素工艺学中炭素成型单元、炭素机械设备课程中成型设备单元及铝用炭素生产技术课程中成型操作单元等的教学目标相对应。
预焙阳极振动成型
1.背景介绍
铝电解炭阳极是铝电解生产的“心脏”，其工作和质量状况对铝电解生产的技术经济指标影响极大。诸如能量效率和电流效率，同时也直接影响着铝电解的生产成本；其次，炭阳极质量优劣与铝电解生产过程的稳定性和工人的劳动强度紧密相关；再者，炭阳极在工作中对环境的污染程度已经越来越受到人们的关注，随着世界铝电解技术的快速发展和环保意识的增强，适宜于规模化操作和大型化生产以及环境污染相对较轻的预焙阳极已经成为了世界铝电解技术的主流。某厂使用石油焦、沥青焦为骨料，煤沥青为黏结剂，用振动成型生产预焙阳极。可以满足电解铝厂铝电解槽不同需求。
2.主要内容
2.1预焙阳极的用途和要求
预焙阳极是铝电解生产的“心脏”，预焙阳极参与导电和电化学反应，并直接与具有强腐蚀性的氟化物熔盐接触。将电流导入电解槽，并通过与熔融氧化铝发生反应得到金属铝，因此其工作和质量状况对铝电解生产技术经济指标影响极大。铝电解生产过程的稳定性和工人的劳动强度紧密相关，阳极在工作中对环境的污染程度已经越来越受到人们的关注。电解铝工业对预焙阳极提出如下要求：
图1 预焙阳极及预焙阳极电解槽
（1）要求阳极具有良好的物理化学性能，减少阳极对空气和二氧化碳反应活性，降低炭耗、延长阳极使用寿命、减少电解槽含炭渣量的目的；
（2）要求阳极具有良好的电化学性能，以求达到提高阳极电化学反应活性，降低电解过程中电能消耗的目的；
（3）要求阳极杂质含量要少，以免在电解过程中进入成品而影响产品质量；要求灰分低：小于0.5%, 如石油焦或沥青焦Fe Si Ni V 钒对于碳在空气中的氧化反应起催化作用,它还能使电流效率降低,钒会进入铝中使铝的电导率降低.规定:钒的质量分数不应超过0.02%。
（4）要求阳极质量更均匀、更稳定，以求达到电解槽稳定操作和进一步降低阳极效应系数的目的。
(5)电阻率低。电阻率低有利于降低电能消耗。炭块电阻率—般小于60μΩ•m，炭糊焙烧体电阻率—般小于80μΩ•m。
(6)体积密度大。较高的体积密度有利于抵抗熔盐的侵蚀、降低气体渗透、减少与CO2和空气的反应消耗。炭块体积密度—般不小于1.559/cm3，炭糊焙烧体的体积密度不小于1.359/cm3。
(7)机械强度高。以炭素材料为主体构成的电解槽阳极重达几十吨，在电、热冲击下承重负荷。因此其机械强度要求比—般的炭素材料要高。炭块的耐压强度约为25-35MPa，炭糊焙烧体的耐压强度约为18～28MPa。
2.2预焙阳极生产用原料
铝电解预焙阳极生产原料包括阳极主体组分（骨料）和粘接剂两大部分。
一、骨料
（一）沥青焦
沥青焦是煤沥青经焦化（高温干馏）后得到的固体产物。是一种含灰分和硫分均较低的优质焦炭。它的颗粒结构致密，气孔率小，挥发分较低，耐磨性和机械强度比较高。沥青焦也是一种易石墨化焦，但与石油焦相比，经过同样的高温石墨化后，真密度略低，且电阻率较高、线膨胀系数较大。沥青焦是生
产铝用炭素阳极和阳极糊的原料。铝用预焙阳极对其生产原料石油焦的基本要求是：净度高，即所含的杂质元素含量较低，电阻值低，即导电能力高，抗CO2、空气氧化能力高。
图2 沥青焦图3 石油焦图4 煤沥青（二）石油焦
是主要原料（国内炭素厂普遍采用延迟石油焦，简称延迟焦，炼油厂的炼油渣经过高温加热，采用延迟焦化工艺所得到的产品）。这种焦炭灰分比较低，一般小于1％。石油焦在高温下容易石墨化。石油焦的特性对炭素材料的性能有很大影响。
二、粘接剂煤沥青
糊料成型或压型后的阳极炭块，经冷却后即硬化，并保持成型时的形状。生阳极炭块在焙烧时煤沥青逐渐分解并炭化，把四周的骨料牢固的连接在一起，获得数量多的、高强度的，在骨料颗粒间起连结作用的由沥青生成的焦炭。
2.3预焙阳极生产方法及设备
预焙阳极生产采用振动成型工艺，根据制品的要求，将一定数量的热糊料装入模具内，同时在糊料上部放置重锤，利用机械的高速高频(1000-300次／min)，使糊料受到振幅小、频率高的强迫振动，从而使糊料密实成型。振动成型适应于生产异形产品和长、宽、厚三个方向尺寸相差不大的粗短制品。但振动成型在生产过程中的噪音较大。
振动成型的主要设备是振动成型机。振动成型的设备从工位上分有多工位和单工位。多工位振动成型机是由转动装置带动模具转动，模具与振动台是安
装在一起的，但也可以分离。当一个工位加料时，同时另一个工位进行振动成型，还有一个工位进行模具加热、制品的脱模。各个工位在完成一个工作任务后转到下一个工位工作。现多工位振动成型机多用三工位振动成型机。三工位成型机的三个工位在回转装置上呈120℃的角度分布，在工作中由驱动器带动回转装置的大齿轮使回转装置旋转，由控制器将工位精确定位，使各工位旋转到各自工作的位置。当混捏系统的糊料输送过来后，由电磁振动给料机将糊料给入加料的工位模具中并进行称量，糊料重量达到设定值后停止给料，回转装置启动，将装好糊料的工位模具转至振动工位，同时下一工位转到加料工位。当装有糊料的模具转入振动工位后，振动装置将模具夹紧，重锤下降将糊料压紧，驱动装置启动并带动旋转轴进行振动。振动时间到后，模具与成型好的块一起在回转装置的带动下转入脱模工位。当转到脱模工位时，脱模装置将模具提升后，由推出机构将制品推到制品承接装置上。同时加料工位的模具随之转入振动工位进行振动。另一工位转入加料工位进行加料。
图5 双轴振动成型机示意图
l一储存料斗；2一振动给料机；3一挡料板；4一布料器；5一称量输送小车；6一生坯推出装置；7一加热装置；8一模具；9一减振器；
10一旋转振动轴；1l一振动台；12一模具起升装置；13一真空管；14一重锤；15一重锤起升机构；16一测高编号装置
