预焙阳极振动成型docWord格式文档下载.docx

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案例的操作演示

现场调研、问题讨论、点评、案例分析、讲授、课堂练习、大作业、图片。

案例点评

案例教学可实现现场案例与所学理论知识的有机结合，将书本知识转化为现实工作能力，本案例可迁移到冶金行业用的各种炭块的生产教学，学生通过本案例学习，具有其他品种炭块的生产能力。

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FeSiNiV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

2.4影响预焙阳极成型质量的因素

一、温度对成型质量的影响

（一）糊料温度

流动性过低糊发硬、流动性差密度低；

过高粘结力减弱、烟气大坯裂纹、易变形。

凉料140～150℃↘，成型110～130℃。

挤压成型经验油大低（温）下，油小高下；

上锅料油大，这锅高下；

上锅料油小，这锅低下；

冬天高下，夏天低下。

挤压成型还应注意料室（模具）温度（连续振动，开始预热80～100℃，后120～130℃；

间歇生产，模具加热，保持120～140℃（高于糊5～10℃）；

挤压的压嘴温度影响表面光滑、减少裂纹，高出现表层软，粘结力减小，横纹、头断裂；

低则出现摩擦力大，麻面、内部分层。

所以一般嘴子温度为130～160℃。

二、糊料状况对成型质量的影响

（一）糊料塑性

糊料塑性好，流动性好，成型时内聚力和内摩擦力较小，糊与模壁外摩擦小，便于成型，粘结力强；

过大，裂纹变形；

塑性差，反之，糊间粘结力小，造成生坯干散、掉块，裂纹，废品多。

（二）骨料颗粒的影响

颗粒细，比表面积大，摩擦面大，需增加压力，弹性后效大，易开裂。

颗粒粗骨架，抗热震强，密度、强度低，表面粗糙形状不规则的颗粒，机械咬合和桥架作用大，可互相楔入，减小弹性后效，提高密度和强度；

形状规则、表面平滑的颗粒：

机械咬合和桥架作用小，制品分层，强度降低，弹性后效增大。

弹性后效会导致坯体产生裂纹、变形。

（三）糊料特性

细颗粒内应（聚）力储存大，颗粒表面性质机械咬合及桥架作用。

颗粒表面光滑、规则，机械咬合小及糊硬度大，塑性差（温度低、粘结剂少）应力大，弹性后效大。

（四）成型压力

随压力增大而增加（若颗粒粗糙、糊塑性好时压力影响不大）。

施压快，应力储存集中。

弹性后效一般产生于脱模后，或放置一段时间。

（五）粘结剂用量对成型质量的影响

粘结剂用量过大，流动性好、塑性好、易成型－变形，焙烧迁移、增孔。

过少，塑性差、密度低、表面粗糙。

2.5工艺路线

一、操作工艺

振动成型的工艺流程比较简单，糊料自混捏工序输送到储存料斗内，经给料机（电磁振动给料机或圆盘给料机）输送到称量斗内（一般为带称重装置的输送小车），当糊料达到制品重量要求时，停止给料，由称量小车将糊料下到模具内，称量小车离开加料位后，重锤下降到模具内将糊料压紧后，振动电机高速运转带动偏心振动轴旋转产生振幅，在规定的振动时间后，停止转动，脱模后将生制品产出。

工艺流程如下：

自混捏输送来的糊料一保温储存料斗一给料机一称量料斗一模具一振动成型一脱模一生制品。

二、操作要点

（1）振动时间应根据炭块重量尺寸来确定，时间太短，体积达不到，时间太长，浪费时间，浪费能源。

（2）模具温度应与糊料温度接近，太高炭块脱模后表面显油、光亮，焙烧后易产生裂纹，粘结填充料。

（3）调节好适合本产品的振幅、振频。

（4）振动成型时要求糊料呈散沙状，流动性好，不呈团状。

（5）本阶段沥青用量多少都影响炭块的成品率，沥青太少振不下去，易产生裂纹；

太多焙烧时易变形、粘料、产生裂纹。

3.分析路径

该案例是铝用炭素材料中预焙阳极的振动成型生产案例，本生产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。

根据国家职业标准关于炭素成型工种要求，对应教学目标，从此生产案例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。

采用现场调研、问题讨论、点评、案例分析、讲授、课堂练习、大作业、图片等手段，引导学生通过自学、讲授、讨论、对比等方式学习采用预焙阳极振动成型操作生产某一规格的预焙阳极制品时，对于同一配方，振动成型所需黏结剂用量较挤压成型所需量减少1-3%。

振动成型时糊料基本不呈团块，大多数呈散粒状，流动性好，不必凉料，糊料温度高，振动内摩擦力小，流动性好，有利于密实等优势。

使学生牢固掌握预焙阳极生产用原料、铝电解工艺对阳极炭块的质量要求、振动成型设备的结构及操作要点、预焙阳极成型生产操作与控制和影响阳极炭块产品质量的主要因素的知识，掌握一定规格的预焙阳极生产用原料的选择技能、振动成型设备的操作及维护技能和振动成型的控制技能，达到教学目标要求。

学生走上工作岗位，满足社会技术进步对预焙阳极质量提出日益苛刻的需求。

在经过理论知识学习和实习教学，通过计算机仿真和现场教学，将在学校所学知识转化成能力，引领学生制定预焙阳极生产操作要点既是一个典型工作任务，也是一个代表性工作任务。

下面以预焙阳极振动成型为例，说明该制品案例教学、现场教学的经过。

4.目标教学

（1）了解预焙阳极生产用原料及粘结剂的种类、性能及生产方法；

（2）掌握预焙阳极振动成型的操作要点；

（3）掌握预焙阳极振动成型后生坯检查标准及的理化指标；

（4）学习综合考虑预焙阳极质量保证的措施，根据设备、原材料，选择振动成型工艺路线；

（5）全面复习所学知识，并将知识转化为能力。

5.教学方法

现场调研、问题讨论、点评、案例分析、讲授、课堂练习、大作业。

具体教学过程设计如下：

5.1课前计划

（1）学生掌握知识：

预焙阳极生产用原料和粘结剂、成型工艺及设备，理化指标；

（2）学生分组，指定组长；

（3）进行现场教学准备，包括安全教育、劳保用品、行走路线，现场兼职教师，现场教室等；

（4）安全教育，教师带领学生下厂调研，记录预焙阳极成型工艺参数，收集生产相关资料；

（5）学生根据所学知识和实习、调研中获得的资料，总结生产的操作要点；

（6）与技术人员交流，请技术人员准备讲授预焙阳极生产中出现的事故。

（7）教室设置成学习岛，准备投影，为每组准备2张0开白纸，大号记号笔1支、作业纸每人2张。

5.2课中计划

（1）学生按小组就座学习岛周围，选举记录人、发言人。

（2）采用头脑风暴法，每人总结一条操作要点，按顺时针顺序轮流发言，记录人将操作要点在0开白纸上按原料、加工、设备、理化指标分工序记录。

要求每人发言，可以轮空，直到所有人员无法补充为止，时间15～20分钟；

（3）整理完成后，小组发言人上台展示0开白纸上的记录，并向全体师生汇报交流钢种操作要点；

发言学生汇报完成后，同组学生可以补充。

汇报完成，本组自评，其它组进行点评打分，现场技术人员参与对学生汇报的操作要点评价，指出优点和不足，每组时间8～10分钟；

（4）技术人员讲授实际生产该类制品事故案例，时间20分钟；

（5）教师讲授制品用途、性能要求、成分控制要求，生产操作要点，时间45分钟。

5.3课后计划

布置作业，见6.3。

6.思考题及考评

6.1课前思考题

布置课前思考题，保证学生下厂调研知道找什么材料、看什么操作、思考为什么如此操作。

（1）预焙阳极原料、质量有哪些要求？

（2）生产预焙阳极岗位有哪些关键的操作要点？

（3）生产预焙阳极岗位有哪些影响因素？

（4）成型方法是什么，与模压成型有什么区别？

（5）半成品检查标准？

6.2课堂练习

1.以下哪些属于我厂铝电解槽的类型（）。

A.预焙阳极B.自焙阳极C.预焙阳极和自焙阳极

2.炭素材料用于冶金工业中钢铁冶炼、炼铝的（）材料

A.结构B.炉体C.电极、内衬D.顶部

3.振动成型机的偏心子振动时方向（）

A.彼此反方向旋转B.彼此同方向旋转

C.无规则旋转D.以上均不对

4.经常使用的成型机为（）振动成型机。

A三工位转台式B单工位C滑台式D以上均对

5.压型得到的生坯相当均质，而焙烧各部位的性质却相差较大，这是由于煤沥青在焙烧中物理迁移造成的焙烧废品。

（）

6.小规格制品要比大规格制品的粘结剂用量多一些。

（）

7.振动成型糊料塑性可以差一些，因此粘结剂用量可以相对少些。

8.粘结剂用量较多时会使生制品挤出或脱模后容易变形。

6.3课后作业

课后作业，复习巩固知识、提升能力。

（1）记录10块以上预焙阳极的振动成型操作数据。

（2）结合自己调研结果，画出预焙阳极生产工艺操作流程图，并说出操作要点。

6.4评价建议

学生考核评价实施表

评价方式

评价内容

评价结果

得分

过程性

评价

（100%）

学生出勤（10%）

迟到一次及以下

8~10

迟到三次

5~7

缺勤

课堂参与

（50%）

小组评价

（20%）

小组合作融洽，讨论能达到预定的目标

16~20

小组合作比较融洽，讨论基本达到预定的目标

10~15

小组合作相对融洽或不融洽，讨论未达到预定的目标

1~9

展示评价

展示内容全面，条理清楚、语言流畅

4~20

现场教学

（10%）

遵守现场规章制度，有良好的安全意识。

0~10

完成作业（30%）

思路清晰，格式规范，内容正确

自我评价（10%）