舒 健

（宁夏能源铝业青铜峡铝业分公司，宁夏 银川 750001）

决定碳块消耗周期的关键因素为其密度，为了更好满足当前生产工艺中对碳块消耗周期的现实需求，需要落实碳块密度的增加。此时，可以通过在碳块成型过程中展开振动，并施加预压力实现。基于此，要对现有的振动成型机展开改造升级。本文提出一种基于底部气囊的振动成型机技术改造方案，以此实现碳块颗粒之间空隙的进一步缩小。

1 振动成型机的原理分析

加压振动成型机主要由以下几部分构成：糊料输送装置、均温凉料装置、计量供料装置、成型模具装置、振动成型装置、恒压加压装置、提升导向装置、辅助机架装置、入水冷却输送装置、抽真空系统、液压控制系统、电气控制系统。实践中，主要被应用于较大、长度较长（截面为圆形或矩形）的石墨电极和碳素电极制品的生产。其运行原理如下所示：在振动平台下方悬挂的旋转轴上偏心振动子支持下展开振动；运行中，偏心振动子带动平台发生振动，并促使平台上方模具内放置的物料产生振动；联合上部重锤，推动物料完成重新排列，最终完成生产。依托振动成型机，能够更好消除物料内部相互之间存在的摩擦力，提升石墨电极和碳素电极制品的生产效果[1]。

2 基于底部气囊的振动成型机预加压设计

2.1 底部气囊预加压改造

2.1.1 总体设计

对于振动成型机来说，其运行的环境条件恶劣程度较高，通常会在粉尘与高温的情况下运行。在振动成型机处理的物料中，包含着温度在165℃左右的沥青，因此需要保证振动成型机所有结构对高温的耐受性。在本次技术改造中，所需要的液压动力、气源等均接驳于原本的设备之上。

本次振动成型机技术改造的主要内容如下：在原有的振动成型机（型号：EU06 振动成型机）的重锤上方位置，落实外罩体的加设。该外罩体的材质为钢材，结构为框架结构，穿过重锤提升轴后，直接覆盖在振动成型机的重锤上方。在外罩体内加设气囊，将其设置于外罩体与重锤的中间部位。为了保证气囊的稳定性，主要在法兰的支持下完成气囊与外罩体之间的固定。重锤安置于端面的上方位置，其提升轴能够与外罩体上方的端盖导向盖向配合，在沿着重锤提升的方向展开位移。此时，外罩体所承受的力为气囊预压重锤的反向作用力，促使外罩体在重锤移动的作用下，实现同方向的上升与下降。

此时，经过本次技术改造后的振动成型机中所包含的关键构件主要有：重锤提升轴、内锥套、气囊上盖、气囊、重锤罩（外罩体）、气囊下踏板、锁紧油缸、压模、重锤、下模腔。

对于在实际的生产中所使用的成型模具来说，不同规格模具之间的差别主要集中于长度与宽度方面，所有成型模具的高度均保持一致（均为1150mm ～1250mm）。因此，在确定外罩体下方的尺寸时，笔者主要参考成型模具的最大尺寸完成设计，并将不同规格成型模具的口部设置为相同的椎体导向尺寸，确保所有模具均能够更好适应同一尺寸的外罩体。

2.1.2 运行流程

依托上述设计，经过技术改造后的振动成型机运行流程如下所示：随着重锤的上升与下降，外罩体进行同方向运动，即振动中，外罩体沿着重锤提升轴实现下降，在其与模体上方接触并紧密贴合时停止继续下降。同时，设置于外罩体两侧的油缸迅速切换至开启状态，实现外罩体与模具相互位置的固定（锁紧），促使两者构成一个腔体结构。随后，气囊展开充气操作，推动重锤，使预加压压力作用于物料。在此过程中，外罩体内部所产生的空气由其上端得的出气孔排出，促使物料颗粒之间的空隙进一步降低。需要注意的是，①外罩体中设置的出气孔与外部环境直接连接，整个排气过程属于常压自然排气[2]；②外罩体中设置的出气孔与抽真空系统连接，整个排气过程属于负压排气。

2.1.3 结构优化设计

理论上，在重锤重力的作用下，重力提升轴呈现出自然下垂的状态，与水平面基本保持垂直状态。而实际上，存在着重锤提升轴与外罩体提升轴导向套相互干涉的问题，造成此现象的原因在于模具上下的平行误差、振动工作台平面的水平程度发生改变、重锤提升轴导套与外罩体平面之间存在垂直误差等等。此时，重锤提升轴与轴套之间出现局部磨损的概率明显增高，导致气囊容易发生漏气，其更换以及检修的频率大幅增加，即后续维修养护的难度与工作量加大。为了解决这一问题，在本次振动成型机的技术改造中，主要对重锤提升轴导套展开了优化设计，将其上方的外圆调整为SR 球面，并加设内球面压盖。依托这样的设计，促使重锤提升轴与外罩体上端盖在球面处维持在浮动的状态；当重锤提升轴处于自然下垂状态时，其能够与外罩体的上方盖可以在一个较小的角度内实现偏摆[3]。

基于此，在振动成型机的运行中，这样的偏摆能够对由于多种误差所产生的影响进行抵消。

2.1.4 技术改造设计方案对比与优势

为了实现预加压，还需要在振动平台上方设置气囊，依托气囊充气促使其上方的混合物料颗粒之间的空隙降低，即依托震动平台（含气囊）与重锤之间的间距缩小推动混合物料密度的增加。这样的设计与在重锤上方设置气囊（本设计方案）能够达到相同的效果。但是，结合上文的分析可以了解到，在碳块生产中，其整体环境的温度较高，且放置于振动平台上方的混合物料中包含165℃的沥青。此时，若是直接将混合物料放置于气囊上方，则极容易引发气囊的烫伤、破裂、损坏。因此，使用这样的方式展开振动成型机的技术改造时，必须要在气囊表面设置抗高温保护层。而这样的操作势必会导致技术改造成本、难度大幅提升，同时，也增加了混合物料与振动平台之间的距离，致使振动效果难以达到理想状态。相比较来说，使用在重锤上方设置气囊的振动成型机技术改造方式更容易操作，且改造难度、成本较低，可操作性强，可以保证振动成型机原有的混合物料振动效果，维护碳块实际生产质量。

将经过技术改造的振动成型机（型号为GS600 振动成型机）投入碳块的实际生产中，对比原有振动成型机（未经过技术改造）生产的碳块质量，结果显示：经过技术改造后生产出的碳块密度更高，且电阻率、孔隙率更低，具备更强的导电性能。同时，依托本文提出的改造方案所构建起的振动成型机，其后续维修养护工作量较低，故障发生率、改造与运行成本更小，可以在更短的时间内达到高密度碳块生产的要求，生产振动周期在40s ～50s 之间，因此有着更优的经济效益。

2.2 振动成型机底部气囊预加压技术的实现

2.2.1 动作顺序的设计

该系统的运行顺序为：重锤与外罩体同时下降；外罩体与下模紧密贴合；油缸夹紧（锁紧）；气囊进气，压力在0.15MPa（若此时发现重锤下降超过气囊的最大行程时，控制气囊进气自动关闭）；振动台启动，并延迟30s 后，展开气囊的再次进气，压力在0.25MPa；发出振动完成信号，控制气囊排除气体；油缸松开；重锤与外罩体同时上升，促使油缸提升，并展开下一次循环。

2.2.2 气动系统的设计

在本次振动成型机技术改造（气囊预加压改造）中，仅对重锤展开了预加压。若需要在此基础上引入抽真空系统，则必须要单独进行密封。对于在本次改造中使用的气囊来说，使用了两级进气的方式，具体有：在低压状态下（即0.15MPa），气囊下部与重锤的上部始终稳定在紧密贴合的状态；在工作状态下（即0.25MPa），气囊会落实对重锤的施力。此时，气动系统的主要参数有：气源压力稳定在0.35MPa、气囊的最大行程控制在395ms、气囊可耐受的最高温度为180℃、系统压力稳定在16MPa。

3 总结

综上所述，为了更好满足当前生产工艺中对碳块消耗周期的现实需求，要对现有的振动成型机展开改造升级。相比于在振动平台上方设置气囊的方案来说，将气囊设置于重锤上方的预压力效果更优、技术改造成本与难度更低，结合外罩体的加设，保证了振动成型机的工作效率，并明显推动了碳块密度的增加。