技术|炭阴极成型工艺之挤压成型

炭阴极成型有三种工艺：挤压成型、振动成型和模压成型。

挤压成型适合于小断面制品的生产，有利于提高生坯的表观密度，在铝用炭素阴极制造中，一般选用固定料室挤压成型机，间歇挤压。

挤压机示意图

1-机座；2-后模梁；3-加料斗；4-料室；

5-真空罩；6-型嘴；7-挡板

挤压工艺过程通常分为5个步骤：凉料、装料、预压、挤压、冷却。

过程的工艺参数主要有：凉料温度、料缸温度、模嘴温度、挤压压力、预压压力和挤出速度等，各工艺参数直接影响挤压制品的质量和产量。

一、凉料    

由混捏锅出来的糊料不能直接装入挤压机的料室中，而是采用圆盘凉料机或圆筒凉料机进行凉料。

凉料的目的是使糊料充分排除其中的烟气和冷却到一定的温度。

凉料时间的长短要根据糊料中粘结剂的用量、混捏出锅糊料的温度、糊料的塑性状态等综合考虑。

通常粘结剂的用量多，糊料出锅的温度高，糊料塑性大，则凉料的时间应适当长一些，反之凉料时间应短一些。

二、装料    

装料前应先用挡板将模嘴出口堵上。

为了使糊料始终处于塑性状态，料缸应用蒸汽或有机热介质加热。

使用中温煤沥青的糊料，料缸温度应在100℃左右；

使用高温或改质煤沥青的糊料，料缸温度应控制在110-120℃。

装料时要压实，并抽真空。

三、预压    

预压可以有效提高阴极炭块的表观密度。

当一锅料全部装入料缸以后，在挡板的隔离下先对糊料进行短时间的施压（一般压力14-20N/mm²，施压时间1-3min），这一过程称为预压。

这时由于模嘴出口被挡板堵塞，糊料无法被挤出，处于绝对受压阶段。

预压的目的是压实出缸前的糊料，充分排除糊料中的烟气，提高产品的密度。

提高预压压力，有利提高产品的密度，但对于提高产品的机械强度效果不明显。

预压压力不可太大，过大的预压，若超过炭质颗粒的强度，就会导致颗粒料破裂。

这样不仅会破坏原来配料的粒度组成，同时还会因颗粒破裂面未被煤沥青浸润而降低产品的机械强度。

四、挤压    

预压完成后，将堵塞模嘴口的挡板落下，继续加压，使糊料从模嘴口挤出来。

这时，挤压压力的大小取决于糊料的塑性、挤压变形程度、料室中糊料数量、挤压速度、生制品横截面形状和模嘴的结构及其表面状况。

挤压压力主要取决于糊料的塑性状态。糊料的塑性好，糊料对料室壁和挤压模嘴壁的摩擦阻力小，挤压压力可以低一些。

当挤压变形程度增加时，糊料通过模嘴所需压力增加，挤压压力也就大了。

料室中糊料数量越多，它与料室及挤压嘴壁的摩擦阻力愈大，所需挤压压力也大。随着挤压的进行，糊料逐渐减少，挤压压力也随之下降。

作用于主柱塞上的变形力必须超过糊料的流动极限应力才能使糊料变形，糊料的挤压速度越快，所需变形力越大，相应的挤压压力也越大。

圆形截面具有较小的周边长和平滑的外形，圆面具有较小的摩擦表面和摩擦阻力，所需挤压压力较小；方形和异形截面都具有较大的摩擦表面和摩擦阻力，需较大的挤压压力。

挤压模嘴锥形部分最佳顶角为45℃，采用此角度时，所需挤压压力要比采用小顶角时小30%左右，增大顶角会增大成型压力。

挤压嘴的圆筒部分约为模嘴全长的1/3-1/2，增加圆筒部分长度会显著增大挤压压力，而对生制品的密度增加并不显著。

五、冷却    

从模嘴挤出生坯的温度较高，仍处于软化状态，需要马上进行强制冷却，以防止坯体变形。

冷却的方法主要有水淋法和浸入冷水法，未经充分冷却的生坯，不能搬动或堆放处理，否则容易产生变形。

以上是挤压成型的相关工艺，目前我国多数小型炭素企业生产铝用炭阴极以模压成型为主，特别是生产侧部炭块时。随着技术的发展，在铝用炭素阴极制造行业较普遍采用了振动成型机，主要是因为振动成型机具有生产大规格及形状复杂的炭素制品方便的特点，关于这两种工艺我们将在后续文章中连载，若您有不同意见和看法，欢迎留言或私信进行交流！