氧化鐵粉下料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與改造

賈新見

（1.中國(guó)平煤神馬集團(tuán)開封炭素有限公司，河南　開封　475002；2.河南省石墨材料工程技術(shù)研究中心，河南　開封　475002）

氧化鐵粉下料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與改造

賈新見

（1.中國(guó)平煤神馬集團(tuán)開封炭素有限公司，河南開封475002；2.河南省石墨材料工程技術(shù)研究中心，河南開封475002）

在石墨電極的生產(chǎn)過程中，氧化鐵粉下料系統(tǒng)故障會(huì)引起配料精度下降，影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。基于此，通過對(duì)氧化鐵粉下料系統(tǒng)的技術(shù)改造，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的系統(tǒng)堵塞而無法正常下料的技術(shù)難題，提高了配料精度和產(chǎn)品質(zhì)量。

氧化鐵粉；下料系統(tǒng)；改造

在炭素制品生產(chǎn)工藝中，都是將煅后普通石油焦、煅后國(guó)產(chǎn)煤系針狀焦、進(jìn)口煤系針狀焦、優(yōu)質(zhì)油系針狀焦等作為主要生產(chǎn)原料。由于這些焦炭具有揮發(fā)分含量高、硫含量高等特點(diǎn)，制品石墨化過程中會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的氣脹現(xiàn)象，造成產(chǎn)品開裂報(bào)廢，影響產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成品率，提高生產(chǎn)成本［1］。為了抑制氣脹現(xiàn)象，減少裂紋廢品，多數(shù)石墨電極生產(chǎn)廠家在設(shè)計(jì)生產(chǎn)配方時(shí)，需要加入一定量的氧化鐵粉，一是作為石墨化過程的催化劑，二是作氣脹抑制劑［2］。該方法有效地提高了石墨電極石墨化過程的成品率。

本文通過對(duì)現(xiàn)有粉料下料系統(tǒng)改造，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的氧化鐵微分容易在下料筒中形成堵塞而無法正常下料的技術(shù)問題，提高了配料精準(zhǔn)度和生產(chǎn)效率，穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量。

1　氧化鐵在炭素生產(chǎn)中的作用

氧化鐵為棕紅色或黑色無定型粉末，熔點(diǎn)1 565℃，分子式Fe2O3，是一種低級(jí)顏料，工業(yè)上稱為氧化鐵紅，主要用于油漆、油墨和橡膠工業(yè)，也可作為催化劑或玻璃、寶石、金屬的拋光。

1.1氧化鐵作為氣脹抑制劑的技術(shù)要求

在國(guó)內(nèi)外石墨電極生產(chǎn)中，即使采用硫含量很低的石油焦，配方中一般都加入1%左右的氧化鐵，其目的主要是抑制石墨化過程中的氣脹現(xiàn)象，有利于減少裂紋廢品。20世紀(jì)80年代末以前，中國(guó)各炭素廠主要生產(chǎn)直徑500mm以下的普通功率石墨電極，一般不加入氧化鐵，隨著直徑500mm以上高功率、超高功率石墨電極的生產(chǎn)不斷擴(kuò)大，以及采用內(nèi)串石墨化進(jìn)行石墨化后，氧化鐵作為氣脹抑制劑的使用越來越普遍。其主要技術(shù)要求如下：①Fe2O3含量（%）≥97；②氯化物含量（%）≤0.3；③水分（%）≤0.5；④粒度（mm）≤0.075。

1.2氧化鐵緩解氣脹的作用機(jī)理

石墨化過程中的膨脹主要是氮、硫元素及其化合物的逸出所致，這種膨脹稱為氣脹；根據(jù)石墨化機(jī)理的碳化物轉(zhuǎn)化理論，一些金屬（或者他們的碳化物、氧化物）可以起到催化石墨化的作用。對(duì)催化石墨化效果最好的是TiO2，缺點(diǎn)是殘留灰分較大，而添加Fe2O3或Fe時(shí)，灰分增加很少。在石墨化過程中，氮元素在l 400～1 900℃區(qū)間釋放出來，硫元素在1 700～2 100℃區(qū)間釋放出來，這樣氣體在這一溫度區(qū)間集中逸出，很容易使產(chǎn)品產(chǎn)生裂紋。Fe2O3粉、Fe粉或氧化鉻粉作為石油焦中硫元素的抑制劑，可以延緩含硫氣體或硫蒸氣的釋放速度，將硫元素由l 700～2 100℃區(qū)間集中逸出推遲到2 100～2 500℃區(qū)間緩慢逸出。

Fe2O3和C反應(yīng)生成Fe和C02，反應(yīng)溫度為900～1 600℃，但在C過量的情況下生成CO、Fe和S，常溫反應(yīng)生成FeS2，但在50℃后分解生成FeS，有部分S開始逸出。FeS理論上在844℃開始分解，其反應(yīng)復(fù)雜、分解溫度區(qū)間較寬。

2　原氧化鐵粉下料系統(tǒng)簡(jiǎn)介

用于定量供給粉料的下料系統(tǒng)分為8個(gè)部分：①氧化鐵粉料倉(cāng)；②氣動(dòng)振打器；③法蘭；④下料筒；⑤給料螺旋；⑥氧化鐵稱量稱；⑦氣動(dòng)閥門；⑧接料小車。氧化鐵粉通過上料機(jī)構(gòu)加入到料倉(cāng)①中儲(chǔ)存，粉料在料倉(cāng)①中依靠自重和氣動(dòng)振打器②振動(dòng)下料，并經(jīng)與料倉(cāng)①的下料口對(duì)接連通的下料筒④進(jìn)入螺旋送料器⑤中，然后通過螺栓送料器⑤輸送至粉料稱量稱⑥中，當(dāng)重量達(dá)到配方設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，螺栓送料器⑤停止給料，粉料稱量稱⑥上的氣動(dòng)閥門⑦開啟，向配料小車⑧供料。當(dāng)配料小車⑧接完其余種類的配料后，通過提升機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)至下一工序。

3　系統(tǒng)問題描述

在石墨電極配料過程中，由于目前所采用的氧化鐵粉平均粒度在1～3μm，很容易出現(xiàn)團(tuán)聚和黏壁現(xiàn)象，進(jìn)而容易形成料塊，在氣動(dòng)振打器的振打作用下，更易積累形成較厚粉料堆積層，堵塞下料筒無法正常下料，導(dǎo)致螺旋輸送器出現(xiàn)空轉(zhuǎn)而不供料的問題。當(dāng)出現(xiàn)下料堵塞時(shí)，需要人工敲打料倉(cāng)的下料口和下料筒，堵塞嚴(yán)重時(shí)還需要拆開下料筒進(jìn)行清理。氧化鐵粉顆粒度小，人工操作時(shí)揚(yáng)塵嚴(yán)重，過度吸入后會(huì)出現(xiàn)“塵肺”等職業(yè)病，因此操作人員需要佩戴防塵口罩、護(hù)目鏡等勞動(dòng)防護(hù)用品，減少自身傷害。

4　鐵粉下料系統(tǒng)改造

通過現(xiàn)場(chǎng)查看與故障分析，技術(shù)人員認(rèn)為故障的最主要原因是下料口粉料粘附堆積造成了下料不暢和堵塞，在此處增加一個(gè)既能打碎料塊又能往下料筒撥料的撥料分料器，是解決問題的有效方法。經(jīng)過改造的粉料下料系統(tǒng)也分為8個(gè)部分：①氧化鐵粉料倉(cāng)；②撥料分料器；③法蘭；④下料筒；⑤給料螺旋；⑥氧化鐵稱量稱；⑦氣動(dòng)閥門；⑧接料小車。

與原系統(tǒng)不同的是，將氣動(dòng)振打器換成了撥料分料器。通過在氧化鐵粉料倉(cāng)①下料口處增加撥料分料器②，在下料時(shí)能夠順利地將鐵粉塊打散并清理氧化鐵粉料倉(cāng)①倉(cāng)壁上的粘附料，使氧化鐵粉能夠迅速均勻地下落到給料螺旋⑤中（撥料分料器②與給料螺旋⑤同步運(yùn)行，同時(shí)開關(guān)），然后通過給料螺旋⑤輸送到氧化鐵稱量稱⑥中，當(dāng)重量達(dá)到配方設(shè)定值時(shí)，給料螺旋⑤停止給料，氣動(dòng)閥門⑦打開，向接料小車⑧下料。當(dāng)配料小車⑧接完其余種類的料后，通過提升機(jī)構(gòu)運(yùn)送到下一工序中。

新系統(tǒng)增加的撥料分料器分為5個(gè)部分：①電動(dòng)機(jī)；②減速機(jī)；③粉料裝置；④軸承座；⑥軸承。分料裝置③由1個(gè)中心軸和20根不銹鋼圓鋼焊接而成，20根不銹鋼圓鋼分4排均布在中心軸上，不銹鋼圓鋼的長(zhǎng)短也不同。分料裝置③在電動(dòng)機(jī)①和減速機(jī)②的帶動(dòng)下勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。由于分料器材質(zhì)為不銹鋼，表面光滑不易沾料，也不易腐蝕，而且不銹鋼圓鋼棒是交替焊接，長(zhǎng)度不等，工作時(shí)撥叉的相互翻轉(zhuǎn)，能夠把積壓的鐵粉塊打散打碎，而且起到了向下?lián)芰系淖饔谩?/p>

5　系統(tǒng)改造結(jié)果及優(yōu)點(diǎn)

該氧化鐵粉下料系統(tǒng)經(jīng)過改造以后，解決了原系統(tǒng)出現(xiàn)的堵料、下料不暢問題，提高了配料精度，提高了生產(chǎn)效率，穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量。新系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)有：①在下料口處增加了強(qiáng)制粉碎裝置，減少了氧化鐵粉塊的產(chǎn)生，避免了堵料現(xiàn)象的發(fā)生；②根據(jù)物料特性，使用不銹鋼材料制作撥料分料器來解決堵料問題；③去掉了氣動(dòng)振打器，使物料保持在松散的狀態(tài)，有利于下料；④將撥料分料器的動(dòng)力系統(tǒng)與給料螺旋的動(dòng)力系統(tǒng)并聯(lián)，使它們同時(shí)開關(guān)，有效地控制物料輸送，節(jié)省電能。

6　結(jié)語(yǔ)

石墨電極的生產(chǎn)是一個(gè)極其復(fù)雜的涉及物理、化學(xué)、機(jī)械工程等多個(gè)學(xué)科的系統(tǒng)科學(xué)，不但要關(guān)注生產(chǎn)過程中的工藝優(yōu)化和技術(shù)改進(jìn)，也不能忽略關(guān)鍵設(shè)備對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。只有在不斷的積累和改進(jìn)過程中，才能在提高自身素質(zhì)的同時(shí)對(duì)企業(yè)和行業(yè)作出更大的貢獻(xiàn)。

［1］李圣華.鋼鐵冶金用炭素材料［J］.炭素技術(shù)，1995（3）：45-47.

［2］高勃.國(guó)產(chǎn)針狀焦生產(chǎn)超高功率石墨電極的研究［J］.大連：大連理工大學(xué)，2009.

Design and Improvement of the Material System of the Iron Oxide Powder

Jia Xinjian
（1.Kaifeng Carbon Co.Ltd.China Pingmei ShenMa Group，Kaifeng Henan 475002；2.Graphite Materials Engineering Technology Research Center of Henan Province，Kaifeng Henan 475002）

In the production of graphite electrodes，the malfunction of the ferric oxide powder feed system can lead to decline in proportioning accuracy，and have negative effects on production efficiency and product quality.Based on this，through the technological transformation of the powder feeding system，the technical problem existing in the prior art that can not be normally expected due to the blockage of the system was solved，the batching accuracy and product quality were improved.

ferric oxide powder；feed system；improvement

TM242

A

1003-5168（2016）07-0058-02

2016-06-26

賈新見（1974-），男，本科，助理工程師，研究方向：石炭/石墨材料。