氧化鐵粉下料系統的設計與改造

賈新見

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

氧化鐵粉下料系統的設計與改造

賈新見

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

在石墨電極的生產過程中，氧化鐵粉下料系統故障會引起配料精度下降，影響生產效率和產品質量。基于此，通過對氧化鐵粉下料系統的技術改造，解決了現有技術中存在的系統堵塞而無法正常下料的技術難題，提高了配料精度和產品質量。

氧化鐵粉；下料系統；改造

在炭素制品生產工藝中，都是將煅后普通石油焦、煅后國產煤系針狀焦、進口煤系針狀焦、優質油系針狀焦等作為主要生產原料。由于這些焦炭具有揮發分含量高、硫含量高等特點，制品石墨化過程中會出現嚴重的氣脹現象，造成產品開裂報廢，影響產品質量，降低生產成品率，提高生產成本［1］。為了抑制氣脹現象，減少裂紋廢品，多數石墨電極生產廠家在設計生產配方時，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。

本文通過對現有粉料下料系統改造，解決了現有技術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問題，提高了配料精準度和生產效率，穩定了產品質量。

1　氧化鐵在炭素生產中的作用

氧化鐵為棕紅色或黑色無定型粉末，熔點1 565℃，分子式Fe2O3，是一種低級顏料，工業上稱為氧化鐵紅，主要用于油漆、油墨和橡膠工業，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要求

在國內外石墨電極生產中，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象，有利于減少裂紋廢品。20世紀80年代末以前，中國各炭素廠主要生產直徑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不斷擴大，以及采用內串石墨化進行石墨化后，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；根據石墨化機理的碳化物轉化理論，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。對催化石墨化效果最好的是TiO2，缺點是殘留灰分較大，而添加Fe2O3或Fe時，灰分增加很少。在石墨化過程中，氮元素在l 400～1 900℃區間釋放出來，硫元素在1 700～2 100℃區間釋放出來，這樣氣體在這一溫度區間集中逸出，很容易使產品產生裂紋。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℃區間集中逸出推遲到2 100～2 500℃區間緩慢逸出。

Fe2O3和C反應生成Fe和C02，反應溫度為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，其反應復雜、分解溫度區間較寬。

2　原氧化鐵粉下料系統簡介

用于定量供給粉料的下料系統分為8個部分：①氧化鐵粉料倉；②氣動振打器；③法蘭；④下料筒；⑤給料螺旋；⑥氧化鐵稱量稱；⑦氣動閥門；⑧接料小車。氧化鐵粉通過上料機構加入到料倉①中儲存，粉料在料倉①中依靠自重和氣動振打器②振動下料，并經與料倉①的下料口對接連通的下料筒④進入螺旋送料器⑤中，然后通過螺栓送料器⑤輸送至粉料稱量稱⑥中，當重量達到配方設定標準時，螺栓送料器⑤停止給料，粉料稱量稱⑥上的氣動閥門⑦開啟，向配料小車⑧供料。當配料小車⑧接完其余種類的配料后，通過提升機構運動至下一工序。

3　系統問題描述

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，很容易出現團聚和黏壁現象，進而容易形成料塊，在氣動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，導致螺旋輸送器出現空轉而不供料的問題。當出現下料堵塞時，需要人工敲打料倉的下料口和下料筒，堵塞嚴重時還需要拆開下料筒進行清理。氧化鐵粉顆粒度小，人工操作時揚塵嚴重，過度吸入后會出現“塵肺”等職業病，因此操作人員需要佩戴防塵口罩、護目鏡等勞動防護用品，減少自身傷害。

4　鐵粉下料系統改造

通過現場查看與故障分析，技術人員認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。經過改造的粉料下料系統也分為8個部分：①氧化鐵粉料倉；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氣動閥門；⑧接料小車。

與原系統不同的是，將氣動振打器換成了撥料分料器。通過在氧化鐵粉料倉①下料口處增加撥料分料器②，在下料時能夠順利地將鐵粉塊打散并清理氧化鐵粉料倉①倉壁上的粘附料，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同步運行，同時開關），然后通過給料螺旋⑤輸送到氧化鐵稱量稱⑥中，當重量達到配方設定值時，給料螺旋⑤停止給料，氣動閥門⑦打開，向接料小車⑧下料。當配料小車⑧接完其余種類的料后，通過提升機構運送到下一工序中。

新系統增加的撥料分料器分為5個部分：①電動機；②減速機；③粉料裝置；④軸承座；⑥軸承。分料裝置③由1個中心軸和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，不銹鋼圓鋼的長短也不同。分料裝置③在電動機①和減速機②的帶動下勻速轉動。由于分料器材質為不銹鋼，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，長度不等，工作時撥叉的相互翻轉，能夠把積壓的鐵粉塊打散打碎，而且起到了向下撥料的作用。

5　系統改造結果及優點

該氧化鐵粉下料系統經過改造以后，解決了原系統出現的堵料、下料不暢問題，提高了配料精度，提高了生產效率，穩定了產品質量。新系統的主要優點有：①在下料口處增加了強制粉碎裝置，減少了氧化鐵粉塊的產生，避免了堵料現象的發生；②根據物料特性，使用不銹鋼材料制作撥料分料器來解決堵料問題；③去掉了氣動振打器，使物料保持在松散的狀態，有利于下料；④將撥料分料器的動力系統與給料螺旋的動力系統并聯，使它們同時開關，有效地控制物料輸送，節省電能。

6　結語

石墨電極的生產是一個極其復雜的涉及物理、化學、機械工程等多個學科的系統科學，不但要關注生產過程中的工藝優化和技術改進，也不能忽略關鍵設備對產品質量的影響。只有在不斷的積累和改進過程中，才能在提高自身素質的同時對企業和行業作出更大的貢獻。

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

［2］高勃.國產針狀焦生產超高功率石墨電極的研究［J］.大連：大連理工大學，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。