氧化铁粉下料系统的设计与改造

贾新见

（1.中国平煤神马集团开封炭素有限公司，河南　开封　475002；2.河南省石墨材料工程技术研究中心，河南　开封　475002）

氧化铁粉下料系统的设计与改造

贾新见

（1.中国平煤神马集团开封炭素有限公司，河南开封475002；2.河南省石墨材料工程技术研究中心，河南开封475002）

在石墨电极的生产过程中，氧化铁粉下料系统故障会引起配料精度下降，影响生产效率和产品质量。基于此，通过对氧化铁粉下料系统的技术改造，解决了现有技术中存在的系统堵塞而无法正常下料的技术难题，提高了配料精度和产品质量。

氧化铁粉；下料系统；改造

在炭素制品生产工艺中，都是将煅后普通石油焦、煅后国产煤系针状焦、进口煤系针状焦、优质油系针状焦等作为主要生产原料。由于这些焦炭具有挥发分含量高、硫含量高等特点，制品石墨化过程中会出现严重的气胀现象，造成产品开裂报废，影响产品质量，降低生产成品率，提高生产成本［1］。为了抑制气胀现象，减少裂纹废品，多数石墨电极生产厂家在设计生产配方时，需要加入一定量的氧化铁粉，一是作为石墨化过程的催化剂，二是作气胀抑制剂［2］。该方法有效地提高了石墨电极石墨化过程的成品率。

本文通过对现有粉料下料系统改造，解决了现有技术中存在的氧化铁微分容易在下料筒中形成堵塞而无法正常下料的技术问题，提高了配料精准度和生产效率，稳定了产品质量。

1　氧化铁在炭素生产中的作用

氧化铁为棕红色或黑色无定型粉末，熔点1 565℃，分子式Fe2O3，是一种低级颜料，工业上称为氧化铁红，主要用于油漆、油墨和橡胶工业，也可作为催化剂或玻璃、宝石、金属的抛光。

1.1氧化铁作为气胀抑制剂的技术要求

在国内外石墨电极生产中，即使采用硫含量很低的石油焦，配方中一般都加入1%左右的氧化铁，其目的主要是抑制石墨化过程中的气胀现象，有利于减少裂纹废品。20世纪80年代末以前，中国各炭素厂主要生产直径500mm以下的普通功率石墨电极，一般不加入氧化铁，随着直径500mm以上高功率、超高功率石墨电极的生产不断扩大，以及采用内串石墨化进行石墨化后，氧化铁作为气胀抑制剂的使用越来越普遍。其主要技术要求如下：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氧化铁缓解气胀的作用机理

石墨化过程中的膨胀主要是氮、硫元素及其化合物的逸出所致，这种膨胀称为气胀；根据石墨化机理的碳化物转化理论，一些金属（或者他们的碳化物、氧化物）可以起到催化石墨化的作用。对催化石墨化效果最好的是TiO2，缺点是残留灰分较大，而添加Fe2O3或Fe时，灰分增加很少。在石墨化过程中，氮元素在l 400～1 900℃区间释放出来，硫元素在1 700～2 100℃区间释放出来，这样气体在这一温度区间集中逸出，很容易使产品产生裂纹。Fe2O3粉、Fe粉或氧化铬粉作为石油焦中硫元素的抑制剂，可以延缓含硫气体或硫蒸气的释放速度，将硫元素由l 700～2 100℃区间集中逸出推迟到2 100～2 500℃区间缓慢逸出。

Fe2O3和C反应生成Fe和C02，反应温度为900～1 600℃，但在C过量的情况下生成CO、Fe和S，常温反应生成FeS2，但在50℃后分解生成FeS，有部分S开始逸出。FeS理论上在844℃开始分解，其反应复杂、分解温度区间较宽。

2　原氧化铁粉下料系统简介

用于定量供给粉料的下料系统分为8个部分：①氧化铁粉料仓；②气动振打器；③法兰；④下料筒；⑤给料螺旋；⑥氧化铁称量称；⑦气动阀门；⑧接料小车。氧化铁粉通过上料机构加入到料仓①中储存，粉料在料仓①中依靠自重和气动振打器②振动下料，并经与料仓①的下料口对接连通的下料筒④进入螺旋送料器⑤中，然后通过螺栓送料器⑤输送至粉料称量称⑥中，当重量达到配方设定标准时，螺栓送料器⑤停止给料，粉料称量称⑥上的气动阀门⑦开启，向配料小车⑧供料。当配料小车⑧接完其余种类的配料后，通过提升机构运动至下一工序。

3　系统问题描述

在石墨电极配料过程中，由于目前所采用的氧化铁粉平均粒度在1～3μm，很容易出现团聚和黏壁现象，进而容易形成料块，在气动振打器的振打作用下，更易积累形成较厚粉料堆积层，堵塞下料筒无法正常下料，导致螺旋输送器出现空转而不供料的问题。当出现下料堵塞时，需要人工敲打料仓的下料口和下料筒，堵塞严重时还需要拆开下料筒进行清理。氧化铁粉颗粒度小，人工操作时扬尘严重，过度吸入后会出现“尘肺”等职业病，因此操作人员需要佩戴防尘口罩、护目镜等劳动防护用品，减少自身伤害。

4　铁粉下料系统改造

通过现场查看与故障分析，技术人员认为故障的最主要原因是下料口粉料粘附堆积造成了下料不畅和堵塞，在此处增加一个既能打碎料块又能往下料筒拨料的拨料分料器，是解决问题的有效方法。经过改造的粉料下料系统也分为8个部分：①氧化铁粉料仓；②拨料分料器；③法兰；④下料筒；⑤给料螺旋；⑥氧化铁称量称；⑦气动阀门；⑧接料小车。

与原系统不同的是，将气动振打器换成了拨料分料器。通过在氧化铁粉料仓①下料口处增加拨料分料器②，在下料时能够顺利地将铁粉块打散并清理氧化铁粉料仓①仓壁上的粘附料，使氧化铁粉能够迅速均匀地下落到给料螺旋⑤中（拨料分料器②与给料螺旋⑤同步运行，同时开关），然后通过给料螺旋⑤输送到氧化铁称量称⑥中，当重量达到配方设定值时，给料螺旋⑤停止给料，气动阀门⑦打开，向接料小车⑧下料。当配料小车⑧接完其余种类的料后，通过提升机构运送到下一工序中。

新系统增加的拨料分料器分为5个部分：①电动机；②减速机；③粉料装置；④轴承座；⑥轴承。分料装置③由1个中心轴和20根不锈钢圆钢焊接而成，20根不锈钢圆钢分4排均布在中心轴上，不锈钢圆钢的长短也不同。分料装置③在电动机①和减速机②的带动下匀速转动。由于分料器材质为不锈钢，表面光滑不易沾料，也不易腐蚀，而且不锈钢圆钢棒是交替焊接，长度不等，工作时拨叉的相互翻转，能够把积压的铁粉块打散打碎，而且起到了向下拨料的作用。

5　系统改造结果及优点

该氧化铁粉下料系统经过改造以后，解决了原系统出现的堵料、下料不畅问题，提高了配料精度，提高了生产效率，稳定了产品质量。新系统的主要优点有：①在下料口处增加了强制粉碎装置，减少了氧化铁粉块的产生，避免了堵料现象的发生；②根据物料特性，使用不锈钢材料制作拨料分料器来解决堵料问题；③去掉了气动振打器，使物料保持在松散的状态，有利于下料；④将拨料分料器的动力系统与给料螺旋的动力系统并联，使它们同时开关，有效地控制物料输送，节省电能。

6　结语

石墨电极的生产是一个极其复杂的涉及物理、化学、机械工程等多个学科的系统科学，不但要关注生产过程中的工艺优化和技术改进，也不能忽略关键设备对产品质量的影响。只有在不断的积累和改进过程中，才能在提高自身素质的同时对企业和行业作出更大的贡献。

［1］李圣华.钢铁冶金用炭素材料［J］.炭素技术，1995（3）：45-47.

［2］高勃.国产针状焦生产超高功率石墨电极的研究［J］.大连：大连理工大学，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

贾新见（1974-），男，本科，助理工程师，研究方向：石炭/石墨材料。