洪亞鋒

摘 要：容重法作為確定合理顆粒級(jí)配的有效方法，被廣泛應(yīng)用在陶瓷，炭素生產(chǎn)等領(lǐng)域。文章以實(shí)際使用容重法確定顆粒級(jí)配的實(shí)驗(yàn)為例，分析了容重法實(shí)驗(yàn)配比與實(shí)際使用配比的不同。實(shí)際生產(chǎn)中受原料性質(zhì)、設(shè)備狀況的影響，配比要進(jìn)行調(diào)整。

關(guān)鍵詞：容重法；炭素生產(chǎn)；顆粒級(jí)配

前言

固體原料的顆粒級(jí)配是陶瓷、耐火材料、炭素等材料生產(chǎn)中一個(gè)重要的技術(shù)參數(shù)。尤其在電極糊、預(yù)焙陽極、石墨電極等炭素制品的生產(chǎn)中，控制配料的粒度組成是控制產(chǎn)品質(zhì)量極其重要的措施之一，被認(rèn)為是炭素技術(shù)中的核心問題。粒度組成的合理與否，幾乎影響著炭素制品的所有性能。

最緊密排列理論是顆粒級(jí)配的經(jīng)典理論，它是建立在球形顆粒的基礎(chǔ)上，是一種連續(xù)的級(jí)配方式。但由于其模型與實(shí)際情況有較大差異，有人提出一些半經(jīng)驗(yàn)法，對(duì)理想模型進(jìn)行適當(dāng)修正。近期，有些研究者通過建立數(shù)學(xué)模型，嘗試用現(xiàn)代數(shù)學(xué)理論及計(jì)算技術(shù)對(duì)堆積顆粒系統(tǒng)的粒度級(jí)配進(jìn)行優(yōu)化，此方法一定程度上節(jié)省了研制的費(fèi)用，提高了工作效率。但實(shí)際生產(chǎn)中，由于受原材料的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)設(shè)備及工藝的影響，原料顆粒粉碎后的形狀不是球狀，有的與球狀還相差甚遠(yuǎn)。為了獲得與真實(shí)級(jí)配較為接近的顆粒級(jí)配，進(jìn)行顆粒級(jí)配試驗(yàn)是必要的途徑。

常用的確定顆粒級(jí)配的方法一般是通過篩分試驗(yàn)來確定的。部分研究者總結(jié)出了通過容重法確定顆粒級(jí)配的方法。此法具有較強(qiáng)的實(shí)際操作性，適合在實(shí)際生產(chǎn)和科學(xué)研究中使用。容重一般是工程上用的一立方的重量，即單位容積內(nèi)物體的重量。容重法確定顆粒級(jí)配，其方法是以大顆粒為基礎(chǔ)在大顆粒中摻入不同數(shù)量的中顆粒，分別測(cè)出它們的容重。當(dāng)容重最大時(shí)認(rèn)為中顆粒充分填充了大顆粒的間隙，此時(shí)大中顆粒的比例即為它們的合理配比。再在此比例的顆粒中摻入細(xì)顆粒用同樣的方法求得新的合理配比，如此重復(fù)就可以得出最終的比例即合理顆粒級(jí)配及此時(shí)制品的體積密度越大，即合理顆粒級(jí)配及此時(shí)的容重。值得注意的是，容重法也設(shè)定了材料為理想的標(biāo)準(zhǔn)圓球狀，但這種理想狀態(tài)在實(shí)際生產(chǎn)中基本不存在，存在一定的誤差。

此前，還沒有研究者針對(duì)容重法在炭素制品生產(chǎn)中確定顆粒級(jí)配的研究實(shí)例進(jìn)行報(bào)道。炭素制品生產(chǎn)中的原料粒度范圍較寬，而容重法受原料種類和粒度的影響很大，如不加以區(qū)分，對(duì)其使用者會(huì)造成嚴(yán)重的后果，阻礙生產(chǎn)和技術(shù)改進(jìn)進(jìn)度，誤導(dǎo)領(lǐng)導(dǎo)者的決策，因此有必要對(duì)其進(jìn)行分析和再討論。文章詳細(xì)介紹了利用容重法如何得到炭素原料顆粒級(jí)配的步驟，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得出了容重法配比與生產(chǎn)實(shí)際使用配比的差異所在，供使用者參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

選用的材料為經(jīng)過空氣干燥的電煅燒無煙煤，粒度范圍為20～8mm（以下簡(jiǎn)稱大顆粒），8～4mm（以下簡(jiǎn)稱中顆粒），4～0mm（以下簡(jiǎn)稱小顆粒），及粒度為0～0.075mm（以下簡(jiǎn)稱細(xì)顆粒）的煅燒石油焦，各粒度連續(xù)分布。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

首先選擇大顆粒和中顆粒進(jìn)行配比，選擇二者的容重最大的比例后，再與小顆粒進(jìn)行配比，得到大中小顆粒的最佳配比。最后與粉料進(jìn)行配比，最終確定顆粒級(jí)配。本試驗(yàn)容重法在自然堆積的條件下完成（自然堆積是指將材料裝滿500raL的容量瓶，稱量后減去容量瓶重，除以容量瓶體積）。

2 分析討論

文章的結(jié)論是在多次反復(fù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上得出，給出的最佳配比僅限于采用同種粒度級(jí)別的原料和容器時(shí)得出。值得注意的是，容重法實(shí)驗(yàn)總結(jié)出的配方與實(shí)際生產(chǎn)中使用的配比相比，存在著較大的差異。

表1為某廠2009年實(shí)際生產(chǎn)使用固體原料配比和容重法所確定的顆粒級(jí)配。由表可看出，實(shí)際配比中的細(xì)顆粒和粗顆粒比例較大，中、小顆粒比例較?。粚?shí)驗(yàn)配方中，細(xì)顆粒和小顆粒比例是大中顆粒比例的約1.5倍。實(shí)際生產(chǎn)中增加大顆粒的比例，主要是考慮提高產(chǎn)品的抗熱震性能和抗氧化能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果細(xì)，小顆粒比重較大，單純是考慮增加炭素制品致密性，提高體積密度及機(jī)械強(qiáng)度。此外，生產(chǎn)中實(shí)際使用的原料純度無法達(dá)到實(shí)驗(yàn)原料純度的要求，一般在85%左右，造成了一些偏差；另一方面要使配方完全符合容重法實(shí)驗(yàn)結(jié)果，則粉子純度應(yīng)在85%左右。

因此，容重法結(jié)果只能獲得合理的顆粒級(jí)配，具體到實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。且在自然堆積實(shí)驗(yàn)條件下獲得容重隨機(jī)性和波動(dòng)性較大，實(shí)際使用時(shí)如采取震動(dòng)、擠壓或剪切等外力成型，考慮成型難易及粘結(jié)劑使用等因素，配比也必須要進(jìn)行調(diào)整。

3 結(jié)束語

文章研究了容重法在炭素生產(chǎn)中確定顆粒級(jí)配的應(yīng)用，具體介紹如何得到炭素原料顆粒級(jí)配的步驟，得出當(dāng)大、中、小、細(xì)顆粒配比為18.5%，18.5%，30%，33%時(shí)容重最大，為1.1839/cm3。容重法顆粒級(jí)配實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以作為實(shí)際生產(chǎn)調(diào)整配方的依據(jù)。實(shí)際生產(chǎn)中受原料性質(zhì)、設(shè)備情況影響，配比必須要進(jìn)行調(diào)整。

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