白彥龍，李 偉，李勇剛

(中國(guó)鋁業(yè)蘭州分公司，甘肅 蘭州 730089)

1 引言

連續(xù)混捏機(jī)是炭素制品生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，相對(duì)于以前所使用的混捏鍋，該設(shè)備充分體現(xiàn)出產(chǎn)能大、糊料質(zhì)量穩(wěn)定、性能可靠的優(yōu)點(diǎn)，很好地滿足了現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求。但其受磨易損部件(襯板、定齒、動(dòng)齒)磨損較快，使用壽命短，使檢修時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，設(shè)備開動(dòng)率低，影響正常生產(chǎn);且原裝進(jìn)口備件價(jià)格昂貴，生產(chǎn)、運(yùn)輸周期長(zhǎng)，運(yùn)費(fèi)等附加費(fèi)用高，造成設(shè)備的運(yùn)行成本居高不下，極大影響了企業(yè)的生產(chǎn)和效益。

筆者針對(duì)上述問題，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行了探索研究，以期達(dá)到保證設(shè)備長(zhǎng)周期連續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，降低運(yùn)行及檢修成本，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益的目的。

2 混捏機(jī)基本結(jié)構(gòu)及工作原理

混捏機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示［1］。

圖1 混捏機(jī)主體結(jié)構(gòu)示意圖

混捏工作的主體為一長(zhǎng)筒狀腔體，以及安裝于其內(nèi)部中心線上的混捏軸。軸上裝有螺旋葉片狀的動(dòng)齒，在左螺旋線上1個(gè)導(dǎo)程分三段(即成三齒)均勻分布如圖2所示。腔體內(nèi)壁襯以襯板，其上按左螺旋線軌跡每導(dǎo)程均勻分布有3個(gè)菱形塊狀定齒如圖3所示［2］。

圖2 混捏軸結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 襯板結(jié)構(gòu)示意圖

混捏時(shí)，混捏軸在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，做軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。這樣，糊料一邊在動(dòng)齒的推動(dòng)作用下向前運(yùn)動(dòng)，一邊受動(dòng)齒和定齒的擠壓而不斷分離、混合，由此達(dá)到充分混合的目的。

3 易損件使用狀況

某廠所使用的進(jìn)口混捏機(jī)上共裝有襯板8套，定齒61套，動(dòng)齒20段(見圖2、3)。通過最初的幾次開機(jī)檢修發(fā)現(xiàn):磨損最為嚴(yán)重的是C段(進(jìn)料端)襯板，其次是定齒、動(dòng)齒、其他段襯板。大約每生產(chǎn)3萬噸糊料就必須更換C段襯板1套及10～20套定齒，大約每生產(chǎn)6萬噸糊料就必須更換5～10段動(dòng)齒，而其他段襯板磨損量較小，估計(jì)可生產(chǎn)糊料10萬噸左右。

4 國(guó)產(chǎn)化的實(shí)現(xiàn)

4.1 準(zhǔn)備工作

磨損最為嚴(yán)重的是C段(進(jìn)料端)襯板，其次是定齒、動(dòng)齒、其他段襯板，并且C段襯板更換困難、價(jià)格最貴，因此改造工作首先是從C段襯板開始的。

經(jīng)過實(shí)物測(cè)繪，并借助各零部件間的裝配位置、配合關(guān)系、尺寸鏈等，再參考通用設(shè)計(jì)準(zhǔn)則或慣例，推算出了C段襯板的詳細(xì)尺寸，并繪制出尺寸圖。同時(shí)對(duì)襯板材質(zhì)進(jìn)行了分析化驗(yàn)，確定了選材設(shè)計(jì)，最終完成了C段襯板的零件制造圖并進(jìn)行試制。緊接著，又相繼完成了定齒、動(dòng)齒及其他段襯板的實(shí)物測(cè)繪、材料分析、設(shè)計(jì)出圖及制作。

4.2 實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用情況

在隨后的開機(jī)檢修時(shí)，首先更換了一套國(guó)產(chǎn)的C段襯板，定齒部分則將國(guó)產(chǎn)件、進(jìn)口件各更換了幾套，以作對(duì)比。1個(gè)多月后(連續(xù)生產(chǎn)了大約1萬噸糊料)，進(jìn)行了開機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)件使用狀況良好:襯板磨損情況正常，國(guó)產(chǎn)定齒與進(jìn)口件相比磨損程度相似，無明顯差異，國(guó)產(chǎn)化工作初見成效。隨后的檢修中又實(shí)驗(yàn)性的使用了幾段國(guó)產(chǎn)動(dòng)齒，使用情況良好，動(dòng)齒的國(guó)產(chǎn)化目標(biāo)也得以實(shí)現(xiàn)。

通過半年多的持續(xù)實(shí)驗(yàn)研究，混捏機(jī)受磨易損件的國(guó)產(chǎn)化目標(biāo)全部得以實(shí)現(xiàn)，使得備件購(gòu)置費(fèi)用大為降低;但同以前相比，其使用壽命的增長(zhǎng)并不十分明顯，為此還須作進(jìn)一步研究、改進(jìn)。

5 技術(shù)改進(jìn)

5.1 延長(zhǎng)襯板使用壽命

(1)問題提出 經(jīng)過多次的開機(jī)檢修發(fā)現(xiàn):使用壽命最短的C段襯板，往往只是因?yàn)樵诘谝粋€(gè)定齒處被磨出深坑，為了避免糊料將此處襯板下方混捏機(jī)筒壁本體磨壞，不得不將其更換，而C段襯板的其余部分磨損情況并不嚴(yán)重，尚可繼續(xù)使用。因此，只要能夠減緩C段襯板在第一個(gè)定齒處的磨損，就可大大提高整塊襯板的使用壽命。

(2)原因分析 針對(duì)上述情況，對(duì)C段襯板上第一個(gè)定齒處糊料的摩擦情況作如下分析:①此處糊料剛剛從進(jìn)料口進(jìn)入，尚未開始混合，石油焦表面沒有液體瀝青的浸潤(rùn)，仍處于干料顆粒狀，因此其運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力較大，對(duì)被接觸物(襯板、定齒、動(dòng)齒)來說磨損也較大，而往后隨著石油焦顆粒和液體瀝青的逐漸混合，情況則有所改善;②此處混捏軸由連續(xù)螺旋狀的送料段向不連續(xù)螺旋狀的混捏段(動(dòng)齒)過渡，糊料的運(yùn)動(dòng)方式也隨之由較為平緩的連續(xù)式“螺旋進(jìn)給+往復(fù)直線”運(yùn)動(dòng)，變?yōu)榻蛔兊拈g斷式“螺旋進(jìn)給+往復(fù)直線”運(yùn)動(dòng)［2］，此外定齒也從此處開始出現(xiàn)，使得糊料的運(yùn)動(dòng)受阻，運(yùn)動(dòng)方式更加復(fù)雜。對(duì)被接觸物(襯板、定齒、動(dòng)齒)來說，糊料運(yùn)動(dòng)方式的突變意味著對(duì)它們形成反復(fù)的沖刷作用，從而加劇了磨損。

上述因素對(duì)襯板、定齒、動(dòng)齒都發(fā)生作用，但由于定齒、動(dòng)齒的工作部分都具有一定的流線型結(jié)構(gòu)，因此所受的影響相對(duì)較小;而襯板不具備此條件且必須與糊料大面積接觸，因而所受的影響很大。

(3)解決辦法——襯板修補(bǔ)技術(shù) 根據(jù)上述分析，先后采取了諸如改變?yōu)r青下料口位置、不安裝C段襯板上第一個(gè)定齒等措施，然而效果都不理想，且出現(xiàn)了瀝青冒料、其他部位磨損加劇等現(xiàn)象，使情況更復(fù)雜。降低磨損量的辦法行不通，因此不得不恢復(fù)混捏機(jī)原始工作結(jié)構(gòu)，尋求采取修復(fù)過度磨損部位的辦法來延長(zhǎng)襯板的使用壽命。

經(jīng)反復(fù)比較和實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了一種冷焊聚合鈦合金復(fù)合材料的耐磨修補(bǔ)劑，其耐磨損性、耐腐蝕性較好，且與金屬結(jié)合強(qiáng)度高，比較適合于襯板的修補(bǔ)。于是在一次開機(jī)檢查中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)一個(gè)月前更換的C段襯板在第一個(gè)定齒處已磨出一個(gè)深坑時(shí)，便用該耐磨修補(bǔ)劑進(jìn)行了修補(bǔ)實(shí)驗(yàn)。一個(gè)月后再次開機(jī)檢查實(shí)驗(yàn)效果，發(fā)現(xiàn)修補(bǔ)部分已被磨去，但修補(bǔ)層下的襯板本體磨痕沒有明顯加深，說明修補(bǔ)層很好地保護(hù)了襯板。所以沒有象以前檢修方案那樣直接更換襯板，而是仍用修補(bǔ)劑進(jìn)行修補(bǔ)。一個(gè)半月后再次開機(jī)檢查，情況與上次相同。此時(shí)襯板已連續(xù)使用近4個(gè)月，生產(chǎn)了約3萬噸糊料，且經(jīng)修補(bǔ)后，仍可繼續(xù)使用。最終此套襯板經(jīng)反復(fù)修補(bǔ)，一直使用近一年時(shí)間(生產(chǎn)了約8萬噸糊料)，證明修補(bǔ)過度磨損部位以延長(zhǎng)襯板使用壽命的辦法是切實(shí)可行的，且效果十分明顯。

5.2 定齒結(jié)構(gòu)改進(jìn)

(1)問題提出 定齒的消耗數(shù)量是最大的，每次檢修均要更換一定數(shù)量。而其損壞失效形式也基本一致，均為兩側(cè)外壁因磨損而不斷收窄變薄，直至露出內(nèi)腔螺紋線甚至完全磨穿、斷開，如圖4所示。如果能避免定齒外壁磨損或減緩其磨穿失效的速度，就能提高定齒的使用壽命。

圖4 定齒磨損失效形式

(2)原因分析 原定齒結(jié)構(gòu)為:本體與固定螺栓分體，定齒心部為中空內(nèi)螺紋，固定螺栓由混捏機(jī)外向定齒內(nèi)穿入固定，因此其側(cè)壁相對(duì)較薄。由于側(cè)面是定齒的主要工作面(見圖5)，磨損較快，因此短時(shí)間內(nèi)其側(cè)壁就會(huì)磨穿，露出螺紋線。此時(shí)須及時(shí)更換，否則定齒進(jìn)一步磨損直至磨穿，造成固定螺紋完全失效，進(jìn)而使定齒移位、甚至完全脫落，損害設(shè)備。

圖5 定齒工作圖

(3)解決辦法 一體式定齒:根據(jù)以上分析，決定對(duì)定齒進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，改變其結(jié)構(gòu):將定齒與螺栓設(shè)計(jì)為一體式結(jié)構(gòu)，螺桿部分由混捏機(jī)內(nèi)向外穿出，用單獨(dú)的螺母在混捏機(jī)外部固定，如圖6所示。

圖6 改進(jìn)后的定齒結(jié)構(gòu)圖

在隨后的檢修中，換上了部分改進(jìn)型一體式定齒，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比。結(jié)果使用效果良好，且裝卸較原設(shè)計(jì)方案更為簡(jiǎn)單、方便，于是在檢修定齒時(shí)，逐步進(jìn)行了全面替換。相比于以前，改進(jìn)型定齒使用壽命延長(zhǎng)了約1/3，且避免了定齒斷裂移位造成動(dòng)齒折斷等次生危害，設(shè)備安全性能大為提高。

6 結(jié)語

本文通過對(duì)混捏機(jī)結(jié)構(gòu)及原理、糊料狀況以及易損件磨損機(jī)理等方面的仔細(xì)研究、分析，充分消化和吸收了耐磨易損件的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)，并且對(duì)原設(shè)計(jì)中不足之處進(jìn)行了改進(jìn)，從而使設(shè)備的運(yùn)行成本、檢修費(fèi)用大為降低，而性能更加穩(wěn)定可靠，為企業(yè)帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

［1］ 李勇剛.連續(xù)混捏機(jī)的結(jié)構(gòu)、原理與維修［J］.甘肅冶金，2012，34(1):115.

［2］ 有色冶煉設(shè)備編委會(huì).有色冶煉設(shè)備［M］.第三卷.北京:冶金工業(yè)出版社，1994.