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真空練泥工藝
電瓷作為電力系統(tǒng)中不可或缺的核心絕緣部件,其性能直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。在電瓷的制造工藝中,泥料制備是決定最終產(chǎn)品質(zhì)量的基石。泥料的致密度、均勻性以及內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)在很大程度上決定了后續(xù)成型、干燥和燒成過程的成功率及最終產(chǎn)品的性能。真空練泥作為泥料制備的核心環(huán)節(jié),其工藝水平直接影響坯體的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能。
一、定義
真空練泥是指將預(yù)處理后的電瓷泥料送入真空練泥機(jī),在負(fù)壓環(huán)境下通過螺旋絞刀的剪切、擠壓、揉搓作用,去除泥料中游離氣和吸附氣、破碎結(jié)塊,最終形成連續(xù)、致密、均勻的 “練泥坯段” 的工藝過程。
二、前置工藝
真空練泥的效果依賴于預(yù)處理后的泥料狀態(tài),預(yù)處理需實現(xiàn) “粒度達(dá)標(biāo)、水分適宜、塑性穩(wěn)定”,具體步驟如下:
原料配比與混合→濕法研磨→過篩除鐵→壓濾脫水→粗練→陳腐
步驟具體細(xì)節(jié)請查看本公眾號之前文章。
三、核心設(shè)備:真空練泥機(jī)
真空練泥機(jī)是工藝實現(xiàn)的核心載體,按產(chǎn)能可分為小型(≤1t/h)、中型(1~3t/h)、大型(≥3t/h),螺旋葉直徑可分為65、150、200、250、350、500、630、800、1000等,其核心結(jié)構(gòu)及功能如下:
結(jié)構(gòu)部件 | 核心組成 | 功能與控制要點(diǎn) |
|---|---|---|
喂料裝置 | 料斗、變頻喂料螺旋、料位傳感器 | 均勻輸送粗練泥料,進(jìn)料速度 0.5~1.5m3/h(匹配真空除氣能力);料位傳感器避免空料或堵料 |
真空室 | 密封腔體(不銹鋼材質(zhì))、真空泵(水環(huán)式或旋片式)、真空表 | 創(chuàng)造 - 0.092~-0.098MPa 的負(fù)壓環(huán)境;真空泵抽速≥20m3/h,確保真空度波動≤±0.002MPa |
螺旋絞刀 | 單級 / 雙級螺旋(耐磨合金材質(zhì),表面硬度 HRC55 以上)、傳動軸 | 旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生剪切 + 擠壓力(轉(zhuǎn)速 10~30r/min):揉練泥料、推送泥料、二次除氣;雙級絞刀提升勻質(zhì)性 |
機(jī)頭與機(jī)嘴 | 過渡機(jī)頭(錐形)、可拆卸機(jī)嘴(材質(zhì):45# 鋼鍍鉻) | 機(jī)嘴截面決定泥段形狀(圓形 Φ50~Φ300mm、矩形、異形),適配不同電瓷產(chǎn)品 |
冷卻系統(tǒng) | 絞刀冷卻套、真空室冷卻夾套(通冷卻水,水溫≤25℃) | 帶走摩擦生熱,控制練泥溫度≤40℃,避免 “燒心”(泥料局部過熱導(dǎo)致水分驟蒸發(fā)形成空洞) |
控制系統(tǒng) | PLC 控制柜、觸摸屏、報警模塊(真空度、溫度、轉(zhuǎn)速異常報警) | 實時監(jiān)控并自動調(diào)節(jié)參數(shù)(如真空度不足時自動提升真空泵功率),減少人工干預(yù) |
四、核心工藝流程
真空練泥是 “連續(xù)化、閉環(huán)控制” 的過程,需嚴(yán)格按順序執(zhí)行,每個步驟的穩(wěn)定性直接影響最終泥段質(zhì)量:
步驟 1:穩(wěn)定喂料(避免真空破壞的前提)
操作:粗練后的泥料投入料斗,變頻喂料螺旋以設(shè)定速度(如 1.0m3/h)將泥料連續(xù)送入真空室,料位傳感器實時監(jiān)測料量,避免 “空喂”(空氣進(jìn)入真空室)或 “過喂”(泥料堵塞真空室進(jìn)料口)。
關(guān)鍵控制:進(jìn)料速度與絞刀轉(zhuǎn)速匹配(進(jìn)料量 = 絞刀輸送量),若進(jìn)料過快,真空室壓力會瞬間升高至 - 0.08MPa 以下,導(dǎo)致除氣不徹底。
步驟 2:真空除氣(核心環(huán)節(jié))
操作:泥料進(jìn)入密封真空室后,真空泵將室內(nèi)壓力降至 - 0.092MPa 以上,泥料中的空氣(游離氣占 70%、吸附氣占 30%)在壓差作用下逸出,通過真空管道被抽走。
關(guān)鍵控制:真空度需穩(wěn)定在 - 0.092~-0.098MPa;真空室密封性能(密封圈及時更換一次,避免漏氣)。
步驟 3:機(jī)械揉練與致密(勻質(zhì)核心)
操作:除氣后的泥料被螺旋絞刀推動,絞刀的螺旋葉片對泥料施加剪切力(破碎微小結(jié)塊)、擠壓力(縮小顆粒間隙)、揉搓力(使顆粒定向排列),實現(xiàn) “勻質(zhì) + 致密” 雙重效果。
雙級練泥優(yōu)化:特高壓電瓷采用 “一級除氣 + 二級揉練”,泥料先經(jīng)一級真空室除氣,再進(jìn)入二級真空室二次揉練 + 除氣,含氣量可降至 0.5% 以下(單級練泥含氣量約 1.5%)。
步驟 4:成型出泥與切割(得到合格坯段)
操作:揉練后的致密泥料通過機(jī)頭進(jìn)入機(jī)嘴,被擠壓成連續(xù)的特定截面泥段(如 Φ200mm 圓形泥段),經(jīng)輸送帶輸送至自動切割裝置,按產(chǎn)品尺寸(如 1.5m 長)切割成 “練泥坯段”,然后轉(zhuǎn)入坯體成型工序。
關(guān)鍵控制:泥段表面光滑度(無裂紋、無凹陷)、截面尺寸精度(偏差≤±1mm);切割時避免 “崩邊”(切割速度與輸送帶速度匹配,如 0.5m/min)。
五、關(guān)鍵工藝參數(shù)控制
參數(shù)控制是真空練泥的 “生命線”,任何一項參數(shù)異常都會導(dǎo)致質(zhì)量問題,具體控制范圍及影響如下:
參數(shù)名稱 | 控制范圍 | 核心影響 | 異常后果(以電瓷性能為例) |
|---|---|---|---|
真空度 | -0.092~-0.098MPa | 決定除氣效果 | <-0.092MPa→泥段含氣泡→燒結(jié)后氣孔率>3%→擊穿風(fēng)險升高 |
泥料水分 | 18%~23% | 保障塑性與出泥穩(wěn)定性 | >23%→泥段粘機(jī)嘴、變形;<18%→泥段表面開裂 |
絞刀轉(zhuǎn)速 | 10~30r/min | 控制揉練強(qiáng)度與效率 | >30r/min→摩擦生熱→“燒心”;<10r/min→揉練不充分→勻質(zhì)性差 |
練泥溫度 | ≤40℃ | 避免泥料變質(zhì) | >40℃→泥料局部失水→內(nèi)部空洞→燒結(jié)后強(qiáng)度下降 20% 以上 |
喂料量 | 0.5~1.5m3/h | 匹配真空與揉練能力 | >1.5m3/h→真空室堵塞;<0.5m3/h→產(chǎn)能低、成本高 |
六、坯段質(zhì)檢
練泥坯段需通過 “外觀 + 內(nèi)在 + 尺寸” 三重檢測,合格后方可進(jìn)入成型工序,具體標(biāo)準(zhǔn)如下:
質(zhì)量維度 | 標(biāo)準(zhǔn)要求 | 檢測方法 |
|---|---|---|
外觀質(zhì)量 | 表面光滑無裂紋、無凹陷、無雜質(zhì)斑點(diǎn);斷面致密,氣泡≤3 個 / 100cm2(直徑≤0.5mm) | 肉眼觀察(斷面需切開檢查);強(qiáng)光照射(檢測表面微小裂紋) |
致密度 | 體積密度≥1.8g/cm3;孔隙率≤5% | 排水法(阿基米德原理)測量體積密度;真空保壓法測孔隙率 |
勻質(zhì)性 | 不同部位化學(xué)成分偏差≤1%;粒度分布偏差≤5% | 取樣送化驗室,XRF 測化學(xué)成分;激光粒度儀測粒度 |
尺寸精度 | 截面尺寸偏差≤±1mm;長度偏差≤±5mm | 數(shù)顯卡尺(測量截面);卷尺(測量長度) |
內(nèi)部缺陷 | 無分層、無隱性氣泡(缺陷面積≤0.5cm2) | 超聲探傷(頻率 2~5MHz,探頭沿泥段軸向掃描) |
七、常見工藝問題與解決方案
真空練泥過程中易因參數(shù)波動或設(shè)備故障出現(xiàn)質(zhì)量問題,需針對性排查解決:
常見問題 | 主要原因 | 解決方案 |
|---|---|---|
泥段含氣泡 | 1. 真空泵故障 / 密封漏氣→真空度不足;2. 喂料過快→空氣卷入;3. 泥料水分過高→氣泡難逸出 | 1. 檢修真空泵、更換密封圈;2. 降低喂料速度 0.2~0.3m3/h;3. 調(diào)整水分至 18%-20% |
泥段表面開裂 | 1. 泥料水分過低→塑性差;2. 機(jī)嘴溫度低→粘料;3. 絞刀轉(zhuǎn)速慢→揉練不充分 | 1. 補(bǔ)加水分(每 100kg 泥料加水 0.5~1kg);2. 機(jī)嘴預(yù)熱至 25~30℃;3. 提升轉(zhuǎn)速 2~5r/min |
泥段分層 | 1. 絞刀磨損→剪切力不足;2. 陳腐時間短→泥料塑性不均;3. 雙級練泥一級除氣不徹底 | 1. 更換絞刀(磨損量>0.5mm 需更換);2. 延長陳腐時間 2~3 天;3. 檢查一級真空室壓力 |
泥段 “燒心” | 1. 絞刀轉(zhuǎn)速過快→摩擦生熱;2. 冷卻系統(tǒng)故障→冷卻水?dāng)嗔?/span> | 1. 降低轉(zhuǎn)速 3~5r/min;2. 檢修冷卻水泵,確保冷卻水流量≥5m3/h |
出泥不均勻 | 1. 喂料口堵塞(泥料結(jié)塊);2. 絞刀轉(zhuǎn)速波動→輸送力不均 | 1. 清理喂料口,確保粗練徹底(無>5mm 結(jié)塊);2. 檢修傳動系統(tǒng),穩(wěn)定轉(zhuǎn)速(波動≤±1r/min) |
八、發(fā)展趨勢
隨著電瓷制造技術(shù)的不斷進(jìn)步,真空練泥工藝的未來發(fā)展將集中于以下幾個方面:
智能化:采用 AI 視覺檢測(實時識別泥段表面裂紋)+ 數(shù)字孿生(模擬不同參數(shù)下的練泥效果),實現(xiàn)全流程無人化控制。
高效化:開發(fā) “三級真空練泥機(jī)”,含氣量可降至 0.3% 以下;采用雙螺桿絞刀,產(chǎn)能提升 50%(從 3t/h 增至 4.5t/h)。
綠色化:采用變頻真空泵,能耗降低 20%。
真空練泥