BRPI0514354B1

BRPI0514354B1 - Método e dispositivo para processar corpos de carbono calcinados

Info

Publication number: BRPI0514354B1
Application number: BRPI0514354-3A
Authority: BR
Inventors: Oddvin Nesse; Hans Seehuus; Jan Egil Pallin; Jens Bugge Hatlevoll
Original assignee: Norsk Hydro Asa; Lyng Drilling As
Priority date: 2004-08-16
Filing date: 2005-07-15
Publication date: 2019-06-18
Also published as: NZ553045A; AU2005273101B2; BRPI0514354A; CA2576283A1; EP1781441A4; US7775142B2; NO20043412L; CA2576283C; AU2005273101A1; EP1781441B1; NO327346B1; NO20043412D0; WO2006019304A1; WO2006019304A8; US20080107489A1; EP1781441A1

Abstract

método e dispositivo para processar corpos de carbono calcinados a presente invenção refere-se a um método e dispositivo para processar corpos de carbono calcinados, tais como anodos ou catodos, para uso em conexão com produção eletrolítica de alumínio. os corpos de carbono são processados usando uma ferramenta de processamento rotativa (1) que consiste de um disco principalmente circular com bordas de cone (12, 12<39>) montado em sua periferia. as bordas de corte podem ser feitas de diamante policristalino (pce) ou de um material equivalente. com a presente invenção é possível criar ranhuras em corpos de carbono calcinados de uma maneira eficiente e com baixo desgaste da ferramenta.

Description

“MÉTODO E DISPOSITIVO PARA PROCESSAR CORPOS DE CARBONO CALCINADOS”

A presente invenção refere-se a um método e um dispositivo para processar corpos de carbono. Em particular, a presente invenção diz 5 respeito ao processamento de fendas ou ranhuras em corpos de carbono calcinados.

Na eletrólise de alumínio usando o assim chamado método de Hall-Héroult com anodos pré-cozidos, bolhas de gás são criadas nas superfícies de desgaste (ou consumíveis) dos anodos (principalmente embaixo 10 delas).

A presença de uma camada de gás significa que a resistência elétrica em direção ao banho se eleva, resultando em reduzida eficiência de corrente. De acordo com a técnica anterior, soluções são propostas que envolvem dutos ou fendas sendo criadas nas superfícies de desgaste dos 15 anodos para drenar o gás para longe, conduzi-lo para fora do banho e coletá-lo em um sistema de desgaseificação. A técnica anterior também propõe criar fendas longitudinais no carbono de catodo para se poder incorporar hastes condutoras de catodo.

Fendas em corpos de carbono podem ser formadas ou pré20 formadas quando os corpos estão em um estado verde, isto é, antes da calcinação ou cozimento. Uma desvantagem disto é que a geometria das fendas pode ser alterada durante manipulação e cozimento por conta de fluência ou tensão mecânica externa. Tal pré-formação pode resultar em gradientes de densidade no anodo e rejeitos no processo. Por conseguinte, 25 pode ser necessário processar (calibrar) as fendas de modo que elas tenham a geometria correta.

A técnica anterior também propõe processar orifícios em corpos de carbono calcinados usando equipamento mecânico compreendendo uma cabeça de ffesagem que é similar a uma broca de perfuração para

* 25 perfurar substrato rochoso, ver EP 0922516. Todavia, este equipamento não é apropriado para criar ranhuras com uma extensão equivalente àquela do corpo de carbono, pois ele geralmente gira em tomo de um eixo geométrico perpendicular à superfície do corpo e apresentará restrições de capacidade em conexão com uma tal tarefa.

A US 2003/0075163 Al descreve uma lâmina de serra com insertos parcialmente de diamante policristalino e parcialmente de um material de carboneto. A lâmina é adequada para serrar um material compósito compreendendo cimento, areia abrasiva e fibra de celulose, o qual é um material com propriedades completamente diferentes e que, por conseguinte, também requer um diferente processo de processamento que o presente material.

A presente invenção representa um método e um dispositivo que permite processamento de ranhuras eficaz, preciso, em corpos de carbono calcinados, enquanto que a vida útil do equipamento é consideravelmente maior do que a que pode ser atingida usando a tecnologia disponível. Um problema com o processamento de eletrodos de carbono calcinados é que o uso de líquido para resfriamento/lubrificação da ferramenta durante o processo tem que ser evitado, pois umidade nos eletrodos pode resultar nas principais desvantagens para a eletrólise. Além disto, material de carbono calcinado é relativamente poroso, de modo que, se líquido for usado, os eletrodos têm que ser submetidos a um completo processo de limpeza/secagem. Estas desvantagens significam que é desejável executar o processamento sem a presença de líquido de corte/resffiamento, o que eleva a carga sobre a ferramenta de processamento. Na teoria, seria concebível processar os corpos de carbono imediatamente após eles terem sido calcinados em um forno, de modo que o calor residual é usado para secar qualquer líquido aplicado nos corpos. Todavia, um tal processo de processamento podería também produzir elevada carga térmica sobre a

* 25 ferramenta e os corpos de carbono. As limitações do equipamento da técnica anterior são principalmente na ferramenta de processamento propriamente referida. Assim, uma ferramenta foi desenvolvida que é configurada como um disco circular com bordas de corte ao longo da periferia (como uma lâmina de serra) para solucionar os presentes problemas. Uma vantagem é que a geometria e o material das bordas de corte contribuem para um considerável aumento na vida útil em relação ao que foi possível com a tecnologia da técnica anterior. Com a presente solução, ranhuras podem ser criadas em corpos de carbono calcinados mesmo sem eles terem sido pré-formados em um estado verde.

As vantagens acima e outras vantagens podem ser atingidas com a invenção como ela está definida nas reivindicações anexas.

A presente invenção será descrita em maior detalhe a seguir usando figuras e exemplos, onde:

a figura 1 mostra uma ferramenta de processamento de acordo com a presente invenção, vista a partir do lado, a figura 2 mostra uma seção ampliada da ferramenta de processamento mostrada na figura 1, a figura 3 mostra uma seção da ferramenta de processamento de acordo com a presente invenção, vista a partir da frente, a figura 4 mostra uma vista em perspectiva de uma seção da ferramenta de processamento mostrada na figura 1.

A figura 1 mostra uma ferramenta de processamento 1 na forma de um disco circular com uma saliência 2 para montagem em um fuso em uma unidade de usinagem ou máquina de processamento. Os orifícios de montagem 3 permitem à ferramenta de processamento interagir com parafusos ou projeções sobre um flange no fuso (não mostrado). A máquina de processamento pode ser de um tipo da técnica anterior, que permite que a ferramenta de processamento gire e se mova linearmente ao longo de um ····· ··· · · · ' • · ·· ··· ··· ·····.

4*·· ·· · · ····· ·'····· percurso correspondente à extensão e profundidade ranhura a ser criada. A máquina pode ter equipamento adicional para manipular e fixar o corpo a ser processado (não mostrado). Tais máquinas são disponíveis em uma ampla faixa de formas de concretização, com as quais uma pessoa especializada é familiar e, por conseguinte, não serão descritas aqui em maiores detalhes aqui. Como uma alternativa, o fuso pode ser estacionário, enquanto que o corpo a ser processado é movido em relação ao mesmo.

A ferramenta de processamento 1 também tem uma parte anular central 4, a qual se estende da saliência para uma parte periférica 10 externa 5. Tanto a parte anular central 4 quanto a parte periférica externa 5 podem compreender fendas ou orifícios para melhor estabilidade, dentre outros fatores, em relação à tensão térmica. Em particular, a parte periférica externa 5 é provida com fendas 6 que asseguram que expansão térmica nesta área não afete a planeidade da ferramenta de processamento. Além disto, as fendas irão assegurar um certo grau de elasticidade ou amortecimento de impactos que podem ocorrer em uma direção tangencial à lâmina durante o processo de processamento. Como a figura também mostra, a ferramenta de processamento é engatada com a base 8.

Na figura 1, uma área pela periferia da ferramenta de 20 processamento é marcada com um anel 9. Dentro do anel estão 3 suportes de borda de corte 7 com bordas de corte, os quais serão descritos em maior detalhe com referência à figura 2.

A figura 2 mostra uma seção da ferramenta de processamento mostrada na figura 1. Na parte periférica externa 5 estão suportes de borda de 25 corte 7, apenas um dos quais será explicado em maior detalhe. Em conexão a isto, por favor veja também a figura 4, a qual mostra um suporte de borda de corte em perspectiva. O suporte de borda de corte 7 pode consistir de um polígono. Neste exemplo, um pentágono é mostrado. O suporte de borda de corte pode ser fixado na parte periférica externa 5 por meio de uma ou mais fixações 11 através de orifícios 14. Tais fixações podem consistir de parafusos, rebites, etc. Altemativamente, estas partes podem ser unidas por meio de outras técnicas de fixação disponíveis, tais como soldagem, colagem, etc.

O suporte de borda de corte 7 pode também compreender uma borda de corte 12 que pode preferivelmente ser feita de diamante policristalino (PCD). Outras cerâmicas, compósitos ou ligas com correspondentes durabilidade e adequabilidade para processar material de carbono calcinado podem também ser usados.

A borda de corte 12 pode ser montada no suporte de borda de corte por meio de várias técnicas baseada em colagem, soldagem com solda forte, soldagem fraca, fixação mecânica, etc. Como mostrado na figura, a borda de corte neste exemplo é montada de modo que sua superfície de corte está em um ângulo de 10° para com o raio da ferramenta de processamento ou uma perpendicular à periferia neste ponto. Outros ângulos podem também ser usados. É expediente que o ângulo esteja na ordem de 5-15°.

A figura 3 mostra uma seção da ferramenta de processamento 1, vista a partir da frente. Como a figura mostra, os suportes de borda de corte 7, 7’ podem ser montados altemadamente contra cada lado da ferramenta de processamento. O resultado principal disto é que as bordas de corte 12, 12' podem ser montadas com um deslocamento lateral, o que significa que a ranhura que é processada pode ser feita mais larga do que se as bordas de corte fossem montadas em uma fileira. Além disto, o deslocamento alternado das bordas de corte significa que tanto o corte de material quanto o transporte das aparas são muito eficientes em relação ao material a ser processado.

Testes e experimentos executados mostram que bom corte de aparas e baixo desgaste na ferramenta podem ser atingidos quando a velocidade das bordas de corte em relação ao corpo de carbono a ser processado é na faixa de 100 - 300 metros por minuto (m/min.). a velocidade

particularmente preferida é na ordem de 200 m/min.

A velocidade das bordas de corte parcialmente dependerá da composição e grau de calcinação do corpo de carbono sendo cortado. A dimensão das partículas e o teor de antracita, coque, resina natural, aglutinante, etc. na fórmula, podem também ser signifícantes para a determinação da velocidade de corte ótima. Além disto, as forças estáticas que atuam sobre a ferramenta de processamento em relação ao corpo de carbono, mais a dimensão e forma das aparas cortadas, também influenciarão como a velocidade de corte deve ser determinada.

Testes de longo prazo mostram que pode ser possível fresar ranhuras em 20.000 anodos com a presente ferramenta de processamento antes de a ferramenta precisar ser substituída/recondicionada. Testes executados com equipamento disponível resultaram em considerável desgaste após justamente 200-300 anodos, e a ferramenta teve que ser substituída/recondicionada.

Ranhuras criadas em anodos podem estar no plano vertical e têm uma largura de aproximadamente 1 cm ou mais. Além disto, elas podem ser tão profundas que as ranhuras estão presentes por toda a vida útil do anodo. Com as correntes alturas de anodo, isto significa que as ranhuras são processadas com uma profundidade de aproximadamente 35 cm. Além disto, elas podem ser inclinadas de modo que gás pode ser drenado em direção a um lado do anodo. A inclinação pode ser de aproximadamente 3 cm a partir de uma extremidade da ranhura até a outra e pode ser produzida por o anodo ser movido em relação à ferramenta de processamento durante o processamento.

Ranhuras de uma certa extensão, por exemplo 15 cm de profundidade, podem ser realizadas em um estado verde, após o qual a ferramenta de processamento é usada para remover qualquer resíduo de coque de enchimento a partir da calcinação e processar o restante da ranhura. Isto pode reduzir desgaste sobre a ferramenta e a quantidade de material de /7

carbono que é removida e precisa ser manipulada (retomada para o processo de produção de anodo).

Além disto, várias ranhuras paralelas podem ser dispostas simultaneamente no corpo de carbono por meio de duas ou mais ferramentas de processamento sendo usadas sobre o corpo simultaneamente, por exemplo por serem arranjadas no mesmo eixo de rotação a uma certa distância axial uma com respeito à outra.

A unidade de usinagem pode ser fechada para proteger o ambiente contra ruído e poeira, e pode compreender um sistema de extração.

Formas de processamento de corpos de carbono diferentes que a criação de ranhuras podem também ser realizadas com a presente invenção. Por exemplo, a ferramenta pode ser usada para a calibração de ou remoção de rebarbas a partir da geometria externa dos corpos de carbono. Em tal caso, a ferramenta pode ser disposta de modo que ela pode ser movida em todas três direções axiais, isto é, ao longo de um percurso linear, para baixo e para o lado.

Além disto, pode ser relevante criar ranhuras em forma de cauda de andorinha ou de rebaixo com a ferramenta de processamento. Tem então que ser permitido que a ferramenta gire e se mova em tomo de um eixo geométrico que é inclinado ou orientado com obliqüidade com respeito ao corpo de carbono a ser processado.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para processar corpos de carbono calcinados, tais como anodos ou catodos, para uso em conexão com produção eletrolítica de alumínio, em que os corpos de carbono são processados por meio de uma ferramenta de processamento rotativa (1), caracterizado pelo fato de que compreende:

dispor a ferramenta de processamento de forma que o processamento em uma direção radial é executado por uma pluralidade de bordas de corte da ferramenta de processamento, a pluralidade de bordas de corte sendo disposta em uma periferia externa da ferramenta de processamento, a ferramenta de processamento incluindo um disco planar com um dispositivo de montagem sendo configurado para permitir a ferramenta de processamento a ser montada em cima de um eixo de rotação, e mover a ferramenta de processamento e um corpo de carbono em relação um ao outro, de forma a criar pelo menos uma ranhura no corpo de carbono, em que pelo menos uma borda de corte é composta de diamante policristalino (PCD) e possui uma velocidade maior do que 100 metros/minuto e menor que 300 metros/minuto, e em que cada borda do elemento de corte da pluralidade de bordas de corte é disposto à uma mesma distância radial a partir do centro de rotação da ferramenta de processamento tal como cada borda de corte da pluralidade de bordas de corte, de modo que cada borda de corte tenha uma velocidade de corte igual à velocidade de corte de cada dita borda de corte.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a velocidade da dita cada borda de corte da pluralidade de bordas de corte é de cerca de 200 m/min.
3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o movimento da ferramenta de processamento e do corpo de

Petição 870180053916, de 22/06/2018, pág. 12/20 carbono inclui mover a ferramenta de processamento ao longo de um percurso linear.
4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o movimento da ferramenta de processamento e do corpo de carbono inclui mover o corpo de carbono ao longo de um percurso linear em relação à ferramenta de processamento.
5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita cada borda de corte (12) da pluralidade de bordas de corte tem uma superfície de corte que processa o corpo de carbono em um ângulo de cerca de 5-15° para com o raio da ferramenta de processamento (1).
6. Dispositivo para processar corpos de carbono calcinados, tais como anodos ou catodos, para uso em conexão com a produção eletrolítica de alumínio, caracterizado pelo fato de que compreende:

uma ferramenta de processamento rotativa para processar os corpos de carbono, a ferramenta de processamento incluindo um disco principalmente circular com bordas de corte (12, 12') montadas em uma periferia do mesmo, e incluindo um disco planar com um dispositivo de montagem sendo configurado de forma a permitir a ferramenta de processamento a ser montada em cima de um eixo de rotação, em que dita ferramenta de processamento é disposta de forma a processar em uma direção radial movendo a ferramenta de processamento e o corpo de carbono em relação um ao outro de modo a formar pelo menos uma ranhura em ditos corpos de carbono, e em que ditas bordas de corte são compostas de diamante policristalino (PCD), e em que cada borda de corte das bordas de corte é disposta na mesma distância radial a partir de um centro de rotação da ferramenta de processamento tal como cada outra borda de corte das bordas de corte, de modo que cada borda de corte tenha uma velocidade de corte igual à

Petição 870180053916, de 22/06/2018, pág. 13/20 velocidade de corte de cada dita outra borda de corte.
7. Dispositivo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que as bordas de corte da ferramenta de processamento (12, 12') são montadas em suportes de borda de corte (7, 7').
8. Dispositivo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que os suportes de borda de corte (7, 7') são montados alternadamente em cada lado do disco.
9. Dispositivo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a superfície de corte das bordas de corte (12) está em um ângulo de cerca de 5-15° para com o raio da ferramenta de processamento (1).
10. Dispositivo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a superfície de corte das bordas de corte (12) está em um ângulo de cerca de 10° para com o raio da ferramenta de processamento.
11. Dispositivo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que duas ou mais ferramentas de processamento (1) são montadas axialmente deslocadas no mesmo eixo para criação simultânea de duas ou mais ranhuras.