CS276592B6 - Apparatus for moulding carbon-containing blocks - Google Patents

Description

Vynález se týká zařízení pro tvarování uhlíkatých bloků zhutňováním podle několika os, a zejména se týká tvarování anod určených pro výrobu hliníku elektrolýzou způsobem Hall-Héroultovým.

Dnes se uhlíkaté bloky, jako jsou anody používané pro výrobu hliníku, získávají pěchováním, lisováním, setřásáním nebo vibračním lisováním uhlíkaté pasty tvořené agregátem koksu (nebo/a antracitu) v rozmělněném stavu, a dehtu. Tyto čtyři techniky vycházejí ze stejného principu: uhlíkatá pasta se zavádí při teplotě řádově 120 až 140 C do nedeformovatelné formy a vystaví se namáhání nebo sledu různých namáhání v podstatě ve svislém směru.

Působení namáhání, zvané zatížení, může být jednorázové, což je obecně případ lisování, nebo v několika pochodech, což mohou být dva nebo tři za sebou jdoucí lisovací pochody v určitých případech a může to být několik set pochodů v případě setřásání.

Úrovně namáhání použité v různých případech jsou značně různé: například 28 MPa pro lis s jediným cyklem, 2 x 18 MPa pro lis s dvojitým cyklem, 0,5 až 2,5 MPa v případě vibračního setřásání. Avšak ve všech případech je úroveň zhutnění omezena buů obsahem dehtu, když se dojde k nasycení dehtem, v prostorách mezi zrny koksového agregátu, nebo v případě obsahu dehtu nižšího než je nasycení, skutečností, že zrna koksu vstoupí do vzájemného styku a nemohou se již blíže přiblížit. Při jednoosém zhutňování, to znamená při namáhání prováděném v jediném směru, existuje fyzická mez, která nedovoluje zajít za určitou sypnou hustotu zhutňovaného materiálu.

Předmětem vynálezu je tedy zařízení pro tvarování uhlíkatých bloků, tvořených uhlíkatou pastou na bázi uhlíkatého agregátu, jako koksu, antracitu, grafitu, kokso\atelného organického pojivá, jako dehtu, a případných přísad, a to zhutňováním, tvořené formou z tuhého materiálu, jejíž dno je pevné, a jejíž víko, sloučené s pružným členem, například zdvihákem, je vratně posouvatelné vůči jeho počáteční poloze, vyznačující se tím, že forma obsahuje alespoň dvě pohyblivé postranice, opatřené pružnými členy, jakož i odstranitelná blokovací ústrojí pro zablokování pohyblivých stěn v předem určené poloze.

U zařízení podle vynálezu namáhání působí podél dvou nebo tří os An, An + 1 a An + 2, které jsou navzájem kolmé a tvoří trojhran se třemi pravými úhly, na materiál se postupně působí namáháním různých směrů a zajistí se tím maximální plnění prostoru zařízení pro tvarování uhlíkatých bloků.

Zařízení podle vynálezu je schematicky znázorněno na připojeném výkresu na obr. 1 až

3.

Obr. IA, obr. 1B a obr. 1C znázorňují schematicky přibližovací pohyb zrn agregátu, rozptýlených v pojivu, pod vlivem prvního namáhání (například svislého) 6*1, na obr. IA potom druhého namáhání 5*2, například vodorovného (kolmého kG*l) na obr. 1B a přiblížení zrn na obr. 1C.

Pro přehlednost jsou rozměry zrn koksu značně přehnány.

Obr. 2A znázorňuje schematicky dvouosé zhutňování, obr. 2B znázorňuje formu s pružnými členy, obr. 2C formu s blokovacím ústrojím.

Obr. 3A, obr. 3B, obr. 3C, obr. 3D, obr. 3E a obr. 3F ukazují schematicky fáze dvouosého zhutňování podle vynálezu, a to s proměnlivou amplitudou. Amplituda posunutí bočních stěn byla také co do velikosti přehnána pro lepší přehlednost výkresů.

Podle vynálezu se zhutňovaný blok umístí ve formě lisu, například hranolovité formě 1, která má pevné dno 2, dvě boční protilehlé nepoddajné pevné stěny (které nejsou na řezu podle obr. 2 viditelné) a dvě další boční stěny 2» které jsou pohyblivé vůči zhutňovanému bloku působením zdviháku nebo pružin 4. Při zatížení řídí tato pružná ústrojí _4 a také omezují oddálení pohyblivých stěn a po odlehčení nebo uvolnění prvního namáhání 6~ 1 provádějí reakčni namáhání, které se snaží uvést stěny do jejich původní polohy. Stejná ústrojí 4_ vyvolávají i namáhání 2, když namáhání 6* 1 se sníží nebo odstraní.

Různá uspořádání koksových zrn í>, obklopených pojivém _6 je znázorněno schematicky na obr. 2A, obr. 2B a obr. 2C.

U prvního provedení je zhutňování dvouosé a sestává ze sledu prvních namáhání , potom druhých namáhání <5* 2 na dvou protilehlých stranách formy 2·

První namáhání 6* 1 může být například svislé, avšak nic nebrání tomu, aby píst lisu byl uložen vodorovně.

Podle druhého tvaru provedení je zhutňování tříosé a sestává například ze sledu svislých namáhání, a potom bočních namáhání na dvou protilehlých stěnách, potom z bočního namáhání na obou dalších stěnách 2/ potom znovu ze svislého namáhání nebo v jiné obměně ze svislého a bočního namáhání na dvou protilehlých stěnách 2/ ^ze svislého a bočního namáhání na obou dalších stěnách, znovu ze svislého namáhání a tak dále. Kromě toho se plst lisu může posouvat v jiném směru než vertikálním, aniž by se vyšlo z rámce vynálezu; tento píst může být zejména uložen vodorovně.

Kromě toho je výhodné, aby v průběhu za sebou následujících cyklů byla modulována amplituda pohybů bočních stěn.

Na začátku je stupeň zhutnění zavedené uhlíkaté pasty do formy nízký: sestupování pístu a posouvání bočních stěn mohou být regulovány s amplitudou a poměrně velkou, aby se zajistilo účinné hnětení předlisku 2 uhlíkatého bloku. Potom se postupně tato amplituda b snižuje. Alespoň pro poslední cyklus mají být boční stěny 2 úplně blokovány odstranitelným blokovacím ústrojím 2» takže se uhlíkatému bloku 2 dodají jeho přesné konečné rozměry.

Forma 2 podle vynálezu může být provedena podle různých variant, které jsou vesměs v rámci vynálezu. Napřiklad tato forma 2 nemusí mít podobu rovnoběžnostěnu, ale může být tvořena dnem a dvěma nebo několika sektory, zejména v případě výroby válcových elektrod.

Ve zvláštním případě dvou půlválců se namáhání 6~ 1 vyvolává pístem jednoho lisu, oba půlválce tvoří dvě pohyblivé stěny, které se oddalují při vyvolání namáhání ď 1 a přidružují se pod účinkem pružin nebo zdviháků, aby se vyvolalo namáhání 6~2 po částečném nebo úplném odstranění namáhání (R1.

Stejným způsobem může být dno 2 formy 2 pevné nebo pohyblivé: v tomto druhém případě může být tvořeno druhým pístem lisu a osy posouvání těchto pístů mohou být bud svislé, nebo vodorovné.

Konečně v případě, že má být dosaženo většího stupně zhutnění, může se uvedený postup provádět při tlaku nižším než atmosférickém, takže při každém hnětení se vzduch a plyny rychle extrahují.

Za předpokladu obvyklé lisovací teploty uhlíkatých past (120 až 140 ‘O a tlaku páry těkavých složek dehtu, zvolí se podtlak takovým způsobem,- aby se nevyvolala větší destilace těchto složek.

Vynález byl prováděn dvouosým způsobem ve formě 2, která byla rozvíratelná a tvořená pevným dnem 2, dvěma bočními protilehlými pevnými stěnami 2, ^a dvěma jinými bočními stěnami ovládanými pružnou soustavou, jež byla tvořena například pružinami s předem určeným známým napětím.

Když byla forma 2 naplněna náplní klasické uhlíkaté pasty (koks + dehet) při teplotě 150 c, bylo vyvoláno cyklickým způsobem n svislých namáhání až do úrovně S 1potom následovalo uvolnění až k nule. Při zatížení se obě stěny 2 oddálí působením’bočního namáhání, které působí proti namáhání vyvolanému pružinami £. Při uvolnění mají pod vlivem bočních pružin £ obě boční stěny 3 sklon se navzájem přiblížit a vyvolávají takto'příčné namáhání 6 2.

V praxi byly podle vynálezu provedeny série o 100 cyklech pod namáháním & 1 v hodnotě

MPa, přičemž namáhání &2 bylo řádově 8 MPa.

Paralelně byla stejná uhlíkatá pasta zhutňována při stejné teplotě ve formě 1. podle dosavadního postupu:

- jednak lisováním v jediném cyklu pod 45 MPa,

- jednak lisováním v mnoha cyklech, a to při 100 cyklech pod 12 MPa.

Bylo konstatováno, že bloky získané podle vynálezu měly sypnou hustotu:

- vyšší o 0,08 g/cm³ na blocích získaných při jednom cyklu a při 45 MPa,

- vyšší o 0,06 g/cm³ u bloků získaných užitím 100 cyklů při 12 MPa.

Sypná hustota DS je definována vztahem

DS = DA.(100 % dehtu)/100, přičemž DA je sypná hustota surové uhlíkaté pasty, jak byla naměřena, a % dehtu je obsah dehtu ve hmotnostních procentech v surové pastě.

Zisk je velmi význačný a odpovídá značnému zlepšení jakosti anod.

Víceosové zhutňování umožňuje pracovat se slabšími namáháními (při stejné jakosti anody) než u klasických postupů, což umožňuje vyrobit anody větších rozměrů na stejném lisu tím, že se prostě změní forma.

Víceosé zhutňování umožňuje snížit anisotropii lisovaných anod, zejména bylo konstatováno, že specifický odpor vypálených anod, který je obvykle vyšší ve směru lisováni než specifický odpor měřený ve smyslu kolmém ke smyslu lisování, má sklon se podél obou os vyrovnat.

Konečně víceosové zhutňování zvyšuje hutnost, popřípadě kompaktnost anody, a tím její životnost na elektrolyzéru, což snižuje četnost operací výměny anod, jejichž rušivý vliv na tepelnou rovnováhu elektrolyzéru je znám.

Claims (3)

1. Zařízeni pro tvarování uhlíkatých bloků, tvořených uhlíkatou pastou na bázi uhlíkatého agregátu, jako koksu, antracitu, grafitu, koksovatelného organického pojivá, jako dehtu, a případných přísad, a to zhutňováním, tvořené formou z tuhého materiálu, jejíž dno je pevné, a jejíž víko s pružným členem, například zdvihákem, je vratně posouvatelné vůči jeho počáteční poloze, vyznačující se tím, že forma (1) obsahuje alespoň dvě pohyblivé postranice (3), opatřené pružnými členy (4), jakož i odstranitelná blokovací ústrojí (7) pro zablokování pohyblivých stěn (2) v předem určené poloze.

2. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že pružné členy (4) jsou tvořeny pružinami.

3. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že pružné členy (4) sestávají z hydraulických zdviháků.