DE2147333B2 - Verfahren und vorrichtung zum schrittweisen herstellen eines fortlaufenden stranges aus gruener kunstkohlenmasse - Google Patents

Description

Bei einem bekannten Verfahren der im Oberbegriff des Hauptanspruchs beschriebenen Art werden beim Verdichten der Masse lediglich zwei Matrizensegmente an die Masse angedrückt, während zwei weitere Matrizensegmente fixiert sind (US-PS 2784453). Es werden also beim Verdichten nicht alle Seiten des von den Matrizensegmenten gebildeten Formhohlraums gleichzeitig nach innen gedrückt. Zum Nachuntenbewegen der Masse werden an den fertig gepreßten Strang unterhalb der Matrize Klemmkolben angelegt, die den Strang nach unten ziehen. Das bekannte Verfahren ist zur Verdichtung von Titanschwamm geeignet. Es erscheint aber ungeeignet zu einer Verdichtung von Flüssigkeit enthaltender Masse, weil kein geschlossener, dichter Formhohlraum gebildet werden kann.

Bei einem anderen bekannten Verfahren zum Pressen eines Stranges aus Metallpulver, wobei die Masse ebenfalls unter Schwerkraft von oben in eine lotrechte, an beiden Enden offene, mehrfach längsgeteilte Matrize eingebracht wird, bilden die Segmente einen zum Austritt hin konstant bleibenden Durchtrittsquerschnitt. Die Masse wird schon vor dem Ein-

treten in die Matrize in einem gesonderten Trichter durch einen Stößel verdichtet. Die Segmente sind lediglich zur Sicherung gegen Überlastung gegen die Kraft von Federn spreizbar, ohne daß jedoch eine aktive Verdichtungsbewegung von den Segmenten aus-

geführt würde (GB-PS 656796).

Beim Blockpressen ist bekannt, einen Preßling durch Verdichten von allen Seiten und oben her zu formen (OE-PS 207252).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

»5 Verfahren der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß eine verbesserte Homogenität des kontinuierlich erzeugten Stranges geschaffen wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1.

Eine bevorzugte Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens gemäß der Erfindung ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 2 gekennzeichnet.

Am vorteilhaftesten wird die Masse mittels einer

»5 axial zur Matrize angeordneten Verdichtungsschnecke in die Matrize eingebracht. Der durch die Verdichtungsschnecke im Verein mit der Schwerkraft erzeugte Fülldruck verhindert einerseits eine Kraftkomponente in Richtung gegen den Materialfluß, so

daß die Querschnitte im Strang eben bleiben, und bewirkt andererseits das öffnen der Matrize und damit die Längsbewegung des Stranges.

Der Bedarf an Bindemittel bzw. Plastifizierungsmittel für die grüne Kunstkohlemasse ist bei der Er-

findung ebenso niedrig wie beim Blockpressen.

Die Fig. 1 bis 6 veranschaulichen schematisch das erfindungsgemäße Verfahren anhand von verschiedenen Arbeitsphasen bei der Herstellung eines Stranges aus grüner Kunstkohlemasse in einer längsgeteilten,

♦o vorteilhafterweise vertikal aufgestellten Matrize, die im Längsschnitt dargestellt ist.

Die Fig. 8bis 10 veranschaulichen eine Matrize mit vier Segmenten und die Fig. 11 und 12 eine solche mit sechs Segmenten.

Fig. 1 zeigt die erste Phase bei Inbetriebnahme der Vorrichtung. Die Matrize 10 mit ihren Segmenten 11 ist offen und mit grüner Kunstkohlemasse 12 gefüllt. Mit 13 ist die sich verjüngende Zone und mit 14 die Zone mit achsenparallelen Wandungen angedeutet.

Der senkrechte Pfeil 15 deutet den axialen Fülldruck an. Die Matrize 10 ist zum Anfahren unten durch einen Boden 16 geschlossen. Die grüne Kunstkohlemasse hat im ganzen Formhohlraum die gleiche Dichte.

Fig. 2 zeigt den Zustand nach dem ersten Verdichtungsvorgang. Die Matrize 10 hat sich geschlossen. Die horizontalen Pfeile 17 deuten die Bewegungsrichtung der Matrizensegmente an. Die Verdichtung ist durch die Kreuzschraffierung angedeutet. Der Fülldruck 15 hat verhindert, daß Material sich dabei nach oben zurückbewegt hat.

Fig. 3 zeigt den Zustand nach dem Wiederöffnen der Matrize 10, d. h. nach dem Wiederauseinandergehen der Matrizensegmente 11 (Pfeile 18). Der Boden 16 ist entfernt worden. Die verdichtete Masse ist vom Fülldruck 15 nach unten bewegt worden bis zum Aufliegen des Preßlings auf den Wandungen des sich verjüngenden Formhoh'.raumes 13. Dabei ist weitere.

unverdichtete Kunstkohlemasse 12 nachgefüllt worden.

In Fig. 4 ist die Matrize IO wieder geschlossen. Es hat der zweite Verdichtungsvorgang stattgefunden. Auch hier hat der Fülldruck 15 verhindert, daß sich das Material nach oben zurückbewegt hat. Die zweimal verdichtete Kunstkohlemasse ist durch die Kreuzschraffierung und eine zusätzliche Horizontalschraffierung angedeutet. Der aus der Matrize ausgetretene Teil 19 des Kohlekörpers ist nur kreuzschraffiert. Er ist nur einem einzigen Verdichtungsvorgang unterworfen worden und ist Anfahrausschuß.

In Fig. 5 hat sich die Matrize 10 wieder geöffnet, und der Kunstkohlekörper ist ein zweites Mal durch den Fülldruck 15 nach unten bewegt worden. Eine weitere Menge unverdichteter Kunstkohlemasse 1£ ist nachgefüllt worden.

Fig. 6 zeigt den Zustand nach dem dritten Schließen der Matrize 10. Die dreimal verdichtete Masse ist durch Kreuzschraffierung und zusätzlich durch horizontale und vertikale Schraffierung angedeutet. Unter den in den Figuren skizzierten Größenverhältnissen wäre dies der betriebsmäßige, endgültige Verdichtungszustand; in diesem Falle sind ,nur der unterste Teil 19 des Kohlekörpers und der nächstfolgende Teil 20 Anfahrausschuß.

Das Werkzeug kann andere Dimensionen haben und beispielsweise eine endgültige Verdichtung erst nach fünf- oder sechsmaligem oder nach öfterem Schließen der Matrize erreichen, wobei diejenige Länge des Kohlekörpers, welche die ungenügend gepreßten Teile umfaßt, als Anfahrausschuß zu betrachten ist.

Das Bezeichnende für das an Hand der Fig. 1 bis 6 beschriebene Verfahren liegt darin, daß der Hauptanteil der Verdichtung nicht durch die Größe der Werkzeugbewegung, sondern durch die geometrische Ausbildung des Preßwerkzeuges (Matrize) selbst besv-mmt wird. Dadurch ist es möglich, die Amplitude der Matrizenbewegung klein zu halten und die Frequenz der Hin- und Herbewegung der Matrizensegmente entsprechend zu erhöhen, so daß schließlich von einer Schwingungsbewegung gesprochen werden kann. Während des Arbeitsablaufs stellt sich in der Matrize ein Druckgradient ein, der direkt von der geometrischen Form des Werkzeuges und der Kompressionskurve (Dichte/Druck-Funktion) der Kunstkohlemischung abhängt.

Fig. 7 deutet die Leistungsfähigkeit einer solchen Vorrichtung an. α ist der Neigungswinkel der Wände des sich verjüngenden Teils des Formhohlraumes, A die Amplitude der horizontalen Hin- und Herbewegung und H die Axialbewegung des Kohlestranges (Vorschub) bei jedem Öffnen der Matrize. H entspricht dem Wert

tg<<
Es werden z. B. folgende Werte angenommen:

nur 50% angenommen. Dies ergibt eine wirkliche Axialbewegung H' des Kunstkohlestranges von W X η — 2,85 mm pro Schwingung (horizontale Hin- und Herbewegung). Bei einem Betrieb mit einer Frequenz

von / = 10 Hz ergibt sich für den hergestellten Kunstkohlestrnng eine Länge L = 2,85 · 10 ■ 3600 = 102,6 m pro Stunde. Bei einem Endquerschnitt von 500 X 500 mm und einer scheinbaren Dichte von 1,6 t/m³ würde dies einer Stundenleistung von 41,04 t entsprechen.

Bei dem angegebenen Beispiel ist der Vorschub H pro Schwingung verhältnismäßig klein. Um eine Mas severdichtung im Verhältnis 2:1 zu erreichen, muß der sich verjüngende Teil der Matrize bei einem

»5 Kunstkohle-Endquerschnitt von 500 x 500 mm eine Länge von etwa 1200 mm haben. Daraus ergibt sich, daß erst nach etwa 400 Schwingungen die Kunstkohlemasse ihre Enddichte von 1,6 t/m' erreicht hat, und folglich, daß die Anfahrausschußlänge etwa

so 1200 mm zuzüglich der Länge des Matrizentcils gleichbleibenden Querschnittes (z. B. 250 mm) beträgt.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich die verschiedensten Kunstkohlemischungen ver-

»5 arbeiten. Eine Kunstkohlemischung für das Fertigen von Anoden für die Aluminium-Schmelzflußelektio-Lyse hat beispielsweise folgende gewichtsmäßige Zusammensetzung:

Petrolkoks Korngröße

<

Steinkohlenteer-Mittelhartpech (Bindemittel)

3,3(i bis 8,0 mm 1,68 bis 3,3d mm 0,84 bis 1,68 mm 0,42 bis 0,84 mm 0,21 bis 0,42 mm 0,21 mm

lh,6%

12.5%

12,5%

8,3%

S,3%

24,8 ^rν

17.0';;

HHU) ^r/o

/ (Frequenz der Horizontalbewegung)

η (Wirkungsgrad bezüglich H)

5"

10 Hz 0,5 mm 5,7 mm 50%

Es wird wegen der Haftreibung der Kunstkohlensse an tier Matrizenwand ein Wirkungsgrad η von Bei der Verarbeitung der grünen Kunstkohlemasse nach dem erfindungsgemäßen Verfahren (wie auch beim Blockpressen und beim Strangpressen) muß das Bindemittel plastisch und daher die ganze Masse warm sein. Aus diesem Grunde wird die Masse vor der Verarbeitung auf eine Temperatur gebracht, die durch die Viskosität-Temperatur-Funktion des Bindemittels bestimmt ist. Die erforderliche Temperatur liegt im Falle des Steinkohlenteer-Mittelhartpeches zwischen 125 und 175° C. Bei einer solchen Temperatur wird die Masse in die Matrize eingebracht. Es ist empfehlenswert, die Temperatur der Matrize während des Betriebes ungefähr auf der Höhe derjenigen der eingebrachten Masse zu halten.

Bei der Herstellung der Kunstko'.ilemasse kommt an Stelle von Petrolkoks als Trockenstoff selbstverständlich auch Pechkoks oder Anthrazit (letzterer für die Kathoden von Aluminiumelektrolysczcllen) um an Stelle von Steinkohlenteer-Mittelhartpech jedes andere verkokbare Bindemittel (wie Petrolpech) in 60 Frage. Der Trockenstoff besteht aus amorphem Kohlenstoff mit einem Mindestmaß an anorganischen Verunreinigungen (10% beim Anthrazit, 0,5% beim Pech- oder Petrolkoks).

Die Matrize der erfindungsgemäßen Vorrichtung 65 hat einen polyedrischen Innenquerschnitt mit mindestens vier Ecken. Sie besteht zum Beispiel aus Stahl Fig. (S zeigt eine schematische Draufsicht einer Mutri/e 10 mit vier Segmenten 11, die bei 13 verjüngt

sind und bei 14 einen gleichbleibenden Querschnitt mit parallelen Wandungen haben, und zwar in offener Stellung, das heißt mit auseinandergezogenen Segmenten. Die Pfeile 17 geben die Richtung für die Schließbewegung der Segmente 11 an. Der Rahmen 21 enthält die Führungen 22 für die Bewegung der Segmente 11 und nimmt die Verformungskräfte auf. Fig. 9 zeigt schematisch die Matrize 10 mit ihren Segmenten 11 in Schließstellung. Mit 23 ist der freie Querschnitt bezeichnet, den der untere Teil der Matrize 10 (der Teil mit parallelen Wandungen) dann aufweist und somit den Querschnitt des herzustellenden Stranges bestimmt. Die Pfeile 18 geben die Richtung für das Auseinandergehen der Segmente 11 ar Fig. 10 zeigt schaubildlich, zum Teil strichpunk tiert, die Matrize nach denFig. 8und9unter Weglas sung des Rahmens 21.

Fig. 11 zeigt schematisch in Draufsicht eine Ma trize 24 mit sechs Segmenten 25 in offener und Fig. Y. in geschlossener Stellung. Schaubildlich sehen di< Segmente ungefähr wie diejenigen der Fig. 10 aus Sie haben jedes einen sich verjüngenden Teil 26 um einen Teil 27, der formhohlraumseitig parallel zui Matrizenachse verläuft und dadurch mit den übriger Segmenten einen Formhohlraum mit achsenparalleler Wandungen ergibt. Mit 28 ist der Rahmen bezeichnet

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum schrittweisen Herstellen eines fortlaufenden Stranges aus grüner Kunstkohlemasse als Anode für die Aluminium-Schmelzflußelektrolyse, wobei die Masse unter Schwerkraft von oben in eine lotrechte, an beiden Enden offene, mehrfach längsgeteilte Matrize, deren Teile einen sich zum Austritt des Matrizen-Preßkanals hin verjüngenden Durchtrittsquerschnitt bilden, eingebracht und durch wiederholtes gleichzeitiges seitliches Andrücken von Matrizenteilen allmählich verdichtet und bei jedem gleichzeitigen Rückfahren nach unten bewegt wird, so daß unter all mählicher Querschnittsverringerung ein Strang gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Masse (12) unter einem solchen, im Betrieb stetig wirkenden, zusätzlichen Fülldruck in der Matrize (10, 24) steht, daß er dem Materialfluß entgegengerichtete resultierende Kräfte im Querschnitt der Masse verhindert,

b) jeweils beim gleichzeitigen seitlichen Andrücken sämtliche Teilbereiche des Umfangs der Masse zum Querschnittsinneren hin geschoben werden und

c) das Andrücken in rascher Folge mit einer Schwingung einer Frequenz von etwa 10 Hz und mit einer Amplitude von etwa 0,5 mm geschieht.

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize (10, 24) aus gleichen Segmenten (11,25) aufgebaut ist, die einstückig sind, einen in Materialflußrichtung der Masse (12) sich zunächst verjüngenden und anschließend achsenparallele Wandungen aufweisenden FormhohlraufflFmit polyedrischem, mindestens viereckigem Querschnitt bilden und parallel zur Diagonale des Matrizenquerschnitts synchron hin- und herbeweglich sind, und daß oberhalb der Matrize eine einen stetigen Fülldruck in lotrechter Richtung auf die Masse ausübende Verdichtungsschnecke vorgesehen ist.