FI120529B - Menetelmä anodien valamiseksi ja anodivalulaitteisto - Google Patents

Description

MENETELMÄ ANODIEN VALAMISEKSI JA ANODIVALULAITTEISTO KEKSINNÖN ALA

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-5 osassa määritelty menetelmä. Edelleen keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 15 johdanto-osassa määritelty anodivalulaitteisto.

KEKSINNÖN TAUSTA

10 Keksintö liittyy metallin, kuten kuparin, jalostuspro-sessissa anodilevyjen valmistukseen, joka suoritetaan konvertoinnon jälkeen. Konvertoinnissa liekkisula-tusuunista saatua tuotetta, joka sisältää kuparin lisäksi rautaa ja rikkiä sekä arvometalleja, rautaa ja 15 rikkiä poistetaan happirikastetulla ilmalla. Saatu kon-vertterikupari johdetaan anodiuuniin, jossa sitä puhdistetaan edelleen rikin poistamiseksi siitä. Anodi-uunissa konvertoinnissa mahdollisesti jäljelle jäänyt rikki hapetetaan rikkidioksidiksi puhaltamalla sulaan 20 metalliin ilmaa. Sitten sulasta poistetaan happi.

Anodiuunin sula kupari valetaan anodivalulaitteistolla anodilevyiksi, joiden kuparipitoisuus on noin 99,5 %. Anodilevy on tyypillisesti kooltaan noin 1 m x 1 m ja 25 paksuudeltaan noin 5 cm. Anodissa on tyypillisesti nos-tokorvat, joista sitä voidaan nostaa ja ripustaa pystyasentoon elektrolyysiä varten. Tyypillisesti anodin paino on noin 300 - 400 kg. Valmiit anodilevyt puhdistetaan sitten elektrolyysillä kuparikatodeiksi, joiden 30 kuparipitoisuus on 99,99 %.

Tällä hetkellä tunnetuista anodivalulaitteistoista käytetyin tyyppi on sellainen, johon kuuluu pystyakselin ympäri pyörivä valupöytä, jossa on joukko avomuotteja 35 järjestettynä ympyrämuotoon. Valupöytää pyöritetään 2 jaksottaisesti siten, että kutakin siirtoa seuraa määrätyn ajanjakson pituinen pysähdys.

Anodivalulaitteistossa kupari johdetaan anodiuunista 5 ränniä pitkin valukoneelle ja edelleen kuparista valmistettuihin avomuotteihin. Sulan kuparin tarttuminen kiinni muotteihin estetään maalaamalla muotit joka kierroksella muottimaalilla eli irrotusaineella, joka on veteen sekoitettua bariumsulfaattia. Valu käsittää 10 seuraavat vaiheet: valu, jäähdytys, irrotus muotista, jäähdytysaltaaseen nosto ja muotin maalaus.

Muotissa olevaa anodivalosta ei voida jäähdyttää ennen kuin sen pinta on riittävän kiinteä. Heti valun jälkeen 15 muotissa olevan sulassa tilassa olevan anodin lämpötila on noin 1150 2C (sulamispiste on 1084 2C) ja se on muotissa jäähdytettävä tavallisesti lämpötilaan 700 - 950 2C, jossa se on kiinteytynyt niin, että se voidaan irrottaa muotista.

20

Valua aloitettaessa kuparimuotin, johon anodi valetaan, lämpötila on valun alussa minimissään noin 60 2C ja yleensä kolmen valupöydän kierroksen aikana se saavuttaa tasapainon, jossa sen sisälämpötila on noin 200 2C 25 ja otsapinnasta keskeltä pöydän ulkopuolelta otettu pintalämpötila on noin 150 2C. Tällöin muotti ei käy liian kuumana, ettei sen käyttöikä olisi liian lyhyt. Tällöin myös muotin pintaan anodin poiston jälkeen ruiskutettava vesiohenteinen irrotusaine kuivuu riittä-30 västi, jotta muotille valettavan anodin reunoihin ei synny riisteitä. Jos irrotusaine ruiskutetaan liian kylmän muotin pintaan, ei se ehdi kuivua ennen valun aloittamista ko. muottiin. Oleellista kaikelle muotin ja anodin jäähdytykselle on että muotti säilyttää nämä 35 optimilämpötilansa ja voidaan valaa laadultaan elektrolyysiin kelpaavia anodeja.

3

Anodi pitää jäähdyttää niin että, se on tarpeeksi jähmeä nostettavaksi muotista jäähdytysaltaaseen upotus-jäähdytykseen, jossa loppujäähdytys tapahtuu. Liiallinen anodin jäähdytys puolestaan aiheuttaa sen, että 5 anodi kutistuu muotissa ja korvien väliin saattaa syntyä halkeama, jolloin anodi on käyttökelvoton. Edellämainituista syistä anodilämpötila on muotista nostettaessa edullisesti välillä 700 - 950 aC.

10 Tunnetussa menetelmässä ja laitteistossa muotissa olevia anodeja jäähdytetään valupöydän pyöriessä niin, että useisiin kohtiin muottiradan päälle on järjestetty anodien pysähtymispaikoissa anodin yläpuolella olevia ns. täyskartiosuuttimia, joista jäähdytysvettä suihku-15 tetaan kartiomaisilla suihkuilla anodin pintaan. Jääh-dytyspaikkojen päällä on huuva vesihöyryn keräämistä varten. Tällaisia suoraan anodiin kohdistuvia ylävesi jäähdytyspaikkoja on höyrynkeräyshuuvan alueella joka pysähtymispaikassa, alkaen siitä kohdasta, missä 20 anodi on riittävästi jähmettynyt, jotta anodiin kohdistuva vesisuihku ei paina anodin pintaa kuopalle.

Anodiin suoraan kohdistettu vesisuihku on suhteellisen tehokas tapa poistaa anodista lämpöä. Vesisuihkutuksen 25 avulla valupöydän jäähdytyskykyä voidaan säätää hetkellisten valukapasiteettimuutoksien aikana niin, että anodeista saadaan poistettua haluttu lämpömäärä ennen kuin ne nostetaan jäähdytysaltaaseen.

30 Tunnetussa anodivalulaitteistossa jäähdytysvesimäärä on ollut noin 20 - 30 1/min anodille per muottipaikka ja 210 1/min muotille ja niillä säädellään muotin lämpötilaa sammuttamalla ja avaamalla niitä on/off tyyppisesti niin, että niitä on sopivasti toiminnassa 35 valutilanteen mukaan. Ylävesien ohjaus on ollut manuaalisesti valvomon ohjelmasta operaattorin avulla suoritettavaa säätöä.

4

Haluttaessa kasvattaa olemassa olevan anodivalulait-teiston kapasiteettia lisäämättä muottien määrää, se voidaan tehdä ainostaan jäähdytystehoa lisäämällä. 5 Käytännössä se tarkoittaa jäähdytyslaitteiston jäähdy-tysvesimäärän lisäämistä nykyisestä.

Ongelmana on, että on tiedettävä juuri oikea jäähdy-tysvesimäärä, jotta anodin loppulämpötila muotista 10 pois nostettaessa saadaan halutuksi. Tarvittavan jäähdy tysvesimäärän määrittämistä hankaloittaa se, että eri muotteihin valettuihin anodien ja vastaavasti muottien alkulämpötilat valamisen jälkeen eivät ole samoja vaan vaihtelevia eri syistä johtuen. Muotit 15 ovat eri painoisia ja pinnanlaadultaan ja lämmönsiir-tokäyttäytymiseltään erilaisia. Lisäksi muotit ovat eri-ikäisiä ja niihin muodostuva kattilakivi muuttaa lämmönsiirto-ominaisuuksia käyttöiän aikana. Edelleen samankokoisiin muotteihin voidaan valaa eripainoisia 20 anodeja, ts. jäähdytettävän anodimetallin määrä valu-pöydän eri muoteissa voi vaihdella. Valunopeuden muutokset vaikuttavat anodin loppulämpötilaan. Näistä syistä johtuen kunkin anodin ja muotin tarvitsema jäähdytys olisi erilainen, kun halutaan anodille tiet-25 ty loppulämpötila.

KEKSINNÖN TARKOITUS

Keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainitut epäkohdat.

30

Erityisesti keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin menetelmä ja anodivalulaitteisto, jotka mahdollistavat anodivalimon kapasiteetin nostamisen ja jäähdytys-vesimäärän tarkan säädön anodi- ja muottikohtaisesti 35 anodin halutun loppulämpötilan saavuttamiseksi erilaisista muuttujista huolimatta.

5

Edelleen keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin menetelmä ja anodivalulaitteisto, joka antaa mahdollisuuden valaa samanaikaisesti erikokoisiin muotteihin erikokoisia ja -painoisia anodeja.

5

Lisäksi keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin menetelmä ja anodivalulaitteisto, joissa jäähdytyksen ohjaus ja säätö on helposti automatisoitavissa.

10 KEKSINNÖN YHTEENVETO

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 1. Keksinnön mukaiselle anodivalulaitteistolle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 15.

15

Keksinnön mukaisessa menetelmässä anodien valamiseksi a) valetaan sulaa metallia avomuottiin ennalta määrätty määrä, b) jäähdytetään muottiin valettua anodia peräkkäisillä jäähdytysvaiheilla, joissa vettä suihkutetaan 20 anodin päällipintaan, c) poistetaan jähmettynyt anodi muotista anodin ollessa sopivasti jäähtynyt, ja d) toistetaan vaiheita a) - c) ennalta määrätyllä, mitatulla tai satunnaisella valunopeudella.

25 Keksinnön mukaisesti mitataan kunkin anodin massa, mitataan muotin pintalämpötila välittömästi muottiin valun jälkeen ennen jäähdytysvaiheita, määritetään anodille alkulämpötila-arvo, lasketaan kunkin anodin al-kulämpömäärä alkulämpötila-arvon ja anodin massan pe-30 rusteella ja lasketaan vastaavan muotin alkulämpömäärä mitatun muotin pintalämpötilan ja muotin massan perusteella, lasketaan anodin ja muotin alkulämpömäärien sekä käytettävän valunopeuden perusteella poistolämpö-määrä, joka on jäähdytysvaiheissa poistettava kustakin 35 anodista, anodin halutun loppulämpötilan saavuttamiseksi, lasketaan poistolämpömäärän perusteella jäähdy-tysvaiheissa tarvittava jäähdytysvesimäärä halutun 6 anodin loppulämpötilan saavuttamiseksi, ja jäähdytetään kutakin anodia lasketulla jäähdytysvesimäärällä.

Valunopeudella tarkoitetaan tässä esityksessä metallin 5 massavirtaa. Valunopeuden yksikkönä koko anodivalu-laitteistolle käytetään yleisesti tonnia tunnissa.

Keksinnön mukaiseen anodivalulaitteistoon kuuluu syöttölaite sulan metallin syöttämiseksi, joukko avomuot-10 teja sulan metallin vastaanottamiseksi syöttölaitteelta anodin muodostamiseksi, vesisuihkujäähdytyslait-teisto muottiin valetun anodin jäähdyttämiseksi vesisuihkuilla, ja poistolaite, joka on sovitettu poistamaan jähmettynyt anodi muotista anodin ollessa sopi-15 vasti jäähtynyt.

Keksinnön mukaisesti anodivalulaitteistoon kuuluu vaaka, joka on sovitettu syöttölaitteen yhteyteen punnitsemaan anodin massan; ensimmäinen pintalämpötilan mit-20 tauslaite, joka on syöttölaitteen läheisyydessä ja sovitettu mittaamaan muotin pintalämpötilan; laskentavä-lineet, jotka on sovitettu laskemaan kunkin anodin al-kulämpömäärä anodin alkulämpötila-arvon ja anodin massan perusteella ja laskemaan vastaavan muotin alkuläm-25 pömäärä mitatun muotin pintalämpötilan ja muotin massan perusteella, laskemaan anodin ja muotin alkulämpö-määrien sekä käytettävän valunopeuden perusteella poistolämpömäärä, joka on jäähdytysvaiheissa poistettava kustakin anodista, anodin halutun loppulämpötilan 30 saavuttamiseksi, ja laskemaan poistolämpömäärän perusteella tarvittava jäähdytysvesimäärä halutun anodin loppulämpötilan saavuttamiseksi; ja säätövälineet, jotka on järjestetty laskentavälineiden antaman ohjeen mukaisesti säätämään vesisuihkujäähdytyslaitteiston 35 suihkuttamaa jäähdytysvesimäärää.

7

Keksinnön etuna on, että anodivalimon kapasiteettia voidaan joustavasti nostaa lisäämättä muottien lukumäärää. Jäähdytyslaitteiston jäähdytyskapasiteettia voidaan tehostaa ja aikaansaada valukapasiteetille 5 säätövaraa. Edelleen etuna on, että anodivalulaitteis-toa voidaan ajaa joustavasti erilaisilla valunopeuk-silla vaikuttamatta saavutettavaan anodin loppulämpö-tilaan. Edelleen samalla laitteistolla voidaan valaa samanaikaisesti erikokoisiin ja eripainoisiin muottei-10 hin erikokoisia ja eripainoisia anodeja. Joustavasti eri valukapasiteeteilla saadaan anodien loppulämpöti-laksi aina sama optimaalinen lämpötila.

Menetelmän eräässä sovellutuksessa määritetään anodil-15 le alkulämpötila-arvo tunnettuna arvona laskentaa varten .

Menetelmän eräässä sovellutuksessa määritetään anodille alkulämpötila-arvo mittaamalla anodin pintalämpöti-20 la välittömästi muottiin valun jälkeen ennen jäähdy-tysvaiheita ja käytetään mitattua arvoa laskennassa anodin alkulämpötilana.

Menetelmän eräässä sovellutuksessa mitataan anodin 25 loppulämpötila välittömästi ennen muotista poistamista, ja käytetään mitattua loppulämpötila-arvoa seuraa-vien valettavien anodien poistolämpömäärän laskennassa jäähdytysvesimäärän säätämiseksi.

30 Menetelmän eräässä sovellutuksessa jaetaan laskettu tarvittava kokonaisjäähdytysvesimäärä eri jäähdytys-vaiheille .

Menetelmän eräässä sovellutuksessa järjestetään useita 35 muotteja kiertämään ympyrän muotoista rataa jaksottaisesti niin, että kaikkia muotteja pysäytetään ja siirretään yhtäaikaisesti siten, että pysäytysjaksot ja 8 siirtojaksot vuorottelevat, ja valetaan anodi muottiin pysäytysjakson aikana.

Menetelmän eräässä sovellutuksessa järjestetään eriko-5 koisia ja -painoisia muotteja, joihin valetaan erikokoisia ja -painoisia anodeja.

Menetelmän eräässä sovellutuksessa muutetaan valunope-utta.

10

Menetelmän eräässä sovellutuksessa sula metalli valetaan muottiin noin 1150 aC lämpötilassa.

Menetelmän eräässä sovellutuksessa anodin haluttu lop-15 pulämpötila on välillä 700 - 950 2C, edullisesti noin 800 eC.

Menetelmän eräässä sovellutuksessa jäähdytysvaiheisiin kuuluu ainakin yksi ylävesijäähdytysvaihe, jossa ano-20 din pinnalle suihkutetaan päältäpäin vettä tilavuus-virralla suuruusluokkaa kymmeniä litroja minuutissa per neliömetri. Edelleen jäähdytysvaiheisiin kuuluu ainakin yksi tehojäähdytysvaihe, jossa anodin pintaan suihkutetaan vettä viistosti tilavuusvirralla ja pai-25 neella, jotka ovat moninkertaiset ylävesijäähdytysvai-heen tilavuusvirtaan ja paineeseen nähden. Edullisesti tehojäähdytysvaiheita on useita, koska jäähdytysteho on edullista jakaa useille jäähdytysvaiheille. Teho-jäähdytys antaa tilaisuuden lisätä merkittävästi ole-30 massa olevien anodivalulaitteistojen jäähdytyskykyä antaen mahdollisuuden nostaa valukapasiteettia lisäämättä muottien määrää ja suurentamatta valupöydän kokoa. Edelleen anodin pintaan saadaan kohdistettua suuria vesimääriä, jotta saataisiin taloudellisesti mer-35 kittäviä (kapasiteetin nostoon riittäviä) jaähdytystu-loksia. Tehojäähdytysvesisuihkun viisto suuntaus ja suuri tilavuusvirta ja paine mahdollistaa, että suihku 9 tunkeutuu ylävesijäähdytyksestä anodin pinnalle jääneen veden muodostaman eristävän höyrykerroksen läpi ja syrjäyttää sen.

5 Menetelmän eräässä sovellutuksessa ylävesijäähdytys- vaiheessa vettä suihkutetaan tilavuusvirralla, joka on suuruusluokkaa noin 20 1/min/m2.

Menetelmän eräässä sovellutuksessa tehojäähdytysvai- 10 heessa vettä suihkutetaan tilavuusvirralla, joka on suuruusluokkaa noin 100 - 3000 1/min/m2 ja paineella noin 2-7 bar.

Menetelmän eräässä sovellutuksessa tehojäähdytysvai- 15 heen vesisuihku suunnataan 5 - 802 kulmassa anodin päällipinnan suhteen.

Anodivalulaitteiston eräässä sovellutuksessa laitteistoon kuuluu toinen pintalämpötilan mittauslaite, joka 20 on syöttölaitteen läheisyydessä ja sovitettu mittaamaan muottiin valetun anodin pintalämpötilan käytettäväksi anodin alkulämpötila-arvona.

Anodivalulaitteiston eräässä sovellutuksessa laitteis-25 toon kuuluu kolmas pintalämpötilan mittauslaite, joka on sijoitettu anodin siirtosuunnassa ennen poistolai-tetta anodin pintalämpötilan mittaamiseksi.

Anodivalulaitteiston eräässä sovellutuksessa pintaläm-30 pötilan mittauslaite on pyrometri.

Anodivalulaitteiston eräässä sovellutuksessa vesisuih-kujäähdytyslaitteistoon kuuluu ainakin yksi ylävesi jäähdytyslaite, joka on sovitettu suihkuttamaan 35 vettä anodin pinnalle päältäpäin tilavuusvirralla suuruusluokkaa kymmeniä litroja minuutissa per neliömetri. Edelleen vesisuihkujäähdytyslaitteistoon kuuluu 10 ainakin yksi tehojäähdytyslaite, joka on sovitettu suihkuttamaan vettä anodin pinnalle viistossa suunnassa anodin päällipinnan suhteen tilavuusvirralla ja paineella, jotka ovat moninkertaiset ylävesijäähdytys-5 laitteen suihkuttaman veden tilavuusvirtaan ja paineeseen nähden.

Anodivalulaitteiston eräässä sovellutuksessa ylävesi jäähdytyslaite on sovitettu suihkuttamaan vettä 10 tilavuusvirralla, joka on suuruusluokkaa noin 20 l/min/m2.

Anodivalulaitteiston eräässä sovellutuksessa tehojäähdytyslaite on sovitettu suihkuttamaan vettä tilavuus-15 virralla, joka on suuruusluokkaa noin 100 - 3000 l/min/m2 ja paineella noin 2-7 bar.

Anodivalulaitteiston eräässä sovellutuksessa laitteistoon kuuluu erikokoisia ja -painoisia muotteja eriko-20 koisten ja -painoisten anodien muodostamiseksi.

Anodivalulaitteiston eräässä sovellutuksessa tehojääh-dytyslaitteeseen kuuluu ainakin yksi suihkutussuutin, joka on suunnattu suihkuttamaan vettä 5 - 802 kulmassa 25 anodin päällipinnan suhteen.

Anodivalulaitteiston eräässä sovellutuksessa anodiva-lulaitteistoon kuuluu pyöritettävä valupöytä, jonka päälle muotit on järjestetty ympyrämuotoon.

30

KUVALUETTELO

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti sovellutusesimerkkien avulla viittaamalla oheiseen piirustukseen, jossa 35 11 kuva 1 esittää kaaviomaisesti päältä päin nähtynä keksinnön mukaisen anodivalulaitteiston erästä sovellutusta, 5 kuva 2 esittää leikkausta II-II kuvasta 1, ja kuva 3 esittää aksonometrisesti kuvan 1 anodivalulait-teistossa käytettävissä olevaa tehojäähdytyslaitteen erästä sovellutusta.

10

KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN SELOSTUS

Kuvissa 1 ja 2 on anodivalulaitteisto, johon kuuluu joukko avomuotteja 2, joihin sulaa metallia, kuten kuparia, annostellaan syöttölaitteen 1 valukourusta ano-15 dien 3 muodostamiseksi. Muotit 2 on järjestetty vaakasuuntaiseen ympyrämuotoon pystyakselin ympäri pyöritettävän valupöydän 13 päälle. Valupöytää 13 pyöritetään jaksottaisesti siten, että kutakin siirtoa seuraa määrätyn ajanjakson pituinen pysähdys.

20

Kun sula metalli, kuten kupari, valetaan muottiin 2, metallin lämpötila on noin 1150 2C. Sen jälkeen kun anodi 3 on valettu muottiin, valupöytä 13 siirtää sen jäähdytysvaiheeseen, joka suoritetaan jäähdytyslait-25 teistolla 4. Jäähdytyslaitteistolla 4 anodia jäähdytetään suihkuttamalla anodin pintaa vesisuihkuilla useassa peräkkäisessä pysähdyspaikassa. Jäähdytyslaitteiston 4 päällä on huuva 14, jonka kerää jäähdytyksen aikana syntyneet höyryt ja poistaa ne. Jäähdytyslaitteistossa 30 4 vesisuihkut suihkutetaan ylävesijäähdytyslaitteilla 10, jotka on sijoitettu suoraan anodien päälle, ja muodostavat täyskartiosuihkun. Ylävesijäähdytyslaite 10 suihkuttaa vettä tilavuusvirralla, joka on suuruusluokkaa noin 20 1/min/m2.

35 12 Jäähdytyslaitteistossa 4 on valupöydän 13 pyörimissuunnassa viimeisinä kolme tehojäähdytyslaitetta 11, jotka suorittavat tehojäähdytysvaiheet.

5 Jäähdytyslaitteistossa 4 on edullisesti noin 3-4 kpl tehojäähdytyslaitteita 11. Tehojäähdytysvaiheet voidaan aloittaa heti, kun anodin pinta on riittävän jäähtynyt, jotta se kestää jäähdytystä eikä mene kuopalle. Tehojäähdytys on edullista jakaa mahdollisimman usealle 10 tehojäähdytyslaitteelle 11, koska silloin jäähdytyksen säätö on helpompaa ja tarkempaa kuin yhdellä paikalla toteutettuna. Yksittäisellä tehojäähdytyslaitteella 11 suihkutusaika voi olla esimerkiksi noin 10 sekuntia ja ensimmäisessä tehojäähdytysvaiheessa kuluu aikaa, jotta 15 anodin pintalämpötila saadaan laskettua lämpötilaan, jossa anodi ei ole enää keltahehkuinen. On edullista laskea anodin lämpötila tehokkaasti heti jäähdytyksen alussa, koska anodista, jonka lämpötila on esimerkiksi noin 1000 SC, on huomattavasti vaikeampi ottaa lämpö-20 energiaa ulos kuin anodista, jonka lämpötila on esimerkiksi noin 800 2C.

Viimeisen tehojäähdytyslaitteen 11 jälkeen anodin toinen pää kohotetaan irti muotista muotin 2 pohjassa ole-25 villa työntötapeilla 15 (ks. kuva 2). Poistolaite 5 tarttuu anodiin ja vie sen loppujäähdytykseen. Kun anodia poistetaan muotista, sen lämpötila on noin 700 -950 2C optimin ollessa noin 800 2C.

30 Kun anodi 3 on irrotettu muotista 2, muotti etenee maa-lausvaiheeseen 16, jossa muotin pintaan maalataan irro-tusaine, joka on veteen sekoitettua bariumsulfaattia, joka muotin edelleen edetessä kuivuu jonkin aikaa. Sen jälkeen muotti 2 on valmiina uuteen anodin valuun.

Kuvassa 3 on tehojäähdytyslaite 11, joka on järjestetty suihkuttamaan anodin 3 päällipintaan vettä suurella 35 13 paineella enintään kahdellakymmenellä vesisuihkulla 17, jotka kukin on suunnattu viistosti anodin 3 pääl-lipintaan nähden siten, että vesisuihku ohittaa muotin reuna-alueen ja anodin nostokorvat eikä osu niihin, 5 jolloin vesisuihku ei myöskään olennaisesti jäähdytä muottia. Vesisuihkun 17 tilavuusvirta ja paine on valittu siten, että vesisuihku tunkeutuu anodin pinnan päälle edellisistä suihkutusvaiheista jääneen veden muodostavan höyrykerroksen läpi kosketukseen anodin 3 10 pinnan kanssa. Vesisuihkujen 17 osumakuviot anodin pinnalla ovat olennaisesti vierekkäisesti kattaen anodin 3 päällipinnan koko pinta-alan. Suurella paineella syötetty vesi kimpoaa anodin 3 pinnasta muotin reuna-alueen yli suihkun suunnan suhteen vastakkaiselta puo-15 lelta muotin reuna-aluetta olennaisesti huuhtelematta ja jäähdyttämättä. Kuvasta 1 näkyy, että anodit 3 ovat muoteissa 2 niin päin, että nostokorvat ovat valupöy-dän 13 ulkokehän puolella, jolloin tehojäähdytys-vesisuihkut 17 on suunnattu valupöydän 13 keskiöön 20 päin. Ohjain 18 on sovitettu muotin 3 pään läheisyydessä sen yläpuolella keräämään ja ohjaamaan ylöspäin roiskuvan tehojäähdytysveden alaspäin muotin ohitse niin, ettei vesi olennaisesti kosketa ja jäähdytä muottia. Ohjain 18 on muodoltaan pääasiassa alaspäin 25 avautuva kouru, joka on suljettu kummastakin päästään pää tys e inämi11ä.

Suihkutussuuttimet 12 on suunnattu suihkuttamaan vettä viistosti eli pienemmässä kuin 90a kulmassa, edulli-30 sesti 5 - 802 kulmassa, anodin päällipinnan suhteen. Suihkutussuutin 12 muodostaa vesisuihkun 17, jonka osumakuvio anodin pinnalla on olennaisesti pitkänomainen, kuten viivamainen, suorakaiteen muotoinen tai litteän ellipsin muotoinen. Yksinkertaisimmillaan 35 suihkutussuutin 12 on litteäksi puristettu putken pää. Myös muotoilevia suuttimia voidaan käyttää edullisen muotoisen viuhka- tai lattavesisuihkun muodostamiseen.

14

Tehojäähdytyslaite 11 suihkuttaa vettä anodin 3 pintaan suuruusluokkaa 100 - 3000 1/min/m2 tilavuusvirral-la ja 2 - 7 bar paineella. Maksimisuihkutusaika, jonka 5 kuluessa ko. vesimäärä täytyy suihkuttaa anodille, riippuu valupöydän pysähdysjaksoajasta, ja sen mukaan tehojäähdytyslaite 11 voi olla järjestetty suihkuttamaan vettä anodille kerrallaan 5 - 40 s ajan.

10 Syöttölaitteen 1 yhteydessä on vaaka 6 anodin 3 massan punnitsemiseksi. Muotin 2 pintalämpötilaa mitataan syöttölaitteen 1 läheisyydessä olevalla ensimmäisellä pintalämpötilan mittauslaitteella 7, joka on edullisesti kosketuksettomasti mittaava pyrometri.

15

Edelleen laitteistossa voi olla syöttölaitteen 1 läheisyydessä toinen pintalämpötilan mittauslaite 19, joka myös on edullisesti kosketuksettomasti mittaava pyrometri. Toinen pintalämpötilan mittauslaite 19 mit-20 taa muottiin 2 valetun anodin 3 pintalämpötilan käytettäväksi laskennassa anodin alkulämpötila-arvona. Tällöin voidaan keksinnön mukaisella säädöllä aikaansaada anodille tarkka loppulämpötila ennen muotista nostamista. Toista pintalämpötilan mittauslaitetta 19 25 ei kuitenkaan välttämättä tarvita, jos tyydytään hieman heikompaan tarkkuuteen anodin loppulämpötilan aikaansaamisessa. Tällöin anodin alkulämpötila-arvo annetaan laskentaohjelmalle kiinteänä parametrina olettaen sulalla metallilla olevan tietty lämpötila, kuten 30 esimerkiksi 1150 2C.

Ensimmäinen pintalämpötilan mittauslaite 7 ja toinen pintalämpötilan mittauslaite 19 ovat käytännössä kaksi erillistä pyrometria, koska muotin otsapinnan lämpöti-35 la-alue on esimerkiksi kuparianodeja valettaessa n. 0 - 300 2C, jolloin muotin pintalämpötilaaa mittaava ensimmäinen pyrometri 7 toimii eri aallonpituusalueella 15 kuin anodin pintalämpötilaa mittaava toinen pyrometri 19, joka toimii lämpötila-alueella 500 - 1300 2C. Toinen pyrometri 19 on sokea alle 500 2C lämpötiloille eikä siksi voi mitata muotin lämpötilaa.

5

Laskentavälineet 8 voi käytännössä olla tietokoneessa toimiva tietokoneohjelma, joka laskee kunkin anodin 3 alkulämpömäärän anodin alkulämpötila-arvon ja anodin massan perusteella ja laskee vastaavan muotin 2 alku-10 lämpömäärän muotin mitatun pintalämpötilan ja muotin massan perusteella. Kuten yllä mainittiin, anodin 3 alkulämpötila-arvona voidaan käyttää vaihtoehtoisesti joko mitattua tai annettua tunnettua alkulämpötila-arvoa. Edelleen se laskee anodin ja muotin alkulämpö-15 määrien sekä käytettävän valunopeuden perusteella poistolämpömäärän, joka on jäähdytysvaiheissa poistettava kustakin anodista anodin halutun loppulämpötilan saavuttamiseksi. Lopuksi se laskee poistolämpömäärän perusteella tarvittavan jäähdytysvesimäärän anodin ha-20 lutun loppulämpötilan saavuttamiseksi.

Laitteistoon kuuluu myös kolmas pintalämpötilan mittauslaite 20, joka edullisesti on skannaava pyrometri, ja joka on sijoitettu anodin siirtosuunnassa välittö-25 mästi ennen poistolaitetta 5 anodin pintalämpötilan mittaamiseksi. Kolmannen pintalämpötilan mittauslaitteen 20 mittaamaa anodin loppulämpötila-arvoa voidaan käyttää vaikuttavana parametrina seuraavien valettavien anodien poistolämpömäärän laskennassa jäähdytys-30 vesimäärän säätämiseksi. Säätövälineet 9, kuten jääh-dytysvesiputkistoon järjestetyt ohjattavat sulkuvent-tiilit, on järjestetty laskentavälineiden 8 antaman ohjeen mukaisesti säätämään vesisuihkujäähdytyslait-teiston 4 suihkuttamaa jäähdytysvesimäärää.

Tarkemmin sanottuna anodin jäähtymiseen muotissa vaikuttavat lämmönjohtuminen muottiin sekä lämpösäteily 35 16 ja konvektio. Tietokoneohjelma laskee edellä mainittujen lämmönsiirtoilmiöiden vaikutuksen valupöydän kunkin muotin ja anodin lämpömäärään, mistä saadaan laskettua anodin ja muotin sisä- ja pintalämpötilat. Las-5 kenta täytyy tehdä kappaleen lämpömäärän avulla, sillä kappaleen sisä- ja pintalämpötila poikkeavat toisistaan ja vain kappaleen pintalämpötila valupöydällä voidaan mitata. Lisäksi sulan kappaleen jäähdyttyä sulamispisteeseensä ja jähmettyessä kiinteäksi kappaleen 10 pintalämpötila pysyy kappaleen sulamispisteessä kunnes aineen latenttilämpö eli olomuodon muutokseen sisältyvä lämpöenergia on poistunut. Juuri valetun anodin pintalämpötila mitataan pyrometrillä tai annetaan tunnettuna arvona ja anodin massa saadaan valuvaa'alta, 15 mistä saadaan laskettua anodin alkulämpömäärä, jota käytetään lämpölaskennassa alkuarvona. Toisen kerran anodin pintalämpötila mitataan pyrometrillä juuri ennen kuin jäähtynyt kuparianodi nostetaan valu pöydältä vesialtaaseen. Näiden kahden lämpötilana, ttauspisteen 20 välillä anodin lämpömäärä ja sen kautta lämpötila lasketaan em. tietokoneohjelmalla.

Anodien jäähtymistä lasketaan tietokoneohjelmalla, jotta voitaisiin tuntemalla ohjelman avulla tarkasti 25 muut jäähtymisilmiöt määrittää tehostetun jäähdytys-vesimäärän ja jäähdytystehon välinen korrelaatio.

Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitettyjä sovellutusesimerkkejä koskevaksi, vaan monet muunnokset 30 ovat mahdollisia pysyttäessä patenttivaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (23)

17

1. Menetelmä anodien valamiseksi, jossa a) valetaan sulaa metallia avomuottiin ennalta määrätty määrä, 5 b) jäähdytetään muottiin valettua anodia pe räkkäisillä jäähdytysvaiheilla, joissa vettä suihkutetaan anodin päällipintaan, c) poistetaan jähmettynyt anodi muotista anodin ollessa sopivasti jäähtynyt, 10 d) toistetaan vaiheita a) - c) ennalta määrä tyllä, mitatulla tai satunnaisella valunopeudella, ja jossa menetelmässä mitataan muotin pintalämpötila ja mitataan kunkin anodin massa tunnettu siitä, että 15. mitataan muotin pintalämpötila välittömästi muottiin valun jälkeen ennen jäähdytysvaiheita, - määritetään anodille alkulämpötila-arvo, - lasketaan kunkin anodin alkulämpömäärä alkulämpöti-la-arvon ja anodin massan perusteella ja lasketaan 20 vastaavan muotin alkulämpömäärä mitatun muotin pinta-lämpötilan ja muotin massan perusteella, lasketaan anodin ja muotin alkulämpömäärien sekä käytettävän valunopeuden perusteella poistolämpömäärä, joka on jäähdytysvaiheissa poistettava kustakin ano-25 dista, anodin halutun loppulämpötilan saavuttamiseksi, lasketaan poistolämpömäärän perusteella jäähdytys-vaiheissa tarvittava jäähdytysvesimäärä halutun anodin loppulämpötilan saavuttamiseksi, ja jäähdytetään kutakin anodia lasketulla jäähdytys-30 vesimäärällä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että määritetään anodille alkulämpötila-arvo antamalla tunnettu arvo laskentaa varten. 35

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että määritetään anodille alkulämpöti- 18 la-arvo mittaamalla anodin pintalämpötila välittömästi muottiin valun jälkeen ennen jäähdytysvaiheita ja käytetään mitattua arvoa laskennassa anodin alkulämpöti-lana. 5

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen mene telmä, tunnettu siitä, että mitataan anodin lop-pulämpötila välittömästi ennen muotista poistamista, ja käytetään mitattua loppulämpötila-arvoa seuraavien 10 valettavien anodien poistolämpömäärän laskennassa jäähdytysvesimäärän säätämiseksi.

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jaetaan laskettu tar- 15 vittava kokonaisjäähdytysvesimäärä eri jäähdytysvai- heille.

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että järjestetään useita 20 muotteja kiertämään ympyrän muotoista rataa jaksottaisesti niin, että kaikkia muotteja pysäytetään ja siirretään yhtäaikaisesti siten, että pysäytysjaksot ja siirtojaksot vuorottelevat, ja valetaan anodi muottiin pysäytysjakson aikana. 25

7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että järjestetään erikokoisia ja -painoisia muotteja, joihin valetaan erikokoisia ja -painoisia anodeja. 30

8. Jonkin patenttivaatimuksista 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muutetaan valunopeut-ta.

9. Jonkin patenttivaatimuksista 1-8 mukainen mene telmä, tunnettu siitä, että sula metalli valetaan muottiin noin 1150 °C lämpötilassa. 19

10. Jonkin patenttivaatimuksista 1-9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että anodin haluttu loppu-lämpötila on välillä 700 - 950 °C, edullisesti noin 800 5 °C.

11. Jonkin patenttivaatimuksista 1-10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että järjestetään jäähdytys vaiheisiin 10. ainakin yksi ylävesijäähdytysvaihe, jossa anodin pinnalle suihkutetaan päältäpäin vettä tila-vuusvirralla suuruusluokkaa kymmeniä litroja minuutissa per neliömetri, ja - ainakin yksi tehojäähdytysvaihe, jossa ano- 15 din pintaan suihkutetaan vettä viistosti tilavuusvir- ralla ja paineella, jotka ovat moninkertaiset ylävesi jäähdytysvaiheen tilavuusvirtaan ja paineeseen nähden.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että ylävesijäähdytysvaiheessa vettä suihkutetaan tilavuusvirralla, joka on suuruusluokkaa noin 20 1/min/m2.

13. Patenttivaatimuksen 11 tai 12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tehojäähdytysvaiheessa vettä suihkutetaan tilavuusvirralla, joka on suuruusluokkaa noin 100 - 3000 1/min/m2 ja paineella noin 2-7 bar.

14. Jonkin patenttivaatimuksista 10 - 13 mukainen me netelmä, tunnettu siitä, että teho j äähdytysvaiheen vesisuihku suunnataan 5 - 80° kulmassa anodin päällipinnan suhteen.

15. Anodivalulaitteisto, johon kuuluu - syöttölaite (1) sulan metallin syöttämiseksi, 20 - vaaka (6), joka on sovitettu syöttölaitteen (1) yhteyteen punnitsemaan anodin (3) massan, - joukko avomuotteja (2) sulan metallin vastaanottamiseksi syöttölaitteelta (1) anodin (3) muo- 5 dostamiseksi, - vesisuihkujäähdytyslaitteisto (4) muottiin valetun anodin jäähdyttämiseksi vesisuihkuilla, - poistolaite (5), joka on sovitettu poistamaan jähmettyneen anodin muotista anodin ollessa sopi- 10 vasti jäähtynyt, ja ensimmäinen pintalämpötilan mittauslaite (7), joka on sovitettu mittaamaan muotin (2) pintalämpötilan, tunnettu siitä, että ensimmäinen pinta-lämpötilan mittauslaite (7) on syöttölaitteen (1) lä-15 heisyydessä, ja että anodivalulaitteistoon kuuluu - laskentavälineet (8), jotka on sovitettu laskemaan kunkin anodin alkulämpömäärä anodin alkulämpötila-arvon ja anodin massan perusteella ja laskemaan vastaavan muotin alkulämpömäärä mitatun muotin pintaläm- 20 pötilan ja muotin massan perusteella, laskemaan anodin ja muotin alkulämpömäärien sekä käytettävän valunopeu-den perusteella poistolämpömäärä, joka on jäähdytys-vaiheissa poistettava kustakin anodista, anodin halutun loppulämpötilan saavuttamiseksi, ja laskemaan 25 poistolämpömäärän perusteella tarvittava jäähdytys- vesimäärä halutun anodin loppulämpötilan saavuttamiseksi, ja - säätövälineet (9), jotka on järjestetty laskentavä-lineiden (8) antaman ohjeen mukaisesti säätämään ve- 30 sisuihkujäähdytyslaitteiston (4) suihkuttamaa jäähdy- tysvesimäärää.

16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että laitteistoon kuuluu toinen 35 pintalämpötilan mittauslaite (19), joka on syöttölait teen (1) läheisyydessä ja sovitettu mittaamaan muot- 21 tiin (2) valetun anodin (3) pintalämpötilan käytettäväksi anodin alkulämpötila-arvona.

17. Patenttivaatimuksen 15 tai 16 mukainen laitteisto, 5 tunnettu siitä, että laitteistoon kuuluu kolmas pintalämpötilan mittauslaite (20), joka on sijoitettu anodin siirtosuunnassa ennen poistolaitetta (5) anodin pintalämpötilan mittaamiseksi.

18. Jonkin patenttivaatimuksista 15 - 17 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että vesisuihkujääh-dytyslaitteistoon (4) kuuluu ainakin yksi ylävesijäähdytyslaite (10), joka on sovitettu suihkuttamaan vettä anodin pinnalle 15 päältäpäin tilavuusvirralla suuruusluokkaa kymmeniä litroja minuutissa per neliömetri, ja - ainakin yksi tehojäähdytyslaite (11), joka on sovitettu suihkuttamaan vettä anodin pinnalle viistossa suunnassa anodin päällipinnan suhteen tilavuus-20 virralla ja paineella, jotka ovat moninkertaiset ylävesi j äähdytyslaitteen (10) suihkuttaman veden tila-vuusvirtaan ja paineeseen nähden.

19. Patenttivaatimuksen 18 mukainen laitteisto, 25 tunnettu siitä, että ylävesi j äähdytyslaite (10) on sovitettu suihkuttamaan vettä tilavuusvirralla, joka on suuruusluokkaa noin 20 1/min/m2.

20. Patenttivaatimuksen 18 tai 19 mukainen laitteis-30 to, tunnettu siitä, että tehojäähdytyslaite (11) on sovitettu suihkuttamaan vettä tilavuusvirralla, joka on suuruusluokkaa noin 100 - 3000 1/min/m2 ja paineella noin 2-7 bar.

21. Jonkin patenttivaatimuksista 15 - 20 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että laitteistoon 22 kuuluu erikokoisia ja -painoisia muotteja (2) erikokoisten ja -painoisten anodien muodostamiseksi.

22. Jonkin patenttivaatimuksista 15 - 21 mukainen 5 laitteisto, tunnettu siitä, että tehojäähdytys- laitteeseen (11) kuuluu ainakin yksi suihkutussuutin (12), joka on suunnattu suihkuttamaan vettä 5 - 80° kulmassa anodin päällipinnan suhteen.

23. Jonkin patenttivaatimuksista 15 - 22 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että anodivalulait- teistoon kuuluu pyöritettävä valupöytä (13), jonka päälle muotit (2) on järjestetty ympyrämuotoon. 23