HU198162B - Process for shaping carbons blocks by compacting along several axes - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás széiitömbök több tengely mentén tömörítéssel történő formázására, különösen, de nem kizárólag Hall-Heroult-eljárás szerinti elektrolízises alumíniumgyártásnál használt anódok előállítására.

Ismeretes, hogy az olyan széntömbök, mint az alumíniumgyártásban használt anódok, előállítása döngöléssel, sajtolással, vibrációs tömörítéssel vagy vibrációs sajtolássai történik, amikor egy zúzott kokszot (és/vagy antracitot) tartalmazó adalékanyagból és szurokkokszból álló szénmasszát tömörítenék.

Ez a négy előállítási mód azonos elven alapul: a széntartalmú masszát egy alaktartó (ún. „oedometrikus”) formaszekrényben 120-140 °C körüli hőmérsékletre melegítik fel, és egy vagy több lépésben lényegében függőleges irányban mechanikai feszültségnek teszik ki.

A mechanikai feszültség, ún. „terhelés” alkalmazása lehet egyszeri: ez az általánosságban vett sajtolás, vagy többszöri: bizonyos esetekben két vagy három egymást követő sajtolás, mely a vibrációs tömörítés esetében akár több százszor alkalmazott sajtolás is lehet.

A különböző esetekben alkalmazott mechanikai feszültségek értékei jelentős mértékben eltérnek egymástól: például egy-egy lépésben történő sajtolásnál 28 MPa, egy-két lépésben történő sajtolásnái 2X18 MPa, míg egy vibrációs tömörítés esetében 0,5-2,5 MPa lehet. A tömörítés mértékét azonban minden esetben korlátozza két tényező, vagy a szurokkoksztartalom, amikor a kokszot tartalmazó adalékanyagban a szemcsék közötti tér szurokkoksszal telítődik, vagy pedig ha a szurokkoksz-tartalom a telítődés! értéknél kisebb, az a tény, hogy a kokszdarabok egymáshoz érnek, és nem lehet azokat tovább sűríteni. Tehát az egy tengely mentén történő tömörítésnél, vagyis amikor a mechanikai feszültséget egyetlen irányban fejtik ki, van egy olyan fizikai határ, mely nem léphető át, és a tömörített anyag látszólagos sűrűsége egy bizonyos értéken nem mehet túl.

A GB 2 099 804 sz. szabadalomban olyan, több tengely mentén végzett tömörítésre vonatkozó eljárást ismertetnek, ahol a különböző tengelyek mentén egymás után hozzák létre a feszültségeket és azokat fenntartják, így egyidejűleg több tengely mentén van kitéve az anyag feszültségnek.

Az eljárás során a tömörítendő anyagban nem jöhet létre az egyes tengelyek mentén történő tömörítési lépések között feszültségfeloldás. Nem lehet homogenizálni a szurokkoksz-koksz keveréket.

A találmány egy olyan több tengelyes tömörítő eljárásra vonatkozik, ahol a tömörítendő anyagra egymást követően több irányból fejtünk ki mechanikai feszültséget oly módon, hogy azzal a széntartalmú anyag szemcséinek vagy darabjainak fokozatos átrendeződését idézzük elő, melynek eredménye a tér maximális kitöltésének biztosítása, amit a széntartalmú anyagban levő szemcsék vagy darabok formája, és a kötőanyag-tartalom lehetővé tesz.

A találmány tárgya pontosabban egy olyan eljárás, széntömbök több tengely mentén tömörítéssel történő formázására, melynek során kokszot, antracitot, grafilot, valamint szerves kokszolható kötőanyagot, például szurokkokszot és esetleges adalékanyagot tartalmazó masszát tömörítünk, a széntartalmú masszát egy formaszekrénybe visszük be, melynek egyes oldalfalai kiindulási helyzetükhöz képest el tudnak mozdulni, és a masszára egy An tengely mentén legalább egy σ(η) mechanikai feszültséget, majd egy, az An tengellyel nem egybeeső An + 1 tengely mentén legalább egy σ(η + 1) mechanikai feszültségei, ezután egy az A(n + 1) tengellyel nem egybeeső A(n + 2) tengely mentén legalább egy σ(η + 2) mechanikai feszültséget, és így tovább alkalmazunk ismétlődő módon, a találmány szerinti újdonság abban van, hogy minden n(i) mechanikai feszültséget a σ(1 1) feszültség legalább részbeni megszűnése után alkalmazzuk.

A találmány szerinti eljárás egy előnyös végrehajtási módja az, amikor a mechanikai feszültségeket két egymásra merőleges A(n) és A(n + 1) tengely mentén fejtjük ki.

A találmány szerinti eljárást az alábbiakban kiviteli példa kapcsán, a mellékelt rajz alapján ismertetjük részletesebben, ahol az

1. A, B, C ábrán a találmány szerinti megoldásnak azt a változatát mutatjuk be, ahol a széntartalmú anyag sűrítése, mely egy kötőanyagban van szétszórva, egy első lépésben egy első (például függőleges) ffj mechanikai feszültség hatására, majd egy második, például vízszintes (a O]-re merőleges) σ- mechanikai feszültség hatására következik be; a

2. A, B, C ábrán a találmány szerinti, két tengely mentén történő tömörítést mutatjuk be; a

3. Λ, B, C, D, Ε, P ábrán egy két tengely mentén történő, változtatható amplitúdójú találmány szerinti tömörítés fázisait láthatjuk.

A szemléletesség kedvéért a kokszszemcsék, vagy -darabok méreteit erősen túlozva tüntettük fel.

Mint az 1-3. ábrákból kitűnik, a találmány szerint a tömörítendő tömböt behelyezzük a formaszekrénybe, mely például egy 1 téglatest alakú formaszekrény, amely rögzített 2 aljjal rendelkezik, továbbá két egymással szemben elrendezett merev és rögzített oldalfallal (melyek a 2. ábra szerinti metszeten nem láthatók), és két másik, a tömörítendő tömbhöz képest elmozdítható 3 oldalfallal, melyek 4 rugalmas szorítóeszközök hatására mozdulnak el helyükből. A terhelés alatt ezek a 4 rugalmas szörítóeszközök szabályozzák és korlátozzák a mozgatható 3 oldalfalak közötti távolságot, és az első σ, mechanikai feszültséggel történő terhelés után ezek a 4 rugalmas elemek egy reakcióerőt fejtenek ki, mely igyekszik a 3 oldalfalakat visszahúzni azok eredeti helyzetének irányába. Ugyanezek a 4 rugalmas szorítóeszközök fejtik ki a második σ₂ mechanikai feszültséget is, amint az. első σι mechanikai feszültség lecsökkent vagy megszüntet.

198 162

A 6 kötőanyag által bevont 5 kokszdarabok átrendeződésének folyamatát a 2. A, 2. B és 2. C ábrákon mutatjuk be.

A találmány szerinti berendezés egy első megvalósításánál a tömörítés két tengely mentén történik, és az első mechanikai feszültség, majd a második σ₂ mechanikai feszültség alkalmazásából áll, amelyet az 1 téglatest alakú formaszekrény egymással szemben elrendezett 3 oldalfalaira fejtünk ki.

Az első Uj feszültség például függőleges lehet, de semmi sem szól az ellen, hogy a nyomódugattyút vízszintesen helyezzük el.

A találmány szerinti megoldás egy második megvalósítása esetében a tömörítés három tengely mentén történik, és például függőleges, majd a két egymással szemben elrendezett 3 oldalfalra kifejtett vízszintes, majd a két másik oldalfalra oldalirányból kifejtett, majd ismét függőleges, vagy egy másik változat szerint függőleges, a két szemben levő oldalfalra kifejtett oldalirányú, függőleges, a két másik oldalfalra kifejtett oldalirányú, újból függőleges mechanikai feszültséggel, és így tovább. Ebben az esetben is mozoghat a sajtolódugattyú a függőlegestől eltérő irányban is, anélkül, hogy a találmány oltalmi körén túllépnénk, nevezetesen el lehet helyezni vízszintesen is.

A gyakorlatban attól függ, melyik megvalósítási változatot alkalmazzuk, hogy milyen a sajtolt anyag természete, az iparban megvalósítható berendezés bonyolultsága, amelyekkel ezeket a lépéseket végre lehet hajtani egymás után.

Ezenkívül előnyös, ha az egymást követő ciklusokban az oldalfalak mozgásának amplitúdóját moduláljuk.

Kiinduláskor a formaszekrénybe bevitt szénmassza tömörségének mértéke csekély: tehát a dugattyú leereszkedését és az oldalfalak mozgatását egy viszonylag nagy amplitúdóval lehet szabályozni, ezzel lehet biztosítani a széntömb 8 előfonnák anyagának hatékony alakítását (lásd a 3. A és 3. D ábrákat). Legalább az utolsó ciklusban az oldalfalak mozgását teljesen meg kell akadályozni egy 7 eltávolítható támasztóelemmel (lásd 3. E és 3. F ábrákat), oly módon, hogy az megfeleljen a 9 végleges méretű széntömb méreteinek.

A találmány szerinti eljárás végrehajtására alkalmas berendezést többféleképpen lehet kialakítani. Például a formaszekrény alakja a téglatesttől eltérő is lehet, de egy aljának és két vagy több részének kell lennie, ha henger alakú elektródák előállításáról van szó. Abban a speciális esetben, amikor két félhenger alakú széntömböt kívánunk előállítani, a σ₂ mechanikai feszültséget a dugattyúval kifejtett nyomással állítjuk elő, a két félhenger képezi a két mozgatható oldalfalat, amelyek a mechanikai feszültség alkalmazása alatt eltávolodnak, és a σ_χ mechanikai feszültség részleges vagy teljes megszűnése után a σ₂ mechanikai feszültség előállítása céljából a szorítóeszközök hatására közelednek egymáshoz.

A formaszekrény alja is hasonlóképpen rögzített vagy mozgatható lehet: ez utóbbi esetben azt egy második nyoinódugattyú képezheti, és ezeknek a dugattyúknak az elmozdulási tengelyei is lehetnek 'ggőlegesek vagy vízszintesek.

Végül abban az esetben, amikor nagyobb tömörséget kívánunk elérni, ezt a műveletet a légköri nyomásnál kisebb nyomással lehet végrehajtani oly módon, hogy a masszában levő levegőt vagy gázt az egyes formázási ciklusokban gyorsan ki kell vonni, és el kell távolítani.

A széntartalmú masszák sajtolásánál szokásos hőmérsékletét (120-140 °C) és a szurokkoksz illékony összetevőinek gőznyomását figyciembevéve a nyomóerőt úgy kell megválasztani, hogy ne idézzük elő ezen illékony összetevők nagyobb mértékű desztillációját: például 13 300 Pa (ezt az értéket kiindulási alapul adjuk meg csupán).

A találmány kiviteli példája:

A találmány szerinti eljárást „két-tengelyes” változatban valósítottuk meg egy tágítható téglatest alakú (oedometrikus) formaszekrényben, mely egy rögzített aljat, két egymással szemben elrendezett rögzített oldalfalat és két másik, vízszintes irányban mozgatható oldalfalat tartalmazott, mely utóbbiakat ismert, előre megbatározott merevségű rugókkal mozgattuk, és végül egy hidraulikus sajtolócszköz dugattyújára kívülről mereven ráerősített fedőlapot tartalmazott, mely függőleges tengely mentén mozgott. Az oldalfalakat cs az aljat bőálló anyagból alakítottuk ki, mely lehetővé tette a formaszekrény előmelegítését, melybe közvetlenül beleraktunk cg)' kokszból és szurokkokszból álló keverék közel 150 °C-on történő összekeverésével előállított széntartalmú masszát, melyben a koksz és a szurokkoksz tömegszázaléka 85%, illetve 15% volt.

A fedőlapot felső helyzetben tartva a formaszekrényt kb. az oldalfalak magasságának 2/3-ig töltöttük meg a masszával. A formaszekrény megtöltésének kezdetétől enyhe, 10 660 Pa-t meg nem haladó vákuumot alkalmaztunk a vákuumtérben, melyben a formaszekrény el volt helyezve.

Ezután ciklikusan 100-szor függőleges mechanikai feszültséget alkalmaztunk a fedőlap leengedése révén, inig elértük a _σ, ₌_Fi_dugattyú^móerő__{= nMPa} Sj fedőlap keresztmetszet mechanikai feszültséget (terhelés), ezt követően a Uj terhelést a fedőlap újbóli felemelésével (terhelés megszüntetése) nullára csökkentettük. A terhelés alatt a két oldalfal az oldalirányú feszültség hatására (melynek iránya a rugók által kifejtett feszültséggel ellentétes) eltávolodik, a a, mechanikai feszültséggel arányosan. A terhelés megszüntetése során (uj^O) az oldalsó rugók hatására a két oldalfal visszafelé halad, és így azok a

S₂ mozgatható oldalfal felület mechanikai feszültséget előállítják.

Egy 100 ciklusból álló sorozat után megállapítottuk, hogy a találmány szerinti eljárással előállított tömbök száraz sűrűsége 1,37 g/crm volt, jobb mint a 0,08 g/cm³-es érték, amit ugyanebből a széntartalmú

198 162 masszából kiindulva ugyanilyen hőmérsékleten egy olyan formaszekrény esetében értünk el, amelynek rögzített oldalfalai és alja volt, és amelynél egyetlen 45 MPa nagyságú nyomáseiklust alkalmaztunk, továbbá nagyobb a 0,06 g/cm’-es értéknél is, melyet még mindig ugyanazon széntartalmú masszából és ugyanolyan hőmérsékleten értünk el egy olyan formaszekrénnyel, melynek oldalfalai és alja rögzített helyzetűek voltak, de amelyeknél 100 ciklust alkalmaztunk Oj = 12 MPa-os nyomóerővel.

A száraz sűrűséget (DS) a következő összefüggéssel határozzuk meg:

DS = DA (100 szurokkoksz %)/100 ahol DA — a nyers széntartalmú massza látszólagos sűrűsége,a szurokkoksz % pedig a nyers masszában mérhető szurokkoksz-tartalom tömegszázalékban kifejezve. Λ javulás igen jelentős és ez az anódok minőségének észrevehető javulásának felel meg.

A találmány szerinti eljárás előnyei:

A több tengely mentén történő tömörítés lehetővé teszi, hogy kisebb mechanikai feszültségekkel dolgozzunk (az anód minőségének· megfelelően), mint a hagyományos eljárásoknál, ami egy adott nyomóerő esetében nagyobb méretű anódok előállítását teszi lehetővé, és ehhez egyszerűen a formaszekrényt kell megváltoztatni.

A több tengely mentén történő tömörítés lehetővé teszi a sajtolt anódok anizotrópiájának csökkentését. Nevezetesen megállapítható, hogy az égetett anódok ellenállása, mely rendszerint a sajtolás irányában nagyobb, mint a sajtolás irányára merőleges irányban mért ellenállás, a két tengely mentén nagyjából egyenlő.

Végűi a több tengely mentén történő tömörítés megnöveli az anód tömörségét, így annak azelektrolizáló kád feletti élettartamát is, ami csökkenti az anódcseréiési műveletek gyakoriságát, mely mint ismert, a kád termikus egyensúlyának megzavarásával jár együtt.

Claims (8)

1. SZABADALMI IGlaNYPONTOK

   1. Eljárás széntömbök több tengely mentén tömörítéssel történő formázására, melynek során

   5 kokszot,antracitot,grafitot,valamint szerves kokszolható kötőanyagot, például szurokkokszot és esetleges adalékanyagot tartalmazó masszát tömörítünk, a szén‘artalmú masszát egy formaszekrénybe visszük be, melynek egyes oldalfalai kiindulási helyzetükhöz

   10 képest cl tudnak mozdulni, és a masszára egy An tengely mentén legalább egy σ(π) mechanikai feszültséget, majd egy, az An tengellyel nem egybeeső An + 1 tengely mentén legalább egy σ(η + 1) mechanikai feszültséget, ezután egy az An + 1 tengellyel ¹⁵ nem egybeeső An + 2 tengely mentén legalább egy σ(η + 2) mechanikai feszültséget, és így tovább alkalmazunk ismétlődő módon, azzal jellemezve, hogy minden σ(π) mechanikai feszültséget a σ(η l)
2. 2q feszültség legalább részbeni megszűnése után alkalmazzuk.

   2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a mechanikai feszültségeket két egymásra merőleges An és Λη +1 tengely mentén fejtjük ki.
3. 3. Az. 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az An, An + 1 és An + 2 tengelyek egymásra merőlegesek.
4. 4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az oldalfalakat lényegében a mechanikai feszültség irányára merőleges irányban mozgatjuk.
5. 5. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az oldalfalak elmozdulásainak amplitúdóját a tömörítés előrehaladásával fokozatosan csökkentjük.
6. 6. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a c(n) mechanikai feszültségeknek legalább egy részét egy sajtolódngattyűval fejtjük ki.
7. 7. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a σ(η) mechanikai feszültségeknek legalább egy részét a formaszekrény bizonyos oldalfalainak rugalmas reakcióerejével fejtjük ki.
8. 8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a tömörítést a légköri nyomásnál kisebb nyomással hajtjuk végre.

   2 db rajz (12 db ábra)

   Kiadja az Országos Találmányi Hivatal Λ kiadásért felei: Ilimé! Zoltán osztályvezető

   Megjelent a Műszaki Könyvkiadó gondozásában COPYLUX Nyomdaipari és Sokszorosító Kisszövetkezet