JPS60195013A - カ−ボン焼結物製造用ペ−ストを製造する混練機の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、カーボン焼結物製造用ペーストの混練力の連
続制御方法に係る。

カーホン焼結物は、有機結合剤と調整された粒状のカー
ボン生成物とを混練して得られへカーボンベーストの成
形物を９％成することにより得られる。焼結物用途によ
ると、結合剤（石炭ビヂューメン、石油ビヂューメン、
液体又は固体ピヂューメン）及びカーボン粒子（石炭コ
ークス、石油コークス、無煙炭等）の性質は実質的に変
化し得るが、いずれの場合も結合剤がカーホン粒子にで
きるだζノ完全に含浸し得る間、結合剤が十分流動し得
る温度（例えば６０〜１８０℃）で結合剤と（細心に制
御された粒径分布を白ケる）カーホン粒子との延長混練
段階を実施上る。か１１成後の電極の（特に幾何学的密
度、電気抵抗及び破壊抵抗測定により幻定される）品質
は混練の効力に密接に関連している。。

近代的カーボンペースト製造工場において、特に水晶石
中のアルミ）゛電解による」−ルーーホール式ＡＩ製法
で使用されるアノードを製造する場合、結合剤とカーボ
ン粒子との混合物の混練は、１個又は多くの場合直列式
の２個の混練機から構成される連続混練チェーン中で行
なわれる。

第１図乃至第３図は本発明の実施例を示しζいる。

第１図に略示した汎用型混練機は管状本体１から構成さ
れており、該管状本体は管の軸３に対して傾斜した固定
歯２を備えており、管の内側ではそれ自体固定歯を協働
する歯５を備えるシャフト４が、回転運動に同期する往
復運動に従ってカーボンペーストの混練と流動を確保す
るへく運動する。

固定歯は螺旋に従って配置されており、シャフトの往復
運動の振幅は固定歯の歯合ピッチに適合さ且られる。混
練機の出口は、電動弁７にｊ；り閉止される１コロから
構成される。これらの弁の開閉は、ペーストの十分な混
練を確保し月っ装置の［填塞（ｂｏｕｒｒａｇｅ）Ｊ、
即ち過剰充填率に伴う装置のチャージ閉塞を避りるべく
瞬時動力の極限しきい値の関数として制御され得る。

このような混練機は特にＢＵＳＳ　１１．Ｇ、名義のス
イス国特許出願第５１５０６１号、第６０６４９８号及
びフランス国特許公開明細書第２０３８１７３号中に記
載されている。

山口弁の開口率の制御は手動式に行なイっれ（Ｍるが、
多くの場合、短い時間周期にモータにより消費された平
均動力の値に基づいて制御（ｐＨ）−Ｐｒｏ−ｐｏｒｔ
ｉｏｎｎｅｌｌｅ　Ｉｎｔ；３ｇｒａｔｅ　Ｄｅｒｉｖ
ｅｅ（微積分比例）型のアナログ制御）が行なわれる。

時間の関数である電流曲線の性向（この場合動力に正比
例する。なお、混練機の給電は直流である。）を見ろと
、この曲線は各パラメータ（弁の位置、混練機の充填率
、ベーストの特性等）の関数として変化する振幅を（Ｔ
　４’る疑似正弦波形であることか認められる。

この疑似正弦波形の周期（Ｊ混練機の軸の往復運動の周
期に等しく、秒のオーダか又はそれよりやや人である。

この機械的二１Ｒ運動を使用し門ｌ）式アナログ制御を
使用！ｌ−る結果、混練機のザイクルに依存する短周期
振動（主シヤフトの往復運動）を・１４均化するノこめ
に時定数ＲＣ／！：何づ−るフ、ｆルタを尋人しム゛（
）ればならない。

従って弁の位置は、回路の時定数＋＋Ｃに依存する平均
電流値に従属４−る。好ましくは時定数Ｔ＝ＲＣは少な
くとも混練機シャフトの往復運動の周期に等しくなる。

１：うに選択される。しかしながら、この単純な制御方
法には、特にモータから供給され得る最大値近傍の高い
平均混練動ツノをめる時、場合によっては装置の填塞を
避Ｉノるのに十分な速度が得られないという欠点がある
。加えて、使用者は安全のために、填塞が生じた場合に
填塞を克服し且つ混練機を再運転させるに十分な予備動
力を使用できるように最大容量より実質的に低い混練（
戊を使用している。

例えばアルミニウム電解製造用アノードを製造する場合
のようにカーボン焼結物の高制御性と高特性とが必要な
場合、アナログ式混練制御方法では必ずしも使用者がめ
る最適レベルのアノード品質及び制御性に達し得す、使
用可能以下の８徂を使用しなりればならないという不都
合がある。

一方、最良のアノード品質を得るためには、ベーストｌ
　ｌ−ン当たりのキロワット時で表わした混練動力を最
適化及び／又は最大化し、混練機又は混練ヂエーンから
送り出されるペースト仝体に非常に均一にこの動力を加
える必要があることが認められでいる３、 従って、混練、即ち実際には混練機の出口弁のｌｊ：１
口率を、モータに吸収されるＩＮ　時動力の関数として
非常に精密に制御しなｌｌＪればならず、従ってアナロ
タ式制御では混練機のシャフトの回転サイクルで電流強
さの変化を積分するため不完全な制御しか得られなかっ
た。

本発明は、混練機の動作分析と回転シャフトの往復運動
の連続サイクル中にモータに吸収される電流強さの変化
（第２図）の観測とに括りいている。

ここでは）′ナロタ式制御のように連続的に電流強さを
測定Ｕずに、各サイクル毎に４ｆｌＳの瞬時値をサンプ
リングして電流強さを測定する。

このサンプリング式制御の大要は以下の通りである。即
し、往復運動中の混練機の軸の２通りの特定位置につい
てモータにより吸収される電流強さを測定する。なおこ
れらの位置は２個の固定センサ８（第１図）を介して検
出される。２個の電流強さ測定ＩＶ１及びＩＶ２はシャ
フトが「前進ｊ位置の時に実施され、２個の測定ＩＡＩ
及びｌＡ２はシャフトが１後退」位置の時に実施される
。第２図は各サイクルにおける時間の関数として電流強
さの変化を表わす曲線である。

第１の測定Ｎ’ｌは、シャフトの各可動歯がプノーポン
ペースト層を介して対応する固定歯と共に実質的に０１
１支承部に到達し、ペーストの混練機外押出しが実施さ
れる時に行なわれる。

第２の測定ＩＶ２は、吸収される電流強さが実質的にシ
ャフトの後退運動の初期に対応する動力の第１の極小値
を通る時に実施される。この時、可動歯はシャフトの回
転の結果として固定歯間に配置される。従って固定歯と
可動歯との間のペースト圧縮はもはや生しず、単に混練
のろが実施され、モータに必要な力はある程度減少する
。

第３の測定ＩＡＩは、シャフトの後退運動に伴いシャフ
トの可動歯が対応する後退位置の固定歯にカーホンペー
ストを圧着し始める時に実施される。

更に第４の測定ＩＡ２は、モータに吸収される力が第２
の極小値を通る時、即ちシャフトが再び運動を逆転し、
可動歯か固定歯間をｉｌＴ通過する時に実施される。

制御に重要な２個の値は１八２及びＩＶ２、即ｔ５２個
の極小１／ｊである１、従って、ｌＡ２とｌＶ２との測
定値を電流強さの極小値に一致せしめるべく固定センサ
８の位置を調整４−ることか肝要である。

主要な制御パラメータは、ペーストの混練機外押出し圧
力の認識に関連し得るｌＶ２である。この値は、弁の開
１コ率の制御アルゴリズム、特に本発明の非限定的実施
例としζ与えられる下式に導入される。

サイクルｎ中の弁の開口率（千分率）は下式により与え
られる。

（１０００／Ｐ）　（（Ｃ−Ｉｎ）　］−Σ。（＋／１
０００）Ｘ（Ｃ１ｎ））４−５００　（１）なお式中、 −Ｐ及びＩはＰＩＤ式制御法のパラメータ（Ｄ＝Ｑ）、
−Ｉｎはサイクル■１における電流強さＩＶ２の最終３
１＋１定値、 −Ｃは限界電流強さ、 −５００は調整可能な定数、 −ｎは該当サイクルの段数である。

因みに、モータに吸収される力が高い値である場合、Ｉ
Ｖ２の変化は混練機の充填レベルを表わす値と見なされ
得る１Δ２の値（第３図）よりも小さい振幅を有するこ
とが認められる。従って２通りの結果か生じる。

ａ）実験によると、□混線機の動作分析時に明らかにな
ることであるか□ＩＡ２の急激な増加は混練機の「填塞
」傾゛向の現われである。従って実際にシャフトの前進
運動の初期において可動歯はムはや自由マスにぶつから
ず、カーボンペーストは間もなく混練機のほぼ全体を充
填する。この場合、充填が迅速に行なわれないとシャフ
トか閉塞し、安全システムがモータの給電を遮断するの
で、再始動ざ■るために、約１６０　”Ｃに加熱された
カーホンペースＩ・の一部を手動式に除去しな（プれば
ならない。ごの操作は時間がかかり１１１つ困難であり
、使用者は填塞を避（Ｊるため又はそのイ・ｊ帯現象を
克服４〜るためにしばしば混練機に補助給電するか又目
混椋機を大型に作製するか又は大型のモータを混練機に
備えることが必要であり、製造費用の実質的な増加か生
している。

本発明に従う制御システム、を使用すると、ｌＡ２が所
定の絶対しきい値ＳＢを超えた時に填塞の接近を検出す
ることがてき、出１コ弁を開口することにより、又は混
練機の回転速度を漸増させることにより、又はこの２動
作を同時に行なうことにより即座に対応することができ
る。

ｂ）制御システム中にお１ノるｌＡ２の値の控除充填率
を考慮４゛る場合、各ザイクルで電流強さ禁止点Ｃから
決定される浮動しきい値１）２の値に、前記パラメータ
の値を比較する。ｌＡ２＜　Ｐ２である限り、制御パラ
メータＩｎは上述のようにＩＶ２に等しい。

ｌＡ２＞１＋２になると、制御パラメータＩｎはＩＶ２
に所定の量を加えることにより、例えば下式・＋ｎ−’
ＩＶＺ＋（ｌＡ２−１’２）　（Ｉ）により計算される
。

例えば第３図の場合、　ＩＶ２＝　４６５アンペア。

１Ａ２＝　２４０アンペア、Ｐ２＝２１０アンペアなら
ば、Ｉｎ＝　４６’５−１−　（２４０−２１０）−４
９５アンペアである。

従ってこの値４９５Ａ（４６５八でなく）か制御に導入
され、その結果制御応答は非常に速＜　４６５ＡのＩＶ
２の場合に予想されるよりも大きい弁開１」率か得られ
、填塞の出現に対抗する効果を持つ。従って、最大動力
値近傍の混練機を危険なく連続的に使用することが可能
である。

浮動しきい値Ｐ２に加えて、１）２より６人きい値の２
個の固定しきい値Ｓ１及びＳ２が同様に使用され、これ
らの値には同様にｌＡ２が連続的に比較される。

ｌＡ２が第１の固定しきい値Ｓｌ（又は第２のしきい４
ｉ’ｊ　Ｓ　２　）を越えろと、」−１述のように計豹
された１□１の値（第１１式）にｌＡ２とＳｔ（又はＳ
２）の差がに回、例えば３回（又は７回、例えば４回）
イ」加される。従って制御パラメータ１．１（アンペア
）は下式で−りえられる。

１Δ２くＰ２の時、 Ｉｎ＝　ＩＶ２（、、）　（Ｉｌ＋　）１）２＜ｌＡ２
〈Ｓｌの時、 ’ｎ−’Ｖ２（ｎ）亘ｌＡ２−１１２）　（ＩＶ　）Ｓ
ｌ＜　ｌＡ２〈Ｓ２の時、 Ｉ　ｎ＝　ＩＶ２（ｎ）＋（Ｓｌ、−Ｐ２）−１−３（
ｌＡ２−３ｌ）　（Ｖ　）３２＜　ｌＡ２＜ＳＢの時、 １、＝ＩＶ２（、、）→−（Ｓｌ−１＋２）＋３（Ｓ２
−３１）＋４（ｌＡ２−３２）　（ＶＩ）ｌＡ２＞ＳＨ
の場合、しはやＩｎは得られない。従って出１０弁を開
１コすることにより及び／又は混練機の速度を増加ざ■
ることにより填塞に対して「緊急対応」か実施される。

パラメータＣとしきい値Ｐ２．Ｓ１．Ｓ２及びＳＢとの
各レベル（アンペア）は、使用される混練機の型と作動
条件（例えばカーボンペーストの組成及び温度）との関
数点して使用することにより固定される。

非限定的な例として与えられる補正増分値（ｌＡ２−３
Ｌ）、（Ｓ２−　ＳＬ）、（ｌＡ２−５２）の乗数因子
Ｘ及びｙ（Ｊ二記例ではそれぞれ３と４）についても同
様である。

従ってプログラム可能な自動装置に設置されるこの制御
−置は、最大容量近傍の混練機を使用しなから填塞の危
険なく、生成ペースト１１−ン当たりの吸収動力（キロ
ワット／時）を最適化又は最大化すべく、混練機の弁又
は混練機出口でカーボンペーストの流動′を制御する他
の等研装置の位置を制御することかて可能である。

実際に本発明は以下の条件下で実施される。

−カーボンペーストに適用しようとする混紬」、ネルギ
の値（１〜ン当たりキロワットｌｌ’ｉ　）を決定゛４
′る、−生に製作者により決定される公称固定流ｈ１で
あり、且つ混練ヂエーンの頭部に導入されるコ−クス＋
結合剤の総重砥に対応する混練機の時間流ｂ１を決定す
る、 一混練機のモータに供給される電流の最大紙土佐さＣを
決定ケる、 一混練機を始動さＵ、コークス＋結合剤を供給する、 −ザンブリングにより各ザイクルで」二連のように電流
強さノｎｅ時値ＩＶＩ　、　ｌＶ２．　ＩＡＩ　、　Ｉ
Ａ３を測定すル、−各ザイクルｎで ａ）　ｌΔ２（ｎ）の値を、システムに、ｊ、す４’ｈ
止パラメータＣの関数として計τ′−されろ値１）２及
び所定の各固定しきい値Ｓｌ、Ｓ２及びＳＢに比較し、
ｂ）　ＩＡ２（１）＜Ｐ２ならば制御変Ｖｉ１をｌＶ２
に等しくさせ続＋３１ ｃ）　ｌΔ２（ｎ）＞Ｐ２７．、（らば、」二連のよう
に（第１ＩＩ式乃至第■１式）各しきい値１”２　、　
Ｓ、Ｉ　、　Ｓ２に対する１Ａ２（ｎ）の値に括づいて
決定される量を１ｖ２（。）に加えることにより、制御
変数’＋１を自動装置に計算させる。

制御変数１の値を制御アルゴリズムに導入し、これによ
って弁の最適開口率を決定し、更に種々の安全性を確保
する。特に混練チェーンが２個の直列式混練機から構成
される場合、制御装置は同様に第２の混練機を制御し２
、第２の混練機が非′畠に急速に填塞を起こしたとして
も第２の混練機の流量が少なくとも第１の混練機の流量
と等しくなるように、第１の混練機の瞬時流量と第２の
混練機の瞬時流出とを適合せしめる。

一般に本発明に従う制御方法は、第１の混練機、第２の
混練機、又は填塞の危険を避りるへくそれぞれの瞬時流
出を適合させることにより２個の混練機に同時に適用さ
れ得る。

時間流量か３０トン／時に近似するＢＵＳＳ　八、Ｇ、
社製の第１の型（Ｋｅｏｏ及びに５５０ＫＥ）の２個の
混練機を直列に配置して成る混練チェーン申て一連の試
験を行なった。　見掛１づ水銀密度−１，７２ｇ／ｃｍ
の石Ａｌｔコークスとメトラー軟化点１１０°の石炭ヒ
ヂコーメノ１４５％とから、アルミニウム生成用予備焼
成アノードの製造に使用されろベーストを形成した。

混練（ｊ約１６０℃で行なった。

宋ｊ岨鯉↓一 対照として、従来技術の通常条件に従い、約３．８ｋＷ
Ｉ＋／Ｌのベースト混練エネルギ（又は１０５ｋＷの駆
動モータ吸収動力）が得られるようにｌ　Ｇ　Ｑ　（ｔ
ａｉｌのアルミニウム電解用アノードから成る第１のＩ
ＩＴを形成し　）こ。

実施例２ 本発明に従い第１の混練機の開口率をモータに消費され
る動力に従属ざＵ、それぞれ４．９ｋＷｈ／Ｌ及び７．
３ｋＷｂ／Ｌの混練エネルギで同様に１００個のアノー
ドから成る第２及び第３の試験「Ｉを形成しノコ。

駆動モータの吸収動力は、第２の試験では１３５ｋＷ、
第３の試験では２００ｋＷ、即ち実際に予測し得る最大
動力であった。

第３の試験の場合第２の混練機の弁は、ベーストｌトン
当たり２．５ｋＷｈの混練エネルギ（又は７４ｋＷの吸
収動力）に対応する同一位置に保１！Ｊされた。

混練されたペーストを振動−圧縮により成形し、得られ
たアノードを加熱室型回転炉中で連名（条件でを焼成（
約１１００°Ｃ）した。

試ネ、１を取出し、３群の試験で生成されたアノードの
特性を４１１１定し、下表に示す結果を得た。

以上の結果から明らかなように、本発明を使用すると平
均値及び平均値の分散に大きな利益が生じ、混線エネル
ギの連続的安定化により最良の均一性を有するペースト
が得られる。

こ・うして得られた炭化ペーストから形成されたアノー
ドを電解槽に使用すると、 一アノードの低抵抗率によりアルミニウム１トン当たり
４０ｋＷｈ程度、 −Ａｌｌ　トン当たり炭素５ｋｇ程度、−約ｊ口間のア
ノード有効耐久期間の延長、即ち製造費用の相関的節約
、 という点て使用結果の実質的な改良か得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は特に本発明が適用される型の混練機の非常に単
純化した水平方向断面図、第２図及び第３図は本発明の
実施例に関する状態図である。 １・・　管状本体、２・・・固定歯、３・・・軸、４・
・・シャフト、５・・・　可動歯、７・・・弁、８・・
・・センサ。 出師人了ソユミエり乙、ペシイ・

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）連続混練チェーンにお（）るカーボン焼結物製造
   用ペーストの混練エネルギの連続制御方法であり、ペー
   ストはカーボン粒子と固相又は液相で導入される有機結
   合剤との混合物から構成されており、混練機は管状本体
   から構成されており、管状本体は管状本体の軸に対して
   傾斜しノこ複数の固定歯を内側表面に（ｌｉｉｉえてお
   り、管状本体の内側には管状本体と同軸状に配置されて
   おり且つ直流モータにより形成される回転運動に同期す
   る往復運動により駆動される回転シャフトか配置されて
   おり、シャフトはカーホンペーストの混練及び流動を確
   保すべく固定歯と協働ｉ−る歯を備えており、混練機の
   出口は電動弁により開口率を決定される１コを備えてお
   り、０１１記方法は、カーボンペーストに適用しようと
   する混練エネルギの値（トン当たりのキロワット時で示
   す）、混練機の時間流量及びモータに供給される電流の
   限界強さＣを決定する段階と、混練機を始動させる段階
   と、実質的に定電圧で直流を供給されるモータにより吸
   収され且つ動力に比例する電流強さを測定する段階と、
   シャフトの往復運動の各ザイクルで、シャフトが前進位
   置にある時はＩＶＩ及びｌＶ２、シャフトか後退位置に
   ある時にはＩＡｌ及びｌＡ２から成る４個の電流強さの
   値をザンプリングする段階（ｌＶ２は、シャフトの各可
   動歯がカーホンペースト層を介して対応する固定歯に実
   質的に支承され、ペーストの混練機外押出しが行なわれ
   る時に測定され、ＩＶ２は、電流強さがシャフトの後退
   運動の初期に実質的に対応する第１の極小値を通る時に
   測定され、ＩＡＩは、シャフトの可動歯がシャフトの後
   退運動に続いて後退位置にある対応する固定歯にカーホ
   ンペ−ストを圧着し始める時に１１１１定され、ｌＡ２
   は、電流強さが第２の極小値を通る時、即ちシャフトが
   運動を逆転し可動歯が固定山間を通る時に測定される）
   と、レギコレータに弁の開１］率を決定さＵるへくサイ
   タルｎ中て測定された強さＩＶ２の値Ｉ。を制御アルゴ
   リズムに導入する段階とを連続的に実施することを特徴
   とするカーボン焼結物製造用ペーストの混練エネルギの
   連続制御方法。
2. （２）弁の開１−」率（千分率）は下式％式％ （式中、Ｐ及び１は積分比例制御のパラメータ、Ｃは電
   流強さの限界値、Ｉ１１ザイクルｎ　（ｎは該当サイク
   ルの段）中の強さＩ■２の値、５００は制御システムの
   調整可能な定数である） により決定されることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の制御方法。
3. （３）各サイクル１１において、ｌＡ２の値を特定個数
   の増加値の強さのしきい値に比較°４゛ること、及びｌ
   Ａ２の位置をこれらの各しきい値に比較することにより
   決定された値のＩＶ２の増加値１゜をレキュレータに導
   入することを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２
   項に記載の制御方法。
4. （４）　各サイクルｎにおいてｌＡ２を比較する４個の
   増加電流強さの連続しきい値Ｐ２．３Ｉ、Ｓ２及び５Ｉ
   ３（１Δ２＜Ｐ２の時、 Ｉｎ＝　ＩＶ２（ｎ）、 Ｐ２＜　ｌＡ２＜　ＳＬの時、 ｌｎ＝１Ｖ２（ｎ）＋（ｌＡ２−Ｐ２）、ＳＬ＜　ｌＡ
   ２＜　Ｓ２の時、 １、＝　ＩＶ２（ｎ）＋　（Ｓｌ　−Ｐ２）＋　Ｘ（Ｉ
   ＡＩ　−５ｌ）Ｓ２＜ｌＡ２＜ＳＢの時、 Ｉｎ＝’１Ｖ２（。）＋（ＳＬ−Ｐ２）＋ｘ（Ｓ２−３
   ｔ）＋ｙ（ｌＡ２−８２）である） を固定することを特徴とする特許請求の範囲第３項に記
   載の制御方法。
5. （５）　ｌＡ２（ｎ）ＳＢの場合、弁を開くことにより
   及び／又は回転速度を増ずことにより混練機の填塞に対
   ４°る緊急反応を実施することを特徴とする特許請求の
   範囲第３項又は第４項に記載の制御方法。
6. （６）混練チェーンが２個の直列式混練機から構成され
   る時、第１の混練機を制御し第２の混練機の瞬時流量を
   少なくとム第１の混練機の瞬時流量に等しくすることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか
   に記載の制御方法。
7. （７）填塞をａＣノるへく弁の開］−］度又は速度を増
   加された第１の混練機の瞬時流量の過剰分を吸収するよ
   うに第２の混練機の回転速度を調整することを特徴とす
   る特許請求の範囲第６項に記載の制御方法。
8. （８）混練チェーンが２個の直列式混練機から構成され
   る時、第２の混練機を調整し、第１の混練機の流量を第
   ２の混練機の流量以下にすることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項乃至第６項のいずれかに記載の制御方法３
   ゜
9. （９）混練チェーンが２個の直列式混練機から構成され
   る＋１４１．２個の混練機を調整し、第２の混練機の瞬
   時流ｍを少なくとも第１の混練機の流量に等しくするこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１　項乃至第７項のい
   ずれかに記載の制御方法。