PL154887B1 - Method for shaping coal blocks by multiaxial densification and device for shaping coal blocks by multiaxial densification - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA	OPIS PATENTOWY	154 887
POLSKA	Patent dodatkowy do patentu nr---	łnt. Cl.s B28B 3/02
	B30B 7/04
	Zgłoszono: 87 09 29 (P. 267972)
	Pierwszeństwo 86 09 30 Francja
		Q fi
URZĄD PATENTOWY	Zgłoszenie ogłoszono: 88 09 29
RP	Opis patentowy opublikowano: 1992 02 28

Twórcy wynalazku: Claude Vanvoren, Benoit Coste, Jean Biarez, Franęois Keime

Uprawniony z patentu: Aluminium Pechiney, Paryż (Francja) sposób formowania bloków węglowych przez zagęszczanie wieloosiowe i urządzenie do formowania bloków węglowych przez zagęszczanie wieloosiowe

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do formowania bloków węglowych przez zagęszczanie wieloosiowe, a zwłaszcza anod przeznaczonych do wytwarzania aluminium przez elektrolizę sposobem Hall-Heroult.

Znane są bloki węglowe do wytwarzania anod wykonywane przez ubijanie, prasowanie, ubijanie wibracyjne albo prasowanie wibracyjne pasty węglowej wykonanej z kruszywa koksowego i/albo antracytowego, mielonego i masy zalewowej.

Wszystkie wymienione cztery techniki wykorzystują tę samą zasadę: pastę węglową wprowadza sⁱę w tem^peraturze rzędu 120-140°^C do nieodkształcalnej ^form^y (zwanej e^metryczną) i ^pod^da^je się ją naprężeniu albo następującym po sobie naprężeniom w przybliżeniu pionowym. Zastosowane naprężenie może być pojedynczym naciskiem albo wielokrotnym, dwu, trzykrotnym aż do kilkudziesięciu razy w przypadku ubijania wibracyjnego. Wartości nacisku wchodzące w grę w różnych przypadkach są wyraźnie różne, na przykład 28 MPa dla ciśnienia w cyklu pojedynczym, 2x18 MPa dla ciśnienia w cyklu podwójnym, 0,5 do 2,5 MPa w przypadku zbijania wibracyjnego. W każdym z tych przypadków poziom zagęszczania jest ograniczony bądź przez zawartość masy zalewowej, kiedy dochodzi do nasycenia nią przestrzeni międzyziarnistej z kruszywa koksowego, bądź w przypadku zawartości masy zalewowej mniejszej od nasycenia z tego powodu, że granulki koksu wchodząc w zestyk jedne z drugimi nie mogą się już bardziej zbliżyć do siebie. Istnieje więc w zagęszczeniu jednoosiowym to znaczy z naciskiem zastosowanym w jednym kierunku, granica fizyczna, która nie pozwala na dojście do określonej gęstości materiału zagęszczanego.

Celem wynalazku jest usunięcie wyżej wymienionych niedogodności i zaproponowanie sposobu i urządzenia do formowania bloków węglowych przez zagęszczanie wieloosiowe, polegających na zastosowaniu kolejno w materiale zagęszczanym, naprężeń wieloosiowych, to znaczy w różnych kierunkach, w sposób wywołujący progresywne przemieszczanie ziaren kruszywa, co daje maksymalne wypełnienie przestrzeni umożliwione przez kształt ziarenek tworzących kruszywo i przez zawartość spoiwa.

154 887

154 887

Cel ten został osiągnięty dzięki sposobowi i urządzeniu według wynalazku charakteryzującymi sie tym, że pastę węglową wprowadza sie do formy, której niektóre ścianki mogą sie przesuwać w stosunku do ich położenia wyjściowego, pastę te poddaje sie kolejno naprężeniu co najmniej n wzdłuż osi. An, nastę^pnie na^pr^ężeniu co najmniej ^n+1 wz^dłu^ż osi. An+1. nie po^kry wającej sie 2 osią An, potem co najmniej naprężeniu n+2 wzdłuż osi An+2 nie pokrywającej sie z osią An+1 i tak dalej w powtarzający sie sposób, przy czym każde naprężenie ^(i) stosuje sie po skasowaniu co najmniej częściowemu naprężeniu &(i-1).

Korzystnie, naprężenie wywołuje sie wzdłuż osi An i An+1 prostopadłych do siebie, przy czym osie An, An+1 i An+2 tworzą trójścian trójprostokątny.

Według wynalazku, przesunięcia ścianek dokonuje sie w kierunku wyraźnie prostopadłym do osi naprężenia. Korzystnie, amplitudę każdego przesunięcia ścianek zmniejsza sie stopniowo w miarę jak postępuję zagęszczanie. Jest korzystne także, gdy co najmniej cześć naprężeń ²>(^b) wywołuje sie tłoćem prasy al^bo przez reakcj^e elastyczną nⁱe^kt<5ryc^{h ś}ciane^{k f}ormy, przy czym proces prowadzi sie pod ciśnieniem mniejszym od atmosferycznego.

Urządzenie według wynalazku zawiera formę utworzoną z nieodkształcalnego denka i z co najmniej dwóch ścianek przesuwalnych w sposób powracalny w stosunku do ich położenia wyjściowego, przy czym denko formy jest stałe i jest utworzone przez koniec tłoka prasy. Korzystnie, ruchome ścianki są wyposażone w elementy elastyczne utworzone ze sztywnych sprężyn, przy czym elementy elastyczne są siłownikami hydraulicznymi. Korzystnie także, ścianki ruchome są wyposażone w usuwalne elementy blokujące je w określonym położeniu.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ruchu zbliżającego ziaren kruszywa rozproszonego w spoiwie pod działanⁱem pierwszego naprę^żenⁱa, na ^prz^ykła^{d pi}onowego i 1 a następnie ^dru^gie^go naprężenia ² na ^przy^kła^d poziomego (prosto^padłego do &2 )^{, fig}. ^{2 p}rze^dstawia schematycznie zagęszcza nie dwuosiowe według wynalazku. W celu lepszego zrozumienia wymiary ziarenek koksu zostały znacznie powiększone, fig. 3 pokazuje schematycznie fazy dwuosiowego zagęszczania o zmiennej amplitudzie według wynalazku. Amplituda przesunięcia ścianek bocznych została również powiększona dla lepszej przejrzystości rysunku.

Według wynalazku, zagęszczany blok jest umieszczony w formie prasy, na przykład w formie równoległościennej 1 mającej denko 2 stałe, dwie naprzeciwległe ścianki sztywne i stałe (nie pokazane na przekroju z fig. 2) i dwie inne ścianki boczne 3 ruchome w stosunku do zagęszczanego pod działaniem siłowników albo sprężyn 4 bloku, podczas załadunku elementy elastyczne 4 kontrolują i ograniczają rozsunięcie ścianek ruchomych,a po rozładowaniu naprężenia pierwszego 6l wywołuj^ą one na^pr^ężenⁱe reakc^yjne. kt^óre ^dąż^{y d}o sprowadzenia ^ścⁱane^k w ich położenie początkowe.

Te same elementy ⁴ wywołują więc ta^kże naprę^żenⁱa i ^{2 ki}edy naprę^żenie Ól ulega ^zmnie^jszeniu albo jest skasowane.

Przegrupowanie ziarenek koksu 5 otoczonych spoiwem 6 jest przedstawione schematycznie na fig. 2A, 2B, 2C.

W pierwszym przykładzie wykonania, zagęszczanie jest dwuosiowe z zastosowaniem w kolejność napr^ężenⁱa pierwszego 1 nast^ępnie ^dru^giego &2, ^które wywⁱera n^a dwⁱe śc^{ianki p}rzecⁱwległe 3 formy 1. Na^pr^ężenie ^pierwsze &1 mo^że ^być na ^przykład pwnowe ^{i p}rzeciwwstawia się tylko tłokowi prasy, bądź może być rozmieszczone poziomo.

W drugim przykładzie wykonania zagęszczanie jest trzyosiowe i występują w nim na przykład w kolejności naprężenia pionowe, następnie boczne na dwie przeciwległe ścianki potem boczne na dwie inne ścianki, po czym znowu pionowe, albo wariantowo: pionowe, boczne na dwie ścianki przeciwległe, pionowe, boczne na dwie inne ścianki, od nowa pionowe i tak dalej. Ponadto, tłok prasy może się przesunąć w kierunku innym niż pionowym, może być on umieszczony zwłaszcza poziomo.

Praktycznie rodzaj materiału prasowanego i zestaw aparatury przemysłowej zdolnej do wykonania tych sekwencji, będą stanowiły kryteria wyboru między jednym a drugim ze sposobów wykonania.

154 887

Ponadto, jest korzystnie mierzyć w trakcie kolejnych cyklów, amplitudę ruchu ścianek bo cznych. Na początku poziom zagęszczania pasty węglowej wprowadzanej do formy jest słaby, moż na więc regulować zejście tłoka i przesunięcie ścianek bocznych przy amplitudzie odpowiednio dużej a dla zapewnienia skutecznego ugniatania półwyrobu 8 bloku węglowego (fig. 3A, 3B) . Następnie, zmniejsza się progresywnie amplitudę b (fig. 3C, 3D) . Dla co najmniej ostatniego cyklu, ścianki boczne powinny być całkowicie zablokowane przez usuwalne elementy 7 (fig.3E, 3F) w sposób umożliwiający dokładne porównanie ostatecznych wymiarów bloku węglowego 9.

Forma do zagęszczania może być wykonana w różnych wariantach. Może być na przykład równoległościenna, ale utworzona z denka i dwóch albo kilku sektorów w przypadku formowania e^le^ktrod cyldn^ycznycJi. W przypadku zw^łaszcza ^dw<5c^h ^^ylindrów, naprę^żenie 2> 1 jes^t wywołane przez tłok prasy, przy czym dwa półcylindry tworzą dwie ruchome ścianki, które się rozsuwają podczas zastosowania & 1 i zbliżają się pod działaniem sprężyn albo siłowników, dla wywołania naprężenia i 2 po skasowaniu częściowo albo całkowicie il. Również denko formy może być stałe albo ruchome. W tym ostatnim przypadku może być utworzone przez drugi tłok prasy, przy czym osie przesunięcia tych tłoków mogą być zarówno pionowe, jak też poziome.

Wreszcie, w przypadku gdy chce się osiągnąć wyższy poziom zagęszczenia można wykonać tę operację pod ciśnieniem mniejszym od atmosferycznego w taki sposób żeby podczas ugniatania, powietrze i gazy były zamknięte, bądź wydalane szybko.

Biorąc pod uwa^gę zw^ykłą tem^peratur^{ę p}rasowania past^y wę^glowej ⁽120^-140°^C) i natężenró parowania składników lotnych masy zalewowej, obniżenie będzie wybrane w .sposób nie wywołujący znacznej destylacji tego składnika, na przykład 100 Torów (około 13300 Pa), przy czym wartość jest podana jako wskazówka.

Wynalazek został wdrożony na sposób dwuosiowy w formie edometrycznej, rozszerzalnej, utworzonej ze stałego denka, dwóch naprzeciwległych ścianek bocznych, stałych i dwóch innych ścianek bocznych, sterowanych przez układ elastyczny (utworzony ze sprężyn) o wcześniej określonej sztywności.

Formie otrzymującej ładunek pasty węglowej klasycznej (koks + masa zalewowa) w tempera^turze ¹⁵⁰°^C apli^kuje się c^yklicznⁱe ser^ię n napr^ężeń pionowycli do wartości, λ ¹ (ładowanie) ^, a następującym potem rozładowaniem aż do zera. Wskutek załadunku, obydwie ścianki rozstępują się pod działaniem bocznego naprężenia (w kierunku przeciwnym do naprężenia przeciwstawianego przez s^pr^ężyn^y) proporcjonalne^go z &1. Wskutek za^ładun^ku^{, p}od ^działaniem sprężyn b^oc^znych, °b^ydwie ścianki boczne ^dą^żą ^do zbli^żenia si^ę, wywieraj^ąc napr^ęż^eni^{e p}°^przeczne d*2. ^pra^ktyczni.e, wed^łu^g wynalazku w^ykonuje s^ię ser^ię 100 c^yk^{li p}o^d naprężentiem Ól o ¹² M^pa, podczas gdy naprężenie 2 jest rzędu 8 MPa.

Równolegle, ta sama pasta węglowa została ściśnięta w tej samej temperaturze, w znanej formie edometrycznej, z jednej strony z prasowaniem w pojedynczym cyklu pod ciśnieniem 45 MPa, a z drugiej strony z prasowaniem wielocyklicznym o 100 cyklach pod ciśnieniem 12 MPa.

Stwierdzono, że bloki wykonane według wynalazku miały gęstość w stanie suchym wyższą o ^0,08 g/cm^ o^d bloków o-trzymanyc^{h p}od citotoniem 45 MPa/1 c^{ykl i} w^yższą o ⁰,06 ^g/cm^ od ^bl° ków otrzymanych pod ciśnieniem 12 MPa/100 cyklów. Gęstość w stanie suchym (DS) określa się przez zależność:

DS = DA /100% masy zalewowej/100

DA jest gęstością pozorną surowej pasty węglowej, taką jaką się mierzy, przy czym % masy zalewowej jest zawartością w paście surowej masy zalewowej w równoważnych procentach. Zysk jest bardzo znaczący i oznacza wyraźną poprawę jakości anod.

Zagęszczanie wieloosiowe pozwala na pracę z naprężeniami mniejszymi (z równą jakością anod), niż w procesach klasycznych, co pozwala na wytwarzanie anod o większych wymiarach na danej prasie i zmieniając łatwo formę. Zagęszczanie wieloosiowe pozwala na zmniejszenie anisotropii prasowanych anod. Stwierdza się szczególnie, że wytrzymałość wypalanych anod, która jest zazwyczaj wyższa w kierunku prasowania od tej, która jest mierzona w kierunku prostopadłym do kierunku prasowania, ma tendencję do wyrównania się wzdłuż obydwu osi. Wreszcie, zagęszczanie wieloosiowe zwiększa spoistość anody, a więc jej trwałość na elektrolizerze, co zmniejsza częstotliwość operacji wymiany anody, której zakłóceniowy charakter jeżeli chodzi o równowagę cieplną elektrolizera jest znaczny.

154 887

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób formowania bloków węglowych przez zagęszczanie, utworzonych z pasty węglowej na bazie kruszywa węglowego takiego jak koks, antracyt, czy grafit, spoiwa organicznego koksującego takiego jak masa zalewowa, ewentualnie z dodatkami, znamienny tym, że pastę węglową wprowadza sie do formy, której niektóre ścianki mogą sie przesuwać w stosunku ^do ic^{h p}oło^żenia wyjści.owego, pasta ^te ^po^ddaje sta sukcesywnta na^prężeniu co najmntaj & n wzdłu^ż osⁱ An, nast^ępnta naprętanta, co najmntaj & n+1 wzdłuż osi An+1. nie ^pokr^ywaj^ącej sta z osią An, potem co najmniej naprężeniu n+2 wzdłuż osi An+2 nie pokrywającej się z osią An+1 i ta^k dalej w ^powtarzając^y sie spos^ób, prz^y cz^ym ^ka^żde naprętanie & (i) stosuje sta po skasowanta co najmntaj częściowemu naprężenta & (i-1).
2. 2. Sposób według zastrz, 1,znamienny tym, że naprężenie wywołuje sie wzdłuż osi An i An+1, prostopadłych do siebie.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że osie An, An+1 i An+2 tworzą trójścian trójprostokątny.
4. 4. Sposób według zastrz. 1 lub 2 lub 3,znamienny tym, że przesunięcia ścianek dokonuje sie w kierunku wyraźnie prostopadłym do osi naprężenia.
5. 5. Sposób według zastrz. 1,znamienny tym, że amplitudę każdego przesunięcia ścianek stopniowo sie zmniejsza w miarę jak postępuję zagęszczenie.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej cześć naprężeń (n) wywołuje sie tłokiem prasy.
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej cześć naprężeń (n) wywołuje sie przez reakcje elastyczną niektórych ścianek formy.
8. 8. Sposób według zastrz. 6 lub 7, znamienny tym, że proces prowadzi sie pod ciśnieniem mniejszym od ciśnienia atmosferycznego.
9. 9. Urządzenie do formowania przez zagęszczanie bloków węglowych utworzonych z pasty węglowej na bazie kruszywa węglowego takiego jak koks, antracyt czy grafit, spoiwa organicznego koksującego takiego jak masa zalewowa ewentualnie z dodatkami znamienne tym, że zawiera formę utworzoną z denka (2) nieodkształcalnego i z co najmniej dwóch ścianek (3) przesuwalnych w sposób odwracalny w stosunku do ich położenia wyjściowego.

   10. Urządzenie według zastrz. 9, Z n a m i e n n e t y m. że denko formy jest stałe. 11. Urządzenie według zastrz. 9, z n a m i e n n e t y m. że denko formy jest utwo- rzone przez koniec tłoka prasy. 12. Urządzenie według zastrz. 9, z n a m i e n n e t y m. że ruchome ścianki i są wy-

   posażone w elementy elastyczne (4).

   13. Urządzenie według zastrz.12, Z n a m i e n n e t y m. że elementy elastyczne (4, są utworzone ze sztywnych sprężyn. 14. Urządzenie według zastrz.12, z n a m i e n π e t y m. że elementy elastyczne (4) są siłownikami hydraulicznymi. 15. Urządzenie według zastrz. 9, z n a m i e n n e t y m. że ścianki ruchome (3) są

   wyposażone w usuwalne elementy blokujące (7) w określonym położeniu.

   154 887

   H8.2

   154 887

   FIS .8

   Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 100 egz.

   Cena 3000 zł