DE2235363A1 - Verfahren zur herstellung einer kompakten kohlenstoff-anode und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung einer kompakten Kohlenstoff-Anode und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer festen, kompakten Kohlenstoff-Anode unter Verwendung eines Rüttel- bzw. Vibrationsgerätes.
• Bei der Aluminiumreduktion werden Kohlenstoffanoden-Blöcke in Reduktionszellen eingesetzt. Nach bisherigen Herstellungsmethoden von Kohlenstoffanoden-Blöcken werden kalzinierte Petroleum-Koks-Materialien und ein Steinkohlenteerpech~Bindemittel in eine stationäre Stehform gegeben und durch eine Überheiz-Pressung zu einer Blockanode gepreßt. Die Dichte einer derartigen Anode ist für die Verwendung in einer Reduktionszelle nicht so vorteilhaft wie die durch Einsatz eines Vibrations- oder Rüttelgerätes gemäß der Erfindung hergestellte.
• Die Vibrations- und Ruttelvorrichtung gemäß der Erfindung kann pneumatisch, elektrisch, hydraulisch, mechanisch oder auf ähnliche Weise betrieben werden.
• Aufgabe der Erfindung ist das Aufzeigen eines Verfahrens und eines Gerätes, bei dem ein Kohlenstoffanoden-Block zu einem kompakteren und dichteren Produkt geformt wird, welches eine vorteilhaftere Anode für Aluminiumreduktionszellen darstellt, und bei dem die Kapazität einer existierenden Anodenpresse vergrößert oder eine kleinere Presse bei gleichbleibender Durchsatzleistung eingesetzt werden kann.
• Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung genauer erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine teilgeschnittene Vorderansicht einer Vorrichtung zur Herstellung der Anoden mit einer Presse, einer Form, einem Matrizenrahmen, einem Vorschubbehälter und einem pneumatisch betriebenen Vibrat r; Fig. 2 eine teilgeschnittene Vorderansicht einer Vorrichtung zur Herstellung der Anoden mit einem elektrisch betriebenen Vibrator, bei der die Form und der Vorschubkasten sich in ihren untersten Positionen befinden; Fig. 3 eine Seitenansicht der Vorrichtung mit einem hydraulischen Hebemechanismus zum Bewegen der Form und des Vorschubkastens.
• Wie in der Zeichnung im einzelnen dargestellt, ist ein Bauteil 43 mit seinem einen Ende mit einem Vorschubkasten 13 und mit seinem anderen Ende mit einem hydraulischen Stempel 12 verbunden (Fig. 3). Die Bewegung wird vom hydraulischen Stempel 12 über das Bauteil 43 auf den Vorschubkasten 13 übertragen. Der hydraulische Stempel 12 bewegt den Vorschubkasten 13 auf Schienen 14 in eine Position über der Form 16. In der untersten Stellung (Fig. 2) umfassen die Wände der Form 16 einen Matrizenrahmen 15. Wenn der Vorschubkasten 13 auf einer Vibrationsplatte 17 (Fig. 2) aufliegt und sich die Form 16 in ihrer untersten Position befindet, wird kalziniertes Petroleum-Koksmaterial und ein Steinkohlenteerpech-Bindemittel in den Vorschubkasten 13 eingeführt. Danach bewegt sich die Form 16 mittels eines hydraulischen Zylinders 39 und einem Verbindungsrahmen 42 aus ihrer untersten Position 37 in ihre oberste Stellung 38.
• Der Vorschubkasten 13 hebt sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Form 16, da beide auf dem Verbindungsrahmen 42 befestigt sind (Fig. 3).
• Der Vorschubkasten 13 ist ein hohler Behälter mit oberen und unteren Öffnungen zur Aufnahme und Entleerung des Kokses und des Bindemittels. Wenn sich der Vorschubkasten 13 und die Form 16 anheben, dann verbleibt das Material und das Bindemittel auf der Vibrationsplatte 17. Der Matrizenrahmen 15 ist entweder zur Aufnahme eines Vibrationstisches oder eines Rüttelformgerätes 18, welche unterhalb der Vibrationsplatte 17 montiert ist, ausgebildet. Der Matrizenrahmen 15, die Vibrationseinrichtung 18 und die Vibrationsplatte 17 sind so stabil ausgeführt, daß sie in inaktiviertem Zustand dem vollen Arteitsdruck des Preßstempels 27 widerstehen kennen Wenn die Form 16 zusammen mit dem in ihren Wänden enthaltenen Material in ihre oberste Position angehoben ist und an der Vibrationsplatte 17 anliegt, wird der Vorschubkasten 13 durch den hydraulischen Stempel 12 abgezogen, der Preßstempel 27 bis zur Anlage auf dem Material abgesenkt und der Luft oder pneumatische Vibrator eingeschaltet. Der Vibrator wird durch Luft betätigt, welche über eine Leitung 41 durch ein Lufteinlaß 19 in einen Luftzylinder 25 eintritt. Ein sich aus dem Zylinder 25 nach aufwärts erstrekkender Druckstempel 20 steht in Kontakt mit einem an einem Bauteil 40 montierten Schlagstift 21. Das Bauteil 40 ist an der Vibrationseinrichtung 18 befestigt. Die Bewegung des Stempels 20 wird vom Schlagstift 21 und dem Bauteil 40 auf das Vibrationsgerät 18 übertragen. Das Vibrationsgerät 18 wiederum versetzt die Vibratonsplatte 17 und das in der Form 16 enthaltene Material in Vibrations- bzw. RUttelbewegungen. Die Abluft strömt durch einen Luftkanal 24 und tritt durch Auslaßöffnungen 22 und 23 aus. Der Vibrator läuft so lange, bis faktisch die gesamte, zwischen den Kokspartikeln eingeschlossene Luft entfernt ist, wodurch das Material in die gewünschte Anodenform gebracht und verfestigt wird.
• Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung enthält im Inneren des Matrizenrahmens 15 einen elektrisch betriebenen Vibrator. Abgesehen vom Vibrationsmechanismus ist der Betriebsablauf dieses Gerätes der gleiche wie der der Ausführung nach Fig. 1. Strom gelangt über Leiter im Kabel 29 zum Vibrator und fließt zu einer am Stempel 31 montierten Spule 30. Der Schaft 31 ist von Ausgleichs- oder Stabilisierungsfedern 32 umgeben. Sobald Strom durch die Spule 30 fließt, wird ein Kraftfeld aufgebaut, welches die Kontaktplatte 33 anzieht. Die Kontaktplatte 33 ist zu beiden Seiten an einer flexiblen Membran 34 montiert, die von ihr durchragt wird. Sobald die Spule 30 und die Platte 33 in Kontakt gelangen, unterbricht ein Uberlastschalter 35 den Stromfluß zur Spule 30. Die Membran 34 und die Feder 32 bewegen sich dann in ihre ursprüngliche Position zurück, wodurch die Vibration entsteht. Die Frequenz dieser Unterhrechungen und Verbindungen wird durch die Ausbildung -der Parameter und Eigenschaften der Membran 34, der Spule 30, der Federeinrichtung 32 und des überlastschalters 35 bestimmt. Die Bewegung der Membran 34 überträgt die Vibration durch einen Vibratordeckel 36. Dieser Deckel 36 ist mit der Vibrationseinrichtung 18 verbunden und diese wiederum mit der Vibrationsplatte 17.
• Wie aus Fig. 3 hervorgeht, hebt und senkt der hydraulische Stempel 39 den Verbindungsrahmen 42. Die Form 16, die Schienen 14 und der hydraulische Stempel 12 sind an dem Verbindungsrahmen 42 befestigt. Der Vorschubkasten 13 ist auf den Schienen 14 beweglich montiert. Daher werden bei einer Bewegung des hydraulischen Stempels 39 die Form 16, die Schienen 14, der Vorschubkasten 13 und der hydraulische Stempel 12 angehoben oder abgesenkt.
• Während der Materialverdichtung (Vibration) wird die Form.16 durch den hydraulischen Stempel 39 mit einer Geschwindigkeit nach abwärts bewegt, die so gewählt ist, daß die Relativbewegung zwischen dem zu verdichtenden Material und den Formenwänden Null oder annähernd Null ist. Auch während der Verdichtung senkt sich der Preßstempel 27 mit einer Geschwindigkeit, die annähernd gleich der Verdichtungsgeschwindigkeit des Materials ist, wobei nur ein geringer oder gar kein Druck auf das Material aufgebracht wird, so daß es zu irgendwelchen speziellen Formen oder Ansätzen 28, Konen, Kegelstümpfen, Zylindern, Vertiefungen, Identifizierungsnummern, Würfeln verschiedener Gestalt, Einkerbungen, Vorsprünge und ähnliche geformt werden kann, die in die Fläche des Stempels eingearbeitet sein können. Die Vibrations- oder Rüttelbewegung erlaubt ein Entwelchen faktisch der gesamten zwischen den Kohlenstoffpartikeln eingeschlossenen Luft und führt dadurch zu einer Verdichtung des Materials ohne Aufbringung einer großen Druckkraft durch den Preßstempel 27. Nach vollzogener Materialverfestigung wird der Vibrationsmechanismus inaktiviert. Der Preßstempel 27 senkt sich danach kontlnuierlich weiter ab und übt einen ausreichend großen Druck zur weiteren Verdichtung des Materials aus und formt zuletzt die Material oberflächen entsprechend der Ansätze, Einkerbungen o. S0 an der unteren Stempelfläche. Befinden sich der Bauteil 42, der hydraulische Stempel 39 und die Form 16 in ihrer untersten Position 37, dann bewegt der hydraulische Stempel das Bauteil 43 und den Vorschubkasten 13, um die geformte Anode von der Platte 17 zum Bauteil 45 zu drücken. Die Anode wird danach vom Bauteil 45 entfernt und zum Endprodukt gesintert bzw. verkokt.
• Bei der Presse gemäß der Erfindung ist nur annähernd 1/10 des bei bekannten Pressen erforderlichen Druckes zur Ausbildung von Anoden vergleichbarer Größe und Dichte notwendige Bekannte Pressen erfordern ein Minimum von annähernd 4u0 lb/sq.in. Druck zur Ausbildung einer Anode brauchbarer Größe und Dichte, wohingegen eine Presse gemäß der Erfindung nur annähernd 400 lb/sq.in. Druck erfordern. Daher gestattet die Erfindung die Verwendung einer sehr viel kleineren Presse mit entsprechend geringeren Aufstellangs- und Betriebskosten.

Claims (7)

Patentansprüche

1. Verfahren zur erstellung einer Kohlenstoffanode, gekennzeichnet a) durch Einführen von Kohlenstoffmaterial in einen auf einer Vibrationsplatte (17) ruhenden Vorschubkasten (13), welcher auf einem stationären Matrizenrahmen (15) befestigt und zusammen mit dem Matrizenrahmen (17) von einer beweglichen Form (16) umschlossen ist, b) durch Anheben der beweglichen Form (16),bis das Kohlenstoffmaterial umschlossen ist, c) durch Abziehen des Vorschubkastens (13), d) durch Absenken eines Preßstempels (27) bis auf die Oberfläche des Kohlenmaterial', e) durch Vibrationsverdichtung des Kohlenstoffmaterials, f) durch Absenken der. beweglichen Form (16) und des Preßstempels (27) mit einer der Verdichtung des Kohlenstoffmaterials annähernd gleichen Geschwindigkeit, g) durch Aufrechterhaltung eines Druckes durch den Preßstapel, der zum Halten des Materials in der beweglichen Form gerade ausreicht und Beenden der Vibration, nachdem faktisch die gesamte im Material eingeschlossene Luft entfernt ist, h) durch Aufbringen eines ausreichend großen Druckes mittels des Preßstempels auf das Kohlenstoffmaterial zur weiteren Verfestigung seiner Partikel und zur Ausbildung von Vertiefungen, die Vorsprüngen in der unteren Fläche des Preßstempels entsprechen, i) durch Lösen des Preßdruckes vom Material, k) durch Absenken der beweglichen Form, und 1) durch Abführen des geformten Anodenblockes aus dem stationären Matrizenrahmen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenstoffmaterial durch einen pneumatischen Rüttler gerüttelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenstoffmaterial durch einen elektrisch betätigten Vibrator gerüttelt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung eines Kohlenstoff-Anodenblockes, die eine bewegliche Form, einen in eine Position direkt über der beweglichen Form verfahrbaren Vorschubkasten zur Abgabe der Kohlenstoffmaterial-Partikel, einen von der beweglichen Form umschlossenen stationären Matrizenrahmen und einen vertikal beweglichen Preßstempel über dem stationären Matrizenrahmen aufweist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß Vibrationseinrichtungen (17, 18) am'stationären Matrizenrahmen (ins) zum Rütteln der Kohlenstoffpartikel und zum Austreiben faktisch der gesamten, vor der Kompression durch den Preßstempel (27) eingeschlossenen Luft vorgesehen sind.

5. VorrichtUng nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationseinrichtungen (17) pneumatische Antriebsorgane (19 bis 25, 40, 4t) aufweisen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationseinrichtungen (17, 18) elektrisch betätigt sind (29 bis 36).

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der sich in Eingriff mit den Kohlenstoffpartikeln nach abwärts bewegende Preßstempel (27) einen relativ geringen Druck auf das Material ausübt, bis annähernd die gesamte Luft zwischen den Partikeln ausgetrieben ist.