DE2235363A1

DE2235363A1 - Aluminium electrolysis anode - made by vibratory - pressing

Info

Publication number: DE2235363A1
Application number: DE19722235363
Authority: DE
Inventors: Wynn M Hass
Original assignee: National Southwire Aluminum Co
Current assignee: National Southwire Aluminum Co
Priority date: 1971-07-19
Filing date: 1972-07-19
Publication date: 1973-02-01
Also published as: CA972515A; AT320299B; DE7226745U; SE387970B

Abstract

The anode is produced by the material being first poured into a vibratory hopper mounted on a fixed mould frame and surrounded by a vertically displacable mould. The mould is then raised until the carbon fills it up, the hopper being withdrawn. A ram is lowered onto the C surface with vibratory compaction of the C taking place. This is assisted by the simultaneous identical speed lowering of the mould and ram, the compacting pressure being maintained just sufficiently high to hold the material in the mould, vibration being ended on removal of all entrapped air. After this a raised compacting pressure is applied by the ram to consolidate the compact and impress the ram face contours onto the top of the compact. After completion of pressing, the mould is lowered and the anode block is removed from the die plate. The method yields a very uniform anode block without density gradient.

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.Method of making a compact carbon anode and device for carrying out the method The invention relates to a method and a device for making a solid, compact carbon anode under Use of a shaker or vibration device.

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. In aluminum reduction, carbon anode blocks are placed in reduction cells used. According to previous production methods of carbon anode blocks are calcined petroleum coke materials and a coal tar pitch ~ binder in given a stationary standing mold and through an overheat pressing to a block anode pressed. The density of such an anode is for use in a reduction cell is not as advantageous as using a vibration or vibrator manufactured according to the invention.

Die Vibrations- und Ruttelvorrichtung gemäß der Erfindung kann pneumatisch, elektrisch, hydraulisch, mechanisch oder auf ähnliche Weise betrieben werden. The vibration and shaking device according to the invention can be pneumatic, be operated electrically, hydraulically, mechanically or in a similar manner.

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. The object of the invention is to show a method and a Device in which a carbon anode block becomes a more compact and dense one Product is molded which is a more advantageous anode for aluminum reduction cells and in which the capacity of an existing anode press is increased or a smaller press can be used with the same throughput can.

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. In the following, embodiments of the invention are based on the Drawing explained in more detail. 1 shows a partially sectioned front view a device for producing the anodes with a press, a mold, a Die frame, a feed container and a pneumatically operated vibrat r; Fig. 2 is a partially sectioned front view of an apparatus for manufacturing the anodes with an electrically operated vibrator, in which the mold and the feed box are in their lowest positions; Fig. 3 is a side view the device with a hydraulic lifting mechanism for moving the mold and of the feed box.

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. As shown in detail in the drawing, there is a component 43 with one end with a feed box 13 and with its other end with a hydraulic ram 12 connected (Fig. 3). The movement is from the hydraulic Transfer the stamp 12 to the feed box 13 via the component 43. The hydraulic one The punch 12 moves the feed box 13 on rails 14 to a position above the Form 16. In the lowermost position (Fig. 2) the walls of the form 16 comprise a Die frame 15. When the feed box 13 is mounted on a vibrating plate 17 (Fig. 2) rests and the mold 16 is in its lowest position, it is calcined Petroleum coke material and a coal tar pitch binder in the feed box 13 introduced. Thereafter, the mold 16 moves by means of a hydraulic cylinder 39 and a connecting frame 42 from its lowest position 37 to its uppermost Position 38.

Der Vorschubkasten 13 hebt sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Form 16, da beide auf dem Verbindungsrahmen 42 befestigt sind (Fig. 3).The feed box 13 rises at the same speed as the mold 16, since both are mounted on the connecting frame 42 (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. The feed box 13 is a hollow container with upper and lower Openings for receiving and emptying the coke and the binding agent. If raise the feed box 13 and the mold 16, then the material and the Binder on the vibrating plate 17. The die frame 15 is either for Recording of a vibrating table or a shaker 18, which below the vibrating plate 17 is mounted is formed. The die frame 15, the vibrating device 18 and the vibrating plate 17 are so stable that that they withstand the full Arteitsdruck of the ram 27 in the inactivated state If the mold 16 together with the material contained in its walls in its uppermost position is raised and rests against the vibrating plate 17, is the feed box 13 withdrawn by the hydraulic ram 12, the ram 27 lowered to rest on the material and the air or pneumatic vibrator switched on. The vibrator is actuated by air, which via a line 41 enters an air cylinder 25 through an air inlet 19. One himself out of the cylinder 25 upwardly extending plunger 20 is in contact with one on one Striker 21 mounted on component 40. Component 40 is on the vibration device 18 attached. The movement of the punch 20 is controlled by the striker 21 and the component 40 transferred to the vibration device 18. The vibration device 18 is in turn offset the vibrating plate 17 and the material contained in the mold 16 in vibration or shaking movements. The exhaust air flows through an air duct 24 and passes through Outlet openings 22 and 23 from. The vibrator runs until practically the entire, Air trapped between the coke particles is removed, causing the material is brought into the desired anode shape and solidified.

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. The device shown in Fig. 2 contains inside the die frame 15 an electrically operated vibrator. Apart from the vibration mechanism is the operation of this device is the same as that of the execution after Fig. 1. Current passes through conductors in the cable 29 to the vibrator and flows to an am Stamp 31 mounted coil 30. The shaft 31 is made of compensating or stabilizing springs 32 surrounded. As soon as current flows through the coil 30, a force field is built up, which the contact plate 33 attracts. The contact plate 33 is on both sides mounted on a flexible membrane 34 through which it protrudes. Once the coil 30 and the plate 33 come into contact, a circuit breaker 35 interrupts the Current flow to coil 30. Diaphragm 34 and spring 32 then move into their original position, creating the vibration. The frequency of this Understandings and connections are made through the training of parameters and properties the membrane 34, the coil 30, the spring device 32 and the circuit breaker 35 determined. The movement of the diaphragm 34 transmits the vibration through a vibrator lid 36. This cover 36 is connected to the vibration device 18 and this in turn with the vibrating plate 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. As can be seen from Fig. 3, the hydraulic ram raises and lowers 39 the connecting frame 42. The mold 16, the rails 14 and the hydraulic ram 12 are attached to the connecting frame 42. The feed box 13 is on the Rails 14 movably mounted. Therefore, when the hydraulic Stamp 39 the mold 16, the rails 14, the feed box 13 and the hydraulic Stamp 12 raised or lowered.

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. During the material compaction (vibration) the Form.16 becomes through moves the hydraulic ram 39 downwards at a speed which is chosen so that the relative movement between the one to be compacted Material and the mold walls is zero or approximately zero. Even during compaction the ram 27 lowers at a speed approximately equal to that The rate of compaction of the material is little or no Pressure is applied to the material causing it to have any special shapes or lugs 28, cones, truncated cones, cylinders, depressions, identification numbers, Cubes of various shapes, notches, protrusions and the like are formed can, which can be incorporated into the surface of the stamp. The vibration or shaking motion allows virtually all of the between the carbon particles to escape trapped air and thereby leads to a compression of the material without Application of a large pressure force by the ram 27. After the material has solidified the vibration mechanism is deactivated. The ram 27 is then lowered continuously and exert a sufficiently high pressure for further compression of the material and finally forms the material surfaces according to the approaches, Notches or S0 on the lower stamp surface. Are the component 42, the hydraulic ram 39 and the mold 16 in their lowermost position 37, then moved the hydraulic ram the component 43 and the feed box 13 to the shaped To press the anode from the plate 17 to the component 45. The anode is then removed from the component 45 removed and sintered or coked to the end product.

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. In the press according to the invention is only approximately 1/10 of at known presses required pressure for the formation of anodes comparable Size and density necessary Known presses require a minimum of approximately 4u0 lb / sq.in. Pressure to form an anode of usable size and Density, whereas a press according to the invention is only approximately 400 lb / sq.in. pressure require. Therefore, the invention allows a much smaller one to be used Press with correspondingly lower installation and operating costs.

Claims

1. Process for making a carbon anode, marked a) by introducing carbon material into one on a vibrating plate (17) stationary feed box (13), which is mounted on a stationary die frame (15) attached and together with the die frame (17) by a movable mold (16) is enclosed, b) by lifting the movable mold (16) until the carbon material is enclosed, c) by pulling off the feed box (13), d) by lowering a Press ram (27) down to the surface of the carbon material ', e) by vibration compression of the carbon material, f) by lowering the. movable mold (16) and the ram (27) at a rate approximately equal to the compression of the carbon material, g) by maintaining a pressure through the press pile, which is used to hold the Material in the movable form is just enough and stop the vibration after practically all of the air trapped in the material has been removed, h) by application a sufficiently large pressure by means of the ram on the carbon material to further Solidification of its particles and the formation of Depressions corresponding to protrusions in the lower surface of the ram, i) by releasing the pressure from the material, k) by lowering the movable mold, and 1) by discharging the molded anode block from the stationary die frame.

2. The method according to claim 1, characterized in that the carbon material is vibrated by a pneumatic vibrator.

3. The method according to claim 1, characterized in that the carbon material is shaken by an electrically operated vibrator.

4. Device for performing the method according to one of the preceding Claims for the production of a carbon anode block that has a movable mold, a feed box that can be moved to a position directly above the moving mold for releasing the carbon material particles, one enclosed by the movable mold stationary die frame and a vertically movable press ram above the stationary Has die frame, characterized in that vibration devices (17, 18) on the stationary die frame (ins) for shaking the carbon particles and to expel virtually all of it prior to compression by the ram (27) trapped air are provided.

5. Device according to claim 4, characterized in that the vibration devices (17) have pneumatic drive elements (19 to 25, 40, 4t).

6. Apparatus according to claim 4, characterized in that the vibration devices (17, 18) are electrically operated (29 to 36).

7. Apparatus according to claim 4, characterized in that the press rams (27) moving downwards into engagement with the carbon particles exerts a relatively small amount of pressure on the material, up to almost all of it Air is expelled from between the particles.