用于振動壓實機的背壓裝置以及包括類似裝置的機器的製作方法

2024-03-07 14:11:15

本發明涉及碳陽極的製造，尤其是來自於瀝青和碎焦炭的混合物，用於霍爾赫勞爾特電解法（hall-héroultelectrolysisprocess）。

背景技術：

已知的過程是將材料（糊狀物）放置在振動壓實機中，基本包括可移動地安裝在振動臺上的具有矩形截面的整體平行六面體模具，振動臺包括模具的底部，以及能通過模具上端軸線向插入前述模具的蓋子配重。振動臺通過懸掛裝置牢固地連接底盤並且受到基本垂直方向上的振動，沿著模具的軸線，在振動機械的作用下。

類似已知的機器的實例展示於本申請圖1和2中。該機器因此基本由具有矩形截面的整體平行六面以及大體垂直軸線的體模具1構成，其能垂直移動並且可移動地安裝在振動臺2上，以及蓋子配重3。在模具1中引入由液體瀝青和碎焦炭組成的糊狀物4之後，通過蓋子配重3的搗實來壓實糊狀混合物。為了實現這一點，不平衡軸線5沿相反方向轉動，刺激臺面2，假定為垂直正弦運動。通常，工作檯2安裝在彈性吊架6上，彈性吊架6限制振動傳遞到地面7和/或機器周圍的物體。

蓋子配重3，或印模8，的下端進入模具1以形成模製塊的頂部。在工作檯2的垂直運動的作用下傳遞到糊狀物4，蓋子配重3撞擊正在形成的塊的頂部。

該模具1通常安裝在導軌9a上，垂直滑動到工作檯2的固體套筒2a中，並且通過液壓閥10操作，液壓閥10通過其杆的自由端連接到模具1，並通過其缸體的下端連接到工作檯2；這些液壓閥10將模具1夾緊在工作檯2上並且也將其釋放，將模具1提升到工作檯2上方，以允許模製塊從工作檯2的表面側向移除。

此外，壓實裝置能具有用於在模具1內產生真空的系統和背壓裝置12，背壓裝置12固定到蓋子13，使用模具1的蓋13上的可移除的關閉機構15緊密地密封模具1的上部（參見圖1），其中蓋子13能夠同蓋子配重一起通過外部裝置11相對於模具1垂直移動，外部裝置11例如是絞盤或具有吊杆的液壓閥，與模具1真空系統相關聯，並且固定到框架（未示出），由蓋子13的垂直引導件9b引導到固定至模具1的套筒1b中。該蓋子13確保模具1被密封並且為背壓裝置12提供支撐，其朝向糊狀物4和臺2推動蓋子配重。該背壓裝置12包括可膨脹裝置，通常為氣動閥14，其位於它們所依靠安裝的蓋子13和它們向下推動的蓋子配重3之間。這些氣動閥14的上端和下端分別連接到蓋子13和蓋子配重3，並在壓實階段的全部或部分期間用壓縮空氣充氣；圖中未示出壓縮空氣源。

以這種方式，在該壓實階段期間在蓋子配重3上產生向下的垂直力。該力抵抗蓋子配重3在糊狀料4上的反衝，並且還增加了該蓋子配重3對糊狀物4的衝擊產生的能量。該背壓裝置12有助於顯著地改善壓實結果並且在壓實期間穩定蓋子配重3的移動。

在圖2上，背壓裝置12包括兩個氣動閥14，其對稱地布置在蓋子配重3的吊杆11和蓋13的每側。

為了在限制屈曲現象的同時增加閥14的行程，在文獻wo2010/119184中建議堆疊至少兩個閥，與引導件一起工作以便引導它們的變形和行程。每個堆疊具有其自己的引導裝置。這些閥組對稱地安裝並且在模具的中心垂直軸線的每側上橫向偏移，使得沒有同軸線閥堆疊在模具的中心垂直軸線上。優點是機器的背壓裝置幾乎不需要維護，易於安裝和拆卸，並且容易從外部接近。

材料在模具中壓實以給予未來的陽極特定的密度。因此，有必要在壓實機模具內的壓實期間監測材料的密度，以便隨後調整加工設置，例如放置在模具中的材料的量、不平衡配重的旋轉速度以及由背壓裝置施加的力。

為此，已知要監測模具中材料的高度。

文獻fr2674259建議在形成期間通過使用利用反射器工作的光電傳感器來檢測塊的高度，以確定保持蓋子配重的杆的高度。然而，杆的高度的變化，特別是由於工作檯振動，可能導致測量誤差。

文獻fr2751991描述了用於監測和控制碳塊密度的裝置的示例。在該裝置中，懸掛蓋子配重的杆由包括安裝在蓋上的不與杆接觸的電子傳感器的模製部件包圍。離散測量標記沿著杆的長度放置，並且它與電子傳感器一起工作以在模具中形成期間測量塊的高度。由於傳感器由蓋子支撐，測量誤差減小。

然而，類似的裝置需要檢查機器的設計，以便將標記物包括在蓋子配重吊杆上和蓋上的傳感器上。此外，如果需要對傳感器進行維護，則必須固定蓋子配重。

此外，這種裝置僅提供沿著模具的中心垂直軸線的高度的測量，而可能期望知道沿著側面的精確高度，以便監控模具中的塊的幾何形狀。

因此，需要一種可以處理在上述現有技術中發現的問題的新的壓實機。

技術實現要素：

為此，首先提出一種用于振動壓實機的背壓裝置，以便在所述振動壓實機的模具中形成塊，尤其是陽極塊，所述陽極塊用於形成電解鋁的陽極。該背壓裝置的特徵是：

-至少一個背壓單元，所述背壓單元包括至少一個垂直可膨脹元件，所述垂直可膨脹元件一端通過上法蘭垂直支撐，所述上法蘭能被固定到機器模具蓋子，且另一端通過下法蘭垂直支撐，所述下法蘭能被固定到機器蓋子配重，所述垂直可膨脹元件能通過彈性形變在所述上法蘭和所述下法蘭之間施加背壓，以及

-至少一個引導單元，與所述背壓單元的垂直可膨脹元件一同工作以引導其垂直膨脹，所述引導單元包括至少兩個引導元件，所述引導元件能相對於彼此自由地垂直移動，第一元件結合所述上法蘭的垂直運動，並且第二元件結合所述下法蘭的垂直運動，

-至少一個相對垂直位置傳感器，用於與所述引導單元的所述第二元件相干的第一元件，

所述背壓裝置形成能夠測量塊在機器中成型期間的密度的裝置。背壓裝置理想的小尺寸，通過包括在可擴張元件的引導單元內的傳感器的測量功能。

根據操作程序，背壓裝置具有緊固到上法蘭或下法蘭的至少一個加速度計。為此，例如，第一加速度計固定到上法蘭以測量蓋子的加速度，並且第二加速度計固定到下法蘭以測量蓋子配重的加速度。因此，通過測量在形成期間的塊的密度和加速度，能夠實現塊製造的精細和精確的控制。

根據實施例，兩個引導元件是彼此可伸縮地安裝的柱類型，確保有效的引導和限制屈曲風險。

傳感器能夠是lvdt型並且包括固定到第一元件以及第二引導元件的一側的磁性元件，，以及對磁性元件的磁場敏感的杆。杆被固定到第一元件以及第二引導元件的另一側。這種類型的緊湊型傳感器易於安裝在引導單元中，並且提供對兩個元件的相對高度的連續測量，以提供正在進行的密度測量。

根據一個實施例，所述垂直可膨脹元件包括至少一個充氣閥或至少一堆至少兩個充氣閥。在相對於第二元件的第一元件上的相對垂直位置傳感器現在理想地位於充氣閥內部，充氣閥提供對抗背壓裝置的環境內的高溫和可能的汙染顆粒的保護。

根據一個實施例，引導單元至少部分地沿著豎直可膨脹元件延伸，並且理想地從一端到另一端延伸。在相對於第二元件的第一元件上的相對垂直位置傳感器現在至少部分地放置在垂直可膨脹元件內部。

其次，提出了一種用於碳塊的振動壓實機，所述碳塊用於形成電解鋁的陽極。該機器包括至少一個能夠牢固固定到振動臺並且具有開口側的模具，能夠沿著中心垂直軸線穿過所述模具的開口側並且能夠在所述模具中垂直移動的蓋子配重，能夠緊密密封模具的開口側的蓋子，以及至少一個如上所述的背壓裝置。背壓裝置的上法蘭現在固定到蓋子的下側，背壓裝置的下法蘭固定到蓋子配重的上側。包括用於相對於引導單元的第二元件的第一元件的相對垂直位置傳感器的背壓裝置現在能連接到機器，而不必改變機器的設計。

根據一個實施例，機器具有至少兩個背壓裝置，側向偏置在蓋子配重的中心垂直軸線的每側。因此，機器不具有受到沿著中心垂直軸線引導的任何背壓裝置。因此，機器還能夠包含用於至少兩個背壓裝置的測量比較系統，以便測量蓋子配重在模具壓實塊期間的平坦度。因此，如果蓋子配重不在所需的平坦度，可以採取措施。

附圖說明

本發明的其它特徵和優點將從本發明的實施例的描述和附圖中得出，其中：

-圖1是現有技術的振動壓實機的透視圖，其中,蓋子和蓋子配重被提升到固定到振動臺的模具上方；

-圖2是圖1所示的振動壓實機的前橫截面視圖，其具有現有技術的背壓裝置；

-圖3是用於根據操作程序的碳塊的背壓和連續密度測量裝置的蓋子和蓋子配重的正面剖視圖；

-圖4是用於圖3中處於第一位置的碳塊的背壓和連續密度測量裝置的側視橫截面圖；

-圖5是用於處於第二位置的碳塊的背壓和連續密度測量裝置的與圖4類似的視圖；

-圖6是碳塊的背壓和連續密度測量裝置的俯視圖。

具體實施方式

下面描述了垂直振動壓實機的背壓裝置的一個示例，其用於形成由液體瀝青和粉碎焦炭製成的糊料模製的陽極塊。然而，反映本發明的背壓裝置可適用於來自顆粒或任何其它機器的任何其它垂直振動壓實機，而不偏離本發明的範圍。

反映本發明的振動壓實機通常包括並且如參考代表現有技術機器的圖1和圖2所描述的，具有矩形橫截面的平行六面體模具1，該橫截面在作為其基部和其上側的兩個水平相對側上開口。模具1牢固地固定到振動臺2上以便閉合基座並為模具1提供底部。機器還包括用於通過模具的上側插入模具1中的蓋子配重3，支撐在蓋子13下面，蓋子13牢固地固定到模具1的上端以提供緊密密封。該機器還具有兩個沿相反方向旋轉的不平衡軸5，激勵工作檯2，其呈現垂直正弦運動。此外，工作檯2安裝在彈性懸掛6上，彈性懸掛6限制振動傳遞到地面7和/或機器周圍的物體。

如圖3所示，用於模具1上的蓋子13的鎖定系統15設置在機器中。

機器還具有沿著蓋子13和蓋子配重3的中心垂直軸線a-a的位移系統，該位移系統通過至少一個懸掛杆11。

在本申請中，形容詞「垂直」及其變型表示平行於蓋子的中心垂直軸線a-a的任何方向;形容詞「水平」及其變型表示垂直於中心垂直軸a-a的任何方向。

當蓋子13閉合模具1的上側時，位移系統與在模具1中產生真空的系統相關聯，以便在模具1中形成碳塊期間控制壓力。

蓋子配重3的下側形成對應於未來陽極的上側的形狀的壓痕8。

根據本發明的機器還包括定位在蓋子13和蓋子配重3之間的至少一個背壓裝置12。

更具體地，背壓裝置12包括至少一個背壓單元16，其在蓋子13和蓋子配重3之間產生背壓力。

為此目的，背壓單元16包括位於上法蘭17和下法蘭18之間的至少一個可豎直擴張的元件16a，所述上法蘭17如下文所示固定到蓋子13，下法蘭18如下文所示固定到蓋子配重3。更具體地，可豎向擴張元件16a為上法蘭17和下法蘭18提供垂直支撐。更具體地，根據垂直方向，可擴張元件16a包括固定到上法蘭17的上端以及固定到下法蘭18的下端。可豎直延伸的元件16a可以彈性變形，使得其在上法蘭17和下法蘭18之間，並且因此在蓋子13和蓋子重3之間，產生取決於豎直方向的反壓力。

根據本文提出的操作程序，可膨脹元件16a由兩個相同的環形充氣閥19的堆疊形成，以便增加可膨脹元件16a的總垂直行程。第一閥19固定在上法蘭17和中間法蘭20之間；第二閥19固定在中間法蘭20和下法蘭18之間。中間法蘭20被鑽孔，使得閥19的內部連接。因此，每個堆疊需要單個氣門機構。閥19和法蘭17、18、20之間的緊固系統確保閥19的內部與外部環境封離。

可膨脹元件16a由引導單元21垂直地引導。引導單元21包括至少兩個元件，根據在此呈現的操作過程，兩個柱22、23相對於彼此豎直移動。稱為上柱的初始柱22至少可移動地聯接到上法蘭17的垂直運動。實際上，上柱22牢固地固定並密封到上法蘭17。已知的第二柱23作為下柱，至少可移動地聯接到下法蘭18的垂直運動。同樣在實踐中，下柱22牢固地固定並密封到下法蘭18。

根據在此呈現的操作程序，引導單元21中的兩個柱22、23彼此可伸縮地安裝。例如，下柱23容納在上柱22內，使得其可以豎直地滑動。中間法蘭20具有足夠的直徑孔，以允許上柱22穿過它。下柱23相對於上柱22的滑動由下法蘭18和上柱22之間的配合來引導。更具體地，上柱22包括兩個沿直徑相對的垂直脊，以便產生上柱22的兩個腳部22a，並且下法蘭18包括兩個開口18a以容納上柱22的腳部22a。下法蘭18的開口18a的尺寸和形狀相對於上柱22的腳部22a的尺寸和形狀確保了垂直滑動的導向。

可選地或同時地，柱22、23可以在上柱22的內表面和下柱23的外表面之間具有足夠的間隙以允許垂直滑動。

再一次可選地或同時地，中間法蘭20可以通過與上柱22一起工作而被引導。例如，滑道圍繞中間法蘭20的中間的孔固定，並且沿著上柱22的外表面滑動。

背壓裝置12還包括在上柱22上相對於引導單元21的下柱23的至少一個相對垂直位置傳感器24，其連續地測量上法蘭17和下法蘭18之間的距離，並且因此在蓋子13的下側和蓋子配重3的上側之間。

優選地，引導元件21沿著可膨脹元件16a的至少一部分垂直延伸，並且實際上沿著可膨脹元件16a從一端到另一端垂直地延伸。因此，傳感器24位於可豎直擴張元件16a的內部空間內。

根據本文提出的操作過程，相對垂直位置傳感器24是lvdt（linearvariabledifferentialtransformer線性可變差動變壓器）類型，並且包括磁性元件25，例如固定到下柱23的釹磁體。磁體25和下柱23在其中心具有垂直孔，杆26穿過該垂直孔延伸。杆26由磁致伸縮材料製成並且固定到上柱22上。杆26上的連接器27設置在上法蘭17上，以便提供到背壓裝置12的外部通路以進行連接。更具體地，杆26穿過上柱22中的孔並且出現在可膨脹元件16a的外部。保護蓋子27a可以設置在上法蘭17上以形成用於杆26的連接器27的殼體。優選地，密封元件設置在杆26和上柱22中的孔之間。因此，杆26可以連接到電源，並且杆26的響應可以通過其連接器27記錄在計算機系統28中。

當不平衡軸5操作時，蓋子配重3在模具1中的材料上垂直彈跳，使得上法蘭17相對於背壓裝置的下法蘭18豎直地移動。當上柱22相對於下柱23移動時，磁體25的位置沿著杆26被改變，並且可以通過杆26的響應來監測。

因此，背壓裝置12可以通過監測在機器的模具1中其高度的變化來測量正在形成的塊的密度。

因此，背壓功能和密度測量功能被仔細地組合在單個背壓裝置12中，有助於減小機器的重量並且使得更容易進行測量。

此外，根據本文提出的操作程序，垂直位置傳感器24，更具體地磁體25和杆26被放置在可膨脹元件16a的內部空間中，使得傳感器24免受外部環境的影響。例如，當可膨脹元件16a包括閥19時，傳感器24放置在閥19內部。然而，由於閥19的內部通過它們的交替充氣和放氣而通氣，然後閥19內的溫度低於周圍溫度。由於周圍溫度可以是大約100℃，即模具中材料的溫度，閥19內的空間為傳感器24提供了有利的保護，以提高強度和精度。

背壓裝置12因此在振動壓實機內形成模塊，其組合兩個功能：首先，其在蓋子配重3和蓋子13之間產生背壓力，其次允許測量模具1中的材料的高度。裝置12也可以容易地安裝和從機器移除。

為了測量高度並且指定在模具中形成的塊的密度，背壓裝置12還可以包括在上法蘭17上的加速度計，以測量蓋子13的加速度，或者包括在下法蘭18上的加速度計以測量蓋子配重3的加速度。在實踐中，背壓裝置12具有兩個加速度計29,30：固定到上法蘭17的一個加速度計29和固定到下法蘭18的另一加速度計30。理想地，至少將下法蘭18上的加速度計30放置在可膨脹單元16a內部，以減小與模具1內的熱材料接觸的蓋子配重的溫度的影響。

兩個加速度計29、30也連接到計算機系統28以收集測量值。為此目的，下法蘭18上的加速度計30連接到固定到從可擴展單元16a的內部伸出的法蘭17的連接器31。因此，連接器31可從外部訪問，並且還連接到計算機系統28，以收集來自下法蘭18上的加速度計的測量結果。

背壓裝置12通過將上法蘭17固定到蓋子13的下側並且還通過將下法蘭18固定到蓋子配重體3的上側來安裝。優選地，下法蘭18和蓋子配重3之間的緊固能夠是密封的。此外，用於閥19的緊固系統19a以及更一般地用於上法蘭17上的可膨脹元件16a，下法蘭18和中間法蘭20的任何緊固系統提供緊密密封。因此，背壓單元16的可膨脹元件16a內的空間是與其周圍隔離的密封環境。可膨脹元件16a周圍的環境可以充滿來自用於形成塊體的材料的灰塵和蒸汽。因此，下法蘭18上的傳感器24和加速度計30理想地被保護在可豎直擴張元件16a的內部空間中。

可能與加速度計29、30組合的垂直位置傳感器24提供對在機器的模具1中形成的塊的密度的變化的持續和實時監測。可以實時進行調整以精確控制塊的密度。例如，可以調節不平衡軸15的旋轉速度和/或由背壓裝置12的可膨脹元件16a施加的力。放置在模具1中以形成塊的材料的量也可以作為從前一塊獲得的測量結果進行調整。作為變型或組合，不平衡軸15的質量也可以作為從前一個塊獲得的測量結果來調整。

由於垂直位置傳感器24和加速度計29、30永久地存在於背壓裝置12中的機器上，因此提高了測量的監測並且幫助檢測問題的典型徵兆以便執行預測性維護，即，甚至在問題之前出現。

包括垂直位置傳感器24的背壓裝置12不需要改變機器的設計，並且可以替換現有的背壓裝置。

優選地，根據本發明的至少兩個背壓裝置12安裝在機器上，在蓋子13和蓋子配重3之間。兩個背壓裝置12在蓋子配重3和蓋子13的中心垂直軸線a-a的兩側橫向偏移。因此，沒有背壓裝置沿著中心垂直軸線a-a被引導。因此，可以在計算機系統28中使用比較系統比較由用於每個背壓裝置12的垂直位置傳感器24提供的測量結果，以便確定蓋子配重3的平坦度並推導出上側的信息，即，與形成在模具中的塊的蓋子配重3的壓痕8接觸的一側。

例如，如果塊體是用於鋁電解的粗陽極塊，一旦形成粗塊體，其在被帶到陽極烘烤爐之前與其它粗塊體堆疊。堆疊可以達到幾米高。因此，塊的兩側必須以約2mm的精度對準，以確保穩定的存儲。通過兩個偏置的背壓裝置12在機器上簡單且快速地使用兩個垂直位置傳感器24有助於確保正在形成的塊的上側平行於其下側，即，與模具1的基座接觸的一側具有所需的精度。

測量平坦度還有助於監測材料在模具1中的正確的水平分布。

機器可具有多於兩個背壓裝置12。

結合背壓功能和塊密度測量功能的所述背壓裝置12有助於提高測量的精度，同時在模具中的塊的整個形成期間保持在機器內部。當垂直位置測量傳感器24放置在蓋子13和蓋子配重3之間時，距離測量誤差受到限制。

背壓裝置12可以在不改變機器的情況下容易且快速地安裝在振動壓實機上，代替現有技術的背壓裝置。由於測量裝置包括在背壓裝置12內，除了與計算機系統28的連接之外，不需要特定的安裝操作，降低了安裝成本。

由於背壓裝置12被定期更換，因此測量裝置的維護也變得容易。