Патент на изобретение №2207952

(54) СПОСОБ ФОРМОВАНИЯ МАССЫ АКТИВАТОРА АНОДНЫХ ЗАЗЕМЛИТЕЛЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к технологии формования изделий из твердых сыпучих материалов. Способ включает задачу массы активатора порциями, которые сжимают вокруг центрального электрода анодного заземлителя. Сжатие ведут продольным вдоль оси электрода усилием. Последний располагают внутри полого пуансона. Подачу массы осуществляют посредством шнека, а процесс формования ведут в формообразующей трубе. Поверхности днища трубы и торца полого пуансона ответны торцевым поверхностям сформованного заземлителя. Изобретение позволяет повысить эффективность процесса формования и улучшить качество формуемых заземлителей. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к технике и технологии формования изделий из твердых сыпучих материалов и термопластичной связки, в частности для формования массы активатора из гранулированного кокса и пека либо нефтяного, либо каменноугольного производства вокруг центрального электрода анодных заземлителей в виде цилиндра, концентричного его оси, и может быть использовано для изготовления последних.

Известны способ и устройство для прессования кирпича и керамических камней из пластичных масс выдавливанием бруса из пластичной массы через профилированные мундштуки винтовых горизонтальных (ленточных) прессов. После пресса брус разрезается на отдельные (единичные) изделия необходимой длины (“Производство глиняного кирпича”, Кашкаев И.С., Шейнман Е.Ш., Москва, издательство “Высшая школа”, 1978 г.).

В данном случае мы имеем дело с продольным способом формования, заключающемся в том, что вектор усилия формования совпадает с направлением движения и осью формуемого изделия.

Недостатком известного способа является то, что плотность и пористость готового изделия определяется в первую очередь составом смеси пластичной массы и в последнюю – геометрией формующего элемента – мундштука. Нет возможности повлиять на плотность и пористость изделия в процессе формования без изменения геометрии мундштука. Недостатком устройства для осуществления известного способа является ограниченность давления формования в зависимости от состава смеси пластичной массы (относительное содержание жидкой фазы) и вероятность остановки процесса работы при неравномерном составе смеси за счет обратных потоков смеси от мундштука через подающий винт к загрузочному устройству.

Известны способ и устройство для непрерывного формования стержней из порошков стекол с термопластичной связкой, которые наиболее близки к изобретению по технической сущности и достигаемому результату (SU а.с. 167619 А1; С 03 В 19/06).

В данном случае мы имеем дело со способом продольного формования, когда вектор усилия формования совпадает с направлением движения и осью формуемого изделия. Состав формовочной массы – порошок стекла с термопластичной временной связкой, аналогичен по физико-механическим характеристикам смеси активатора анодного заземлителя – гранулированный кокс и термопластичная связка – пек.

Известный способ осуществляют сжатием порции формовочной массы в формообразующей трубке вдоль оси изделия усилием, величина которого ограничивается силой трения формуемого изделия о трубку, сила трения же, в свою очередь, зависит от состава формовочной массы и длины трубки. Этим же формующим усилием изделие продвигают в трубке, по выходе из которой после термообработки его разрезают на элементы определенной длины.

Устройство для осуществления известного способа состоит из емкости с формовочной массой, формообразующей трубки, входящей одним концом в емкость пуансона, смонтированного напротив трубки с возможностью входа в нее, шнека, коаксиального пуансону, электронагревателей в стенках емкости и загрузочного отверстия в ней.

Устройство работает следующим образом. Пуансон возвратно-поступательным движением захватывает порцию формовочной массы и подает ее в формообразующую трубку, где уже имеется ранее сформованная часть стержня, сжимает ее, передвигает при этом стержень. Электронагреватели в стенках емкости поддерживают необходимую температуру формовочной массы, а винтовой шнек служит для рыхления и облегчения подачи формовочной массы в трубку. Длиной трубки регулируется сила трения стержня о трубку, а значит, и степень уплотнения в ней формовочной массы.

Недостатком известных способа и устройства для его осуществления являются:
– нестабильность степени уплотнения порции формовочной массы в процессе формования стержня, поскольку она зависит от силы трения стержня о стенки формообразующей трубки, которая, в свою очередь, зависит от вероятных локальных отклонений состава и температуры порции массы;
– нестабильность градиента степени уплотнения порций формовочной массы по длине стержня, поскольку градиент также зависит от нестабильных силы трения внутри самой массы и силы трения стержня о стенки трубки;
– невозможность изменения и контроля степени уплотнения формовочной массы и градиента степени в формуемых порциях по длине стержня, в процессе работы, без изменения длины формующей трубки, что требует остановки работы и переналадки устройства.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности процесса формования и улучшение качества формуемых цилиндров активатора анодных заземлителей из спекающейся смеси гранулированного твердого сыпучего материала и термопластичной связки, за счет сохранения стабильности заранее задаваемых значений плотности и пористости активатора и их градиентов по длине цилиндра в процессе формования вне зависимости от состава смеси и с сохранением геометрии формообразующих поверхностей.

Техническая задача решается тем, что в способе формования массы активатора анодного заземлителя из смеси твердого сыпучего материала с термопластичной связкой путем сжатия формуемой массы в формообразующей трубе продольным вдоль оси изделия усилием, согласно изобретению сжатию подвергают заранее задаваемые порции спекающейся массы активатора, формуемой вокруг центрального электрода в виде цилиндра, коцентричного оси электрода, при этом величину усилия сжатия задают заранее путем создания силы противодействия усилию сжатия за вычетом величины силы трения сформованного цилиндра активатора о стенки формообразующей трубы, причем в качестве формуемой массы активатора используют смесь гранулированного кокса и пека нефтяного или каменноугольного производства.

Техническая задача решается также тем, что в устройстве для формования массы активатора анодного заземлителя, содержащем емкость с формовочной массой, в полых стенках которой расположены обогреватели, и формообразующую трубу, полый пуансон, размещенный внутри емкости по оси формообразующей трубы, смонтированный с возможностью возвратно-поступательного движения, шнек, расположенный коаксиально пуансону, приводимый в движение одним с пуансоном приводом, согласно изобретению емкость установлена на рессоры с возможностью перемещения по вертикали и снабжена вибратором с вектором воздействия в том же направлении, а формообразующая труба выполнена с возможностью осевого перемещения и поворота относительно параллельной ей оси в раскрепленном состоянии и снабжена холодильной камерой, устройством замера величины усилия, приложенного к формообразующей трубе по оси, кроме того, в емкости встык и соосно формообразующей трубе установлен цилиндр, имеющий окна с возможностью перекрытия их заслонкой, выполненной в виде гильзы, расположенной под шнеком коаксиально цилиндру, при этом в цилиндре с небольшим зазором размещен полый пуансон, внутри которого по его оси расположен электрод, причем пуансон соединен с приводом через устройство для изменения величины хода его возвратно-поступательного движения, а также имеет торец с формующей поверхностью, адекватной поверхности торца цилиндра, сформованного из массы активатора анодного заземлителя, при этом в торце пуансона смонтировано уплотнение с профилем сечения, соответствующим профилю сечения центрального электрода, на переднем конце которого по ходу формования цилиндра закреплено технологическое днище, входящее с небольшим зазором в формообразующую трубу и имеющее формообразующую поверхность, адекватную поверхности торца цилиндра, сформованного из массы активатора анодного заземлителя, а на другом конце расположена технологическая штанга, сопряженная с нагрузочным устройством, имеющим функциональную связь с устройством замера величины усилия, приложенного по оси к формообразующей трубе, причем центральный электрод выполнен либо в виде стержня, либо в виде стержня с пластинами вдоль его образующих с резьбовой муфтой на одном конце и наружной резьбой на другом, формообразующие поверхности торца пуансона, формообразующей трубы, технологического днища облицованы антиадгезионным покрытием, кроме того, торец пуансона имеет прорези и отверстия, соответствующие с небольшим зазором профилю сечения центрального электрода с продольными пластинами и муфте, а также лепестковое уплотнение, упруго сопрягаемое с центральным электродом и муфтой, и втулки с прорезями, соответствующими с небольшим зазором пластинам центрального электрода, установленной с возможностью вращения в пуансоне и зафиксированной от осевого смещения, формообразующая труба имеет диаметр внутренней полости в зоне формования, равный диаметру цилиндра активатора, в остальной части – диаметр, больший на величину температурной усадки трубы и разъем вдоль оси в диаметральной плоскости, запираемый фиксаторами, а технологическая штанга соединена посредством каната через блок с нагрузочным устройством.

Сущность изобретения поясняется на чертежах, где на фиг.1 изображен общий вид устройства; на фиг.2 – общий вид заформованного центрального электрода анодного заземлителя; на фиг. 3 – фрагмент I общего вида устройства с вариантом подсоединения нагрузочного устройства; на фиг.4 – сечение А-А центрального электрода с продольными пластинами и вид на торец пуансона; на фиг.5 – сечения Б-Б, В-В торца пуансона с уплотнением.

Устройство содержит (см. фиг.1) емкость 1, внутри полых стенок которой установлены электронагреватели 2. Через загрузочную воронку 3 в емкость 1 загружается смесь 4.

Емкость 1 установлена с возможностью вибрации в вертикальном направлении на рессоры 5 и зафиксирована от поперечных перемещений, и оснащена вибратором 6 с вектором воздействия по вертикали. В левой стенке емкости 1 закреплен цилиндр 7 с окнами 8, перекрываемыми в нужный момент заслонкой 9, в виде гильзы, коаксиальной цилиндру 7. Коаксиально цилиндру 7 над заслонкой 9 установлен на всю ширину емкости 1 шнек 10. В цилиндре 7 с минимальным зазором установлен полый пуансон 11 с возможностью возвратно-поступательного движения. Привод шнека 10 и пуансона 11 осуществляется от одного источника, причем у привода имеется устройство для изменения величины хода возвратно-поступательного движения пуансона 11 (устройство и привод на чертеже не показаны). Цилиндр 7 торцом доходит до внутренней плоскости правой стенки емкости 1. В отверстие правой стенки емкости 1 с зазором, предохраняющим от вибрации, но обеспечивающим уплотнение для предотвращения вытекания смеси из емкости 1, установлена встык и соосно с цилиндром 7 формообразующая труба 12, внутренний диаметр которой равен в зоне формования внутреннему диаметру цилиндра 7 и диаметру цилиндра активатора, формуемого из смеси, в остальной части – диаметр, больший на величину температурной усадки трубы 12 при снижении ее температуры от температуры смеси до температуры окружающей среды.

Внутренняя поверхность формообразующей трубы 12 имеет антиадгезионное покрытие, например футеровку из фторопласта Ф4. Труба 12 имеет возможность перемещения вдоль и вращения относительно параллельной ей оси при раскрепленном состоянии. В диаметральной плоскости по длине труба 12 имеет разъем, запираемый фиксаторами (разъем и фиксаторы на чертеже не показаны). На конце трубы 12 имеется холодильная камера 13 с протоком хладагента. Формообразующая труба 12 через кронштейн 14 поджата к торцу цилиндра 7 пружиной 15, с другой стороны кронштейна 14 установлен датчик перемещений 16, исполняющий роль устройства замера величины усилия, приложенного к трубе 12 вдоль оси. Внутри пуансона 11 по его оси устанавливается центральный электрод анодного заземлителя 17, поперечное сечение которого может иметь различную форму, например шестигранника. В отдельном случае центральный электрод 17 оснащается некоторым числом продольных пластин 18, размещенных вдоль образующих электрода 17 и равномерно распределенных по окружности. Например, три пластины 18. Торцы пластин 18 имеют заходные фаски 19, обеспечивающие запасовку центрального электрода 17 с пластинами 18 в полый пуансон 11. По концам центрального электрода 17 в отдельных случаях имеются: на переднем по ходу – наружняя резьба 20, на заднем – муфта 21 с внутренней резьбой. На фиг.2 представлен центральный электрод 17 со сформованным слоем активатора в виде цилиндра 22, концентричного центральному электроду 17. Цилиндр 22 активатора имеет торцы 23 самой различной формы, например в виде остроугольного внешнего усеченного конуса. В торце полого пуансона 11 встроено (см. фиг.4, 5) лепестковое уплотнение 24, представляющее собой набор лепестков 25 из антиадгезионного материала, например из фторополимерных композиций, отличающихся повышенной прочностью по сравнению с фторопластом Ф-4, на упругом основании 26. Уплотнение упруго контактирует с центральным электродом 17 и в случае муфты 21 упруго отклоняется, как показано на чертеже, в положение 27.

Торец пуансона 11 облицован антиадгезионным материалом 28, и формообразующая его поверхность соответствует поверхности торца 23 цилиндра активатора 22. В случае наличия на центральном электроде 17 продольных пластин 18 в торце пуансона 11 предусмотрены прорези 29 с минимальным зазором, сопрягаемые с пластинами 18. Здесь же установлена с возможностью вращения втулка 30 с прорезями 31, соответствующими с минимальным зазором пластинам 18, и зафиксированная от осевого смещения крышкой 31.

Следует отметить, что уплотнения, описанные выше, не являются контактными, так как в этом нет необходимости, поскольку смесь содержит гранулированные твердые частицы, способные к укладке над зазором в виде свода, вероятный размер которого не менее 57d_э, где: d_э, – эквивалентный диаметр частиц (см. “Дозирование сыпучих и вязких материалов”. А.В. Катальников, В.А. Любартович. Ленинград, издательство “Химия”, 1990 г.).

Тем самым образуется естественное уплотнение, не допускающее пропуска через зазор частиц, а вместе с ними и термопластичной связки. На практике эти зазоры могут быть величиной до 2-3 мм без ущерба для работы уплотнений. На переднем по ходу формования конце центрального электрода 17 прочно закрепляется технологическое днище 32 с минимальным зазором сопрягаемое с внутренней поверхностью формообразующей трубы 12, формообразующая поверхность днища 32, соответствует поверхности торца 23 цилиндра активатора 22. На заднем конце электрода 17 установлена технологическая штанга 33, сопрягаемая с нагрузочным устройством 34, связанным функциональной связью 35 с датчиком перемещений 16. В качестве варианта с целью снижения габаритных размеров устройства в целом возможна установка укороченной штанги 33, связанной канатом 36 через блок 37 с нагрузочным устройством 34. На чертеже (см. фиг.1) показан анодный заземлитель 38, проходящий охлаждение.

Осуществление способа формования массы активатора анодного заземлителя и работа устройства для его осуществления происходят следующим образом.

В качестве активатора применяется сформованная, уплотненная вокруг стержня спекающаяся смесь гранулированного твердого сыпучего материала и термопластичной связки, например гранулированного кокса и пека, продуктов нефтяного или каменноугольного производства. Плотность и вместе с нею пористость активатора зависит не только от состава смеси (соотношение сыпучей твердой и термопластичной фаз), но и от усилия сжатия смеси при формовании.

При продольном сжатии смеси в формообразующей трубе на распространение воздействия усилия сжатия формования по столбу подвергающейся формовке смеси, влияют силы внутреннего трения смеси и силы трения смеси о стенки формообразующей трубы. И чем выше столб смеси, то есть больше порция, тем больше влияние сил трения, тем больше разница плотности и пористости формуемой смеси (активатор) по высоте столба. То есть больше градиенты значений плотности и пористости, и наоборот при уменьшении порции смеси.

Смесь 4, заранее разогретая и перемешанная, засыпается через воронку 3 в емкость 1, где продолжается ее перемешивание шнеком 10 и подача к правой стороне емкости 1, к окнам 8 цилиндра 7. Электроподогреватели 2 поддерживают температуру смеси на необходимом уровне. За счет вибрации емкости 1 вибратором повышается текучесть смеси 4. Заслонка 9 в крайнем левом положении, окна 8 цилиндра 7 открыты. Центральный электрод 17 установлен в полый пуансон 11, на нем установлено технологическое днище 32, сопрягаемое с формообразующей трубой 12 и штанга 33, сопрягаемая с загрузочным устройством 34. При движении пуансона 11 влево через окна 8 цилиндра 7 захватывается порция смеси и при обратном ходе пуансона 11 порция смеси сжимается между торцом пуансона 11, технологическим днищем 32 и формообразующей трубой 12. По мере продвижения пуансона 11 вправо нарастает усилие сжатия, которое воспринимается технологическим днищем 32, далее электродом 17, штангой 33 и передается загрузочному устройству 34, настроенному на определенную величину силы, удерживающей тянущее усилие (сила противодействия) штанги 33. При достижении этой величины дальнейшее сжатие смеси прекращается, штанга 33 проскальзывает в нагрузочном устройстве 34, происходит сдвиг электрода 17 днища 32 и сформованной порции активатора 22 дальше до конца хода пуансона 11. Это же повторяется при всех дальнейших ходах пуансона 11. Изменением настройки величины усилия (силы противодействия) нагрузочного устройства 34, удерживающего штангу 33, задается величина усилия сжатия формуемой смеси 4 и тем самым плотность и пористость активатора 22. При дальнейшей работе по мере накопления сформованных порций активатора 22 нарастает сила трения цилиндра активатора 22 о стенки формообразующей трубы 12, что не может не сказаться на усилии сжатия смеси 4 пуансоном 11. По достижении порога чувствительности труба 12 под воздействием этой силы трения смещается на некоторую величину, преодолевая кронштейном 14 усилие поджатой пружины 15. Величина смещения зависит от жесткости пружины 15, и она выбирается такой величины, чтобы зазор между торцами цилиндра 7 и трубы 12 не превысил допустимой, по соображениям предотвращения утечек смеси, величины.

Датчик смещения 15 фиксирует это смещение и передает функциональной связью 35 команду нагрузочному устройству 34 уменьшить величину удерживающего штангу 33 усилия ровно на величину силы трения цилиндра активатора 22 о стенки формообразующей трубы 12. Такая система регулирования загрузочного устройства 34 позволяет поддерживать усилие сжатия смеси 4, а тем самым плотность и пористость активатора 22 на заданном уровне, стабильном во все время формования цилиндра активатора 22. Изменяя ход пуансона 11, меняют объем формуемых порций смеси 4 и тем самым меняют высоту столба сформованного активатора 22, что впрямую сказывается на градиентах значений плотности и пористости активатора 22 по длине цилиндра активатора 22, тем самым заранее задавая величину градиента и поддерживая его на заданном уровне в течение всего процесса формования. По достижении процесса формовки до конца пластин 8, втулку 30 в торце пуансона 11 поворачивают и закрывают прорези 29 в торце пуансона 11, тем самым позволяя доформовать торец 23 цилиндра активатора 22 без утечек смеси 4. По окончании формовки заслонкой 9 перекрывают окна 8, останавливают привод пуансона 11 и шнека 10, раскрепляют формообразующую трубу 12, смещают вдоль оси, открепляют штангу 33, поворачивают трубу 12 вместе со сформованным анодным заземлителем и запасовывают в полый пуансон следующий центральный электрод 17, крепят на его переднем конце технологическое днище 32, на заднем – штангу 33, возвращают и закрепляют на рабочем месте трубу 12 вместе со сформованным цилиндром активатора 22 анодного заземлителя и продолжают формовку следующего. Формуемый следующий цилиндр активатора 22 анодного заземлителя продвигает в трубе 12 на выход предыдущий сформованный цилиндр активатора 22 анодного заземлителя, который, проходя холодильную камеру 13, охлаждается и термически стабилизированный выходит из трубы 12 готовым на технологические лотки. Усилия на продвижение также вычитается из усилия противодействия. Облицовка формообразующих поверхностей устройства антиадгезионным покрытием позволяет получить внешнюю поверхность цилиндра активатора 22 чистой, плотной, без вырывов и трещин. Наличие разъема трубы 12 дает возможность в случае необходимости иметь доступ к сформованному цилиндру активатора 22, а разница диаметров внутренней полости позволяет снизить уровень силы трения цилиндра активатора 22 о стенки трубы 12 и минимальной силы сжатия.

Использование изобретения позволяет повысить качество изготовления анодных заземлителей с центральным электродом с заранее заданными стабильными показателями плотности и пористости цилиндра активатора, а значит, и стабильным качеством анодного заземлителя в целом.

Формула изобретения

1. Способ формования массы активатора анодных заземлителей из твердого сыпучего материала с термопластичной связкой, включающий сжатие массы активатора в формообразующей трубе продольным вдоль оси формуемого анодного заземлителя усилием, отличающийся тем, что массу формуют вокруг центрального электрода анодного заземлителя, устанавливаемого внутри формообразующей трубы, и задают порциями, сжимаемыми с образованием анодного заземлителя в виде цилиндра, концентричного оси его электрода, при этом величину усилия сжатия выбирают из условия создания силы противодействия усилию сжатия за вычетом величины силы трения сформованного анодного заземлителя о стенки формообразующей трубы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве формуемой массы активатора используют смесь гранулированного кокса и пека нефтяного или каменноугольного производства.

3. Устройство для формования массы активатора анодного заземлителя, содержащее емкость для массы, в полых стенках которой расположены обогреватели, формообразующую трубу, полый пуансон, размещенный внутри емкости по оси формообразующей трубы с возможностью возвратно-поступательного движения, и шнек, расположенный коаксиально полому пуансону с возможностью движения посредством одного с полым пуансоном привода, отличающееся тем, что для формования массы вокруг центрального электрода анодного заземлителя оно снабжено рессорами, вибратором емкости с вектором воздействия в вертикальном направлении, цилиндром с окнами, заслонкой в виде гильзы, холодильной камерой, установленной на формообразующей трубе, устройством замера величины усилия, прилагаемого к формообразующей трубе по оси, технологическими днищем и штангой, сопряженной с нагрузочным устройством, имеющим функциональную связь с упомянутым устройством замера величины усилия, при этом формообразующая труба выполнена с возможностью разъема и установлена с возможностью осевого перемещения и поворота в разомкнутом состоянии относительно параллельной ей оси, емкость установлена на рессоры с возможностью перемещения по вертикали, а в ней, встык и соосно формообразующей трубе, установлен цилиндр с окнами, коаксиально которому, под шнеком, расположена с возможностью перекрытия окон упомянутая заслонка, при этом в цилиндре с небольшим зазором размещен полый пуансон, служащий для расположения внутри него по оси центрального электрода анодного заземлителя, причем полый пуансон соединен с приводом через устройство для изменения хода его возвратно-поступательного движения и имеет торец с формообразующей поверхностью, адекватной поверхности торца сформованного из массы активатора анодного заземлителя, в торце полого пуансона смонтировано уплотнение с профилем сечения, соответствующим профилю сечения упомянутого центрального электрода, технологическое днище установлено с небольшим зазором в формообразующей трубе, выполнено с формообразующей поверхностью, адекватной поверхности торца цилиндра, сформованного из массы активатора, и выполнено с возможностью закрепления на переднем конце электрода, по ходу формования активатора, а технологическая штанга выполнена с возможностью размещения на противоположном конце упомянутого электрода.

4 Устройство по п.3, отличающееся тем, что формообразующая поверхность торца полого пуансона, внутренняя поверхность формообразующей трубы и технологическое днище облицованы антиадгезионным покрытием.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что для формования массы вокруг центрального электрода в виде стержня с продольными пластинами вдоль его образующих, с резьбовой муфтой на одном конце и наружной резьбой на другом оно снабжено лепестковым уплотнением и втулкой с прорезями, а в торце полого пуансона выполнены прорези и отверстия, при этом лепестковое уплотнение выполнено с возможностью упругого сопряжения с центральным электродом и его муфтой и размещено в торце полого пуансона, втулка с прорезями с возможностью вращения сопряжена с полым пуансоном и зафиксирована от осевого смещения, а прорези на торце полого пуансона и на втулке выполнены с возможностью сопряжения с небольшим зазором с пластинами центрального электрода.

6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что формообразующая труба имеет диаметр внутренней полости в зоне формования, равный диаметру формуемого активатора, в остальной части – диаметр, больший на величину температурной усадки трубы, и разъем вдоль оси в диаметральной плоскости, запираемый фиксаторами, а технологическая штанга соединена посредством каната через блок с нагрузочным устройством.

РИСУНКИ