ES2899646T3 - Dispositivo de colada de portaelectrodos para baterías de plomo-ácido - Google Patents

Abstract

Dispositivo de colada de portaelectrodos para la producción de electrodos de rejilla de plomo en un proceso de colada continua, en el que el dispositivo presenta las siguientes características: - un tambor de colada (1), en cuya superficie está grabada la forma de la tira de plomo (3) a colar y caracterizado por ángulos de desmoldeo inferiores a 7 grados, en particular inferiores a 3 grados, así como - una zapata de colada (2) que descansa sobre la circunferencia exterior del tambor de colada (1) en el área de la línea horizontal trazada a través de su eje de rotación en el lado derecho, cuando el tambor de colada (1) gira en sentido antihorario, en el que el plomo líquido emergente fluye en el molde cóncavo de la superficie del tambor de colada y después de tres cuartos de vuelta se puede retirar por acción de la gravedad como una tira de plomo solidificada en el vértice inferior del tambor de colada (1).

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de colada de portaelectrodos para baterías de plomo-ácido

[0001] Las siguientes tecnologías se utilizan para fabricar portaelectrodos para electrodos positivos y negativos en baterías de plomo-ácido: tecnología de colada por gravedad o moldeo por inyección, tecnología de metal expandido, tecnología de punzonado y colada continua mediante tambor de colada.

[0002] Tecnología de colada por gravedad y moldeo por inyección:

En el caso de la técnica de moldeo por gravedad o moldeo por inyección, los moldes que constan de dos mitades de molde se llenan con plomo líquido y el desmoldeo se realiza abriendo las mitades de molde una vez que el plomo se ha solidificado. Las dos mitades de molde se tratan con una capa de corcho para evitar que el plomo se solidifique mientras se llena el molde y para absorber el aire desplazado. Una ventaja del procedimiento es la estructura en forma de diamante de las rejillas y la rugosidad de la superficie. Ambas conducen a una buena adherencia de la masa a la rejilla y la rugosidad también aumenta la superficie de contacto. Un inconveniente es la baja productividad y la limitación en la elección de la aleación. Las aleaciones blandas y, por tanto, las aleaciones más resistentes a la corrosión no se pueden procesar con esta tecnología. Además, debido a los requisitos de manipulación, existen limitaciones con respecto al grosor de la rejilla y, por tanto, al peso. La limitación con respecto a los pesos mínimos de la rejilla es un inconveniente de coste muy significativa del procedimiento de colada por gravedad. Dado que todos los componentes de la aleación presentan inconvenientes con respecto a la corrosión y el crecimiento de la red, por ejemplo, aleaciones de Ca, o consumo de agua, por ejemplo, aleaciones de Sb, el procedimiento de colada por gravedad no es adecuado para las aleaciones de plomo blandas que se necesitarán en el futuro. Los requisitos con respecto a una carga de ciclo y una vida útil significativamente mayores requieren aleaciones de plomo blandas resistentes a la corrosión.

[0003] Tecnología de punzonado y metal expandido:

Para el metal expandido, así como la tecnología de punzonado, primero se funde una tira de plomo y posiblemente se lamina para aumentar la resistencia, por un lado, y obtener una estructura de grano fino resistente a la corrosión, por el otro. Ambos procedimientos presentan una productividad significativamente mayor en comparación con la tecnología de colada por gravedad. Con ambas tecnologías, los deflectores de corriente, llamados lengüetas, solo pueden tener el grosor de la tira de plomo. Esto limita la resistencia eléctrica.

[0004] Durante el proceso de estiramiento, las barras de la rejilla se retuercen, lo que da como resultado buenas propiedades de adhesión de los electrodos. Los principales inconvenientes de la tecnología de metal expandido son la falta de un marco cerrado, así como una limitación a las aleaciones duras debido a la falta de un marco cerrado. El marco faltante junto con las aleaciones duras conduce inevitablemente a un problema con respecto a posibles daños al separador entre las polaridades. Los portaelectrodos de metal expandido son particularmente problemáticos para las baterías AGM (Absorbent Glass Mat).

[0005] Con la tecnología de punzonado, se puede utilizar cualquier geometría de rejilla con marco cerrado y cualquier aleación. No obstante, la tecnología de punzonado presenta un inconveniente muy significativo además de un elevado gasto del sistema. Aproximadamente del 75 % al 85 % del plomo se punzona durante el proceso de punzonado. Estas piezas punzonadas tienen una superficie de óxido de plomo. Sin un refinado costoso, es decir, con retorno directo a la caldera de fusión de plomo, el óxido de plomo entra en la rejilla y conduce a un aumento de la corrosión. Se puede procesar cualquier aleación de plomo, pero la velocidad del sistema debe reducirse considerablemente cuando se utilizan aleaciones blandas.

[0006] Colada continua por medio de tambor de colada:

La colada continua de electrodos de plomo con ayuda de un tambor de colada con una estructura de rejilla grabada y una zapata de colada, con la que se alimenta plomo líquido a la estructura de rejilla, es independiente de la composición de la aleación en términos de velocidad de colada, de modo que el plomo blando también puede ser procesado de forma productiva. Además, el deflector de corriente, la lengüeta, se puede hacer más grueso que la rejilla y el marco o las barras de la rejilla se pueden hacer más gruesas que las otras barras internas.

[0007] Los dispositivos con un tambor de colada para la colada de electrodos de plomo se describen, por ejemplo, en los documentos DE 7825546 U, DE 1805300 A1 y DE 694 13310 T2.

[0008] Sin embargo, la tecnología de colada continua actualmente disponible presenta un serio inconveniente con respecto a los electrodos positivos:

Para retirar la tira de rejilla del tambor, los sistemas de acuerdo con los antecedentes de la técnica requieren un ángulo de desmoldeo superior a 10 grados en el grabado de la rejilla. El ángulo de desmoldeo requiere un pegado en exceso en el lado de la zapata para evitar que se deslice fuera de la rejilla, análogo a una cola de milano. El área de la sección transversal trapezoidal también es desfavorable con respecto a la corrosión, ya que la corrosión está determinada por la ubicación de la sección transversal más pequeña. Esto significa que se requiere más plomo en comparación con una sección transversal cuadrada. El principal inconveniente, sin embargo, es la asimetría de la rejilla y la placa, que en el caso de los electrodos positivos conduce a una curvatura durante el proceso de carga/descarga debido a los diferentes volúmenes en los estados de carga y descarga, con lo que, por un lado, se separa la masa activa de la rejilla y, por otro lado, se ejerce una presión considerable sobre el separador. Por esta razón, las rejillas de colada continua no se utilizan para electrodos positivos.

[0009] Así se puede resumir que la falta de retornos del punzón y los relacionados óxidos de plomo que provocan la corrosión, como se describió anteriormente, dan como resultado claras ventajas para el proceso de colada continua debido a la menor resistencia óhmica debido a lengüetas más gruesas y a la alta velocidad de colada, independientemente de la aleación. En cambio, el ángulo de desmoldeo de las barras de la rejilla es particularmente desventajoso.

[0010] Sorprendentemente, podría encontrarse una solución para evitar la rejilla asimétrica del proceso de colada continua mediante el uso de algunos procesos físicos. La implementación de ingeniería anterior se basa en el desenrollado de ruedas dentadas y correas dentadas, que requieren ángulos de desmoldeo, como se enseña en los libros de texto.

[0011] Cambiando la dirección de desplazamiento de los sistemas comerciales actuales de acuerdo con la figura 1 y aumentando el radio del tambor, el desmoldeo puede tener lugar con un pequeño ángulo de desmoldeo de menos de 7 grados. Es ventajoso utilizar tambores con un radio superior a 1 m, preferentemente superior a 1,2 m, con lo que el desmoldeo se realiza con mayor facilidad. Después de aproximadamente 270 grados con la disposición mostrada de la zapata de colada en el vértice inferior, solo un componente de fuerza actúa sobre la tira de rejilla de plomo en la dirección de la fuerza de gravedad. Esto elimina cualquier componente de fuerza de peso perpendicular a la fuerza de gravedad en el vértice inferior, de modo que la rejilla caería del molde de colada grabado debido a la acción de la gravedad, si no hubiera fuerzas de adherencia del lubricante que se debe aplicar al tambor de colada para reducir la fricción entre la zapata de colada y el tambor de colada. Por tanto, la rejilla cae, aparte de las fuerzas adhesivas del agente de separación, del tambor en un ángulo de desmoldeo muy bajo de menos de 5 grados, generalmente 3 grados, con lo que las barras tienen un área de sección transversal rectangular casi ideal.

[0012] Para ayudar a superar las bajas fuerzas adhesivas, se puede soplar aire comprimido caliente en el espacio entre el tambor y la rejilla o se puede aspirar la rejilla de plomo fundido utilizando una correa de vacío que discurre en paralelo. Un dispositivo de golpeo o un dispositivo de vibración también son adecuados para superar las fuerzas adhesivas. También se propone introducir un revestimiento desmoldeante en el grabado del tambor de colada. Las aberturas de la correa de vacío se adaptan al contorno de la tira de rejilla de plomo, con lo que se crea una conexión por fricción eficaz que tira de la tira de rejilla de plomo fuera de la forma de rejilla grabada.

[0013] Una rejilla con un ángulo de desmoldeo tan pequeño puede considerarse rectangular, simétrica, análoga a las rejillas punzonadas. Las rejillas así producidas en colada continua son suficientemente simétricas y no tienden a doblarse durante el funcionamiento normal en la batería, siempre que la masa activa se aplique por igual en la parte inferior y superior de la rejilla.

[0014] En el caso de los sistemas de colada continua, tampoco hay secciones punzonadas que deban limpiarse de óxidos de plomo en un proceso de aleación. Los costes de la etapa de aleación adicional son al menos el 10 % del precio para la adquisición de plomo. Si no se utiliza el proceso de aleación, se reduce la resistencia a la corrosión de las rejillas en las baterías.

[0015] El dispositivo es particularmente adecuado para la producción de rejillas de electrodos de plomo con bajas proporciones de aleación, así como para aleaciones puras de plomo y estaño. Estas aleaciones son particularmente adecuadas para baterías AGM y aplicaciones híbridas en vehículos. Las aleaciones de calcio o estroncio se utilizan como componentes de aleación para fortalecer la rejilla. Ambas aleaciones provocan un aumento de la corrosión. El antimonio usado en el pasado conduce a un alto consumo de agua y no se puede usar para baterías que no requieren mantenimiento. Las aleaciones puras de plomo y estaño han demostrado ser particularmente resistentes a la corrosión y presentan un consumo de agua extremadamente bajo. Además, la tecnología de rejilla de plomo blanda evita los efectos de la fuerza y el daño a los separadores, especialmente a los separadores de fibra de vidrio como los que se utilizan en las baterías AGM.

[0016] El granallado posterior puede, por un lado, raspar la superficie de la tira de plomo y, por otro lado, eliminar cualquier agente separador restante. El granallado agranda así la superficie, lo que conduce a una mejor adherencia de masa a la rejilla y, por lo tanto, a una mejor disipación de la corriente. El granallado se realiza desde arriba y desde abajo al mismo tiempo.

[0017] Se ha descubierto que es especialmente ventajoso que las boquillas de granallado estén dirigidas una hacia la otra. Esto evita la deformación de la estructura de celosía, particularmente con aleaciones blandas, ya que los impulsos del material de chorro incidente se compensan entre sí. Es posible trabajar con presiones de chorro más elevadas, que provocan una mayor rugosidad superficial.

[0018] El sistema se describe con más detalle a continuación mediante un dibujo esquemático.

La figura 1 muestra el sistema descrito anteriormente en una vista lateral.

La figura 2 muestra un sistema de los antecedentes de la técnica.

[0019] La figura 1 muestra un tambor 1, en cuya superficie está grabada la forma de la tira de plomo 3 a colar. Una denominada zapata de colada 2 descansa sobre la circunferencia exterior del tambor en el área de la línea horizontal trazada a través de su eje de rotación. En el presente caso, la zapata de colada 2 está dispuesta en el lado derecho del tambor, que gira en sentido antihorario. El plomo líquido que emerge de la zapata de colada 2 fluye en el molde cóncavo en la superficie del tambor. Después de tres cuartos de vuelta, la tira de plomo solidificado se retira con la correa de vacío 4. La correa de vacío ayuda a superar cualquier fuerza adhesiva existente.

[0020] La figura 2 muestra los sistemas disponibles en el mercado para una colada continua de rejillas de plomo para los electrodos de baterías de plomo-ácido.

Claims (9)

1. REIVINDICACIONES

   i . Dispositivo de colada de portaelectrodos para la producción de electrodos de rejilla de plomo en un proceso de colada continua, en el que el dispositivo presenta las siguientes características:

   - un tambor de colada (1), en cuya superficie está grabada la forma de la tira de plomo (3) a colar y caracterizado por ángulos de desmoldeo inferiores a 7 grados, en particular inferiores a 3 grados, así como

   - una zapata de colada (2) que descansa sobre la circunferencia exterior del tambor de colada (1) en el área de la línea horizontal trazada a través de su eje de rotación en el lado derecho, cuando el tambor de colada (1) gira en sentido antihorario,

   en el que el plomo líquido emergente fluye en el molde cóncavo de la superficie del tambor de colada y después de tres cuartos de vuelta se puede retirar por acción de la gravedad como una tira de plomo solidificada en el vértice inferior del tambor de colada (1).
2. 2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que está previsto un dispositivo de vacío para retirar la tira de plomo (3).
3. 3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que está previsto un dispositivo soplador para retirar la tira de plomo, que sopla aire comprimido entre la tira de rejilla colada (3) y el grabado de tambor.
4. 4. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que está previsto un dispositivo de vibración para retirar la tira de plomo (3).
5. 5. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 2, en el que está previsto una correa de vacío (4).
6. 6. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 5, en el que la correa de vacío (4) presenta un patrón de orificios adaptado a la estructura de rejilla de la tira de plomo (3).
7. 7. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que en la zona del punto de retirada está previsto un dispositivo de martillo que aplica golpes de martillo al tambor de colada (1) con una frecuencia predeterminada.
8. 8. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que está prevista una placa de guía por encima de la rejilla de plomo retirada en el vértice, que soporta el desmoldeo.
9. 9. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que está previsto un dispositivo de granallado, en el que los pares de boquillas están dirigidas una hacia la otra y la tira de plomo (3) discurre entre las boquillas dirigidas una hacia la otra.