專(zhuān)利名稱(chēng)：用于生產(chǎn)鋁的電解槽的熔體殼層穿孔構(gòu)件的刮除器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)霍爾-赫魯(Hall-Héroult)工藝由干法電解生產(chǎn)鋁的電解槽設(shè)施。其尤其涉及所述電解槽的固化熔體的殼層的穿孔裝置。
背景技術(shù)：
通過(guò)干法電解熔融在基于冰晶石的熔體內(nèi)的氧化鋁來(lái)生產(chǎn)鋁的電解槽的運(yùn)行引起熔體組成的持久變化。一方面，氧化鋁通過(guò)電解反應(yīng)被消耗，而另一方面，熔體的數(shù)量和組成通過(guò)次機(jī)理(mécanismessecondaires)逐漸被改變，所述次機(jī)理如通過(guò)電解槽壁的冰晶石組分的吸收作用或通過(guò)陽(yáng)極效應(yīng)的含氟組分的分解作用。因此必須有規(guī)律地添加氧化鋁和熔體化合物，如冰晶石(Na3AlF6)或氟化鋁(AlF3)，以使電解槽的運(yùn)行參數(shù)保持穩(wěn)定。
氧化鋁和熔體化合物通常以粉末狀被引入熔體內(nèi)。為了能夠?qū)⒎勰钗锪弦腚娊馊垠w內(nèi)，給電解槽裝配一個(gè)或多個(gè)粉末物料分配器，所述分配器與氧化鋁及凝結(jié)電解液殼層的穿孔裝置相連，正常運(yùn)行時(shí)所述的氧化鋁及凝結(jié)電解液殼層覆蓋熔體表面。所述穿孔裝置通常包括一作動(dòng)筒和一穿孔構(gòu)件(常稱(chēng)為“打殼器”、“沖桿”或“落楔”)，所述穿孔構(gòu)件固定在該作動(dòng)筒桿件的端部。所述打殼器通常豎直布置，它通過(guò)作動(dòng)筒的促動(dòng)而下降并打碎所述的氧化鋁及固化熔體殼層。所述打殼設(shè)備通常還包括一刮除器，其設(shè)計(jì)成用來(lái)消除固化熔體的沉積物，所述沉積物有形成在所述打殼器上的趨勢(shì)。
由彼希涅鋁業(yè)集團(tuán)(Aluminium Pechiney)提出的法國(guó)專(zhuān)利FR 2455 093、FR 2 487 386(對(duì)應(yīng)美國(guó)專(zhuān)利US 4 431 491)和FR 2 527 647(對(duì)應(yīng)美國(guó)專(zhuān)利US 4 437 964)描述了用來(lái)生產(chǎn)鋁的電解槽的氧化鋁定時(shí)供給設(shè)備。這些設(shè)備--當(dāng)打殼器和劑量器組合時(shí)公知稱(chēng)為“打殼-劑量器(piqueur-doseur)”--包括氧化鋁供給裝置和一擊穿氧化鋁及固化熔體殼層的穿孔裝置。所述穿孔裝置裝配有一刮除器，該刮除器緊密地圍住所述打殼器。
然而，所述固化的熔體有時(shí)在所述穿孔構(gòu)件表面形成一包殼(enveloppe)，所述包殼可能卡住所述刮除器內(nèi)的所述構(gòu)件。申請(qǐng)人尋求用以避免該缺陷的方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是用于一穿孔構(gòu)件(如打殼器(piqueur)、沖桿(plongeur)或落楔(pointerolle))的刮除器，所述穿孔構(gòu)件可用于通過(guò)該穿孔構(gòu)件沿一平移軸線(xiàn)T往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在干法電解槽內(nèi)的氧化鋁及固化熔體殼層中形成一開(kāi)口。
按照本發(fā)明的刮除器，其特征在于，其包括至少三個(gè)圍繞一參照軸線(xiàn)S布置的指狀件，以便在所述指狀件和所述穿孔構(gòu)件之間形成一空間，該空間稱(chēng)為“清除”空間，其中所述參照軸線(xiàn)用于在使用時(shí)與所述平移軸線(xiàn)T一致；并且，每個(gè)指狀件包括至少一刮除構(gòu)件，所述刮除構(gòu)件向所述穿孔構(gòu)件的方向形成凸起。
申請(qǐng)人:的想法是將所述刮除器分解為一組相互分開(kāi)的刮除構(gòu)件；減少與刮除器的接觸表面；以及將所述刮除構(gòu)件布置在多個(gè)相互呈角度地分開(kāi)的指狀件上。該方案通過(guò)限制所述刮除構(gòu)件和所述穿孔構(gòu)件之間的熔體殼層堆積時(shí)使所述穿孔構(gòu)件脫離出來(lái)所必需的力，避免所述穿孔構(gòu)件卡住。另外，申請(qǐng)人的想法是使所述指狀件基本遠(yuǎn)離所述穿孔裝置的穿孔構(gòu)件，以利于熔體殼層碎屑堆積在所述刮除構(gòu)件上方，而不是插落在所述套筒和穿孔構(gòu)件之間。所述堆積的碎屑可通過(guò)所述刮除器的指狀件之間的間隔形成的空間很容易地排出。
本發(fā)明尤其適合用于生產(chǎn)鋁的電解槽。
本發(fā)明的目的還在于一穿孔裝置，其設(shè)計(jì)用于通過(guò)干法電解生產(chǎn)鋁的電解槽，并包括本發(fā)明的一刮除器。
本發(fā)明的目的還在于一打殼-劑量器，其設(shè)計(jì)用于通過(guò)干法電解生產(chǎn)鋁的電解槽，并包括本發(fā)明的一刮除器。
本發(fā)明的目的還在于一打殼和測(cè)量裝置，其設(shè)計(jì)用于通過(guò)干法電解生產(chǎn)鋁的電解槽，并包括本發(fā)明的一刮除器。
本發(fā)明的另一目的是在通過(guò)干法電解生產(chǎn)鋁的電解槽中使用本發(fā)明的刮除器。


下文參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
圖1簡(jiǎn)單示出從垂直剖面觀(guān)測(cè)的一設(shè)計(jì)用來(lái)通過(guò)干法電解生產(chǎn)鋁的一典型電解槽的局部?jī)?nèi)部視圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明刮除器的一優(yōu)選實(shí)施方式的透視圖。
圖3是圖2所示刮除器的側(cè)視圖。
圖4和圖5是圖2刮除器的沿圖3指出的剖面的剖視圖。
圖6是圖2的刮除器固定于一穿孔裝置端部的透視圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，一電解槽1--其用來(lái)通過(guò)干法電解即熔鹽電解法生產(chǎn)鋁--包括一槽體2；一個(gè)或多個(gè)陽(yáng)極3，其典型地為炭質(zhì)材料制成的預(yù)焙陽(yáng)極；和粉末物料供給裝置20、30，所述裝置通常固定在置于所述槽體上方的一上部結(jié)構(gòu)體4上。
所述電解槽體2包括內(nèi)部覆蓋件(未示出)和一陰極組件5，該陰極組件在所述槽體2內(nèi)形成一熔鍋(creuset)，該熔鍋適于在所述電解槽運(yùn)行時(shí)容納電解熔體7和一液態(tài)鋁層6。所述陽(yáng)極3一般是部分地浸入所述液態(tài)電解熔體7內(nèi)，且所述電解槽被控制，以使得在所述電解熔體上方形成氧化鋁及固化熔體殼層10。
所述粉末物料供給裝置20、30通常包括一粉末物料分配器20和一穿孔裝置30。
所述粉末物料分配器20典型地包括一料斗21，其設(shè)計(jì)用于容納一備用的粉末物料；和一給料槽22，其固定在所述料斗底部且設(shè)計(jì)用于運(yùn)送粉末物料至靠近所述殼層10內(nèi)的一開(kāi)口11處。
所述穿孔裝置30包括一致動(dòng)器31和一穿孔構(gòu)件33(通常稱(chēng)為“打殼器”、“沖桿”或“落楔”)，所述穿孔構(gòu)件固定在致動(dòng)器的桿件端部，該致動(dòng)器桿件典型地位于一護(hù)殼或套筒32內(nèi)。所述穿孔構(gòu)件33通常被放置成該穿孔構(gòu)件通過(guò)位于所述護(hù)殼或套筒32的自由端部34的一開(kāi)口進(jìn)入所述穿孔裝置30，和脫離所述穿孔裝置。所述穿孔構(gòu)件33允許通過(guò)其沿一平移軸線(xiàn)T往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在氧化鋁及固化熔體殼層10內(nèi)形成一開(kāi)口11，所述平移軸線(xiàn)典型地是豎直的或相對(duì)于豎直方向稍有傾斜的。所述穿孔構(gòu)件33的橫截面典型地是圓形的。所述致動(dòng)器31典型地是一氣動(dòng)致動(dòng)器，如氣動(dòng)作動(dòng)筒。一刮除器40保證所述穿孔構(gòu)件往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述穿孔構(gòu)件的清潔。
一粉末物料分配器可連接至一個(gè)或多個(gè)確定的打殼裝置，或反過(guò)來(lái)，一打殼裝置可連接至一個(gè)或多個(gè)確定的粉末物料分配器。所述電解槽經(jīng)常安裝有一個(gè)或多個(gè)集有一粉末物料分配器和一打殼裝置的設(shè)備。這些設(shè)備以名稱(chēng)“打殼和給料設(shè)備”(英文稱(chēng)為“Crustbreaking and FeedingDevice”)被公知。
運(yùn)行時(shí)，借助一個(gè)或多個(gè)穿孔裝置30，在所述殼層10內(nèi)、所述陽(yáng)極3之間形成(或可能保持打開(kāi))至少一個(gè)開(kāi)口11，并且所述粉末物料通過(guò)該開(kāi)口11(或當(dāng)有多個(gè)開(kāi)口時(shí)通過(guò)至少一個(gè)開(kāi)口)加入到所述電解熔體7內(nèi)。
按照本發(fā)明的所述刮除器40包括多個(gè)指狀件42，這些指狀件布置在一參照軸線(xiàn)S周?chē)?，使用時(shí)參照軸線(xiàn)S用于與所述平移軸線(xiàn)T一致。所述指狀件42被布置成空出一空間44，其稱(chēng)為“清除(détalonnage)”空間，該空間在所述指狀件42和所述穿孔構(gòu)件33之間。每個(gè)指狀件42包括至少一刮除構(gòu)件43，所述刮除構(gòu)件向所述穿孔構(gòu)件33的方向形成凸起。
圖2至圖6示出本發(fā)明的一刮除器的一優(yōu)選實(shí)施方式。
本發(fā)明的所述刮除器40包括至少三個(gè)指狀件42，且優(yōu)選為至少六個(gè)指狀件。指狀件的數(shù)目典型地介于6和10之間，6和10包括在內(nèi)。圖3至圖6示出的本發(fā)明的實(shí)施例包括六個(gè)指狀件。
所述指狀件42和所述穿孔構(gòu)件33之間的所述清除空間44--即，所述指狀件42的內(nèi)表面421和所述穿孔構(gòu)件33的外側(cè)表面331之間間隔的空間的寬度E--有利地大于10mm。
所述指狀件42的長(zhǎng)度L1優(yōu)選大于100mm。
所述指狀件42被布置成相互之間形成一空間422、423，該空間稱(chēng)為“間隔”。
所述指狀件42的橫截面有利地在其長(zhǎng)度L1的至少50％上是基本一樣的，以便在一相當(dāng)長(zhǎng)度上，保持所述指狀件之間的一間隔422、423，所述間隔足以很容易地排出由所述刮除構(gòu)件43清除的電解熔體殼層的碎屑。所述指狀件42優(yōu)選是直的和平行于所述刮除器的參照軸線(xiàn)S。
為了允許由刮除產(chǎn)生的電解熔體殼層的碎屑有效排出，在相鄰指狀件的表面的最靠近的點(diǎn)之間的間距Cm在所述指狀件長(zhǎng)度L1的至少50％上優(yōu)選大于10mm，且更優(yōu)選大于20mm。為了有利于電解熔體殼層的碎屑朝所述刮除器外部排出，在所述相鄰指狀件之間的間距C優(yōu)選遠(yuǎn)離所述軸線(xiàn)S地、即在所述刮除器的內(nèi)部和外部之間增大，以形成一開(kāi)口，該開(kāi)口朝所述外部擴(kuò)大。在圖5所示實(shí)例中，所述間距C在所述指狀件的內(nèi)端部425和其外端部426之間增大。優(yōu)選地，所述指狀件42包括至少一平的第一表面元件424和一平的第二表面元件424’，所述表面元件被布置成每個(gè)指狀件的所述第一表面元件424和一相鄰指狀件的第二表面元件424’相互相對(duì)且相互成角度地傾斜，以形成一開(kāi)口，該開(kāi)口朝所述刮除器的外部擴(kuò)大。相對(duì)于所述參照軸線(xiàn)S，所述相對(duì)的表面元件424、424’優(yōu)選以一大于10°的角度α呈角度地間隔開(kāi)，以在所述指狀件之間形成一間隔422、423，所述間隔足以允許所述刮除產(chǎn)生的電解熔體殼層的碎屑排出。
所述指狀件之間的中心到中心的角間距β典型地介于20°至90°之間。
每個(gè)刮除構(gòu)件43優(yōu)選布置在所述指狀件42上，以在所述刮除構(gòu)件43和所述穿孔構(gòu)件33之間空出一空間45，該空間稱(chēng)為“刮除空間”。更確切地，每個(gè)刮除構(gòu)件43包括一端部431，其稱(chēng)為“刮除端”，位于距離所述軸線(xiàn)S的一確定距離D1處，以留出所述刮除空間。所述確定距離D1有利地對(duì)于全部刮除端431都是相同的。所述刮除空間45典型地包括在1mm至5mm之間，兩端值包括在內(nèi)。
所述刮除距離D1小于所述清除空間44(對(duì)應(yīng)圖3至圖6示出的實(shí)施方式中恒定的間隔E)。因此，所述刮除構(gòu)件43形成一凸起，該凸起朝向所述穿孔構(gòu)件33的一側(cè)。
有利地，每個(gè)刮除構(gòu)件43位于每個(gè)指狀件42的自由端部420。
按照本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方式，所述刮除端431采用一凹表面形狀。在所述軸線(xiàn)S的方向上，該表面的長(zhǎng)度L2典型地介于10mm至50mm之間，且更典型地包括在10mm至30mm之間。所述凹表面的面積典型地包括在10至1000mm2之間。所述凹表面典型地平行于所述穿孔構(gòu)件33的外側(cè)表面331，即其與所述外側(cè)表面331的形狀相匹配。
按照本發(fā)明的另一實(shí)施方式，所述刮除端431采用一尖點(diǎn)或一棱緣的形狀。
所述指狀件42典型地固定在一支撐零件41上。所述刮除構(gòu)件43優(yōu)選地被布置在距離所述支撐零件41一確定的間距D3處，該間距至少等于100mm。
所述刮除器40有利地可拆卸，以便能夠?qū)⑵溥M(jìn)行更換，特別是在其損壞或磨損的情況下。在該情況下，所述支撐零件41典型地包括固定件410、411，如配有穿通孔411的一環(huán)箍或一凸緣410。所述固定件410、411例如使得可以將所述刮除器固定在一穿孔裝置上，典型地固定在一套筒(或護(hù)殼)32的端部34上，所述穿孔構(gòu)件33從所述套筒(或護(hù)殼)32中伸出。所述支撐零件或主體41和所述指狀件42典型地是一單體零件。
所述指狀件42典型地是鋼制成的，以保證足夠的剛度。
圖4和圖5示出本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施方式的刮除器的不同的參數(shù)，其中，所述指狀件是直的，且在其至少50％的長(zhǎng)度L1上所述指狀物具有一基本相同的橫截面，且一穿孔構(gòu)件33的截面是圓形的。所述圖中，R是所述穿孔構(gòu)件33的半徑，D1是所述確定的間距，D2是所述軸線(xiàn)S和所述指狀件42中心軸線(xiàn)之間的距離，以及E是所述清除空間。
按照本發(fā)明的所述刮除器40可有利地裝配于穿孔裝置30，所述穿孔裝置用于通過(guò)干法電解生產(chǎn)鋁的電解槽內(nèi)，所述穿孔裝置具有一可沿軸線(xiàn)T平移活動(dòng)的穿孔構(gòu)件。尤其，所述刮除器可有利地裝配于打殼-劑量器，所述打殼-劑量器設(shè)計(jì)用于干法電解生產(chǎn)鋁的電解槽，如上文所述。按照本發(fā)明的所述刮除器40還可裝配于打殼裝置和測(cè)量裝置--其如在由彼希涅鋁業(yè)集團(tuán)的專(zhuān)利EP 0 716 165(對(duì)應(yīng)美國(guó)專(zhuān)利US 6 065 867)中所描述的。在所述打殼裝置和測(cè)量裝置中，所述穿孔構(gòu)件另外包括測(cè)量部件，如一熱電偶，或者所述穿孔構(gòu)件用作測(cè)量部件(其可用作例如電接觸點(diǎn)，用于當(dāng)其豎直運(yùn)動(dòng)時(shí)，檢測(cè)所述構(gòu)件進(jìn)入接觸液態(tài)電解熔體)。
權(quán)利要求
1.穿孔裝置(30)的穿孔構(gòu)件(33)的刮除器(40)，所述穿孔構(gòu)件可用于通過(guò)該穿孔構(gòu)件(33)沿一平移軸線(xiàn)(T)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在干法電解槽(1)內(nèi)的氧化鋁及固化熔體殼層(10)中形成一開(kāi)口(11)，所述刮除器的特征在于，其包括至少三個(gè)圍繞一參照軸線(xiàn)(S)布置的指狀件(42)，以便在所述指狀件(42)和所述穿孔構(gòu)件(33)之間形成一空間(44)，該空間稱(chēng)為“清除”空間，其中所述參照軸線(xiàn)(S)用于在使用時(shí)與所述平移軸線(xiàn)(T)一致；并且，每個(gè)指狀件(42)包括至少一刮除構(gòu)件(43)，所述刮除構(gòu)件向所述穿孔構(gòu)件(33)的方向形成凸起。
2.按照權(quán)利要求1所述的刮除器(40)，其特征在于，所述指狀件(42)的數(shù)目包括在6至10之間，兩端值包括在內(nèi)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的刮除器(40)，其特征在于，所述指狀件(42)的長(zhǎng)度(L1)大于100mm。
4.按照上述權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的刮除器(40)，其特征在于，所述指狀件(42)的橫截面在其至少50％的長(zhǎng)度(L1)上是基本相同的。
5.按照上述權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的刮除器(40)，其特征在于，所述指狀件(42)是直的、且平行于所述刮除器的參照軸線(xiàn)(S)。
6.按照上述權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的刮除器(40)，其特征在于，相鄰指狀件的表面上最靠近的點(diǎn)之間的間距(Cm)在所述指狀件長(zhǎng)度(L1)的至少50％上，大于10mm。
7.按照上述權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的刮除器(40)，其特征在于，所述相鄰指狀件之間的間距C隨著遠(yuǎn)離所述參照軸線(xiàn)(S)而增大，從而形成一開(kāi)口，該開(kāi)口朝外部擴(kuò)大。
8.按照權(quán)利要求7所述的刮除器(40)，其特征在于，所述指狀件(42)包括至少一第一表面元件(424)和一第二表面元件(424’)，所述表面元件都是平的并被布置成每個(gè)指狀件的所述第一表面元件(424)和一相鄰指狀件的第二表面元件(424’)彼此相面對(duì)且相互成角度地傾斜，以形成一開(kāi)口，該開(kāi)口朝所述刮除器的外部擴(kuò)大。
9.按照權(quán)利要求8所述的刮除器(40)，其特征在于，相對(duì)所述參照軸線(xiàn)(S)，所述相面對(duì)的表面(424、424’)以一大于10°的角(α)呈角度地間隔開(kāi)。
10.按照上述權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的刮除器(40)，其特征在于，所述指狀件(42)和所述穿孔構(gòu)件(33)之間的清除空間大于10mm。
11.按照上述權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的刮除器(40)，其特征在于，每個(gè)刮除構(gòu)件(43)位于每個(gè)指狀件(42)的自由端部(420)。
12.按照上述權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的刮除器(40)，其特征在于，所述指狀件(42)固定于一支撐零件(41)。
13.按照權(quán)利要求12所述的刮除器(40)，其特征在于，所述刮除構(gòu)件(43)被布置在距離所述支撐零件(41)一確定的間距(D3)處，該間距至少等于100mm。
14.按照權(quán)利要求12或13所述的刮除器(40)，其特征在于，所述支撐零件(41)包括固定件(410、411)。
15.用于通過(guò)干法電解生產(chǎn)鋁的電解槽的穿孔裝置(30)，其特征在于，其包括按照權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的一刮除器(40)。
16.用于通過(guò)干法電解生產(chǎn)鋁的電解槽的打殼-劑量器，其特征在于，其包括按照權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的一刮除器(40)。
17.用于通過(guò)干法電解生產(chǎn)鋁的電解槽的打殼和測(cè)量裝置，其特征在于，其包括按照權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的一刮除器(40)。
18.按照權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的刮除器(40)的應(yīng)用，所述刮除器被使用在一通過(guò)干法電解生產(chǎn)鋁的電解槽中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一穿孔構(gòu)件(331)如打殼器的一刮除器(40)，所述穿孔構(gòu)件可用于通過(guò)所述穿孔構(gòu)件沿一平移軸線(xiàn)(T)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在干法電解槽內(nèi)的氧化鋁及固化熔體殼層中形成一開(kāi)口。根據(jù)本發(fā)明的所述刮除器(40)的特征在于它包括多個(gè)圍繞一參照軸線(xiàn)(S)布置的指狀件(42)，以便在所述指狀件和所述穿孔構(gòu)件之間形成一空間(44)，其中所述參照軸線(xiàn)(S)用于在使用時(shí)與所述平移軸線(xiàn)(T)一致；并且，每個(gè)指狀件(42)包括至少一刮除構(gòu)件(43)，所述刮除構(gòu)件向所述穿孔構(gòu)件(33)的方向形成凸起。按照本發(fā)明的刮除器可避免在所述穿孔構(gòu)件的表面上形成一包殼，所述包殼可能卡住刮除器內(nèi)的構(gòu)件。
文檔編號(hào)C25C3/00GK1977069SQ200580021263
公開(kāi)日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2005年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月25日
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