專利名稱:陽極支承裝置的制作方法
技術領域:
本發(fā)明涉及在比如生產(chǎn)鋁的電解槽內(nèi)用于支承陽極的裝置和方法,特別 涉及用于調(diào)整這些陽極在電解槽內(nèi)的位置的裝置和方法。
背景技術:
通過霍爾-艾魯(Hall-Heroult)過程電解氧化鋁以產(chǎn)生鋁已經(jīng)眾所周知 并且該過程包括電化學反應。該處理過程包括電解槽,電解槽包括具有多個 陰極和陽極的電解池。將氧化鋁供給到冰晶石基電解液中,在其中氧化鋁可 溶解。電解液溫度在940°C與970。C之間時電解過程最為有效。陽極包括含 碳的陽極塊和鋁桿,其提供與陽極懸掛在其上的陽極臂的機械上和電學上的 連接。陽極局部地浸入到電解液中以提供電流通過的陽極和陰極間分開的距 離。在電解過程中,鋁產(chǎn)生在陰極,并且在陰極的頂部形成熔化的鋁層,同 時水晶石電解液漂浮在鋁層的上部。為了電解槽的高效操作,陽極和陰極間 的間隙應該設定且保持在預定的優(yōu)選距離或優(yōu)選范圍內(nèi)。如果陽極和陰極間 的間隙太大,這將產(chǎn)生電極間巨大的電壓下降,導致在電解槽內(nèi)產(chǎn)生不期望 的增加的功率。如果間隙太小,那么電解過程變得不穩(wěn)定且效率低下。對于傳統(tǒng)的含碳陽極,在電化學反應期間陽極塊被持續(xù)地消耗主要產(chǎn)生 C02氣體。持續(xù)消耗陽極的結果是隨著時間的過去陽極和陰極間的間隙將增 大。為了保持間隙距離,持續(xù)地監(jiān)控電解槽電壓,并且周期性地重設陽極的 位置以保持優(yōu)選的陽極和陰極間的間隙。由于持續(xù)的消耗,陽極具有有限的大約四周的壽命,之后它們必須由新 的陽極替換。本領域技術人員應該理解,在短暫的時期內(nèi)改變多于電解槽內(nèi) 的所有陽極中的一個將導致嚴重地千擾化學和熱過程。因此,傳統(tǒng)的實踐是在給定的電解槽內(nèi)每天僅僅改變一個陽極,使得電解槽的每個陽極具有不同 的在零到大約28天之間的使用時期。在傳統(tǒng)的電解槽設計中,稱為陽極臂的可移動陽極支承由上部結構支 承。陽極直接夾緊到陽極臂上,其提供機械支承及供應電流到陽極。傳統(tǒng)地, 每個陽極的單獨夾鉗用于機械固定以及使陽極桿與陽極臂電接觸。陽極與在 陰極頂部上的鋁層之間的距離可通過升高且降低整個陽極臂而調(diào)整。因此, 在陽極的可操作壽命期間,需要升高且降低陽極臂來保持陽極和陰極間的間 隙在優(yōu)選的范圍內(nèi)。由于陽極的消耗,陽極臂向下的運動通常會發(fā)生且在大約每天15到20mm范圍內(nèi)變動。陽極臂向下運動的結果是兩到三周以后到達上部結構上 最低的可能位置,并且此后在暫時設置在電解槽上層結構的頂部的輔助陽極 升高臂的幫助下升高。陽極升高臂裝備有保持陽極定位的裝置,然而陽極夾 鉗由操作者手動打開以允許陽極臂向后移動到其上部位置。當陽極臂到達其 上部位置,所有的陽極夾鉗必須由操作者再次關閉。這些夾緊裝置也在陽極桿上施加了較大的橫向壓力,以保持陽極桿和陽 極臂之間的電氣接觸,同時陽極臂向上行進,沿陽極桿滑動。升高陽極的過 程引起巨大的安全危險,因為施加在陽極臂上的壓力可減小,導致陽極桿和 陽極臂之間的電氣接觸的損失。在此情況下,由于電路斷開,將產(chǎn)生危險的 電弧,直到鋁的分站(substation)熔化工廠(plant)跳閘機構。在這種情況 下,執(zhí)行陽極臂上升的操作者處于燒傷傷害的危險中。因此,本發(fā)明的目的提供用于自動地升高陽極臂而不需要人介入的裝 置,其處理了現(xiàn)有裝置的一個或多個問題。發(fā)明內(nèi)容在本發(fā)明的一方面,提供,一種用于在電解槽內(nèi)將陽極支承在陰極上方的裝置,其包括上部結構, 其上附著有多個單獨陽極的陽極臂,每個陽極具有用于通過主夾鉗附著至陽 極臂的各自的陽極桿,陽極臂可調(diào)整地安裝至上部結構,用于每個陽極桿的輔助夾鉗,以及至少 一個由上部結構支承的電氣臂,電氣臂具有在電氣臂和陽極桿之間提供電氣連接的接插件。在本發(fā)明的這方面的優(yōu)選形式中,輔助夾鉗相對于上部結構固定定位。 不同于所有通常已知的電解槽技術,本發(fā)明的陽極臂僅僅是機械固定到 陽極桿以提供陽極的垂直運動,從而用于控制陽極和陰極間的間距。陽極臂 不再執(zhí)行導電至陽極的任務。此任務由至少一個電氣臂提供,其優(yōu)選地固定 在多個柔性件和電解槽上部結構的頂部中心。這些柔性件優(yōu)選地由多個鋁箔 制成,其焊接到電氣臂上,并且通過螺栓或夾緊連接附著到陽極桿的頂部。 這樣,機械固定和陽極的高度的調(diào)整的任務可保持分開成電氣連接到陽極桿。因此,對于電氣臂提供了不間斷的電氣接觸,同時對于可移動的陽極臂提供了陽極桿的更安全固定。在第二方面,本發(fā)明提供一種用于調(diào)整電解槽的陽極和陰極之間的間距的裝置,包括陽極臂,多個單獨的陽極通過各自的陽極桿附著至該陽極臂,每個陽極的陽極桿通過主夾鉗相對于所述陽極臂保持定位,用于每個陽極桿的輔助夾鉗,以及控制所述主和輔助夾鉗的操作的裝置,以允許夾鉗的接合和脫離。此裝置可進一步設置有上部結構。輔助夾鉗優(yōu)選地固定在上部結構,以 在陽極臂升高期間支承輔助夾鉗。在本發(fā)明的第 一和第二方面的優(yōu)選形式中,主和輔助夾鉗的接合和脫離 由過程控制計算機控制。必須用于陽極改變操作的電氣柔性件的斷開和再連 接由附著到吊架控制器上的專用工具完成。電氣柔性連接只開啟以在陽極塊 的壽命終結時執(zhí)行陽極的改變。在本發(fā)明中,升高陽極臂操作不再用在如上描述的輔助升高臂將陽極保 持定位的情況下完成。相反地,夾鉗的兩步驟用于此操作。為了升高陽極臂, 過程控制計算機將關閉輔助夾鉗,以保持陽極目前的位置,同時使主夾鉗脫 離。當電解槽的所有陽極的主夾鉗處于打開位置時,陽極臂可自由地升高。 沒有必要通過在桿上施加壓力來保持陽極臂和陽極桿之間的電接觸,因為電 傳導通過持續(xù)的柔性件-桿之間的連接而保持不間斷。根據(jù)本發(fā)明的第三個方面,提供一種在上述電解槽內(nèi)升高陽極臂的方法,包括以下步驟接合輔助夾鉗以相對于上層結構保持陽極的位置;使主夾鉗脫離;移動陽極臂;再接合主夾鉗;以及使輔助夾鉗脫離。采用此發(fā)明,有可能以比傳統(tǒng)的陽極臂裝置更高的頻率基準(例如每一 天或兩天)自動地執(zhí)行陽極臂升高,傳統(tǒng)的陽極臂裝置中密集的臂的升高每 兩到三周出現(xiàn)。因為此原因,整個陽極臂活動的距離可顯著地減少。
圖1是現(xiàn)有技術的電解槽和傳統(tǒng)的陽極支承的截面圖, 圖2是本發(fā)明實施例的電解槽和陽極支承的截面圖。
具體實施方式
現(xiàn)有技術的電解槽包括鋼外殼12,其具有底部耐火爐襯14和側壁耐火 爐襯16。底部耐火爐襯將具有用于將電傳導到匯流條(未示出)的集電棒 20的陰極18支承在鋼外殼12的外側。顯示的陽極裝置包括通過鋼輒22和 短柱28與陽極桿26連接的陽極塊24。陽極桿26通過固定在陽極臂上的夾 緊裝置32在機械上和電性上與陽極臂30相連。設置的機械驅動輪系(未示 出)可升高和降低陽極臂以便于改變陽極和陰極之間的間隙(實際上浸入到 電解液的陽極與陰極頂部上的液態(tài)鋁層之間的間隙)到期望的距離。陽極升降設備的設計基于假設所有陽極將以恒定的比率消耗,因此一般 地電解槽內(nèi)的所有陽極可并行地上升或下降,以保持間隙在優(yōu)選范圍內(nèi)。在 電解槽上部結構的內(nèi)部,設置有多個氧化鋁裝料斗(34),以給一般定位在 陽極對之間的點供料機(未示出)提供氧化鋁。陽極臂系統(tǒng)依靠夾緊連接提供足夠的機械壓力,以保持陽極桿處于相對 于陽極臂的固定位置,用同樣的連接提供了陽極臂和陽極桿之間的電氣連 接。因此此系統(tǒng)包括電氣連接功能和機械固定功能。此外,陽極的卸下和安 裝由定位在電解槽上方的升降架提供。由于電解槽上部結構的設計,必然地 升降架必須更高以便于清掃上部結構。傳統(tǒng)的電解槽的詳情顯示在圖1中,而本發(fā)明的實施例顯示在圖2中。 為了便于理解,對于本發(fā)明的實施例中與傳統(tǒng)的電解槽相似的結構給出了相 同的標號。根據(jù)本發(fā)明的陽極支承結構包括電氣臂50,優(yōu)選地其通過稱為柔 性件52的電氣接插件固定定位且與陽極桿26連接。這些柔性件52保持與 陽極桿電氣連接,同時使得桿能夠相對于電氣臂50移動。柔性件52—般地 由多個鋁片構成,其形狀形成為層疊鋁塊,并且該層疊結構沿電流流動方向 延伸。柔性件的一端焊接到電氣臂50上,而另一端通過螺栓或夾緊連接60 與陽極桿的頂部連接。陽極支承結構包括附著到垂直移動的陽極臂30上的主夾鉗54,以及固
定到電解槽上部結構底板58上的輔助夾鉗56。陽極臂通過與傳統(tǒng)的陽極支 承結構中的相似的機械驅動輪系(未示出)進行移動。對于每個陽極桿26 有一個主夾鉗54和一個輔助夾鉗56。除了在升高陽極臂的操作期間,電解 槽的所有陽極的主夾鉗54連續(xù)接合。如氣壓缸或電動機的控制裝置設置來 操縱主夾鉗54和輔助夾鉗56的接合及脫離動作。比現(xiàn)有技術的裝料斗要小的氧化鋁裝料斗62也設置在上部結構內(nèi)的陽 極臂30之間。為了升高陽極臂,在給定的電解槽內(nèi)的所有陽極的輔助夾鉗56通過過 程控制計算機而關閉。隨后打開主夾鉗54,使得機械驅動輪系可自由地升起 陽極臂30,同時通過輔助夾鉗56使陽極保持在其位置內(nèi),并且由柔性件52 提供的電氣連接沒有中斷。 一旦陽極臂已經(jīng)到達其上面的位置,主夾鉗54 關閉隨后輔助夾鉗56打開或脫離。脫離和再接合的夾鉗的整個操作以及升 高陽極臂是完全自動的,并且不需要操作者介入。
權利要求
1.一種用于在電解槽內(nèi)將陽極支承在陰極上方的裝置,包括上部結構,其上附著有多個單獨陽極的陽極臂,每個陽極具有用于通過主夾鉗附著至所述陽極臂的陽極桿,所述陽極臂可調(diào)整地安裝至所述上部結構,用于每個陽極桿的輔助夾鉗,以及至少一個由所述上部結構支承的電氣臂,所述電氣臂具有提供所述電氣臂和陽極桿之間的電氣連接的接插件。
2. 如權利要求1所述的裝置,其中所述輔助夾鉗相對于上部結構固定 定位。
3. 如權利要求1或2所述的裝置,其中所述至少一個電氣臂固定在多 個柔性件和電解槽上部結構的頂部中心處。
4. 如權利要求3所述的裝置,其中所述柔性件由多個鋁箔制成,所述 鋁箔焊接至所述電氣臂,并且通過螺栓或夾緊連接附著到陽極桿的頂部。
5. —種用于調(diào)整電解槽的陰極和陽極之間的距離的裝置,包括陽極臂, 多個單獨陽極通過各自的陽極桿附著至陽極臂,每個陽極的所述陽極桿通過 主夾鉗相對于所述陽極臂保持定位,用于每個陽極桿的輔助夾鉗,以及控制 所述主和輔助夾鉗的操作以允許夾鉗接合和脫離的裝置。
6. 如權利要求5所述的裝置,進一步設置有上部結構,所述輔助夾鉗 固定至所述上部結構,以在陽極臂升高期間支承所述輔助夾鉗。
7. 如權利要求5所述的裝置,其中所述主和輔助夾鉗的接合和脫離由 過程控制計算機控制。
8. 如權利要求7所述的裝置,其中所述過程控制器在所述輔助夾鉗關 閉時僅僅允許所述主夾鉗脫離。
9. 一種在上述的電解槽內(nèi)升高陽極臂的方法,包括以下步驟 接合輔助夾鉗以相對于上層結構保持陽極的位置; 4吏主夾4計脫離;移動陽極臂; 再接合主夾鉗;以及 使輔助夾鉗脫離。
10. 如權利要求9所述的方法,其中所述主夾鉗在所述輔助夾鉗接合時 僅僅脫離。
11.如權利要求9所述的方法,其中所述輔助夾鉗在所述主夾鉗接合時 僅僅脫離。
全文摘要
一種用于在電解槽內(nèi)將陽極支承在陰極上方的裝置,包括上部結構,其上附著有多個單獨的陽極(24)的陽極臂,每個陽極具有用于通過主夾鉗(54)附著至陽極臂的陽極桿(26),陽極臂可調(diào)整地安裝在上部結構中,用于每個陽極桿(26)的輔助夾鉗(56),以及至少一個具有提供電氣臂(50)和陽極桿(26)之間的電氣連接的接插件(52)的電氣臂(50)。
文檔編號C25C3/06GK101155947SQ200680009254
公開日2008年4月2日 申請日期2006年3月22日 優(yōu)先權日2005年3月24日
發(fā)明者英戈·拜爾 申請人:Bhp比利頓創(chuàng)新公司