CN100540751C - 电解池泄漏限制器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种用于生产铝的设有封闭装置的电解池(1)的泄漏限制器(20)，包括用于插入阳极杆(3)的通道开口，其特征在于，它包括至少一个能够围绕一阳极杆的全部或部分的支架(21)，以及至少一个柔性密封体(30，30a，30b，30c)，所述密封体被设置成围绕支架(21)的全部或部分周边(23)并被设计成使在一个开口的内边缘与一个阳极杆(3)之间的自由空间的全部或部分封闭。本发明改进了用于电解池的盖装置的密封性。

Description

电解池泄漏限制器

技术领域

[01]本发明涉及通过干法电解(électrolyse ignée)方法生产铝。尤其是，它涉及在电解期间封闭废气的装置。

背景技术

[02]在工业上，金属铝是通过干法电解法生产的，即采用公知的Hall-Héroult方法，通过对熔融冰晶石液中的氧化铝溶液进行电解，其中的熔融冰晶石液称为电解液。电解液被容纳在称为电解槽的槽内，包括一个内部衬有耐火和/或绝缘材料的钢制箱体(caisson)，以及一个设置于槽底部的阴极装置。由碳质材料制成的阳极被部分地浸入电解液中。由一个电解槽及其阳极和所述电解液所组成的装置被称为一个电解池。

[03]电解反应、次级反应和高操作温度导致废气产生，废气特别是含有二氧化碳以及含氟产物。这些废气释放到大气中是被严格控制和按照严格的规定管理的，首先是考虑到在电解池附近工作的职员的工作条件以改善电解室内的环境大气，其次是防止大气污染。几个州的规定对释放到大气中的废气量规定了污染限制。

[04]此时存在的解决方案是，以可靠和令人满意的方式萃取、回收和处理这些废气。一种广泛采用的方案是给电解池设置一个废气收集装置。该装置盖住电解槽并且包括封闭装置(moyens de confinement)，以及对废气进行吸入和化学处理的装置，封闭装置尤其是包括一个覆盖装置。用于处理废气的公知方法包括通过与氧化铝反应而回收这些含氟气体。所述覆盖装置包括通路装置比如罩，通常是可拆卸的(amovible)，以及一个用于在槽上起作用的放液门。

[05]所述覆盖装置限定出一个封闭的吸气区域，该区域相对于环境大气处于负压状态，从而废气能被有效地回收。结果是，对于大多数现代工业设备，在稳定状态条件下的收集率超过97％，因而被释放到大气中的含氟气体产物要比规定所限制的低。

[06]通常，阳极被连接到一个位于收集装置外部的电源杆上，通过在该装置上形成开口让金属杆穿过该装置。在这些开口中由金属杆留出的自由空间(或间隙)未被密封，以使金属杆能够进行垂直和水平位移。垂直位移是频繁的，尤其是在电解期间补偿阳极的磨损。水平位移通常发生在更换用过的阳极操作期间。

[07]在阳极杆与通道开口的内边缘之间的自由空间形成了一个封闭缝隙(rupture de confinement)，该封闭缝隙对于每一个阳极杆是小的，但是当考虑到槽内的所有阳极时它将变得很重要，尤其是对于一系列几百个电解池则更加重要。

发明内容

[08]本发明的一个目的是提供一种泄漏限制器，其能够减少源自于开口的封闭缝隙以允许阳极杆通过。尤其是，根据本发明的泄漏限制器被设计成，在一个干法电解炼铝的电解池中，通过阳极杆的通道开口，限制在收集装置的内部与外部之间形成空气和气体通道。

[09]根据本发明的电解池中的泄漏限制器的特征在于，它包括至少一个能够围绕全部或部分阳极杆的支架，以及至少一个柔性密封体，所述密封体被设置成围绕支架的全部或部分周边，并被设计成使在所述开口的内边缘与阳极杆之间的自由空间的全部或部分封闭。

[10]所述柔性体在阳极杆周围提供了一定的密封性，由于该柔性体的柔性，该密封性能被保持，尽管阳极杆的位置会不可避免地变化。尤其是，本发明有效地限制了通过所述自由空间的气体交换。

[11]优选地，所述支架是一个切口的形式，以简化泄漏限制器的结构并能够使一个阳极杆横向插入预壁开口。

[12]本发明的另一目的是提供一种电解池，其包括至少一个本发明的泄漏限制器。

附图说明

[13]下面通过结合附图对本发明的一个优选实施例进行详细描述，将能够更好地理解本发明。

[14]图1示出将用于生产铝的一种典型电解池的横截面；

[15]图2示出设计用来生产铝的一种典型电解池的简化透视图，其中(a)没有而(b)具有本发明的泄漏限制器；

[16]图3至5示出根据本发明的泄漏限制器；

[17]图6示出根据本发明的一种变型的泄漏限制器的U形刷；

[18]图7示出沿图5所示泄漏限制器的U形刷的I轴的横截面；

[19]图8示出图5所示泄漏限制器的I′至C′的截面；

[20]图9和10示出将一个阳极杆插入本发明的泄漏限制器的方法。

具体实施方式

[21]如图1所示，一种用于通过Hall-Héroult方法生产铝的电解池1典型地包括一个槽10，由附加元件支撑的阳极2，附加元件典型地包括一个杆3和一个多节点4，并用连接件6机械地和电气地连接到一个阳极框架5上。典型地，该阳极杆3具有一个基本上为矩形或者方形的横截面。该槽10包括一个钢制箱体7，内衬件8和一个阴极装置9。内衬件8和一个阴极装置9形成一个在槽10内的熔池，槽10包含电解液11和金属液层12。

[22]电解池1还包括一个金属结构13，该结构特别支撑阳极框架5以使之活动，以及一个用于收集废气的装置，该装置包括封闭装置14，15并限定出一个内部密封空间16。典型地，所述封闭装置包括可折卸的罩14和一个固定罩15。

[23]如图2(a)所示，所述收集装置包括开口17，一个阳极杆3能够自由地穿过开口17。该开口通常是一个垛口的形式，从而允许一个阳极杆能够插入。在一个或几个罩14移除之后，通过横向插入，阳极2通常被插入电解池或者从电解池取出。因而，该开口17能够使阳极2的杆3横向插入，有或者没有阳极的纵向移动，换言之，有或者没有阳极沿着电解池的主轴移动。

[24]图2(b)示意性地示出根据本发明的泄漏限制器20在阳极通道开口17中的位置。

[25]用于生产铝的具有封闭装置14，15的电解池1的泄漏限制器20包括用于插入阳极杆3的通道开口17，其特征在于，它包括至少一个能够围绕一个阳极杆的全部或部分的支架21，以及至少一个柔性密封体30，30a，30b，30c，所述密封体被设置成围绕所述支架21的全部或部分周边23，并被设计成使在所述开口17的内边缘18与阳极杆3之间的自由空间的全部或部分封闭。

[26]所述支架21可以具有不同的形状，比如大致的直线、弧形或其它形状。该支架21也可以由不同的元件制成。

[27]在本发明的一个优选实施例中，所述支架21形成一个开口或者“切口”26，一个阳极杆3能够通过它被横向插入。典型地，开口26为U形或者形成一个具有三个侧边的框架。所述密封体30，30a，30b，30c被设置在开口26的内周边23上。

[28]在此实施例中，泄漏限制器20围绕阳极杆3的至少三个侧边。密封体30的形状可以是这样，它也覆盖阳极杆的第四边。泄漏限制器20可以包括一个补充的封闭元件20′，它可以是可活动的或者可拆卸的，并且在阳极杆已经被插入之后能够限制通过第四边泄漏。该补充封闭元件20′可以包括一个支架21′，支架21′设有一个柔性密封体30′。最好是，该补充封闭元件20′可以被固定到所述固定罩15上或者固定到接近该阳极杆的可活动罩14上。

[29]图3示出的情形是，密封体由一个单一元件30形成。图4示出的情形是，密封体由三个分开的相邻元件30a，30b，30c形成。

[30]如图5所示，所述密封体与阳极杆邻近，但是不是必须与之接触。它可以被分开几毫米，典型地为2或3毫米，而没有较大地降低因采用本发明的装置所获得的改善的密封性。

[31]所述柔性密封体可以由能够有效密封所述全部或部分自由空间的任何柔性元件制成。比如，它可以由金属线、条带、海绵状物质或软管、或者这些可能性的任何组合。它可以是金属的或者非金属的。

[32]所述柔性密封体30最好是能够阻挡电解池中的所述内部空间16内的大气并在该环境下所达到的温度下保持它的机械性能。

[33]优选地，所述柔性密封体30是由一束金属或非金属的线制成的。申请人发现，该束线是一种在阳极杆周围提供密封性的方式，因为线的密度大，还发现该密封性能被保持，因为所述线具有柔性，尽管阳极杆的位置会不可避免地变化。所述线还有助于维持良好的密封性，尽管在阳极杆上存在壁面缺陷。

[34]已经发现采用不锈钢丝是非常令人满意的。在阳极杆移动期间，由这类钢丝制成的密封体承受由阳极杆施加的机械负载，并能使之具有足够的柔性。

[35]所述线束30是足够的紧密以致在所述收集装置的外部与内部之间产生较大的压力损失。已经发现，围绕周边的线密度达到每厘米100至1000根线就足够了。束的厚度典型地是大于0.5cm。线直径典型地在0.1至1mm之间。金属线束的孔径角α典型地是在0与45°之间，且更典型地在0与30°之间。金属线从支架引出的长度L典型地是在1与10cm之间。

[36]根据本发明的一个优选变型，至少一个柔性密封体30，30a，30b，30c被固定到一个第二支架或者“框架”32上，所述第二支架可相对于支架21活动。

[37]在此变型中，支架21典型地设有一个围绕其内周边21的细长开口22，框架32被插入并在该开口中活动。然后框架32和柔性密封体30，30a，30b，30c形成一个活动的组件或者“抽屉”31，它改善了在阳极杆移动期间密封件的自定位。所述框架/密封体组件31典型地是大致垂直于阳极杆3活动。

[38]在本发明的此实施例中，柔性密封体30，30a，30b，30c和框架32最好是由非磁性材料制成，以避免在电解池环境中存在强磁场的情况下产生磁力，防止该磁场阻止所述运动。比如，框架32优选地是由铝或者铝合金制成的，所述线最好是由非磁性不锈钢制成。

[39]所述元件31能够在支架21上活动的事实能够在这些元件磨损或者损坏之后有利于维修和更换。

[40]所述泄漏限制器20最好是还包括至少一个连接件25，其设置在所述支架21与每一个框架32之间，以控制密封体30，30a，30b，30c相对于支架21的位移。该连接件典型地被固定到框架32上。优选地，至少一个连接件是一个弹性元件，比如弹簧或弹性叶片，以便有利于刷相对于阳极杆3的自定位。还可以是采用连接杆和/或导引件，可以与一个或者几个弹性元件组合。

[41]图5至8示出本发明的一个优选实施例，其中，所述密封体30，30a，30b，30c是由被固定到一个单一活动框架32上的线制成的，该框架能够相对于框架21活动。

[42]图5(b)示出图5(a)中的限制器的纵截面图，图5(a)显示出被称为一个“刷”的框架/线组件31，其部分位于支架21内部。可以看到，阳极杆3的轮廓用虚线表示。图6只是示出所述刷31，图6(a)示出其主平面，图6(b)示出其边缘。

[43]一个阳极杆3被正常地沿着图5和图6所示的I-I′轴线横向插入。图9和10显示出插入阳极杆的两种方法。图9示出的是单一方向插入的情形。图10示出的情形是，泄漏限制器相对于电解池的运动是两个方向的插入。

[44]所述支架21和框架32典型地是由金属制成，以提供足够的机械强度。铝和铝合金是非磁性的，可以被采用，这是有利的。

[45]所述架21具有足够的刚性，以致泄漏限制器能够经受由操作者的脚所施加的力，而不会损坏。

[46]泄漏限制器20可以被固定到电解池上，更准确地是被固定到电解池的一个结构元件上或者收集装置上，或是刚性地或是活动地连接。为此目的，支架21优选地包括用于将它最好可拆卸地固定到电解池上的元件24。一个可拆卸的固定件，比如采用螺栓和螺母29，使得能够容易地移动泄漏限制器而不移动阳极。

[47]尽管在许多情形下刚性附件是足够的，但是一个活动附件给予所述泄漏限制器一个附加的自由度，从而它能更容易地适应它相对于阳极杆的位置。当与阳极杆的横截面相比，阳极杆通道开口17大些时，该附加自由度是特别有用的，并且当阳极杆正被就位和/或使用时，能使大的阳极杆移动。

[48]当开口17的形状比一个简单的垛口或切口更加复杂时，该自由度也是有用的，阳极杆3插入开口17包括在两个方向上的位移，换言之即相对于图10所示电解池的主轴而言在纵向上和横向上。在此情形下，泄漏限制器典型地具有一个敞开位置(图10(a))和一个封闭位置(图10(b))。然后，泄漏限制器20优选地包括一个或多个补充的封闭元件33，34，比如一块板，以在其移动期间保持限制器的密封性。这些补充元件可以是固定的或活动的。活动的泄漏限制器20可以与一个或多个固定的封闭元件20′协作以使装置在移动期间保持密封性。泄漏限制器的移动可以被一个导引件35导引，比如一根导轨。

[49]当泄漏限制器20包含金属元件比如金属支架或者金属线时，尤其是假如它们接近阳极杆，最好是使泄漏限制器与电解池电绝缘以避免当阳极正被操作时发生短路。此绝缘可以通过将一个电绝缘体27，28，28′插入于泄漏限制器与电解池之间而实现。比如，在如图8所示的情形下，通过将一块绝缘板27插入于支架21与封闭装置15之间，并将一根管28和一个垫圈28′插入于附件29与封闭装置15之间，使泄漏限制器20与电解池1绝缘。

[50]根据本发明的泄漏限制器的密封性机构的简单性意味着，它对环境条件具有足够的抵抗力，尤其是在存在铝或碎的槽粉末情况下，这将妨碍或阻塞含有枢轴或旋转销的机构。

[51]根据本发明的泄漏限制器的另一个优点在于，它能够容易地被容纳在小的体积内。根据本发明的限制器的总厚度典型地不大于3至4cm，从而它能被容易地定位在阳极框架5与罩15之间。

[52]本发明的再一个优点在于，它不需要任何手动干涉或者特殊的致动器，这就简化了使用并增加了它的可靠性。

附图标记列表

1    电解池

2    阳极

3    附件和电流输入元件(杆)

4    附件和电流输入元件(多节点)

5    阳极框架

6    用于将杆连接到阳极框架上的连接件

7    箱体

8    内衬

9    阴极装置

10   电解槽

11   电解液

12   液态铝

13   金属结构

14   封闭装置(可拆卸的罩)

15   封闭装置(固定罩)

16   内部密封空间

17   阳极杆通道开口

18   阳极杆通道开口的内边缘

20   泄漏限制器

20′ 补充的封闭元件

21，21′泄漏限制器支架

22   细长开口

23   支架内周边

24   附加元件

25   连接件

26   限制器开口

27   电绝缘体(板)

28   电绝缘体(管)

28′ 电绝缘体(垫圈)

29   螺栓和螺母

30，30a，30b，30c，30′柔性密封体

31   活动框架/密封体组件

32   框架

33，34   补充的封闭元件33，34

35   导引件

Claims (14)

1.用于生产铝的配有封闭装置(14，15)的电解池(1)的泄漏限制器(20)，所述泄漏限制器包括用于阳极杆(3)插入的通道开口(17)，

其特征在于，所述泄漏限制器包括至少一个能够围绕一阳极杆的全部或部分的支架(21)，以及至少一个柔性的密封体(30，30a，30b，30c)，所述密封体被安置在所述支架(21)的全部或部分周边(23)上，并用于封闭在一开口(17)的内边缘(18)与一阳极杆(3)之间的自由空间的全部或部分；并且，所述支架(21)形成一开口或切口(26)，所述开口或切口能让一阳极杆(3)横向插入。

2.按照权利要求1所述的泄漏限制器(20)，其特征在于，所述或每个柔性密封体(30，30a，30b，30c)由至少一个在如下组类中选取的元件制成：线、条带、海绵体、软管、或者它们的组合。

3.按照权利要求1所述的泄漏限制器(20)，其特征在于，所述或每个柔性密封体(30，30a，30b，30c)由一束金属的和/或非金属的线制成。

4.按照权利要求3所述的泄漏限制器(20)，其特征在于，所述线束是由不锈钢丝组成。

5.按照权利要求1至4中任一项所述的泄漏限制器(20)，其特征在于，所述至少一个柔性密封体(30，30a，30b，30c)被固定到一第二支架或框架(32)上，所述第二支架或框架(32)相对于所述支架(21)活动。

6.按照权利要求5所述的泄漏限制器(20)，其特征在于，所述柔性密封体(30，30a，30b，30c)和所述框架(32)由非磁性材料制成。

7.按照权利要求5所述的泄漏限制器(20)，其特征在于，它还包括至少一个连接件(25)，其设置在所述支架(21)与所述或每个框架(32)之间，以控制所述密封体(30，30a，30b，30c)相对于所述支架(21)的位移。

8.按照权利要求7所述的泄漏限制器(20)，其特征在于，所述至少一个连接件(25)是弹性的。

9.电解池(1)，其特征在于，它包括如权利要求1至8中任一项所述的至少一个泄漏限制器(20)。

10.按照权利要求9所述的电解池(1)，其特征在于，所述或每个泄漏限制器(20)刚性地连接到所述电解池上。

11.按照权利要求9所述的电解池(1)，其特征在于，所述或每个泄漏限制器(20)可活动地连接到所述电解池上。

12.按照权利要求11所述的电解池(1)，其特征在于，所述或每个泄漏限制器(20)包括至少一个补充的封闭元件(33，34)，所述封闭元件被设计成在所述限制器移动期间保持所述泄漏限制器(20)的密封性。

13.按照权利要求9至12中任一项所述的电解池(1)，其特征在于，所述或每个泄漏限制器(20)可拆卸地连接到所述电解池上。

14.按照权利要求9至12中任一项所述的电解池(1)，其特征在于，在所述电解池(1)与至少一个泄漏限制器(20)之间插入至少一个电绝缘体(27，28，28′)。

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