CN101155947B - 阳极支承装置 - Google Patents

Abstract

一种用于在电解槽内将阳极支承在阴极上方的装置，包括上部结构，其上附着有多个单独的阳极(24)的阳极臂，每个阳极具有用于通过主夹钳(54)附着至阳极臂的阳极杆(26)，阳极臂可调整地安装在上部结构中，用于每个阳极杆(26)的辅助夹钳(56)，以及至少一个具有提供电气臂(50)和阳极杆(26)之间的电气连接的接插件(52)的电气臂(50)。

Description

阳极支承装置

技术领域

本发明涉及在比如生产铝的电解槽内用于支承阳极的装置和方法，特别涉及用于调整这些阳极在电解槽内的位置的装置和方法。

背景技术

通过霍尔-艾鲁(Hall-Heroult)过程电解氧化铝以产生铝已经众所周知并且该过程包括电化学反应。该处理过程包括电解槽，电解槽包括具有多个阴极和阳极的电解池。将氧化铝供给到冰晶石基电解液中，在其中氧化铝可溶解。电解液温度在940℃与970℃之间时电解过程最为有效。阳极包括含碳的阳极块和铝杆，其提供与阳极悬挂在其上的阳极臂的机械上和电学上的连接。阳极局部地浸入到电解液中以提供电流通过的阳极和阴极间分开的距离。在电解过程中，铝产生在阴极，并且在阴极的顶部形成熔化的铝层，同时冰晶石电解液漂浮在铝层的上部。为了电解槽的高效操作，阳极和阴极间的间隙应该设定且保持在预定的优选距离或优选范围内。如果阳极和阴极间的间隙太大，这将产生电极间巨大的电压下降，导致在电解槽内产生不期望的增加的功率。如果间隙太小，那么电解过程变得不稳定且效率低下。

对于传统的含碳阳极，在电化学反应期间阳极块被持续地消耗主要产生CO₂气体。持续消耗阳极的结果是随着时间的过去阳极和阴极间的间隙将增大。为了保持间隙距离，持续地监控电解槽电压，并且周期性地重设阳极的位置以保持优选的阳极和阴极间的间隙。

由于持续的消耗，阳极具有有限的大约四周的寿命，之后它们必须由新的阳极替换。本领域技术人员应该理解，在短暂的时期内改变多于电解槽内的所有阳极中的一个将导致严重地干扰化学和热过程。因此，传统的实践是在给定的电解槽内每天仅仅改变一个阳极，使得电解槽的每个阳极具有不同的在零到大约28天之间的使用时期。

在传统的电解槽设计中，称为阳极臂的可移动阳极支承由上部结构支承。阳极直接夹紧到阳极臂上，其提供机械支承及供应电流到阳极。传统地，每个阳极的单独夹钳用于机械固定以及使阳极杆与阳极臂电接触。阳极与在阴极顶部上的铝层之间的距离可通过升高且降低整个阳极臂而调整。因此，在阳极的可操作寿命期间，需要升高且降低阳极臂来保持阳极和阴极间的间隙在优选的范围内。

由于阳极的消耗，阳极臂向下的运动通常会发生且在大约每天15到20mm范围内变动。阳极臂向下运动的结果是两到三周以后到达上部结构上最低的可能位置，并且此后在暂时设置在电解槽上层结构的顶部的辅助阳极升高臂的帮助下升高。阳极升高臂装备有保持阳极定位的装置，然而阳极夹钳由操作者手动打开以允许阳极臂向后移动到其上部位置。当阳极臂到达其上部位置，所有的阳极夹钳必须由操作者再次关闭。

这些夹紧装置也在阳极杆上施加了较大的横向压力，以保持阳极杆和阳极臂之间的电气接触，同时阳极臂向上行进，沿阳极杆滑动。升高阳极的过程引起巨大的安全危险，因为施加在阳极臂上的压力可减小，导致阳极杆和阳极臂之间的电气接触的损失。在此情况下，由于电路断开，将产生危险的电弧，直到铝的分站(substation)熔化工厂(plant)跳闸机构。在这种情况下，执行阳极臂上升的操作者处于烧伤伤害的危险中。

因此，本发明的目的提供用于自动地升高阳极臂而不需要人介入的装置，其处理了现有装置的一个或多个问题。

发明内容

在本发明的一方面，提供，

一种用于在电解槽内将阳极支承在阴极上方的装置，其包括上部结构，其上附着有多个单独阳极的阳极臂，每个阳极具有用于通过主夹钳附着至阳极臂的各自的阳极杆，阳极臂可调整地安装至上部结构，

用于每个阳极杆的辅助夹钳，以及至少一个由上部结构支承的电气臂，电气臂具有在电气臂和阳极杆之间提供电气连接的接插件。

在本发明的这方面的优选形式中，辅助夹钳相对于上部结构固定定位。

不同于所有通常已知的电解槽技术，本发明的阳极臂仅仅是机械固定到阳极杆以提供阳极的垂直运动，从而用于控制阳极和阴极间的间距。阳极臂不再执行导电至阳极的任务。此任务由至少一个电气臂提供，其优选地固定在多个柔性件和电解槽上部结构的顶部中心。这些柔性件优选地由多个铝箔制成，其焊接到电气臂上，并且通过螺栓或夹紧连接附着到阳极杆的顶部。

这样，机械固定和阳极的高度的调整的任务可保持分开成电气连接到阳极杆。因此，对于电气臂提供了不间断的电气接触，同时对于可移动的阳极臂提供了阳极杆的更安全固定。

在第二方面，本发明提供一种用于调整电解槽的阳极和阴极之间的间距的装置，包括阳极臂，多个单独的阳极通过各自的阳极杆附着至该阳极臂，每个阳极的阳极杆通过主夹钳相对于所述阳极臂保持定位，用于每个阳极杆的辅助夹钳，以及控制所述主和辅助夹钳的操作的装置，以允许夹钳的接合和脱离。

此装置可进一步设置有上部结构。辅助夹钳优选地固定在上部结构，以在阳极臂升高期间支承辅助夹钳。

在本发明的第一和第二方面的优选形式中，主和辅助夹钳的接合和脱离由过程控制计算机控制。必须用于阳极改变操作的电气柔性件的断开和再连接由附着到吊架控制器上的专用工具完成。电气柔性连接只开启以在阳极块的寿命终结时执行阳极的改变。

在本发明中，升高阳极臂操作不再用在如上描述的辅助升高臂将阳极保持定位的情况下完成。相反地，夹钳的两步骤用于此操作。为了升高阳极臂，过程控制计算机将关闭辅助夹钳，以保持阳极目前的位置，同时使主夹钳脱离。当电解槽的所有阳极的主夹钳处于打开位置时，阳极臂可自由地升高。没有必要通过在杆上施加压力来保持阳极臂和阳极杆之间的电接触，因为电传导通过持续的柔性件-杆之间的连接而保持不间断。

根据本发明的第三个方面，提供一种在上述电解槽内升高阳极臂的方法，包括以下步骤：

接合辅助夹钳以相对于上层结构保持阳极的位置；

使主夹钳脱离；

移动阳极臂；

再接合主夹钳；以及

使辅助夹钳脱离。

采用此发明，有可能以比传统的阳极臂装置更高的频率基准(例如每一天或两天)自动地执行阳极臂升高，传统的阳极臂装置中密集的臂的升高每两到三周出现。因为此原因，整个阳极臂活动的距离可显著地减少。

附图说明

图1是现有技术的电解槽和传统的阳极支承的截面图，

图2是本发明实施例的电解槽和阳极支承的截面图。

具体实施方式

现有技术的电解槽包括钢外壳12，其具有底部耐火炉衬14和侧壁耐火炉衬16。底部耐火炉衬将具有用于将电传导到汇流条(未示出)的集电棒20的阴极18支承在钢外壳12的外侧。显示的阳极装置包括通过钢轭22和短柱28与阳极杆26连接的阳极块24。阳极杆26通过固定在阳极臂上的夹紧装置32在机械上和电性上与阳极臂30相连。设置的机械驱动轮系(未示出)可升高和降低阳极臂以便于改变阳极和阴极之间的间隙(实际上浸入到电解液的阳极与阴极顶部上的液态铝层之间的间隙)到期望的距离。

阳极升降设备的设计基于假设所有阳极将以恒定的比率消耗，因此一般地电解槽内的所有阳极可并行地上升或下降，以保持间隙在优选范围内。在电解槽上部结构的内部，设置有多个氧化铝装料斗(34)，以给一般定位在阳极对之间的点供料机(未示出)提供氧化铝。

阳极臂系统依靠夹紧连接提供足够的机械压力，以保持阳极杆处于相对于阳极臂的固定位置，用同样的连接提供了阳极臂和阳极杆之间的电气连接。因此此系统包括电气连接功能和机械固定功能。此外，阳极的卸下和安装由定位在电解槽上方的升降架提供。由于电解槽上部结构的设计，必然地升降架必须更高以便于清扫上部结构。

传统的电解槽的详情显示在图1中，而本发明的实施例显示在图2中。为了便于理解，对于本发明的实施例中与传统的电解槽相似的结构给出了相同的标号。根据本发明的阳极支承结构包括电气臂50，优选地其通过称为柔性件52的电气接插件固定定位且与阳极杆26连接。这些柔性件52保持与阳极杆电气连接，同时使得杆能够相对于电气臂50移动。柔性件52一般地由多个铝片构成，其形状形成为层叠铝块，并且该层叠结构沿电流流动方向延伸。柔性件的一端焊接到电气臂50上，而另一端通过螺栓或夹紧连接60与阳极杆的顶部连接。

阳极支承结构包括附着到垂直移动的阳极臂30上的主夹钳54，以及固定到电解槽上部结构底板58上的辅助夹钳56。阳极臂通过与传统的阳极支承结构中的相似的机械驱动轮系(未示出)进行移动。对于每个阳极杆26有一个主夹钳54和一个辅助夹钳56。除了在升高阳极臂的操作期间，电解槽的所有阳极的主夹钳54连续接合。如气压缸或电动机的控制装置设置来操纵主夹钳54和辅助夹钳56的接合及脱离动作。

比现有技术的装料斗要小的氧化铝装料斗62也设置在上部结构内的阳极臂30之间。

为了升高阳极臂，在给定的电解槽内的所有阳极的辅助夹钳56通过过程控制计算机而关闭。随后打开主夹钳54，使得机械驱动轮系可自由地升起阳极臂30，同时通过辅助夹钳56使阳极保持在其位置内，并且由柔性件52提供的电气连接没有中断。一旦阳极臂已经到达其上面的位置，主夹钳54关闭随后辅助夹钳56打开或脱离。脱离和再接合的夹钳的整个操作以及升高阳极臂是完全自动的，并且不需要操作者介入。

Claims (11)

1.一种用于在电解槽内将阳极支承在阴极上方的装置，包括：

上部结构，其上附着有多个单独阳极的阳极臂，每个阳极具有用于通过主夹钳附着至所述阳极臂的阳极杆，所述阳极臂可调整地安装至所述上部结构，

用于每个阳极杆的辅助夹钳，以及至少一个由所述上部结构支承的电气臂，所述电气臂具有提供所述电气臂和阳极杆之间的电气连接的接插件。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述辅助夹钳相对于上部结构固定定位。

3.如权利要求1或2所述的装置，其中所述至少一个电气臂固定在多个柔性件和电解槽上部结构的顶部中心处。

4.如权利要求3所述的装置，其中所述柔性件由多个铝箔制成，所述铝箔焊接至所述电气臂，并且通过螺栓或夹紧连接附着到阳极杆的顶部。

5.一种用于调整电解槽的阴极和阳极之间的距离的装置，包括阳极臂，多个单独阳极通过各自的阳极杆附着至阳极臂，每个阳极的所述阳极杆通过主夹钳相对于所述阳极臂保持定位，用于每个阳极杆的辅助夹钳，以及控制所述主和辅助夹钳的操作以允许夹钳接合和脱离的装置。

6.如权利要求5所述的装置，进一步设置有上部结构，所述辅助夹钳固定至所述上部结构，以在阳极臂升高期间支承所述辅助夹钳。

7.如权利要求5所述的装置，其中所述主和辅助夹钳的接合和脱离由过程控制计算机控制。

8.如权利要求7所述的装置，其中所述过程控制器在所述辅助夹钳关闭时仅仅允许所述主夹钳脱离。

9.一种在权利要求1的所述装置内升高阳极臂的方法，包括以下步骤：

接合辅助夹钳以相对于上层结构保持阳极的位置；

使主夹钳脱离；

移动阳极臂；

再接合主夹钳；以及

使辅助夹钳脱离。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述主夹钳仅仅在所述辅助夹钳接合时脱离。

11.如权利要求9所述的方法，其中所述辅助夹钳仅仅在所述主夹钳接合时脱离。

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