CN102439388A - 电极支座组件及包括该组件的炉 - Google Patents

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Abstract

在一个实施例中，电极支座组件(100)包含具有充分设计用于分配电流的界面(204)的电流传递基座(105)；充分设计用于向电流传递基座(105)提供电流的汇流板(200)；靴-环组件，包括：多个电靴(120)，其中来自电流传递基座(105)的电流被分配给多个电靴(120)以用于向电极(400)分配电流；多个双行程缸(190)；以及安装环(220)；以及液压组件(300)包括具有充分设计成与电极(400)的外表面接合的开口的夹紧环(310)；充分设计用于收缩和释放夹紧环(310)的加压缸(320)；以及至少一个充分设计用于控制夹紧环(310)和电极(400)的水平移动的双行程缸(330)。

Description

电极支座组件及包括该组件的炉
背景技术
传统的碳热先进反应堆进程是一个多级系统，其中包含氧化铝和碳的熔化的渣发生反应以在低温级产生碳化铝。产生的氧化铝-碳化铝渣流入高温级，在那里碳化铝与氧化铝发生反应以产生铝金属。铝的密度小于渣并且累积为漂浮在渣上的层。低温和高温级设置在共用的反应容器中并且由底流分隔壁分开。高温级具有用于连续排出熔化铝的出口。额外的碳材料被供应到高温级以满足反应的理想化学计量条件。
通过使用浸入到熔化的渣中的竖直含碳电极进行高强度的渣电阻加热而提供低温级熔化和预还原需要的能量。类似地，利用穿过反应器的侧壁伸入到渣相中和金属相下方的多对水平布置的电极进行高强度渣电阻加热为高温级提供能量。
发明内容
在一个实施例中，公开了一种能够传递高密度电流的夹持、移动和电流传输电极支座组件。根据本发明的一个实施例，公开了一种电极支座组件，其包括：具有充分设计用于分配电流的界面的电流传递基座；充分设计用于向电流传递基座提供电流的汇流板(buss plate)；靴-环组件，其包括：多个电靴，每个电靴具有近端、远端、外表面和内表面，其中来自电流传递基座的界面的电流被分配给所述多个电靴，并且其中来自所述多个电靴的电流被分配给电极；多个双行程缸，在数量上与多个电靴相等，其中每个双行程缸与每个电靴的近端接合并且间隔开，其中每个双行程缸单独地控制每个电靴，其中每个双行程缸充分设计用于施加压力给每个电靴以接触电极，并且其中每个双行程缸充分设计成在每个电靴上拉回以允许电极的滑动；以及具有数量上与所述多个双行程缸相等的多个开口的安装环，其中所述多个双行程缸穿过所述多个开口延伸；以及液压组件，其包括：具有充分设计成与电极的外表面相接合的中心开口的夹紧环，其中夹紧环包含多个能相对于彼此移动的部件；充分设计用于收缩和释放夹紧环的加压缸，其中加压缸与夹紧环的部件相接合；以及至少一个充分设计用于控制夹紧环和电极的水平移动的双行程缸。
根据本发明的一个实施例，公开了一种炉，其包括：包含下槽部和多个侧壁的壳体；顶部；电力系统；以及用于水平地截断至少两个侧壁的电极的支座组件，支座组件包括：充分设计用于分配电流的电流传递基座；充分设计成向电流传递基座提供电流的汇流板，电流由电力系统提供；靴-环组件，包括：多个电靴，每个电靴具有近端、远端、外表面和内表面，其中来自电流传递基座的电流被分配给所述多个电靴，并且其中来自所述多个电靴的电流被分配给电极；数量与所述多个电靴相等的多个双行程缸，其中每个双行程缸与每个电靴的近端接合并且间隔开，其中每个双行程缸单独地控制每个电靴，其中每个双行程缸充分设计成施加压力到每个电靴以接触电极，并且其中每个双行程缸充分设计成在每个电靴上拉回以允许电极的滑动；以及具有数量与多个双行程缸相等的多个开口的安装环，其中所述多个双行程缸穿过所述多个开口延伸；以及液压组件，包括：具有充分设计成与电极的外表面相接合的中心开口的夹紧环，其中夹紧环包含多个能相对于彼此移动的部件；充分设计用于收缩和释放夹紧环的加压缸，其中加压缸与夹紧环的部件相接合；以及至少一个充分设计用于控制夹紧环和电极的水平移动的双行程缸。
附图说明
本发明将参照附图作进一步的说明，其中在这几幅图中相同的数字指代相同的结构。所示附图不一定按比例绘制，而且重点放在对本发明的原理的描述。
图1示出水平放置并且与炉的侧壁接合的本发明的电极支座组件立体图。
图2示出图1的电极支座组件的侧视图。
图3示出图1的电极支座组件的某些部件的立体分解视图。
图4示出了图1的电极支座组件的侧剖视图。
图5A-5C示出图1的电极支座组件的某些部件特征。图5A为通过销接合到单个双行程缸并且与单个双行程缸间隔开的单个电靴的俯视图。图5B是沿着图5A的线B-B的剖视图。图5C是图5B的区域C的近视图，示出销接合到单个电靴上。
图6示出图1的电极支座组件的液压组件部分的立体图。
尽管上述附图示出了在这里公开的实施例，但是如所指出的，其他的实施例同样也是考虑在内的。本文通过典型示例的方式对示例性实施例进行描述但是并不局限于此。所属领域技术人员可以想出众多其他的变型和实施例，它们都落在本发明的原理的范围和精神内。
具体实施方式
图1和2与图3相结合，示出本发明的电极支座组件100的一个实施例。组件100包括环形的、挖空的电流传递基座105，其具有近端107、远端109、以及位于两者之间的界面204。如图1和2所示，电流传递基座105的近端107水平地布置以穿过炉500的侧壁510延伸。组件100还包括汇流板200，其与线缆230相连接，线缆从设置在邻近炉的位置上的变压器(未示出)引出。线缆230可以用水或者冷却介质进行冷却。靴-环组件225包括：多个电靴120；相对应的多个双行程(液压)缸190，其数量与多个电靴120相同；以及具有多个孔222的安装环220，孔的数量与所述多个双行程缸190相同。安装环220的孔222彼此间隔大致相同的距离分布。在一个实施例中，电靴120穿过孔222在安装环220的周边周围布置，例如在安装环220的周边周围均等地/均匀地分布(例如，相对于传统的墙壁挂钟，处于与1点钟、2点钟、3点钟等等)相对应的位置。多个电靴120可以通过多个连接销191以这种方式布置。多个双行程缸190延伸穿过多个孔222。安装环220可以通过一组绝缘螺栓160连接到电流传递基座105。每个双行程缸190独立地控制每个相应的电靴120，将在下面对此作详细描述。每个双行程缸190被充分地设计成施加压力到每个电靴120以接触电极400。每个双行程缸190被充分地设计成在每个电靴120上拉回以允许电极400滑动。
汇流板200被充分地设计成提供电流到电流传递基座105的界面204，并且电流传递基座105的界面204被充分地设计成将电流分配给电靴120。来自所述多个电靴120的电流被分配给电极400。电极400典型地可以由任意的导电材料构成。例如，电极400可以由石墨、铜、自焙含碳电极块，或者这些材料的组合制成。安装环220、汇流板200以及电流传递基座105的中空内部的大小允许电极400穿过其被推动，并且它们的内表面不会触碰到电极400的外表面410。液压组件300基于一组预定的参数允许电极400插入到炉500中。
图4示出了图1的电极支座组件100的侧剖视图(炉和汇流板未示出)。电流传递基座105包括中空腔111，其与冷却介质被泵送通过的圆周同轴地延伸，由此提供一种控制界面204的温度的手段。隔板将中空腔111分隔开。在隔板的一侧为冷却介质的入口。冷却介质围绕中空腔111流动并且从隔板的另一侧流出。冷却介质通过管道219流入和流出，管道可以是一体式冷却系统的一部分或者可以是单独的水系统。在一个实施例中，冷却介质选自空气、水、油(例如，PerFluoroPolyEther油(全氟聚醚油)或者HydroFluoroPolyEther油(氢氟聚醚油))、乙二醇之一，或者它们的组合。控制界面204的温度使得电极支座组件100能够承受大电流负荷而不会烧掉炉500外部的电极400。这样使得电极400的消耗保持稳定，同时使得传递给进程的电流也保持稳定(这是在各个接触点处围绕电极400的圆周均匀分配电能的结果。这样消除了在电极400任意一部分上的功率尖峰以及由于在其它部分上接触不良而产生的功率损失)。进程功率的更大稳定性也应该容许进程本身具有更大的稳定性。如图4所示，由于在电靴120的远端122和安装环220的近侧224之间存在间距，同时还由于在连接销191处使用绝缘垫圈192，使得电靴120基本上与安装环220电绝缘。此外，绝缘套筒基本上使螺栓160与靴-环组件225的其余部分电绝缘。在这方面，绝缘套筒通常基本上与螺栓160的外表面的至少一部分外接。
图5A-5C示出电靴120如何通过安装槽/帽194和销191机械地互连到双行程缸190。每个电靴120通常包括一个远端122和一个近端124。每个电靴120通常布置成使得电靴120的外表面123能够与电流传递基座105的界面204相接合。每个电靴120通常通过液压被楔入到电流基座105的界面204和电极400之间。每个双行程缸190能够施加压力以便用于楔入相应的电靴120从而与电极400电接触，或者用于在相应的电靴120上拉回以允许电极400滑动。本发明的电极支座组件100将电流传递分成多个接触点，以允许更好地控制每个电靴120和电极400之间的接触区域。使每个电靴120采用液压控制，这消除了在电极夹持装置中通常存在的与膨胀、收缩以及点加载有关的问题。通过设置多个接触点以及保持每个电靴120上的压力不变，使得电流可以围绕电极400均匀地分配，均衡地分布由通过电极400传递的能量产生的温度。
图6为液压组件300的立体图。液压组件300包含具有充分设计成用于接合电极400的外表面410的中心开口的夹紧环310、充分设计成用于收缩和释放夹紧环310的加压缸320、以及至少一个充分设计成用于控制夹紧环310和电极400的水平运动的双行程缸330。一组螺栓345跨过夹紧环310的厚度，将液压组件300与安装环220连接。夹紧环310包含部件312、314以及316，它们相对于彼此可移动。夹紧环310为一个液压控制环，其围绕电极400的圆周收缩以使电极400移动进入到炉500并且接着释放电极使其移动回到原位置。加压缸320与夹紧环310的部件312和316相接合。在一个实施例中，液压组件300包含三个双行程缸330，但是本发明并不受作为液压组件300的特征的双行程缸300的数量的限制。双行程缸330被集成以与双行程(液压)缸190同步运行并且由同一个控制系统控制。
在起始装配中，电极400被沿着液压组件300的中心推动。在这期间，电靴120的近端124通常不会与电流传递基座105的远端109在物理上相互作用。然而，电靴120的近端124会与电极400的外表面410物理上相接合，同时由于电靴120为楔形，电靴120的远端122不会与电极400的外表面410物理上接合。在电极400已被移动进入合适的位置之后，双行程缸190被加压。电靴120的近端124被经由双行程缸190推压在电流传递基座105的远端109上，由此获得电靴120和电流传递基座105的界面204之间的机械压力。在一个实施例中，弹簧垫圈192可以与连接销191联合使用以便于实现每个电靴120、界面204以及电极400的表面之间的均匀压力分布(在图5C描述的实施例中清晰地示出)。在一个实施例中，每个电靴120被弹簧垫圈192保持在压缩状态以适应组件100的热膨胀和收缩。
通过汇流板200为界面204提供电负荷。该电流通过电靴120的楔形近端124流过电靴120并且进入到电极400。由于电靴120的均匀分布，可以给电极400提供很均匀的电负荷，并且因此，从电极400提供给炉500的电负荷也很均匀。随着时间的过去，电极400可能会由于在炉500中使用而经受磨损。组件100可以用于将电极400的一个附加部分插入到炉500中。为此，流入到界面204的电流可被停止。接下来，双行程缸190可以相对于界面204和电极400收回电靴120，由此朝向电极400的一个更远的部分放置电靴120并且移除电靴120和界面204之间的物理接触。液压组件300可以通过收缩圆周下槽部缸320而使得夹紧环310物理上接合电极400的外表面410，此后液压组件300可以经由使夹紧环310而朝向界面400推动与其互连的电极400，由此推动附加数量的电极400进入到炉500。双行程缸190可以连续地被加压。如果需要提供附加的电极400进入到炉500的内部，这个过程可以重复进行，此后电靴120可以与界面204重新接合，并且通过电靴120向电极400提供电流，如上所述。
在一个实施例中，电靴120围绕安装环220均匀间隔分布，并且向电极400提供均匀的电流分布以消除可能引起过多热量堆积的“斑点”电流。此外，每个电靴120上的压力可以通过调节螺母和或弹簧垫圈单独地调节，由此便于在电靴120、界面204和电极400中实现相等的压力分布。在电靴120上进行这种基本上相等的加压可以便于使得围绕电极400的电压降相等，这可进一步便于实现相等的电流传递。而且，电极400的外表面410的瑕疵不会影响电极400的性能，因为可以对单独的电靴120进行调节以与电极400的外表面410相匹配，由此允许使用“所接纳的”的电极，并且由此减少与使用有瑕疵/不规则的电极相关的问题以及可能的相关联的成本和时间考虑。这里不需要使用完美无缺的电极，因为电靴120可以调节用于改变不圆和不规则形状的表面的直径。
本发明的电极支座组件100可以用于各种工业炉类型，包含但是不局限于加热型、熔化型、还原型、熔炼型、电弧型、反应性以及反应型炉，并且可以被设计用于任意尺寸的电极。在一个实施例中，电极支座组件100被安装在埋没型炉上。

Claims (20)

1.一种电极支座组件，包括：
具有充分设计成用于分配电流的界面的电流传递基座；
充分设计成向电流传递基座提供电流的汇流板；
靴-环组件，其包括：
多个电靴，每个电靴具有近端、远端、外表面以及内表面，
其中来自电流传递基座的界面的电流被分配给所述多个电靴，并且
其中来自所述多个电靴的电流被分配给电极；
与所述多个电靴的数量相等的多个双行程缸，
其中每个双行程缸与每个电靴的近端接合并且间隔开，
其中每个双行程缸单独地控制每个电靴，
其中每个双行程缸充分设计成施加压力到每个电靴上以接触电极，并且
其中每个双行程缸充分设计成在每个电靴上拉回，以允许电极的滑动；以及
具有与所述多个双行程缸数量相等的多个开口的安装环，
其中所述多个双行程缸穿过所述多个开口延伸；以及
液压组件，其包括：
具有充分设计成与电极的外表面接合的中心开口的夹紧环，
其中夹紧环包含多个能相对于彼此移动的部件；
充分设计成用于收缩和释放夹紧环的加压缸，
其中加压缸与夹紧环的部件接合；以及
至少一个充分设计成用于控制夹紧环和电极的水平运动的双行程缸。
2.根据权利要求1的电极支座组件，其中电力系统将电流传递给汇流板。
3.根据权利要求1的电极支座组件，其中支座组件水平地与炉互连。
4.根据权利要求3的电极支座组件，其中当夹紧环收缩时，至少一个双行程缸能够使夹紧环和电极朝向炉移动预定的距离。
5.根据权利要求3的电极支座组件，其中当夹紧环释放时，至少一个双行程缸能够使夹紧环和电极离开炉移动预定的距离。
6.根据权利要求1的电极支座组件，其中来自所述多个电靴的电流被均匀地围绕电极分配。
7.根据权利要求1的电极支座组件，其中由通过电极传递的能量产生的温度在任意给定的时间都是基本上均匀的。
8.根据权利要求1的电极支座组件，其中电流传递基座由冷却介质冷却。
9.根据权利要求8的电极支座组件，其中冷却介质选自空气、水、油、乙二醇、格拉登或者它们的组合之一。
10.根据权利要求1的电极支座组件，其中所述多个电靴与安装环电绝缘。
11.根据权利要求1的电极支座组件，其中液压组件包括三个双行程缸。
12.一种炉，包括：
包含下槽部和多个侧壁的壳体；
顶部；
电力系统；以及
用于水平地截断至少两个侧壁的电极的支座组件，所述支座组件包括：
充分设计成用于分配电流的电流传递基座；
充分设计成向电流传递基座提供电流的汇流板，电流由电力系统提供；
靴-环组件，所述靴-环组件包括：
多个电靴，每个电靴具有近端、远端、外表面和内表面，
其中来自电流传递基座的电流被分配给所述多个电靴，并且
其中来自所述多个电靴的电流被分配给电极；
数量与所述多个电靴相等的多个双行程缸，
其中每个双行程缸与每个电靴的近端接合并且间隔开，
其中每个双行程缸单独地控制每个电靴，
其中每个双行程缸充分设计成施加压力到每个电靴以接触电极，并且
其中每个双行程缸充分设计成在每个电靴上拉回以允许电极的滑动；以及
具有数量与所述多个双行程缸相等的多个开口的安装环，
其中所述多个双行程缸穿过所述多个开口延伸；以及
液压组件，所述液压组件包括：
具有充分设计成与电极的外表面相接合的中心开口的夹紧环，
其中夹紧环包含多个能相对于彼此移动的部件；
充分设计成用于收缩和释放夹紧环的加压缸，
其中加压缸与夹紧环的部件相接合；以及
至少一个充分设计成用于控制夹紧环和电极的水平移动的双行程缸。
13.根据权利要求12的炉，其中所述多个电靴液压地楔入电流传递基座和传递电流给电极的界面之间。
14.根据权利要求12的炉，其中当夹紧环收缩时，至少一个双行程缸能够使夹紧环和电极朝向炉移动预定的距离。
15.根据权利要求12的炉，其中当夹紧环释放时，至少一个双行程缸能够使夹紧环和电极离开炉移动预定的距离。
16.根据权利要求12的炉，其中来自所述多个电靴的电流被均匀地围绕电极分配。
17.根据权利要求12的炉，其中由通过电极传递的能量产生的温度在任意给定的时间都是基本上均匀的。
18.根据权利要求12的炉，其中电流传递基座被冷却。
19.根据权利要求12的炉，其中所述多个电靴与安装环电绝缘。
20.根据权利要求12的炉，其中液压组件包括三个双行程缸。
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