CN103108996B - 用于铝生产的一系列槽的两个连续槽之间的电连接设备 - Google Patents
用于铝生产的一系列槽的两个连续槽之间的电连接设备 Download PDFInfo
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Abstract
连接串联的槽的电连接设备包括：第一导体（16），连接至槽（N-1）的阴极组件和槽（N）的阳极框架，所述第一导体（16）具有位于所述罐（N-1）和所述罐（N）之间的一个部分（19），在该部分（19）中，电流（I）朝向罐的对准轴线（X）流动；第二导体（24），连接至槽（N）的阴极组件和槽（N+1）的阳极框架，所述第二导体（24）具有位于罐（N-1）和罐（N）之间的一个部分（23），在该部分（23）中，电流流动远离对准轴线（X）；位于所述导体（16）的所述部分（19）和所述导体（24）的所述部分（23）之间的短路楔块（20、21）；和一个用于平衡流经所述楔块的电流的第三导体（27）。
Description
本发明涉及一种用于使用霍尔艾鲁特方法生产铝的一系列槽中的两个连续槽（N-1，N）之间的电连接设备。本发明还涉及用于借助于所述电连接设备绕过属于所述一系列槽的一个槽（N）的方法。
工业上使用霍尔艾鲁特方法，通过电解主要由冰晶石组成的电解液的溶液中的氧化铝来生产金属铝。电解液被容纳在电解槽的罐中，罐包括一个钢壳，该钢壳内部涂覆有耐火和/或隔离材料，阴极组件位于钢壳的底部。
通常由碳材料制成的阳极部分浸渍在电解液中。每个阳极设有一个金属杆，该金属杆被设计以将它电连接并机械连接至一个阳极框架，该阳极框架相对于电解槽上方的固定塔架是移动的。
用于生产铝的工厂包括沿着轴线对准的大量的槽，通常是一百或几百个。包括一个电导体阵列的电连接设备将槽（N-1）的阴极组件串联连接至在电流流动方向上下游的紧邻的槽（N）的阳极框架。在一系列槽的开始和结束处，导体的端部连接至用于整流和调节的变电站的正极输出和负极输出。
经过连续的槽的电流是非常高的，通常约200,000A到500,000A。从而，电导体阵列被设计为使得产生的大的磁场的影响彼此补偿，使得这些磁场产生的问题（罐中熔融金属的上表面的弯曲、不稳定性等）减少。
由于槽（N）的运行所导致的磨损，必须周期性地修理或更换罐。为了一系列槽中的其他槽继续生产，正在讨论中的槽（N）被绕过，使得在更换槽（N）的罐所需时间内，电流能直接从槽（N-1）穿过至槽（N+1）。
为此，在连接至槽（N-1）的阴极组件的第一导体和连接至槽（N）的阴极组件的第二导体之间放置短路楔块是已知的。因此，电流不经过槽（N）的阳极框架，从槽（N-1）的阴极组件流至槽（N）的阴极组件，并接着被送至槽（N+1）的阳极框架。
由于非常强的电流流经导体，因此通常必须使用平行的至少两个楔块，使得每个楔块仅接收流经导体的总电流的一部分。
遇到的问题是因为如上文所述的磁场补偿，以及空间要求，导体的布局被限制。
因此通常具有如下一个导体布局，其中：
-第一导体具有位于所述罐（N-1）和（N）之间的一个部分，在该部分中，电流流向罐的对准轴线；
-第二导体具有位于所述罐（N-1）和（N）之间的一个部分，在该部分中，电流流动远离罐的对准轴线；
所述第一导体的所述部分和所述第二导体的所述部分基本彼此平行。
为了绕过槽（N），第一楔块和第二楔块被插入所述第一导体的所述部分和所述第二导体的所述部分之间，所述第二楔块更朝向槽的对准轴线。因此由于这样，建立了从第一导体到第二导体的两条电流流动的路径，即经过第一楔块的第一路径和经过第二楔块的第二路径。由于第一导体中的流动方向和第二导体中的流动方向相反，两条路径具有不同的长度。具体地，第二路径长于第一路径，因此具有较高的电阻（由于部件的相似性，即，楔块和导体的相似性）。
结果是，流经楔块的电流明显不平衡。例如，第一楔块可具有总电流的最高达70%，而第二楔块仅30%。这是不期望的。一方面，第一楔块具有过早恶化的风险。另一方面，电流不平衡可导致第一楔块中的电流的极限，以及第二楔块中电流容量的未充分利用，从而限制了旁路组件的总的电流容量。
本发明旨在解决上述缺陷，通过在两个连续槽之间提供一个电连接设备，该电连接设备允许在绕过一个槽时提供更好的电平衡，不产生任何感应磁不平衡，并考虑极端的空间限制。
为此，本发明涉及一种用于通过霍尔艾鲁特方法生产铝的一系列槽中的两个连续槽（N-1，N）之间的电连接设备，所述槽沿着一轴线对准，每个槽包括一个电解槽，该电解槽容纳一个阴极组件和一个用于支承阳极的阳极框架，所述电连接设备包括将槽（N-1）的阴极组件串联连接至下游的紧邻的槽（N）的阳极框架的一个电导体阵列，该电导体阵列至少包括：
-第一导体，连接至槽（N-1）的阴极组件和槽（N）的阳极框架，所述第一导体具有位于所述罐（N-1）和所述罐（N）之间的一个部分，在该部分中，电流在罐的对准轴线的方向上流动；
-第二导体，连接至槽（N）的阴极组件和下游的紧邻的槽（N+1）的阳极框架，所述第二导体具有位于罐（N-1）和罐（N）之间的一个部分，在该部分中，电流流动远离罐的对准轴线，所述第一导体的所述部分和所述第二导体的所述部分彼此基本平行；
-至少两个座（logement），以接收短路楔块。
根据本发明的一般定义，所述导体阵列还包括一个用于电平衡的基本平行于所述部分延伸的第三导体，所述第三导体电连接至所述第一导体的所述部分或所述第二导体的所述部分，用于接收楔块的两个座分别布置在所述第二导体的所述部分和所述第三导体之间或所述第一导体的所述部分和所述第三导体之间。
根据本发明的一个有利实施方案，所述用于接收短路楔块的至少两个座被布置在所述第一导体的所述部分和所述第二导体的所述部分之间，且用于平衡电流的所述第三导体位于所述第一导体的所述部分和所述第二导体的所述部分之间。
所述第三导体有利地被布置为使得当所述短路楔块被插入所述座时，在所述第三导体中流动的电流在与所述第三导体连接的所述第一导体的所述部分中的电流流动的相反方向上流动，或者在与所述第三导体连接的所述第二导体的所述部分中的电流流动的相反方向上流动。
因此，通过本发明，当槽（N）被绕过时，通过其中电流在相同方向上流动的两个平行导体之间的楔块得到电连接，即：第二导体的所述部分和第三导体，或者第一导体的所述部分和第三导体。
以此方式，建立了长度基本相同并具有基本相同的部件的两条电流流动路径。因此这两条路径具有基本相同的电阻，在两个楔块之间获得电流平衡。
通常，第一导体是一个绕过槽（N-1）的导体，和/或第二导体是一个绕过槽（N）的导体。
该连接设备还可包括一个隔离元件，该隔离元件布置在所述第三导体和所述第三导体连接的所述第一导体的所述部分之间，或布置在所述第三导体和所述第三导体连接的所述第二导体的所述部分之间。该隔离部件防止可能会导致不期望的短路的导体的弯曲。
根据一个可能的实施方案，所述槽的罐大体为矩形，并垂直于槽的对准轴线布置，所述第一导体的所述部分和所述第二导体的所述部分基本平行于所述罐的长边延伸。
有利地，在与所述第一导体的所述部分和所述第二导体的所述部分延伸的方向正交的平面中观察，用于接收短路楔块的至少一个座可具有一个倾斜面，使得所述座在楔块插入的方向上具有会聚形状。
在被经过槽的对准轴线的竖直平面分开的每个半空间中，该连接设备可包括用于接收楔块的一组两个座，以及用于接收至少一个楔块的一个额外座，所述两个座位于罐的侧边缘附近，所述额外座位于所述一组两个座和所述槽的对准轴线之间。
在实践中，电流被该组两个楔块绕过。最靠近对准轴线的这些等势楔块的主要功能是平衡电流。
根据第二方面，本发明涉及一种通过如前所述的电连接设备来绕过属于使用霍尔艾鲁特方法生产铝的一系列槽中的一个槽（N）的方法，其中，第一楔块和第二楔块被插入用于接收短路楔块的座，该座布置在所述第二导体的所述部分和所述第三导体之间，或者布置在所述第一导体的所述部分和所述第三导体之间。
下文参考附图，描述了本发明的作为非限制性实施例的若干可能的实施方案。
图1是串联电连接的一系列连续电解槽（N-1）、（N）、（N+1）的示意性截面。
图2是以简化方式示出槽之间的导体阵列，并示出现有技术的短路楔块的布置的图1中的槽（N-1）和（N）的局部俯视图。
图3是根据现有技术的位于两个楔块附近的电导体阵列的示意性表示。
图4是根据本发明第一实施方案的位于两个楔块附近的电导体阵列的一部分的示意性表示。
图5是根据本发明第二实施方案的位于两个楔块附近的电导体阵列的一部分的示意性表示。
图6是在接收一个楔块的座的区域中，导体被横切的截面图。
如图1和2中示出的，电解槽100包括一个总体为矩形形状的罐1，罐1具有两个短边和两个长边。轴线（x）被定义为平行于短边并基本位于罐1中间，方向（y）是与（x）正交的水平方向。
罐1通常包括一个金属罐壳2，衬有耐火材料（未示出）和多个阴极组件，该阴极组件基本平行于（x）定向，各自具有连接至母线4的碳材料阴极3。
槽100还包括一个阳极组件，该阳极组件包括沿着（y）定向并位于罐1上方的阳极框架5。在阳极框架5上固定有杆7，每个杆7设有固定至碳材料阳极6的一个多极（multipode）8。
在运行时，罐1包括液态铝床、液体浴床和以固态浴和氧化铝为主要成分的盖。
如图1和2中看到的，若干个槽100沿着轴线（x）连续对准，罐的两个短边形成两条基本平行的直线。图1示出了三个连续的电解槽（N-1）、（N）、（N+1），而图2示出了两个连续的电解槽（N-1）、（N）。
槽100电串联连接。为此，导体阵列被设置为串联地将上游槽的阴极组件连接到下游的紧邻的槽的阳极框架。术语”上游”和“下游“被根据电流流动的方向定义，这也是轴线（x）的方向。流经串联的槽的电流具有非常高的强度I，通常是约200,000到约500,000A。
导体阵列被设计为使得正在讨论中的强度下产生的磁场与罐的稳定运行一致。
对于给定的槽100，导体阵列主要包括：
-上游阴极收集器9，连接至一些母线4以及从罐1下方经过的导体10；
-另一上游阴极收集器11，连接至另一些母线4，并由一个绕过该槽（N-1）的罐1的导体延伸；
-至少一个下游阴极收集器12，连接至至少一些母线4。
罐（N-1）的阴极收集器9、11、12和罐（N）的阳极框架5之间的电连接是通过支柱13提供的，在本文中，支柱13的数量为4个。一些可以是双支柱，包括第一腿13a和第二腿13b，第一腿13a直接连接至下游阴极收集器12，第二腿13b通过一个从罐1下方经过的导体10连接至上游阴极收集器9、11，或者通过一个导体绕过罐1（图2）。
每个导体可包括一个金属棒（通常是铝棒）形式的刚性部分14和一个允许生产弯曲部分的柔性部分15。
注意到，为了简化附图并有助于理解本发明，旁路导体未在图1中示出。此外，在图2中，仅局部表示槽（N）的导体的阵列，以使阴极组件之间的连接被关注到。
如图2中示出的，给定的槽包括一个绕过罐1的每个短边的导体，围绕轴线（x）以基本对称的方式布置。该旁路导体接收当槽N被绕过时离开槽（N-1）的阴极组件的电流的大部分，通常是70%至95%。
并且，每个旁路导体以及通常槽（N-1）的旁路导体16包括：
-一个上游部分17，基本平行于（y）,位于槽（N-2）和槽（N-1）之间，并且在该部分中电流向远离轴线（x）的方向流动;
-部分18，基本平行于（x）并沿着槽（N-1）的短边延伸，在该部分中电流在轴线（x）的方向上流动；
-以及一个下游部分19，基本平行于（y），位于槽（N-1）和槽（N）之间，在该部分中电流在轴线（x）的方向上流动。
当期望绕过罐（N）时，若干个楔块被放置以允许电流从槽（N-1）的阴极组件直接流动至槽（N+1）的阳极组件。所述楔块被插入正在讨论中的导体之间的合适的座中。
在图2中，轴线（x）的每一侧被示出：
-一方面，一组两个侧部楔块，即第一楔块20和第二楔块21，第二楔块21比第一楔块20更靠近轴线（x）。这些楔块20、21位于槽（N-1）的旁路导体16的下游部分19和槽（N）的旁路导体24的上游部分23之间。
-另一方面，等势楔块22，比所述两个楔块20、21更靠近轴线（x）。
对于一组两个侧部楔块，即第一楔块20和第二楔块21尤其感兴趣。
如图2和图3示出的，在现有技术中，楔块20、21直接插入槽（N-1）的旁路导体16的下游部分19和槽（N）的旁路导体24的上游部分23之间。
同样建立了从第一导体16经由第一楔块20到第二导体24的电流I流动的第一路径25（如图3中粗线示出的），以及从第一导体16经由第二楔块21到第二导体24的电流I流动的第二路径26（如图3中细线示出的）。如图3中示出的，由于部分19和部分23中的电流流动方向相反，第二路径26比第一路径25长，导致更大的电阻。因此流经第一楔块20的电流大于流经第二楔块21的电流，这具有上文所提到的缺陷。
根据本发明的电连接设备的第一实施方案和第二实施方案分别在图4和图5中示出。
在第一实施方案中，如图4示出的，第三导体27被设置以平衡电流I。第三导体27位于槽（N-1）的旁路导体16的下游部分19和槽（N）的旁路导体24的上游部分23之间，并基本平行于所述部分19、23延伸。该第三导体27具有电连接至槽（N-1）的旁路导体16的下游部分19的第一端28和自由的第二端29，第二端29比第一端28离轴线（x）更远。
因此，如图4中示出的，电流I以与在部分19中的电流流动相反的方向，与在部分23中的电流流动相同的方向流经第三导体27。
楔块20、21被插入第三导体27和槽（N）的旁路导体24的上游部分23之间，即，在其中电流在相同方向流动的两个平行导体中，电流方向远离轴线（x）。
从而，建立了从第一导体16到第二导体24的两个电流I流动的路径：经由第一楔块20的第一路径25，经由第二楔块21的第二路径26，这两条路径具有基本相同长度，因此阻抗基本相同，从而获得两个楔块之间的电流平衡。
有利地，一个隔离元件30被置于第三导体27和槽（N-1）的旁路导体16的下游部分19之间，以防止不期望的短路。
根据本发明，估计可获得流经第一楔块20中的电流的约55%和流经第二楔块21中的电流的约45%。
本发明的第二实施方案在图5中示出。用于平衡电流I的第三导体27也位于槽（N-1）的旁路导体16的下游部分19和槽（N）的旁路导体24的上游部分23之间，并基本平行于所述部分19、23延伸。
在该第二实施方案中，第三导体27具有电连接至槽（N）的旁路导体24的上游部分23的第一端28和自由的第二端29，第二端29比第一端28离轴线（x）更远。
因此，如图5中示出的，电流I以与在部分23中的电流流动相反的方向，与在部分19中的电流流动相同的方向流经第三导体27。
楔块20、21被插入第三导体27和槽（N-1）的旁路导体16的下游部分19之间，即，在其中电流在相同方向流动的两个平行导体中，电流方向朝向轴线（x）。
从而，建立了从第一导体16到第二导体24的两个电流I流动的路径：经由第一楔块20的第一路径25，经由第二楔块21的第二路径26，这两条路径具有基本相同长度，因此阻抗基本相同，从而获得两个楔块之间的电流平衡。
有利地，一个隔离元件30被置于第三导体27和槽（N）的旁路导体24的上游部分23之间，以防止不期望的短路。
每一个楔块20、21被置于座31中，座31位于电连接至它的两个导体之间。该座31形成在所述导体之间的空间内。例如，图6示出了图4中的导体在被横切时的截面图。如该图6中示出的，根据本发明的一个有利的实施方案，座31具有一个倾斜面32，使得座31具有有助于插入楔块20的会聚形状。
毫无疑问，本发明不仅限于上文通过实施例描述的实施方案，而是包含了所有实施方案的变体。参考图2描述的，用于接收短路楔块的其他座组件以及短路楔块可设置在罐之间。此外，短路组件可包括两个以上的座，尤其是三个。
Claims (10)
1.用于通过霍尔艾鲁特方法生产铝的一系列槽(100)中的两个连续槽——第N-1个槽和第N个槽——之间的电连接设备，所述槽沿着轴线(x)对准，每个槽包括一个罐(1)，该罐容纳一个阴极组件(3、4)和一个用于支承阳极(6)的阳极框架(5)，所述电连接设备包括将所述第N-1个槽的阴极组件(3、4)串联连接至下游的紧邻的所述第N个槽的阳极框架(5)的一个电导体阵列，该电导体阵列至少包括：
-第一导体(16)，连接至所述第N-1个槽的阴极组件和所述第N个槽的阳极框架，所述第一导体(16)具有位于第N-1个罐和第N个罐之间的一个部分(19)，在所述第一导体(16)的该部分(19)中，电流(I)在罐(1)的对准轴线(x)的方向上流动；
-第二导体(24)，连接至所述第N个槽的阴极组件和下游的紧邻的第N+1个槽的阳极框架，所述第二导体(24)具有位于所述第N-1个罐和所述第N个罐之间的一个部分(23)，在所述第二导体(24)的该部分(23)中，电流(I)流动远离所述罐(1)的对准轴线(x)，所述第一导体(16)的所述部分(19)和所述第二导体(24)的所述部分(23)彼此基本平行；
-至少两个座(31)，以接收短路楔块(20、21)，
其特征在于，所述电导体阵列还包括一个用于电平衡的基本平行于所述部分(19、23)延伸的第三导体(27)，所述第三导体(27)电连接至所述第一导体(16)的所述部分或所述第二导体(24)的所述部分，用于接收短路楔块(20、21)的所述至少两个座(31)分别布置在所述第二导体(24)的所述部分和所述第三导体(27)之间或所述第一导体(16)的所述部分和所述第三导体(27)之间。
2.根据权利要求1所述的电连接设备，其特征在于，用于接收短路楔块的所述至少两个座(31)被布置在所述第一导体(16)的所述部分(19)和所述第二导体(24)的所述部分(23)之间，且用于平衡电流的所述第三导体(27)位于所述第一导体(16)的所述部分(19)和所述第二导体(24)的所述部分(23)之间。
3.根据权利要求1或2所述的电连接设备，其中所述第三导体被布置为使得当所述短路楔块被插入所述座(31)时，在所述第三导体(27)中流动的电流在与所述第三导体(27)连接的所述第一导体(16)的所述部分中的电流流动的相反方向上流动，或者在与所述第三导体(27)连接的所述第二导体(24)的所述部分中的电流流动的相反方向上流动。
4.根据权利要求1或2所述的电连接设备，其中所述第一导体(16)是一个绕过所述第N-1个槽的导体。
5.根据权利要求1或2所述的电连接设备，其中所述第二导体(24)是一个绕过所述第N个槽的导体。
6.根据权利要求1或2所述的电连接设备，其特征在于，该设备包括一个隔离元件(30)，该隔离元件(30)布置在所述第三导体(27)和所述第三导体(27)连接的所述第一导体(16)的所述部分(19)之间，或布置在所述第三导体(27)和所述第三导体(27)连接的所述第二导体(24)的所述部分(23)之间。
7.根据权利要求1或2所述的电连接设备，其特征在于，槽(100)的罐(1)为矩形，并垂直于槽的对准轴线(x)布置，所述第一导体(16)的所述部分(19)和所述第二导体(24)的所述部分(23)基本平行于所述罐(1)的长边延伸。
8.根据权利要求1或2所述的电连接设备，其中，在与所述第一导体(16)的所述部分(19)和所述第二导体(24)的所述部分(23)延伸的方向(y)正交的平面中观察，用于接收短路楔块(20、21)的所述至少两个座(31)中的至少一个座(31)具有一个倾斜面(32)，使得所述至少一个座(31)在短路楔块(20、21)插入的方向上具有会聚形状。
9.根据权利要求1或2所述的电连接设备，其特征在于，在被经过槽(100)的对准轴线(x)的竖直平面分开的每个半空间中，该电连接设备包括用于接收短路楔块(20、21)的一组两个座和用于接收等势楔块(22)的至少一个额外座,所述一组两个座位于所述罐(1)的侧边缘附近，所述额外座位于所述一组两个座和槽的对准轴线(x)之间。
10.通过根据前述任一权利要求所述的电连接设备来绕过属于使用霍尔艾鲁特方法生产铝的一系列槽中的第N个槽的方法，其中，第一短路楔块(20)和第二短路楔块(21)被插入用于接收短路楔块的至少两个座(31)，所述座(31)布置在所述第二导体(24)的所述部分(23)和所述第三导体(27)之间，或者布置在所述第一导体(16)的所述部分(19)和所述第三导体(27)之间。
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