CN105917028B - 用于生产铝的电解设备和阳极组件、包括这样的设备的电解池和装置 - Google Patents

Abstract

一种电解设备，包括一个槽壳(3)和一个内衬里(5)，所述内衬里限定一个开口(16)，悬挂于形成阳极组件(12)的阳极支撑件(13、17)的阳极块(15)借助于阳极接收器(25)竖向地移动通过所述开口，所述阳极接收器被放置在由所述阳极块(15)的顶部限定的空间的外部，所述阳极接收器包括一个阳极接触表面(27)，所述阳极接触表面与所述阳极支撑件(13、17)协力工作以与其建立一个电接触，以及建立一个机械接触以竖向地移动所述阳极组件(12)。一个阳极组件(12)。一个包括这样的阳极组件的电解池和电解装置。

Description

用于生产铝的电解设备和阳极组件、包括这样的设备的电解 池和装置

技术领域

本发明涉及使用火成电解生产铝。更具体地，本发明涉及与使用至少一个阳极组件的电解槽相关联的电解设备，所述阳极组件在电解期间竖向移动且由阳极导体供电。

背景技术

工业上通过火成电解，也就是通过使用公知霍尔－埃鲁特法(Hall-Héroultprocess)在熔化冰晶石熔池(已知为电解质熔池)中的氧化铝溶液的电解来生产金属铝。电解质熔池被包含在称为“电解槽”的槽中，每个槽包括具有通常由难熔材料和/或绝热材料制成的内衬的钢槽壳。电解槽包括位于槽的底部的阴极组件，每个阴极组件包括由含碳材料制成的阴极。阳极部分地浸入电解质熔池中。更具体地，阳极是具有预先烘烤的碳阳极块的预先烘烤的阳极类型，即在插入电解槽之前烘烤。阳极块通常悬挂于阳极支撑件以与所述块一起形成常被称为阳极组件的结构。阳极组件一般相对于槽壳可移动并且可以借助于移动装置竖向地移动以便补偿电解期间阳极块的消耗和积累在阴极上的铝的水平变化。

电解槽一般可以接收若干阳极组件，所述若干阳极组件沿着槽及其壳的纵向方向分布，所述阳极组件的阳极支撑件沿着槽及其壳的横向方向延伸。由电解槽、其阳极和电解质熔池形成的组件通常被称为电解池。电解装置可以包括一系列沿着槽及其壳的横向方向延伸的若干槽。

电解槽的阳极组件和阴极组件通过电导体网络电连接。阴极导体连接至阴极组件以收集阴极处的电解电流并且将该电流引导至通过槽壳的底部或侧部的阴极输出。阴极输出进而通过路由导体电连接至阳极导体，为下一个槽的阳极组件馈送电。这些路由导体一般在大体上水平方向上延伸。阳极导体电连接至下一个槽的阳极组件。电解电流以此方式经由阴极导体、路由导体、阳极导体和阳极组件的阳极支撑件从一个电解槽的阴极行进到下一个电解槽的阳极块。

阳极组件可以经由移动装置竖向地移动以便补偿阳极块的消耗。在阳极替换动作期间，阳极组件还可以通过其他装置诸如操作工具竖向地移动。在阳极组件的这样的竖向移动期间，阳极块移动通过由电解槽的槽壳内部的衬里限定的开口。阳极组件在阳极替换动作期间的竖向移动可以被布置在此开口之上的电解池装备的存在限制。

例如，公开号为2694945的法国专利描述了一个槽上部结构，该槽上部结构包括布置在电解槽之上并且在所述槽的壳的纵向方向上延伸的刚性梁，所述梁支撑一个阳极框架，用于电流的上升管和阳极棒均连接至阳极框架。上部结构的刚性梁还支撑用于竖向地移动阳极框架以及固定至所述阳极框架的阳极的阳极升降机构。通过这样的上部结构布置，电解槽之上的阳极框架和电流上升管趋于减小所述槽的壳之上的可用空间，且趋于限制在阳极替换动作期间的阳极的竖向移动。

美国公开专利No.3,575,827公开了具有阳极组件的电解池，该阳极组件包括一个金属板和一个阳极块，该金属板顶部安装有与该板集成的桥并且该阳极块悬挂于所述板，使用固定在阳极组件所在的所述电解池的槽壳的壁的外部面上的千斤顶(vérin)向上或向下调整所述阳极组件。

在上文引用的美国专利中描述的电解池中，一个柔性导体用于将电解电流引到与阳极组件集成的导体，此后者导体附接至该金属板的顶部，阳极块悬挂至该金属板。由此，在阳极替换动作期间，拆卸该阳极组件似乎首先需要断开阳极组件的柔性导体，且然后将阳极组件与千斤顶分开。类似地，安装阳极组件似乎分成两步，首先将阳极组件固定至千斤顶且然后将柔性导体连接至阳极组件。此外，在阳极替换动作期间，断开柔性导体可以在阳极块或阳极组件的路径中留下此导体的端部，这可以导致与所述导体机械相互作用，导致磨损或损坏。此外，在电解池中缺少阳极组件的情况下，在维护操作期间，柔性导体的断开端可以与电解槽内的电解质接触，这可以导致损坏所述导体或导致与所述槽的操作有关的其他问题。

发明内容

本发明涉及与电解槽相关联的电解设备以促进阳极替换动作并且提高电解槽中的操作和工作工具的可及性。本发明还旨在允许在不停止在槽中生产铝的情况下执行阳极替换动作。本发明还旨在限制在阳极替换动作期间的阳极导体的磨损和损坏。

本发明涉及用于生产铝的电解设备，包括槽壳，所述槽壳具有一个内衬里，该内衬里限定一个开口，所述开口被设计成被至少一个阳极块移动通过，所述至少一个阳极块悬挂于阳极支撑件，所述阳极支撑件与所述至少一个阳极块一起形成一个相对于所述槽壳可移动的阳极组件，所述设备还包括移动装置，所述移动装置包括至少一个阳极接收器，所述阳极接收器被设计成与所述阳极支撑件协力工作以在大体上竖向方向上移动所述阳极组件，所述阳极支撑件被设计成与阳极导体连接以将电解电流引至所述至少一个阳极块，所述电解设备的特征在于，所述至少一个阳极接收器被放置在由在所述至少一个阳极块移动通过所述开口期间所述至少一个阳极块的顶部限定的空间的外部，所述至少一个阳极接收器包括一个接触表面，所述接触表面与所述阳极支撑件的对应的阳极接触表面协力工作以与所述阳极支撑件建立一个电接触从而在所述至少一个阳极接收器和所述阳极组件之间引导所述电解电流，以及建立一个机械接触以在大体上竖向方向上移动所述阳极组件。

根据本发明，所述至少一个阳极接收器被放置在由在所述至少一个阳极块移动通过所述开口期间所述至少一个阳极块的顶部限定的空间的外部。换句话说，所述至少一个阳极接收器被布置成在所述至少一个阳极块移动通过所述开口期间与所述至少一个阳极块不一致，或者所述至少一个阳极接收器被放置在在所述至少一个阳极块移动通过所述开口期间其平移路径的竖向投影的外部。

本发明由此促进阳极替换动作并且提高电解槽中的操作和工作工具的可及性。本发明还可能限制在阳极替换动作期间的阳极导体的磨损和损坏。本发明还可能在不停止在电解槽中生产铝的情况下执行阳极替换动作。

优选地，本发明的电解设备被设计成接收沿着所述槽壳的纵向方向分布的多个阳极组件，所述阳极组件的阳极支撑件沿着所述槽壳的横向方向延伸，所述设备还包括补偿装置，所述补偿装置与所述移动装置协力工作以承受所述阳极支撑件沿着所述横向方向和/或纵向方向的膨胀。

实际上，在将阳极组件安装在槽壳内期间，所述组件的阳极支撑件升温，这导致所述支撑件的膨胀，所述膨胀在横向方向上尤其显著。此膨胀导致在移动装置的阳极接收器上产生机械应力，这可能导致这些移动装置被阻塞或损坏。这些机械应力不仅可以使接收器变形还可以使阳极组件变形，导致凹凸现象且因此导致差的电接触。一般地，通过允许一定的变形范围，从而释放与被操作期间阳极支撑件的热膨胀或可能的扭转相关联的机械应力，补偿装置可以忍受任何的凹凸以确保良好的电接触。

“补偿装置与移动装置协力工作”意味着在补偿装置和移动装置之间存在至少一个功能协作，但不必须是物理协作，即补偿装置直接或间接地作用在移动装置上。换句话说，补偿装置可以与移动装置(尤其是所述移动装置的阳极接收器)直接相互作用，或者并入在移动装置(尤其是所述移动装置的阳极接收器)内。替代地，补偿装置可以未与移动装置直接相互作用，例如通过并入在所述阳极组件的阳极支撑件内。

优选地，所述至少一个阳极接收器的接触表面被布置在所述至少一个阳极接收器之上以支承所述阳极组件。以此方式，改善阳极接收器和阳极支撑件之间的电接触。

优选地，所述至少一个阳极接收器包括沿着大体上竖向方向被平移地导引的驱动部分和电传导部分。以此方式，通过在至少在大部分的阳极接收器上将移动功能且可选地支撑功能从导电功能上断开而优化接收器。驱动部分可以由钢制成，驱动部分与马达装置和导引装置协力工作。传导部分可以由铜制成。此配置使得可能限制电阻。

优选地，所述至少一个阳极接收器的接触表面被布置在所述至少一个阳极接收器的传导部分上。以此方式，在大部分的阳极接收器上而不是在全部的所述阳极接收器上实现移动功能和导电功能的断开。仅在阳极接收器的接触表面处，传导部分单独可能执行移动和导电的双重功能。

根据本发明的一个实施方案，接触表面是大体上水平的，所述补偿装置本质上由所述接触表面和所述阳极支撑件的与所述接触表面协力工作的阳极接触表面形成，通过在所述接触表面上在所述支撑表面的横向方向和/或纵向方向上滑动所述阳极接触表面来承受所述阳极支撑件的在所述横向方向上的膨胀。

为了确保阳极接收器和阳极组件之间的良好电接触，所述至少一个阳极接收器的接触表面和所述阳极支撑件的对应的阳极接触表面一般具有互补的形状。

优选地，所述至少一个阳极接收器的接触表面和所述阳极支撑件的对应的阳极接触表面是平的且水平的。

替代地，所述至少一个阳极接收器的接触表面和所述阳极支撑件的对应的阳极接触表面可以具有各种形状，具体地以最大化这些表面的范围且如此增强阳极接收器和阳极支撑件之间的导电性。

根据一个实施方案，所述至少一个阳极接收器的接触表面可以包括一个颈部或凹槽，所述颈部或凹槽穿过全部的所述接触表面且其主轴线平行于所述槽壳的横向方向延伸。此实施方案使得可能增强所述阳极支撑件的阳极接触表面在所述阳极接收器的对应的接触表面上在所述槽壳的横向方向上的滑动。在此情况下所述对应的阳极接触表面具有被设计成与颈部协力工作的椭圆形突出部。优选地，所述颈部和所述对应的椭圆形突出物具有圆弧(例如，半圆形)形状的横向轮廓。

优选地，所述阳极支撑件包括至少两个阳极接触表面，所述两个阳极接触表面被设计成支撑在所述阳极接收器的被布置在槽壳的每个纵向边缘上的两个对应的表面上，颈部和对应的椭圆形突出物的主方向可以在槽壳的横向方向上定向用于在槽壳的一个纵向边缘上的接触表面并且可以在纵向方向上定向用于槽壳的另一个纵向边缘上的表面。

优选地，通过使用应用在所述阳极支撑件的阳极接触表面和所述接触表面中的一个上的导电油脂促进所述阳极支撑件的阳极接触表面在所述接触表面上的滑动。

根据本发明的另一个实施方案，补偿装置被布置在所述至少一个阳极接收器中。阳极支撑件被有利地附接至阳极接收器使得阳极支撑件的阳极接触表面被压缩抵靠阳极接收器的接触表面，而没有使移动装置退化的风险。

优选地，补偿装置被布置在至少一个阳极接收器的支承所述接触表面的上部部分与所述驱动部分之间。

根据一个变型，补偿装置在所述上部部分和所述驱动部分之间包括至少一个连接构件，使得其可能承受所述阳极支撑件沿着所述横向方向或所述纵向方向的任何膨胀，例如，所述连接构件是棒类型的连接构件。

优选地，所述移动装置被装备成每个阳极组件具有被布置在所述槽壳的相对于所述横向方向的任一侧上的至少两个阳极接收器，所述阳极接收器中的一个的第一连接构件允许承受所述阳极支撑件沿着所述横向方向的任何膨胀，且另一个阳极接收器的第二连接构件承受所述阳极支撑件沿着所述纵向方向的任何膨胀。

根据另一个变型，补偿装置在所述上部部分和所述驱动部分之间包括至少一个连接构件，使得其可能承受所述阳极支撑件沿着所述横向方向和所述纵向方向的任何膨胀，例如，所述连接构件是球类型的连接构件。

根据本发明的一个实施方案，所述阳极接收器的驱动部分包括被平移地驱动的提升柱和经由所述连接构件连接至所述提升柱的底，所述传导部分包括至少一个侧面导体和被放置在电连接至所述至少一个侧面导体的所述底上的传导板。

根据本发明的另一个实施方案，所述驱动部分包括环箍，所述环箍围绕所述电传导部分且其间具有足够的间隙以允许所述传导部分在所述环箍之内变形并且承受所述阳极支撑件沿着所述横向方向和/或所述纵向方向的膨胀。

优选地，所述移动装置被装备成每个阳极组件具有至少两个阳极接收器，所述阳极接收器沿着所述槽壳的每个纵向壁分别被布置在所述槽壳的外部。

优选地，每个阳极组件的至少两个阳极接收器与单独的驱动装置相关联。

优选地，所述电解设备包括沿着所述槽壳的纵向壁被布置在所述槽壳的外部的导引装置，所述导引装置被布置在形成所述槽壳的焊接结构中。

优选地，由所述槽壳的内衬里限定的开口和所述阳极组件由可移动盖覆盖。

根据本发明的另一个实施方案，补偿装置被布置在所述阳极支撑件中。

本发明还涉及一种被设计成安装在用于生产铝的电解设备中的阳极组件，所述阳极组件包括一个阳极支撑件和悬挂于所述阳极支撑件的至少一个阳极块，所述阳极支撑件被设计成连接至阳极导体以将电解电流引至所述至少一个阳极块，所述至少一个阳极块被设计成通过使用所述电解设备的移动装置的与所述阳极支撑件协力工作的至少一个阳极接收器在大体上竖向方向上移动通过由所述电解设备的槽壳和其内衬里限定的开口，所述阳极组件的特征在于，所述阳极支撑件包括至少一个阳极接触表面，所述阳极接触表面与所述至少一个阳极接收器的对应的接触表面协力工作以与所述至少一个阳极接收器建立一个电接触从而在所述至少一个阳极接收器和所述阳极组件之间引导所述电解电流，以及建立一个机械接触以在大体上竖向方向上移动所述阳极组件，所述阳极支撑件的至少一个阳极接触表面被布置在由所述至少一个阳极块的顶部限定的空间的外部。

根据本发明，所述阳极支撑件的至少一个阳极接触表面被布置在由所述至少一个阳极块的顶部限定的空间的外部。换句话说，至少一个阳极接触表面被放置成与至少一个阳极块不一致。

如上文更充分地描述的，这样的配置尤其是使得可能在电解设备的阳极接收器上接收阳极组件，所述阳极接收器被布置在所述阳极块的竖向平移路径的外部。

优选地，当所述阳极组件被接收在所述电解设备中时，所述阳极组件的阳极支撑件沿着对应于所述槽壳的横向方向的主方向上延伸，并且所述阳极支撑件包括补偿装置以用于承受所述阳极支撑件沿着所述主方向和/或所述阳极支撑件的第二方向的膨胀，当所述阳极组件安装在所述电解设备中时，所述第二方向对应于所述槽壳的纵向方向。

一般地，补偿装置可以校正凹凸以提供良好的电接触且应对阳极支撑件的热膨胀或可能的扭转。

优选地，所述阳极支撑件包括支承所述至少一个阳极块的框架以及电传导部分，所述阳极支撑件的至少一个阳极接触表面被布置在所述传导部分内。

根据一个实施方案，所述阳极支撑件的补偿装置包括至少一个连接构件，例如棒类型的连接构件或滑动类型的连接构件，所述至少一个连接构件被放置在所述至少一个阳极接触表面和所述框架的主部分之间以承受所述阳极支撑件沿着所述主方向或第二方向的任何膨胀。

优选地，所述阳极支撑件包括被放置在所述阳极支撑件的相对于所述主方向的任一侧上的两个阳极接触表面，第一连接构件被放置在所述阳极接触表面中的一个与所述框架的主部分之间以承受所述阳极支撑件的沿着所述主方向的任何膨胀，且第二连接构件被放置在另一个阳极接触表面与所述框架的主部分之间以承受所述阳极支撑件的沿着所述第二方向的任何膨胀。

优选地，所述至少一个连接构件能承受阳极支撑件沿着所述主方向和所述第二方向的任何膨胀，例如所述连接构件是球类型的连接构件。

本发明还涉及一种电解池，所述电解池的特征在于，其包括如上所述的电解设备，所述电解池还包括由所述槽壳和所述电解设备的内衬里形成的电解槽，一个电解质熔池包含在所述槽内且至少一个阳极组件包括至少一个阳极块，所述阳极块部分地浸入在所述电解质熔池内。

附图说明

从下文以非限制方式描述的且通过附图例示的本发明的优选实施方案的详细描述将更好地理解本发明。

图1示出沿着下文描述的图2的横截面A-A的、根据本发明的两个相邻电解池的截面视图。

图2示出沿着纵向截面B-B的、图1的电解池中的一个的截面。

图3示出沿着由纵向截面C-C限定的平面的、图1的电解池的侧视图。

图4示出根据本发明的另一个实施方案的两个相邻电解池的截面。

图5示出用于图4的电解池中的一个的移动装置的阳极接收器的截面，该移动装置包括棒类型的连接构件和与所述阳极接收器联合工作的千斤顶。

图6示出沿着纵向截面D-D的、图5的阳极接收器的截面。

图7示出用于图4的电解池中的一个的移动装置的阳极接收器的截面，该移动装置包括球类型的连接构件和与所述阳极接收器联合工作的千斤顶。

图8示出沿着纵向截面E-E的、图7的阳极接收器的截面。

图9示出根据本发明的又一个实施方案的两个相邻电解池的截面。

图10示出图9的电解池中的一个的阳极组件的移动装置的阳极接收器以及与所述阳极接收器联合工作的千斤顶的截面。

图11示出沿着纵向截面F-F的、图10的阳极接收器的截面。

图12示出沿着纵向截面G-G的、图10的阳极接收器的截面。

图13示出根据本发明的一个实施方案的阳极组件的截面。

图14示出沿着纵向截面I-I的、图13的阳极支撑件的截面。

图15示出沿着纵向截面K-K的、图13的阳极支撑件和补偿装置的一部分的截面。

图16示出根据本发明的另一个实施方案的阳极组件的截面。

图17示出沿着纵向截面L-L的、图16的阳极支撑件的截面。

图18示出沿着纵向截面N-N的、图16的阳极支撑件和补偿装置的一部分的截面。

具体实施方式

图1示出用于通过电解生产铝的两个相邻电解槽1，所述槽每个都与根据本发明的第一实施方案的电解设备1相关联。

相对于图1中示出的与每个电解槽1有关的笛卡尔参考系统给出下文描述，X轴在电解槽的横向方向上定向，Y轴在电解槽的纵向方向上定向，Z轴在电解槽的竖向方向上定向。相对于此标准限定纵向定向、竖向定向、横向定向、纵向方向、竖向方向、横向方向、纵向面、竖向面、横向面、纵向移动、竖向移动和横向移动。

参考图1和该图中的笛卡尔基准，电解槽1被布置成垂直于其所属于的电解槽列的长度。因此，电解槽沿着纵向方向Y纵长地延伸，而电解槽列沿着横向方向X纵长地延伸。

每个电解槽1包括一个槽壳3和一个内衬里5，该槽壳可以由金属例如钢制成，该内衬里典型地由难熔材料制成。槽壳3一般装备有加固支架。

每个电解槽1包括放置在槽壳3的底部处的至少一个阴极组件，每个阴极组件包括至少一个阴极7，阴极7可以由若干由含碳材料制成的阴极块和阴极导体9形成，阴极导体9用以收集电解电流并且将电流引导到穿过槽壳3的阴极输出11。

每个电解槽1还包括阳极组件12，阳极组件12包括阳极支撑件13和由阳极支撑件13支承的至少一个阳极块或阳极15。阳极支撑件13包括支撑杆17和短棒19，支撑杆17可以在电解槽的两个相对纵向边缘之间大体上水平地延伸。阳极块15借助于短棒19附接至阳极支撑件13，短棒19通过铸铁密封在阳极块15中为此目的设置的洞中。阳极块15可以由含碳材料制成。阳极块15通常是预先烘烤类的。当在操作中时，阳极块15浸入包含在每个电解槽1中的电解质熔池21中以被消耗。阳极组件12被设计成当阳极块15已经被大量消耗时可以被周期性地移除和替换。因为阳极块15的消耗，每个电解槽1包括移动装置23以竖向向下地平移阳极组件12。以此方式，随着阳极块15被消耗，所述阳极块被降低穿过以槽壳3和其内衬里5为界的开口16。

对于每个电解槽1，移动装置23包括至少两个阳极接收器25，阳极接收器被设计成与阳极支撑件13、17联合工作来驱动阳极组件12。阳极接收器25可以通过千斤顶39致动。更具体地，每个阳极接收器25具有一个接触表面27，该接触表面27与阳极支撑件13、17的阳极接触面29协力工作以与所述阳极支撑件建立机械接触来竖向地驱动阳极组件12。在此情况下，阳极接收器25的接触表面27被布置在所述阳极接收器之上，使得阳极组件被支承在这些阳极接收器上。因此，没有必要具有用于将阳极支撑件13、17固定到阳极接收器25上的装置。如下文中解释的，缺少固定装置能够补偿阳极支撑件13、17的横向膨胀和纵向膨胀。

从电的观点出发，每个电解槽的阳极组件和阴极组件通过一个电导体网络供电。电解槽1的阴极输出11连接至路由导体31以将由阴极导体9收集的电解电流传送至阳极导体，所述阳极导体为下一个电解槽的阳极块15供电。这些路由导体31一般在大体上水平方向上延伸。阳极导体在路由导体31和阳极组件12之间电连接。阳极导体被设计成将电解电流引导至阳极组件12，并且包括柔性电导体33以借助于它们的柔性适应阳极组件12的竖向平移移动，并且从而使得可在阳极组件12的移动期间维持电连接。柔性电导体33可以由叠放的柔性导电片形成。阴极导体9、阴极输出11和路由导体31可以由金属棒形成，所述金属棒例如由铝、铜或钢制成。

在本发明的一方面，每个阳极接收器25的接触表面27使得可与阳极支撑件13、17不仅创建一个机械接触以竖向地移动阳极组件12，而且创建一个电接触以在每个阳极接收器和所述阳极支撑件之间引导电解电流。

为此，每个阳极接收器25包括一个在竖向平移中被导引的驱动部分35和一个电传导部分。通常由钢制成的驱动部分35通过千斤顶39被驱动并且通过导引装置51在竖向平移中被导引，导引装置51可以形成为抵靠槽壳和槽壳的上面部分，并且在适当情况下，抵靠槽上部结构的一部分。传导部分可以由刚性、不可变形的电导体形成，例如由金属棒形成，具体地，金属棒由钢、铜、铝或钢/铜复合材料制成。传导部分是上述阳极导体的一部分，并且因此使得可将电解电流引导至阳极组件12。更具体地，传导部分在柔性电导体33和阳极支撑件13、17的阳极接触表面29之间电连接。在图1中，仅示出了传导部分37的上端部，即阳极接收器25的支承接触表面27的部分。阳极支撑件13、17中的电解电流借助于电导体40在所述支撑件的阳极接触表面29和阳极块15之间输送，所述电导体40以黑色示出，并入到所述阳极支撑件之间。还借助于短棒19输送阳极支撑件13、17中的电解电流。因为阳极接收器25的接触表面27被布置成支撑阳极组件12，所以阳极组件的重量加强阳极接收器和阳极支撑件之间的电接触。于是提高电解电流的传导性。

根据本发明的另一个方面，移动装置23的阳极接收器25被放置在由在阳极块15移动穿过开口16时所述阳极块的顶部限定的空间外。在阳极组件12的竖向移动期间，通过移动装置23补偿阳极块15的消耗，或者在阳极替换操作期间使用操作工具，阳极接收器25不在阳极块15的竖向平移的路径中。类似地，阳极导体也被放置在由在阳极块15移动穿过开口16时所述阳极块的顶部限定的空间外。与阳极支撑件13、17接触的阳极导体的端部被包括在阳极接收器25的传导部分37内，传导部分37本身在由阳极块15的顶部限定的空间外。于是促进阳极替换动作。此配置还使得可不阻碍在电解槽中工作的工具的可及性。除了下文描述的可移动盖，没有可能阻碍每个电解槽1的可及性的装置被放置在开口16之上。

根据本发明的另一个优选方面，至少在功能上与移动装置协力工作的补偿装置通常有必要承受阳极支撑件13、17的膨胀。

在图1中示出的实施方案中，阳极接收器25的接触表面27是平的且水平的，这意味着通过此阳极支撑件的阳极接触表面29在所述阳极接收器接触表面上的滑动，它可以承受阳极支撑件13、17的任何膨胀。于是，在此实施方案中，补偿装置大体上由阳极接收器25的接触表面27和阳极支撑件13、17的阳极接触表面29形成。阳极支撑件13、17的阳极接触表面29在接触表面27上的此滑动可以通过使用施加在所述表面中的一个上的导电油脂来促进。

每个电解槽1包括一个约束腔41以用于约束电解反应期间生成的气体。此约束腔在阳极组件12竖向移动通过的开口16之上限定一个封闭的体积。注意到，阳极组件12完全包含在约束腔41内。约束腔至少部分地由槽壳3和可移动盖43形成。约束腔41可以包括一个上部结构，该上部结构接收可移动盖43且放置在槽壳3之上。在所例示的实施方案中，可移动盖43位于上部结构的固定部分45上或槽壳3的延伸部上。可移动盖43使得可以使用操作工具将阳极组件12从上面引出和插入每个电解槽1内。可移动盖还使电解槽1内的任何工作更容易。

移动装置23的阳极接收器25部分地在约束腔41内。阳极接收器25的支承接触表面27的上面部分被放置在约束腔41内。该相同阳极接收器25的附接至千斤顶39且电连接至柔性导体33的下面部分被布置在约束腔41的外部。柔性电导体33和千斤顶39被布置在约束腔41的外部。阳极接收器25的支承接触表面27的上面部分延伸在约束腔41内使得与阳极支撑件13、17的电连接形成在该约束腔41内。如此，阳极组件12不与槽壳3、可移动盖43以及(在适当情况下)形成约束腔41的上部结构有任何相互作用。以此方式，阳极组件的替换或当阳极块15被消耗时向下移动阳极组件都不可能影响约束腔41。

在阳极接收器25穿过约束腔41的点处围绕阳极接收器25放置动态密封件以防止电解期间生成的任何气体离开约束腔41。为了提高约束腔41的密封度，更具体地，在可移动盖43和固定部分45之间的接合点处，对于每个电解槽1制定了规定：包括插入在可移动盖43和可移动盖43位于其上的固定部分45之间的密封件47。

图2和图3示出可移动盖43可以包括多个罩53，所述多个罩彼此相邻，大体上纵向且平行于彼此，在每个电解槽1的两个相对的纵向边缘之间在大体上横向的方向X上延伸。在图4、图5、图6、图7和图8中示出的实施方案中，补偿装置被布置在与每个电解槽101相关联的移动装置123的阳极接收器125、126中，即更精确地，在支承接触表面127、128的阳极接收器125、126的上部部分与在竖向平移中被导引的这些相同的阳极接收器的驱动部分135、136之间。补偿装置包括连接构件161和另一类型的连接构件171，连接构件161被布置在放置在每个电解槽的左边的阳极接收器125内，连接构件171被布置在放置在每个电解槽101的右边的阳极接收器126内。连接构件161是棒类型的，而连接构件171是球类型的。补偿装置的连接构件161、171被布置在阳极接收器125、126的上部部分和驱动部分135、136之间。

与图1中示出的实施方案不同，图4中示出的阳极组件12的阳极支撑件13、17使用包括两个互补螺纹的固定装置附接至阳极接收器125、126，所述两个互补螺纹的协作允许阳极支撑件13、17简单地通过使用螺丝钉181的螺丝接合而固定。附接装置可以包括任何类型的连接器，例如螺丝钉，使阳极支撑件13、17覆盖且压缩抵靠阳极接收器125、126。

参考图5和图6，更详细地示出被布置在每个电解槽101的左边的阳极接收器125，驱动部分135包括由千斤顶39竖向地驱动的提升柱163。驱动部分还包括一个钢底165，钢底165通过棒类型连接构件161连接至提升柱163。传导部分137包括两个刚性侧面导体167，所述两个刚性侧面导体在它们的下部部分处连接至图4中所示的柔性导体33。传导部分137还包括传导铜底169，传导铜底169放置在底165上且电连接至两个侧面导体167。侧面导体167机械地附接至钢底165且焊接至传导底169。

参考图7和图8，更详细地示出被布置在每个电解槽101的右边的阳极接收器126，阳极接收器126的配置类似于阳极接收器125，除了连接构件171是球类型。驱动部分136包括由千斤顶39竖向地驱动的提升柱173。驱动部分还包括一个钢底175，钢底175通过球类型连接构件171连接至提升柱173。传导部分138包括两个刚性侧面导体177，所述两个刚性侧面导体在它们的下部部分处连接至图4中所示的柔性导体33。传导部分138还包括传导铜板179，传导铜板179放置在底175上且电连接至两个侧面导体177。侧面导体177机械地附接至钢底175且焊接至传导底179。

棒类型连接构件161和球类型连接构件171能够承受阳极支撑件13、17的任何膨胀。棒类型连接构件161被安装成其旋转轴定向在纵向方向Y上，这使得它可承受阳极支撑件13、17沿着横向方向的任何膨胀。如果棒类型连接构件的旋转轴定向在横向方向X上，补偿装置将用于承受阳极支撑件沿着纵向方向的任何膨胀。球类型连接构件171使得它可承受阳极支撑件13、17沿着横向方向和纵向方向的任何膨胀。

根据一个未示出的实施方案，移动装置被装备成每个阳极组件有至少两个阳极接收器，所述阳极接收器被布置在槽壳的关于横向方向的任一侧，第一棒类型连接构件被配备到阳极接收器中的一个以便承受所述阳极支撑件沿着横向方向的任何膨胀，且第二棒类型连接构件被配备到另一个阳极接收器以便承受所述阳极支撑件沿着纵向方向的任何膨胀。

对于每个阳极组件，还可能构想具有至少一个连接构件，该连接构件布置在被放置在电解槽的槽壳的单侧上的至少一个阳极接收器上。

在图9、图10、图11和图12中示出的实施方案中，和图4的实施方案中示出的一样，补偿装置被布置在与每个电解槽201相关联的移动装置的阳极接收器中。

与图1中所示的实施方案不同，图9中示出的阳极组件12的阳极支撑件13、17使用包括两个互补螺纹的固定装置附接至阳极接收器225，所述两个互补螺纹的协作允许阳极支撑件13、17简单地通过使用螺丝钉281的螺丝接合而固定。

参考更详细地示出阳极接收器225的图10、图11和图12，阳极接收器225的驱动部分235包括围着该相同的阳极接收器的传导部分的环箍283或套管。环箍283由刚性钢制成并且构成阳极接收器225的驱动部分235的本体(bulk)。环箍借助于千斤顶39在竖向平移中被驱动。如图11和图12中示出的，在传导部分237和环箍部分283之间留出间隙使得所述传导部分可以移动以接受阳极支撑件13、17的热膨胀或任何其他凹凸。滑动枢轴285被布置在阳极接收器225的下部部分以支撑传导部分237。滑动枢轴285还可以被放置成竖向于图10和图11中示出的那样，例如被放置在支承该相同阳极组件的阳极接收器225上且被放置在槽壳的另一侧上。

补偿装置还可以被布置在阳极组件的阳极支撑件中。在图13-图18中以举例的方式示出了并入这样的阳极支撑件的阳极组件301、401。

参考图13和图16，当阳极组件被安装在电解设备中时，阳极组件301、401的阳极支撑件303、403沿着对应于横向方向X的主方向上延伸。为了提供参考，图13和图16中已示出了笛卡儿坐标系统以示出阳极组件相对于电解槽的定位。阳极支撑件303、403的膨胀主要是沿着主方向。当阳极组件被安装在电解设备中时，沿着阳极支撑件303、403的对应于纵向方向Y的第二方向，膨胀发生的程度较小。

阳极组件301、401的阳极支撑件303、403包括框架305、405，框架305、405经由短棒309、409支撑若干阳极块307、407。阳极支撑件303、403还包括由柔性电导体形成的传导部分311、411。每个阳极支撑件303、403包括以底形状的两个阳极接触表面313、314，所述阳极接触表面被设计成与阳极接收器的对应接触表面协力工作以建立电接触和机械接触。阳极接触表面313、413被放置在由阳极块307、407的顶部限定的空间的外部，这使得可在电解设备的被布置在阳极块的竖向平移路径外部的阳极接收器上支撑阳极组件。阳极接触表面313、413被布置在传导部分311、411内且基本上由所述传导部分的铜底组成。以此方式，改进了阳极接收器和阳极支撑件之间的电接触。

如图14和图17中示出的，框架305、405包括梁，所述梁的轮廓是具有一定形状和尺寸的以使得可减小在阳极块的重量下所述梁的弯曲度。传导部分311、411可以由铜板或铜带条形成，所述铜板或铜带条未与阳极支撑件的框架305、405连续地机械连接。如图13和图16中示出的，更具体地，传导部分311、411仅在阳极接触表面313、413和短棒309、409处连接至框架305、405。传导部分311、411可以在未连接至框架305、405的部段上稍微弯曲以便承受阳极支撑件303、403的任何热膨胀。

参考图13、图14和图15，阳极支撑件301的补偿装置包括被放置在阳极组件301的右边的阳极接触表面313与框架305的主部分之间的一个棒类型连接构件321。阳极支撑件303的补偿装置包括被放置在阳极组件的左边的阳极接触表面313与框架305的主部分之间的另一个球类型的连接构件322。具体地，连接构件321、322被布置在框架305的梁与支承形成阳极接触表面313的铜底的钢底325之间。

棒类型连接构件321被安装成其旋转轴沿着第二方向Y对准，这使得它可承受阳极支撑件303的沿着主方向X的任何膨胀。棒类型连接器可以被称作用于形成阳极支撑件的梁的纵向热膨胀调整棒。如果棒类型连接构件的旋转轴已经在主方向X上定向，补偿装置将用于承受阳极支撑件沿着第二方向Y的任何膨胀。球类型连接构件322使得可承受阳极支撑件沿着横向方向和纵向方向的任何膨胀。球类型连接构件可以被称作用于形成阳极支撑件的梁的扭转缺陷调整球。

参考图16、图17和图18，阳极支撑件301的补偿装置包括两个滑动类型连接构件421或轨道类型连接构件，所述连接构件中的每个被放置在阳极组件的一个阳极接触表面或另一个阳极接触表面413与框架405的主部分之间。具体地，连接构件421被布置在框架405的梁与支承形成阳极接触表面413的铜底的钢底425之间。滑动类型连接构件421在一侧上通过框架405的梁形成，它们的轮廓形成导轨，并且在另一侧上通过被配备以在轨道内滑动的滑动件形成，所述滑动件中的每个支承每个阳极接触表面413的铜底。连接构件421由此帮助承受阳极支撑件403沿着主方向X的任何膨胀。此外，滑动类型连接构件421还可以允许底425的围绕滑动件的大体上圆柱形部分的平行于主方向X的轴的轻微旋转或枢转。如此，连接构件421能承受阳极支撑件403沿着第二方向Y的任何膨胀。

根据一个未示出的实施方案，阳极组件的补偿装置可以在阳极支撑件的一侧或另一侧上包括单个连接构件。连接装置还可以在阳极支撑件的一侧上包括球类型构件或枢转类型构件且在所述阳极支撑件的另一侧上包括滑动类型连接构件。

本发明的一个优点是通过提供一个其中在由槽壳的内衬里限定的开口之上的空间是敞开的配置来促进接近用于在槽壳内操作和工作的工具，具体地用于阳极替换动作的工具。

本发明的另一个优点是促进阳极组件的组装和拆卸。

本发明的又一个优点是限制在阳极替换操作期间与阳极导体的机械相互作用，这帮助减少磨损且防止损坏。

本发明的又一个优点是允许在不停止在槽中生产铝的情况下执行阳极替换动作。

本发明的优选实施方案的优点是尤其在阳极替换操作期间承受阳极支撑件的任何膨胀，而不影响阳极组件的移动装置的操作。

Claims (30)

1.一种用于生产铝的电解设备，包括槽壳(3)，所述槽壳具有一个内衬里(5)，该内衬里(5)限定一个开口(16)，所述开口被设计成被至少一个阳极块(15)移动通过，所述至少一个阳极块悬挂于阳极支撑件(13、17)，所述阳极支撑件与所述至少一个阳极块一起形成一个相对于所述槽壳能移动的阳极组件(12)，所述设备还包括移动装置(23)，所述移动装置包括至少一个阳极接收器(25；125、126；225)，所述阳极接收器被设计成与所述阳极支撑件协力工作以在大体上竖向方向(Z)上移动所述阳极组件(12)，所述阳极支撑件(13、17)被设计成与阳极导体连接以将电解电流引至所述至少一个阳极块(15)，

其特征在于，所述至少一个阳极接收器(25；125、126；225)被放置在由在所述至少一个阳极块(15)移动通过所述开口(16)期间所述至少一个阳极块(15)的顶部所限定的空间的外部，所述至少一个阳极接收器(25；125、126；225)具有接触表面(27；127、128)，所述接触表面与所述阳极支撑件(13、17)的对应的阳极接触表面(29)协力工作以与所述阳极支撑件建立一个电接触从而在所述至少一个阳极接收器(25；125、126；225)和所述阳极组件(12)之间引导所述电解电流，以及建立一个机械接触以在大体上竖向方向上移动所述阳极组件(12)。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备被设计成接收沿着所述槽壳(3)的纵向方向(Y)分布的多个阳极组件(12)，所述阳极组件(12)的阳极支撑件(13、17)沿着所述槽壳的横向方向(X)延伸，所述设备还包括补偿装置(27、29；161、171)，所述补偿装置与所述移动装置(23)协力工作以承受所述阳极支撑件(13、17)沿着所述横向方向(X)和/或纵向方向(Y)的膨胀。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述至少一个阳极接收器(25；125、126；225)的接触表面(27；127、128)被布置在所述至少一个阳极接收器之上以支承所述阳极组件(12)。

4.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于，所述至少一个阳极接收器(25；125、126；225)包括电传导部分(37；137、138；237)和在大体上竖向方向(Z)上被平移地导引的驱动部分(35；135、136；235)。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述至少一个阳极接收器(25；125、126；225)的接触表面(27；127、128)被布置在所述至少一个阳极接收器的传导部分(37；137、138；237)上。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述接触表面(27)是大体上水平的，所述补偿装置本质上由所述接触表面(27)和所述阳极支撑件(13、17)的与所述接触表面(27)协力工作的阳极接触表面(29)形成，通过在所述接触表面(27)上在所述支撑表面的横向方向(X)和/或纵向方向(Y)上滑动所述阳极接触表面(29)来承受所述阳极支撑件(13、17)的在所述横向方向(X)上的膨胀。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，通过使用应用在所述阳极支撑件(13、17)的阳极接触表面和所述接触表面(27)中的一个上的导电油脂来促进所述阳极支撑件(13、17)的阳极接触表面在所述接触表面(27)上的滑动。

8.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述补偿装置(161、171)被布置在所述至少一个阳极接收器(125、126；225)中。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述补偿装置(161、171)被布置在所述至少一个阳极接收器(125、126；225)的支承所述接触表面(127、128)的上部部分与所述驱动部分(135、136)之间。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述补偿装置在所述上部部分和所述驱动部分(135、136)之间包括至少一个连接构件(161)，使得能承受所述阳极支撑件(13、17)沿着所述横向方向(X)或纵向方向(Y)的膨胀。

11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述连接构件是棒类型的连接构件。

12.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述移动装置(23)被装备成每个阳极组件(12)具有被布置在所述槽壳(3)的相对于所述横向方向(X)的任一侧上的至少两个阳极接收器(125、126)，所述阳极接收器中的一个(125)的第一连接构件(161)允许承受所述阳极支撑件(13、17)沿着所述横向方向(X)的任何膨胀，且另一个阳极接收器(126)的第二连接构件(171)允许承受所述阳极支撑件(13、17)沿着所述纵向方向(Y)的任何膨胀。

13.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述补偿装置在所述上部部分和所述驱动部分(135、136)之间包括至少一个连接构件(171)，使得能承受所述阳极支撑件(13、17)沿着所述横向方向(X)和所述纵向方向(Y)的膨胀。

14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述连接构件是球类型的连接构件。

15.根据权利要求10-14中的任一项所述的设备，其特征在于，所述至少一个阳极接收器(125、126)的驱动部分(135、136)包括被平移地驱动的提升柱(163、173)和经由所述连接构件(161、171)连接至所述提升柱(163、173)的底(165、175)，所述传导部分(137、138)具有至少一个侧面导体(167、177)和被布置在电连接至所述至少一个侧面导体(167、177)的所述底(165、175)上的传导板(169、179)。

16.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述驱动部分(235)包括环箍(283)，所述环箍围绕所述电传导部分(237)且其间具有足够的间隙以允许所述传导部分(237)在所述环箍(283)之内变形并且承受所述阳极支撑件(13、17)沿着所述横向方向(X)和/或所述纵向方向(Y)的膨胀。

17.根据权利要求1-3中的任一项所述的设备，其特征在于，所述移动装置(23)被装备成每个阳极组件(12)具有至少两个阳极接收器(25；125、126；225)，所述阳极接收器沿着所述槽壳(3)的每个纵向壁分别被布置在所述槽壳(3)的外部。

18.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，每个阳极组件(12)的至少两个阳极接收器(25；125、126；225)与单独的驱动装置(39)相关联。

19.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，所述设备包括沿着所述槽壳(3)的纵向壁被布置在所述槽壳(3)的外部的导引装置，所述导引装置被布置在形成所述槽壳(3)的焊接结构中。

20.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于，由所述槽壳(3)的内衬里(5)限定的开口(16)和所述阳极组件(12)由可移动盖(43)覆盖。

21.一种被设计成安装在用于生产铝的电解设备中的阳极组件(12；301；401)，所述阳极组件包括一个阳极支撑件(13、17；303；403)和悬挂于所述阳极支撑件的至少一个阳极块(15；307；407)，所述阳极支撑件被设计成连接至阳极导体以将电解电流引至所述至少一个阳极块(15；307；407)，所述至少一个阳极块被设计成通过使用所述电解设备的移动装置(23)的与所述阳极支撑件协力工作的至少一个阳极接收器(25；125、126；225)在大体上竖向方向(Z)上移动通过由所述电解设备的槽壳(3)和其内衬里(5)限定的开口(16)，

其特征在于，所述阳极支撑件(13、17；303；403)包括至少一个阳极接触表面(29；313；413)，所述阳极接触表面与所述至少一个阳极接收器(25；125、126；225)的对应的接触表面(27；127、128)协力工作以与所述至少一个阳极接收器建立一个电接触从而在所述至少一个阳极接收器(25；125、126；、225)和所述阳极组件(12；301；401)之间引导所述电解电流，以及建立一个机械接触以在大体上竖向方向上移动所述阳极组件(12；301；401)，所述阳极支撑件(13、17；303；403)的至少一个阳极接触表面(29；313；413)被布置在由所述至少一个阳极块(15；307；407)的顶部限定的空间的外部。

22.根据权利要求21所述的阳极组件，其特征在于，当所述阳极组件(301；401)被接收在所述电解设备中时，所述阳极组件(301；401)的阳极支撑件(303；403)沿着对应于所述槽壳(3)的横向方向(X)的主方向延伸，并且所述阳极支撑件(303；403)包括补偿装置以用于承受所述阳极支撑件(303；403)沿着所述主方向和/或所述阳极支撑件(303；403)的第二方向的膨胀，当所述阳极组件安装在所述电解设备中时，所述第二方向对应于所述槽壳的纵向方向(Y)。

23.根据权利要求22所述的阳极组件，其特征在于，所述阳极支撑件(303；403)包括支撑所述至少一个阳极块(307；407)的框架(305；405)以及电传导部分(311、411)，所述阳极支撑件的至少一个阳极接触表面(313；413)被布置在所述传导部分(311、411)内。

24.根据权利要求23所述的阳极组件，其特征在于，所述阳极支撑件的补偿装置包括至少一个连接构件，所述至少一个连接构件被放置在所述至少一个阳极接触表面(313；413)和所述框架的主部分之间以承受所述阳极支撑件(301；401)沿着所述主方向或第二方向的任何膨胀。

25.根据权利要求24所述的阳极组件，其特征在于，所述连接构件是棒类型的连接构件(321)或滑动类型的连接构件(421)。

26.根据权利要求24所述的阳极组件，其特征在于，所述阳极支撑件(303)包括被放置在所述阳极支撑件的相对于所述主方向的任一侧上的两个阳极接触表面(313)，第一连接构件(321)被放置在所述阳极接触表面中的一个与所述框架(305)的主部分之间以承受所述阳极支撑件的沿着所述主方向的任何膨胀，且第二连接构件(322)被放置在另一个阳极接触表面与所述框架(305)的主部分之间以承受所述阳极支撑件的沿着所述第二方向的任何膨胀。

27.根据权利要求24所述的阳极组件，其特征在于，所述至少一个连接构件(322)能承受阳极支撑件(303)沿着所述主方向(X)和所述第二方向(Y)的任何膨胀。

28.根据权利要求27所述的阳极组件，其特征在于，所述连接构件是球类型的连接构件。

29.一种电解池，其特征在于，其包括根据权利要求1-20中的任一项所述的电解设备，所述电解池还包括至少部分地由所述电解设备的所述槽壳(3)和内衬里(5)形成的电解槽(1；101；201)，且至少一个阳极组件(12)包括至少一个阳极块(15)，所述阳极块旨在部分地浸入在包含在所述槽内的电解质熔池(21)内。

30.一种用于电解生产铝的装置，包括多个根据权利要求1-20中的任一项所述的电解设备。