CN201334531Y - 一种新型电解槽系列停、开槽的分流装置和系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种新型电解槽系列停、开槽的分流装置和系统，所述分流装置为可调节电阻式的分流装置，包括：连接母线、滑动触头、电阻和绝缘部件，其中，所述连接母线，与电解槽的立柱母线或短路母线连接；所述电阻，一端与所述连接母线固定连接，另一端固定连接有所述绝缘部件，该电阻的导电面积单调连续变化；所述绝缘部件，用于在分流装置断开时将所述电阻和滑动触头隔离绝缘；所述滑动触头，与电解槽的短路母线或立柱母线连接，并能够沿所述电阻的导电面积单调连续变化的方向在电阻的一端与另一端之间滑动。采用所述分流装置和系统，可有效保障铝电解生产设备及电网的安全并且不影响其他电解槽的正常生产。

Description

一种新型电解槽系列停、开槽的分流装置和系统

技术领域

本实用新型涉及电解槽技术领域，特别涉及一种新型电解槽系列停、开槽的分流装置和系统。

背景技术

在铝电解生产过程中，当电解槽长时间连续工作出现破损或达到使用寿命时，需要停槽大修和维护，修理完成后的新电解槽又需要开槽，重新投入生产。

大规模的铝电解生产都是采用多个电解槽串联组成电解槽系列，因此，当需要检修的电解槽停槽时，还必须保证电解槽系列中的其他电解槽正常工作。通过将待检修电解槽的立柱母线和短路块连接，使电解槽系列的电流从短路母线(与短路块连接)直接接入阴极母线进入下一台电解槽，则可实现将该待检修的电解槽短路，达到将其停槽而不影响电解槽系列的其他电解槽正常工作的目的；检修后新电解槽的开槽则是将原来连接的立柱母线与短路块分离，使电解槽系列的电流流经检修后的新电解槽，以重新恢复工作。

当前，由于技术条件和现场空间的限制，电解槽的停槽和开槽过程都是通过人工方法实现的，具体实现方式为：停槽时，打开固定立柱母线与短路块之间的连接螺栓，拨出原来在立柱母线和短路块之间的绝缘板，然后将短路块压接在立柱母线上后拧紧连接螺栓；开槽时，打开固定立柱母线和短路块的连接螺栓，将短路块与立柱母线分离并插上绝缘板，再插上并拧紧连接螺栓。

然而，在实际生产过程中，由于立柱母线上通过50～100kA的强大电流，特别是电解槽的系列电流更是高达160～400kA，手工带电操作时，在短路块与立柱母线之间会发生打火乃至放炮等现象，严重威胁操作人员的人身安全和设备安全，甚至造成巨大的经济损失。为了防止出现这一问题，现行作业中，一般采取停止电解槽系列电流或将系列电流降低到很小后再进行短路块与立柱母线之间绝缘插板的安装与拆卸，而每次停槽和开槽停电或降低电流的操作都需要20～30分钟，也就是说，为检修一台或几台电解槽，需要将整个电解槽系列停电或降低电流20～30分钟。

对于一个具有200多台电解槽的电解槽系列，每年需要停槽和开槽的数量高达100余次，频繁的停电或降电流操作不仅对其它正常电解槽的生产和平稳运行造成危害，可能严重影响电解槽的使用寿命，而且也对供电的电网系统造成巨大的冲击。

实用新型内容

本实用新型解决的问题是提供一种新型电解槽系列停开槽的分流装置及系统，在检修电解槽停、开槽时不仅能够不影响其他电解槽的正常工作而且能够保证人员和设备的安全。

为解决上述问题，本实用新型提供一种新型电解槽系列停、开槽的分流装置，所述分流装置为可调节电阻式的分流装置，包括：连接母线、滑动触头、电阻和绝缘部件，其中，

所述连接母线，与电解槽的立柱母线或短路母线连接；

所述电阻，一端与所述连接母线固定连接，另一端固定连接有所述绝缘部件，该电阻的导电面积单调连续变化；

所述绝缘部件，用于在分流装置断开时将所述电阻和滑动触头隔离绝缘；

所述滑动触头，与电解槽的短路母线或立柱母线连接，并能够沿所述电阻的导电面积单调连续变化的方向在电阻的一端与另一端之间滑动。

所述电阻的最大阻值至少为所述电解槽阻值的10倍，所述电阻的最小阻值至多为所述电解槽阻值的10％。

所述电阻由高电阻率材料制成，所述连接母线和滑动触头由低电阻率的材料制成。

所述高电阻率材料为钛、钛合金、镍合金或石墨。

所述电阻的表面为矩形，其沿所述矩形长边方向截面的导电面积单调连续变化。

所述电阻的表面为未封闭的圆环形，其沿圆周的方向截面的导电面积单调连续变化。

本实用新型还提供了一种新型电解槽系列停、开槽的分流系统，包括控制装置和上述任一分流装置，其中，

所述控制装置用于控制所述分流装置根据开槽或停槽的需要进行分流；

所述分流系统中分流装置的数量与所述电解槽中电解槽的进电端的数量相等。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

采用所述的分流装置及系统，由于所述分流装置构成的并联支路能够分流大部分的系列电流，流过电解槽(停槽时)的电流被降低为对人员和设备都不会造成伤害的安全值，电解槽电压降低到1V以下，因此，对立柱母线和短路块及其之间的连接螺栓和绝缘板进行操作，可以避免因电压高、电流过大引起的打火乃至放炮现象，保证人员和设备的安全；而且，不需要对整个电解槽系列断电或降低电流，能够保证电解槽系列中其他电解槽的正常工作，从而保障电解槽的工艺技术条件，延长电解槽的寿命。

附图说明

通过附图所示，本实用新型的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。

图1为实施例一中电解槽系列的示意图；

图2为实施例一中分流装置的结构示意图；

图3为实施例二中分流装置的结构示意图。

图4为电解槽系列停、开槽的方法的流程图；

图5为所述分流装置与电解槽系列连接的电路原理图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本实用新型结合示意图进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示装置结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

在现有的铝电解生产过程中，对电解槽进行大修时，停槽和开槽过程通常都是通过人工方法实现的。停槽时，打开固定立柱母线与短路块之间的连接螺栓，拔出原来在立柱母线和短路块之间的绝缘插板，然后将短路块压接在立柱母线上后拧紧连接螺栓；开槽时，打开固定立柱母线和短路块的连接螺栓，将短路块与立柱母线分离并插上绝缘板，再插上并拧紧连接螺栓。

为了避免实际操作时立柱母线上的强大电流威胁人员和设备的安全，现行作业中，需要采取停止电解槽系列电流或将系列电流降低到很小后再进行短路块与立柱母线之间绝缘插板的安装与拆卸，而每次停槽和开槽停电或降低电流的操作都需要20～30分钟，也就是说，为检修一台或几台电解槽，需要将整个电解槽系列停电或降低电流20～30分钟。如此一来，对于具有多台电解槽的电解槽系列，频繁的停电或降电流操作对其他不需停槽的电解槽的正常生产和平稳运行造成危害。

基于此，本实用新型的技术方案提供了一种电解槽系列停、开槽的分流装置和系统，其基本思想在于，进行停槽或开槽操作时，通过与电解槽并联支路的分流，将通过电解槽的系列电流降低至安全值，然后再实施接通或分离立柱母线和短路块的操作，这样在检修电解槽停、开槽时不仅能够不影响其他电解槽的正常工作而且能够保证人员和设备的安全。

下面结合具体的实施例详细说明本实用新型所述的电解槽系列停、开槽的分流装置和系统。为突出本实用新型的创新点，附图中未示出或未标出与创新点没有直接关联的构件，例如，阳极大母线、阳极导杆、阳极碳块、冰晶石-氧化铝电解液、铝液、阴极碳块、阴极钢棒等。

下面结合附图介绍电解槽系列停、开槽的分流装置的实施例。

实施例一

图1为本实施例中的电解槽系列的示意图，图2为本实施例中所述的分流装置的结构示意图。

如图1所示，电解槽系列由多个串联在一起的电解槽(图中仅示出三个电解槽)，每个电解槽都包括：立柱母线1、槽体(图中未标号)、短路块2和短路母线3，通过立柱母线1、阳极大母线、阳极导杆、阳极碳块、电解液、铝液、阴极碳块、阴极钢棒和阴极大母线构成电流通路。该电解槽系列与本领域技术人员所熟知的现有技术类似，在此不再赘述。分流装置4与电解槽并联。

如图2所示，分流装置包括：连接母线9、电阻7、滑动触头8和绝缘部件10。其中：

所述连接母线9，与电解槽的立柱母线1或短路母线3连接；采用低电阻的金属或合金材料制成，例如，铜、铝或其合金。连接母线9可以通过铜或铝的软母线连接到电解槽的立柱母线1或短路母线3。

所述电阻7，其一端与所述连接母线9固定连接，另一端固定连接有所述绝缘部件10；电阻7由高电阻率材料制成，例如钛、钛合金、镍合金或石墨等。该电阻7的导电面积单调连续变化。

电阻7与连接母线9之间可以通过机械或焊接等方式连接。

所述绝缘部件10，用于在分流装置断开时将所述电阻7和滑动触头8隔离绝缘。

所述滑动触头8，与电解槽的短路母线1或立柱母线3连接，并能够沿所述电阻7的导电面积单调连续变化的方向在电阻7的一端与另一端之间滑动。滑动触头8可以通过铜或铝质软母线与电解槽的短路母线1或立柱母线3连接。

为确保电阻7的阻值在一定的长度(如1米)范围内电阻值急剧变化，电阻被设计为连续改变的导电面积的形状。

如图2可见，所述电阻7的表面为矩形，侧面为三角形，这样的结构可使沿所述矩形长边方向的截面的导电面积单调连续变化，因此，滑动触头8由电阻7的一端滑向另一端时，接入电路的电阻值连续急剧变化。

当滑动触头8在绝缘材料10上面时，分流装置处于断开状态；当滑动触头8位于电阻7的表面上靠近绝缘部件10的位置时，电阻7具有最大阻值；当滑动触头8位于电阻7的表面上靠近连接母线9的位置时，电阻7具有最小阻值；当滑动触头8移动到与连接母线9接触时，分流装置即处于短路闭合状态。电阻7的最大阻值至少为所述电解槽阻值的10倍，所述电阻的最小阻值至多为所述电解槽阻值的10％。

在使用上述分流装置进行停槽操作时，将滑动触头8移动到绝缘部件10上，确保分流装置处于断开状态，按图1所示方式正确连接分流装置与电解槽立柱母线1和短路母线3，然后将滑动触头8移动到电阻7上，此时分流装置闭合但电阻很大，流经分流装置的系列电流很小，滑动触头8继续向左移动，使电阻接入电路的阻值不断减小，分流装置中分流的系列电流不断增大，当滑动触头8与连接母线9接触，几乎所有系列电流从分流装置中通过，电解槽的电压下降到1伏以下；此时操作人员手工拆卸立柱母线1与短路块2之间的绝缘板，将短路块2压接到立柱母线1上，拧紧固定螺栓，接通立柱母线1与短路块2之间的电连接，以使被分流后的电解槽短路，完成停槽作业。

然后向右移动滑动触头8直至与电阻7断开，分流装置处于断开状态，拆开分流装置与电解槽立柱母线1和短路母线3的连接，将分流装置移走。

开槽作业的操作方法也类似，将分流装置与电解槽立柱母线1和短路母线3连接，滑块8从绝缘材料10移动到电阻7上直至与连接母线9接触，操作人员手工将绝缘板安装在立柱母线1与短路块2之间，拧紧固定螺栓，从而将短路块2与立柱母线1的电连接断开，大部分电流从滑块和连接母线9上通过，少部分从电解槽中通过，然后将滑动触头8在电阻7上向离开连接母线9的方向移动，直至移动到绝缘材料9上，该过程电阻逐渐增大直至绝缘，分流装置处于断开状态，使通过电解槽中的电流逐渐增大直至全部电流经过电解槽，拆开分流装置，完成开槽作业。

可见，采用上述分流装置，当分流装置与电解槽并联，电阻具有最小阻值时，能够使系列电流大部分从并联支路流过，流经电解槽的系列电流很小，对于人员和设备都是安全的，人工拆开或安装立柱母线和短路块之间的绝缘板不会发生危险，而且，整个开槽或停槽过程中不必对整个电解槽系列进行断电或降低电流，从而不影响其他电解槽的正常工作。

以上实施例中，分流装置的滑动触头在电阻上做直线移动，除此以外，分流装置还可以设计为，滑动触头在电阻上做圆周移动的形式。在以下实施例中详细说明。

实施例二

图3为本实施例中所述的分流装置的结构示意图。

如图3所示，分流装置包括：连接母线19、电阻17、滑动触头18和绝缘部件20。其中：

所述连接母线19，与电解槽的立柱母线1或短路母线连接；采用低电阻的金属或合金材料制成，例如，铜、铝或其合金。

所述电阻17，其一端与所述连接母线19通过机械或焊接等方式固定连接，另一端固定连接有所述绝缘部件20；电阻17由高电阻率材料制成，例如钛、钛合金、镍合金或石墨等。该电阻17的导电面积单调连续变化。

所述绝缘部件20，用于在分流装置断开时将所述电阻17和滑动触头18隔离绝缘。

所述滑动触头18，与电解槽的短路母线3或立柱母线1连接，并能够沿所述电阻17的导电面积单调连续变化的方向在电阻17的一端与另一端之间滑动。

与实施例一的区别之处在于，所述电阻17的表面为未封闭的圆环形，其沿圆周的方向截面的导电面积单调连续变化，当滑动触头18位于圆环一端的绝缘部件20上时，分流装置处于断开状态；当滑动触头18沿圆周滑动，位于圆环上靠近绝缘部件20的位置时，电阻17具有最大阻值；随着滑动触头18沿圆周向靠近绝缘材料20端滑动，电阻17接入电路的电阻逐渐增大；当滑动触头18位于圆环形电阻17的靠近连接母线19的位置时，电阻17具有最小阻值；当滑动触头18移动到与连接母线19接触时，分流装置即处于短路闭合状态。其中，电阻17的最大阻值至少为所述电解槽阻值的10倍，所述电阻的最小阻值至多为所述电解槽阻值的10％。

可见，上述分流装置通过其滑动触头在电阻上做圆周移动而使接入电路的电阻连续改变，当其与电解槽并联时，也能够起到分流的作用，实现与实施例一同样的效果。

本实用新型还提供了一种新型电解槽系列停、开槽的分流系统，所述分流系统包括：控制装置和上述实施例中所述的任一分流装置，其中，

所述分流装置的数量与所述电解槽系列中电解槽的进电端(立柱母线)数量相等；

所述控制装置用于控制所述分流装置根据开槽或停槽的需要对电解槽进行分流。

综上，本实用新型实施例所提供的新型电解槽系列停开槽的分流装置和系统，可有效地防止电解槽短路块与立柱母线连接瞬间产生的打火现象，保障铝电解生产设备及电网的安全。

此外，能够使通过电解槽上的电流变化和槽电压变化平稳进行，避免了电流与电压的阶跃突变；其次，可以避免单纯使用机械开关时需要先抽取电解质和铝水并降低阳极以降低槽电压的操作，应用更为便利和安全，而且可以确保电解槽停槽和开槽过程平稳进行。

以下给出采用上述实施例提供的分流装置和系统进行电解槽系列停、开槽的方法。

图4为所述新型电解槽系列停、开槽的方法的流程图。

步骤S1：提供一可调节电阻式的分流装置。该分流装置为本实用新型基于同一实用新型构思提供的另一技术方案。

正如本领域技术人员所熟知的，在铝电解的电解槽系列中，多个电解槽是采用串联电路来连接的，通过立柱母线、阳极大母线、阳极导杆、阳极碳块、冰晶石-氧化铝电解液、铝液、阴极碳块、阴极钢棒和阴极母线构成电解槽的电流通路。

为方便电解槽的修理和维护，在立柱母线上安装有短路块，在所述立柱母线与短路块之间具有可拆卸的绝缘板(或称绝缘垫片)，所述短路块通过短路母线连接到电解槽的阴极母线上。

停槽时，传统的方法是将整个电解槽系列的系列电流断电或降低，而后拆去所述绝缘板，将短路块和立柱母线连接，从而将需要维修的电解槽中的系列电流短路到下一个电解槽；开槽时，再将所述短路块和立柱母线用绝缘板隔开即可恢复维修后的电解槽中的系列电流。

所述分流装置包括：连接母线、滑动触头、电阻和绝缘部件，其中，

所述连接母线，与电解槽的立柱母线或短路母线连接；所述电阻，一端与所述连接母线固定连接，另一端固定连接有所述绝缘部件，该电阻的导电面积单调连续变化。所述绝缘部件，用于在分流装置断开时将所述电阻和滑动触头隔离绝缘；所述滑动触头，与电解槽的短路母线或立柱母线连接，并能够沿所述电阻的导电面积单调连续变化的方向在电阻的一端与另一端之间滑动。

步骤S2：将所述分流装置的一端与电解槽的立柱母线连接，另一端与电解槽的短路母线连接，以形成所述电解槽的并联支路。

图5为上述分流装置与电解槽系列连接的电路原理图。电解槽系列包括至少三个电解槽，在电路图中用负载表示电解槽，即负载11、负载12、负载13，而负载12所代表的电解槽需要停槽维修。

立柱母线、短路块和短路母线组合在一起相当于开关14，开关14的两端连接负载12，当短路块和立柱母线之间安装有所述绝缘板时，相当于开关14打开，系列电流I经由负载12流过；而拆去绝缘板时，相当于开关14闭合，负载12被短路，系列电流I经由开关14流入下游负载13。

参照图5，可调节电阻式的分流装置用滑线变阻15表示，其一端与电解槽的立柱母线连接，另一端与电解槽的短路母线连接，从而构成与负载12并联的一条用于分流的并联支路16。

步骤S3：当停槽时，通过分流装置使流经所述并联支路的电流增大，以使流经所述电解槽中的系列电流由正常值降低到安全值，并使电解槽的电压降低到1伏以下；然后接通立柱母线与短路块之间的电连接，以使电解槽短路。

由于所述分流装置的电阻的最大阻值至少为所述电解槽阻值的10倍，所述电阻的最小阻值至多为所述电解槽阻值的10％，当停槽时，通过移动分流装置的滑动触头，降低并联支路16的阻值，使流经所述并联支路的电流增大，从而将流经负载12的系列电流分流，将电解槽的电压降低到1伏以下，使流过电解槽的电流由正常值降低到对人员和设备都不会造成伤害的安全值。而此时负载12对应的电解槽被短路，整个电解槽系列的系列电流还为正常值。

步骤S4：当开槽时，断开立柱母线与短路块之间的电连接，以使电解槽通路，然后将通过分流装置使流经所述并联支路的电流减小，以使流经所述电解槽中的

电流由安全值增加到正常值。

具体的，打开固定立柱母线和短路块的连接螺栓，将短路块与立柱母线分离并插上绝缘板，再插上并拧紧连接螺栓，从而断开立柱母线与短路块的电连接，这时大部分系列电流从所述并联支路流过，小部分系列电流又重新沿着立柱母线、阳极碳块、电解液、阴极碳块通路流过电解槽，然后，增大可调节电阻式分流装置的接入所述并联支路16的电阻，使流经所述并联支路16的电流减小。相应的，使流经所述电解槽(负载12)中的系列电流由安全值增加到正常值。

上述新型电解槽系列停、开槽的方法，在实施接通或断开立柱母线与短路块之间的电连接这一步骤中，由于所述分流装置构成的并联支路能够分流大部分的系列电流，流过电解槽的电流被降低为对人员和设备都不会造成伤害的安全值，因此，对立柱母线和短路块及其之间的连接螺栓和绝缘板进行操作，可以避免因电流过大引起的打火乃至放炮现象，保证人员和设备的安全；而且，该方法不需要对整个电解槽系列断电或降低电流，能够保证电解槽系列中其他电解槽的正常工作。

电解槽维修完成之后，在所述断开立柱母线与短路块之间的电连接以使被分流的电解槽通路之后，还可以通过分流装置使电解槽中的系列电流由安全值增加到正常值，具体的，可以增大可调节电阻式分流装置的接入并联支路的电阻，使流经所述并联支路的电流减小，则相应的流经电解槽的系列电流增大，直至由安全值增加到正常值，被维修过的电解槽重新投入生产。

此外，完成停槽或开槽作业后还可以包括步骤S5：拆开分流装置与所述立柱母线和短路母线块的连接，并将分流装置从电解槽移开。这样，需要维修电解槽时，将分流装置连接到电解槽上，维修完后，又可以将分流装置拆去，恢复正常的生产，能够提高停槽或开槽作业的便利性。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。需要说明的是，本实用新型所述的分流装置虽然实质上实现了电阻器的功能，然而却具有独特的结构特征，其连接母线、电阻和滑动触头都由大体积的合金材料制成，而且能够与电解槽系列的额定电压和电流匹配，按照所述的方法实施后，具有以上实施例中所述的明显的效果。

虽然本实用新型已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1、一种新型电解槽系列停、开槽的分流装置，其特征在于，所述分流装置为可调节电阻式的分流装置，包括：连接母线、滑动触头、电阻和绝缘部件，其中，

所述连接母线，与电解槽的立柱母线或短路母线连接；

所述电阻，一端与所述连接母线固定连接，另一端固定连接有所述绝缘部件，该电阻的导电面积单调连续变化；

所述绝缘部件，用于在分流装置断开时将所述电阻和滑动触头隔离绝缘；

所述滑动触头，与电解槽的短路母线或立柱母线连接，并能够沿所述电阻的导电面积单调连续变化的方向在电阻的一端与另一端之间滑动。

2、根据权利要求1所述新型电解槽系列停、开槽的分流装置，其特征在于，所述电阻的最大阻值至少为所述电解槽阻值的10倍，所述电阻的最小阻值至多为所述电解槽阻值的10％。

3、根据权利要求1或2所述新型电解槽系列停、开槽的分流装置，其特征在于，所述电阻由高电阻率材料制成，所述连接母线和滑动触头由低电阻率的材料制成。

4、根据权利要求3所述新型电解槽系列停、开槽的分流装置，其特征在于，所述高电阻率材料为钛、钛合金、镍合金或石墨。

5、根据权利要求1所述新型电解槽系列停、开槽的分流装置，其特征在于，所述电阻的表面为矩形，其沿所述矩形长边方向截面的导电面积单调连续变化。

6、根据权利要求1所述新型电解槽系列停、开槽的分流装置，其特征在于，所述电阻的表面为未封闭的圆环形，其沿圆周的方向截面的导电面积单调连续变化。

7、一种新型电解槽系列停、开槽的分流系统，其特征在于，包括控制装置和如权利要求1至6任一项所述的分流装置，其中，所述控制装置用于控制所述分流装置根据开槽或停槽的需要进行分流；所述分流系统中分流装置的数量与所述电解槽系列中电解槽的进电端的数量相等。

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