ES2248032T3 - Dispositivo de elevacion del marco anodico de una cuba de electrolisis para la produccion de aluminio. - Google Patents
Dispositivo de elevacion del marco anodico de una cuba de electrolisis para la produccion de aluminio.Info
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Abstract
Dispositivo de elevación del marco anódico de una cuba de electrólisis para la producción de aluminio, caracterizado porque comprende: un pórtico horizontal (1), destinado a pasar a posicionarse encima de la cuba en cuestión; una pluralidad de órganos de asido y de sostenimiento (5) de los vástagos (12) de ánodo contra el marco anódico, que comprenden: un módulo presionador, articulado (4) a nivel de su extremo superior sobre dicho pórtico, con el fin de poder sufrir un desplazamiento pendular con respecto a dicho pórtico, de tal manera que se separe del plano que contiene los vástagos de ánodos por un mismo lado de la cuba, y destinado a asegurar el mantenimiento de los vástagos de ánodo contra el marco anódico; y un marco de asido, solidario del módulo presionador, y destinado a asegurar el asido efectivo de un vástago de ánodo.
Description
Dispositivo de elevación del marco anódico de una
cuba de electrólisis para la producción de aluminio.
La presente invención se refiere al campo de la
producción de aluminio por electrólisis ígnea, en particular según
el procedimiento HALL-HEROULT, y más particularmente
a la gestión de algunas etapas del funcionamiento de las
instalaciones para dicha producción.
La invención se refiere más particularmente a un
dispositivo de elevación del marco anódico, es decir del órgano que
soporta los diferentes ánodos en el seno de una misma cuba. Estos
ánodos están constituidos en el ejemplo por carbono sellado sobre un
vástago metálico conductor de la electricidad.
Conviene recordar que la producción de aluminio
según este procedimiento se efectúa a nivel de cubas de
electrólisis, que contienen un baño de alúmina disuelta en criolita
fundida.
El fondo de las cubas soporta un cátodo. Por otra
parte, las cubas comprenden en general dos barras horizontales
conductoras, denominadas generalmente marcos anódicos, soportadas
por lo menos por una viga metálica horizontal rígida, regulable en
altura. Los ánodos carbonados están generalmente posicionados según
dos líneas paralelas, y están soportados por unos vástagos
conductores conectados, de forma amovible, a cada uno de los dos
marcos anódicos.
De hecho, el marco anódico sobre el cual están
fijados los ánodos por medio de los vástagos metálicos, desciende
regularmente al ritmo del consumo del carbono constitutivo del
ánodo, debido a la reacción química de la electrólisis, y esto, por
medio de un mecanismo implantado en la cuba.
El objetivo del descenso de los ánodos en el seno
del baño de criolita y de alúmina es mantener sustancialmente
constante el entrehierro entre la superficie anódica y el
cátodo.
Cuando el marco anódico ha llegado al extremo de
su carrera vertical, conviene entonces proceder a la operación
llamada de elevación del marco anódico con una herramienta
tradicionalmente denominada viga de elevación. Una viga de este tipo
es desplazada así de cuba en cuba, cuando las cubas en cuestión no
poseen sistema particular permanente para esta operación.
Por otra parte, esta operación de subida del
marco anódico debe ser efectuada sin interrumpir el proceso
continuo, y en particular sin cortar la corriente eléctrica.
Como por otra parte, conviene mantener el plano
de ánodo, es decir la superficie definida por el conjunto de los
ánodos, los ánodos montados sobre el marco deben ser mantenidos a la
altura que habían alcanzado durante la operación de elevación del
marco, sin cesar por ello de estar en contacto estrecho e íntimo con
dicho marco, con el fin de no interrumpir la continuidad de la
corriente eléctrica.
Cuando tiene lugar esta operación, conviene por
tanto, previamente a la fase de subida propiamente dicha del marco
anódico, desolidarizar los vástagos anódicos del marco, sin
interrumpir por ello su contacto con éste.
Estos vástagos están tradicionalmente fijados al
marco por unos órganos denominados conectores. Estos han
evolucionado en el tiempo, con el fin de una mayor automatización
cuando tienen lugar las fases de desconexión. Sin embargo, subsiste
siempre el problema de mantener firmemente en contacto el vástago
del ánodo contra el marco anódico delantero, durante y después de la
progresión de éste, en particular cuando tiene lugar su
ascensión.
La invención propone una solución a este
problema, a la vez simple de realizar y eficaz en su acción.
Esta disposición de elevación del marco anódico
de una cuba de electrólisis para la producción de aluminio
comprende:
- \bullet
- un pórtico horizontal, destinado a pasar a posicionarse por encima de la cuba en cuestión;
- \bullet
- una pluralidad de órganos de asido y de mantenimiento de los vástagos de ánodo contra el marco anódico, que comprende:
- \blacklozenge
- un módulo presionador, articulado a nivel de su extremo superior sobre dicho pórtico, con el fin de poder sufrir un desplazamiento pendular con respecto a dicho pórtico, de manera que se separe del plano que contiene los vástagos de ánodos por un mismo lado de la cuba, y destinado a asegurar el mantenimiento de los vástagos de ánodos contra el marco anódico;
- \blacklozenge
- un módulo de asido, solidario del módulo presionador, y destinado a asegurar el asido efectivo de un vástago de ánodo.
Según la invención, los órganos de asido y de
mantenimiento están dispuestos a ambos lados de la cuba, y por tanto
a ambos lados del pórtico.
Están fijados a éste según una separación que
depende de la distancia entre ejes estándar de los vástagos de
ánodos de una instalación considerada.
Según una característica de la invención, el
movimiento pendular de los módulos presionadores está asegurado por
medio de un activador, y en particular de un gato neumático, en
ausencia de la activación del cual un resorte de retorno induce la
aplicación de dichos módulos presionadores contra el pórtico, es
decir anulando cualquier movimiento pendular, y en consecuencia, una
aplicación de los vástagos de ánodos contra el marco anódico.
Según otra característica de la invención, el
módulo de asido está constituido por una pinza situada en el extremo
inferior del órgano de asido y de mantenimiento, siendo dicha pinza
abierta bajo la acción de un activador, y en particular de un gato
neumático en ausencia de la activación del cual, un resorte induce
su cierre sobre dicho vástago de ánodo.
Según otra característica de la invención, el
módulo de asido es susceptible de constituir el objeto de
movimientos pendulares, pero esta vez en el plano de los vástagos de
ánodo a un mismo lado de la cu-
ba.
ba.
La manera en la que la invención puede ser
realizada y las ventajas que de ello se desprenden, se pondrán más
claramente de manifiesto a partir del ejemplo de realización
siguiente dado a título indicativo y no limitativo con el apoyo de
las figuras anexas.
La figura 1 es una representación esquemática que
ilustra unos ánodos a nivel de la cuba y fijados sobre el marco
anódico.
La figura 2 es una representación esquemática en
sección transversal del dispositivo de acuerdo con la invención.
La figura 3 es una representación en vista
lateral del dispositivo según la figura 2.
Se ha representado en relación con la figura 1
una cuba de electrólisis ígnea (21), en el seno de la cual se
sumergen una serie de ánodos (24). Estos ánodos están conectados
eléctricamente al marco anódico (23), por medio de un vástago
conductor (12), sustancialmente vertical, que asegura además la
función de sostenimiento de los ánodos.
El marco anódico (23) es susceptible de
trasladarse verticalmente con respecto a un chasis (22) que se
extiende por encima de la cuba. Cuando tiene lugar esta traslación,
por medio de una viga de elevación del marco anódico (no
representada) el marco anódico arrastra los ánodos (24) que le están
solidarizados.
Se ha representado en relación con la figura 2,
el dispositivo según la invención. Fundamentalmente, éste está
constituido por un pórtico (1), sustancialmente simétrico, y
destinado a pasar a posicionarse por encima de cada una de las cubas
de electrólisis. Este pórtico se desplaza por ejemplo, de una cuba a
la otra, por medio de uno o de dos carros de elevación, de los
cuales están provistos los puentes superiores en las instalaciones
de producción de aluminio.
Este pórtico (1) presenta en sus dos extremos
unas zonas (2) y (3) de articulación de una pluralidad de órganos de
asido y de sostenimiento (5) de los vástagos de ánodo.
Según la invención, hay tantos órganos de asido
(5) como ánodos y, así como se puede observar en la figura 2, estos
órganos de asido están repartidos a ambos lados de la cuba.
Este pórtico (1), destinado a pasar a descansar
sobre la cuba, está aislado eléctricamente de los órganos de asido
(5) por medio de elementos intermedios (11) realizados en un
material aislante, típicamente en politetrafluoroetileno
(Téflon-Marca registrada).
Según una primera característica de la invención,
los órganos de asido (5) comprenden en principio un módulo
presionador, susceptible de ser animado con un movimiento de
rotación parcial con respecto al eje de articulación (4), según un
plano perpendicular al plano que contiene los vástagos de ánodo por
un mismo lado de la cuba.
Se ha representado así a la derecha de la figura
2, un órgano de asido al máximo de su carrera angular, con respecto
a la vertical, y por tanto en ausencia de cualquier función de
apriete de los vástagos contra el marco anódico.
Sin embargo, en ausencia de cualquier esfuerzo
exterior, el módulo presionador es mantenido vertical por medio de
un resorte tarado (7), que se apoya respectivamente contra la pared
externa (6) de las zonas respectivamente (2) y (3), y contra la
pieza de unión (8), alcanzando el eje de articulación (4) del órgano
de asido (5) propiamente dicho. La separación de dicho módulo con
respecto a su posición vertical está asegurada por medio de un gato
neumático del tipo gato flexible de corona (9), que se apoya contra
el tabique interno (10) de las zonas respectivamente (2) y (3) y
contra la pieza de unión (8), como puede observarse en la figura
2.
En otros términos, para accionar el módulo
presionador con respecto a su eje de articulación (4) se dispone de
una técnica de doble efecto, que utiliza respectivamente el resorte
(7) y el gato neumático (9), lo que permite optimizar la seguridad
cuando tiene lugar la explotación. En efecto, es sistemáticamente el
efecto mecánico del resorte el que asegura el esfuerzo presionador y
de apriete del vástago de ánodo contra el marco anódico en ausencia
de cualquier esfuerzo exterior, tal como el ejercido por el gato.
Así, en estado natural, el vástago de ánodo es sistemáticamente
mantenido en contacto íntimo con el marco anódico. El gato (9)
ejerce una fuerza antagonista con respecto al resorte (7),
asegurando así la anulación del esfuerzo presionador y de apriete
ejercido por este último. Este juego de dos elementos antagonistas
permite asegurar la colocación y la extracción del módulo
presionador a nivel de los vástagos de ánodo, y por tanto el
funcionamiento efectivo de la viga de elevación.
En efecto, la colocación de la viga de elevación
impone la separación de los módulos presionadores, tal como se ha
representado a la derecha de la figura 2, para permitir la
accesibilidad a los vástagos (12) de los ánodos.
El módulo de asido de los vástagos de ánodo (12)
está constituido por una pinza (13), cuyas dos piezas están
articuladas en (14), de tal manera que permitan la aproximación de
las zonas de asido (15) de la pinza entre ellas, y por tanto
asegurar la función de apriete y de asido de los vástagos (12).
En ausencia de esfuerzos exteriores, un resorte
(16) de acción vertical, integrado en el cuerpo (17) del órgano de
asido (5), asegura la aproximación de los elementos de asido (15)
entre ellos, y por tanto mantiene la pinza (16) en posición de
apriete.
Un gato neumático (19), del tipo corona
trilobular, de un modelo similar al gato (9), asegura el efecto
antagonista e induce la compresión del resorte, y por tanto, la
apertura de la pinza (13) cuando es accionado.
Así, y como en el caso anterior, se optimiza otra
vez la seguridad de explotación, puesto que es el efecto mecánico
positivo del resorte (16), el que asegura los esfuerzos
presionadores y de apriete sobre los vástagos de ánodo (12),
teniendo el gato (19) por efecto en este caso solamente anular este
esfuerzo presionador y de apriete cuando se desea desplazar el
dispositivo de elevación del marco anódico a nivel de otra cuba.
La arquitectura particular del dispositivo de
acuerdo con la invención, y en particular la posición de los
accionadores por encima de los vástagos de ánodo (12) permite
liberar las cuatro caras laterales del órgano (5), lo que libera así
el mecanismo de las obligaciones geométricas a la derecha o a la
izquierda de cada uno de los accionadores, siendo estas obligaciones
impuestas por las llegadas de subida positiva (de la corriente
eléctrica) a nivel del marco anódico. La misma permite
corolariamente realizar dos funciones complementarias de mejora del
contacto eléctrico vástago de ánodo-marco anódico,
cuya operación se efectúa justo antes del aflojado de los
conectores, y justo después del apriete de los conectores,
asegurando como ya se ha mencionado, la fijación de los vástagos
sobre el marco anódico.
El dispositivo de acuerdo con la invención
permite realizar por tanto las diferentes etapas necesarias para la
operación de elevación del marco anódico, a saber:
- \bullet
- depósito de la viga de elevación sobre la parte superior de la cuba considerada;
- \bullet
- aplicación de un esfuerzo presionador sobre los vástagos de ánodo (12) contra el marco anódico, con el fin de mantener la continuidad eléctrica;
- \bullet
- asido de los vástagos de ánodo por los módulos de asido;
- \bullet
- aflojado de los conectores que aseguran la fijación de los vástagos de ánodo sobre el marco anódico;
- \bullet
- subida del marco anódico;
- \bullet
- nuevo apretado de dichos conectores sobre los vástagos;
- \bullet
- parada de la función de asido y de apriete de los vástagos de ánodo; y
- \bullet
- extracción de la viga de elevación.
La viga de elevación de acuerdo con la invención
presenta además una cierta modularidad, susceptible así de hacerla
adaptable a diferentes morfologías de cuba. De hecho, los órganos de
asido y de sostenimiento (5) son regulables en términos de fijación
sobre el pórtico (1) constitutivo de la viga de eleva-
ción.
ción.
Así, en modo de funcionamiento, conviene
configurar dicha viga en función del tipo de cuba, y en particular
en función de la distancia entre ejes de los vástagos de ánodo (12),
previendo esta configuración esencialmente posicionar dichos órganos
de asido sobre el pórtico (1) en función de esta distancia entre
ejes.
Ventajosamente, conviene soplar sobre el marco
anódico detrás del vástago de ánodo, con el fin de limpiar el marco
de la alúmina que hubiera podido depositarse en el mismo, y en esta
hipótesis, constituir una película aislante que perjudica el buen
desarrollo eléctrico de la cuba.
Paralelamente, conviene también percutir el
vástago después del apriete, con el fin de realizar un buen contacto
eléctrico vástago de ánodo-marco anódico.
Paralelamente, teniendo en cuenta el hecho de que
la cara delantera del vástago está libre, es posible instalar sobre
la viga de elevación un sistema de apriete y de aflojado mecánico de
los conectores, permitiendo así realizar la operación de elevación
del marco automática y sin riesgo ni molestia física para los
operadores.
Además, y como se puede observar en la figura 3,
los módulos de asido son también susceptibles de representar un
movimiento pendular en el plano de los vástagos anódicos.
A este fin, disponen de un doble punto de
articulación, respectivamente (18) en la parte superior y (20) en la
parte intermedia, siendo los ejes de articulación correspondiente
solidarios del chasis constitutivo de los órganos (5). Si el sistema
pendular (18) está libre de cualquier esfuerzo, en contrapartida el
sistema (20) es regulable por medio de resortes y tornillos, de
manera que permita un desplazamiento general del orden de 20 a 30
mm. Esto permite una mayor tolerancia de adaptación de los módulos
de asido a nivel de los vástagos de ánodo.
Por último, es posible implantar un solo módulo
presionador para dos módulos de asido de los vástagos de ánodo, lo
que permite adaptar el volumen en altura de la viga de elevación a
su entorno, independientemente del interés económico de dicha
configuración.
Se concibe entonces todo el interés de dicho
dispositivo de elevación del marco anódico. En efecto, además de la
relativa simplicidad de realización, y corolariamente de utilización
de un dispositivo de este tipo, la implantación de accionadores de
doble efecto, con efecto positivo realizado por resorte confiere a
éste una seguridad incrementada en explotación.
Claims (11)
1. Dispositivo de elevación del marco anódico de
una cuba de electrólisis para la producción de aluminio,
caracterizado porque comprende:
- \bullet
- un pórtico horizontal (1), destinado a pasar a posicionarse encima de la cuba en cuestión;
- \bullet
- una pluralidad de órganos de asido y de sostenimiento (5) de los vástagos (12) de ánodo contra el marco anódico, que comprenden:
- \blacklozenge
- un módulo presionador, articulado (4) a nivel de su extremo superior sobre dicho pórtico, con el fin de poder sufrir un desplazamiento pendular con respecto a dicho pórtico, de tal manera que se separe del plano que contiene los vástagos de ánodos por un mismo lado de la cuba, y destinado a asegurar el mantenimiento de los vástagos de ánodo contra el marco anódico; y
- \blacklozenge
- un marco de asido, solidario del módulo presionador, y destinado a asegurar el asido efectivo de un vástago de ánodo.
2. Dispositivo de elevación del marco anódico de
una cuba de electrólisis según la reivindicación 1,
caracterizado porque los órganos de asido y de sostenimiento
(5) están dispuestos a ambos lados de la cuba, y por tanto a ambos
lados del pórtico (1).
3. Dispositivo de elevación del marco anódico de
una cuba de electrólisis según una de las reivindicaciones 1 y 2,
caracterizado porque los órganos de asido y de sostenimiento
(5) está fijados al pórtico según una separación que depende de la
distancia entre ejes estándar de los vástagos (12) de ánodos para
una instalación considerada.
4. Dispositivo de elevación del marco anódico de
una cuba de electrólisis según una de las reivindicaciones 1 a 3,
caracterizado porque el movimiento pendular de los módulos
presionadores está asegurado por medio de un activador (9), en
ausencia de la activación del cual un resorte de retorno (7) induce
la aplicación de dichos módulos presionadores contra el pórtico, es
decir anulando cualquier movimiento pendular, y en consecuencia una
aplicación de los vástagos de ánodo contra el marco anódico.
5. Dispositivo de elevación del marco anódico de
una cuba de electrólisis según la reivindicación 4,
caracterizado porque el activador es un gato neumático (9)
del tipo corona no flexible.
6. Dispositivo de elevación de un marco anódico
de una cuba de electrólisis según una de las reivindicaciones 1 a 5,
caracterizado porque el módulo de asido está constituido por
una pinza (13), posicionada en el extremo inferior del órgano de
asido y de sostenimiento (5), siendo dicha pinza abierta bajo la
acción de un activador (19), en ausencia de la activación del cual,
un resorte (17) induce su cierre sobre dicho vástago de ánodo
(12).
7. Dispositivo de elevación del marco anódico de
una cuba de electrólisis según la reivindicación 6,
caracterizado porque el activador es un gato neumático (19)
del tipo corona flexible trilobular.
8. Dispositivo de elevación del marco anódico de
una cuba de electrólisis según una de las reivindicaciones 1 a 7,
caracterizado porque el módulo de asido es susceptible de
constituir el objeto de movimientos pendulares, en el plano de los
vástagos de ánodo (12), por un mismo lado de la cuba.
9. Dispositivo de elevación del marco anódico de
una cuba de electrólisis según la reivindicación 8,
caracterizado porque el módulo de asido dispone de un doble
punto de articulación, respectivamente en la parte superior (18) y
en la parte intermedia (20), siendo los ejes de articulación
correspondientes solidarios del chasis constitutivo de los órganos
(5), de tal manera que permitan un desplazamiento lateral del módulo
de asido, y disponer así de una mayor tolerancia de adaptación de
dicho módulo a nivel de los vástagos de ánodo.
10. Dispositivo de elevación del marco anódico de
una cuba de electrólisis según la reivindicación 9,
caracterizado porque el sistema pendular superior (18) es
libre, es decir exento de cualquier esfuerzo, y porque el sistema
pendular intermedio (20) es regulable por medio de resortes y
tornillos.
11. Dispositivo de elevación del marco anódico de
una cuba de electrólisis según una de las reivindicaciones 1 a 10,
caracterizado porque a cada módulo presionador están
asociados dos módulos de asido de los vástagos de ánodo.
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