專利名稱：用于移動生產(chǎn)鋁的電解池陽極框架的千斤頂?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用Hall-Héroult法熔池電解鋁生產(chǎn)。更具體地說，本發(fā)明涉及用于鋁生產(chǎn)的電解池陽極的連接和移動的裝置。
背景技術(shù)：
金屬鋁在工業(yè)上是利用眾所周知的Hall-Héroult法，通過熔池電解，亦即通過在所謂電解液的熔融冰晶石電解液的溶液中電解氧化鋁生產(chǎn)。電解液裝在稱之為“電解槽”的槽中，上述電解槽包括一個鋼槽殼和一個陰極裝置，上述鋼槽殼在其內(nèi)側(cè)上襯有耐熱材料和/或保溫材料，而上述陰極裝置是在電解槽的底部處。陽極通常用一種含碳的材料制成，所述陽極固定到一個上層結(jié)構(gòu)上，所述上層結(jié)構(gòu)裝備有在電解過程中垂直移動陽極的機(jī)構(gòu)。由電解槽、它的陽極及電解液所形成的裝置稱之為電解池。
已經(jīng)提出了若干裝置，以便能相對于電解槽固定和移動陽極。本發(fā)明尤其是涉及連接和移動裝置，所述裝置包括固定的結(jié)構(gòu)元件，一個為同時升降固定到上述框架上的陽極而設(shè)計的框架(叫做陽極框架)，及移動上述框架的機(jī)構(gòu)，上述框架包括一個或多個千斤頂。法國專利FR 1440 005(對應(yīng)于美國專利US 4 410 786)和FR 2 517 704(對應(yīng)于美國專利US 4 465 578)描述了這些裝置。
研制各種具有日益增加的高額定電流的電解池，以及增加現(xiàn)有電解池中的電流，使由一陽極框架和固定到陽極框架上的陽極所形成的裝置的重量增加。這種增加要求千斤頂能產(chǎn)生越來越高的功率，以便令人滿意地移動上述裝置。
因此，申請人尋找能產(chǎn)生很大的力、能插入電解池上層結(jié)構(gòu)中有限而擁擠的空間、及能在大電流電解池附近操作的千斤頂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是一種千斤頂，所述千斤頂包括一個裝配有一個開口的套筒；一個包括一個軸向內(nèi)腔和螺紋并能在上述開口中移動的驅(qū)動桿；一個傳動螺桿，所述傳動螺桿插入上述軸向內(nèi)腔中，并能與上述螺紋協(xié)同操作，以便在上述套筒中和上述開口中移動上述驅(qū)動桿；一個帶齒的驅(qū)動輪，所述驅(qū)動輪連接到傳動螺桿上；及一個蝸桿，所述蝸桿可以連接到電機(jī)的軸上，并可以與驅(qū)動輪協(xié)同操作，以便使驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)；其特征在于驅(qū)動輪軸線R與蝸桿軸線V之間的中心距是在100mm和350mm之間；及蝸桿和驅(qū)動輪之間的減速比RR是在300∶1和80∶1之間。
申請人發(fā)現(xiàn)，由于按照本發(fā)明所述的千斤頂?shù)慕M合式特性，所以設(shè)計一種能同時達(dá)到比較高的功率和拉力而同時保持在一比較有限的體積內(nèi)的千斤頂是可行的。
本發(fā)明還可以制造一種不可逆的千斤頂，換句話說，制造一種驅(qū)動桿只在載荷下才稍微移動的千斤頂，這樣就省去了內(nèi)裝的制動裝置。
按照本發(fā)明所述的千斤頂最特別適用于移動為生產(chǎn)鋁而設(shè)計的電解池陽極框架。


在看了本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明之后，將能更好地理解本發(fā)明，上述本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明在下面介紹，并用附圖舉例說明。
圖1示出典型的電解池的截短的透視圖。
圖2示出一種電解池典型上層結(jié)構(gòu)的透視圖。
圖3示出穿過按照本發(fā)明所述千斤頂?shù)目v向剖視圖。
圖4示出沿著圖3中平面C-C穿過本發(fā)明的千斤頂?shù)钠室晥D。
具體實(shí)施例方式
在熔池電解鋁生產(chǎn)車間中的電解池(1)包括一個能裝入液態(tài)金屬和電解液的電解槽(2)，一個上層結(jié)構(gòu)(10)和一連串的陽極(3)。上層結(jié)構(gòu)(10)包括一個固定框架(11)和一個可移動的金屬制的陽極框架(12)。各陽極(3)都裝備有一個金屬桿(4)，所述金屬桿(4)用來將陽極(3)連接和電連接到陽極框架(12)上。上層結(jié)構(gòu)(10)還包括一個千斤頂(100，100′)，所述千斤頂(100，100′)通過連桿(20，21，22，21′，22′)和杠桿(30，31，32，33，34，31′，32′，33′，34′)連接到陽極框架(12)上。陽極框架(12)通過千斤頂(100，100′)的動作豎直(向上或向下)移動。
按照本發(fā)明，千斤頂(100，100′)包括-一個套筒(120)，所述套筒(120)具有一個開口(121)，-一個驅(qū)動桿(140)，所述驅(qū)動桿(140)包括一個軸向內(nèi)腔(141)和一個螺紋(142)，并能在上述開口(121)中移動，-一個傳動螺桿(130)，所述傳動螺桿(130)插入上述軸向內(nèi)腔(141)，并能與上述螺紋(142)協(xié)同操作，以便在上述套筒(120)中和在上述開口(121)中移動所述桿(140)，-一個有齒的驅(qū)動輪(150)，所述有齒的驅(qū)動輪(150)連接到傳動螺桿(130)上，-一個蝸桿(160)，所述蝸桿(160)可以連接到一個驅(qū)動電機(jī)(200)的軸(210)上，并可以與驅(qū)動輪(150)協(xié)同操作，以便使它旋轉(zhuǎn)，其特征在于，驅(qū)動輪(150)的軸線R與蝸桿(160)的軸線V之間的中心距E是在100mm和350mm之間，及蝸桿(160)與驅(qū)動輪(150)之間的減速比RR是在300∶1和80∶1之間。
減速比RR由當(dāng)驅(qū)動輪(150)繞它的軸線A轉(zhuǎn)動完整的一轉(zhuǎn)時蝸桿(160)繞它的軸線V所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)數(shù)比值給出。換句話說，減速比RR由驅(qū)動輪(150)上的齒數(shù)規(guī)定。
在對本發(fā)明所提出的問題尋找解決方案時，發(fā)明人注意到，由在電解池中使用千斤頂所施加的所有限制，要求必需考慮大量參數(shù)，因此難以預(yù)測可接受的操作區(qū)。尤其是，一些可變的參數(shù)來自至少三個連接層面，亦即在驅(qū)動電機(jī)(200)的軸(210)和蝸桿(160)之間的第一層面，在蝸桿(160)和驅(qū)動輪(150)之間的第二層面及驅(qū)動輪(150)和驅(qū)動桿(140)之間的第三層面。一些可變的參數(shù)還來自于所包括的功率(尤其是輸入功率、內(nèi)部功率和輸出功率)、所要求的和可以接受的速度(線速度和角速度)、減速比及螺距之間的關(guān)系。另外，一些另外的可變參數(shù)來自于齒輪傳動裝置的效率因子及可能材料的機(jī)械特性。
申請人注意到，令人驚奇的是，通過利用與已知千斤頂中通常所用的那些大為不同的參數(shù)組態(tài)和數(shù)值，能找到上述問題的解決方案。
尤其是，申請人注意到，小于100mm的中心距(亦即兩中心線之間的距離)使它難以達(dá)到降低傳動螺桿(130)所需的旋轉(zhuǎn)速度，或者必需在電機(jī)(200)和蝸桿(160)之間插入一個額外的減速級，或者是采用一種專用低速電機(jī)(換句話說，低于約500rpm)，所述低速電機(jī)必然是大而昂貴的。在這種中心距的情況下，還必需補(bǔ)償在具有較小螺距并因此具有細(xì)而弱的螺紋的螺母(143)上的這種減速不足。中心距超過350mm會使千斤頂尺寸增加到不可接受并且?guī)缀醪贿m應(yīng)電解池上層結(jié)構(gòu)內(nèi)部有限而擁擠的空間。優(yōu)選的是，上述中心距E是在150mm和300mm之間，更優(yōu)選的是在180mm和290mm之間。
申請人還注意到，小于80∶1的減速比會在電機(jī)和蝸桿之間必須使用額外的減速級，以便得到計劃使用所需的驅(qū)動桿的低位移速度(輸入和輸出)。減速比RR優(yōu)選的是限制在小于300∶1的數(shù)值，以便避免使用大直徑的驅(qū)動輪(150)，所述大直徑驅(qū)動輪(150)不能適應(yīng)本發(fā)明的所必須的緊湊性限制。減速比RR優(yōu)選的是在100∶1和250∶1之間。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中，減速比RR是在140∶1和200∶1之間。
申請人還注意到，按照本發(fā)明所述的千斤頂?shù)奈仐U(160)是，或者可能是，直接接合在驅(qū)動電機(jī)(200)的軸(210)上，換句話說，在驅(qū)動軸和蝸桿之間沒有中間減速齒輪，這樣就大大減小了千斤頂?shù)捏w積。電機(jī)軸和蝸桿的撓性連接是可行的。
驅(qū)動電機(jī)(200)優(yōu)選的是一種交流電機(jī)(通常是一種異步電機(jī))。電機(jī)的功率通常是在3-20KW之間(當(dāng)電機(jī)驅(qū)動一個千斤頂時，它的功率通常是在3KW和8KW之間；當(dāng)電機(jī)驅(qū)動兩個千斤頂時，它的功率通常是在5KW和20KW之間)。由電機(jī)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩優(yōu)選的是大于50Nm，而通常是在70Nm到200Nm之間。電機(jī)轉(zhuǎn)速典型的是在750rpm和1500rpm(轉(zhuǎn)/分)之間，而更典型的是在1000rpm和1500rpm之間。
傳動螺桿(130)的平均直徑D優(yōu)選的是小于150mm，以便將套筒(120)的外徑限制到可接受的值。直徑D優(yōu)選的是在50mm和120mm之間，而更優(yōu)選的是在75mm和105mm之間。小于50mm的直徑使傳動螺桿(130)變得太弱。
上述螺紋(142)覆蓋驅(qū)動桿(140)的全部或一部分內(nèi)壁。螺紋(142)有利的是在一個帶螺紋的終端部件(或螺母)(143)上形成，所述終端部件(143)固定到驅(qū)動桿(140)的內(nèi)端(144)上或者是驅(qū)動桿(140)的一部分。螺桿的螺紋(142)可以一個或多個(例如兩個平行的螺紋)。螺紋的長度通常等于傳動螺桿螺距的至少10倍。螺距(142)優(yōu)選的是在14mm和20mm之間，而甚至更優(yōu)選的是在16和18mm之間。申請人注意到，這些螺距值能在驅(qū)動桿移動速度的可預(yù)見的范圍內(nèi)具有高承受力。
按照本發(fā)明所述的千斤頂?shù)某叽绾蛥?shù)在要求電機(jī)軸、蝸桿和傳動螺桿的可接受的旋轉(zhuǎn)速度時，能同時而令人滿意地得到驅(qū)動桿移動速度和與電解池陽極框架移動相適應(yīng)的推力，防止了需要緩慢、大體積和高費(fèi)用的電機(jī)。
蝸桿(160)的轉(zhuǎn)速典型的是在750rpm和1500rpm之間，而更典型的是在1000rpm和1500rpm之間。傳動螺桿(130)的轉(zhuǎn)速典型的是在5rpm和15rpm之間，而更典型的是在7rpm和10rpm之間。當(dāng)傳動螺桿固定到驅(qū)動輪上或形成驅(qū)動輪的一部分時，這個速度等于驅(qū)動輪的速度。這些速度能同時而令人滿意地實(shí)現(xiàn)驅(qū)動桿移動速度和對電解池陽極框架的移動是可接受的拉力。
按照本發(fā)明所述的千斤頂可以產(chǎn)生大于100KN的拉力。拉力典型的是在150KN和600KN之間。要求這個范圍的力在豎直方向上移動裝有陽極的陽極框架，而不需要在電解池上層結(jié)構(gòu)內(nèi)的杠桿中有大的杠桿比。
千斤頂桿的伸展或收縮的移動速度典型的是在100mm/min和300mm/min之間，而更典型的是在120mm/min和150mm/min之間。這些速度與陽極框架高度的小脈沖調(diào)整相適應(yīng)。
本發(fā)明提供一種利用直徑為小于350mm或甚至小于250mm的驅(qū)動電機(jī)的機(jī)構(gòu)，而同時具有為生產(chǎn)鋁而設(shè)計的電解池陽極框架移動所必需的功率和拉力，對于生產(chǎn)鋁來說，包括陽極質(zhì)量在內(nèi)的質(zhì)量典型的是幾十噸。按照本發(fā)明所述千斤頂?shù)臋M向尺寸典型的是500-700mm和1500-2400mm總長度(在驅(qū)動桿處于收縮位置的情況下)。
驅(qū)動輪(150)機(jī)械式連接到傳動螺桿(130)上。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中，驅(qū)動輪(150)固定到傳動螺桿(130)上，或者是傳動螺桿的一部分，驅(qū)動輪(150)的旋轉(zhuǎn)軸線R和傳動螺桿(130)的旋轉(zhuǎn)軸線T重合，以便形成一個共用的旋轉(zhuǎn)軸線A。
優(yōu)選的是，電機(jī)(200)的軸線M與蝸桿(160)的軸線V是重合的。蝸桿(160)的軸線V通常垂直于驅(qū)動輪的軸線R。
套筒(120)有利的是與千斤頂?shù)臍んw(110)連通，以便具有單一的潤滑劑儲存器，通常是通過開口(114)。驅(qū)動桿(140)的軸向內(nèi)腔(141)有利的是與套筒(120)連通，通常是通過在它的壁中所形成的開口(146)，以便能潤滑螺紋。驅(qū)動桿(140)的外端設(shè)置一個連接機(jī)構(gòu)(145)。
千斤頂(100，100′)優(yōu)選的是在驅(qū)動桿(140)和套筒(120)之間包括一個密封件(122)?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，有利的是采用一種剛性套筒(120)而不是波紋管形套筒，所述波紋管形套筒通常是裝配在具有大行程的常規(guī)千斤頂上。波紋管形套筒在使用期間連續(xù)地折疊和伸展，缺點(diǎn)是對由磨損材料如懸浮在電解池環(huán)境中的氧化鋁所引起的磨耗很敏感，并且該磨損材料可能沉積在波紋管的折疊中。
套筒(120)有利的是包括一個長的管狀部分(通常具有長度大致等于在其內(nèi)部的驅(qū)動桿的行程)，以便給驅(qū)動桿的移動導(dǎo)向。
按照本發(fā)明所述的千斤頂?shù)尿?qū)動輪(150)優(yōu)選的是支承在至少一個軸承(151，152)上。軸承可以設(shè)置在與傳動螺桿(130)相對的一側(cè)上，或者設(shè)置在驅(qū)動輪與傳動螺桿之間。
千斤頂連接機(jī)構(gòu)(111)可以放在千斤頂?shù)暮竺娌糠?112)，換句話說放在與驅(qū)動桿(140)相對的千斤頂?shù)牟糠稚?，或者是放在千斤頂?shù)那懊娌糠?113)上，通常是在套筒(120)上。
千斤頂?shù)尿?qū)動電機(jī)(200)可以是一個千斤頂專用，或者可以是兩個或多個千斤頂共用。如果是兩個千斤頂共用，則電機(jī)軸通常是穿過電機(jī)并在電機(jī)每一側(cè)上連接到該千斤頂上。如果電機(jī)軸連接到兩個或多個千斤頂上，則傳動裝置可以更緊湊，并且各千斤頂可以同步。
按照本發(fā)明所述的千斤頂最特別適合用于生產(chǎn)鋁的電解池中。因此，本發(fā)明的另一個目的是將按照本發(fā)明所述的千斤頂(100，100′)用于移動為生產(chǎn)鋁而設(shè)計的電解池(1)上層結(jié)構(gòu)(10)的陽極框架(12)。
本發(fā)明的另一個目的是一種上層結(jié)構(gòu)(10)，所述上層結(jié)構(gòu)(10)待安裝在用于生產(chǎn)鋁的電解池(1)中，并包括一個陽極框架(12)和至少一個按照本發(fā)明的千斤頂(100，100′)，以便使上述框架移動。本發(fā)明的另一個目的是一種裝備有這種上層結(jié)構(gòu)(10)的電解池(1)。
上述電解池(1)可以在通常是大于300KA，或甚至大于400KA、及可能大于500KA的電流強(qiáng)度下工作。
標(biāo)號明細(xì)表1 電解池2 電解槽3 陽極4 陽極桿10 上層結(jié)構(gòu)11 固定框架12 陽極框架20，21，22，21′，22′ 連桿30，31，32，……，31′，32′，…… 杠桿100，100′ 千斤頂
110 千斤頂殼體111 連接機(jī)構(gòu)112 千斤頂后面部分113 千斤頂前面部分114 開口120 套筒121 開口122 密封件130 傳動螺桿140 驅(qū)動桿141 軸向內(nèi)腔142 螺紋143 帶螺紋的終端部件(螺母)144 驅(qū)動桿的內(nèi)端145 連接機(jī)構(gòu)146 開口150 驅(qū)動輪151，152軸承160 蝸桿200 驅(qū)動電機(jī)210 電機(jī)軸A 千斤頂軸線D 傳動螺桿平均直徑E 減速裝置中心距M 電機(jī)軸線R 驅(qū)動輪軸線RR 減速比T 驅(qū)動桿軸線V 蝸桿軸線
權(quán)利要求
1.千斤頂(100，100′)包括一個具有一個開口(121)的套筒(120)；一個包括一個軸向內(nèi)腔(141)和螺紋(142)并能在上述開口(121)中移動的驅(qū)動桿(140)；一個傳動螺桿(130)，該傳動螺桿(130)插在所述軸向內(nèi)腔(141)中，并能與所述螺紋(142)協(xié)同操作，以便在所述套筒(120)中和在上述開口(121)中移動所述驅(qū)動桿(140)；一個帶齒的驅(qū)動輪(150)該驅(qū)動輪(150)連接到傳動螺桿(130)上；一個蝸桿(160)，該蝸桿(160)可以連接到驅(qū)動電機(jī)(200)的軸(210)上，并可以與驅(qū)動輪(150)協(xié)同操作以轉(zhuǎn)動該驅(qū)動輪(150)；其特征在于，驅(qū)動輪(150)的軸線R與蝸桿(160)的軸線V之間的中心距E在100mm和350mm之間，蝸桿(160)與驅(qū)動輪(150)之間的減速比RR在300∶1和80∶1之間。
2.按照權(quán)利要求1所述的千斤頂(100，100′)，其特征在于，中心距E是在150mm和300mm之間。
3.按照權(quán)利要求1所述的千斤頂(100，100′)，其特征在于，中心距E是在180mm和290mm之間。
4.按照權(quán)利要求1-3其中之一所述的千斤頂(100，100′)，其特征在于，減速比RR是在100∶1和250∶1之間。
5.按照權(quán)利要求1-3其中之一所述的千斤頂(100，100′)，其特征在于，減速比RR是在140∶1和200∶1之間。
6.按照權(quán)利要求1-5其中之一所述的千斤頂(100，100′)，其特征在于，千斤頂?shù)奈仐U(160)是，或者可能是，直接接合在驅(qū)動電機(jī)(200)的軸(210)上。
7.按照權(quán)利要求1-6其中之一所述的千斤頂(100，100′)，其特征在于，傳動螺桿(130)的平均直徑D為小于150mm。
8.按照權(quán)利要求1-6其中之一所述的千斤頂(100，100′)，其特征在于，傳動螺桿(130)的平均直徑D是在50mm和120mm之間。
9.按照權(quán)利要求1-6其中之一所述的千斤頂(100，100′)，其特征在于，傳動螺桿(130)的平均直徑D是在75mm和105mm之間。
10.按照權(quán)利要求1-9其中之一所述的千斤頂(100，100′)，其特征在于，螺紋(142)在一帶螺紋的終端部件(143)上形成，上述帶螺紋的終端部件(143)固定到驅(qū)動桿(140)的內(nèi)端(144)上或者是驅(qū)動桿(140)的一部分。
11.按照權(quán)利要求1-10其中之一所述的千斤頂(100，100′)，其特征在于，螺距(142)是在14mm和20mm之間。
12.按照權(quán)利要求1-10其中之一所述的千斤頂(100，100′)，其特征在于，螺距(142)是在16mm和18mm之間。
13.按照權(quán)利要求1-12其中之一所述的千斤頂(100，100′)，其特征在于驅(qū)動輪(150)固定到傳動螺桿(130)上，或者是傳動螺桿(130)的一部分；驅(qū)動輪(150)的旋轉(zhuǎn)軸線R與傳動螺桿(130)的旋轉(zhuǎn)軸線T重合，以便形成一個共用旋轉(zhuǎn)軸線A。
14.利用按照權(quán)利要求1-13其中之一所述的千斤頂(100，100′)來移動為生產(chǎn)鋁而設(shè)計的電解池(1)上層結(jié)構(gòu)(10)的陽極框架(12)。
15.一種上層結(jié)構(gòu)(10)，待安裝在用于生產(chǎn)鋁的電解池(1)中，并包括一個陽極框架(12)和至少一個按照權(quán)利要求1-13其中之一所述的千斤頂(100，100′)，以便移動上述框架。
16.一種電解池(1)，裝備有一個按照權(quán)利要求15所述的上層結(jié)構(gòu)(10)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用來移動生產(chǎn)鋁所用的電解池陽極框架的千斤頂。按照本發(fā)明，上述千斤頂(100，100′)包括一個外套(120)，所述外套(120)具有一個開口(121)；一個驅(qū)動桿(140)，所述驅(qū)動桿(140)包括一個軸向內(nèi)腔(141)和螺紋部分(142)，并可以在開口中移動；一個傳動螺桿(130)，所述傳動螺桿(130)插入內(nèi)腔中，并可以與螺紋部分協(xié)同操作，以便使驅(qū)動桿(140)在外套(120)中和開口(121)中移動；帶齒的驅(qū)動輪(150)，所述驅(qū)動輪(150)連接到傳動螺桿(130)上；和一個雙頭螺桿，所述雙頭螺桿可以連接到驅(qū)動電機(jī)(200)的軸上，并可與使其旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動輪(150)協(xié)同操作。本發(fā)明其特征在于，驅(qū)動輪軸線R與雙頭螺桿軸線V的中心距為100－350mm；雙頭螺桿與驅(qū)動輪之間的減速比RR是在300∶1和80∶1之間。本發(fā)明的千斤頂能同時實(shí)現(xiàn)比較高的牽引功率和力，而同時只占一比較有限的體積。
文檔編號C25C3/10GK1754053SQ200480004976
公開日2006年3月29日 申請日期2004年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月28日
發(fā)明者A·范阿克, A·費(fèi)爾南德斯德格拉多 申請人:E.C.L.公司