專(zhuān)利名稱(chēng)：從鋁電解槽提取熱的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從用于生產(chǎn)鋁的電解槽提取熱的方法和裝置。具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及通過(guò)沿著陽(yáng)極靶莖向上的熱傳導(dǎo)對(duì)陽(yáng)極/棒/軛部組件的冷卻，以及對(duì)這種冷卻效果的增強(qiáng)和控制。
背景技術(shù)：
鋁電解槽中的陽(yáng)極組件由陽(yáng)極靶莖(anode stem)(導(dǎo)桿(rod))、具有棒(突出部) 的陽(yáng)極軛部和碳陽(yáng)極塊組成。靶莖的上端通過(guò)夾具附連到陽(yáng)極桿(beam)，并且其下端與陽(yáng)極軛部相連。棒與陽(yáng)極碳?jí)K成為一體。陽(yáng)極靶莖可以由鋁或者銅制成，而軛部由鋁、銅制成或者象通常那樣由鋼制成。棒由鋼制成。靶莖與軛部之間的電和機(jī)械連接由雙金屬板構(gòu)建。 將棒緊固在碳?jí)K中的孔內(nèi)的一種傳統(tǒng)方式是通過(guò)鑄鐵。除了給陽(yáng)極供應(yīng)電流以及給陽(yáng)極桿提供機(jī)械連接，因此將陽(yáng)極固定在其正確的位置上之外，陽(yáng)極靶莖在電解槽的能量平衡中起重要的作用。輸入到電解槽的電能的大約 50%損失為熱。上至50%的熱損失發(fā)生在電解槽的頂部，并且其大部分還是通過(guò)陽(yáng)極。通常，對(duì)于300kA的電解槽而言大約6_7kW的熱從電解質(zhì)起、通過(guò)每個(gè)陽(yáng)極碳?jí)K并且向上傳導(dǎo)。其一部分通過(guò)陽(yáng)極頂部上的陽(yáng)極覆蓋材料，但是大部分熱(每個(gè)陽(yáng)極大約 5kff)通過(guò)棒傳導(dǎo)并且進(jìn)入到軛部中。然后大約4kw通過(guò)電磁輻射和對(duì)流熱傳遞從軛部和棒消散掉，而剩余的IkW傳導(dǎo)到陽(yáng)極導(dǎo)桿中。傳導(dǎo)到陽(yáng)極導(dǎo)桿中的一部分熱消散到頂部外皮 (top crust)與上部結(jié)構(gòu)之間的氣體中，并且另一部分消散到上部結(jié)構(gòu)外部。鋁電解槽內(nèi)的能量平衡是非常需要慎重考慮的。極端重要的是正確地保持能量平衡，因?yàn)殡娊獠鄄僮鲊?yán)重依賴(lài)于在電解槽的內(nèi)壁處具有一層凍結(jié)的電解質(zhì)以保護(hù)內(nèi)層 (lining)。當(dāng)在現(xiàn)有的電解電池列(potline)中增加安培數(shù)時(shí)，必須采取許多行動(dòng)來(lái)適應(yīng)于更高的電流。眾所周知的措施是使用具有高導(dǎo)電性的碳陰極，適應(yīng)更大的(更長(zhǎng)的)陽(yáng)極，通過(guò)使用更薄的側(cè)壁來(lái)增大電解槽腔的尺寸，并且減小陽(yáng)極-陰極距離(A⑶)。然而，對(duì)陽(yáng)極尺寸是有上限的，并且對(duì)可以使用而不額外損失電流效率和不冒磁流體動(dòng)力電解槽不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)的ACD是有下限的。從某種觀點(diǎn)看，只有通過(guò)保持ACD恒定并且采取措施來(lái)增加流出電解槽的熱，才可能進(jìn)一步增加安培數(shù)。正如可提出證據(jù)加以證明的那樣，增加熱損失最簡(jiǎn)單的方式是通過(guò)在每個(gè)陽(yáng)極中增加棒的數(shù)量，或者通過(guò)增大棒的直徑。除了增加熱損失之外，這種方式還具有減小陽(yáng)極組件的電阻的固有益處。然而，通過(guò)棒增加熱損耗達(dá)不到與增加橫截面積成正比，并且更大的棒尺寸可能帶來(lái)陽(yáng)極碎裂的問(wèn)題。從棒/軛部的增加的熱損失還將導(dǎo)致增高未凈化氣體(raw gas)的溫度。為什么這是不期望的至少存在三個(gè)原因1)如果溫度增至高于其設(shè)計(jì)的操作溫度，則會(huì)增加與干式氣體洗滌器中的過(guò)濾袋相關(guān)的維護(hù)成本，2)由于該區(qū)域中許多機(jī)電設(shè)施的緣故，保持上部結(jié)構(gòu)的溫度低于某限度是重要的，3)對(duì)工作在電解槽附近的操作員可能存在增大的熱壓。因此必須通過(guò)增加吸入到電解槽中的空氣來(lái)補(bǔ)償額外的熱損失。然而，排氣管和氣體洗滌系統(tǒng)中的氣流是在鋁工廠中目前最大的質(zhì)量流(例如80噸空氣/每噸鋁)，并且運(yùn)輸氣體的成本與容積流的立方(cube)大致成正比。此外，增加的吸入率還將需要按比例增加與干式洗滌系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)備。對(duì)提高未凈化氣體溫度而不增大吸入率的問(wèn)題的一種解決方式是通過(guò)將水霧噴到未凈化氣體管中使未凈化氣體冷卻下來(lái)，如W02004064984中公開(kāi)的那樣。與這種冷卻未凈化氣體的方式相關(guān)的一個(gè)可能的缺點(diǎn)是未凈化氣體管中增加的腐蝕。另外，供應(yīng)給電解槽的氧化鋁中的水分將增加，這可能給環(huán)境帶來(lái)更高的HF發(fā)射。在干式氣體洗滌器前面降低溫度的一種更好的方式可能是將一個(gè)或多個(gè)熱交換器放到未凈化氣體流中。與滿(mǎn)是灰塵和污染的未凈化氣體中的污垢相關(guān)的問(wèn)題看來(lái)得到了解決參見(jiàn)W02006009459中的描述。可以通過(guò)主動(dòng)冷卻陽(yáng)極軛部來(lái)實(shí)現(xiàn)降低未凈化氣體溫度、以及強(qiáng)效增加通過(guò)陽(yáng)極的熱流近來(lái)得以公開(kāi)(W02006088375)。在這個(gè)思想下，安培數(shù)增加、以及從未凈化氣體取出的熱量的可能性看來(lái)非常高。然而，在某些情況下，在電解槽的上部結(jié)構(gòu)處對(duì)陽(yáng)極軛部和必要設(shè)施的更改仍可能需要高得不能接受的投資。N0318164B1公開(kāi)了一種在用于鋁生產(chǎn)的電解槽中對(duì)惰性電極的控制方法。要解決的問(wèn)題是通過(guò)遠(yuǎn)離活躍的陽(yáng)極表面?zhèn)鬏敓醽?lái)減少陽(yáng)極材料的分解，以及通過(guò)優(yōu)選保持活躍的陰極表面的溫度高于電解質(zhì)的溫度來(lái)減少在該表面上的沉積形成。通過(guò)解決該問(wèn)題，可以改善基于惰性電極的電解過(guò)程。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明描述的冷卻陽(yáng)極組件的一個(gè)主要目的是能夠升高電解槽上的安培數(shù)同時(shí)在電解液相(bath phase)中維持側(cè)擋(ledge)和端擋(冷凍的電解液)而不減少ACD， 不增大棒和軛部的尺寸，并由此不增高未凈化氣體的溫度。利用主動(dòng)冷卻從陽(yáng)極去除熱還將增加棒、軛部和靶莖作為使熱離開(kāi)產(chǎn)生最多熱的極間距離的吸熱件的效率。對(duì)此的理由是因?yàn)殇摰奶囟ǖ膶?dǎo)電性和熱傳導(dǎo)性將增大并由此導(dǎo)致通過(guò)棒和軛部增大熱損失，并且還因?yàn)閷⒃诓牧?鋼)中產(chǎn)生更少的內(nèi)熱。對(duì)具有主動(dòng)冷卻的陽(yáng)極的熱平衡模型計(jì)算已經(jīng)顯示出維持極間距離并保持側(cè)擋恒定的安培數(shù)增大10%的可能性。本發(fā)明的基本思想是從電解槽內(nèi)部提取更多熱，以及通過(guò)增加沿著陽(yáng)極靶莖從電解槽傳導(dǎo)的熱量來(lái)減少消散到未凈化氣體中的熱?？梢酝ㄟ^(guò)改善沿著靶莖的傳導(dǎo)性或者通過(guò)安裝對(duì)流熱傳遞電路(機(jī)械加工到靶莖的內(nèi)部或者固定到靶莖上)來(lái)實(shí)現(xiàn)從電解槽去除熱的增強(qiáng)。熱傳遞流體被向下循環(huán)到軛部，在此處，軛部被加熱。熱傳遞流體將該熱帶回到上部結(jié)構(gòu)的外部，熱在這里被釋放?？梢酝ㄟ^(guò)制冷劑的相變(沸騰和冷凝)來(lái)增強(qiáng)熱引入和釋放。根據(jù)本發(fā)明，可以去除影響電解槽的整體熱平衡的數(shù)量的熱。根據(jù)所附權(quán)利要求利用本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)上述優(yōu)點(diǎn)和其它優(yōu)點(diǎn)。


下面，將通過(guò)示例和圖示進(jìn)一步描述本發(fā)明，圖中圖1概括地公開(kāi)了陽(yáng)極組件，圖加-b公開(kāi)了根據(jù)本發(fā)明的陽(yáng)極靶莖的橫截面視圖的兩個(gè)實(shí)施例，
圖3公開(kāi)了為下文中論述的四種情況計(jì)算的、顯示沿著陽(yáng)極靶莖的溫度梯度的圖示。
具體實(shí)施例方式在圖1中公開(kāi)了用于電解槽的陽(yáng)極組件，該陽(yáng)極組件包括陽(yáng)極靶莖1，該陽(yáng)極靶莖與陽(yáng)極桿2以及陽(yáng)極軛部3相連，棒4從陽(yáng)極軛部3起提供與碳陽(yáng)極5的進(jìn)一步電接觸。通過(guò)增加電解槽的上部結(jié)構(gòu)6上方的靶莖的表面積、或者通過(guò)應(yīng)用沿著靶莖循環(huán)的冷卻介質(zhì)來(lái)冷卻陽(yáng)極靶莖。陽(yáng)極冷卻可以與在上部結(jié)構(gòu)下方(內(nèi)部)的陽(yáng)極靶莖處使用熱隔離材料 7相結(jié)合。在圖加和2b中顯示用于在陽(yáng)極靶莖1內(nèi)部安排介質(zhì)輸送的兩個(gè)實(shí)施例。兩個(gè)圖顯示可行的技術(shù)解決方案，這些技術(shù)解決方案還可以與陽(yáng)極軛部的冷卻(W02006088375)
相結(jié)合使用。在圖加中，陽(yáng)極靶莖1包含用于在頂部供應(yīng)或再循環(huán)的冷流體的縱向管22，和用于來(lái)自靶莖底部或者來(lái)自軛部和靶莖底部的熱流體的另一根縱向管23?？v向管23是帶有熱隔離部分M從而避免使得冷流體或者陽(yáng)極靶莖自身被加熱。這兩根管可以制成如圖加中的兩根平行的管或者如圖2b中的兩根同心的管。在圖2b中，陽(yáng)極靶莖1’包含用于在頂部供應(yīng)或再循環(huán)的冷流體的縱向管22’，和用于來(lái)自靶莖底部或者來(lái)自軛部和靶莖底部的熱流體的另一根縱向管23’。這兩根管同心地布置，它們之間設(shè)有隔離層24’。優(yōu)選的技術(shù)解決方案應(yīng)該正如較早陳述的那樣是流體，流體在靶莖的下部或者在陽(yáng)極軛部?jī)?nèi)蒸發(fā)，并且在靶莖的上部冷凝。因?yàn)樵陉?yáng)極桿與靶莖之間存在相對(duì)大的接觸表面，所以可以通過(guò)冷卻陽(yáng)極桿來(lái)提取來(lái)自靶莖頂部的熱。如果供應(yīng)給靶莖或者軛部的流體必須連續(xù)并且來(lái)自靶莖或者軛部的流體必須不連續(xù)，則這消除了陽(yáng)極替換期間需要的額外工作。在增高溫度會(huì)導(dǎo)致不可接受的壓力累積的情況下，應(yīng)該為陽(yáng)極靶莖設(shè)置安全閥?？梢酝ㄟ^(guò)泵或者壓縮機(jī)迫使冷卻介質(zhì)循環(huán)。還可以通過(guò)浮力簡(jiǎn)單地觸發(fā)循環(huán)。這是溫差環(huán)流系統(tǒng)(thermosiphon)的經(jīng)典概念。熱傳遞流體在(軛部)底部被加熱。熱傳遞流體膨脹并流到頂部(電解槽外部)，在此處它被冷卻。熱傳遞流體的密度增大并且它落回到軛部。在這方面，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，基于二氧化碳(CO2)的溫差環(huán)流系統(tǒng)是尤其符合期望的。 CO2是一種能夠減少安全問(wèn)題的惰性氣體，并且熱交換性質(zhì)非常好。計(jì)算顯示50巴(bar)下 0. 014kg/s的(X)2在300°C的熱側(cè)(軛部)與維持在100°C的靶莖頂部之間可以承載3kW。 如果熱傳遞流體在大于臨界壓力(70巴)的壓力下填充，則溫差環(huán)流系統(tǒng)在跨臨界模式中運(yùn)行?？梢詫?shí)現(xiàn)冷側(cè)與熱側(cè)之間非常大的密度差、和之后較大的流動(dòng)而沒(méi)有相變，這大大降低了不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)。為確保較大的熱提取，必須對(duì)上部結(jié)構(gòu)上方的熱傳遞流體進(jìn)行冷卻。存在著多種用以實(shí)現(xiàn)這種冷卻的方式。最簡(jiǎn)單、但并非更有效的方式是利用冷卻散熱片來(lái)增加上部結(jié)構(gòu)上方熱傳遞線路(circuit)的表面積。這些散熱片可以被噴射以例如水或者加壓空氣流。可以通過(guò)風(fēng)扇、噴頭噴出的壓縮空氣、或者通過(guò)任何其他適當(dāng)?shù)难b置提供加壓空氣流。—種更先進(jìn)的解決方案是使熱傳遞線路的頂部與外部冷卻模塊連結(jié)?？梢酝ㄟ^(guò)適當(dāng)?shù)臒峤粨Q器確保熱傳遞流體與制冷劑之間的熱交換。為增大對(duì)吊掛裝置(hanger)頂部中的蒸汽的冷卻，通過(guò)吊掛裝置向上輸送溫?zé)釟怏w的管在吊掛裝置頂部被加寬，即，對(duì)于小容器而言。該容器應(yīng)該放在氣流(current)從陽(yáng)極桿進(jìn)入吊掛裝置的區(qū)域上方。然而，需要打開(kāi)冷卻線路的解決方案可能是一種冗長(zhǎng)乏味的操作。熱傳遞的散熱片與冷卻線路之間的剛性接觸是另一種可能性，即，安裝在每個(gè)陽(yáng)極吊掛裝置頂部上的冷卻罩將確保大的表面積和到冷卻線路的良好熱傳輸。解決與替換陽(yáng)極期間的連續(xù)和不連續(xù)相關(guān)的所有問(wèn)題的一種選擇方案是通過(guò)跨過(guò)電接觸表面的傳導(dǎo)而將熱消散到陽(yáng)極桿中。這可能需要陽(yáng)極桿的冷卻，這會(huì)導(dǎo)致增加的益處，例如陽(yáng)極桿減小的歐姆電阻和更好的機(jī)械性能(增加了蠕變阻力)。理論上，應(yīng)該利用提取的熱來(lái)發(fā)電。于是冷卻線路優(yōu)選是蘭金刻度類(lèi)型的，具有驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的膨脹渦輪。從幾個(gè)陽(yáng)極靶莖提取的熱可以收集起來(lái)并引導(dǎo)到方便地布置在電解車(chē)間外部的
能量變換單元。近來(lái)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出熱電子(thermionic)材料。安裝在熱傳遞線路的散熱片上的這種材料將會(huì)確保冷卻并將熱變換成電，而無(wú)需復(fù)雜的連接。正如由以上描述和論述已經(jīng)清楚的那樣，這種提取熱的方式將增加安培數(shù)增大的可能性，并將減小隨著安培數(shù)增大對(duì)更高的空氣吸入速度的要求。但還應(yīng)該提到 通過(guò)降低軛部和陽(yáng)極吊掛裝置內(nèi)的溫度，提高了通過(guò)吊掛裝置和軛部的導(dǎo)電性，即節(jié)省了能量。 本發(fā)明將有助于以比現(xiàn)今更低的水平來(lái)穩(wěn)定吊掛裝置和軛部?jī)?nèi)的溫度，并且可以去除雙金屬接頭。如果不去除雙金屬接頭，則該結(jié)合將實(shí)行更長(zhǎng)的時(shí)期。 利用吊掛裝置和軛部?jī)?nèi)更穩(wěn)定的溫度，通過(guò)測(cè)量吊掛裝置的特定部分上的電壓降，可以比現(xiàn)今更準(zhǔn)確地間接測(cè)量通過(guò)各個(gè)吊掛裝置的安培數(shù)的測(cè)量結(jié)果。 由于陽(yáng)極組件的冷卻所致未凈化氣體溫度的降低將導(dǎo)致電解槽中更低的壓力， 這導(dǎo)致為使電解槽內(nèi)保持在一定負(fù)壓之下而需要從電解槽吸出的標(biāo)立方(Nm3)空氣更少 (降低散熱片上的能量消耗)。 從電解槽吸出較少的Nm3意味著在干式氣體洗滌器系統(tǒng)上更小的尺寸(減少投資)。未凈化氣體的更低溫度意味著對(duì)干式氣體洗滌器中的過(guò)濾器袋更少的維護(hù)(減小維護(hù)成本)。 從陽(yáng)極組件向電解槽排出的熱更少，將被引導(dǎo)通過(guò)罩并且引導(dǎo)到工作區(qū)域中的熱更少，換言之，對(duì)于操作者的熱壓更小。在夏天或者在電解車(chē)間內(nèi)具有高溫的世界上的某些地方這是特別重要的。 通過(guò)對(duì)陽(yáng)極組件的冷卻進(jìn)行調(diào)節(jié)，將可能改變輸入到電解槽中的凈熱。當(dāng)電解槽系列中的電力在較短或較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)被減少時(shí)，可以通過(guò)從吊掛裝置去除更少的熱而使用這種方式。這樣將減少由于缺乏足夠的電力不得不關(guān)停的電解槽的數(shù)量。如果將具有增加的棒/軛部/吊掛裝置尺寸的解決方案選擇為用于增大安培數(shù)的手段，則不能這樣做。 還可以通過(guò)對(duì)在常規(guī)操作條件下而非將陽(yáng)極向上和向下移動(dòng)(功率脈沖 (power pulsing))的條件下對(duì)輸入到電解槽的效果(effect)進(jìn)行調(diào)節(jié)來(lái)使用所提出的技術(shù)解決方案。如果電解槽需要更多的熱，則從電解槽上的全部或者一些陽(yáng)極組件去除更少的熱，而如果電解槽需要更少的熱，則從陽(yáng)極組件比正常情況下去除更多的熱。這樣對(duì)陽(yáng)極向上和向下運(yùn)動(dòng)(以增加或減少輸入到電解槽的熱)的需要將更少，并且因此保持更恒定的極間距離(Ara)將是可能的。通過(guò)保持A⑶更加恒定，將減少電解液平面(bath level) 中的波動(dòng)，并且還將改善過(guò)程控制，因?yàn)殛?yáng)極的運(yùn)動(dòng)通常將擾亂給予確定氧化鋁的添加的調(diào)節(jié)器的電阻信號(hào)。 通過(guò)冷卻軛部，將減少對(duì)長(zhǎng)陽(yáng)極棒(通常為30cm)的需要，并因而由于棒中更低的電壓降而可以減小特定的能量消耗。減少I(mǎi)Ocm應(yīng)該不成問(wèn)題。這還將增加來(lái)自棒的熱損失。 縮短棒的長(zhǎng)度將允許更高的陽(yáng)極而不增加上部結(jié)構(gòu)的高度。(減少投資成本) 更冷的陽(yáng)極軛部將減少吊掛裝置中雙金屬板的維護(hù)成本，因?yàn)殡p金屬板內(nèi)的溫度更低；并且還由于軛部更少的熱膨脹，減小了牛仔效應(yīng)(cowboy effect)，和因此作用在棒上的更小的膨脹力。 如果棒上的溫度被降低，則由于棒上比陽(yáng)極上更高的熱膨脹導(dǎo)致的陽(yáng)極裂縫的可能性將被減少。 軛部上更低的溫度還將使得在軛部中使用并非鋼的其他材料更容易，例如比鋼具有更高的熱傳導(dǎo)性和更高的導(dǎo)電性的銅。甚至還可以考慮鋁軛部。為了示出和強(qiáng)調(diào)本發(fā)明的主要思想和特征，制作了陽(yáng)極靶莖及其環(huán)境的簡(jiǎn)化模型。該模型考慮了沿著陽(yáng)極靶莖的熱傳導(dǎo)和從靶莖消散的熱。使用單一的熱傳遞系數(shù)計(jì)算從靶莖傳遞到環(huán)境的熱，所述單一的熱傳遞系數(shù)旨在包含傳統(tǒng)的熱傳遞和電磁輻射兩者。 正如已經(jīng)指出的那樣，并非要使該模型非常準(zhǔn)確，但是仍認(rèn)為結(jié)果比數(shù)量級(jí)估計(jì)好得多。在計(jì)算中，假設(shè)陽(yáng)極靶莖下端與雙金屬板之間的邊界是恒定的)?？紤]四種情況，如下面簡(jiǎn)要解釋的那樣，情況1 靶莖上無(wú)熱隔離，無(wú)額外的冷卻(參考情況，現(xiàn)今的標(biāo)準(zhǔn))。情況2 靶莖上無(wú)熱隔離，在離開(kāi)下端1米處靶莖冷卻到50°C。情況3:靶莖在上部結(jié)構(gòu)下方(內(nèi)部)熱隔離，并且在離開(kāi)下端1米處被冷卻到 50 "C。情況4 靶莖在上部結(jié)構(gòu)下方(內(nèi)部)熱隔離，但是無(wú)額外的冷卻。計(jì)算結(jié)果在表1 (熱流)中和圖2 (沿著靶莖的溫度梯度)中給出。當(dāng)比較情況2和情況1 (參考情況)時(shí)，人們觀察到上部結(jié)構(gòu)外部的靶莖的冷卻致使傳導(dǎo)到陽(yáng)極靶莖內(nèi)的熱量增加。當(dāng)然，如果陽(yáng)極靶莖被冷卻到更低溫度，或者冷卻到更接近于軛部，則這個(gè)效果甚至?xí)语@著。情況3可比于情況2，除了靶莖在上部結(jié)構(gòu)下方(內(nèi)部)被熱隔離。在這種情況下，傳導(dǎo)到靶莖內(nèi)的熱量變得更低，但是另一方面，消散到未凈化氣體中的熱被消除。因此隔離軛部是降低未凈化氣體溫度的有效手段。然而，當(dāng)比較情況3和情況4時(shí)，很清楚只有與冷卻相結(jié)合才應(yīng)該隔離靶莖，否則傳導(dǎo)到靶莖內(nèi)的熱將會(huì)有相當(dāng)大的減少。實(shí)現(xiàn)陽(yáng)極靶莖的冷卻存在多種方式。最簡(jiǎn)單、但并非更有效的方式是增大上部結(jié)構(gòu)上方的靶莖的表面積，即，給陽(yáng)極靶莖提供冷卻散熱片。實(shí)現(xiàn)陽(yáng)極靶莖的冷卻的其他方式在上述實(shí)施例中進(jìn)行了描述。然而，應(yīng)該理解本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)不限于這些實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.從用于生產(chǎn)鋁的電解槽提取熱的裝置，所述電解槽包括上部結(jié)構(gòu)，所述上部結(jié)構(gòu)具有一個(gè)或多個(gè)懸掛的陽(yáng)極，所述陽(yáng)極通過(guò)陽(yáng)極靶莖而懸掛，所述陽(yáng)極靶莖的上端附連到陽(yáng)極桿，并且所述陽(yáng)極靶莖的下端附連到陽(yáng)極軛部，其特征在于，經(jīng)由所述陽(yáng)極靶莖提取熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述陽(yáng)極靶莖被冷卻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，在所述陽(yáng)極靶莖處于所述上部結(jié)構(gòu)內(nèi)部的那部分應(yīng)用熱隔離。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，通過(guò)增加所述靶莖的表面積使來(lái)自所述電解槽的上部結(jié)構(gòu)上方的所述靶莖的熱損失增加而發(fā)生所述冷卻。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，通過(guò)應(yīng)用沿著所述陽(yáng)極靶莖循環(huán)的冷卻介質(zhì)而發(fā)生所述冷卻。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述靶莖的部件中一體地設(shè)有單獨(dú)封閉的冷卻線路，可能的軛部和棒、或者它們的每一個(gè)中的各個(gè)線路通過(guò)相同的冷卻介質(zhì)直接或間接地將熱傳遞到沿著所述陽(yáng)極靶莖循環(huán)的冷卻介質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，應(yīng)用冷卻介質(zhì)，所述冷卻介質(zhì)是氣體、液體、或者能夠蒸發(fā)和冷凝的液體， 特別是CO2，即，用以避免高壓連接到冷卻回路，使得陽(yáng)極更換過(guò)程簡(jiǎn)單化。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，通過(guò)自然對(duì)流或者通過(guò)使用泵或壓縮機(jī)強(qiáng)制對(duì)流而使所述冷卻介質(zhì)循環(huán)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8所述的裝置，其特征在于，熱從所述陽(yáng)極靶莖的下部輸出、并且通過(guò)來(lái)自冷卻散熱片的自然對(duì)流而消散到電解車(chē)間中，所述冷卻散熱片優(yōu)選為用水噴霧的、或者暴露于受壓空氣流。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-8所述的裝置，其特征在于，熱通過(guò)冷卻劑從所述陽(yáng)極靶莖的下部輸出、并且消散到電解車(chē)間外部或者熱交換器中，在熱交換器處的熱能夠被回收以發(fā)電。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-8所述的裝置，其特征在于，熱通過(guò)冷卻劑從所述陽(yáng)極靶莖的下部輸出、并且通過(guò)產(chǎn)生電的熱電子材料而消散。
12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，經(jīng)由附連到所述靶莖外部、或者在所述靶莖內(nèi)部的通道中的管而將所述冷卻介質(zhì)應(yīng)用于所述靶莖。
13.一種從用于生產(chǎn)鋁的電解槽提取熱的方法，所述電解槽包括上部結(jié)構(gòu)，所述上部結(jié)構(gòu)具有一個(gè)或多個(gè)懸掛的陽(yáng)極，所述陽(yáng)極通過(guò)陽(yáng)極靶莖而懸掛，所述陽(yáng)極靶莖的上端附連到陽(yáng)極桿，并且所述陽(yáng)極靶莖的下端附連到陽(yáng)極軛部，其特征在于，經(jīng)由所述陽(yáng)極靶莖從所述槽提取熱。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，在根據(jù)權(quán)利要求1-12的裝置的基礎(chǔ)上執(zhí)行所述方法。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，通過(guò)傳導(dǎo)到所述陽(yáng)極桿中而從所述靶莖提取熱。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法， 其特征在于，所述陽(yáng)極桿被冷卻。
全文摘要
一種從用于生產(chǎn)鋁的電解槽提取更多熱的方法和裝置，以補(bǔ)償隨著安培數(shù)增大在電解槽中產(chǎn)生的額外的熱，以及減小從電解槽消散到未凈化氣體中的熱量。電解槽中的陽(yáng)極組件包含與陽(yáng)極桿(2)和陽(yáng)極軛部(3)相連的陽(yáng)極靶莖(1)，棒(4)從陽(yáng)極軛部(3)起提供與碳陽(yáng)極(5)的進(jìn)一步的電接觸。例如通過(guò)增加電解槽的上部結(jié)構(gòu)(6)上方的靶莖的表面積、或者通過(guò)應(yīng)用沿著靶莖循環(huán)的冷卻介質(zhì)來(lái)冷卻陽(yáng)極靶莖。陽(yáng)極冷卻可以與在上部結(jié)構(gòu)內(nèi)部的陽(yáng)極靶莖處使用熱隔離材料(7)相結(jié)合。
文檔編號(hào)C25C3/08GK102203325SQ200980143062
公開(kāi)日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2009年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月31日
發(fā)明者A·索爾海姆, B·P·莫克斯內(nèi)斯, P·納克薩, S·約爾文, Y·拉達(dá)姆 申請(qǐng)人:諾爾斯海德公司