專利名稱：用于鋁生產(chǎn)的一系列槽的兩個連續(xù)槽之間的電連接設(shè)備的制作方法
用于鋁生產(chǎn)的一系列槽的兩個連續(xù)槽之間的電連接設(shè)備
本發(fā)明涉及一種用于使用霍爾艾魯特方法生產(chǎn)鋁的一系列槽中的兩個連續(xù)槽(N-1，N)之間的電連接設(shè)備。本發(fā)明還涉及用于借助于所述電連接設(shè)備繞過屬于所述一系列槽的一個槽(N)的方法。
工業(yè)上使用霍爾艾魯特方法，通過電解主要由冰晶石組成的電解液的溶液中的氧化鋁來生產(chǎn)金屬鋁。電解液被容納在電解槽的罐中，罐包括一個鋼殼，該鋼殼內(nèi)部涂覆有耐火和/或隔離材料，陰極組件位于鋼殼的底部。
通常由碳材料制成的陽極部分浸潰在電解液中。每個陽極設(shè)有一個金屬桿，該金屬桿被設(shè)計以將它電連接并機械連接至一個陽極框架，該陽極框架相對于電解槽上方的固定塔架是移動的。
用于生產(chǎn)鋁的工廠包括沿著軸線對準的大量的槽，通常是一百或幾百個。包括一個電導體陣列的電連接設(shè)備將槽(N-1)的陰極組件串聯(lián)連接至在電流流動方向上下游的緊鄰的槽(N)的陽極框架。在一系列槽的開始和結(jié)束處，導體的端部連接至用于整流和調(diào)節(jié)的變電站的正極輸出和負極輸出。
經(jīng)過連續(xù)的槽的電流是非常高的，通常約200，000A到500，000A。從而，電導體陣列被設(shè)計為使得產(chǎn)生的大的磁場的影響彼此補償，使得這些磁場產(chǎn)生的問題(罐中熔融金屬的上表面的彎曲、不穩(wěn)定性等)減少。
由于槽(N)的運行所導致的磨損，必須周期性地修理或更換罐。為了一系列槽中的其他槽繼續(xù)生產(chǎn)，正在討論中的槽(N)被繞過，使得在更換槽(N)的罐所需時間內(nèi)，電流能直接從槽(N-1)穿過至槽(N+1)。
為此，在連接至槽(N-1)的陰極組件的第一導體和連接至槽(N)的陰極組件的第二導體之間放置短路楔塊是已知的。因此，電流不經(jīng)過槽(N)的陽極框架，從槽(N-1)的陰極組件流至槽(N)的陰極組件，并接著被送至槽(N+1)的陽極框架。
由于非常強的電流流經(jīng)導體，因此通常必須使用平行的至少兩個楔塊，使得每個楔塊僅接收流經(jīng)導體的總電流的一部分。
遇到的問題是因為如上文所述的磁場補償，以及空間要求，導體的布局被限制。
因此通常具有如下一個導體布局，其中:
-第一導體具有位于所述罐(N-1)和(N)之間的一個部分，在該部分中，電流流向罐的對準軸線；
-第二導體具有位于所述罐(N-1)和(N)之間的一個部分，在該部分中，電流流動遠離罐的對準軸線；
所述第一導體的所述部分和所述第二導體的所述部分基本彼此平行。
為了繞過槽(N)，第一楔塊和第二楔塊被插入所述第一導體的所述部分和所述第二導體的所述部分之間，所述第二楔塊更朝向槽的對準軸線。因此由于這樣，建立了從第一導體到第二導體的兩條電流流動的路徑，即經(jīng)過第一楔塊的第一路徑和經(jīng)過第二楔塊的第二路徑。由于第一導體中的流動方向和第二導體中的流動方向相反，兩條路徑具有不同的長度。具體地，第二路徑長于第一路徑，因此具有較高的電阻(由于部件的相似性，即，楔塊和導體的相似性)。
結(jié)果是，流經(jīng)楔塊的電流明顯不平衡。例如，第一楔塊可具有總電流的最高達70%，而第二楔塊僅30%。這是不期望的。一方面，第一楔塊具有過早惡化的風險。另一方面，電流不平衡可導致第一楔塊中的電流的極限，以及第二楔塊中電流容量的未充分利用，從而限制了旁路組件的總的電流容量。
本發(fā)明旨在解決上述缺陷，通過在兩個連續(xù)槽之間提供一個電連接設(shè)備，該電連接設(shè)備允許在繞過一個槽時提供更好的電平衡，不產(chǎn)生任何感應磁不平衡，并考慮極端的空間限制。
為此，本發(fā)明涉及一種用于通過霍爾艾魯特方法生產(chǎn)鋁的一系列槽中的兩個連續(xù)槽(N-1，N)之間的電連接設(shè)備，所述槽沿著一軸線對準，每個槽包括一個電解槽，該電解槽容納一個陰極組件和一個用于支承陽極的陽極框架，所述電連接設(shè)備包括將槽(N-1)的陰極組件串聯(lián)連接至下游的緊鄰的槽(N)的陽極框架的一個電導體陣列，該電導體陣列至少包括:
-第一導體，連接至槽(N-1)的陰極組件和槽(N)的陽極框架，所述第一導體具有位于所述罐(N-1)和所述罐(N)之間的一個部分，在該部分中，電流在罐的對準軸線的方向上流動；
-第二導體，連接至槽(N)的陰極組件和下游的緊鄰的槽(N+1)的陽極框架，所述第二導體具有位于罐(N-1)和罐(N)之間的一個部分，在該部分中，電流流動遠離罐的對準軸線，所述第一導體的所述部分和所述第二導體的所述部分彼此基本平行；
-至少兩個座(1gement),以接收短路楔塊。
根據(jù)本發(fā)明的一般定義，所述導體陣列還包括一個用于電平衡的基本平行于所述部分延伸的第三導體，所述第三導體電連接至所述第一導體的所述部分或所述第二導體的所述部分，用于接收楔塊的兩個座分別布置在所述第二導體的所述部分和所述第三導體之間或所述第一導體的所述部分和所述第三導體之間。
根據(jù)本發(fā)明的一個有利實施方案，所述用于接收短路楔塊的至少兩個座被布置在所述第一導體的所述部分和所述第二導體的所述部分之間，且用于平衡電流的所述第三導體位于所述第一導體的所述部分和所述第二導體的所述部分之間。
所述第三導體有利地被布置為使得當所述短路楔塊被插入所述座時，在所述第三導體中流動的電流在與所述第三導體連接的所述第一導體的所述部分中的電流流動的相反方向上流動，或者在與所述第三導體連接的所述第二導體的所述部分中的電流流動的相反方向上流動。
因此，通過本發(fā)明，當槽(N)被繞過時，通過其中電流在相同方向上流動的兩個平行導體之間的楔塊得到電連接，即:第二導體的所述部分和第三導體，或者第一導體的所述部分和第三導體。
以此方式，建立了長度基本相同并具有基本相同的部件的兩條電流流動路徑。因此這兩條路徑具有基本相同的電阻，在兩個楔塊之間獲得電流平衡。
通常，第一導體是一個繞過槽(N-1)的導體，和/或第二導體是一個繞過槽(N)的導體。
該連接設(shè)備還可包括一個隔離元件， 該隔離元件布置在所述第三導體和所述第三導體連接的所述第一導體的所述部分之間，或布置在所述第三導體和所述第三導體連接的所述第二導體的所述部分之間。該隔離部件防止可能會導致不期望的短路的導體的彎曲。
根據(jù)一個可能的實施方案，所述槽的罐大體為矩形，并垂直于槽的對準軸線布置，所述第一導體的所述部分和所述第二導體的所述部分基本平行于所述罐的長邊延伸。
有利地，在與所述第一導體的所述部分和所述第二導體的所述部分延伸的方向正交的平面中觀察，用于接收短路楔塊的至少一個座可具有一個傾斜面，使得所述座在楔塊插入的方向上具有會聚形狀。
在被經(jīng)過槽的對準軸線的豎直平面分開的每個半空間中，該連接設(shè)備可包括用于接收楔塊的一組兩個座，以及用于接收至少一個楔塊的一個額外座，所述兩個座位于罐的側(cè)邊緣附近，所述額外座位于所述一組兩個座和所述槽的對準軸線之間。
在實踐中，電流被該組兩個楔塊繞過。最靠近對準軸線的這些等勢楔塊的主要功能是平衡電流。
根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及一種通過如前所述的電連接設(shè)備來繞過屬于使用霍爾艾魯特方法生產(chǎn)鋁的一系列槽中的一個槽(N)的方法，其中，第一楔塊和第二楔塊被插入用于接收短路楔塊的座，該座布置在所述第二導體的所述部分和所述第三導體之間，或者布置在所述第一導體的所述部分和所述第三導體之間。
下文參考附圖，描述了本發(fā)明的作為非限制性實施例的若干可能的實施方案。


圖1是串聯(lián)電連接的一系列連續(xù)電解槽(N_1)、(N)、(N+1)的示意性截面。
圖2是以簡化方式示出槽之間的導體陣列，并示出現(xiàn)有技術(shù)的短路楔塊的布置的圖1中的槽(N-1)和(N)的局部俯視圖。
圖3是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的位于兩個楔塊附近的電導體陣列的示意性表示。
圖4是根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的位于兩個楔塊附近的電導體陣列的一部分的示意性表示。
圖5是根據(jù)本發(fā)明第二實施方案的位于兩個楔塊附近的電導體陣列的一部分的示意性表示。
圖6是在接收一個楔塊的座的區(qū)域中，導體被橫切的截面圖。
如圖1和2中示出的，電解槽100包括一個總體為矩形形狀的罐1，罐I具有兩個短邊和兩個長邊。軸線(X)被定義為平行于短邊并基本位于罐I中間，方向(y)是與(X)正交的水平方向。`
罐I通常包括一個金屬罐殼2，襯有耐火材料(未示出)和多個陰極組件，該陰極組件基本平行于(X)定向，各自具有連接至母線4的碳材料陰極3。
槽100還包括一個陽極組件，該陽極組件包括沿著(y)定向并位于罐I上方的陽極框架5。在陽極框架5上固定有桿7，每個桿7設(shè)有固定至碳材料陽極6的一個多極(multipode) 8。
在運行時，罐I包括液態(tài)鋁床、液體浴床和以固態(tài)浴和氧化鋁為主要成分的蓋。
如圖1和2中看到的，若干個槽100沿著軸線(X)連續(xù)對準，罐的兩個短邊形成兩條基本平行的直線。圖1示出了三個連續(xù)的電解槽(N-1)、(N)、(N+1)，而圖2示出了兩個連續(xù)的電解槽(N-1)、(N)。
槽100電串聯(lián)連接。為此，導體陣列被設(shè)置為串聯(lián)地將上游槽的陰極組件連接到下游的緊鄰的槽的陽極框架。術(shù)語”上游”和“下游“被根據(jù)電流流動的方向定義，這也是軸線(X)的方向。流經(jīng)串聯(lián)的槽的電流具有非常高的強度I，通常是約200，000到約500，000A。
導體陣列被設(shè)計為使得正在討論中的強度下產(chǎn)生的磁場與罐的穩(wěn)定運行一致。
對于給定的槽100，導體陣列主要包括:
-上游陰極收集器9，連接至一些母線4以及從罐I下方經(jīng)過的導體10；
-另一上游陰極收集器11，連接至另一些母線4，并由一個繞過該槽(N-1)的罐I的導體延伸；
-至少一個下游陰極收集器12，連接至至少一些母線4。
罐(N-1)的陰極收集器9、11、12和罐(N)的陽極框架5之間的電連接是通過支柱13提供的，在本文中，支柱13的數(shù)量為4個。一些可以是雙支柱，包括第一腿13a和第二腿13b，第一腿13a直接連接至下游陰極收集器12，第二腿13b通過一個從罐I下方經(jīng)過的導體10連接至上游陰極收集器9、11，或者通過一個導體繞過罐I (圖2)。
每個導體可包括一個金屬棒(通常是鋁棒)形式的剛性部分14和一個允許生產(chǎn)彎曲部分的柔性部分15。
注意到，為了簡化附圖并有助于理解本發(fā)明，旁路導體未在圖1中示出。此外，在圖2中，僅局部表示槽(N)的導體的陣列，以使陰極組件之間的連接被關(guān)注到。
如圖2中示出的，給定的槽包括一個繞過罐I的每個短邊的導體，圍繞軸線(X)以基本對稱的方式布置。該旁路導體接收當槽N被繞過時離開槽(N-1)的陰極組件的電流的大部分，通常是70%至95%。
并且，每個旁路導體以及通常槽(N-1)的旁路導體16包括:
-一個上游部分17，基本平行于(y)，位于槽(N_2)和槽(N_l)之間，并且在該部分中電流向遠離軸線(X)的方向流動；
-部分18，基本平行于(X)并沿著槽(N-1)的短邊延伸，在該部分中電流在軸線(X)的方向上流動；
-以及一個下游部分19，基本平行于(y)，位于槽(N-1)和槽(N)之間，在該部分中電流在軸線(X)的方向上流動。
當期望繞過罐(N)時，若干個楔塊被放置以允許電流從槽(N-1)的陰極組件直接流動至槽(N+1)的陽極組件。所述楔塊`被插入正在討論中的導體之間的合適的座中。
在圖2中，軸線(X)的每一側(cè)被示出:
-—方面，一組兩個側(cè)部楔塊，即第一楔塊20和第二楔塊21,第二楔塊21比第一楔塊20更靠近軸線(X)。這些楔塊20、21位于槽(N-1)的旁路導體16的下游部分19和槽(N)的旁路導體24的上游部分23之間。
-另一方面，等勢楔塊22，比所述兩個楔塊20、21更靠近軸線(X)。
對于一組兩個側(cè)部楔塊，即第一楔塊20和第二楔塊21尤其感興趣。
如圖2和圖3示出的，在現(xiàn)有技術(shù)中，楔塊20、21直接插入槽(N-1)的旁路導體16的下游部分19和槽(N)的旁路導體24的上游部分23之間。
同樣建立了從第一導體16經(jīng)由第一楔塊20到第二導體24的電流I流動的第一路徑25 (如圖3中粗線示出的)，以及從第一導體16經(jīng)由第二楔塊21到第二導體24的電流I流動的第二路徑26 (如圖3中細線示出的)。如圖3中示出的，由于部分19和部分23中的電流流動方向相反，第二路徑26比第一路徑25長，導致更大的電阻。因此流經(jīng)第一楔塊20的電流大于流經(jīng)第二楔塊21的電流，這具有上文所提到的缺陷。
根據(jù)本發(fā)明的電連接設(shè)備的第一實施方案和第二實施方案分別在圖4和圖5中示出。
在第一實施方案中，如圖4不出的,第三導體27被設(shè)置以平衡電流I。第三導體27位于槽(N-1)的旁路導體16的下游部分19和槽(N)的旁路導體24的上游部分23之間，并基本平行于所述部分19、23延伸。該第三導體27具有電連接至槽(N-1)的旁路導體16的下游部分19的第一端28和自由的第二端29，第二端29比第一端28離軸線(x)更遠。
因此，如圖4中示出的，電流I以與在部分19中的電流流動相反的方向，與在部分23中的電流流動相同的方向流經(jīng)第三導體27。
楔塊20、21被插入第三導體27和槽(N)的旁路導體24的上游部分23之間，即，在其中電流在相同方向流動的兩個平行導體中，電流方向遠離軸線(X)。
從而，建立了從第一導體16到第二導體24的兩個電流I流動的路徑:經(jīng)由第一楔塊20的第一路徑25，經(jīng)由第二楔塊21的第二路徑26，這兩條路徑具有基本相同長度，因此阻抗基本相同，從而獲得兩個楔塊之間的電流平衡。
有利地，一個隔離元件30被置于第三導體27和槽(N-1)的旁路導體16的下游部分19之間，以防止不期望的短路。
根據(jù)本發(fā)明，估計可獲得流經(jīng)第一楔塊20中的電流的約55%和流經(jīng)第二楔塊21中的電流的約45%。
本發(fā)明的第二實施方案在圖5中示出。用于平衡電流I的第三導體27也位于槽(N-1)的旁路導體16的下游部分19和槽(N)的旁路導體24的上游部分23之間，并基本平行于所述部分19、23延伸。
在該第二實施方案中，第三導體27具有電連接至槽(N)的旁路導體24的上游部分23的第一端28和自由的第二端29，第二端29比第一端28離軸線(x)更遠。
因此，如圖5中示出的，電流I以與在部分23中的電流流動相反的方向，與在部分19中的電流流動相同的方向流經(jīng)第三導體27。
楔塊20、21被插入第三導體27和槽(N_l)的旁路導體16的下游部分19之間，即，在其中電流在相同方向流動的兩個平行導體中，電流方向朝向軸線(X )。
從而，建立了從第一導體`16到第二導體24的兩個電流I流動的路徑:經(jīng)由第一楔塊20的第一路徑25，經(jīng)由第二楔塊21的第二路徑26，這兩條路徑具有基本相同長度，因此阻抗基本相同，從而獲得兩個楔塊之間的電流平衡。
有利地，一個隔離元件30被置于第三導體27和槽(N)的旁路導體24的上游部分23之間，以防止不期望的短路。
每一個楔塊20、21被置于座31中，座31位于電連接至它的兩個導體之間。該座31形成在所述導體之間的空間內(nèi)。例如，圖6示出了圖4中的導體在被橫切時的截面圖。如該圖6中示出的，根據(jù)本發(fā)明的一個有利的實施方案，座31具有一個傾斜面32，使得座31具有有助于插入楔塊20的會聚形狀。
毫無疑問，本發(fā)明不僅限于上文通過實施例描述的實施方案，而是包含了所有實施方案的變體。參考圖2描述的，用于接收短路楔塊的其他座組件以及短路楔塊可設(shè)置在罐之間。此外，短路組 件可包括兩個以上的座，尤其是三個。
權(quán)利要求
1.用于通過霍爾艾魯特方法生產(chǎn)鋁的一系列槽(100)中的兩個連續(xù)槽(N-1，N)之間的電連接設(shè)備，所述槽沿著軸線(X)對準，每個槽包括一個電解槽(I)，該電解槽容納一個陰極組件(3、4)和一個用于支承陽極(6)的陽極框架(5)，所述電連接設(shè)備包括將槽(N-1)的陰極組件(3、4)串聯(lián)連接至下游的緊鄰的槽(N)的陽極框架(5)的一個電導體陣列，該電導體陣列至少包括: -第一導體(16)，連接至所述槽(N-1)的陰極組件和所述槽(N)的陽極框架，所述第一導體(16)具有位于所述罐(N-1)和所述罐(N)之間的一個部分(19)，在該部分(19)中，電流(I)在罐(I)的對準軸線(X)的方向上流動； -第二導體(24)，連接至槽(N)的陰極組件和下游的緊鄰的槽(N+1)的陽極框架，所述第二導體(24)具有位于罐(N-1)和罐(N)之間的一個部分(23)，在該部分(23)中，電流(I)流動遠離所述罐(I)的對準軸線(X)，所述第一導體(16)的所述部分(19)和所述第二導體(24)的所述部分(23)彼此基本平行； -至少兩個座(31)，以接收短路楔塊(20、21)， 其特征在于，所述導體陣列還包括一個用于電平衡的基本平行于所述部分(19、23)延伸的第三導體(27)，所述第三導體(27)電連接至所述第一導體(16)的所述部分或所述第二導體(24)的所述部分，用于接收楔塊(20、21)的所述兩個座(31)分別布置在所述第二導體(24)的所述部分和所述第三導體(27)之間或所述第一導體(16)的所述部分和所述第三導體(27)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于接收短路楔塊的至少兩個座(31)被布置在所述第一導 體(16)的所述部分(19)和所述第二導體(24)的所述部分(23)之間，且用于平衡電流的所述第三導體(27)位于所述第一導體(16)的所述部分(19)和所述第二導體(24)的所述部分(23)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其中所述第三導體被布置為使得當所述短路楔塊被插入所述座(31)時，在所述第三導體(27)中流動的電流在與所述第三導體(27)連接的所述第一導體(16)的所述部分中的電流流動的相反方向上流動，或者在與所述第三導體(27)連接的所述第二導體(24)的所述部分中的電流流動的相反方向上流動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的設(shè)備，其中所述第一導體(16)是一個繞過槽(N-1)的導體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的設(shè)備，其中所述第二導體(24)是一個繞過槽(N)的導體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括一個隔離元件(30)，該隔離元件(30)布置在所述第三導體(27)和所述第三導體(27)連接的所述第一導體(16)的所述部分(19)之間，或布置在所述第三導體(27)和所述第三導體(27)連接的所述第二導體(24)的所述部分(23)之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項所述的設(shè)備，其特征在于，槽(100)的罐(I)大體為矩形，并垂直于槽的對準軸線(X)布置，所述第一導體(16)的所述部分(19)和所述第二導體(24)的所述部分(23)基本平行于所述罐(I)的長邊延伸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項所述的設(shè)備，其中，在與所述第一導體(16)的所述部分(19)和所述第二導體(24)的所述部分(23)延伸的方向(y)正交的平面中觀察，用于接收短路楔塊(20、21)的至少一個座(31)具有一個傾斜面(32)，使得所述座(31)在楔塊(20、21)插入的方向上具有會聚形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項所述的設(shè)備，其特征在于，在被經(jīng)過槽(100)的對準軸線(X)的豎直平面分開的每個半空間中，該連接設(shè)備包括用于接收楔塊(20、21)的一組兩個座和用于接收楔塊(22)的至少一個額外座，所述一組兩個座位于所述罐(I)的側(cè)邊緣附近，所述額外座位于所述一組兩個座和槽的對準軸線(X)之間。
10.通過根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電連接設(shè)備來繞過屬于使用霍爾艾魯特方法生產(chǎn)鋁的一系列槽中的一個槽(N)的方法，其中，第一楔塊(20 )和第二楔塊(21)被插入用于接收短路楔塊的座(31)，該座(31)布置在所述第二導體(24)的所述部分(23)和所述第三導體(27)之間，或者布置在所述第一導體(16)的所述部分(19)和所述第三導體(27)之間。
全文摘要
連接串聯(lián)的槽的電連接設(shè)備包括第一導體(16)，連接至槽(N-1)的陰極組件和槽(N)的陽極框架，所述第一導體(16)具有位于所述罐(N-1)和所述罐(N)之間的一個部分(19)，在該部分(19)中，電流(I)朝向罐的對準軸線(X)流動；第二導體(24)，連接至槽(N)的陰極組件和槽(N+1)的陽極框架，所述第二導體(24)具有位于罐(N-1)和罐(N)之間的一個部分(23)，在該部分(23)中，電流流動遠離對準軸線(X)；位于所述導體(16)的所述部分(19)和所述導體(24)的所述部分(23)之間的短路楔塊(20、21)；和一個用于平衡流經(jīng)所述楔塊的電流的第三導體(27)。
文檔編號C25C7/06GK103108996SQ201180044237
公開日2013年5月15日 申請日期2011年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
發(fā)明者S·德皮納斯, Y·羅歇, S·貝爾特 申請人:力拓艾爾坎國際有限公司