专利名称：用于控制炼铝的电解槽的进料系统的凿子的行程的装置的制作方法
用于控制炼铝的电解槽的进料系统的凿子的行程的装置
本发明涉及一种用于控制用于炼铝的电解槽的点进料系统的凿子
(pointerolle)的行程的装置。
该装置通常用于实现将氧化铝和/或电解质添加到每一电解槽的 一个或多个进料点，这些物质通过一个用打壳机产生的孔添加到电解 池中，该打壳机周期性地向下并且将壳破开或者保持该孔敞开。
打壳机的行程通常等于将其竖直移动的机械系统所确定的固定长度。
这一类型的装置具有许多缺点。实际上，根据壳的硬度以及电解 质的自由表面的高度，往往发生打壳机的行程太短而不能将壳破开来 添加氧化铝的情况。相反地，如果该行程过大，打壳机的活动端，也 称之为凿子，可能会停留在电解池内很长时间。已经发现，该凿子能 够很深地穿入电解质中。在此情况下，凿子携带一部分固化的池液， 该固化的池液是随着打壳机每一次落下而增加的沉积物的形式。由于 高温以及池液的化学侵蚀性能，凿子和电解质长时间的接触使得凿子 退化。
此外，由于凿子被一个护套导向，尽管有刮刀的存在，固化的池 液在凿子上的沉积也会形成蓄积，该蓄积会使得凿子不能在护套内完 全提起。该结果会是该凿子堵塞在该装置内，使得氧化铝进料和/或电 解质进料孔封闭。
这一堵塞现象也会引起凿子断裂和/或磨损，并由于增加了控制打 壳机运动的千斤顶的张力而引起机械振动，还由于热冲击以及当固化
然后该装置会不再起作用。
由于电解质液面的变化以及阳极和金属之间的距离的变化，所以 很难控制凿子穿入电解质内，具体地，该液面变化是由在槽(cuve) 上的操作所引起，而该距离的变化是由调节电解槽的电阻而引起。
在文本FR 2 483 965、 FR 2 614 320、 US 4 563 255和W0 0106039中已经描述了将氧化铝供应至一个具体地根据霍尔-赫鲁特(Ha 11 -H6roult)方法炼铝的电解槽内的进料装置。
文本FR 2 483 96S和W0 0106039分别描述了 一种用于建立电接 触的装置，以在凿子与电解质接触时将凿子提起。但是，这些文本没 有描述建立这一接触的任何机构。
文本US 4 563 255描迷了如上所述同一类型的装置，更具体地涉 及用于检测在凿子和电解质之间的接触的电路结构，但是由于这一接 触仅是在打壳机的致动千斤顶上示意性地示出，所以没有说明任何用 于在该凿子上建立这一接触的精确机构。
文本FR 2 614 320公开了如何通过一个将凿子的杆连接到阴极基 体材料(substrat)的电路来检测在凿子和电解池之间的连接。但是， 在此文本中该电路通过一个电接触连接到凿子的杆，该电接触承受会 波动的摩擦这一滑动接触不能可靠地闭合凿子的杆上的电接触。因 此，凿子和电解池之间的接触不会必然和迅速地被检测到，凿子会比 所需的时间更久地保持浸入在电解池中，而引起上述的结渣现象。
本发明意图在于通过提出一种装置来克服这些问题，该装置用于 具体地精确地控制凿子的行程，由于在电路和凿子之间形成了可靠的 电接触，从而精确地检测凿子和池液之间的接触时间。
本发明的目的在于一种用于控制炼铝的电解槽的进料系统的凿子 的行程的装置，所述电解槽包括一个覆盖有壳的电解池，该凿子被安 装在一个固定到一个致动器杆的杆上，该致动器使得该凿子在一个在 该壳上方的高位置和一个穿透该壳并且与该电解池接触的低位置之间 竖直移动，该装置包括检测该凿子和该电解池之间的电接触的机构， 这些机构包括一个电路，该电路能够在该凿子和一个用作电基准的在 电解槽内的点之间进行电测量，并且能够在到达 一 个预定的电测量值 时对致动器迅速作用以使得凿子竖直向上运动，其特征在于，所述电 路通过能够在该电路和该凿子、该凿子的杆或该致动器杆之间的至少 一个点形成点接触的连接机构，连接到该凿子、该凿子的杆或者该致 动器杆，这些连接机构通过分别将它们推向该凿子、该凿子的杆或该 致动器杆的弹性机构起作用。
根据本发明的装置能够以特别可靠和精确的方式来进行诸如在该 凿子、该凿子的杆或该致动器杆与池液之间的电压测量或电流测量的 电测量。可以只使用这些部件中的一个建立电接触，同时具有足够的 测量质量。该电接触优选地在凿子上或者在凿子的杆上建立，因为这 些部件以极好的电连续性互相稳固地装配在一起。因此，由于电路和 上述部件中的一个部件之间建立的接触被作用在一个点上，并且由于 弹性机构所施加的力，该接触是特别可靠的，所以它能够迅速作用控 制凿子的行程的致动器，以将凿子提起到高位置，防止它长时间地浸 入在电解池中。这避免了固化的池液在该凿子上聚积以及上述的堵塞 现象。因此，避免了致动器的机械张力增加以及所引起的机械振动。 最后，显著地降低了凿子断裂和被磨损的风险，也减少热冲击和诸如 绝缘材料的周边材料的退化的风险。
在本发明的一个优选实施方案中，连接机构是一个由导电材料制 成的部件的形式，其中该截面在与凿子的杆接触的方向上减小，所述 部件在所迷弹性机构的作用下起作用。
因此，由于由导电材料制成的部件的特殊形状，在该电路和凿子、 凿子的杆或致动器杆之间的接触是特定的点状。
根据一个实施方案，由导电材料制成的部件具有一个球面轴承头， 例如一个球或一个具有球形端的圆锥头。
根据另一个实施方案，连接机构是一个轴线与该凿子、该凿子的 杆或该致动器杆的轴线成一定角度(优选地成一直角)的圆柱。
根据又一实施方案，该连接机构是一个大致空竹(diabolo )形状 的部件的形式，该部件包括一个由两个汇聚的凸面确定的凹槽，该两 个凸面能够支撑在该凿子、该凿子的杆或该致动器杆上的两个点上。
有利地，该连接机构是一个诸如钢或铜之类的金属部件的形式， 或者是一个诸如碳化硅之类的非金属导电部件的形式。所形成的电接 触是特别可靠的。而且，诸如钢之类的材料是特别地耐高温和耐电解 池上方的腐蚀气氛。
优选地，使用一个重量不到3000kg的碳化钨球测量，由导电材料 制成的部件具有在285至370的范围内的布氏硬度，相当于洛氏硬度 30 - 40HRC。这种硬度足以避免对凿子的杆的损害，同时提供有效的电 接触。
有利地，该弹性机构是螺旋弹簧的形式。优选地，该弹簧施加一
个小于或等于50N的力。因此在该电路和该凿子的杆之间形成的接触 是非常可靠的，同时避免了凿子的杆的磨损。
在本发明的一个优选实施方案中，该由导电材料制成的部件以及 该螺旋弹簧被安装在一个由导电材料制成的套管(douille)内部，该 由导电材料制成的部件从该套管的一端突出，该套管的与该球相对的 一端设有一个接触机构。
同样优选地，该套管被拧入一个在围绕该杆的护套的壁内形成的 螺紋孔内。这一布置能够方便装配，方便在磨损或损坏的情况下更换， 并且能够随着套管被拧入护套的螺紋孔的程度变化，调整在该凿子、 该凿子的杆或该致动器杆上的由导电材料制成的部件所施加的压力。 这一布置意味着装配现有的打壳装置只需要非常小的改动。因此，该 由导电材料制成的部件在与该凿子、该凿子的杆或该致动器杆可靠接 触的情况下被牢固地保持。
有利地，根据本发明的装置包括两个面向彼此布置，支撑在该凿 子、该凿子的杆或该致动器杆的每一侧上的由导电材料制成的部件。 在此情况下，电接触的可靠性是最优的。此外，该两个套管的相对应 力相互抵消，从而避免该杆偏离。
在本发明的一个优选实施方案中，作为基准的在电解槽上的点位 于阴极上。
在阅读参照附图给出的以下说明之后将能更好地理解本发明，其
中
图1是使用霍尔-赫鲁特方法来炼铝的电解槽的示意性截面图2是装备有根据本发明的装置的一个实施方案的打壳机装置的 截面图，其中该凿子在低位置；
图3是装备有根据本发明的装置的一个实施方案的打壳机装置的 局部截面图，其中该凿子在高位置；
图4是根据本发明的装置的优选实施方案的装置的套管的放大截 面图。
图1显示了用于使用霍尔-赫鲁特方法来炼铝的一种电解槽1。
该电解槽1包括一个由若干阴极块形成的阴极2、 一个熔融铝池3、 一 个在其上方有由固体电解质和氧化铝形成的壳5的熔融电解池4、浸 入该电解质中的阳极6、将电流分送到阳极的一个阳极母线7、被密封 在阴极块2内并且传输源自阴极2输出的电流的阴极棒8、至少一个 收集来自阴极棒8的电流的阴极母线以及一个上部结构10，在此视图 中示意性地示出了在该上部结构上通常邻近一个氧化铝和/或电解质 进料系统12固定根据本发明的控制装置。
如图2所示，该装置包括一个被杆14支撑的凿子13。该凿子13 可以例如通过螺栓固定到杆14上，或者它可以与杆14形成一个整体 部件。如此视图所示，该凿子13可以在一个高位置(参见图3)和一 个低位置之间竖直运动，在该高位置处该凿子在壳的上方，在该低位 置处该凿子穿透该壳并且与电解池4接触。凿子13的向上和向下的竖 直运动通过一个致动器控制，在此情况下该致动器由一个双动千斤顶 15组成，其中该双动千斤顶设有一个活塞16，该活塞中的杆17使用 连接装置18连接到凿子13的杆14上。
该杆14安装在护套30内部，在该护套内部安装有一个导向轴套 11。管子34布置在护套30外部，它们之间置有形成电绝缘的多个元 件35。 一个刮刀元件36安装在该护套30的末端。
该控制装置包括一个电路19形式的检测该凿子13和电解池4之 间的电接触的机构，该电路能够测量在凿子13和一个用作基准电位的 在电解槽内的点20之间的电压，在此视图中该点20位于阴极2上。 该电路19典型地包括电阻21、电压计22和连接导线9、 9，。—
根据本发明，该测量电路19通过能够在该电路19和千斤顶杆17、 杆14或凿子之间形成一个可靠的点接触24的连接机构23,被连接到 该千斤顶杆17、或者连接到带有凿子的杆14、或者连接到凿子13上。 图2示出了一个优选实施方案，其中所述点接触位于带有凿子的杆14 上。
如在图4中更清楚可见的，该连接机构23可以是金属部件的形式， 典型地是钢部件，其中朝向与凿子13的杆14的接触24的截面变小， 优选地是此图中所示的球的形式，并且受到弹性机构25将它们推向该
凿子13的杆14的作用，在此图中示出该弹性机构是一个螺旋弹簧。
如图4所示，球23和弹簧25可被安装在由诸如钢或铜之类的导 电材料制成的套管26内，其中与球相对的一端设有一个接触机构27。 该套管26具有外螺紋29，并且因此被旋进在围绕杆14的护套30的 壁内形成的螺紋孔。因此，套管被牢固地朝向杆14固定，并且在球 23和杆14之间建立的接触是特别可靠和稳定的。
图3示出了根据本发明的装置的一部分，其中凿子13处于高位置， 该低位置以连续的虚线示出。在此视图中， 一个也包括一个球和螺旋 弹簧的第二套管31面向该第一套管26拧入围绕凿子13的杆14的护 套30内。因此，套管26和套管31的相对应力互相抵消，从而避免杆 14偏离。
因此在运行中，凿子13在千斤顶15的作用下，从其高位置朝向 壳5和电解池4落下。当它下降时，由于弹性机构23将球推向杆14, 所以该球与凿子13的活动杆14可靠接触。此时，由于电路19未闭合， 所以电压计并未检测到任意明显的电压。当凿子13已经穿透壳5并且 与电解池4接触时，由于在测量电路19和杆14之间通过球23的点接 触24，电压计22检测到一个已经超过了电压阀值的电压。此时，通 过一个控制装置32以及线路33，千斤顶15的通常的气动传动机构能 够立即作用，以便提起凿子13。因此，该凿子只在非常短的时间内与 电解池4接触或者浸入到该电解池内。
因此，根据本发明的装置能够防止固化的池液在该凿子上反复沉 积并且引起结渣和阻塞现象，从而提供比根据现有技术的控制装置更 确定无疑的有利之处。
显然，本发明并不限于作为实施例的如上所述的控制装置的单个 实施方案，相反本发明包括该实施例的所有变型。
因此，具体地，能够借助于其它诸如电流测量的其它电测量来检 测凿子和电解池之间的接触。
权利要求
1.一种用于控制炼铝的电解槽(1)的进料系统(12)的凿子(13)的行程的装置，所述电解槽(1)包括一个覆盖有壳(5)的电解池(4)，该凿子(13)被安装在一个固定到一个致动器(15)的杆的杆(14)上，该致动器控制该凿子在一个高位置和一个低位置之间竖直移动，在该高位置处该凿子在该壳(5)的上方，在该低位置处该凿子穿透该壳(5)并且与该电解池(4)接触，该装置(11)包括检测该凿子(13)和该电解池(4)之间的电接触的机构，这些机构包括一个电路(19)，该电路能够在该凿子(13)和一个用作电基准的在电解槽内的点(20)之间进行电测量，并能够在到达一个预定的电测量值时对致动器迅速作用以使得凿子竖直向上运动，其特征在于，所述电路(19)通过能够在该电路(19)和该凿子(13)、该凿子(13)的杆(14)或致动器杆(17)之间的至少一个点形成点接触(24)的连接机构，连接到该凿子(13)、该凿子(13)的杆(14)或者该致动器杆(17)，这些连接机构(23)通过分别将它们推向该凿子(13)、该凿子(13)的杆(14)或该致动器杆(17)的弹性机构(25)起作用。
2. 根据权利要求1的装置，其特征在于，该连接机构(23)是一 个由导电材料制成的部件的形式，其中其截面在与该凿子(13)的杆 (14)接触的方向上减小，所迷部件在所述弹性机构(25)的作用下起 作用。
3. 根据权利要求2的装置，其特征在于，该由导电材料制成的部 件具有一个球面轴承头，例如一个球(23)或一个具有球形端的圆锥 头。
4. 根据权利要求2的装置，其特征在于，该连接机构是一个轴线 与该凿子、该凿子的杆或该致动器杆的轴线成一定角度的圆柱。
5. 根据权利要求2的装置，其特征在于，该连接机构是一个大致 空竹形状的部件的形式，该部件包括一个由两个汇聚的凸面确定的凹 槽，该两个凸面能够支撑在该凿子、该凿子的杆或该致动器杆上的两 个点上。
6. 根椐权利要求1-5中任一项的装置，其特征在于，该连接机构 (23)是一个诸如钢或铜之类的金属部件的形式，或者是一个诸如碳化硅之类的非金属导电部件的形式。
7. 根据权利要求1-6中任一项的装置，其特征在于，该弹性机构(25) 是螺旋弹簧的形式。
8. 根据权利要求2-7中任一项的装置，其特征在于，该由导电材 料制成的部件以及该弹性机构被安装在一个由导电材料制成的套管(26) 内部，该由导电材料制成的部件从该套管的一端突出，该套管 的与该球相对的一端设有一个接触机构(27)。
9. 根据权利要求8的装置，其特征在于，该套管(26)具有外螺 紋(29)。
10. 根据权利要求9的装置，其特征在于，该套管(26 )被柠入一 个在围绕该杆(14)的护套(30)的壁内形成的螺紋孔内。
11. 根据权利要求7的装置，其特征在于，该弹簧施加一个小于或 等于50N的力。
12. 根据权利要求2-11中任一项的装置，其特征在于，该由导电 材料制成的部件具有在285至370的范围内的布氏硬度。
13. 根据权利要求2-12中任一项的装置，其特征在于，它包括两 个面向彼此布置，支撑在该凿子、该凿子的杆(14)或该致动器杆的 每一侧上的由导电材料制成的部件(23)。
全文摘要
本发明涉及一种用于装配包括一个覆盖有壳(5)的电解池(4)的电解槽(1)的装置，具有一个凿子(13)，该凿子能够在一个在该壳(5)上方的高位置和一个穿透该壳(5)并且与该池(4)接触的低位置之间竖直移动，该装置(11)包括检测该凿子(13)和该池(4)之间的电接触的机构，这些机构包括一个电路(19)，该电路能够在该凿子(13)和一个用作电基准的在电解槽内的点(20)之间进行电测量，并且能够在到达一个预定的电测量值时对致动器迅速作用以使得凿子竖直向上运动。该电路(19)通过能够在该电路(19)和该凿子(13)、该凿子(13)的杆(14)或致动器杆(17)之间的至少一个点形成点接触(24)的连接机构，连接到该凿子(13)、该凿子(13)的杆(14)或者该致动器杆(17)，这些连接机构(23)受到分别将它们推向该凿子(13)、该凿子(13)的杆(14)或该致动器杆(17)的弹性机构(25)的作用。
文档编号C25C3/00GK101198725SQ200580050099
公开日2008年6月11日 申请日期2005年9月9日 优先权日2005年4月19日
发明者C·德雷尔, J·博斯, S·希塔诺, S·库瑞尔 申请人:普基铝业