专利名称：用于移动生产铝的电解池阳极框架的千斤顶的制作方法
技术领域：
本发明涉及用Hall-Héroult法熔池电解铝生产。更具体地说，本发明涉及用于铝生产的电解池阳极的连接和移动的装置。
背景技术：
金属铝在工业上是利用众所周知的Hall-Héroult法，通过熔池电解，亦即通过在所谓电解液的熔融冰晶石电解液的溶液中电解氧化铝生产。电解液装在称之为“电解槽”的槽中，上述电解槽包括一个钢槽壳和一个阴极装置，上述钢槽壳在其内侧上衬有耐热材料和/或保温材料，而上述阴极装置是在电解槽的底部处。阳极通常用一种含碳的材料制成，所述阳极固定到一个上层结构上，所述上层结构装备有在电解过程中垂直移动阳极的机构。由电解槽、它的阳极及电解液所形成的装置称之为电解池。
已经提出了若干装置，以便能相对于电解槽固定和移动阳极。本发明尤其是涉及连接和移动装置，所述装置包括固定的结构元件，一个为同时升降固定到上述框架上的阳极而设计的框架(叫做阳极框架)，及移动上述框架的机构，上述框架包括一个或多个千斤顶。法国专利FR 1440 005(对应于美国专利US 4 410 786)和FR 2 517 704(对应于美国专利US 4 465 578)描述了这些装置。
研制各种具有日益增加的高额定电流的电解池，以及增加现有电解池中的电流，使由一阳极框架和固定到阳极框架上的阳极所形成的装置的重量增加。这种增加要求千斤顶能产生越来越高的功率，以便令人满意地移动上述装置。
因此，申请人寻找能产生很大的力、能插入电解池上层结构中有限而拥挤的空间、及能在大电流电解池附近操作的千斤顶。
发明内容
本发明的目的是一种千斤顶，所述千斤顶包括一个装配有一个开口的套筒；一个包括一个轴向内腔和螺纹并能在上述开口中移动的驱动杆；一个传动螺杆，所述传动螺杆插入上述轴向内腔中，并能与上述螺纹协同操作，以便在上述套筒中和上述开口中移动上述驱动杆；一个带齿的驱动轮，所述驱动轮连接到传动螺杆上；及一个蜗杆，所述蜗杆可以连接到电机的轴上，并可以与驱动轮协同操作，以便使驱动轮旋转；其特征在于驱动轮轴线R与蜗杆轴线V之间的中心距是在100mm和350mm之间；及蜗杆和驱动轮之间的减速比RR是在300∶1和80∶1之间。
申请人发现，由于按照本发明所述的千斤顶的组合式特性，所以设计一种能同时达到比较高的功率和拉力而同时保持在一比较有限的体积内的千斤顶是可行的。
本发明还可以制造一种不可逆的千斤顶，换句话说，制造一种驱动杆只在载荷下才稍微移动的千斤顶，这样就省去了内装的制动装置。
按照本发明所述的千斤顶最特别适用于移动为生产铝而设计的电解池阳极框架。
在看了本发明的一些优选实施例的详细说明之后，将能更好地理解本发明，上述本发明的一些优选实施例的详细说明在下面介绍，并用附图举例说明。
图1示出典型的电解池的截短的透视图。
图2示出一种电解池典型上层结构的透视图。
图3示出穿过按照本发明所述千斤顶的纵向剖视图。
图4示出沿着图3中平面C-C穿过本发明的千斤顶的剖视图。
具体实施例方式
在熔池电解铝生产车间中的电解池(1)包括一个能装入液态金属和电解液的电解槽(2)，一个上层结构(10)和一连串的阳极(3)。上层结构(10)包括一个固定框架(11)和一个可移动的金属制的阳极框架(12)。各阳极(3)都装备有一个金属杆(4)，所述金属杆(4)用来将阳极(3)连接和电连接到阳极框架(12)上。上层结构(10)还包括一个千斤顶(100，100′)，所述千斤顶(100，100′)通过连杆(20，21，22，21′，22′)和杠杆(30，31，32，33，34，31′，32′，33′，34′)连接到阳极框架(12)上。阳极框架(12)通过千斤顶(100，100′)的动作竖直(向上或向下)移动。
按照本发明，千斤顶(100，100′)包括-一个套筒(120)，所述套筒(120)具有一个开口(121)，-一个驱动杆(140)，所述驱动杆(140)包括一个轴向内腔(141)和一个螺纹(142)，并能在上述开口(121)中移动，-一个传动螺杆(130)，所述传动螺杆(130)插入上述轴向内腔(141)，并能与上述螺纹(142)协同操作，以便在上述套筒(120)中和在上述开口(121)中移动所述杆(140)，-一个有齿的驱动轮(150)，所述有齿的驱动轮(150)连接到传动螺杆(130)上，-一个蜗杆(160)，所述蜗杆(160)可以连接到一个驱动电机(200)的轴(210)上，并可以与驱动轮(150)协同操作，以便使它旋转，其特征在于，驱动轮(150)的轴线R与蜗杆(160)的轴线V之间的中心距E是在100mm和350mm之间，及蜗杆(160)与驱动轮(150)之间的减速比RR是在300∶1和80∶1之间。
减速比RR由当驱动轮(150)绕它的轴线A转动完整的一转时蜗杆(160)绕它的轴线V所产生的转数比值给出。换句话说，减速比RR由驱动轮(150)上的齿数规定。
在对本发明所提出的问题寻找解决方案时，发明人注意到，由在电解池中使用千斤顶所施加的所有限制，要求必需考虑大量参数，因此难以预测可接受的操作区。尤其是，一些可变的参数来自至少三个连接层面，亦即在驱动电机(200)的轴(210)和蜗杆(160)之间的第一层面，在蜗杆(160)和驱动轮(150)之间的第二层面及驱动轮(150)和驱动杆(140)之间的第三层面。一些可变的参数还来自于所包括的功率(尤其是输入功率、内部功率和输出功率)、所要求的和可以接受的速度(线速度和角速度)、减速比及螺距之间的关系。另外，一些另外的可变参数来自于齿轮传动装置的效率因子及可能材料的机械特性。
申请人注意到，令人惊奇的是，通过利用与已知千斤顶中通常所用的那些大为不同的参数组态和数值，能找到上述问题的解决方案。
尤其是，申请人注意到，小于100mm的中心距(亦即两中心线之间的距离)使它难以达到降低传动螺杆(130)所需的旋转速度，或者必需在电机(200)和蜗杆(160)之间插入一个额外的减速级，或者是采用一种专用低速电机(换句话说，低于约500rpm)，所述低速电机必然是大而昂贵的。在这种中心距的情况下，还必需补偿在具有较小螺距并因此具有细而弱的螺纹的螺母(143)上的这种减速不足。中心距超过350mm会使千斤顶尺寸增加到不可接受并且几乎不适应电解池上层结构内部有限而拥挤的空间。优选的是，上述中心距E是在150mm和300mm之间，更优选的是在180mm和290mm之间。
申请人还注意到，小于80∶1的减速比会在电机和蜗杆之间必须使用额外的减速级，以便得到计划使用所需的驱动杆的低位移速度(输入和输出)。减速比RR优选的是限制在小于300∶1的数值，以便避免使用大直径的驱动轮(150)，所述大直径驱动轮(150)不能适应本发明的所必须的紧凑性限制。减速比RR优选的是在100∶1和250∶1之间。在本发明的一个优选实施例中，减速比RR是在140∶1和200∶1之间。
申请人还注意到，按照本发明所述的千斤顶的蜗杆(160)是，或者可能是，直接接合在驱动电机(200)的轴(210)上，换句话说，在驱动轴和蜗杆之间没有中间减速齿轮，这样就大大减小了千斤顶的体积。电机轴和蜗杆的挠性连接是可行的。
驱动电机(200)优选的是一种交流电机(通常是一种异步电机)。电机的功率通常是在3-20KW之间(当电机驱动一个千斤顶时，它的功率通常是在3KW和8KW之间；当电机驱动两个千斤顶时，它的功率通常是在5KW和20KW之间)。由电机所产生的转矩优选的是大于50Nm，而通常是在70Nm到200Nm之间。电机转速典型的是在750rpm和1500rpm(转/分)之间，而更典型的是在1000rpm和1500rpm之间。
传动螺杆(130)的平均直径D优选的是小于150mm，以便将套筒(120)的外径限制到可接受的值。直径D优选的是在50mm和120mm之间，而更优选的是在75mm和105mm之间。小于50mm的直径使传动螺杆(130)变得太弱。
上述螺纹(142)覆盖驱动杆(140)的全部或一部分内壁。螺纹(142)有利的是在一个带螺纹的终端部件(或螺母)(143)上形成，所述终端部件(143)固定到驱动杆(140)的内端(144)上或者是驱动杆(140)的一部分。螺杆的螺纹(142)可以一个或多个(例如两个平行的螺纹)。螺纹的长度通常等于传动螺杆螺距的至少10倍。螺距(142)优选的是在14mm和20mm之间，而甚至更优选的是在16和18mm之间。申请人注意到，这些螺距值能在驱动杆移动速度的可预见的范围内具有高承受力。
按照本发明所述的千斤顶的尺寸和参数在要求电机轴、蜗杆和传动螺杆的可接受的旋转速度时，能同时而令人满意地得到驱动杆移动速度和与电解池阳极框架移动相适应的推力，防止了需要缓慢、大体积和高费用的电机。
蜗杆(160)的转速典型的是在750rpm和1500rpm之间，而更典型的是在1000rpm和1500rpm之间。传动螺杆(130)的转速典型的是在5rpm和15rpm之间，而更典型的是在7rpm和10rpm之间。当传动螺杆固定到驱动轮上或形成驱动轮的一部分时，这个速度等于驱动轮的速度。这些速度能同时而令人满意地实现驱动杆移动速度和对电解池阳极框架的移动是可接受的拉力。
按照本发明所述的千斤顶可以产生大于100KN的拉力。拉力典型的是在150KN和600KN之间。要求这个范围的力在竖直方向上移动装有阳极的阳极框架，而不需要在电解池上层结构内的杠杆中有大的杠杆比。
千斤顶杆的伸展或收缩的移动速度典型的是在100mm/min和300mm/min之间，而更典型的是在120mm/min和150mm/min之间。这些速度与阳极框架高度的小脉冲调整相适应。
本发明提供一种利用直径为小于350mm或甚至小于250mm的驱动电机的机构，而同时具有为生产铝而设计的电解池阳极框架移动所必需的功率和拉力，对于生产铝来说，包括阳极质量在内的质量典型的是几十吨。按照本发明所述千斤顶的横向尺寸典型的是500-700mm和1500-2400mm总长度(在驱动杆处于收缩位置的情况下)。
驱动轮(150)机械式连接到传动螺杆(130)上。在本发明的一个优选实施例中，驱动轮(150)固定到传动螺杆(130)上，或者是传动螺杆的一部分，驱动轮(150)的旋转轴线R和传动螺杆(130)的旋转轴线T重合，以便形成一个共用的旋转轴线A。
优选的是，电机(200)的轴线M与蜗杆(160)的轴线V是重合的。蜗杆(160)的轴线V通常垂直于驱动轮的轴线R。
套筒(120)有利的是与千斤顶的壳体(110)连通，以便具有单一的润滑剂储存器，通常是通过开口(114)。驱动杆(140)的轴向内腔(141)有利的是与套筒(120)连通，通常是通过在它的壁中所形成的开口(146)，以便能润滑螺纹。驱动杆(140)的外端设置一个连接机构(145)。
千斤顶(100，100′)优选的是在驱动杆(140)和套筒(120)之间包括一个密封件(122)。现已发现，有利的是采用一种刚性套筒(120)而不是波纹管形套筒，所述波纹管形套筒通常是装配在具有大行程的常规千斤顶上。波纹管形套筒在使用期间连续地折叠和伸展，缺点是对由磨损材料如悬浮在电解池环境中的氧化铝所引起的磨耗很敏感，并且该磨损材料可能沉积在波纹管的折叠中。
套筒(120)有利的是包括一个长的管状部分(通常具有长度大致等于在其内部的驱动杆的行程)，以便给驱动杆的移动导向。
按照本发明所述的千斤顶的驱动轮(150)优选的是支承在至少一个轴承(151，152)上。轴承可以设置在与传动螺杆(130)相对的一侧上，或者设置在驱动轮与传动螺杆之间。
千斤顶连接机构(111)可以放在千斤顶的后面部分(112)，换句话说放在与驱动杆(140)相对的千斤顶的部分上，或者是放在千斤顶的前面部分(113)上，通常是在套筒(120)上。
千斤顶的驱动电机(200)可以是一个千斤顶专用，或者可以是两个或多个千斤顶共用。如果是两个千斤顶共用，则电机轴通常是穿过电机并在电机每一侧上连接到该千斤顶上。如果电机轴连接到两个或多个千斤顶上，则传动装置可以更紧凑，并且各千斤顶可以同步。
按照本发明所述的千斤顶最特别适合用于生产铝的电解池中。因此，本发明的另一个目的是将按照本发明所述的千斤顶(100，100′)用于移动为生产铝而设计的电解池(1)上层结构(10)的阳极框架(12)。
本发明的另一个目的是一种上层结构(10)，所述上层结构(10)待安装在用于生产铝的电解池(1)中，并包括一个阳极框架(12)和至少一个按照本发明的千斤顶(100，100′)，以便使上述框架移动。本发明的另一个目的是一种装备有这种上层结构(10)的电解池(1)。
上述电解池(1)可以在通常是大于300KA，或甚至大于400KA、及可能大于500KA的电流强度下工作。
标号明细表1 电解池2 电解槽3 阳极4 阳极杆10 上层结构11 固定框架12 阳极框架20，21，22，21′，22′ 连杆30，31，32，……，31′，32′，…… 杠杆100，100′ 千斤顶
110 千斤顶壳体111 连接机构112 千斤顶后面部分113 千斤顶前面部分114 开口120 套筒121 开口122 密封件130 传动螺杆140 驱动杆141 轴向内腔142 螺纹143 带螺纹的终端部件(螺母)144 驱动杆的内端145 连接机构146 开口150 驱动轮151，152轴承160 蜗杆200 驱动电机210 电机轴A 千斤顶轴线D 传动螺杆平均直径E 减速装置中心距M 电机轴线R 驱动轮轴线RR 减速比T 驱动杆轴线V 蜗杆轴线
权利要求
1.千斤顶(100，100′)包括一个具有一个开口(121)的套筒(120)；一个包括一个轴向内腔(141)和螺纹(142)并能在上述开口(121)中移动的驱动杆(140)；一个传动螺杆(130)，该传动螺杆(130)插在所述轴向内腔(141)中，并能与所述螺纹(142)协同操作，以便在所述套筒(120)中和在上述开口(121)中移动所述驱动杆(140)；一个带齿的驱动轮(150)该驱动轮(150)连接到传动螺杆(130)上；一个蜗杆(160)，该蜗杆(160)可以连接到驱动电机(200)的轴(210)上，并可以与驱动轮(150)协同操作以转动该驱动轮(150)；其特征在于，驱动轮(150)的轴线R与蜗杆(160)的轴线V之间的中心距E在100mm和350mm之间，蜗杆(160)与驱动轮(150)之间的减速比RR在300∶1和80∶1之间。
2.按照权利要求1所述的千斤顶(100，100′)，其特征在于，中心距E是在150mm和300mm之间。
3.按照权利要求1所述的千斤顶(100，100′)，其特征在于，中心距E是在180mm和290mm之间。
4.按照权利要求1-3其中之一所述的千斤顶(100，100′)，其特征在于，减速比RR是在100∶1和250∶1之间。
5.按照权利要求1-3其中之一所述的千斤顶(100，100′)，其特征在于，减速比RR是在140∶1和200∶1之间。
6.按照权利要求1-5其中之一所述的千斤顶(100，100′)，其特征在于，千斤顶的蜗杆(160)是，或者可能是，直接接合在驱动电机(200)的轴(210)上。
7.按照权利要求1-6其中之一所述的千斤顶(100，100′)，其特征在于，传动螺杆(130)的平均直径D为小于150mm。
8.按照权利要求1-6其中之一所述的千斤顶(100，100′)，其特征在于，传动螺杆(130)的平均直径D是在50mm和120mm之间。
9.按照权利要求1-6其中之一所述的千斤顶(100，100′)，其特征在于，传动螺杆(130)的平均直径D是在75mm和105mm之间。
10.按照权利要求1-9其中之一所述的千斤顶(100，100′)，其特征在于，螺纹(142)在一带螺纹的终端部件(143)上形成，上述带螺纹的终端部件(143)固定到驱动杆(140)的内端(144)上或者是驱动杆(140)的一部分。
11.按照权利要求1-10其中之一所述的千斤顶(100，100′)，其特征在于，螺距(142)是在14mm和20mm之间。
12.按照权利要求1-10其中之一所述的千斤顶(100，100′)，其特征在于，螺距(142)是在16mm和18mm之间。
13.按照权利要求1-12其中之一所述的千斤顶(100，100′)，其特征在于驱动轮(150)固定到传动螺杆(130)上，或者是传动螺杆(130)的一部分；驱动轮(150)的旋转轴线R与传动螺杆(130)的旋转轴线T重合，以便形成一个共用旋转轴线A。
14.利用按照权利要求1-13其中之一所述的千斤顶(100，100′)来移动为生产铝而设计的电解池(1)上层结构(10)的阳极框架(12)。
15.一种上层结构(10)，待安装在用于生产铝的电解池(1)中，并包括一个阳极框架(12)和至少一个按照权利要求1-13其中之一所述的千斤顶(100，100′)，以便移动上述框架。
16.一种电解池(1)，装备有一个按照权利要求15所述的上层结构(10)。
全文摘要
本发明涉及用来移动生产铝所用的电解池阳极框架的千斤顶。按照本发明，上述千斤顶(100，100′)包括一个外套(120)，所述外套(120)具有一个开口(121)；一个驱动杆(140)，所述驱动杆(140)包括一个轴向内腔(141)和螺纹部分(142)，并可以在开口中移动；一个传动螺杆(130)，所述传动螺杆(130)插入内腔中，并可以与螺纹部分协同操作，以便使驱动杆(140)在外套(120)中和开口(121)中移动；带齿的驱动轮(150)，所述驱动轮(150)连接到传动螺杆(130)上；和一个双头螺杆，所述双头螺杆可以连接到驱动电机(200)的轴上，并可与使其旋转的驱动轮(150)协同操作。本发明其特征在于，驱动轮轴线R与双头螺杆轴线V的中心距为100－350mm；双头螺杆与驱动轮之间的减速比RR是在300∶1和80∶1之间。本发明的千斤顶能同时实现比较高的牵引功率和力，而同时只占一比较有限的体积。
文档编号C25C3/10GK1754053SQ200480004976
公开日2006年3月29日 申请日期2004年2月26日 优先权日2003年2月28日
发明者A·范阿克, A·费尔南德斯德格拉多 申请人:E.C.L.公司