CN1742117A - 用于生产铝的电解池的操作器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在熔池电解铝生产装置中的一种用于在运输模块(6)与装卸和工作装置之间的旋转式机械和电气的连接装置(100)，其特征在于，它包括一个固定式框架(101)，所述框架(101)装有一个衬套(102)，一个套筒(121)，所述套筒(121)包围补套(102)并能绕该衬套旋转，第一(110)和第二(120)“旋转式”的框架，它们绕套筒(121)旋转，在各框架之间的滑动和可旋转式电接触点(113，114)，以及驱动系统(140，141，142，150，151，152)，它绕一共同轴线(103)使各框架彼此相对转动。本发明的连接装置能在三个框架之间无角度限制地旋转，同时使上述三个框架之间具有永久的电连接。

Description

用于生产铝的电解池的操作器

技术领域

本发明涉及用按照霍尔-埃鲁(Hall-Héroult)法的熔池电解生产铝。尤其是，本发明涉及在生产铝的装置中所用的移动式起重机上用的电解槽操作器。

背景技术

金属铝在工业上是通过熔池电解，亦即通过用众所周知的Hall-Héroult法在称做电解液的熔融冰晶石电解液中电解氧化铝溶液进行生产。电解液装在称做“电解槽”的槽中，上述“电解槽”包括一种在内部衬有耐热材料和/或隔热材料的钢壳，和一个在槽底处的阴极组件。用含碳材料制成的阳极部分浸入电解液中。由电解槽、它的阳极和电解液形成的组件叫做电解池。

装置里含有许多电解池，这些电解池在建筑物中成行排列，上述建筑物叫做电解车间或电解室，并且上述电解池用连接导线串联连接，以便优化装置的占地面积。电解池通常排列成两个或若干平行的行，上述平行的行通过端部导线相互电连接。因此电解电流成级联从一个电解池转到下一个电解池。

在工作期间，电解装置需要对电解池进行干预，尤其是包括用新阳极替换废阳极、从电解池中抽取液体金属、抽出或加入电解质。最现代化的装置装备有一个或若干电解槽操作单元，以便实施这种工作，上述操作单元包括一个移动式起重机，所述移动式起重机可以在电解池上方纵向移动，以及一个电解槽操作模块，它包括一个移动式行车与若干装卸和工作装置(常常叫做“工具”)如铲斗和滑轮组，它们可以在移动式起重机上移动。这些电解槽操作单元常常叫做电解槽操作组件(PTA)或电解槽操作机器(PTM)。

然而，已知的电解槽操作单元的移动能力受限制，尤其是由于电源电缆只能作有限的线性运动或有限的旋转运动。

因此，申请人对电解槽操作单元进行探索，以便避免这些缺点而同时保持可靠。

发明内容

本发明的目的是在一个运输模块，通常是一个移动式行车，与熔池电解铝生产装置中的装卸和工作装置之间的一种旋转式机械和电气连接装置，其特征在于，它包括：一个“固定式”框架，所述固定式框架装配一个衬套或直线轴；一个套筒，所述套筒包围衬套，能绕该衬套旋转；第一和第二“旋转式”框架，所述第一和第二旋转式框架能绕套筒旋转；和滑动旋转式电接触点，所述电接触点是在框架和驱动系统之间，以便使各框架绕一共同轴线彼此相对旋转。

更准确地说，按照本发明所述的旋转式机械和电气连接装置其特征在于，它包括：

一个“固定式”框架，所述“固定式”框架包括一个衬套或轴，所述衬套或轴称之为“中心”轴，该“中心”轴限定一个旋转轴线，

一个套筒，所述套筒包围上述衬套并能绕上述衬套和绕上述旋转轴线旋转，

一个第一“旋转式”框架，所述第一“旋转式”框架与上述套筒一起旋转，并能绕旋转轴线旋转，

一个第二“旋转式”框架，所述第二“旋转式”框架能绕上述套筒和上述旋转轴线旋转，

多个第一滑动旋转式电接触点，所述第一滑动旋转式电接触点包括一个构件和另一个构件，上述一个构件为连接到外部导线上而设计并固定到固定式框架上，而上述另一个构件为连接到系统中的导线上而设计并固定到套筒上，所述系统能受驱动而旋转，

多个第二滑动旋转式电接触点，所述第二滑动旋转式电接触点包括一个构件和另一个构件，上述一个构件固定到第二旋转框架上，而上述另一个构件固定到套筒上，每个构件都为连接到系统中的导线上而设计，所述系统可以受驱动而旋转，

一个第一驱动系统，所述第一驱动系统能使第一旋转式框架绕上述旋转轴线旋转，

一个第二驱动系统，所述第二驱动系统能使第二旋转式框架绕上述旋转轴线旋转。

因此，按照本发明所述的两个旋转式框架和连接装置的套筒设计成相互独立地绕一共同轴线旋转，上述旋转轴线在使用时通常是垂直的。因而把框架和套筒的旋转说成是“同轴的”。套筒由第一旋转式框架，通常是通过一个机械机构如销钉，驱动处于旋转状态。

按照本发明所述的连接装置能在三个框架之间没有角度限制的情况下旋转，而同时在它们之间形成永久的电连接。各框架独立地旋转这一事实增加了操作者的舒适和效率。

附图说明

本发明在看了下面参照附图进行说明的本发明优选实施例的详细说明之后，将会得到更好的理解。

图1示出为铝生产而设计的典型电解室的剖视图，并包括示意性地表示一种电解槽操作单元。

图2示出一种装置的电解槽操作模块的示意性的侧视图，上述装置按本发明的熔池电解法生产铝。

图3示出按照本发明所述的一种连接装置的剖视图。

具体实施方式

为生产铝而设计的电解装置包括一个液态铝生产区，所述液态铝生产区包括一个或一些电解室(1)。如图1所示，每个电解室(1)都包括一些电解池(2)和至少一个“电解槽操作单元”或“电解槽操作机”(3)。电解池(2)通常是排列成若干排或行(典型的是并排或头对头式排列)，每一排或行典型的是包括一百个以上的电解池。上述电解池(2)包括一系列的阳极(21)，所述阳极(21)都装备一个金属棒(22)，上述金属棒(22)用来将阳极连接和电连接到金属阳极框架(未示出)上。

电解槽操作单元(3)用来实施在电解池(2)上的操作，如阳极更换或者用磨碎的熔体和用AlF₃充填电解池的进料斗。它也可以用来装卸各种载荷如电解槽元件、液体金属包或阳极。

电解槽操作单元(3)包括一个移动式起重机(4)和一个电解槽操作模块(5)，上述移动式起重机(4)可以在电解池(2)上方纵向移动，而上述电解槽操作模块(5)包括一个可在移动式起重机(4)上移动的移动式行车(6)和几个装卸和工作装置(7、8、9、10、11)如各种工具(铲斗、扳手、板结层破碎装置等)和控制室。

移动式起重机(4)支承在起重机轨道(30、30′)上并沿着上述轨道(30、30′)移动、上述起重机轨道(30、30′)安装成相互平行和平行于车间(和电解池的行)的主轴线。因此移动式起重机(4)可以沿着电解室(1)移动。

按照本发明，在熔池电解铝生产装置中，在运输模块通常是移动式行车(6)与装卸和工作装置(7、8、9、10、11)之间的旋转式机械和电气连接装置(100)，其特征在于，它包括：

一个“固定式”框架(101)，所述“固定式”框架(101)设计成能固定到上述运输模块(6)上，并包括一个限定旋转轴线(103)的衬套(102)，所述衬套(102)通常垂直于上述固定式框架的主平面；

一个套筒(121)，所述套筒(121)包围上述衬套(102)，并能绕上述衬套(102)和绕上述旋转轴线(103)旋转；

一个第一“旋转式”框架(110)，所述第一“旋转”框架(110)能绕上述旋转轴线(103)旋转和驱动上述套筒(121)处于旋转状态，并设计成能承载至少一个装卸和工作装置(7、8、9、10、11)；

一个第二“旋转”框架(120)，所述第二“旋转式”框架(120)能绕上述套筒(121)和上述旋转轴线(103)旋转，并设计成能承载至少一个装卸和工作装置(7、8、9、10、11)；

至少多个第一滑动和旋转式电接触点(113)，每个滑动和旋转式电接触点(113)都包括至少一个第一构件(1131)和至少一个第二构件(1132)，上述第一构件(1131)固定到固定式框架(101)上和连接到至少一根外部导线(117)上，而上述第二构件(1132)固定到套筒(121)上和连接到至少一根配电导线(118、1181、1182)上。

多个第二滑动和旋转式电接触点(114)，每个滑动和旋转式电接触点(114)都包括至少一个第一构件(1141)和至少一个第二构件(1142)，上述第一构件(1141)固定到第二旋转式框架(120)上和连接到至少一根配电导线(119)上，而上述第二构件(1142)固定到套筒(121)上和连接到至少一根配电导线(1181、1182)上；

一个第一驱动系统(140、141、142)，所述第一驱动系统(140、141、142)能使第一旋转式框架(110)绕上述轴线(103)旋转；

一个第二驱动系统(150、151、152)，所述第二驱动系统(150、151、152)能使第二旋转式框架(120)绕上述轴线(103)旋转。

衬套(102)在旋转时相对于固定式框架(101)闭锁。在使用期间，固定式框架(101)通常是在旋转式框架(110、120)的上方，旋转轴线(103)通常基本上是垂直的。

第一旋转式框架(110)与套筒(121)一起旋转，并且通常是通过一个机械机构如销钉驱动上述套筒处于旋转状态。

上述多个滑动和旋转式电接触点(113、114)通常包括若干固定到套筒(121)上的环或轨道和若干固定到框架(101、120)上的电刷或滑动触头。通常有几个或几十个旋转和滑动式电接触点。尤其是，它们可以用来传送控制信号和电力。上述多个电接触点(113、114)用一个外壳(115、116)保护是有利的。框架(101、110、120)通常包括开口，上述外部导线和配电导线可以穿过上述开口。

外部导线(117)通常相对于固定式框架固定。配电导线(118、1181、1182、119)是连接装置的电导线，上述连接装置可以通过旋转上述旋转式框架(110，120)驱动。配电导线包括一第一系列导线(118、1181、1182)和一第二系列导线(119)，上述第一系列导线(118、1181、1182)通常是相对于套筒(121)固定并固定到第一旋转式框架(110)上，而上述第二系列导线(119)通常是相对于第二旋转式框架(120)固定。

在本发明的一个有利的实施例中，连接装置(100)还包括：

一个第一环形轴承(111)，所述第一环形轴承(111)是在固定式框架(101)和第一旋转式框架(110)之间，它能绕一旋转轴线(103)在上述这两个框架之间旋转；

一个第二环形轴承(112)，所述第二环形轴承(112)是在第一旋转式框架(110)和第二旋转式框架(120)之间，它能绕旋转轴线(103)在上述这两个框架之间旋转。

环形轴承(111、112)通常是滚动轴承，如带有滚子轴承的环。

按照本发明所述的连接装置(100)有利地包括一个或多个将上述框架(101、110、120)夹持在规定的轴向位置的装配机构。这些装配机构可以全部或部分地结合在环形轴承(111、112)中。

驱动系统(140、141、142、150、151、152)通常包括一个电机(140、150)，一个齿轮(141、151)和一个带齿的环(142)或带齿的轮(152)。电机(140、150)和环(142、152)分别固定到固定式框架(101)上和固定到旋转式框架(110、120)的其中之一上，或者反之亦然。电机(140、150)可以通过一个机械机构如臂(153)固定到旋转式框架或固定式框架上。

按照本发明另一种可能的变体，驱动系统(140、141、142、150、151、152)可以包括一个或多个基于表面夹紧的主动轮和至少一个轨道。

连接装置(100)有利的是包括互补的环形轴承(160，161，162，163，164)和/或互补的环形齿轮(170，171)。上述互补的环形齿轮(160、161、162、163、164)在套筒(121)和固定式框架(101)之间，也许通过衬套(102)，如图3所示。而上述互补的环形齿轮(170、171)是在套筒(121)和第二旋转式框架(120)之间。这些互补的轴承避免旋转元件(110、120、121)的侧向位移。

按照本发明一种有利的变体，连接装置还包括旋转式气动和/或液压连接机构(130、131、132、133)，所述连接机构(130、131、132、133)是在固定式框架(101)与旋转式框架(110、120)的至少其中之一之间，而优选的是与它们二者之间，并因此用于其中至少一个转动架。尤其是，这些连接机构能把压缩空气供应到装卸和工作装置。这些机构有利的是包括在中心轴(102)中的一个轴向空腔(130)，密封式旋转接头(131、132)和互补的管道(133、134)。

在图3所示的本发明的一个优选实施例中，第一旋转式框架(110)位于固定式框架(101)和第二旋转式框架(120)之间。在本发明的这个实施例中，第二旋转式框架(120)的驱动系统优选的是包括一个带齿的轮(152)和一个电机(150)，上述带齿的轮(152)固定到衬套(102)上，而上述电机(150)固定到第二旋转式框架(120)上并装配一个齿轮(151)。

本发明的另一个目的是一种供在熔池电解铝生产装置中使用的电解槽操作模块(5)，并包括一个行车(6)与若干装卸和工作装置(7、8、9、10、11)，其特征在于，它还包括：

一个按照本发明所述的连接装置(100)，所述连接装置(100)通过上述固定式框架(101)接合到上述行车(6)上。

一个第一转动架(110′)，所述第一转动架(110′)通过上述第一旋转式框架(110)形成或者接合到上述第一旋转式框架(110)上，并包括至少一个第一装卸和工作装置(7、8、9、10、11)；

一个第二转动架(120′)，所述第二转动架通过上述第二旋转式框架(120)形成或者接合到上述第二旋转式框架(120)上，并包括至少一个第二装卸和工作装置(7、8、9、10、11)。

例如，第一转动架(110′)通常包括一个控制室(11)和一个铲斗(10)，所述铲斗(10)装有阳极覆盖产品。第二转动架(120′)通常装有电解池用的各种电解槽操作工具，如：一种板结层破碎装置(8)，所述板结层破碎装置(8)打碎在阳极周围和各阳极之间形成的氧化铝和冰晶石板结层；一个铲斗(7)，所述铲斗(7)用于在阳极更换时拆卸电解池中所包含的固体元件；和一个用于装卸阳极(9)的系统，所述系统设计为取出废阳极和用于更换新阳极。

因而连接装置(100)通常这样放置，以便当行车(6)在移动式起重机(4)上处于工作位置时，旋转式框架(110、120)位于固定式框架(101)的下方。

按照本发明所述的电解槽操作模块使操作者在他的工作过程中对电解池和对装卸和工作工具或装置具有良好的可视性。尤其是通过避免相对于他的起始点的大角度转动，它还可使操作者的任务简化。它还能在分开的电解室中使用同一模块。在上述分开的电解室中，各电解池不是全都按相同的方式确定方位的。

本发明的另一个目的是一种用于熔池电解铝生产装置的电解槽操作单元(3)，所述操作单元(3)包括一个移动式起重机(4)和至少一个按照本发明所述的电解槽操作模块(5)。

本发明的另一个目的是使用按照本发明所述的电解槽操作模块(5)或电解槽操作单元(3)来在为熔池电解生产铝而设计的电解池(2)上进行工作。

标号说明

标号             说明

1                电解室

2                电解池

3                电解槽操作单元

4                移动式起重机

5                电解槽操作模块

6                行车

7                铲斗

8                板结层破碎装置

9                阳极装卸系统

10               料斗

11               控制室

21               阳极

22               阳极棒

30、30′         移动式起重机轨道

100              机械和电气连接装置

101              固定式框架

102              衬套

103              衬套旋转轴线

110              第一旋转式框架

110′            第一转动架

111              第一环形轴承

112              第二环形轴承

113              多个第一滑动和旋转式电接触点

114              多个第二滑动和旋转式电接触点

1131、1141       每个电接触点的第一构件(称之为“外部构件”)

1132、1142       每个电接触点的第二构件(称之为“内部构件”)

115，116         保护外壳

117              外部电导线

118、1181、1182  配电导线

119              配电导线

120              第二旋转式框架

120′            第二转动架

121              套筒

122              旋转式接头体

123              旋转式驱动机构

130              衬套的轴向空腔

131、132         密封式旋转接头

133、134         管道

140、150         驱动电机

141、151         齿轮

142              带齿的环

152              带齿的轮

153              臂

160-164          互补式环形轴承

170、171         互补式环形轴承

Claims (14)

1.旋转式机械和电气连接装置(100)，所述装置(100)在熔池电解铝生产装置中是在一个运输模块(6)，通常是一个行车与装卸和工作装置(7，8，9，10，11)之间，其特征在于，它包括：

一个“固定式”框架(101)，所述“固定式”框架(101)设计成装配到上述运输模块(6)上，并包括一个限定旋转轴线(103)的衬套(102)；

一个套筒(121)，所述套筒(121)包围上述衬套(102)，并能绕衬套(102)和绕上述旋转轴线(103)旋转；

一个第一“旋转式”框架(110)，所述第一“旋转式”框架(110)能绕上述旋转轴线(103)旋转和驱动上述套筒(121)处于旋转状态，并设计成能承载至少一个装卸和工作装置(7，8，9，10，11)；

一个第二“旋转式”框架(120)，所述第二“旋转式”框架(120)能绕上述套筒(121)和上述旋转轴线(103)旋转，并设计成能承载至少一个装卸和工作装置(7，8，9，10，11)；

多个第一滑动和旋转式电接触点(113)，每个电接触点(113)都包括至少一个第一构件(1131)和至少一个第二构件(1132)，上述第一构件(1131)固定到固定式框架(101)上并连接到至少一根外部导线(117)上，而上述第二构件(1132)固定到套筒(121)上并连接到至少一根配电导线(118，1181，1182)上；

多个第二滑动和旋转式电接触点(114)，每个电接触点(114)都包括至少一第一构件(1141)和至少一个第二构件(1142)，上述第一构件(1141)固定到第二旋转式框架(120)上并连接到至少一根配电导线(119)上，而上述第二构件(1142)固定到套筒(121)上并连接至少一根配电导线(1181，1182)上；

一个第一驱动系统(140，141，142)，所述第一驱动系统(140，141，142)能使第一旋转式框架(110)绕上述轴线(103)旋转；

一个第二驱动系统(150，151，152)，所述第二驱动系统(150，151，152)能使第二旋转式框架(120)绕上述轴线(103)旋转。

2.按照权利要求1所述的连接装置(100)，其特征在于，它还包括：

一个第一环形轴承(111)，所述第一环形轴承(111)是在固定式框架(101)与第一旋转式框架(110)之间，它能在这两个框架之间绕旋转轴线(103)旋转；

一个第二环形轴承(112)，所述第二环形轴承(112)是在第一旋转式框架(110)和第二旋转式框架(120)之间，它能在这两个框架之间绕旋转轴线(103)旋转。

3.按照权利要求1或2所述的连接装置(100)，其特征在于，驱动系统(140，141，142，150，151，152)包括一个电机(140，150)，一个齿轮(141，151)和一个带齿的环(142)或一个带齿的轮(152)。

4.按照权利要求1或2所述的连接装置(100)，其特征在于，驱动系统(140，141，142，150，151，152)包括一个或多个基于表面夹紧的驱动轮和至少一个轨道。

5.按照权利要求1-4其中之一所述的连接装置(100)，其特征在于，它包括在套筒(121)与固定式框架(101)之间，也可能穿过衬套(102)的互补式环形轴承(160，161，162，163，164)，和/或在套筒(121)与第二旋转式框架(120)之间的互补式环形轴承(170，171)。

6.按照权利要求1-5其中之一所述的连接装置(100)，其特征在于，它还包括在固定式框架(101)和至少一个旋转式框架(110，120)之间的旋转式气动和/或液压连接机构(130，131，132，133，134)。

7.按照权利要求6所述的连接装置(100)，其特征在于，旋转式气动连接机构(130，131，132，133)包括在中心轴(102)中的一个轴向空腔(130)，密封式旋转接头(131，132)和互补的管道(133，134)。

8.按照权利要求1-7其中之一所述的连接装置(100)，其特征在于，第一旋转式框架(110)位于固定式框架(101)和第二旋转式框架(120)之间。

9.按照权利要求8所述的连接装置(100)，其特征在于，第二旋转式框架(120)的驱动系统包括一个带齿的轮(152)和一个电机(150)，上述带齿的轮(152)固定到衬套(102)上，而上述电机(150)固定到第二旋转式框架(120)上并装配有一个齿轮(151)。

10.电解槽操作模块(5)，在熔池电解铝生产装置中使用，并包括一个行车(6)及装卸和工作装置(7，8，9，10，11)，其特征在于，它还包括：

一个按照权利要求1-9其中之一所述的连接装置(100)，所述连接装置(100)通过上述固定式框架(101)接合到上述行车(6)上；

一个第一转动架(110′)，所述第一转动架(110′)由上述第一旋转式框架(110)形成或者接合到上述第一旋转式框架(110)上，并包括至少一个第一装卸和工作装置(7，8，9，10，11)；

一个第二转动架(120′)，所述第二转动架(120′)由上述第二旋转式框架(120)形成或者接合到上述第二旋转式框架(120)上，并包括至少一个第二装卸和工作装置(7，8，9，10，11)。

11.按照权利要求10所述的电解槽操作模块(5)，其特征在于，连接装置(100)如此放置，以便当行车(6)在移动式起重机(4)上处于工作位置时，旋转式框架(110，120)位于固定式框架(101)的下方。

12.用于熔池电解铝生产装置的电解槽操作单元(3)，包括一个移动式起重机(4)和至少一个按照权利要求10或11其中之一所述的电解槽操作模块(5)。

13.利用按照权利要求10或11所述的电解槽操作模块(5)，在为熔池电解法生产铝而设计的电解池(2)上进行工作。

14.利用按照权利要求12所述的电解池操作单元(3)，在为熔池电解法生产铝而设计的电解池(2)上进行工作。

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