用在电解铝生产工厂中的紧凑型服务模块

摘要

本发明涉及用于使用干法电解生产铝的一组电解池(2)的服务模块(7)，所述服务模块包括适于固定至一滑架(6)的一机架(8)和以在使用时围绕垂直轴线A枢转的方式安装至所述机架(8)的一转动架(9)，并且所述服务模块装配有：一工具组件，所述工具组件特别地包括：安装在一伸缩臂(11a)上的一穿击器(11)，安装在一伸缩臂(12a)上的一斗铲(12)，安装在一伸缩臂(13a)上的至少一第一阳极夹(13)和装备有一可收缩管(16)的斗(15)；一控制台或一控制间(18)，其包括设计用于操纵所述模块和所述工具的控制器以及一操作站(19)，在该操作站操作人员可作动所述控制器。根据本发明的服务模块特征在于，相对于第一平面P1和第二平面P2——其相互垂直且垂直于所述转动架(9)平面Pt、并相交于轴线A，所述操作站(19)的中心C位于离所述平面P1一确定距离C1和离所述平面P2一确定距离C2处，另外，所述斗铲(12)的中心和所述第一阳极夹(13)的中心相对所述操作站(19)位于所述平面P1的对面侧上，所述穿击器(11)和所述可收缩管(16)位于所述操作站(19)与由所述斗铲(12)和所述第一阳极夹(13)形成的排之间。

说明书

技术领域

[01]本发明涉及依据Hall-Héroult法使用干法电解(électrolyse ignée)生产铝。本发明尤其涉及在铝生产工厂中使用的服务模块。

背景技术

[02]工业上采用已知的Hall-Héroult法通过干法电解在电解池中生产铝。工厂容纳了大量的以流水线形式排列在被称为电解厂房或电解车间的建筑物中的电解池，且所述电解池借助连接导线串联式电连接，以优化工厂的占地。所述电解池通常布置为相互之间通过顶端导线电连接的平行的两排或多排。

[03]在运行中，电解工厂需要在电解池上操作，所述操作中特别地包括用新的阳极更换用过的阳极、排出池中金属液以及排出或添加电解液。为了进行这些操作，最现代化的工厂装配有一个或多个服务单元，所述服务单元包括一可动起重机和一个或多个服务机，所述起重机可在电解池上方和所述电解池组的长度上平动，每个服务机包括一滑架(chariot)和一服务模块，所述服务模块包括装卸和操作构件(常被称为“工具”)，如铲和滑车组，并且适于在所述可动起重机上移动。这些服务单元通常被称为“电解服务机(Machines de Service Electrolyse)”或“M.S.E”(英语称为熔池服务单元(PTA：Pot Tending Assembly)或熔池服务机(PTM：Pot Tending Machine)。

[04]为了优化所述电解间中的空间并减少投资成本，所述电解池以相互靠近且靠近电解间的侧面之一的方式布置，并且一尽可能窄的流通过道靠近电解间的另一侧布置。这种布置意味着在所述电解间的墙壁和每个服务机工具的工作领域界限之间的距离最可能地减小，特别地为了进入电解池。此距离被称为“工具通路”。所述电解间中电解池的位置和最终的电解间整体面积基本取决于所述服务机所占体积和其工具靠近及移动的可能性。目前，已知的服务模块占用一大的体积，该体积阻碍电解间各侧的缩减靠近，特别是横向侧面，并且该体积基本限制了所述服务模块靠近这些侧面的移动。考虑到电解池维护所必须的大量工具，很难通过使工具简单靠近而不削弱处于操作站中的操作人员的操作可视性来减少所述模块的体积。

[05]因此，申请人寻求能够避免这些缺点的服务单元。

发明内容

[06]本发明的目的是用于通过干法电解生产铝的一组电解池的一服务模块，所述服务模块包括适于固定至一滑架的一机架和以在使用时围绕垂直轴线A枢转的方式安装至所述机架的一转动架(tourelle)，所述转动架在使用中确定基本水平的一平面，称为“转动架平面”Pt，所述服务模块装配有：

[07]-一工具组件，所述工具组件特别地包括：安装在一伸缩臂上的穿击器(piqueur)，安装在一伸缩臂上的一斗铲，安装在一伸缩臂上的至少一第一阳极夹和装备有一可收缩管的斗；

[08]-一控制台或一控制间，其包括设计用于操纵所述模块和所述工具的控制器以及一操作站，在该操作站上操作人员可作动所述控制器，

[09]且所述服务模块的特征在于，相对于第一平面P1和第二平面P2——其相互垂直且垂直于所述转动架(9)平面Pt、并相交于轴线A：

[10]-所述操作站的中心C位于离所述平面P1一确定距离C1处和离所述平面P2一确定距离C2处；

[11]-所述斗铲的中心和所述第一阳极夹的中心位于所述平面P1相对所述操作站的对面侧上；

[12]-所述穿击器和所述可收缩管位于所述操作站和由所述斗铲和所述第一阳极夹形成的排之间。

[13]根据本发明的模块中工具的布置允许它们的活动部分位于一个远离操作人员的操作间和操作站的区域内，并因此在所述工具的操作范围内提供了一良好的可视性。所述布置还允许所述工具明显地靠近所述转动架的旋转轴，而不削弱所述可视性，这导致所述模块一更大的紧凑性且易于减小通道。因此，所述服务模块保持紧凑性的同时包括至少四个用于阳极更换的基本工具。

[14]本发明还允许对称操作，以使得装配有根据本发明的模块的服务机可无区别地使用，而不必考虑电解池相对于所述电解间的横向侧面的位置。

[15]本发明还避免了使用两个或多个同心转动架，结果这使得可以简化所述服务模块的设计。

[16]本发明的另一个目的是提供包括一滑架和如上所述的一服务模块的一服务机。

[17]本发明的又一个目的是提供用于采用干法电解的铝生产工厂的一服务单元，所述服务单元包括一可动起重机和至少一个根据本发明的服务机。

[18]本发明的再一个目的是把根据本发明的一服务单元用于通过干法电解生产铝的电解池上。

[19]本发明的还有一个目的是更换由干法电解生产铝的电解池的阳极的方法，其中，至少一个确定的阳极采用根据本发明的服务模块被一新的阳极所更换。

附图说明

[20]下文将参照附图对本发明进行详细描述。

[21]图1示出用于铝生产的一典型的电解间的截面图，所述电解间包括图示的一服务单元。

[22]图2和图3图示出根据本发明的服务模块基本工具布置的仰视图。

[23]图4和图5图示出根据本发明的服务模块的实施例的侧视图。

[24]图6示出可由根据本发明的模块进行的阳极更换操作。

具体实施方式

[25]用于铝生产的电解工厂包括一液态铝生产区，所述液态铝生产区包括一个或数个电解间1。如图1所示，每个电解间1包括电解池2和至少一“服务单元”或“服务机”3。所述电解池2通常布置成横排或纵列，每排或每列典型地包括一百多个电解池。所述电解池2在所述电解间1的长度上以留出一流通过道31的方式布置。所述电解池2包括一组装配有一金属杆22的阳极21，所述金属杆用于把阳极固定到和电连接在一金属阳极架(未图示出)上。

[26]所述服务单元3用于在所述电解池2上进行操作，如阳极更换或为电解池的供料斗填充破碎的电解料(bain)和ALF₃。所述服务单元还可用于装卸各种荷载，如容器元件、金属液包或阳极。本发明尤其涉及适于进行阳极更换的服务单元。

[27]所述服务单元3包括一可动起重机4和一服务机5，所述可动起重机可在电解池2上方移动，所述服务机包括适于在所述可动起重机4上移动的一可动滑架6和装配有数个装卸和操作构件10的一服务模块7，如工具(铲、阳极夹、穿击器......)。所述可动起重机4在相互平行且平行于电解厅(和电解池列)的主轴线的运行轨道30、30'上静止和往来。从而，所述可动起重机4可沿所述电解间1的长度移动。

[28]在本发明的框架内，所述服务模块7包括一机架8和一转动架9，所述机架典型地为一平台，其适于固定至一滑架6，所述转动架以在使用时能围绕一垂直轴线A枢转的方式安装在所述机架8上。所述转动架9装配有一控制台或一控制间18，所述控制台或控制间包括用来操纵所述模块7和所述工具10的控制器以及一操作站19，操作人员可从所述操作站作动所述控制器。

[29]根据本发明的转动架9还装配有一确定的工具组件10，即至少一个安装在一伸缩臂11a上的一穿击器11，安装在一伸缩臂12a上的一斗铲12，安装在一伸缩臂13a、14a上的至少一阳极装卸夹(下文中称为“阳极夹”)13、14和装配有一可收缩管16的斗15。这些工具(11至16)设计用于电解厅中电解池的阳极更换操作。在这些操作中，所述穿击器11用于破碎氧化铝的硬层和通常覆盖电解池阳极的固化的电解料；所述斗铲12用于在磨损的的阳极被拆离之后通过移除位于其中的固体物质(如硬层碎片和碳和氧化铝)来清理阳极位置；所述阳极夹13、14用于通过其杆件来夹持和操作所述阳极，特别地用于从电解池移除磨损的的阳极和在电解池中更换新的阳极；所述可收缩管16用于在更换了一新的阳极之后在电解池中添加氧化铝和/或破碎的电解料，以重新形成一覆盖层。根据本发明的转动架9还可装配辅助工具，如一滑车组。

[30]在本发明的框架中，一伸缩臂11a、12a、13a、14a包括至少一个固定件和一个第一可动件，所述第一可动件适于相对于所述固定件沿一确定的移动轴线的长度移动。所述固定件和可动件具有明显伸长的一形状，如一杆，一柱或一更复杂的形状，据此形状在其长度方向上连成一主轴线。所述固定件和可动件的主轴线在使用中典型地明显垂直。所述确定的移动轴线通常平行于所述固定件的主轴线且可与之重合。所述固定件刚性地或柔性地固定至转动架9。柔性固定允许可动件相对其固定点的某一游隙行程。所述工具通常在其端部固定至所述可动件。例如，所述固定件可以是横截面明显正方形的一第一空心柱，所述可动件可以是横截面明显正方形的一第二柱，所述第二柱适于在所述第一柱中滑动；在该实例中，所述第一柱和第二柱的主轴线重合。所述伸缩臂可包括一个或多个位于所述固定件和所述第一可动件之间且适于相对于所述固定件和所述第一可动件移动的中间移动件。

[31]所述转动架9确定垂直于所述轴线A且因此在使用中明显呈水平的一平面Pt，其被称为转动架平面。为了描述在所述转动架上元件的布置，该平面被分成四个被两个平面P1、P2所限定的几何象限，所述平面P1、P2垂直于所述转动架平面(从而在使用中是竖直的)，并相互垂直且穿过所述轴线A。此坐标系显示在图2和图3中。空间因此被分成四个子空间，每个子空间对应于被所述两个平面P1和P2所界定的四个象限中的一个。出于描述的需要，所述象限和相应的子空间由罗马数字I至IV表示。

[32]所述工具在使用中通常位于所述转动架平面的同一侧，即在该平面之下(从而在所述机架和所述转动架之下)的那侧转动架。

[33]采用上述坐标系：

[34]-所述操作站19的中心或者处在位于所述平面P1一侧的参照子空间I或IV中，或者在分开这两个子空间的平面P2上；

[35]-所述斗铲12的中心和所述阳极夹13、14的中心在对着所述平面P1的一侧或者位于邻近所述参照子空间的一子空间中(例如当所述操作站的中心在子空间I中时，其在子空间II中)，或者位于与所述参照子空间相对的子空间中(例如当所述操作站的中心在子空间I中时，其在子空间III中)；

[36]-所述穿击器11和所述可收缩管16根据所述斗铲和所述阳极夹留下的可用空间布置在所述操作站18与或者是平行于所述平面P1并且穿过所述第一阳极夹13中心的平面Pa之间、或者是平行于所述平面P1并且穿过所述斗铲12中心的平面Pb之间。所述穿击器11和所述可收缩管16则被布置在所述操作站18和由所述斗铲12与所述阳极夹13、14形成的排之间。例如，所述穿击器11可布置在所述操作站19和所述斗铲12之间，所述可收缩管16则可布置在所述操作站19和所述阳极夹13、14之间。所述穿击器11和所述可收缩管16优选地位于所述平面P1和所述排之间，更通常地位于所述平面P1与由所述斗铲12和所述阳极夹13、14形成的排之间。所述穿击器11和所述可收缩管16优选地还位于平面P12与平面P13或P14之间，所述平面P12是平行于所述轴线A且穿过所述操作站19的中心和所述斗铲12的中心的平面，所述平面P13和P14是平行于所述轴线A且穿过所述操作站19的中心和离所述斗铲的中心最远的所述阳极夹13或14的中心的平面。

[37]如图6所示，当操作人员在所述容器处的工作区域17或者在所述阳极杆件22固定处的工作区域17’中操作时，根据本发明的工具的位置允许在所述阳极更换的工具组件(11至16)上的一可视性。操作人员在所述阳极更换操作上的视角表示为附图标记20。这些操作如下进行：首先借助所述穿击器11破碎覆盖所述阳极的硬层(图6(A))，然后借助所述阳极夹13、14取出磨损的的阳极(图6(B))，借助所述斗铲12清理所述阳极位置(图6(C))，以及借助所述阳极夹13、14更换新的阳极(图6(B))并且借助所述可收缩管覆盖以氧化铝和/或破碎的电解料(图6(D))。在所述模块被装配上数个阳极夹的情况下，这些操作可在数个阳极上同时实施。根据本发明的工具的位置还允许：进行所述操作而无需围绕所述轴线A旋转所述转动架9；在所述操作中，所述工具相对于一阳极21和其杆22的位置的定位仅需所述转动架9的轻微移动——通过所述转动架9相对于所述轴线A水平移动和/或轻微旋转。

[38]所述操作站19，所述斗铲12和所述阳极夹13、14位于从所述轴线A确定的径向距离处。这些距离可以用相对于所述平面P1和P2的距离的方式给出，如图2所示(即操作站为C1和C2，斗铲为B1和B2，第一阳极夹为A1和A2，A1’和A2’为在需要时的所述第二阳极夹，......)。相对于所述平面P1(A1、A1’、B1、C1)的距离特别地取决于所述工具的尺寸、所述可动起重机4的高度、所述电解池2的尺寸和它们之间的间距。

[39]所述平面P2与所述平面Pc——该平面Pc穿过所述轴线A和所述操作站19的中心C——之间的角度S包括在0和40°之间，并更优选地在0和15°之间。这种布置使得操作人员的视野可以在所述穿击器的伸缩臂11a和所述可收缩管16之间，而同时可以保持使这些组件靠近所述平面P2，所述可收缩管典型地由一伸缩臂作动。在这种构造中，所述操作站19的确定距离C2典型地包括在0和1000mm之间，并更典型地在100和600mm之间。

[40]所述斗铲12和所述第一阳极夹13被隔开以使它们之间留出足够的空间以防止它们碰撞。

[41]优选地，所述斗铲12的中心和所述第一阳极夹13的中心位于所述平面P2的对面侧上。这种构造使得所述模块的运行围绕所述轴线A呈180°旋转对称，同时维持所述模块的紧凑性和操作人员对工具的可视性。

[42]根据本发明的一个实施方式，对于该实施方式，图2图示了一个布置实例，所述操作站19的中心C和所述斗铲12的中心位于所述平面P2的相同侧。例如，所述操作站19的中心C可以位于子空间I中，而所述斗铲12的中心可以位于子空间II中；所述第一阳极夹13的中心则优选地在子空间III中。相对所述平面P2的镜像构造也是可以的。

[43]根据本发明的另一个实施方式，对于该实施方式，图3图示了一个布置实例，所述操作站19的中心C和所述第一阳极夹13的中心位于所述平面P2的相同侧。例如，所述操作站19的中心C可以位于子空间IV中，而所述第一阳极夹13的中心可以位于子空间III中；所述斗铲12的中心则优选地位于子空间II中。相对所述平面P2的镜像构造也是可以的。

[44]根据本发明的所述服务模块7还可包括至少一个附加的阳极夹14——典型地为一个或两个附加的阳极夹——所述附加阳极夹安装在一伸缩臂上，且与所述第一阳极夹13位于同一子空间中。所述附加阳极夹14的中心优选地与所述第一阳极夹13的中心位于所述平面P1和P2的同侧。仍然优选地，所述附加阳极夹14的中心还位于平行于所述平面P1且穿过所述第一阳极夹13的中心的平面Pa中。

[45]为了易于所述阳极更换的连续操作，平行于所述平面P1且穿过所述第一阳极夹13中心的平面Pa和平行于所述平面P1且穿过所述斗铲12中心的平面Pb有利地留出相对小的一间距F，该间距典型地在0和300mm之间。因此，所述斗铲和所述阳极夹的伸缩臂基本排成行，也就是说，它们形成一工具排，以使得它们的活动部分位于远离操作站的一区域内，并且在这些工具的操作范围内提供了一好的可视性。另外，在这种构造中，通过沿所述可动起重机长度的一简单纵向移动和所述起重机本身的一轻微移动，操作人员可从一个工具移动到下一个工具。

[46]有利地，所述穿击器11位于离所述平面P2的一个距离处，所述距离在0和200mm之间。所述平面P2与平面Pp——该平面Pp穿过所述穿击器11的伸缩臂11a和所述穿击器11——之间的角度P包括在0和20°之间。因此，所述穿击器11的伸缩臂11a位于靠近所述平面P1或可能地位于所述平面P1中。这种布置使得可以同时得到所述模块的操作围绕所述轴线A的180°旋转对称性和所述模块的一好的紧凑性。如图5所示，所述穿击器11典型地设置在固定至其伸缩臂11a的端部的一肘臂上。所述穿击器11的伸缩臂11a可以相对所述轴线A垂直(图5)或倾斜(图4)。

[47]所述操作站19的中心和所述斗铲12的中心之间的距离与所述操作站19的中心和所述阳极夹或每个阳极夹13、14的中心之间的距离典型地在3米和5米之间。这些距离为中心至中心之间的距离，且对应于平行于图2所示所述转动架平面Pt的直线段D12、D13和D14。

[48]平行于所述轴线A且穿过所述操作站19的中心和所述斗铲12的中心的平面P12与平行于所述轴线A且穿过所述操作站19的中心和离所述斗铲中心最远的阳极夹13、14的中心的平面P13或P14之间的开口角V优选地小于30°，且更优选地小于20°。

[49]图4示出根据本发明的所述服务模块的一个可能的实施例。这些图显示了所述模块的侧视图和所述可动起重机4的截面图；图4(A)对应于图4(B)，图4(B)不同之处仅在于未显示所述斗铲12，为的是示出位于所述斗铲旁边的所述第一阳极夹13。在这些图中，所述模块安装在一滑架6上，以组成一服务机5。所述滑架6以能够沿起重机长度移动的方式安装在起重机的两根横梁4’、4”上。所述穿击器表示在一“等待”位置11’和一“工作”位置11中；在工作位置中，所述穿击器到达所述工具的工作区域17。所述穿击器的伸缩臂11a相对于所述轴线A倾斜。

[50]图5示出根据本发明的服务模块的另一个可能的实施例。所述工具显示在等待位置中。在该变型中，所述斗15比图4的实例中更靠近所述操作间或操作台18设置。所述穿击器的伸缩臂11a平行于所述轴线A。

[51]本发明对于更换设计用于通过干法电解生产铝的一电解池2的阳极的方法尤其有利，所述方法中：

[52]-使根据本发明的一服务模块7靠近所述电解池2；

[53]-使用所述穿击器11破碎氧化铝的和固化的电解料的渣壳，该渣壳围绕和覆盖至少一个确定的磨损的阳极；

[54]-使用一阳极夹13、14移除所述磨损的的阳极；

[55]-使用所述斗铲12准备所述新的阳极的位置；

[56]-使用所述阳极夹13、14放置所述新的阳极；

[57]-使用所述可收缩管16用氧化铝和/或破碎的电解料覆盖所述新的阳极。