用于生产铝的电解槽的熔体壳层穿孔构件的刮除器

摘要

本发明涉及一穿孔构件(331)如打壳器的一刮除器(40)，所述穿孔构件可用于通过所述穿孔构件沿一平移轴线(T)往复运动，在干法电解槽内的氧化铝及固化熔体壳层中形成一开口。根据本发明的所述刮除器(40)的特征在于：它包括多个围绕一参照轴线(S)布置的指状件(42)，以便在所述指状件和所述穿孔构件之间形成一空间(44)，其中所述参照轴线(S)用于在使用时与所述平移轴线(T)一致；并且，每个指状件(42)包括至少一刮除构件(43)，所述刮除构件向所述穿孔构件(33)的方向形成凸起。按照本发明的刮除器可避免在所述穿孔构件的表面上形成一包壳，所述包壳可能卡住刮除器内的构件。

说明书

技术领域

[01]本发明涉及通过霍尔-赫鲁(Hall-Héroult)工艺由干法电解生产铝的电解槽设施。其尤其涉及所述电解槽的固化熔体的壳层的穿孔装置。

背景技术

[02]通过干法电解熔融在基于冰晶石的熔体内的氧化铝来生产铝的电解槽的运行引起熔体组成的持久变化。一方面，氧化铝通过电解反应被消耗，而另一方面，熔体的数量和组成通过次机理(mécanismessecondaires)逐渐被改变，所述次机理如通过电解槽壁的冰晶石组分的吸收作用或通过阳极效应的含氟组分的分解作用。因此必须有规律地添加氧化铝和熔体化合物，如冰晶石(Na₃AlF₆)或氟化铝(AlF₃)，以使电解槽的运行参数保持稳定。

[03]氧化铝和熔体化合物通常以粉末状被引入熔体内。为了能够将粉末状物料引入电解熔体内，给电解槽装配一个或多个粉末物料分配器，所述分配器与氧化铝及凝结电解液壳层的穿孔装置相连，正常运行时所述的氧化铝及凝结电解液壳层覆盖熔体表面。所述穿孔装置通常包括一作动筒和一穿孔构件(常称为“打壳器”、“冲杆”或“落楔”)，所述穿孔构件固定在该作动筒杆件的端部。所述打壳器通常竖直布置，它通过作动筒的促动而下降并打碎所述的氧化铝及固化熔体壳层。所述打壳设备通常还包括一刮除器，其设计成用来消除固化熔体的沉积物，所述沉积物有形成在所述打壳器上的趋势。

[04]由彼希涅铝业集团(Aluminium Pechiney)提出的法国专利FR 2455 093、FR 2 487 386(对应美国专利US 4 431 491)和FR 2 527 647(对应美国专利US 4 437 964)描述了用来生产铝的电解槽的氧化铝定时供给设备。这些设备--当打壳器和剂量器组合时公知称为“打壳-剂量器(piqueur-doseur)”--包括氧化铝供给装置和一击穿氧化铝及固化熔体壳层的穿孔装置。所述穿孔装置装配有一刮除器，该刮除器紧密地围住所述打壳器。

[05]然而，所述固化的熔体有时在所述穿孔构件表面形成一包壳(enveloppe)，所述包壳可能卡住所述刮除器内的所述构件。申请人寻求用以避免该缺陷的方式。

发明内容

[06]本发明的目的是用于一穿孔构件(如打壳器(piqueur)、冲杆(plongeur)或落楔(pointerolle))的刮除器，所述穿孔构件可用于通过该穿孔构件沿一平移轴线T往复运动，在干法电解槽内的氧化铝及固化熔体壳层中形成一开口。

[07]按照本发明的刮除器，其特征在于，其包括至少三个围绕一参照轴线S布置的指状件，以便在所述指状件和所述穿孔构件之间形成一空间，该空间称为“清除”空间，其中所述参照轴线用于在使用时与所述平移轴线T一致；并且，每个指状件包括至少一刮除构件，所述刮除构件向所述穿孔构件的方向形成凸起。

[08]申请人的想法是：将所述刮除器分解为一组相互分开的刮除构件；减少与刮除器的接触表面；以及将所述刮除构件布置在多个相互呈角度地分开的指状件上。该方案通过限制所述刮除构件和所述穿孔构件之间的熔体壳层堆积时使所述穿孔构件脱离出来所必需的力，避免所述穿孔构件卡住。另外，申请人的想法是：使所述指状件基本远离所述穿孔装置的穿孔构件，以利于熔体壳层碎屑堆积在所述刮除构件上方，而不是插落在所述套筒和穿孔构件之间。所述堆积的碎屑可通过所述刮除器的指状件之间的间隔形成的空间很容易地排出。

[09]本发明尤其适合用于生产铝的电解槽。

[10]本发明的目的还在于一穿孔装置，其设计用于通过干法电解生产铝的电解槽，并包括本发明的一刮除器。

[11]本发明的目的还在于一打壳-剂量器，其设计用于通过干法电解生产铝的电解槽，并包括本发明的一刮除器。

[12]本发明的目的还在于一打壳和测量装置，其设计用于通过干法电解生产铝的电解槽，并包括本发明的一刮除器。

[13]本发明的另一目的是在通过干法电解生产铝的电解槽中使用本发明的刮除器。

附图说明

[14]下文参照附图对本发明进行详细描述。

[15]图1简单示出从垂直剖面观测的一设计用来通过干法电解生产铝的一典型电解槽的局部内部视图。

[16]图2是根据本发明刮除器的一优选实施方式的透视图。

[17]图3是图2所示刮除器的侧视图。

[18]图4和图5是图2刮除器的沿图3指出的剖面的剖视图。

[19]图6是图2的刮除器固定于一穿孔装置端部的透视图。

具体实施方式

[20]如图1所示，一电解槽1--其用来通过干法电解即熔盐电解法生产铝--包括：一槽体2；一个或多个阳极3，其典型地为炭质材料制成的预焙阳极；和粉末物料供给装置20、30，所述装置通常固定在置于所述槽体上方的一上部结构体4上。

[21]所述电解槽体2包括内部覆盖件(未示出)和一阴极组件5，该阴极组件在所述槽体2内形成一熔锅(creuset)，该熔锅适于在所述电解槽运行时容纳电解熔体7和一液态铝层6。所述阳极3一般是部分地浸入所述液态电解熔体7内，且所述电解槽被控制，以使得在所述电解熔体上方形成氧化铝及固化熔体壳层10。

[22]所述粉末物料供给装置20、30通常包括一粉末物料分配器20和一穿孔装置30。

[23]所述粉末物料分配器20典型地包括：一料斗21，其设计用于容纳一备用的粉末物料；和一给料槽22，其固定在所述料斗底部且设计用于运送粉末物料至靠近所述壳层10内的一开口11处。

[24]所述穿孔装置30包括一致动器31和一穿孔构件33(通常称为“打壳器”、“冲杆”或“落楔”)，所述穿孔构件固定在致动器的杆件端部，该致动器杆件典型地位于一护壳或套筒32内。所述穿孔构件33通常被放置成：该穿孔构件通过位于所述护壳或套筒32的自由端部34的一开口进入所述穿孔装置30，和脱离所述穿孔装置。所述穿孔构件33允许通过其沿一平移轴线T往复运动，在氧化铝及固化熔体壳层10内形成一开口11，所述平移轴线典型地是竖直的或相对于竖直方向稍有倾斜的。所述穿孔构件33的横截面典型地是圆形的。所述致动器31典型地是一气动致动器，如气动作动筒。一刮除器40保证所述穿孔构件往复运动时，所述穿孔构件的清洁。

[25]一粉末物料分配器可连接至一个或多个确定的打壳装置，或反过来，一打壳装置可连接至一个或多个确定的粉末物料分配器。所述电解槽经常安装有一个或多个集有一粉末物料分配器和一打壳装置的设备。这些设备以名称“打壳和给料设备”(英文称为“Crustbreaking and FeedingDevice”)被公知。

[26]运行时，借助一个或多个穿孔装置30，在所述壳层10内、所述阳极3之间形成(或可能保持打开)至少一个开口11，并且所述粉末物料通过该开口11(或当有多个开口时通过至少一个开口)加入到所述电解熔体7内。

[27]按照本发明的所述刮除器40包括多个指状件42，这些指状件布置在一参照轴线S周围，使用时参照轴线S用于与所述平移轴线T一致。所述指状件42被布置成：空出一空间44，其称为“清除(détalonnage)”空间，该空间在所述指状件42和所述穿孔构件33之间。每个指状件42包括至少一刮除构件43，所述刮除构件向所述穿孔构件33的方向形成凸起。

[28]图2至图6示出本发明的一刮除器的一优选实施方式。

[29]本发明的所述刮除器40包括至少三个指状件42，且优选为至少六个指状件。指状件的数目典型地介于6和10之间，6和10包括在内。图3至图6示出的本发明的实施例包括六个指状件。

[30]所述指状件42和所述穿孔构件33之间的所述清除空间44--即，所述指状件42的内表面421和所述穿孔构件33的外侧表面331之间间隔的空间的宽度E--有利地大于10mm。

[31]所述指状件42的长度L1优选大于100mm。

[32]所述指状件42被布置成相互之间形成一空间422、423，该空间称为“间隔”。

[33]所述指状件42的横截面有利地在其长度L1的至少50％上是基本一样的，以便在一相当长度上，保持所述指状件之间的一间隔422、423，所述间隔足以很容易地排出由所述刮除构件43清除的电解熔体壳层的碎屑。所述指状件42优选是直的和平行于所述刮除器的参照轴线S。

[34]为了允许由刮除产生的电解熔体壳层的碎屑有效排出，在相邻指状件的表面的最靠近的点之间的间距Cm在所述指状件长度L1的至少50％上优选大于10mm，且更优选大于20mm。为了有利于电解熔体壳层的碎屑朝所述刮除器外部排出，在所述相邻指状件之间的间距C优选远离所述轴线S地、即在所述刮除器的内部和外部之间增大，以形成一开口，该开口朝所述外部扩大。在图5所示实例中，所述间距C在所述指状件的内端部425和其外端部426之间增大。优选地，所述指状件42包括至少一平的第一表面元件424和一平的第二表面元件424’，所述表面元件被布置成：每个指状件的所述第一表面元件424和一相邻指状件的第二表面元件424’相互相对且相互成角度地倾斜，以形成一开口，该开口朝所述刮除器的外部扩大。相对于所述参照轴线S，所述相对的表面元件424、424’优选以一大于10°的角度α呈角度地间隔开，以在所述指状件之间形成一间隔422、423，所述间隔足以允许所述刮除产生的电解熔体壳层的碎屑排出。

[35]所述指状件之间的中心到中心的角间距β典型地介于20°至90°之间。

[36]每个刮除构件43优选布置在所述指状件42上，以在所述刮除构件43和所述穿孔构件33之间空出一空间45，该空间称为“刮除空间”。更确切地，每个刮除构件43包括一端部431，其称为“刮除端”，位于距离所述轴线S的一确定距离D1处，以留出所述刮除空间。所述确定距离D1有利地对于全部刮除端431都是相同的。所述刮除空间45典型地包括在1mm至5mm之间，两端值包括在内。

[37]所述刮除距离D1小于所述清除空间44(对应图3至图6示出的实施方式中恒定的间隔E)。因此，所述刮除构件43形成一凸起，该凸起朝向所述穿孔构件33的一侧。

[38]有利地，每个刮除构件43位于每个指状件42的自由端部420。

[39]按照本发明的一优选实施方式，所述刮除端431采用一凹表面形状。在所述轴线S的方向上，该表面的长度L2典型地介于10mm至50mm之间，且更典型地包括在10mm至30mm之间。所述凹表面的面积典型地包括在10至1000mm²之间。所述凹表面典型地平行于所述穿孔构件33的外侧表面331，即其与所述外侧表面331的形状相匹配。

[40]按照本发明的另一实施方式，所述刮除端431采用一尖点或一棱缘的形状。

[41]所述指状件42典型地固定在一支撑零件41上。所述刮除构件43优选地被布置在距离所述支撑零件41一确定的间距D3处，该间距至少等于100mm。

[42]所述刮除器40有利地可拆卸，以便能够将其进行更换，特别是在其损坏或磨损的情况下。在该情况下，所述支撑零件41典型地包括固定件410、411，如配有穿通孔411的一环箍或一凸缘410。所述固定件410、411例如使得可以将所述刮除器固定在一穿孔装置上，典型地固定在一套筒(或护壳)32的端部34上，所述穿孔构件33从所述套筒(或护壳)32中伸出。所述支撑零件或主体41和所述指状件42典型地是一单体零件。

[43]所述指状件42典型地是钢制成的，以保证足够的刚度。

[44]图4和图5示出本发明一优选实施方式的刮除器的不同的参数，其中，所述指状件是直的，且在其至少50％的长度L1上所述指状物具有一基本相同的横截面，且一穿孔构件33的截面是圆形的。所述图中，R是所述穿孔构件33的半径，D1是所述确定的间距，D2是所述轴线S和所述指状件42中心轴线之间的距离，以及E是所述清除空间。

[45]按照本发明的所述刮除器40可有利地装配于穿孔装置30，所述穿孔装置用于通过干法电解生产铝的电解槽内，所述穿孔装置具有一可沿轴线T平移活动的穿孔构件。尤其，所述刮除器可有利地装配于打壳-剂量器，所述打壳-剂量器设计用于干法电解生产铝的电解槽，如上文所述。按照本发明的所述刮除器40还可装配于打壳装置和测量装置--其如在由彼希涅铝业集团的专利EP 0 716 165(对应美国专利US 6 065 867)中所描述的。在所述打壳装置和测量装置中，所述穿孔构件另外包括测量部件，如一热电偶，或者所述穿孔构件用作测量部件(其可用作例如电接触点，用于当其竖直运动时，检测所述构件进入接触液态电解熔体)。