УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ЗАМЫКАНИЯ НАКОРОТКО ОДНОГО ИЛИ БОЛЕЕ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ В КОМПОНОВКЕ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ Российский патент 2013 года по МПК C25C3/16 

Область изобретения

Изобретение относится к получению алюминия посредством огневого электролиза, то есть посредством электролиза глинозема, растворенного в ванне солевого расплава согласно технологии Холла-Эру. В частности, изобретение относится к замыканию накоротко одного или более электролизеров в серии электролизеров, предназначенных для получения алюминия.

Существующий уровень техники

Согласно технологии Холла-Эру, которая широко используется в промышленных масштабах, алюминий получают путем электролитического восстановления глинозема в электролизерах.

Завод по получению алюминия содержит множество электролизеров, которые расположены рядами. Электролизеры одного ряда электрически соединены последовательно посредством устройств соединительных проводников.

Для соединительных проводников были разработаны несколько устройств, таких как описанные в патентах США №№ 4200513, 4592821 и 4713161 на имя Aluminium Pechiney.

Патент США № 6409894 на имя Aluminium Pechiney описывает возможные компоновки заводов, предназначенных для получения алюминия с использованием электролизеров.

Электролизеры завода обычно необходимо время от времени восстанавливать и ремонтировать. В частности, футеровку и катодное устройство электролизной ванны электролизеров необходимо менять после нескольких лет использования. По экономическим и техническим причинам предпочтительно не прерывать электрический ток в той серии, к которой относится электролизер, во время его восстановления или ремонта. Для этого из французской патентной заявки № 2550553 (соответствующей австралийской патентной заявке № 31748/84) на имя Aluminium Pechiney известно замыкание накоротко электролизера так, чтобы электрический ток мог обходить его во время операций по восстановлению или ремонту.

Широко используемый способ замыкания накоротко электролизера содержит проставку металлических блоков между отдельными соединительными проводниками, как указано в патенте США № 4713161.

Поскольку замыкающие накоротко металлические блоки должны переносить всю силу электрического тока серии электролизеров, эти блоки должны выдерживать те большие силы тока, которые используются в современных электролизерах. В настоящее время, обычно силы тока в электролизерах превышают 200 кА и 300 кА, в зависимости от типа технологии.

Текущая тенденция в алюминиевой промышленности заключается в увеличении сил тока существующих компоновок электролизеров. Например, на заводах, использующих технологии Alcan, электролизеры, которые были изначально рассчитаны на силы тока в 180 кА, часто форсировали для работы при силах тока более 240 кА и, аналогично, электролизеры, которые были изначально рассчитаны на силы тока в 280 кА, часто форсировали для работы при силах тока более 340 кА.

Одним следствием этой тенденции явилось то, что известные средства и способы замыкания накоротко электролизеров часто уже не являются приемлемыми. В частности, при больших силах тока замыкающие накоротко блоки вносят большие падения напряжения в серии электролизеров и могут даже оплавиться, если сила тока будет дальше увеличиваться.

Таким образом, заявитель искал экономически и технически приемлемые альтернативные решения для замыкания накоротко электролизеров.

Описание изобретения

Изобретение относится к устройству для замыкания накоротко по меньшей мере одного определенного электролизера в компоновке электролизеров, предназначенных для получения алюминия огневым электролизом, включающей в себя множество электролизеров, которые электрически соединены последовательно, причем упомянутое устройство включает в себя:

шунтирующий элемент, включающий в себя первый контактный рычаг, имеющий первую контактную поверхность и первую наружную поверхность, второй контактный рычаг, имеющий вторую контактную поверхность и вторую наружную поверхность, и по меньшей мере один шунтирующий проводник, который электрически соединяет упомянутые первый и второй контактные рычаги, причем упомянутая первая контактная поверхность по существу противоположна и наклонена относительно упомянутой первой наружной поверхности, упомянутая вторая контактная поверхность по существу противоположна и наклонена относительно упомянутой второй наружной поверхности, упомянутый шунтирующий элемент образует проем между упомянутыми контактными рычагами, и зажимной элемент, включающий в себя раму, первый нажимной элемент и второй нажимной элемент, причем упомянутый зажимной элемент приспособлен обхватывать упомянутый шунтирующий элемент так, что упомянутая первая наружная поверхность опирается на упомянутый первый нажимной элемент, а упомянутая вторая наружная поверхность опирается на упомянутый второй нажимной элемент и так, что, при перемещении упомянутых контактных рычагов относительно упомянутого зажимного элемента упомянутый первый нажимной элемент поджимает упомянутый первый контактный рычаг к упомянутому второму контактному рычагу, а упомянутый второй нажимной элемент поджимает упомянутый второй контактный рычаг к упомянутому первому контактному рычагу.

Изобретение также относится к способу замыкания накоротко по меньшей мере одного определенного электролизера в компоновке электролизеров, предназначенных для получения алюминия огневым электролизом, включающей в себя множество электролизеров и ошиновку из электрических проводников, причем

упомянутый определенный электролизер включает в себя электролизную ванну и по меньшей мере одну анодную балку для присоединения к ней по меньшей мере одного анода, упомянутая электролизная ванна включает в себя катодное устройство и по меньшей мере один токоотводящий стержень, присоединенный к упомянутому катодному устройству и выступающий из упомянутой электролизной ванны,

упомянутая ошиновка включает в себя по меньшей мере первый проводниковый участок, который электрически присоединен к упомянутой по меньшей мере одной анодной балке и имеет первую внутреннюю поверхность и первую наружную поверхность, по существу противоположную упомянутой первой внутренней поверхности, и по меньшей мере второй проводниковый участок, который электрически присоединен к упомянутому по меньшей мере одному токоотводящему стержню и имеет вторую внутреннюю поверхность и вторую наружную поверхность, по существу противоположную упомянутой второй внутренней поверхности, причем упомянутые первый и второй проводниковые участки расположены так, что упомянутая первая внутренняя поверхность по существу обращена к упомянутой второй внутренней поверхности,

при этом упомянутый способ включает в себя:

обеспечение по меньшей мере одного устройства замыкания накоротко согласно изобретению,

размещение упомянутого устройства замыкания накоротко так, что упомянутые первый и второй проводниковые участки вставляются в упомянутый проем и так, что упомянутая первая контактная поверхность перекрывает упомянутую первую наружную поверхность, а упомянутая вторая контактная поверхность перекрывает упомянутую вторую наружную поверхность, и

перемещение упомянутых контактных рычагов упомянутого шунтирующего элемента относительно упомянутого зажимного элемента так, что упомянутый первый нажимной элемент поджимает упомянутый первый контактный рычаг к упомянутому второму контактному рычагу, а упомянутый второй нажимной элемент поджимает упомянутый второй контактный рычаг к упомянутому первому контактному рычагу, тем самым создавая и фиксируя короткое замыкание между упомянутыми первым и вторым проводниковыми участками.

Заявитель отмечает, что упомянутое устройство и способ делают возможным эффективное замыкание накоротко электролизеров и размыкание упомянутого замыкания накоротко, когда это необходимо. Обращение с упомянутым устройством оказалось простым.

Изобретение дополнительно описано ниже с использованием прилагаемых чертежей.

Фигура 1 изображает вид в поперечном сечении обычного электролизера, предназначенного для получения алюминия.

Фигура 2 упрощенно и в поперечном сечении изображает вид трех последовательных электролизеров в ряду электролизеров.

Фигура 3 упрощенно изображает два проводниковых участка компоновки проводников в ряде электролизеров с замыканием накоротко и без него.

Фигура 4 изображает замыкание накоротко между двумя проводниковыми участками с использованием устройства замыкания накоротко согласно варианту реализации изобретения.

Фигура 5 изображает шунтирующий элемент согласно варианту реализации изобретения.

Фигура 6 изображает зажимной элемент согласно варианту реализации изобретения.

Фигура 7 изображает компоновку короткого замыкания между двумя проводниковыми участками согласно предпочтительному варианту изобретения.

Как показано на Фигуре 1, электролизер (1) содержит электролизную ванну (2), которая обычно расположена ниже пола (30), общего для нескольких электролизеров, и содержит стальной кожух (3), футерованный огнеупорным материалом (4, 4'). Упомянутая электролизная ванна (2) является в целом прямоугольной, если смотреть сверху.

Упомянутая электролизная ванна (2) дополнительно включает в себя катодное устройство (5) и множество токоотводящих стержней (блюмсов) (6), выполненных из электропроводящего материала, такого как сталь, или комбинации проводящих элементов, таких как стальные и медные элементы. Упомянутое катодное устройство (5) обычно включает в себя множество углеродистых катодных блоков. Упомянутые токоотводящие стержни (6) выступают из упомянутой электролизной ванны (2), а более конкретно - из упомянутого кожуха (3), для электрического подключения к ним.

Как также показано на Фигуре 1, электролизер (1) также включает в себя множество анодов (10, 10'), которые типично выполнены из углеродистого материала, обычно из предварительно обожженного углеродистого материала.

При эксплуатации в электролизной ванне (2) содержится электролитическая ванна (7) и слой жидкого алюминия (8). Упомянутая электролитическая ванна (7) типично включает в себя фториды натрия и алюминия, обычно нестехиометрический криолит, и возможно добавки, такие как фторид кальция. При работе упомянутая электролитическая ванна (7) также содержит растворенный в ней глинозем. Когда электролизер находится в работе, аноды (10, 10') частично погружены в упомянутую электролитическую ванну (7) и защищены от окисления защитным слоем (9), который главным образом состоит из глинозема и дробленого электролита.

Как показано на Фигуре 2, обычная компоновка (100) электролизеров на заводе включает в себя множество электролизеров (101, 102, 103), которые расположены так, чтобы образовать по меньшей мере один ряд и электрически соединены последовательно соединительными проводниками (21, 22, 23, 24, 25, 26), которые образуют ошиновку (20). Для ясности, элементы электролизеров, такие как электролитическая ванна и слой жидкого алюминия, были исключены из чертежа на Фигуре 2.

Упомянутые соединительные проводники (21, 22, 23, 24, 25, 26) типично включают в себя жесткие проводники (21, 22, 23) и гибкие проводники (24, 25, 26) и обычно выполнены из алюминия или алюминиевых сплавов. Упомянутые жесткие проводники обычно включают в себя шины (23). Упомянутые гибкие проводники (24, 25, 26) обычно выполнены из фольги. Упомянутые соединительные проводники (21, 22, 23, 24, 25, 26) образуют ветви (211, 212, 221, 222). Для простоты, Фигура 2 изображает только две ветви упомянутой ошиновки для каждого электролизера.

Аноды (10, 10') присоединены к упомянутым внешним электрическим проводникам (21-26) с использованием анодных штанг (11, 11'), заделанных в аноды и прикрепленных к называемым анодными балками общим проводникам (12, 12') с использованием съемных соединителей (не изображены). Упомянутое катодное устройство (5) соединено с упомянутыми внешними электрическими проводниками (21-26) с использованием упомянутых токоотводящих стержней (6).

Большинство заводов имеют большое количество электролизеров (обычно более ста), расположенных линиями в зданиях, называемых электролизными цехами или корпусами электролиза. Завод обычно включает в себя две или более параллельных линии, из которых каждая содержит один или более рядов и которые электрически соединены концевыми проводниками так, чтобы образовать одну или более серий электролизеров.

Электролизеры одного ряда могут быть ориентированы либо продольно (т.е. так, что их продольная ось параллельна главной оси линии), либо поперечно (т.е. так, что их продольная ось перпендикулярна главной оси линии). Фигура 2 соответствует последнему случаю. Изобретение особенно выгодно для электролизеров, расположенных поперечно.

При работе электрический ток протекает от одного электролизера к следующему последовательным образом. Стрелка I на Фигуре 2 показывает обычное направление тока I в ряду электролизеров.

Когда необходимо восстановить или отремонтировать электролизер ряда, упомянутый электролизер сначала замыкают накоротко, обычно путем короткого замыкания по меньшей мере первого проводника, присоединенного к анодной балке упомянутого электролизера, и по меньшей мере второго проводника, присоединенного к токоотводящему стержню упомянутого электролизера. Например, если необходимо обойти электролизер 102 с Фигуры 2 для обслуживания, то замыкание накоротко может быть выполнено соединением вместе ветви 211 проводников, идущей от предыдущего электролизера 101, и ветви 221 проводников, ведущей к следующему электролизеру 103. Тогда электрический ток, протекающий в упомянутом ряду, обходит упомянутый электролизер.

Более конкретно, как показано на Фигуре 3(A), упомянутая ошиновка (20) проводников включает в себя по меньшей мере первый проводниковый участок (201), который электрически присоединен к анодной балке подлежащего замыканию накоротко электролизера (102), и по меньшей мере второй проводниковый участок (202), который электрически присоединен к токоотводящему стержню упомянутого подлежащего замыканию накоротко электролизера (102). Электрическое соединение между упомянутым первым проводниковым участком (201) и упомянутой анодной балкой может быть непосредственным или опосредованным, т.е. могут быть или не быть другие проводниковые участки (такие как гибкие проводники или перемычки), помещенные между упомянутым первым проводниковым участком (201) и упомянутой анодной балкой. Электрическое соединение между упомянутым вторым проводниковым участком (202) и упомянутым токоотводящим стержнем также может быть непосредственным или опосредованным, т.е. могут быть или не быть другие проводниковые участки (такие как гибкие проводники или шины), помещенные между упомянутым вторым проводниковым участком (202) и упомянутым токоотводящим стержнем.

Упомянутые первый и второй проводниковые участки (201, 202) показаны в сечении на Фигурах 3-7.

Упомянутый первый проводниковый участок (201) имеет первую внутреннюю поверхность (2011) и первую наружную поверхность (2012), которая по существу противоположна упомянутой первой внутренней поверхности (2011). Упомянутый второй проводниковый участок (202) имеет вторую внутреннюю поверхность (2021) и вторую наружную поверхность (2022), которая по существу противоположна упомянутой второй внутренней поверхности (2021). Упомянутый первый проводниковый участок (201) и упомянутый второй проводниковый участок (202) обычно расположены так, что упомянутая первая внутренняя поверхность (2011) по существу обращена к упомянутой второй внутренней поверхности (2021). Упомянутые первые и вторые проводниковые участки (201, 202) предпочтительно по существу параллельны друг другу.

Упомянутые внутренние поверхности (2011, 2021) и упомянутые наружные поверхности (2012, 2022) могут быть вертикальными или наклоненными относительно вертикали.

Фигура 3 показывает типичную компоновку, в которой упомянутый первый проводниковый участок (201) и упомянутый второй проводниковый участок (202) расположены под общим полом (30) и между электролизной ванной первого электролизера (101) и электролизной ванной второго электролизера (102). Такая компоновка типична для заводов, на которых электролизеры расположены поперечно в ряд.

Как показано на Фигуре 3(B), замыкание накоротко типично выполняют путем вставки одного или более металлических блоков (40) между упомянутыми первым и вторым проводниковыми участками (201, 202) в месте, где эти проводники близки друг к другу. Упомянутые металлические блоки (40) в целом имеют форму клина и условно включают в себя захватное средство (41), например рукоятку или крюк, для их удаления, когда необходимо разомкнуть замыкание накоротко. Стрелка S на Фигуре 3(B) обозначает направление вставки упомянутых блоков (40).

По меньшей мере одно устройство замыкания накоротко согласно изобретению преимущественно используют для того, чтобы добиться упомянутого замыкания накоротко электролизера в компоновке электролизеров. Упомянутое устройство может использоваться отдельно или в сочетании с одним или более средствами короткого замыкания, такими как упомянутые металлические блоки (40).

Фигура 4 показывает предпочтительный вариант реализации устройства (50) замыкания накоротко согласно изобретению. На этом чертеже упомянутое устройство (50) замыкания накоротко размещено на упомянутых первом и втором проводниковых участках (201, 202) так, чтобы замыкать накоротко упомянутые проводниковые участки.

Как показано на Фигуре 4, упомянутое устройство (50) включает в себя, в сочетании, шунтирующий элемент (60) и зажимной элемент (70). Фигура 5 показывает предпочтительный вариант реализации упомянутого шунтирующего элемента (60), а Фигура 6 показывает предпочтительный вариант реализации упомянутого зажимного элемента (70). На обоих Фигурах 5 и 6 часть (A) - вид сбоку, часть (B) - другой вид сбоку, соответствующий виду в плоскости B-B' части (A), и часть (C) - вид сверху, соответствующий виду в плоскости C-C' части (A).

Как показано на Фигуре 5, упомянутый шунтирующий элемент (60) включает в себя по меньшей мере один первый контактный рычаг (61), по меньшей мере один второй контактный рычаг (62) и по меньшей мере один шунтирующий проводник (63, 63'), который электрически соединяет упомянутые первый и второй контактные рычаги (61, 62) вместе. Упомянутый первый контактный рычаг (61) имеет первую контактную поверхность (611) и первую наружную поверхность (612), которая по существу противоположна упомянутой первой контактной поверхности (611) и наклонена относительно нее. Упомянутый второй контактный рычаг (62) имеет вторую контактную поверхность (621) и вторую наружную поверхность (622), которая по существу противоположна упомянутой второй контактной поверхности (621) и наклонена относительно нее. Другими словами, каждый из упомянутых рычагов (61, 62) по меньшей мере частично сужается как клин.

Упомянутый шунтирующий элемент (60) образует проем (64) (типично - петлю) между упомянутыми контактными рычагами (61, 62), который имеет форму наподобие буквы U. Упомянутый проем (64) имеет заданные размеры, в особенности заданное расстояние между упомянутыми контактными рычагами (61, 62). Упомянутый проем (64) предпочтительно достаточно широк, чтобы охватывать упомянутые первый и второй проводниковые участки (201, 202), как показано на Фигуре 4, и обеспечить электрический контакт между упомянутым первым рычагом (61) и упомянутой первой наружной поверхностью (2012), а также между упомянутым вторым рычагом (62) и упомянутой второй наружной поверхностью (2022). Другими словами, размеры упомянутого шунтирующего элемента (60) таковы, что упомянутые первый и второй проводниковые участки (201, 202) могут вставляться (заходить) в упомянутый проем (64) так, что упомянутая первая контактная поверхность (611) может перекрывать упомянутую первую наружную поверхность (2012) (и нажимать на нее, когда приложено давление), а упомянутая вторая контактная поверхность (621) может перекрывать упомянутую вторую наружную поверхность (2022) (и нажимать на нее, когда приложено давление), тем самым обеспечивая образование короткого замыкания между упомянутыми первым и вторым проводниковыми участками (201, 202).

Упомянутые контактные рычаги (61, 62) являются металлическими деталями, которые служат в качестве электрических контактных башмаков и позволяют электрическому току протекать от упомянутых контактных поверхностей (611, 621) к упомянутому шунтирующему проводнику (63, 63'). Для этого упомянутые контактные поверхности (611, 621) предпочтительно являются по существу плоскими для того, чтобы распределить ток по протяженной площади контакта поверхностей, и преимущественно могут быть шероховатыми или включать в себя выступы для того, чтобы снизить сопротивление электрического контакта.

Упомянутые контактные рычаги (61, 62) предпочтительно выполнены из черного металла, такого как сталь, чтобы одновременно обеспечить достаточную электрическую проводимость и достаточную механическую прочность. Упомянутые контактные рычаги (61, 62) могут быть покрыты слоем проводящего материала, чтобы снизить контактное сопротивление.

Упомянутый шунтирующий проводник (63, 63') предпочтительно выполнен из алюминия, алюминиевого сплава, меди, медного сплава или любой их комбинации, чтобы обеспечить достаточную электрическую проводимость и механическую гибкость, в то же время ограничивая массу и объем. Упомянутый шунтирующий проводник (63, 63') предпочтительно выполнен из фольги или множества проводников, чтобы дополнительно увеличить его механическую гибкость.

Упомянутые контактные рычаги (61, 62) типично являются по существу параллельными, хотя мягкость упомянутого шунтирующего проводника (63, 63') допускает заметные отклонения от параллельности, что делает возможным приспосабливание упомянутого шунтирующего элемента (60) к различным ориентациям упомянутых наружных поверхностей (2012, 2022) упомянутых проводниковых участков (201, 202).

Фигуры 4-7 показывают вариант реализации, в котором каждый контактный рычаг (61, 62) включает в себя верхнюю наружную поверхность (613, 623), которая по существу параллельна упомянутым контактным поверхностям (611, 621) и наклонена относительно упомянутых наружных поверхностей (612, 622). Однако изобретение охватывает другие возможные варианты реализации при условии, что упомянутые контактные поверхности (611, 621) наклонены относительно упомянутых наружных поверхностей (621, 622). Например, упомянутые верхние наружные поверхности (613, 623) могут быть параллельны упомянутым наружным поверхностям (612, 622), в то время как каждый контактный рычаг (61, 62) включает в себя верхнюю внутреннюю поверхность (614, 624), которая по существу параллельна упомянутым наружным поверхностям (612, 622) и наклонена относительно упомянутых контактных поверхностей (611, 621). Такие варианты могут быть более подходящими, когда упомянутые наружные поверхности (2012, 2022) наклонены относительно вертикали.

Упомянутые наружные поверхности (612, 622) могут быть вогнутыми, выпуклыми, плоскими или любой другой формы. Для того чтобы выполнить нажимное действие упомянутыми нажимными элементами (71, 72), упомянутые наружные поверхности (612, 622) предпочтительно являются по существу плоскими. Точнее, в этом варианте реализации изобретения, как показано на Фигуре 5, упомянутая первая наружная поверхность (612) по существу плоская и наклонена под углом α ₁ относительно упомянутой первой контактной поверхности (611), а упомянутая вторая наружная поверхность (622) по существу плоская и наклонена под углом α ₂ относительно упомянутой второй контактной поверхности (621). Упомянутые углы α ₁ и α ₂ обычно составляют между 1° и 20°, а предпочтительно между 3° и 10°. Упомянутые углы α ₁ и α ₂ предпочтительно равны, чтобы упростить поставку упомянутых контактных рычагов (61, 62) и сделать их взаимозаменяемыми.

Размеры упомянутых контактных рычагов (61, 62) типично таковы, что на площади электрического контакта между упомянутыми контактными рычагами (61, 62) и упомянутыми первым и вторым проводниковыми участками (201, 202) получается плотность тока ниже заданного значения.

Упомянутый шунтирующий элемент (60) типично симметричен относительно центральной плоскости P, хотя асимметричные конструкции также входят в объем изобретения.

Упомянутый шунтирующий проводник (63, 63') может быть прикреплен к упомянутым контактным рычагам (61, 62) с использованием биметаллических соединительных элементов (631, 631', 632, 632'), размещенных между упомянутым шунтирующим проводником (63, 63') и упомянутыми рычагами (61, 62). Например, медный шунтирующий проводник (63, 63') может быть прикреплен к стальным рычагам (61, 62) с использованием сталемедного биметаллического соединителя, приваренного к этим деталям.

Каждый из упомянутых контактных рычагов (61, 62) преимущественно включает в себя по меньшей мере один выступ (651, 652), который выступает от упомянутого проема (64) и действует в качестве упора для упомянутого зажимного элемента (70). Упомянутые выступы (651, 652) позволяют извлечь упомянутое устройство (50) замыкания накоротко, потянув только упомянутый шунтирующий элемент (60), а зажимной элемент (70) затем выдергивается вверх и стягивается за упомянутые выступы (651, 652).

Каждый из упомянутых контактных рычагов (61, 62) преимущественно дополнительно включает в себя по меньшей мере одно захватное средство (661, 661', 662, 662'), например рукоятку или крюк.

Как показано на Фигуре 6, упомянутый зажимной элемент (70) включает в себя раму (73), первый нажимной элемент (71) и второй нажимной элемент (72). Упомянутая рама (73) и нажимные элементы (71, 72) обычно выполнены из черного металла, такого как сталь, чтобы обеспечить достаточную механическую прочность.

Упомянутая рама (73) обычно включает в себя по меньшей мере одно отверстие (74, 741, 742) для зацепления в него упомянутых контактных рычагов (61, 62). Как показано на Фигуре 6, упомянутая рама (73) обычно включает в себя по меньшей мере два поперечных элемента (781, 782), которые разнесены и предназначены при использовании охватывать упомянутые проводниковые участки (201, 202), и продольные элементы (751, 752), которые прикреплены к упомянутым поперечным элементам. Упомянутое отверстие (74, 741, 742) находится типично между упомянутыми поперечными элементами (781, 782). Упомянутая рама (73) может включать в себя усиливающие детали, такие как продольные детали (761, 762), которые обычно выполнены из черного металла, такого как сталь. Упомянутые усиливающие детали могут образовывать отверстия (741, 742) для вставки в них упомянутых контактных рычагов (61, 62).

Упомянутый зажимной элемент (70) приспособлен обхватывать упомянутый шунтирующий элемент (60) так, чтобы упомянутая первая наружная поверхность (612) могла опираться на упомянутый первый нажимной элемент (71), а упомянутая вторая наружная поверхность (622) могла опираться на упомянутый второй нажимной элемент (72), обычно при скользящем взаимодействии, и так, чтобы, при перемещении упомянутых контактных рычагов (61, 62) относительно упомянутого зажимного элемента (70) (а точнее, относительно упомянутых нажимных элементов (71, 72)), упомянутый первый нажимной элемент (71) поджимал (т.е. оказывал усилие на) упомянутую первую наружную поверхность (612) (и, таким образом, на упомянутый первый контактный рычаг (61)) к упомянутому второму контактному рычагу (62) (и, таким образом, к упомянутому первому проводниковому участку (201)), а упомянутый второй нажимной элемент (72) поджимал (т.е. оказывал усилие на) упомянутую вторую наружную поверхность (622) (и, таким образом, на упомянутый второй контактный рычаг (62)) к упомянутому первому контактному рычагу (61) (и, таким образом, к упомянутому второму проводниковому участку (202)), тем самым создавая и фиксируя короткое замыкание между упомянутыми проводниковыми участками (201, 202).

Упомянутые нажимные элементы (71, 72) могут быть выполнены как единое целое с упомянутой рамой (73).

Упомянутый первый нажимной элемент (71) и упомянутый второй нажимной элемент (72) предпочтительно посажены на первую ось (712) и вторую ось (722) соответственно. Преимущественно, упомянутый первый нажимной элемент (71) включает в себя первую опорную поверхность (711), а упомянутый второй нажимной элемент (72) включает в себя вторую опорную поверхность (721). Упомянутые первая и вторая оси (712, 722) предпочтительно являются по существу параллельными упомянутым первой и второй опорным поверхностям (711, 721) соответственно. Эти варианты изобретения позволяют поворот упомянутых нажимных элементов (71, 72) и саморегулирование наклона упомянутых первой и второй опорных поверхностей (711, 721) до фактического наклона упомянутых наружных поверхностей (612, 622) упомянутых контактных рычагов (61, 62) при использовании.

Упомянутая рама (73) может дополнительно включать в себя опорные элементы (771, 772), такие как ножки или подушки, которые приспособлены ложиться на упомянутые проводниковые участки (201, 202) и действуют при использовании как стопоры.

Упомянутый шунтирующий элемент (60) и упомянутый зажимной элемент (70) типично являются отдельными элементами. Однако после сборки с образованием устройства (50) замыкания накоротко, упомянутыми элементами типично манипулируют как единым узлом.

Изобретение также относится к способу замыкания накоротко по меньшей мере одного определенного электролизера в компоновке электролизеров, предназначенных для получения алюминия огневым электролизом. Упомянутый способ включает в себя размещение по меньшей мере одного устройства (50) замыкания накоротко согласно изобретению так, что упомянутый первый и второй проводниковые участки (201, 202) вставляются в упомянутый проем (64) упомянутого шунтирующего элемента (60) и так, чтобы упомянутая первая контактная поверхность (611) перекрывала упомянутую первую наружную поверхность (2012), а упомянутая вторая контактная поверхность (621) перекрывала упомянутую вторую наружную поверхность (2022).

Упомянутый способ дополнительно включает в себя перемещение упомянутых контактных рычагов (61, 62) упомянутого шунтирующего элемента (60) относительно упомянутого зажимного элемента (70) так, что упомянутый первый нажимной элемент (71) поджимает упомянутый первый контактный рычаг (61) к упомянутому второму контактному рычагу (62) и, таким образом, к упомянутому первому проводниковому участку (201), а упомянутый второй нажимной элемент (72) поджимает упомянутый второй контактный рычаг (62) к упомянутому первому контактному рычагу (61) и, таким образом, к упомянутому второму проводниковому участку (202), тем самым создавая и фиксируя короткое замыкание между упомянутыми первым и вторым проводниковыми участками (201, 202). Упомянутое перемещение типично достигается путем постукивания или удара молотком сверху по верху упомянутых контактных рычагов (61, 62).

Устройство (50) замыкания накоротко согласно изобретению может преимущественно использоваться в сочетании с одним или более металлическими блоками (40), чтобы замкнуть электролизер накоротко. Таким образом, способ согласно изобретению преимущественно дополнительно включает в себя вставку по меньшей мере одного металлического блока (40) - типично металлического клина - между упомянутыми первым и вторым проводниковыми участками (201, 202), преимущественно, по меньшей мере частично между упомянутыми рычагами (61, 62). Электрический ток тогда протекает в упомянутом устройстве (50) и упомянутом блоке или блоках (40). Поскольку токовая нагрузка в упомянутом устройстве (50) значительно снижена, возможно использовать устройство меньших размеров.

Фигура 7 показывает предпочтительный вариант реализации этих вариантов изобретения. В этом варианте реализации по меньшей мере один металлический блок (40) вставлен между упомянутыми первым и вторым проводниковыми участками (201, 202) и между упомянутыми рычагами (61, 62). Этот вариант реализации также улучшает стабильность электрических контактов между упомянутыми первым и вторым проводниковыми участками (201, 202) и упомянутыми рычагами (61, 62) за счет ограничения деформации, и особенно провисания, упомянутых проводниковых участков (201, 202). Верхняя часть упомянутого металлического блока (40) может быть доступна сверху упомянутого устройства (50) замыкания накоротко с тем, чтобы позволить его дальнейшую вставку постукиванием или ударом молотка сверху упомянутого устройства. Упомянутый металлический блок (40) возможно может необязательно быть прикреплен к упомянутому устройству (50) замыкания накоротко.

Такие варианты изобретения особенно полезны для существующих заводов, на которых сила тока электролизеров была существенно повышена по сравнению с их изначально планируемой силой тока; в этом случае устройство согласно изобретению используется для того, чтобы уменьшить токовые нагрузки на металлические блоки (40), которые используются в нормальном режиме.

Упомянутое устройство (50) замыкания накоротко может быть извлечено вытягиванием, предпочтительно вытягиванием за упомянутые захватные средства (661, 661', 662, 662').

Операции замыкания накоротко преимущественно выполняются операторами, находящимися на упомянутом полу (30), типично после временного удаления одной или более плит (31). Упомянутым устройством (50) замыкания накоротко можно манипулировать, используя кран или машину обслуживания электролизных ванн.

Ссылочные позиции

1 Электролизер

100 Компоновка электролизеров

101, 102, 103 Электролизеры

2 Электролизная ванна

3 Кожух

4, 4' Огнеупорный футеровочный материал

5 Катодное устройство

6 Токоотводящий стержень

7 Электролитическая ванна

8 Слой жидкого алюминия

9 Защитный слой

10, 10' Аноды

11, 11' Анодные штанги

12, 12' Анодные балки

20 Ошиновка из соединительных проводников

21, 22, 23, 24, 25, 26 Соединительные проводники

201 Первый проводниковый участок

202 Второй проводниковый участок

211, 212, 221, 222 Ветви

2011 Первая внутренняя поверхность

2012 Первая наружная поверхность

2021 Вторая внутренняя поверхность

2022 Вторая наружная поверхность

30 Пол

31 Плита

40 Металлический блок

41 Захватное средство

50 Устройство замыкания накоротко

60 Шунтирующий элемент

61 Первый контактный рычаг

611 Первая контактная поверхность

612 Первая наружная поверхность

613 Верхняя наружная поверхность

614 Верхняя внутренняя поверхность

62 Второй контактный рычаг

621 Вторая контактная поверхность

622 Вторая наружная поверхность

623 Верхняя наружная поверхность

624 Верхняя внутренняя поверхность

63, 63' Шунтирующие проводники

631, 632, 631', 632' Биметаллические соединительные элементы

64 Проем

651, 652 Выступы

661, 661', 662, 662' Захватные средства

70 Зажимной элемент

71 Первый нажимной элемент

711 Первая опорная поверхность

712 Первая ось

72 Второй нажимной элемент

721 Вторая опорная поверхность

722 Вторая ось

73 Рама

74, 741, 742 Отверстия

751, 752 Продольные элементы

761, 762 Продольные детали

771, 772 Опорные элементы

781, 782 Поперечные элементы

Изобретение относится к устройству и способу замыкания накоротко определенного электролизера в ряде электролизеров, предназначенных для получения алюминия. Устройство содержит шунтирующий элемент, имеющий по меньшей мере два противоположных контактных рычага и по меньшей мере один шунтирующий проводник, электрически соединяющий контактные рычаги. Контактные рычаги выполнены в виде клиньев. Устройство также содержит зажимной элемент, состоящий из рамы и по меньшей мере двух противоположных нажимных элементов. Зажимной элемент приспособлен обхватывать шунтирующий элемент так, что каждый нажимной элемент опирается на каждый контактный рычаг, и при перемещении контактных рычагов относительно зажимного элемента каждый нажимной элемент поджимает соответствующий контактный рычаг к проводникам, вставленным между контактными рычагами для создания и фиксации короткого замыкания. Раскрыт также способ замыкания накоротко одного электролизера в ряду электролизеров с помощью упомянутого устройства. Изобретение делает возможным замыкание накоротко электролизеров с увеличенными амперными нагрузками. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство (50) для замыкания накоротко по меньшей мере одного определенного электролизера в компоновке электролизеров (100), предназначенных для получения алюминия огневым электролизом, включающей в себя множество электролизеров (101, 102, 103), которые электрически соединены последовательно, при этом упомянутое устройство содержит шунтирующий элемент (60), включающий в себя первый контактный рычаг (61), имеющий первую контактную поверхность (611) и первую наружную поверхность (612), второй контактный рычаг (62), имеющий вторую контактную поверхность (621) и вторую наружную поверхность (622), и по меньшей мере один шунтирующий проводник (63, 63'), который электрически соединяет упомянутые первый и второй контактные рычаги (61, 62), причем упомянутая первая контактная поверхность (611), по существу, противоположна и наклонена относительно упомянутой первой наружной поверхности (612), упомянутая вторая контактная поверхность (621), по существу, противоположна и наклонена относительно упомянутой второй наружной поверхности (622), упомянутый шунтирующий элемент (60) образует проем (64) между упомянутыми контактными рычагами (61, 62), и зажимной элемент (70), включающий в себя раму (73), первый нажимной элемент (71) и второй нажимной элемент (72), причем упомянутый зажимной элемент (70) приспособлен обхватывать упомянутый шунтирующий элемент (60) так, что упомянутая первая наружная поверхность (612) опирается на упомянутый первый нажимной элемент (71), а упомянутая вторая наружная поверхность (622) опирается на упомянутый второй нажимной элемент (72), и при перемещении упомянутых контактных рычагов (61, 62) относительно упомянутого зажимного элемента (70) упомянутый первый нажимной элемент (71) поджимает упомянутый первый контактный рычаг (61) к упомянутому второму контактному рычагу (62), а упомянутый второй нажимной элемент (72) поджимает упомянутый второй контактный рычаг (62) к упомянутому первому контактному рычагу (61).

2. Устройство (50) по п.1, отличающееся тем, что упомянутые контактные поверхности (611, 621) являются, по существу, плоскими.

3. Устройство (50) по п.1, отличающееся тем, что упомянутые контактные поверхности (611, 621) являются шероховатыми и имеют выступы.

4. Устройство (50) по п.1, отличающееся тем, что упомянутые контактные рычаги (61, 62) выполнены из черного металла.

5. Устройство (50) по п.1, отличающееся тем, что упомянутый шунтирующий проводник (63, 63') выполнен из алюминия, алюминиевого сплава, меди или медного сплава, или любой их комбинации.

6. Устройство (50) по п.5, отличающееся тем, что упомянутый шунтирующий проводник (63, 63') выполнен из фольги или множества проводников.

7. Устройство (50) по п.1, отличающееся тем, что упомянутая первая наружная поверхность (612), по существу, плоская и наклонена под углом α₁ относительно упомянутой первой контактной поверхности (611) и упомянутая вторая наружная поверхность (622), по существу, плоская и наклонена под углом α₂ относительно упомянутой второй контактной поверхности (621).

8. Устройство (50) по п.7, отличающееся тем, что упомянутые углы α₁ и α₂ составляют 1-20°.

9. Устройство (50) по п.7, отличающееся тем, что упомянутые углы α₁ и α₂ равны.

10. Устройство (50) по п.1, отличающееся тем, что каждый из упомянутых контактных рычагов (61, 62) имеет по меньшей мере один выступ (651, 652), который выступает от упомянутого проема (64) и действует в качестве опоры для упомянутого зажимного элемента (70).

11. Устройство (50) по п.1, отличающееся тем, что каждый из упомянутых контактных рычагов (61, 62) дополнительно включает в себя по меньшей мере одно захватное средство (661, 661', 662, 662').

12. Устройство (50) по п.1, отличающееся тем, что упомянутая рама (73) и нажимные элементы (71, 72) выполнены из черного металла.

13. Устройство (50) по п.1, отличающееся тем, что упомянутая рама (73) имеет по меньшей мере одно отверстие (74, 741, 742) для зацепления в него упомянутых контактных рычагов (61, 62).

14. Устройство (50) по любому из пп.1-13, отличающееся тем, что упомянутый первый нажимной элемент (71) посажен на первую ось (712) и упомянутый второй нажимной элемент (72) посажен на вторую ось (722).

15. Устройство (50) по п.14, отличающееся тем, что упомянутый первый нажимной элемент (71) включает в себя первую опорную поверхность (711), в то время как упомянутый второй нажимной элемент (72) имеет вторую опорную поверхность (721), и упомянутые первая и вторая оси (712, 722), по существу, параллельны упомянутым первой и второй опорным поверхностям (711, 721) соответственно.

16. Способ замыкания накоротко по меньшей мере одного определенного электролизера в компоновке электролизеров (100), предназначенных для получения алюминия огневым электролизом, включающей в себя множество электролизеров (101, 102, 103) и ошиновку из электрических проводников (20), причем упомянутый определенный электролизер включает в себя электролизную ванну (2) и по меньшей мере одну анодную балку (12, 12') для присоединения к ней по меньшей мере одного анода (10, 10'), причем упомянутая электролизная ванна (2) включает в себя катодное устройство (5) и по меньшей мере один токоотводящий стержень (6), присоединенный к упомянутому катодному устройству (5) и выступающий из упомянутой электролизной ванны (2), упомянутая ошиновка (20) включает в себя по меньшей мере первый проводниковый участок (201), который электрически присоединен к упомянутой по меньшей мере одной анодной балке (12, 12') и имеет первую внутреннюю поверхность (2011) и первую наружную поверхность (2012), по существу, противоположную упомянутой первой внутренней поверхности (2011), и по меньшей мере второй проводниковый участок (202), который электрически присоединен к упомянутому по меньшей мере одному токоотводящему стержню (6) и имеет вторую внутреннюю поверхность (2021) и вторую наружную поверхность (2022), по существу, противоположную упомянутой второй внутренней поверхности (2021), причем упомянутые первый и второй проводниковые участки (201, 202) расположены так, что упомянутая первая внутренняя поверхность (2011), по существу, обращена к упомянутой второй внутренней поверхности (2021), при этом он включает обеспечение по меньшей мере одного устройства (50) замыкания накоротко по любому из пп.1-15, размещение упомянутого устройства (50) так, что упомянутые первый и второй проводниковые участки (201, 202) вставляются в упомянутый проем (64), и так, что упомянутая первая контактная поверхность (611) перекрывает упомянутую первую наружную поверхность (2012), а упомянутая вторая контактная поверхность (621) перекрывает упомянутую вторую наружную поверхность (2022), и перемещение упомянутых контактных рычагов (61, 62) упомянутого шунтирующего элемента (60) относительно упомянутого зажимного элемента (70) так, что упомянутый первый нажимной элемент (71) поджимает упомянутый первый контактный рычаг (61) к упомянутому второму контактному рычагу (62), а упомянутый второй нажимной элемент (72) поджимает упомянутый второй контактный рычаг (62) к упомянутому первому контактному рычагу (61) для создания и фиксирования короткого замыкания между упомянутыми первым и вторым проводниковыми участками (201, 202).

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что он дополнительно включает в себя вставку по меньшей мере одного металлического блока (40) между упомянутыми первым и вторым проводниковыми участками (201, 202).

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что упомянутый по меньшей мере один металлический блок (40) располагают по меньшей мере частично между упомянутыми рычагами (61, 62).