УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЗАКОРАЧИВАЮЩИХ КЛИНЬЕВ, ПРЕДНАЗНАЧЕННОЕ ДЛЯ ВКЛЮЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ Российский патент 2016 года по МПК C25C3/16 

Область техники

Изобретение относится к области получения алюминия огневым электролизом по способу Холла-Эру. Оно относится к устройствам электрического соединения электролизеров для получения алюминия огневым электролизом. Более конкретно, оно относится к оборудованию, которое применяется при операции пуска временно остановленного электролизера, операции, называемой также "повторным включением", и которое позволяет удалить закорачивающие клинья, находящиеся между катодным узлом электролизера и катодным узлом предшествующего соседнего электролизера. Такое оборудование будет называться далее "устройством для извлечения клина" или же " устройством для извлечения".

Предшествующий уровень техники

Алюминий получают промышленно огневым электролизом в электролизерах по хорошо известному способу Холла-Эру. Заводы содержат большое число электролизеров, установленных в ряд, в зданиях, называемых цехами или залами электролиза, и электрически соединенных последовательно с помощью соединительных токоподводов, чтобы оптимизировать занимаемые производственные площади заводов. Каждый электролизер содержит ванну, снабженную катодным узлом и анодной системой. Ванна содержит стальной корпус с облицовочными элементами из огнеупорных материалов и катодный узел, находящийся на дне ванны, образованный плотным расположением углеродсодержащих блоков, в которые вделаны металлические стержни, концы которых выходят из корпуса. Каждая ванна содержит также анодную систему, сформированную из по меньшей мере одной жесткой балки, которая поддерживает один или несколько горизонтальных проводящих стержней, называемых "анодной рамой", на которых закреплены стержни для подвески анодов из углеродсодержащего материала, частично погруженных в ванну электролита.

Электролизеры обычно размещены так, чтобы образовать два или более параллельных ряда, которые электрически соединены друг с другом концевыми токоподводами. Обычно электрический ток течет от катода предшествующего электролизера к аноду следующего электролизера. Схема соединения между двумя последовательными электролизерами содержит цепь передачи тока электролиза, состоящую из катодных коллекторов, соединенных с одной стороны с катодными выходами электролизера данного ряда (n), а с другой стороны с "анодными стояками", которые, в свою очередь, соединены с жесткой балкой и анодными рамами следующего соседнего электролизера, ряда (n+1).

Время от времени один или несколько электролизеров ряда должны останавливаться. Эту остановку производят, соединяя катодный коллектор данного электролизера с соединительным токоподводом, который соединяет катодные выходы предыдущего соседнего электролизера с "анодными стояками", которые питают анодную раму электролизера. Соединение осуществляется посредством множества проводящих клиньев, обычно из алюминия, как раскрыто в патенте FR 2583069 (смотри Фиг. 8, позиция 12): в такой конфигурации катодный коллектор электролизера и соединительный токоподвод между катодом предшествующего электролизера и анодом указанного электролизера находятся локально в виде двух токоподводов с по существу прямоугольным сечением, каждый из которых имеет по меньшей мере одну верхнюю горизонтальную поверхность и одну по существу вертикальную поверхность, причем по существу вертикальная поверхность одного токоподвода находится напротив по существу вертикальной поверхности другого токоподвода, таким образом, эти две по существу вертикальные поверхности определяют зазор, предназначенный для вмещения закорачивающего клина, который, в свою очередь, содержит две по существу параллельные поверхности, слабо сходящиеся книзу, когда клин размещают с целью занять указанный зазор.

Чтобы остановить электролизер, клинья должны быть вставлены между токоподводами, чтобы предоставить поверхность контакта, дающую как можно меньшее электрическое сопротивление. На практике, чтобы обеспечить хороший электрический контакт, эти клинья вводят в зазор, имеющийся между токоподводами, тогда как сами они удерживаются с помощью скрепленных болтами анкеров.

Для включения электролизера клинья должны быть извлечены, чтобы изолировать друг от друга токоподводы, причем ток, текущий от предыдущего электролизера, снова проходит через анодные стояки, чтобы питать анодную раму следующего нижнего электролизера. Чтобы удалить клинья, не прилагая слишком больших усилий, обычно требуется развинтить, по меньшей мере частично, указанные анкеры. Затем клинья тянут вверх, чтобы они вышли из зазора, выполненного между токоподводами.

До сих пор установка и удаление этих клиньев требовали сложных вмешательств человека, что влечет либо остановку линии на время, необходимое для вмешательства, что снижает производительность линии, либо, предпочтительно, влечет вмешательство на очень ограниченное время. Действительно, если извлечение производится без остановки линии, то поскольку удаление всех клиньев не может быть сделано одновременно, плотность тока, который течет в оставшихся на месте клиньях, постепенно возрастает, из-за чего они заметно нагреваются, так что клинья, поднимаемые последними, могут достичь высоких температур. Повышенная температура клиньев может иметь пагубные последствия, например, потребовать более значительных усилий для извлечения из-за увеличения их объема, или же повлечь значительное ухудшение поверхностей контакта. Таким образом, вмешательство должно быть как можно более коротким, чтобы ограничить разогрев клиньев, удаляемых последними.

Кроме того, ограничения по технике безопасности требуют, чтобы операторы оставались на уровне пола, в частности, когда они проводят операции с клиньями. Вокруг современных электролизеров предусмотрены проходы, предназначенные для облегчения различных вмешательств в электролизеры. Эти проходы находятся приблизительно на том же уровне, что и поверхность жидкой ванны. По настоятельным требованиям безопасности катодные коллекторы и соединительные токоподводы находятся ниже этих проходов. Таким образом, токоподводы и зазоры, предназначенные для приема клиньев, расположены под этими проходами, но они должны быть доступными из этих проходов при операциях, необходимых для временной остановки электролизера или его включения.

Чтобы сэкономить время при этих операциях, пытались поднимать клинья с помощью полиспаста, установленного на мостовой кран, перемещающийся по электролизному цеху, выше электролизеров. Для этого использовали закорачивающие клинья, снабженные цапфами, и полиспаст был оборудован U-образным стропом, предназначенным для зацепления с цапфами клина. Полиспаст позволял развить значительные усилия, обычно, порядка 10 т, но эти усилия оставались недостаточными, если анкеры не были предварительно развинчены, по меньшей мере, частично. Это приводило к большой потере времени, так как развинчивание анкеров могло проводиться только на уровне земли, с инструментом с большой рукояткой, возможности вращения которой были низкие. Кроме того, когда, несмотря на переданное усилие, клин все же прилипал к токоподводам, дело заканчивалось тем, что полиспаст поднимал, захватывал и повреждал токоподводы. Наконец, такая практика вызывала серьезные проблемы с безопасностью, так как клинья, которые имеют определенную массу, обычно несколько десятков килограмм, часто выталкивались по более или менее контролируемой траектории, направленной вверх, которая могла проходить вблизи операторов.

Авторы заявки разработали способ извлечения клиньев, который не имеет указанных выше недостатков, в котором применяется устройство для извлечения, действующее на клинья без необходимости развинчивать анкеры, которое оказывает значительные усилия при извлечении клиньев, не вызывая ни малейшего риска повреждения токоподводов, и, наконец, которое позволяет контролировать траекторию выталкивания клиньев.

Краткое изложение существа изобретения

Первым объектом изобретения является устройство для извлечения закорачивающего клина перед повторным включением временно отключенного электролизера в ряду электролизеров для получения алюминия, при этом закорачивающий клин установлен между токоподводами катодных узлов временно отключенного и предшествующего ему электролизера, причем каждый токоподвод имеет по меньшей мере одну верхнюю горизонтальную поверхность и одну вертикальную поверхность, причем вертикальная поверхность одного токоподвода расположена напротив по существу вертикальной поверхности другого с образованием зазора, предназначенного для приема упомянутого закорачивающего клина, содержащего две параллельные поверхности, сходящиеся книзу при его установке в упомянутый зазор, причем устройство содержит средство захвата упомянутого клина и средство привода, отличающееся тем, что привод выполнен в виде по меньшей мере одного связанного с верхней горизонтальной поверхностью каждого токоподвода силового цилиндра, ориентированного вертикально и содержащего корпус и поршень со штоком, причем:

а) упомянутый корпус или упомянутый шток выполнен за одно целое с по меньшей мере одной ориентированной книзу горизонтальной опорной поверхностью, размещенной с возможностью расположения на одном уровне с верхней горизонтальной поверхностью каждого токоподвода при установке упомянутого устройства для извлечения клина над упомянутым клином для его извлечения,

б) упомянутый шток или упомянутый корпус соединен с упомянутым средством захвата упомянутого клина для оказания противоположных усилий на упомянутые токоподводы и на клин с обеспечением их раздвигания при приведении в действие упомянутого силового цилиндра для извлечения клина.

Применяя устройство для извлечения клина, согласно изобретению, можно осуществить включение электролизера изолированно друг от друга, без повреждения токоподводов, связанных с катодными элементами двух соседних электролизеров: усилие, уравновешивающее силу, которая стремится отделить клин от токоподвода, есть результирующая усилий, которые оказываются непосредственно на верхнюю горизонтальную поверхность каждого токоподвода, что позволяет избежать подъема токоподводов и их повреждения, в случае, когда извлекающее усилие будет недостаточным для отделения клина от токоподводов. Это устройство, способное прикладывать усилия выше, чем возможно согласно уровню техники, без повреждения токоподводов, тем более целесообразно, что клин крепко удерживается между двумя токоподводами, удерживаемыми анкерами.

Как указывалось ранее, оба токоподвода, находящиеся напротив друг друга, представляют собой:

- первый токоподвод, являющийся соединительным токоподводом между катодным выходом предшествующего соседнего электролизера и анодным стояком, который питает анодную раму указанного электролизера,

- второй токоподвод, являющийся элементом катодного коллектора указанного электролизера.

Устройство для извлечения согласно изобретению содержит по меньшей мере один силовой цилиндр, который установлен таким образом, чтобы он мог, будучи приведенным в действие, оказывать противоположные усилия на клин и на токоподвод. Каждая из двух частей силового цилиндра, которые могут перемещаться относительно друг друга (корпус и шток), могут быть соединены либо с клином, либо с токоподводом. Первая часть силового цилиндра (корпус или шток) жестко соединена с по меньшей мере одной горизонтальной опорной поверхностью, которая предназначена находиться на одной линии с верхней горизонтальной поверхностью токоподвода. Вторая часть силового цилиндра (шток или корпус) соединена со средством захвата клина, по меньшей мере временно, когда силовой цилиндр активирован, чтобы осуществить извлечение клина. В другое время эта вторая часть силового цилиндра может быть подвижной относительно указанного средства захвата на некоторых стадиях использования устройства для извлечения, но необходимо, чтобы она входила в контакт с этим средством захвата и увлекала его в свое движение, когда силовой цилиндр активирован для осуществления раздвигающих усилий.

Средство захвата клина предпочтительно содержит блок зацепления, к которому крепятся средства зацепления, действующие вместе с дополнительными средствами зацепления, предусмотренными на клине, предпочтительно на верхней части клина, которая, как предусматривается, будет оставаться выше зазора между токоподводами, когда в них вставлен клин, и которая, таким образом, более легко доступна. Например, в верхней части клина предусмотрено по меньшей мере одно, по существу горизонтальное, просверленное отверстие, предназначенное для прохода блокирующей оси, жестко соединенной с блоком зацепления. Блокирующая ось или оси приводятся в движение одним или несколькими вспомогательными приводами, которые сами закреплены на блоке зацепления и которые приводят указанные оси в движение, чтобы они могли вдвигаться в отверстия в целях захвата клина.

Предпочтительно, диаметр блокирующей оси максимально возможно близок к диаметру отверстия, которое ей соответствует, и, для лучшего распределения усилий, блокирующая ось проходит также черед отверстия в двух скобах, жестко соединенных с указанным средством зацепления, расположенных так, чтобы в позиции зацепления указанные скобы находились по обе стороны клина. Для облегчения введения блокирующей оси можно также выбрать ее диаметр существенно меньшим, чем диаметр отверстия, предусматривая одновременно на блокирующей оси, на уровне зоны, предназначенной входить в контакт с отверстием, участок поверхности, радиус кривизны которого больше и близок к радиусу отверстия.

На практике токоподводы расположены напротив друг друга, чтобы клин устанавливался вертикально, и таким образом, устройство для извлечения может быть установлено на уровне клина, который нужно извлечь, с помощью устройства перемещения и подъема, типа комбинации мостового крана, тележки и полиспаста.

Но изобретение остается таким же выгодным, если пара направлений по горизонтали и вертикали заменить любой парой перпендикулярных направлений, причем каждый клин должен иметь верхнюю сторону, по существу перпендикулярную направлению усилия, которое нужно приложить, чтобы отделить их, причем усилие должно быть по существу параллельным противоположным поверхностям токоподводов. Это предполагает, конечно, что поддерживающее устройство, предназначенное устанавливать указанное устройство на одной линии с клиньями, адаптировано к такой системе координат.

Устройство для извлечения согласно изобретению содержит по меньшей мере два силовых цилиндра, имеющих указанные выше характеристики, причем каждому токоподводу соответствует по меньшей мере один силовой цилиндр. Эти силовые цилиндры могут быть электрическими силовыми цилиндрами, обычно питаемыми по цепи, содержащей переключатель, но предпочтительно, это гидравлические силовые цилиндры, так как при одинаковых габаритах последние способны оказывать более значительные усилия. Выгодно, когда гидравлические силовые цилиндры питаются от той же гидравлической установки, которая предпочтительно установлена на устройстве для извлечения или на устройстве перемещения устройства для извлечения.

Согласно изобретению, шток (или корпус) силовых цилиндров жестко соединен с по меньшей мере одной горизонтальной опорной поверхностью, ориентированной книзу и расположенной так, чтобы когда устройство для извлечения устанавливалось выше клина, чтобы извлечь его, горизонтальная опорная поверхность оказывалась напротив верхней горизонтальной поверхности токоподвода и входила в прямой контакт с верхней горизонтальной поверхностью. Шток (или корпус) может быть напрямую снабжен горизонтальной опорной поверхностью. Предпочтительно, крайняя сторона штока (или нижняя сторона корпуса) покрыта контактной пластиной, которая содержит горизонтальную опорную поверхность, причем контактная пластина сделана из материала, имеющего электрическое сопротивление и способного сопротивляться механически передаваемым усилиям. Таким образом, контактная пластина позволяет обеспечить электрическую изоляцию устройства для извлечения от токоподводов.

Таким образом, силовые цилиндры устанавливаются вблизи токоподводов и оказывают свои усилия прямо на верхние горизонтальные поверхности токоподводов, без необходимости вставки одной или нескольких промежуточных деталей между силовыми цилиндрами и токоподводами. Отсюда следует, что устройство для извлечения является компактным, легким в обращении устройством, быстрым в позиционировании выше токоподводов на одной линии с клиньями, которые нужно удалить. Устройство для извлечения согласно изобретению позволяет провести операцию извлечения быстрее, чем согласно уровню техники, так что можно намного более эффективно ограничить разогрев последних клиньев при включении электролизера.

С другой стороны, тот факт, что имеется по меньшей мере один силовой цилиндр на одной линии с каждым токоподводом, делает устройство для извлечения по изобретению более гибким и более надежным в применении. Таким образом, можно позиционировать по меньшей мере один силовой цилиндр напротив каждого токоподвода и привести в действие каждый из этих силовых цилиндров, чтобы сгладить разницу уровней, которая может иметься между верхними горизонтальными поверхностями токоподводов. Предпочтительно, все силовые цилиндры питаются от одной и той же гидравлической схемы и перемещаются с одинаковой скоростью, но с более или менее длинным ходом в зависимости от высоты верхней горизонтальной поверхности токоподвода, которому каждый из них соответствует, что позволяет позиционировать их автоматически с хорошей точностью. Таким образом, устройство для извлечения может оставаться точно позиционированным и оказывать свое извлекающее усилие в по существу вертикальном направлении. Напротив, с силовым цилиндром, жестко соединенным с единственной опорной поверхностью (или двумя опорными поверхностями, жестко соединенными друг с другом), который будет опираться на два токоподвода, имеется опасность, что при значительной разнице уровней между верхними горизонтальными поверхностями получится неправильно позиционированное устройство, которое может оказывать усилие в далеко не вертикальном направлении, что повышает опасность извлечения клиньев по плохо контролируемой наклонной траектории. Отсюда вытекает, что устройство для извлечения согласно изобретению обеспечивает механически стабильное и безопасное извлечение клина, причем траектория извлечения клиньев вполне контролируема.

Выравнивание разницы уровней предпочтительно осуществляют, предусматривая гидравлическую схему, которая питает указанные силовые цилиндры. Со схемой, соответствующей системе, известной под названием "hydraulic pressure booster" (мультипликатор давления гидросистемы), содержащей группу низкого давления и мультипликатор давления, можно с низкой установленной мощностью осуществить быстрое сглаживание разницы, причем силовые цилиндры работают при низком давлении и при высоком расходе, а затем, когда разница сглажена, осуществить извлечение клина, оказывая необходимое извлекающее усилие, причем тогда все силовые цилиндры работают при высоком давлении и при низком расходе.

Можно также предусмотреть гидравлическую схему, которая не использует систему, называемую "hydraulic pressure booster". Например, можно использовать двойной насос высокого давления/низкого давления, принцип действия которого широко применяется в приложениях, где нет необходимости одновременно иметь полное давление и максимальный расход. Схема такова, что при работе при низком давлении оба расхода насоса складываются, чтобы дать максимальную скорость приемному устройству. С момента, когда силовой цилиндр встречает препятствие, сопротивление создает давление, соответствующее калибровке клапана, называемого "автоматический выключатель", клапан открывается и ставит расход насоса низкого давления на возврат. Обратный клапан, установленный за автоматическим выключателем, разъединяет две цепи, и только один насос высокого давления осуществляет подачу к приемному устройству. Надежность высокого давления обеспечивается ограничителем давления. В случае падения напора после подъема давления, и как только оно достигнет уровня калибровки клапана, называемого "автоматическим выключателем", клапан открывается, и оба расхода снова доступны при низком давлении. Такая схема, позволяющая иметь полную мощность, доступную в любой момент, выгодна тем, что используется обычное оборудование, работающее по испытанной и простой схеме. Кроме того, порог отсоединения можно регулировать, чтобы оптимизировать мощность. Однако уровень установленной мощности, необходимый для хорошей работы устройства, выше, чем в предыдущем решении. Наконец, можно также вместо сочетания группы низкого давления и мультипликатора давления ("hydraulic pressure booster") комбинировать гидравлическую мини-установку высокого давления и аккумулятор.

Предпочтительно, указанное устройство для извлечения согласно изобретению снабжено двумя парами силовых цилиндров, причем каждой паре соответствует один токоподвод. Такая конфигурация, представленная в примере ниже, позволяет проходить блокирующей оси сбоку между двумя силовыми цилиндрами (более компактная система, лучшее распределение усилий).

В одном предпочтительном варианте изобретения указанное устройство для извлечения содержит также привод, предназначенный для подъема системы, содержащей клин, механизм захвата клина и силовой цилиндр или силовые цилиндры, после того, как клин был извлечен, то есть после того, как он больше не удерживается токоподводами. Этот привод играет роль выталкивателя: система, содержащая клин, средство захвата клина и силовой цилиндр(ы), должна удаляться таким образом, чтобы клин мог как можно быстрее полностью выйти из зазора, имеющегося между противолежащими токоподводами, со скоростью значительно выше, чем скорость штока гидравлического силового цилиндра. Действительно, стремятся к как можно более высокой скорости выталкивания системы, содержащей клин, средство захвата клина и силовой цилиндр(ы), так как это позволяет ограничить опасность появления электрической дуги в ходе подъема клина.

Предпочтительно, привод является пневматическим силовым цилиндром. Чтобы отличить этот вспомогательный силовой цилиндр, действующий в качестве выталкивателя, указанный силовой цилиндр или силовые цилиндры будут называться "опорными силовыми цилиндрами". Предпочтительно, механизм захвата клина жестко соединен со штоком (или корпусом) привода, и ход штока привода достаточно большой, чтобы позволить клину полностью выйти из зазора между токоподводами.

В одном предпочтительном варианте осуществления опорные силовые цилиндры и привод действуют одновременно. В таком случае нет необходимости синхронизировать действия опорных силовых цилиндров и привода: извлекающее усилие, оказываемое на клин, осуществляемое опорным силовым цилиндром или силовыми цилиндрами, будучи существенно выше, чем усилие, оказываемое приводом, прикладывается только до тех пор, пока клин не отделится от токоподводов, начиная с этого момента действует только подъемное усилие привода.

Предпочтительно, устройство для извлечения содержит каркас, к которому крепится привод. Каркас содержит средства зацепления, чтобы он мог перемещаться устройством транспортировки и подъема. Типично, устройство, применяющееся для транспортировки и подъема устройства для извлечения, является комбинацией мостового крана, тележки и полиспаста. Для осуществления извлечения клина устройство, с помощью устройства транспортировки и подъема, помещают на одной линии с токоподводами и позиционируют его таким образом, чтобы горизонтальная опорная поверхность каждого силового цилиндра опиралась на верхнюю горизонтальную поверхность токоподвода, соответствующего силовому цилиндру. В ходе извлечения устройство для извлечения может поддерживаться или не поддерживаться устройством транспортировки и подъема.

Предпочтительно, каркас оборудован средствами центровки, которые позволяют направлять устройство для извлечения в ходе его вертикального снижения к заданному положению относительно токоподводов, причем опорные поверхности помещают на одной линии с верхними горизонтальными сторонами токоподводов.

Предпочтительно, каркас содержит также обтекатель, который ограничивает объем, в котором должна двигаться система, содержащая клин и средство захвата клина, после извлечения указанного клина, и который обеспечивает защиту операторов, работающих вблизи устройства для извлечения лицом к лицу с подвижными извлеченными деталями.

Предпочтительно, устройство для извлечения снабжено также по существу вертикальным направляющим средством, которое позволяет направлять средство захвата клина в ходе подъема извлекаемой системы (клин, механизм захвата клина, силовой цилиндр(ы)), что позволяет контролировать траекторию в ходе извлечения, в частности, когда клин находится еще на уровне зазора между токоподводами: таким образом, избегают, чтобы клин входил в контакт с токоподводами, и ограничивают опасность появления электрической дуги.

Предпочтительно, устройство снабжено также коробкой охлаждения, которая ставится выше клина и оборудована вверху устройством охлаждения, действующим по эффекту Вентури, причем создаваемый в результате поток воздуха ориентирован к клину.

Описанное выше устройство для извлечения предназначено для применения для извлечения одного клина. Само собой разумеется, что изложенные выше принципы могут применяться с устройством для извлечения, позволяющим удалять несколько клиньев одновременно, при этом оно неизбежно становится более тяжелым, более громоздким и более медлительным при манипуляциях, но также позволяющим избежать разогрева, так как клинья могут удаляться одновременно.

Другим объектом изобретения является способ извлечения закорачивающего клина перед повторным включением временно отключенного электролизера в ряду электролизеров для получения алюминия, включающий удаление закорачивающего клина, введенного между двумя токоподводами для отключения упомянутого электролизера с использованием устройства для извлечения, как описано выше, причем первый токоподвод соединен с катодным узлом упомянутого электролизера, а второй токоподвод соединен с катодным узлом предыдущего соседнего электролизера.

Предпочтительно, так как вмешательство должно быть как можно более быстрым, чтобы ограничить нагрев клиньев, поднимаемых последними, используется несколько устройств согласно изобретению, чтобы извлечь одновременно все или часть клиньев, которые устанавливались для отключения электролизера. Можно также использовать упомянутое выше устройство для извлечения, которое позволяет извлекать одновременно несколько клиньев.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

Фиг. 1 схематически показывает обслуживающую машину в типичном электролизном цеху, предназначенном для получения алюминия, вид в разрезе.

Фиг. 2 схематически показывает расположение соединительных токоподводов между двумя соседними электролизерами.

Фиг. 3а, 3b и 3с схематически иллюстрируют один частный вариант осуществления устройства извлечения клиньев согласно изобретению.

Фиг. 3а показывает устройство для извлечения, когда оно установлено на токоподводы, на уровне клина, который нужно извлечь.

Фиг. 3b показывает указанное устройство для извлечения, когда был активирован механизм захвата клина.

Фиг. 3с показывает устройство для извлечения, когда клин был извлечен, и которое по-прежнему находится на месте, опираясь на токоподводы, на уровне клина, который только что был извлечен.

Описание предпочтительных вариантов воплощения

Электролизные установки, предназначенные для получения алюминия, содержат один или несколько электролизных цехов. Электролизный цех (1), показанный на Фиг. 1, содержит электролизеры (2) и обслуживающую машину (5). Электролизеры (2) обычно расположены линиями или рядами, причем каждая линия или ряд содержит обычно более сотни электролизеров. Электролизеры (2) расставлены так, чтобы выделить проход для движения вдоль электролизного цеха (1). Электролизеры (2) содержат ряд анодов (3), снабженных металлическим штоком (4), предназначенным для крепления и соединения анода по току с металлической анодной рамой (27). Каждый электролизер (2) содержит ванну, снабженную катодным устройством (22) и анодной системой (26). Ванна имеет стальной корпус с облицовочными элементами из огнеупорных материалов. Катодное устройство (22), находящееся на дне ванны, образовано плотным расположением углеродсодержащих блоков, в которые вделаны металлические стержни, концы (21) которых выходят из корпуса и соединяются друг с другом через катодный коллектор (23). Схема соединений между двумя последовательными электролизерами (2.(n-1) и 2.n) содержит цепь передачи тока электролиза, где катодный коллектор (23.(n-1)) соединен с одной стороны с выходами катода (21.(n-1)) электролизера данного ряда (2.(n-1)), а с другой стороны с анодными стояками (28.n), которые, в свою очередь, соединены с анодными рамами (27.n) следующего соседнего электролизера (2.n).

Время от времени один или несколько электролизеров ряда должны быть остановлены. Эту остановку осуществляют, соединяя катодный коллектор (23.n) данного электролизера (2.n) с соединительным токоподводом, который соединяет катодный коллектор (23(n-1)) соседнего предшествующего электролизера (2.(n-1)) с анодными стояками (28.n), питающими анодную раму электролизера. Соединение проводится посредством множества проводящих клиньев (20), обычно из алюминия, принудительно вставленных в разные места, где два токоподвода имеют две по существу вертикальные поверхности, находящиеся напротив друг друга. Для включения электролизера нужно удалить все клинья за как можно более короткое время. Устройство согласно изобретению позволяет удалять клинья один за другим. Компактное и легкое, оно может быстро смещаться на одной линии с каждым клином и может оказывать значительное извлекающее усилие, позволяющее отделить каждый клин от токоподводов.

Пример осуществления (Фиг. 3а, 3b и 3с)

Устройство (30) для извлечения, показанное на Фиг. 3а), 3b) и 3с), предназначено для извлечения закорачивающего клина (20), который был вставлен между двумя токоподводами (24 и 25) для отключения электролизера. Первый токоподвод (24) является соединительным токоподводом между катодным выходом (23.(n-1)) соседнего предшествующего электрода и анодным стояком (28.n), который питает анодную раму (27) следующего электролизера (2.n). Второй токоподвод (25) является частью катодного коллектора (23.n) следующего электролизера (2.n). Каждый токоподвод (24, 25) имеет по меньшей мере одну верхнюю горизонтальную поверхность (240, 250) и одну по существу вертикальную поверхность (241, 251). По существу вертикальные поверхности (241, 251) находятся напротив друг друга, определяя, таким образом, зазор, который предназначен для приема закорачивающего клина, который, в свою очередь, содержит две по существу параллельные поверхности (204, 205), слегка сходящиеся книзу.

Устройство (30) для извлечения содержит средство (31) захвата клина и две пары силовых цилиндров (32), причем каждая пара представлена одним силовым цилиндром (соответственно 324 и 325), показанным на Фиг. 3а), 3b) и 3с). Каждый силовой цилиндр, ориентированный вертикально, содержит корпус (320) и поршень, которому соответствует шток (321) поршня. Корпус (320) каждого силового цилиндра жестко соединен со средством (31) захвата. Свободный конец штока (3214, 3215) поршня каждого силового цилиндра (324, 325) имеет горизонтальную опорную поверхность (3213, 3216), которая ориентирована книзу и расположена таким образом, что когда указанное устройство помещают выше указанного клина (20), чтобы извлечь его, горизонтальная опорная поверхность (3213, 3216) находится на одной линии с верхней горизонтальной поверхностью (240, 250) токоподвода (24, 25), соответствующего паре силовых цилиндров, к которой относится силовой цилиндр.

Каждый из этих силовых цилиндров является силовым цилиндром двойного действия, питаемым от гидравлической установки, закрепленной на каркасе (70) устройства (30) для извлечения. Гидравлическая схема содержит группу низкого давления и мультипликатор давления, ответвляющийся на цепь, питающую камеру со стороны поршня. Таким образом, можно при низкой установленной мощности осуществить сначала быстрое сглаживание разницы уровней, при этом все силовые цилиндры работают при низком давлении и высокой подаче, пока горизонтальная опорная поверхность (3213, 3216) последнего штока не вступает в контакт с верхней горизонтальной поверхностью (240, 250) токоподвода (24, 25). Затем, когда разница уровней сглажена, распределитель действует таким образом, чтобы камера со стороны поршня снабжалась маслом от цепи, проходящей через мультипликатор давления. Затем можно провести удаление клина, при этом все силовые цилиндры работают при высоком давлении, низкой подаче и оказывают на токоподводы (24, 25) и на клин (20) противоположные усилия, стремясь раздвинуть их.

Чтобы облегчить извлечение, клин (20) и устройство (30) для извлечения снабжены средствами захвата, действующими совместно. Устройство (30) для извлечения содержит, в качестве средства захвата клина, блок зацепления (313), имеющий в целом форму перевернутой буквы U, причем две боковые ветви U расположены с обеих сторон клина и снабжены находящимися на одной линии отверстиями, предназначенными для прохождения через них блокирующей оси (311), которая расположена сбоку и смещается в общей плоскости симметрии силовых цилиндров из пары силовых цилиндров. Клин (20) имеет в своей верхней части, которая, как предусмотрено, остается выше зазора между токоподводами, горизонтальное отверстие (201), проходящее на всю толщину клина. Блокирующая ось (311) приводится в действие силовым цилиндром (315), который вводит блокирующую ось внутрь отверстия (201) клина и отверстий в боковых сторонах устройства захвата (313) в целях захвата клина (Фиг. 3b)). Блок зацепления (313) закреплен на нижнем конце вертикальной оси (40), жестко соединенной с каркасом (70) устройства (30) для извлечения.

Устройство (30) для извлечения содержит также привод (50), предназначенный для подъема системы, содержащей клин, средство захвата клина и силовой цилиндр или силовые цилиндры, после того, как клин был извлечен, то есть после того, как он больше не удерживается токоподводами. Этот привод является пневматическим силовым цилиндром (51). Средство (31) захвата клина закреплено на нижнем конце оси (40), которая, в свою очередь, является продолжением штока (52) привода (50). При извлечении все силовые цилиндры (324, 325) и привод (50) действуют одновременно: извлекающее усилие, оказываемое на клин (20), обеспечиваемое двумя силовыми цилиндрами (324, 325), которое существенно выше, чем усилие, оказываемое приводом (50), применяется только до того, как клин отъединится от токоподвода, и с этого момента действует только поднимающее усилие привода (50).

Устройство (30) для извлечения содержит также каркас (70), к которому крепится привод (50). Каркас содержит средства зацепления, чтобы его можно было перемещать устройством транспортировки и подъема. Он содержит также обтекатель (71), который ограничивает пространство, в котором должна двигаться система, содержащая клин (20) и средство (31) захвата клина после извлечения клина, и который обеспечивает защиту операторов, работающих вблизи устройства для извлечения лицом к лицу с извлекаемыми подвижными деталями.

Устройство для извлечения снабжено также направляющим средством (318), которое позволяет вести по существу в вертикальном направлении средство (31) захвата клина при подъеме извлекаемой системы (клин, средство захвата клина, силовой цилиндр(ы)). Это направляющее средство содержит совокупность роликов (319), закрепленных на блоке захвата (313) и предназначенных для качения по вертикальной стенке каркаса (70).

Каркас снабжен также коробкой охлаждения, которая помещается выше клина и оборудована вверху устройством охлаждения, действующим по принципу Вентури. Получаемый эффект Вентури позволяет значительно повысить (по меньшей мере в 10 раз) поток доступного воздуха, а созданный так поток воздуха направлен к указанному клину.

Изобретение относится к устройству и способу извлечения закорачивающего клина перед повторным включением временно отключенного электролизера в ряду электролизеров для получения алюминия, установленного между токоподводами катодных узлов временно отключенного и предшествующего ему электролизера. При этом каждый токоподвод имеет одну верхнюю горизонтальную поверхность и одну вертикальную поверхность, причем вертикальная поверхность одного токоподвода расположена напротив вертикальной поверхности другого с образованием зазора, предназначенного для приема упомянутого закорачивающего клина, содержащего две параллельные поверхности, сходящиеся книзу при его установке в упомянутый зазор. Устройство содержит средство захвата клина и средство привода, выполненного в виде связанного с верхней горизонтальной поверхностью каждого токоподвода силового цилиндра, ориентированного вертикально и содержащего корпус и поршень со штоком, причем: а) корпус или шток выполнен за одно целое с по меньшей мере одной ориентированной книзу горизонтальной опорной поверхностью, размещенной с возможностью расположения на одном уровне с верхней горизонтальной поверхностью каждого токоподвода при установке упомянутого устройства для извлечения клина над упомянутым клином для его извлечения, и б) шток или корпус соединен со средством захвата упомянутого клина для оказания противоположных усилий на токоподводы и на клин с обеспечением их раздвигания при приведении в действие силового цилиндра для извлечения клина. Раскрыт также способ извлечения закорачивающего клина посредством упомянутого устройства. Обеспечивается возможность ускоренного извлечения клина без риска повреждения проводников и возможность включения электролизеров изолированно друг от друга. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для извлечения закорачивающего клина перед повторным включением временно отключенного электролизера в ряду электролизеров для получения алюминия, при этом закорачивающий клин установлен между токоподводами катодных узлов временно отключенного и предшествующего ему электролизера, причем каждый токоподвод имеет по меньшей мере одну верхнюю горизонтальную поверхность и одну вертикальную поверхность, причем вертикальная поверхность одного токоподвода расположена напротив вертикальной поверхности другого с образованием зазора, предназначенного для приема упомянутого закорачивающего клина, содержащего две параллельные поверхности, сходящиеся книзу при его установке в упомянутый зазор, причем устройство содержит средство захвата упомянутого клина и средство привода, отличающееся тем, что привод выполнен в виде по меньшей мере одного связанного с верхней горизонтальной поверхностью каждого токоподвода силового цилиндра, ориентированного вертикально и содержащего корпус и поршень со штоком, причем:
а) упомянутый корпус или упомянутый шток выполнен за одно целое с по меньшей мере одной ориентированной книзу горизонтальной опорной поверхностью, размещенной с возможностью расположения на одном уровне с верхней горизонтальной поверхностью каждого токоподвода при установке упомянутого устройства для извлечения клина над упомянутым клином для его извлечения,
б) упомянутый шток или упомянутый корпус соединен с упомянутым средством захвата упомянутого клина для оказания противоположных усилий на упомянутые токоподводы и на клин с обеспечением их раздвигания при приведении в действие упомянутого силового цилиндра для извлечения клина.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый силовой цилиндр является гидравлическим цилиндром.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что каждый силовой цилиндр является силовым цилиндром двойного действия, питаемым гидравлической схемой, содержащей группу низкого давления и мультипликатор давления, соединенный с линией, питающей камеру со стороны поршня, выполненный с обеспечением возможности работы всех силовых цилиндров при низком давлении и высоком расходе до осуществления контакта горизонтальной опорной поверхности последнего штока с верхней горизонтальной поверхностью токоподвода, а затем при сглаживании разницы уровней - в режиме высокого давления и низкого расхода для оказания силовыми цилиндрами противоположных усилий на токоподводы и на клин с обеспечением их раздвигания.

4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что средство захвата клина содержит блок зацепления, закрепленный на нижнем конце вертикальной оси, жестко соединенной с каркасом упомянутого устройства для извлечения, и имеющий в целом форму перевернутой буквы U, причем боковые ветви U расположены с обеих сторон клина и имеют расположенные на одной линии отверстия для прохождения через них блокирующей оси, расположенной сбоку и смещающейся в общей плоскости симметрии силовых цилиндров из пар силовых цилиндров.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в верхней части клина, выполненной с возможностью установки выше воздушного зазора между токоподводами, выполнено горизонтальное отверстие, проходящее на всю толщину клина, при этом для захвата клина блокирующая ось выполнена с возможностью ее введения внутрь отверстия клина и отверстий в боковых ветвях устройства зацепления силовым цилиндром, жестко соединенным с блоком зацепления.

6. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что оно содержит привод для подъема узла, содержащего клин, средство захвата упомянутого клина и упомянутый силовой цилиндр, для вывода упомянутого узла из упомянутого зазора, имеющегося между токоподводами, после того как клин больше не удерживается ими.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что привод является пневматическим силовым цилиндром.

8. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оно содержит также привод для подъема узла, содержащего клин, средство захвата упомянутого клина и упомянутый силовой цилиндр, для вывода упомянутого узла из упомянутого зазора, имеющегося между токоподводами, когда клин больше не удерживается ими, при этом блок зацепления клина закреплен на нижнем конце оси, являющейся продолжением штока привода.

9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что силовые цилиндры и привод действуют одновременно при извлечении клина.

10. Устройство по п.6, отличающееся тем, что оно содержит каркас, к которому крепится упомянутый привод, причем упомянутый каркас содержит средства зацепления для обеспечения возможности его перемещения подъемно-транспортным средством.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что упомянутый каркас снабжен средствами центровки для направления упомянутого устройства для извлечения в ходе его опускания по вертикали в заданное положение относительно токоподводов, причем опорные поверхности расположены на одном уровне с верхними горизонтальными поверхностями токоподводов.

12. Устройство по п.10, отличающееся тем, что упомянутый каркас содержит обтекатель, ограничивающий пространство, в котором должен перемещаться узел, содержащий клин и средство захвата клина, после извлечения клина, и обеспечивающий защиту работающих операторов.

13. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что оно содержит направляющее средство для направления средства захвата клина по существу в вертикальном направлении в ходе подъема извлекаемого узла, содержащего клин, средство захвата клина и силовой цилиндр.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что направляющее средство содержит совокупность роликов, установленных на блоке зацепления и размещенных с возможностью перемещения по вертикальной стенке каркаса при перемещении блока зацепления относительно каркаса.

15. Устройство по п.10, отличающееся тем, что оно содержит установленную на каркасе коробку охлаждения, расположенную выше клина, которая снабжена вверху устройством охлаждения, действующим по принципу Вентури.

16. Способ извлечения закорачивающего клина перед повторным включением временно отключенного электролизера в ряду электролизеров для получения алюминия, включающий удаление закорачивающего клина, введенного между двумя токоподводами для отключения упомянутого электролизера с использованием устройства для извлечения по любому из пп.1-15, причем первый токоподвод соединен с катодным узлом упомянутого электролизера, а второй токоподвод соединен с катодным узлом предыдущего соседнего электролизера.