CN101133189A - 用于通过电解生产铝的工厂中的紧凑型服务模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于通过干法电解生产铝的服务模块。根据本发明，服务模块(7)的转塔(9)装配有确定的工具组件，其中工具(101、102、103)安装在伸缩臂(111、112、113)上，伸缩臂通过铰接支座(121、122、123)固定到转塔(9)上，铰接支座实现了伸缩臂相对于确定的铰接点的摆动运动，同时防止伸缩臂绕它的主轴线的转动运动。伸缩臂通过机械连接装置(200)相互连接，连接装置能够将伸缩臂摆动之间的角度偏差保持在确定的公差范围内。本发明使得在使用过程中工具相互之间可设置得更接近，而没有相互碰撞的风险。
Description
技术领域
[01]本发明涉及一种利用Hall-Héroult工艺通过干法电解生产铝的方法。特别涉及铝生产工厂使用的服务模块。
背景技术
[02]工业上利用公知的Hall-Héroult工艺在电解池中通过干法电解生产铝。工厂在其称为电解室或者电解房间的建筑内设有很多线性布置的电解池，并且它们通过连接连接器顺次电连接。电解池通常设置为形成两个或者几个通过端部连接器相互电连接的平行列。
[03]铝还原工厂的操作要求对电解池的操作，特别包括：用新阳极替换用过的阳极、轻敲电解池中的液态金属、轻敲电解质或者添加电解质。为了完成这项工作，现代化的工厂装配有一个或者几个服务装置，其包括：可在电解池上方并沿着电解池列移动的活动吊车和一个或者几个服务机器，每一个服务机器都包括滑车和设有搬运和维修机构(经常称为“工具”)--例如铲和吊车--的服务模块，其可以在活动吊车上移动。这些服务装置通常称为PTA(服务装置)或者PTM(服务机器)。
[04]电解池设置为相互之间尽可能的靠近，并且靠近电解室的其中一侧，尽可能窄的循环通道设置为靠近电解室的另一侧，以便优化电解室内的空间并且减少投资花费。这种布置方式需要电解室的墙壁之间的距离和每个容器管理工具工作区域的范围尽可能的小，特别是进入电解池时。这称为“工具逼近”。电解室中的电解池的位置以及由它所产生的电解室的整个表面面积特别依赖于服务机器所占据的空间以及它们的工具靠近的可能性和运动。然而，已知的服务模块占据了很大的空间，使得它可能靠近电解室的侧部，特别是横向侧，这就大大减小了它们靠近这些侧部的运动。通过移动工具使它们彼此更接近，就可以减小模块的体积。然而，这个方案大大增大了在维修操作过程中损坏工具的风险。
[05]因此，申请人寻找能够避免这些缺点的服务装置。
发明内容
[06]本发明的目的是一种服务模块，其可用在工厂中用于通过干法电解生产铝，并包括可固定到滑车上的框架和安装在该框架上的转塔，以便于在使用过程中可绕垂直轴线A转动，并装配有多个搬运和维修机构，其特征在于：它包括确定的工具组件，其中所述工具组件中的每个工具都安装在伸缩臂上，伸缩臂通过铰接支座固定到转塔上，铰接支座实现了伸缩臂相对于确定的铰接点的摆动运动，同时防止伸缩臂绕与该伸缩臂联合的称为“主轴线”的参考轴线的转动，其中所述确定工具组件中的伸缩臂通过机械连接装置相互连接，能够将伸缩臂摆动之间的相对角度偏差保持在确定的公差范围内。
[07]申请人具有这样的想法：允许一些工具的支承装置的无转动的摆动运动，给予这些工具位置自由度，其不改变它们的基本朝向，并使这些摆动同步，同时限制它们运动的独立性(由于所述确定的公差范围)，其防止它们相互碰撞，但是相互之间并不刚性连接。特别地，所述弹性防止施加到其中一个工具上的振动直接传递到工具组件中另外的工具上。
[08]由此，本发明的服务模块可以是紧凑并具有弹性的，使得可以实现靠近，而且保护工具不受大的意外力的影响。本发明避免了转塔上的刚性连接的缺点，该刚性连接增大了错误操作所带来的损坏的风险。
[09]工具的确定装置通常包括至少一个选自痂壳铲、阳极装卸卡爪和打壳机的工具。
[10]本发明的另一目的是一种服务机器，其包括滑车和与上述相似的服务模块。
[11]本发明的又一目的是一种服务装置，其用于通过干法电解生产铝，并包括活动吊车和至少一个本发明的服务机器。
[12]本发明的还一目的是本发明的服务装置的使用，用于在通过干法电解生产铝的电解池上的操作。
[13]下文中参照附图对本发明做了详细说明。
附图说明
[14]图1显示了典型电解室的剖视图，其用于生产铝并包括示意性示出的服务装置。
[15]图2显示了装配有标准工具的服务模块的转塔的简化透视图。
[16]图3是本发明的连接装置的一个实施例的透视图。
[17]图4是下部视图，显示了本发明的连接装置的一个实施例。
[18]图5是下部透视图，显示了本发明的一个实施例的服务模块的转塔。
具体实施方式
[19]用于生产铝的铝还原工厂包括液态铝生产区，其包括一个或者多个电解室1。如图1所示，每个电解室1包括电解池2和至少一个“服务装置”或者“服务机器”3。电解室2通常以排或列方式设置，每排或每列通常包括多于100个电解池。电解池2设置为留置沿着电解室1的环形通道31。电解池2包括一连串阳极21，其上装配有用于将阳极固定并电连接到金属阳极框架(图中未示)上的金属杆22。
[20]服务装置3用于在电解池2上实施操作，例如更换阳极或者向进料斗添充破碎电解液(bain broyé)以及向电解池加充AlF3。它们还可用于处理各种负载，例如容器元件、液态金属罐或者阳极。本发明特别涉及可用于更换阳极的服务装置。
[21]服务装置3包括可在电解池2上方并沿着电解池移动的可活动式起重机4和服务机器5，服务机器包括可在活动吊车4上移动的活动式滑车6和装配有几个搬运和维修机构10--例如工具(铲、扳手、打壳机等)--的服务模块7。活动吊车4搁置在运行轨道30、30′上并沿其行进，运行轨道设置为相互平行并设置在电解室(电解池列)的主要轴线上。由此活动吊车4可沿着电解室1移动。
[22]服务模块7包括固定在滑车6上的通常为平台的框架8和安装在框架8上的转塔9，使得在使用过程中转塔可以绕垂直轴线A转动。转塔9通常装配有凸台或者控制舱19，其包含有用于控制模块7和所述搬运和维修机构10的控制器。工具通常全部位于转塔9的相同侧，也就是使用过程中的转塔下方一侧。
[23]在图2所示的实施例中，转塔9装配有痂壳铲101、阳极装卸卡爪102和打壳机103。这些工具适用于在电解池中更换阳极的操作。在这些操作中，打壳机103击碎通常覆盖在电解池的阳极上的氧化铝和凝固的电解液外壳；痂壳铲101用于在移走用过的阳极后，通过移走设置在其内部的固体材料(例如外壳和氧化铝块)来清理阳极部位；阳极装卸卡爪102用于通过它们的转柄来卡紧和控制阳极，特别用于从电解池中移走用过的阳极以及用于将新的阳极放置在电解池中。阳极装卸卡爪102可与阳极连接器装卸卡爪102a联合。
[24]转塔9还可以装配其它工具，例如可与第二阳极连接器装卸卡爪104a联合的第二阳极装卸卡爪104、包括壳回收管(图中未示)或者提升装置(图中未示)的氧化铝或沉淀电解液供给装置(图中未示)。
[25]本发明的服务模块的转塔9装配有确定的工具组件101、102、103，其中还可以添加一个或几个其它的工具。在图5所示的实施例中，所述确定的工具组件包括痂壳铲101、第一阳极装卸卡爪102和打壳机103。
[26]工具组件中的每个工具都安装在通过铰接支座121、122、123固定到转塔上的伸缩臂111、112、113上，其实现了伸缩臂绕确定的接合点P1、P2、P3的摆动，同时防止绕它的主轴线A1、A2、A 3转动。铰接支座121、122、123通常选自球形联轴节、万向节和预应力弹簧。在本发明的框架内，因为万向节简单，使用它们是有利的。铰接支座121、122、123可通过任意已知的装置(例如套筒1221、1231、1241或者端部件1212)固定到伸缩臂上。如图3所示，铰接支座121、122、123可相对于伸缩臂111、112、113的主轴线A1、A2、A3横向偏置。
[27]所述确定的工具组件的伸缩臂111、112、113通过机械连接装置200相互连接，可将伸缩臂的摆动运动之间的相对角度偏差保持在确定的公差范围内。所述确定的公差范围是±10°，换句话说，所述工具组件的任意两个伸缩臂的主轴线之间的角度偏差的绝对值保持小于10°。
[28]在本发明的框架内，词汇“伸缩臂”指的是包括至少第一元件和第二元件的任意装置，第一元件称为“主元件”111a、112a、113a，通常为中空轴或细长框架，第二元件称为“活动元件”111b、112b、113b，通常是沿着与第一元件的主轴线大体平行的确定轴线相对于第一元件自由移动的杆或者中空轴。第一元件111a、112a、113a固定到转塔。工具固定到第二元件111b、112b、113b，并通常固定到它的一端。在图3到图5所示的实施例中，伸缩臂包括第一基本为正方形的中空轴111a、112a、113a和可在第一中空轴内自由滑动的第二基本为正方形的中空轴111b、112b、113b；第一和第二中空轴的主轴线重合。伸缩臂可包括一个或几个设置在第一和第二元件之间的补充中间元件，其可相对于这些元件滑动。
[29]在使用过程中，伸缩臂111、112、113、114的主轴线A1、A2、A3、A4基本垂直，并通常与伸缩臂的第一元件平行。第一和第二元件的主轴线通常相互平行。
[30]在本发明的一个优选实施例中，在使用过程中，每个伸缩臂111、112、113通过第一元件111a、112a、113a固定到对应的铰接支座121、122、123上，通常固定在它的一端，机械连接装置200固定到所述组件的每个伸缩臂111、112、113的第一元件111a、112a、113a上并设置在所述铰接点P1、P2、P3下方。在图3到图5所示的实施例中，确定组件的每个伸缩臂的第一元件111a、112a、113a是中空轴，并且连接装置200固定到这些中空轴上。
[31]连接装置200通常包括直接或者间接连接到每个所述伸缩臂111、112、113的刚性体210。刚性体210通常由钢(优选为没有磁性的钢)制成。该装置还包括连接元件201、202、203，其刚性固定到刚性体210上并用于方便装置的组装以及到伸缩臂的安装。
[32]在本发明的一个有利变型中，连接装置200通过至少一个可伸展的连接部件301、302(例如弹性部件和/或致动器)直接或间接固定到转塔上。在变型的一个优选实施例中，连接装置200优选固定到框架310上，框架通过至少一个可伸展的连接部件301、302固定到转塔上。框架310优选固定到固定在转塔9上的支架300上。
[33]有利的是，连接装置200包括：
[34]-第一可伸展连接部件301，其沿着静止的第一约束轴线C1延伸并且直接或间接地在一方面连接到所述框架310上，在另一方面连接到第一伸缩臂111上。
[35]-第二可伸展连接部件302，其沿着垂直于静止的第一约束轴线C1的静止的第二约束轴线C2延伸，并且直接或间接地在一方面连接到所述框架310上，在另一方面连接到第二伸缩臂112上。
[36]所述第一和第二可伸展连接部件301、302通常通过连接元件201、202分别连接到所述第一和第二伸缩臂111、112。
[37]在该实施例中，连接装置200优选还包括刚性体210，并且所述连接元件201、202还连接到刚性体210。
[38]优选地，所述刚性体210还直接或间接地连接到第三伸缩臂113上。该连接通常通过连接元件203实现。该装置与三个分开的伸缩臂之间的连接生成了静态可固定的***，其中它可以保证刚性体210内的刚性连接点2012、2022、2032的平滑性。
[39]所述可伸展的连接部件301、302通常选自弹性部件(例如弹簧和预应力弹簧)、致动器(例如气动、液压或机械作动筒)以及它们的组合。仅实现了从预定激发力端开始的位移的预应力弹簧的使用可以有效地将所述角度偏差保持在公差范围内。气动或液压作动筒的使用提供了引起工具预定移动的装置，并可以自动控制这些运动。根据本发明，弹性部件可以单独使用，或者与致动器(通常平行于弹性部件放置)联合使用；同样，致动器可以单独使用，或者与弹性部件(通常平行于致动器放置)联合使用。
[40]可伸展的连接部件301、302实现了伸缩臂的有限运动，用于将伸缩臂的摆动之间的相对角度偏差保持在所述确定的公差范围内。
[41]图3到图5显示了本发明的优选实施例。在这个实施例中，该装置包括通过支架300固定到转塔9上的框架310和通过连接元件201、202、203连接到三个伸缩臂111、112、113的刚性体210，每个连接元件具有固定到伸缩臂111、112、113上的第一回转连接点2011、2021、2031和固定到刚性体210上的刚性连接点2012、2022、2032。刚性体210通过相互垂直的弹簧301、302连接到框架310，弹簧通过第一和第二连接元件201、202固定到刚性体上，每个连接元件都具有第二回转连接点2013、2023。弹簧可由致动器替换或者与致动器组合。如图4所示，装置可包括位于连接元件和伸缩臂之间的一个或几个补充连接杆201a，其通过回转连接点2011a、2011b连接，并用于方便伸缩臂上的装置的组装。
[42]转塔9可包括至少一个通过铰接支座124固定到转塔9的辅助伸缩臂114和位于该伸缩臂和另外三个伸缩臂111、112、113中的一个之间或者位于该伸缩臂和连接装置200之间的连接装置。所述连接装置可以是弹性的(例如弹簧)或者回转性的(例如连接杆)。优选地，铰接支座124实现了伸缩臂相对于确定的铰接点P4的摆动，同时防止伸缩臂绕它的主轴线A4的转动。
[43]连接装置200可限制伸缩臂的摆动的摆幅。由此在使用过程中，工具相互之间可设置得更接近，而没有相互碰撞的风险。
[44]有利的是可将连接装置200与固定到其中一个伸缩臂的倾斜检测***或放置在其中一个弹性***(换句话说，在所述弹簧或致动器上)上的位移检测器联合，以便可以获知伸缩臂的位移，并且如果需要可以关闭导致工具移动的发动机能源供给。
[45]本发明的服务模块7可包括固定到所述框架310上的通道。
Claims (20)
1.服务模块(7)，其可用于通过干法电解生产铝的工厂中，并包括适于固定到一滑车(6)上的框架(8)和一转塔(9)，所述转塔安装在所述框架(8)上，以便于在使用过程中可绕垂直轴线A转动，并且，所述转塔装配有多个搬运和维修机构(10)，
其特征在于：它包括一确定的工具组件(101、102、103)；所述工具组件中的每个工具(101、102、103)都安装在一伸缩臂(111、112、113)上，所述伸缩臂通过铰接支座(121、122、123)固定到所述转塔(9)上，所述铰接支座允许所述伸缩臂相对于一确定的铰接点(P1、P2、P3)的摆动运动，同时防止所述伸缩臂绕一称为“主轴线”的参考轴线(A1、A2、A3)的旋转运动；并且，所述确定工具组件(101、102、103)中的伸缩臂(111、112、113)通过一机械连接装置(200)相互连接，所述机械连接装置能够将所述伸缩臂摆动之间的相对角度偏差保持在一确定的公差范围内。
2.根据权利要求1的服务模块(7)，其特征在于：所述铰接支座(121、122、123)选自球形联轴节、万向节和预应力弹簧。
3.根据权利要求1或2的服务模块(7)，其特征在于：所述确定的公差范围是±10°。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的服务模块(7)，其特征在于：每个伸缩臂(111、112、113)通过一第一元件(111a、112a、113a)固定到对应的铰接支座(121、122、123)上，并且，所述机械连接装置(200)固定到每个伸缩臂(111、112、113)的所述第一元件(111a、112a、113a)上并在使用过程中位于所述铰接点(P1、P2、P3)的下方。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的服务模块(7)，其特征在于：所述连接装置(200)包括一直接或者间接地连接到每个所述伸缩臂(111、112、113)的刚性体(210)。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的服务模块(7)，其特征在于：所述连接装置(200)通过至少一个可伸展的连接部件(301、302)直接或间接地固定到所述转塔上。
7.根据权利要求6的服务模块(7)，其特征在于：所述连接装置(200)固定到框架(310)上，框架通过至少一个可伸展的连接部件(301、302)与所述转塔相连。
8.根据权利要求7的服务模块(7)，其特征在于：所述框架(310)固定到一与所述转塔(9)相连的支架(300)上。
9.根据权利要求6到8中任一项所述的服务模块(7)，其特征在于：所述连接装置(200)包括：
-第一可伸展连接部件(301)，其沿着处于静止的第一约束轴线C1取向，并且直接或间接地在一方面连接到所述框架(310)上、且在另一方面连接到一第一伸缩臂(111)上。
-第二可伸展连接部件(302)，其沿着一处于静止的第二约束轴线C2取向——该第二约束轴线C2垂直于所述处于静止的第一约束轴线C1，并且直接或间接地在一方面连接到所述框架(310)上，在另一方面连接到所述第二伸缩臂(112)上。
10.根据权利要求9的服务模块(7)，其特征在于：所述第一和第二可伸展连接部件(301、302)通过连接元件(201、202)分别连接到所述第一和第二伸缩臂(111、112)。
11.根据权利要求10的服务模块(7)，其特征在于：所述连接装置(200)还包括一刚性体(210)；并且所述连接元件(201、202)还连接到所述刚性体(210)上。
12.根据权利要求11的服务模块(7)，其特征在于：所述刚性体(210)还直接或间接地连接到一第三伸缩臂(113)上。
13.根据权利要求12的服务模块(7)，其特征在于：所述转塔(9)包括至少一个通过一铰接支座(124)固定到所述转塔(9)的辅助伸缩臂(114)和一连接部件，其位于所述伸缩臂和另外三个伸缩臂(111、112、113)中的一个之间、或者位于所述伸缩臂和所述连接装置(200)之间。
14.根据权利要求6到13中任一项所述的服务模块(7)，其特征在于：所述可伸展的连接部件(301、302)选自弹性部件、致动器以及它们的组合。
15.根据权利要求14的服务模块(7)，其特征在于：所述弹性部件选自弹簧和预应力弹簧。
16.根据权利要求14的服务模块(7)，其特征在于：所述致动器选自气动作动筒、液压作动筒、或者机械作动筒。
17.根据权利要求1到16中任一项所述的服务模块(7)，其特征在于：所述确定的工具组件(101、102、103)包括至少一种工具，所述工具选自痂壳铲(101)、阳极装卸卡爪(102、104)和打壳机(103)。
18.服务机器(5)，其包括滑车(6)和根据权利要求1到17中任一项所述的服务模块(7)。
19.用于通过干法电解生产铝的工厂的服务装置(3)，其包括活动吊车(4)和至少一个根据权利要求18所述的服务机器(5)。
20.根据权利要求19的服务装置(3)的使用，所述服务装置用于在通过干法电解生产铝的电解池(2)上操作进行维修。
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