[实用新型]集流棒装置、系统及其使用方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年9月11日提交的US申请号61/699,645，名称为“可调集流棒及其使用方法”的优先权，在此其全部内容通过引用并入本申请。

技术领域

概括地说，本申请涉及在电解池中生产铝的系统和方法，而同时减少CVD和/或保持较低的CVD。更特别地，本申请涉及利用集流棒结合内部空腔中的可膨胀材料，在电解池运行期间该膨胀材料随温度升高(例如在预热期间和电解池运行期间)而膨胀以降低集流棒和阴极(例如阴极块)之间的电压降。

背景技术

在常规的铝生产期间，向电解池供给电流从而驱使铝的产生。由于设计中的低效率，特别是在电接触点处电解池的电流流出系统时，电解池中损失了电压。上述电压的损失通常被称为阴极电压降，或者“CVD”。在阴极组件形成过程中、电解池启动时和/或在极端条件下(例如高温)电解池连续运行期间，接触不良引起了CVD。每年每个工厂在电解池运行时因为CVD产生的电压损失的成本加起来达到数百万美元。

实用新型内容

概括地说，本申请涉及用于在电解池中生产有色金属(例如铝)而同时减少CVD的系统和方法。更特别地，本申请涉及利用与电解池相关的可调节的(可膨胀的)集流棒。在一些实施例中，通过膨胀集流棒的内部空腔，能够保持和/或改善不同电解池组件(例如阴极集流棒和阴极)之间的接触(例如电接触)。在一些实施例中，可膨胀的集流棒提高阴极组件子部件之间的接触，降低连结电阻(例如跨至少两个部件的连结电阻)，因此导致电解池中CVD降低。

一方面，本申请提供一种电解池，包括：阳极；至少一个阴极块；和配置为至少部分邻近阴极块设置并且与阴极块电联通的集流棒；其中集流棒包括：至少一个侧壁；侧壁包围的内部空腔；和通过该至少一个侧壁保留在内部空腔中的可膨胀材料，其中被配置为该可膨胀材料被配置为在集流棒的工作温度下向内部空腔的壁面施加压力，使得集流棒顺应阴极块。

一方面，本申请提供一种集流棒，包括：至少一个完全包围内部空腔的侧壁；和通过至少一个侧壁保留在内部空腔中的可膨胀材料，其中该可膨胀材料被配置为在至少约200℃的温度下向内部空腔的壁面施加压力，通过向内部空腔的壁面施加压力而使得至少一个侧壁变形。

在一些实施例中，可调节的集流棒提高了阴极块的槽与集流器子组件(例如集流棒，并且在一些实施例中，导电材料的外壳/盖/连结件)之间的接触。在一些实施例中，集流棒被配置为在阴极(例如槽)上施加力(或者压力)。

在一个实施例中，随着集流棒加压，它按压/顺应阴极(例如在横向上)，因为它在横向上膨胀而与槽的表面接触。在一个实施例中，随着集流棒横向膨胀，它使得本身与槽的表面相顺应。因此，在一些实施例中，集流棒增加了跨集流器子组件(例如本身和阴极块槽之间)的接触表面积(并且降低电阻)。在一个实施例中，随着阴极块和集流棒之间的共用的表面积增加，连结处的电阻降低。因此，在一些实施例中，可调节的(可加压的)集流棒降低了电解池中的CVD。

阴极组件的连结电阻可能归因于一个或多个机械结构和/或来源。阴极组件中连结电阻来源的一些非限制性的例子包括：蠕变、相变、间隔架空、空隙、不相顺应的表面及它们的组合。在不同的实施例中，空隙、相变和蠕变分别发生在电解罐(池)启动之前、期间和之后。在一些实施例中，集流棒和槽之间产生的不相顺应的表面具有在这些相的每一种中形成的成分。本申请通过利用可调节的阴极集流棒(例如可增压的)向阴极组件的部件施加压力，防止、降低和/或消除连结电阻(例如高电阻)，因此顺应阴极集流器子组件。在一些实施例中，当电解池是冷的、启动期间或是运行条件(例如高温和高压)下，集流棒向阴极槽施加压力，并且推动集流棒按照阴极块槽变形(例如蠕变)，使得电解池在工作条件(例如升高的温度)下运行期间改善接头的机械一致性和电连接性。

在一些实施例中，当(1)电解池闲置；(2)启动期间；(3)运行条件下和/或(4)它们的组合，在上述情况下，内部空腔膨胀并且在集流棒上施加压力，这膨胀/压缩到集流器子组件上的槽中(例如施加压力)。在这些实施例的一个或多个中，可调节的集流棒向阴极施加连续量的力。在一个或多个实施例中，集流棒向阴极施加可变量的力(例如基于反馈回路)。因此，在一个或多个实施例中，集流棒：防止阴极组件CVD的增加，降低跨阴极组件的CVD，和/或保持CVD的低电平。在一些实施例中，消除了连结头对CVD(例如阴极集流器子组件/阴极槽接头)的贡献。