[发明专利]预热连接器

说明书

本发明涉及：一种预热连接器——其用于在电解池的预热阶段期间将一个阳极杆电连接到该电解池的一个阳极框；一种装备有此预热连接器的电解池；以及，一种用于将阳极杆电连接到所述电解池的阳极框以预热所述电解池的方法。

按照惯例，铝的工业生产是通过在电解池中使用霍尔赫鲁特(Hall-Héroult)方法将溶解在熔融冰晶石电解液中的铝土电解实现的。电解池通常包括具有耐火衬里的金属盒。由碳质材料制成的阴极被放置在盒的底部。

在生产铝的连续操作模式中，在此期间生产铝，阴极被覆盖以一层液体铝和一个电解浴，而由碳质材料制成的阳极被部分地浸没在电解液中。每个阳极被固定到阳极杆的一端。将阳极杆由也被称为“连接器”的电连接和机械连接系统连接到阳极框。在下文中，用于在电解池的连续操作模式期间将阳极杆电连接和机械连接到阳极框的这些连接器，将被指定为永久连接器。

阳极框与一个上层结构成整体，该上层结构由混凝土桩支撑，所述混凝土腿搁置在所述盒上并且充当在所述盒和所述上层结构间的电绝缘体。随着电解反应进行，阳极在电解液中被消耗，为调整阳极的位置，按照惯例，阳极框是相对于上层结构可移动的。

按照惯例，在电解池的连续操作模式前是将电解池预热的阶段，该阶段被设计为将电解池从起初的冷状态带到大约960℃的操作温度。由于温度的逐渐增长，此预热阶段使得可以避免对阴极的冷热冲击(chocs thermiques)，对阴极的冷热冲击会缩短电解池的寿命。

已知，特别地是从专利US7485215得知，这个预热阶段可以通过在阴极上放置一层碳质材料来实现，该碳质材料用于在电流通过电解池时借助于电阻(焦耳效应)加热电解池。因此，不同于在连续操作模式时，电解池在预热时不含有液态电解浴，且阳极不是从上层结构悬挂下来而是搁置在碳质材料层上。

为了在电池预热阶段期间赋予电解电流适当的路径，规定在阳极框和每个阳极杆间确保高质量的电接触。在阳极框和阳极杆间的不良接触可能导致增加的压降，产生对于操作员有危险且可能会损坏接触表面的电弧，或者该不良接触可能导致电解电流偏转进入放置在附近的不适合的元件，该元件因此可能会熔化。

此外，由于逐渐升高的温度而导致的阴极、盒、上层结构、阳极和阳极杆的膨胀必须被纳入考虑，以使得此膨胀不会产生对电解池的有害的机械应力。若未能充分考虑此膨胀以及因此对电解池的部件引起的相对运动，可能导致将机械应力传递到支撑混凝土下层结构的支脚并且造成支脚断裂。

在预热阶段使用用于将阳极杆电连接到阳极框的系统是已知的；这些系统在下文中被称为预热连接器，以保证在阳极杆和阳极框之间的高质量电接触，并且允许阳极杆的相对于阳极框的运动以容纳阳极杆和阳极框的膨胀。

然而，现有的预热连接器一旦预热结束就必须被移除，以允许与此电解池的连续操作模式相适合的永久连接器被装配。除了在移除预热连接器以及继续地装配永久连接器时浪费的时间外，这还会导致对在阳极杆和阳极框间的接触的质量的损害。一旦预热连接器已被移除，且只要永久连接器尚未被定位和紧固，在阳极杆和阳极框间的电连接的质量就得不到很好的保证。

此外，大多数现有的预热连接器被证明难于操纵，这是由于它们的尺寸、重量以及环绕着电解池的强磁场。所以，将它们装配和取走(对于电解池中的阳极杆，至少一个预热连接器)以实现所述预热阶段是相对耗时、危险且涉及许多操作员的，此外操作员还必须辅以特殊的、昂贵的装备来操纵这些预热连接器。

在预热连接器的装配或取出操作期间在场的操作员的数量、这些操作的持续时间、所需的装备当不使用时放置在地板上，以及执行这些操作时的困难环境，都使得操作员的任务变得复杂和繁琐。

最后，已知的预热连接器往往需要大量且昂贵的保养，以保持它们正常运作。

从专利文献GB2111082A也得知了一种连接器，其既充当永久连接器又充当预热连接器。除了这些连接器外，还有框升举连接器(connecteurs de relevage de cadre)，其允许在将阳极杆止动并且断开连接器之后将阳极框升举，其中阳极杆的止动是通过框升举连接器实现的。这些框升举连接器被用来将阳极抵靠着在短时间段内传导电解电流的所述上层结构的一个静止部分而止动，且这些框升举连接器不能被用作允许阳极运动的预热连接器。然而，GB2111082A的设备在经济上不可行，且使用和维护过于复杂。

本发明致力于通过提出一种易于操纵和维护的预热连接器来缓解这些缺陷中的一些或全部，将在阳极杆和阳极框之间的接触的质量恶化的风险降低，包括在电解池的预热阶段和电解池的连续操作模式的开始之间的过渡期间。