通过分离等离子体切割进行电解质结壳破裂的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及铝生产领域，更具体地说，涉及在任何类型的电解槽中使电解质结壳破裂的方法。根据在铝生产用电解槽中通过分割使电解质结壳破裂的本发明专利技术方法，通过用热等离子体射流热能的高速高温的集中流将结壳物质热熔来切割和破裂结壳，为此产生定向热等离子体射流并使其沿预定路径在电解质结壳上移动，从热等离子体射流冲击的区域连续地除去形成的熔融材料，从而在电解质结壳中以热等离子体射流形成狭缝，其中，所述狭缝足以进行结壳连续分割和破裂。解决上述问题的技术效果在于：减少破裂的电解质结壳的量，避免在破裂过程中形成电解质结壳片，从而减少加热由用于形成电解质结壳的氧化铝和粉碎电解质的混合物组成的覆盖材料的能耗。

Method and device for breaking electrolyte crust by separating plasma cutting

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过分离等离子体切割进行电解质结壳破裂的方法和装置本专利技术涉及由熔盐生产铝，更具体地说，涉及使用热等离子体的定向射流使所有类型的电解槽中的电解质结壳破裂的方法。在通过电解冰晶石-氧化铝熔体由熔盐生产铝时，在“边缘-阳极”空间中的熔体表面上形成固体结壳，并且根据工艺要求，该结壳需要被定期破裂。电解质结壳破裂是铝生产用电解槽的技术处理循环的主要操作之一。有很多设计用于使电解质结壳破裂的装置，通过它们对电解质结壳的作用，可以分为冲击、振动和推动装置；通过它们能够进行作用的方式，它们可以分为气动、电气装置和具有内燃机的装置。基于电解槽类型选择装置结构；然而，在绝大多数情况下，机器都配备有冲击机构。已知一种用于在原铝的电解生产中使电解质结壳破裂的方法，其包括：通过在垂直方向上循环移动的至少一个破裂器来使结壳破裂，每个破裂器固定到具有工作室和活塞杆侧室的气缸的活塞杆上，其中当破裂器执行工作冲程时结壳被破裂，该工作冲程由从压力管线供应进入气缸工作室的压缩空气而驱动，压力管线同时通过排气管连接活塞杆侧室，然后破裂器通过从压力管线供应到活塞杆侧室的压缩空气返回到其初始位置，压力管线同时通过排气管连接工作室，其中来自压力管线的压缩空气以较低的流速供给至气缸的工作室和活塞杆侧室，该流速低于从这些腔室排出空气进入排气管线期间的流速，其中所述流速之间的比率是根据破裂器的足够动能和所需能量效率的条件来选择的(RU专利申请No2002110742，C25C3/06，2003年12月20日公布)。该方法的缺点包括其实施方面的挑战，电解槽上的不可移动的布置，以及因此结壳仅在其安装点处破裂的风险。已知一种用于使电解质结壳破裂的装置(专利技术人的证书USSRSU1135812,С25С3/14)，该装置包括通过以平行曲柄机构的形式实现的杠杆系统连接到支架上的破裂器致动器。该装置设置有以悬臂方式安装在支架上的曲柄破裂器，该支架具有用于提升其的液压缸，其中液压缸的两个腔室连接到弹簧液压减震器。曲柄机构连接到皮带传动装置的致动器。当破裂器处于其峰值时由机器产生的动态力由安装在曲柄轴上的飞轮的致动器功率和功率强度限定。即使在电解槽的端面处，这种力也足以使结壳破裂，其中在电解槽的端面处的结壳强度比纵向侧高2-3倍。该装置的缺点包括具有笨重的飞轮的装置的工作构件的整体尺寸和破裂器的大量密封壳体限制了其用于处理电解槽的阳极端面的用途。此外，已知一种用于使电解质结壳破裂的装置，该装置包括自推进式台车，该自推进式台车具有安装在侧面上的垂直框架和振动锤，该垂直框架设置有吊臂，该吊臂构造为进行提升、降低和向前延伸(RU专利号2128248，IPCС25С3/14，1999年3月27日公布)。该装置的缺点在于，振动锤打破该电解结壳需要太长时间。最接近所提出方法和装置的是用于在铝生产用电解槽中使电解质结壳破裂的方法和装置(RU专利号2265084，IPCC25C3/14，2005年7月10日公布)，其包括：通过破裂器对结壳施加冲击力，其中伴随冲击力，破裂器承受300-1000kg的推力。用于在铝生产用电解槽的端面处使电解质结壳破裂的装置包括自推进式台车，以及安装在侧面上的垂直框架和振动锤，该垂直框架设置有吊臂，该吊臂构造为进行提升、降低和向前延伸，所述振动锤是在与框架相对的一侧上连接在自推进式台车的500kg-1000kg的平衡锤。该方法的缺点在于，装置结构使得难以将其用于进行沿着电解槽的阳极纵向侧的电解质结壳破裂。该装置的另一个类似方式在专利技术人的USSPSU387032的证书中描述，IPCС25С3/14,1971)，其中装置以铰接机构的形式制成，该机构由两个平行四边形组成，设有独立的液压执行器，其中一个安装在支架上，第二个安装在气动破裂器的一端。该装置的工作构件制造得紧凑，由此它不仅可用于处理电解槽的纵向侧面而且还可用于处理电解槽的端面，其中装置的金属结构之间的距离将工作构件限制为650-700mm高，200-250mm宽。然而，如果该装置用于打破氧化铝结壳，则生产率显著降低，因为气动破裂器具有低冲击能量，这显著增加了时间和能量成本。所有上述装置共同的主要缺点在于，在结壳破裂过程中，许多固体覆盖材料(电解质)片进入电解槽。这进而又会对电解槽的工艺、技术和经济特性产生负面影响，即：-为了从电解质中除去结壳片，需要额外的时间；-为了加热和重新熔化原材料，需要额外的能源成本；-再循环原料的数量增加。本专利技术的目的是通过提供有效的使电解质结壳破裂的方法和用于进行有效和经济结壳破裂的电解质结壳的狭缝式切割的装置来改善铝生产用电解槽的技术和经济特性。本专利技术提供的技术效果是实现上述目的，减少破裂的电解质结壳的量，避免在破裂过程中形成电解质结壳片，从而降低加热包覆材料的功率消耗，包覆材料由用于形成电解质结壳的氧化铝和粉碎电解质的混合物构成。技术效果通过在铝生产用电解槽中使电解质结壳破裂的方法提供，其中电解质结壳暴露于热等离子体射流热能的高速高温的集中流，其沿预定路径的在电解质结壳上方移动，所述方法包括：从喷射冲击区域连续地除去形成的熔融材料，同时在电解质结壳中借助热等离子体射流形成狭缝。本专利技术与类似解决方案的不同之处在于，借助热等离子体射流进行热熔融和在电解质结壳中形成狭缝，从而通过对电解质结壳的分割而使铝电解槽中的电解质结壳破裂。等离子体切割方法有两大类：1)用于金属和其他导电材料的等离子弧切割，2)用于各种非导电材料的等离子体射流切割。用于切割的等离子体射流的主要应用领域包括切割非金属、厚度小(小于5mm)的片材、耐火材料、陶瓷等。在切割期间，切割金属的表面与等离子体炬尖的端面之间的距离必须恒定。弧指向下并且通常与切割窗口的表面成直角。电解质结壳是不导电的，只能用等离子体射流切割，但目前在铝工厂(包括其他国家的工厂)的现有电解槽上，还没有等离子射流进行电解质结壳破裂的技术应用的实例。以热等离子体射流对电解质结壳的分割包括局部加热电解质结壳材料，通过射流的动态作用使其熔融和部分蒸发，从而从熔体和蒸汽形式从切割区域中除去。用热等离子体射流分割和使电解质结壳破裂的过程包括两个阶段：1)在路径的原点处的结壳中熔化通孔，2)沿预定路径分割结壳。由于热等离子体射流热能的高速高温的集中流在材料上的局部作用，结壳中的孔可以非常快速地熔化。基于最佳切割模式和功耗选择等离子体和路径参数。由这种作用产生的产物包括通过流动态作用从结壳上方的孔区域移除的材料熔体和蒸汽。在形成通孔之后，立即通过以预定速度将热等离子体射流移位到结壳表面上来进行结壳的分割。热等离子体射流的湍流模式和高温(5000-6000℃)通过对流和辐射热交换提供从流到切割材料的高度强烈的热传递。结壳材料的快速加热导致其熔融和部分蒸发，以及由于高速高温热等离子体射流的动态作用而从喷射冲击区域到结壳下面空间连续移除形成的熔体膜和蒸汽。该方法的特征在于特定的优选实施方式，用于获得有效结壳切割和破裂的最佳模式。在电解质结壳中形成的狭缝的尺寸由电解槽的技术加工操作限定，其中狭缝宽度通常小于25mm。电解质结壳上方的热等离子体射流的速度为0.5-2.5m/min。从等离子体射流排放点(喷嘴)到电解质结壳表面的距离可以是1mm至15mm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在铝生产用电解槽中通过分割使电解质结壳破裂的方法，其特征在于，结壳切割和破裂包括用热等离子体射流热能的高速高温的集中流将结壳物质热熔，为此产生定向热等离子体射流并使其沿预定路径在所述电解质结壳上移动，从所述热等离子体射流冲击的区域连续地除去形成的熔融材料，从而在电解质结壳中以热等离子体射流形成狭缝，其中，所述狭缝足以进行所述结壳的连续分割和破裂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在铝生产用电解槽中通过分割使电解质结壳破裂的方法，其特征在于，结壳切割和破裂包括用热等离子体射流热能的高速高温的集中流将结壳物质热熔，为此产生定向热等离子体射流并使其沿预定路径在所述电解质结壳上移动，从所述热等离子体射流冲击的区域连续地除去形成的熔融材料，从而在电解质结壳中以热等离子体射流形成狭缝，其中，所述狭缝足以进行所述结壳的连续分割和破裂。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电解质结壳中形成的所述狭缝的尺寸由所述电解槽的技术处理操作限定，其中所述狭缝宽度小于25mm。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电解质结壳上的热等离子体射流的速度为0.5-2.5m/min。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，从等离子体射流排放点到所述电解质结壳表面的距离优选为15mm以下。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热等离子体射流在排放点的宽度优选为3-10mm。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热等离子体射流的排放速度优选为600-1500mm/sec。7.一种用于根据权利要求1所述的方法等离子体切割铝生产用电解槽中的电解质结壳的装置，其包括：固定在关节型机械手的吊臂上的等离子体炬的组件，其具有执行器，该执行...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·K·曼，Y·M·施特凡尤克，V·V·平金，A·M·佩特洛夫，S·M·穆哈诺夫，
申请(专利权)人：俄铝工程技术中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：俄罗斯,RU