用于向冶金反应器提供工作电流的方法技术

本发明专利技术公开了用于向冶金反应器提供电流的方法，包括：在反应器中设置侧壁开口，其中所述反应器构造成用于容放熔融材料，穿过所述侧壁开口进给电极，其中所述电极构造成用于向熔融材料提供工作电流，以及使电流夹与所述电极接触，其中所述电流夹构造成用于向所述电极提供工作电流，其中当所述电极被进给到熔融材料中时，所述电流夹与所述电极电接触。

【技术实现步骤摘要】
用于向冶金反应器提供工作电流的方法本申请是名称为“用于电冶炼反应器的侧壁和底部电极布置以及用于进给该电极的方法”、国际申请日为2008年9月16日、国际申请号为PCT/US2008/076550、国家申请号为200880131116.1的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及用于向冶金反应器提供工作电流的方法。
技术介绍
金属铝通常通过两种技术进行生产：传统的霍尔(Hall)方法，其中电流在两个电极之间穿过以将氧化铝还原成金属铝；以及碳热还原法，其中氧化铝通过与碳发生化学反应而化学还原成铝。进行如下式所示的铝的整个碳热还原反应：Al2O3+3C→2Al+3CO(1)或可通过一系列化学反应进行，比如：2Al2O3+9C→Al4C3+6CO(蒸气)(2)Al4C3+Al2O3→6Al+3CO(蒸气)(3)Al2O3+2C→Al2O(蒸气)+2CO(蒸气)(4)Al2O3+4Al→3Al2O(蒸气)(5)Al→Al(蒸气)(6)反应(2)通常称为产渣步骤，经常在1875℃到2000℃之间的温度下发生。反应(3)通常称为产铝步骤，经常在大约2050℃以上的温度下发生。铝蒸气种类虽然可通过反应(4)、(5)和(6)形成，但也可在反应(2)和(3)期间形成。
技术实现思路
本专利技术涉及改进的碳热反应器，该碳热反应器具有将电极进给至反应器中的改进方法、系统和装置。根据本专利技术，提供了一种用于向冶金反应器提供工作电流的方法，包括：在反应器中设置侧壁开口，其中所述反应器构造成用于容放熔融材料，穿过所述侧壁开口进给电极，其中所述电极构造成用于向熔融材料提供工作电流，以及使电流夹与所述电极接触，其中所述电流夹构造成用于向所述电极提供工作电流，其中当所述电极被进给到熔融材料中时，所述电流夹与所述电极电接触。可选地，电极的进给与电极尖端的距离以及邻近冻结层的电极的温度这两项中的至少一项相对应。可选地，所述冶金反应器包括：用于容纳熔融材料的反应器，其中所述反应器包括侧壁和底部，并且其中所述侧壁限定至少一个侧壁开口；穿过所述侧壁开口设置的电极，其中所述电极构造成用于接触所述熔融材料并且向所述熔融材料提供工作电流；第一隔离层，所述第一隔离层设置在所述侧壁开口的内表面与所述电极之间，构造成用于电隔离所述侧壁；电流夹，所述电流夹围绕所述电极设置，构造成用于接触所述电极并且将工作电流提供给所述电极；第一可调节环，所述第一可调节环围绕所述电极并且连接到所述侧壁，构造成用于将所述电流夹压在所述电极上；和第二可调节环，所述第二可调节环围绕所述电极并且连接到所述侧壁，构造成用于将所述电流夹压在所述侧壁上。可选地，当所述第一可调节环将所述电流夹压在所述电极上并且所述第二可调节环将所述电流夹压在所述侧壁上时，所述第一可调节环和第二可调节环构造成用于密封所述侧壁开口以防熔融材料泄漏。可选地，所述电流夹和所述第一可调节环为相对应的锥形以便密封所述侧壁开口以防熔融材料泄漏，并且所述第一可调节环为锥形以便当所述第二可调节环将所述电流夹压在所述侧壁上时，将所述电流夹压在所述电极上。可选地，所述冶金反应器还包括第二隔离层，所述第二隔离层设置在所述第二可调节环与所述电极之间，其中所述第二隔离层构造成用于电隔离所述侧壁。可选地，所述电流夹设置成与所述第二隔离层相邻并且所述第二隔离层设置于所述电流夹与所述第二可调节环之间以便将所述第二可调节环与所述电流夹隔离。可选地，所述冶金反应器还包括将所述第一可调节环连接到所述侧壁的螺栓，其中所述第一隔离环构造成绕着所述侧壁开口的外表面延伸并且其中所述螺栓通过所述第一隔离环连接至所述侧壁以便电隔离所述侧壁。可选地，所述冶金反应器还包括由熔融材料形成的、用于密封所述侧壁开口的冻结层，其中围绕所述侧壁开口的所述冻结层的量与所述电极的在熔融材料内且远离所述侧壁的尖端的距离以及邻近包围所述侧壁开口的所述冻结层的电极的温度这两项中的至少一项相对应，并且其中进入熔融材料的电极进给速率与所述尖端的距离以及邻近所述冻结层的电极的温度这两项中的至少一项相对应。可选地，所述冶金反应器还包括电隔离的电极进给缸，所述电极进给缸绕着所述电极设置并且连接至所述侧壁以便将电极穿过侧壁开口进给到熔融材料中。可选地，所述电流夹设置成与所述第一隔离层相邻并且位于所述侧壁的外侧上。可选地，所述电流夹的至少一部分设置于所述侧壁开口内并且所述电流夹设置于所述第一隔离层与所述电极之间。可选地，当所述电极被进给到熔融材料中时，所述电流夹与所述电极电接触。在一些电冶炼反应器工序中，有时最好、或甚至必须使用穿过反应器侧壁或穿过反应器底部、并插进容纳在反应器中的熔融材料内的电极，所述熔融材料比如为液态渣、金属、合金或熔盐。例如，美国专利号6,440,193描述的通过碳热还原氧化铝来生产铝的方法就属于这种情况。在该专利描述的工序中，通过穿过反应器侧壁插进渣层中的电极来将能量输送到反应器的高温室中。在美国专利6,440,193公开的方法中，高温室具有下方的熔渣层和上方的熔融铝层。因为上层的熔融铝会使电极发生短路，所以不可能在该高温室中使用从上方插入的竖直电极。因此，必须使用穿进渣层的侧壁电极或底部电极。通常，用于电冶炼反应器的电极是自耗碳电极，比如石墨或预焙碳电极。当使用自耗电极时，为了补偿电极消耗，必须时时将电极进给至反应器内部中。电极必须以密封的方式穿过反应器侧壁或底部，以防止液体材料从反应器渗出，且电极密封也必须允许在不让液体材料透过电极密封的情况下进给电极。一些液体材料(比如废渣)非常具有侵蚀性，其会侵蚀已知的耐火内衬。因此，在高温下操作的反应器经常具有固态渣的冷冻内衬，以用于保护反应器壁和底部。因此，通过碳热还原氧化铝来生产铝的反应器至少在计划被熔渣覆盖的区域上，优选由冷却金属板、特别是冷却铜板制成，其中，控制或调节板的冷却以在冷却板的内部提供和维持一个冻结渣防护层。已发现对于由冷却板制成的侧壁和底部和由耐火材料制成的常规侧壁和底部，都非常难以将电极穿过反应器侧壁和底部插入以产生和维持电极和冷却板之间的可靠密封并能够在渣没有通过电极开口泄漏的风险下进给电极。根据一个方面，本专利技术涉及用于侧壁的电极布置、和/或用于计划用来容纳液体材料的冶金反应器的电极，其中，至少一个自耗电极通过位于反应器侧壁或底部中的开口穿过反应器的侧壁或底部插入，该电极布置的特征在于其包括：用于将工作电流传导到电极的接触夹，所述电流夹围绕电极放置且具有用于循环冷却介质的内部沟道并具有向内呈锥形的部分；电隔离环，其插进反应器的侧壁或底部的开口和电极的表面之间，以产生电极的表面和反应器的侧壁或底部之间的密封；以及用于将电流夹压靠在隔离环上的装置。根据本专利技术的一个实施例，电流夹的前面部分延伸进位于电极的表面和隔离环之间的开口中。根据另一个优选实施例，用于将电流夹压靠在隔离环上的装置包括钢环，该钢环围绕电极放置并固定到反应器的侧壁或底部的外面，所述钢环具有向外呈锥形的开口，且其中电流夹具有被压进钢环的开口中的、相应地向内呈锥形的外表面。根据再一个优选实施例，反应器的侧壁和/或底部由冷却金属板组成，其中钢环固定到冷却金属板。本专利技术的电极布置可提供安全的密封，防止反应器中的液体材料透过电极密封。当反应器的侧壁和/或底本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于向冶金反应器提供工作电流的方法，包括：在反应器中设置侧壁开口，其中所述反应器构造成用于容放熔融材料，穿过所述侧壁开口进给电极，其中所述电极构造成用于向熔融材料提供工作电流，以及使电流夹与所述电极接触，其中所述电流夹构造成用于向所述电极提供工作电流，其中当所述电极被进给到熔融材料中时，所述电流夹与所述电极电接触。

【技术特征摘要】
1.一种用于向冶金反应器提供工作电流的方法，所述冶金反应器包括反应器，所述反应器包括侧壁和底部，该方法包括：在反应器侧壁中设置侧壁开口，其中所述反应器构造成用于容放熔融材料，穿过所述侧壁开口进给电极，其中所述电极构造成用于接触所述熔融材料并且用于向熔融材料提供工作电流，设置第一隔离层，所述第一隔离层设置在所述侧壁开口的内表面与所述电极之间，构造成用于电隔离所述侧壁，使电流夹围绕所述电极设置并与所述电极接触，其中所述电流夹构造成用于接触所述电极并且向所述电极提供工作电流，使第一可调节环围绕所述电极并且连接到所述侧壁，第一可调节环构造成用于将所述电流夹压在所述电极上，以及使第二可调节环围绕所述电极并且连接到所述侧壁，第二可调节环构造成用于将所述电流夹压在所述侧壁上，其中当所述电极被进给到熔融材料中时，所述电流夹与所述电极电接触。2.根据权利要求1所述的方法，其中当所述第一可调节环将所述电流夹压在所述电极上并且所述第二可调节环将所述电流夹压在所述侧壁上时，所述第一可调节环和第二可调节环构造成用于密封所述侧壁开口以防熔融材料泄漏。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述电流夹和所述第一可调节环为相对应的锥形以便密封所述侧壁开口以防熔融材料泄漏，并且所述第一可调节环为锥形以便当所述第二可调节环将所述电流夹压在所述侧壁上时，将所述电流夹压在所述电极上。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述冶金反应器还包括第二隔离层，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：OT·韦格，H·哈兰，J·布林克，J·E·赫斯塔，C·约尔根森，
申请(专利权)人：美铝公司，埃尔凯姆公司，
类型：发明
国别省市：美国;US