КОМПАКТНЫЙ ОБСЛУЖИВАЮЩИЙ МОДУЛЬ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЙ ДЛЯ ЗАВОДОВ ПО ПРОИЗВОДСТВУ АЛЮМИНИЯ ЭЛЕКТРОЛИЗОМ
COMPACT OPERATING MODULE, PROVIDED FOR PLANTS FOR MANUFACTURING OF ALUMINIUM BY METHOD OF ELECTROLYSIS

Область техники
Настоящее изобретение относится к производству алюминия электролизом в расплаве согласно способу Холла-Эру. В частности, оно касается обслуживающих модулей, используемых на заводах по производству алюминия.
Уровень техники
Алюминий получают в промышленном масштабе электролизом в расплаве в электролизерах в соответствии с хорошо известным способом Холла-Эру. Заводы содержат большое количество расположенных в линию электролизеров, находящихся в зданиях, называемых электролизными цехами, и последовательно электрически соединенных при помощи соединительных проводников. Как правило, электролизеры располагают таким образом, чтобы они образовали один или несколько параллельных рядов (электролизных серий), электрически соединенных между собой концевыми проводниками.
Работа электролизного завода требует осуществления операций обслуживания электролизеров, среди которых, в частности, можно назвать замену изношенных анодов новыми анодами, отбор жидкого металла из электролизеров и отбор или добавление электролита. Для проведения этих операций обслуживания самые современные заводы оборудуют одним или несколькими обслуживающими агрегатами, содержащими мостовой кран, который может поступательно перемещаться над электролизерами и вдоль рядов электролизеров, и одну или несколько обслуживающих машин, каждая из которых содержит тележку и обслуживающий модуль, оборудованный погрузочно-разгрузочными и обслуживающими органами (часто называемыми «инструментами»), такими как ковши и тали, и выполненный с возможностью перемещения на мостовом кране. Эти обслуживающие агрегаты часто называют «машинами для обслуживания электролиза» или «МОЭ» («РТА» или «Pot Tending Assembly» или «РТМ» или «Pot Tending Machine» на английском языке).
Для оптимизации пространства в электролизных цехах и снижения капиталовложений электролизеры располагают как можно ближе друг к другу и вблизи боковых сторон электролизных цехов, а рядом с другой стороной цехов оборудуют технологический проход, который должен быть максимально узким. При таком расположении расстояние между стенами электролизного цеха и границами рабочей зоны каждого из инструментов обслуживающих машин должно быть максимально сокращено, в частности, для доступа к электролизерам. Это расстояние называют «подходом инструментов». Положение электролизеров в электролизном цехе и соответствующая общая площадь цеха существенно зависят от объема, занимаемого обслуживающими машинами, и от возможностей подхода и движения их инструментов. Тем не менее известные обслуживающие модули занимают большой объем, не позволяющий сократить расстояние подхода инструментов по сторонам электролизного цеха, в частности по боковым сторонам, что значительно сокращает их движения вблизи этих сторон. Объем модулей можно уменьшить путем сближения инструментов. Однако это решение существенно повышает опасность повреждения инструментов во время операций обслуживания.
В связи с этим заявитель поставил перед собой задачу создания обслуживающих агрегатов, позволяющих избежать этих недостатков.
Описание изобретения
Объектом изобретения является обслуживающий модуль, используемый на заводе по производству алюминия электролизом в расплаве и содержащий раму, выполненную с возможностью крепления на тележке, и поворотное устройство, установленное на этой раме с возможностью поворота вокруг вертикальной оси А при использовании и оборудованную множеством погрузочно-разгрузочных и обслуживающих органов, отличающийся тем, что он содержит определенный набор инструментов, и тем, что каждый инструмент упомянутого набора установлен на телескопической стойке, закрепленной на поворотном устройстве при помощи шарнирного кронштейна, который позволяет телескопической стойке совершать маятниковые движения относительно определенной точки шарнирного соединения, но при этом не позволяет телескопической стойке совершать вращательные движения вокруг базовой оси, называемой «главной осью», связанной с этой телескопической стойкой, и тем, что телескопические стойки определенного набора инструментов соединены между собой при помощи устройства механического соединения, выполненного с возможностью удержания их в определенном допустимом диапазоне относительного углового отклонения между маятниковыми движениями телескопических стоек.
Идея заявителя состоит в том, чтобы обеспечить возможность маятниковых движений без вращения средств крепления некоторых инструментов, чтобы придать этим инструментам свободу позиционирования, которая не меняет их базового направления, и синхронизировать эти маятниковые движения, придавая им ограниченную независимость движения (благодаря упомянутому определенному допустимому диапазону), что позволяет избежать их взаимных столкновений, при этом не связывая их жестко между собой. Такая гибкость позволяет, в частности, избежать того, чтобы сбои в движении одного из инструментов непосредственно сказывались на других инструментах набора.
Таким образом, обслуживающий модуль согласно изобретению может быть одновременно компактным и гибким, что позволяет получать короткие подходы инструментов, защищенных от действия значительных случайных усилий. Действительно, изобретение позволяет избежать недостатков жесткого крепления на поворотном устройстве, которое повышает опасность повреждения при неправильном маневре.
Обычно определенный набор инструментов содержит по меньшей мере один инструмент, выбранный из ковшей для корки, анодных захватов или пробойников.
Объектом изобретения является также обслуживающая машина, содержащая тележку и описанный выше обслуживающий модуль.
Объектом изобретения является также обслуживающий агрегат завода по производству алюминия электролизом в расплаве, содержащий мостовой кран и по меньшей мере одну обслуживающую машину согласно изобретению.
Объектом изобретения является также применение обслуживающего агрегата согласно изобретению для осуществления операций обслуживания электролизеров, предназначенных для производства алюминия электролизом в расплаве.
Далее изобретение описано с помощью прилагаемых чертежей.
Фиг.1 показывает вид в разрезе типового электролизного цеха, предназначенного для производства алюминия и содержащего показанный схематичным образом обслуживающий агрегат.
Фиг.2 показывает упрощенный вид в перспективе поворотного устройства обслуживающего модуля, оборудованного стандартными инструментами.
Фиг.3 показывает вид в перспективе варианта реализации устройства соединения согласно изобретению.
Фиг.4 показывает вид снизу варианта реализации устройства соединения согласно изобретению.
Фиг.5 показывает вид снизу и в перспективе поворотного устройства обслуживающего модуля согласно варианту реализации изобретения.
Электролизные заводы, предназначенные для производства алюминия, содержат зону производства жидкого алюминия, в которую входят один или несколько электролизных цехов (1). Как показано на фиг.1, каждый электролизный цех (1) содержит электролизеры (2) и по меньшей мере один «обслуживающий агрегат» или «обслуживающую машину» (3). В частности, электролизеры (2) расположены линиями или рядами, при этом каждая линия или ряд обычно содержит более сотни электролизеров. Электролизеры (2) расположены таким образом, чтобы освободить технологический проход (31) по всей длине электролизного цеха (1). Электролизеры (2) содержат комплект анодов (21), оборудованных металлической штангой (22), предназначенной для крепления и для электрического соединения анодов с металлической анодной рамой (на чертеже не показана).
3
Обслуживающий агрегат (3) служит для осуществления операций на электролизерах (2), таких как замена анода или заполнение бункеров подачи измельченной ванны и AlFв электролизеры. Он может также служить для перемещения различных грузов, таких как элементы электролизной ванны, ковши с жидким металлом или аноды. В частности, изобретение касается обслуживающих агрегатов, используемых для осуществления замен анодов.
Обслуживающий агрегат (3) содержит мостовой кран (4), который может перемещаться над электролизерами (2) и вдоль них, и обслуживающую машину (5), содержащую подвижную тележку (6), выполненную с возможностью перемещения на мостовом кране (4), и обслуживающий модуль (7), оборудованный несколькими погрузочно-разгрузочными и обслуживающими органами (10), такими как инструменты (ковши, замки, пробойники и т.д.). Мостовой кран (4) установлен и движется по рольгангам (30, 30'), параллельным друг другу и главной оси цеха (и серии электролизеров). Таким образом, мостовой кран может перемещаться вдоль электролизного цеха (1).
Обслуживающий модуль (7) содержит раму (8), обычно - платформу, выполненную с возможностью крепления на тележке (6), и поворотное устройство (9), установленное на раме (8) с возможностью вращения вокруг вертикальной оси при использовании. Как правило, поворотное устройство (9) оборудовано балконом или кабиной (19) управления, содержащим(ей) средства управления, предназначенные для управления модулем (7) и упомянутыми погрузочно-разгрузочными и обслуживающими органами (10). Обычно инструменты находятся на одной стороне поворотного устройства (9), а именно на стороне, находящейся при использовании под поворотным устройством.
В примере, показанном на фиг.2, поворотное устройство (9) оборудовано ковшом (101) для корки, анодным захватом (102) и пробойником (103). Эти инструменты предназначены для осуществления операций по замене анодов электролизеров. В ходе этих операций пробойник (103) служит для пробивания корки глинозема и затвердевшей ванны, обычно покрывающей аноды электролизера, ковш (101) для корки служит для очистки места для анода после извлечения изношенного анода путем удаления находящихся там твердых веществ (таких как куски корки и глинозема), а анодный захват (102) служит для захвата анодов за их штангу и их перемещения, в частности, для извлечения изношенных анодов электролизера и установки в электролизер новых анодов. Анодный захват (102) может быть связан с захватом (102а) анодных соединителей.
Поворотное устройство (9) может быть также оборудовано другими инструментами, такими как второй анодный захват (104), необязательно связанный со вторым захватом (104а) анодных соединителей, устройство подачи глинозема или измельченной ванны (не показано), содержащее выдвижной желоб (не показан), или же таль (не показана).
Поворотное устройство (9) обслуживающего модуля согласно изобретению оборудовано определенным набором инструментов (101, 102, 103), к которому необязательно могут быть добавлены один или несколько других инструментов. В примере, показанном на фиг.5, определенный набор инструментов включает в себя ковш (101) для корки, первый анодный захват (102) и пробойник (103).
Каждый инструмент этого набора установлен на телескопической стойке (111, 112, 113), закрепленной на поворотном устройстве при помощи шарнирного кронштейна (121, 122, 123), который позволяет телескопической стойке совершать маятниковые движения относительно определенной точки (Р1, Р2, Р3) шарнирного соединения, но не позволяет телескопической стойке совершать вращательные движения вокруг ее главной оси (А1, А2, А3). Шарнирные кронштейны (121, 122, 123) обычно выбирают из шаровых шарниров, карданных шарниров или предварительно напряженных пружин. В рамках изобретения предпочтительно использовать карданные шарниры, так как эти шарниры являются наиболее простыми. Шарнирные кронштейны (121, 122, 123) могут быть закреплены на телескопических стойках при помощи любого известного средства, такого как муфты (1221, 1231, 1241) или насадки (1212). Как показано на фиг.3, шарнирные кронштейны (121, 122, 123) могут быть смещены в боковом направлении относительно главной оси (А1, А2, А3) телескопических стоек (111, 112, 113).
Телескопические стойки (111, 112, 113) определенного набора инструментов соединены друг с другом при помощи устройства (200) механического соединения, выполненного с возможностью удержания их в определенном допустимом диапазоне углового отклонения между маятниковыми движениями телескопических стоек. Упомянутый определенный допустимый диапазон составляет ±10°, то есть угловое отклонение между главными осями любых двух телескопических стоек упомянутого набора остается меньше 10° по абсолютной величине.
В рамках изобретения под термином «телескопическая стойка» следует понимать любое устройство, содержащее, по меньшей мере, первое звено, называемое «главным звеном» (111а, 112а, 113а), обычно выполненное в виде трубы или удлиненной балки, и второе звено, называемое «подвижным звеном» (111b, 112b, 113b), обычно выполненное в виде стержня или трубы с возможностью перемещения относительно первого звена вдоль определенной оси, которая обычно является параллельной главной оси первого звена. Первое звено (111а, 112а, 113а) предназначено крепиться на поворотном устройстве. Инструмент прикреплен ко второму звену (111b, 112b, 113b), как правило, на его конце. В примерах реализации, показанных на фиг.3-5, телескопические стойки содержат первую трубу (111а, 112а, 113а) по существу квадратного сечения и вторую трубу (111b, 112b, 113b) по существу квадратного сечения, выполненную с возможностью скольжения внутри первой трубы; главные оси первой и второй труб совпадают. Телескопическая стойка может содержать одно или несколько дополнительных промежуточных звеньев, расположенных между первым и вторым звеньями и выполненных с возможностью скольжения относительно последних.
Главная ось (А1, А2, А3, А4) телескопических стоек (111, 112, 113, 114) должна быть по существу вертикальной при использовании и обычно является параллельной оси первого звена телескопических стоек. Главные оси первого и второго звеньев, как правило, параллельны между собой.
В предпочтительном варианте реализации изобретения каждая телескопическая стойка (111, 112, 113) закреплена на соответствующем шарнирном кронштейне (121, 122, 123) первым звеном (111а, 112а, 113а), как правило, его концом, и устройство (200) механического соединения закреплено на первом звене (111а, 112а, 113а) каждой из телескопических стоек (111, 112, 113) упомянутого набора и при использовании находится под упомянутыми точками (Р1, Р2, Р3) шарнирного соединения. В примерах реализации, показанных на фиг.3-5, первое звено (111а, 112а, 113а) каждой телескопической стойки определенного набора инструментов выполнено в виде трубы, и устройство (200) механического соединения прикреплено к этим трубам.
Устройство (200) соединения обычно содержит жесткий корпус (210), соединенный непосредственно или опосредованно с каждой из телескопических стоек (111, 112, 113). Жесткий корпус обычно выполняют из стали (предпочтительно из немагнитной стали). Это устройство может дополнительно содержать соединительные элементы (201, 202, 203), жестко закрепленные на жестком корпусе (210) и предназначенные для облегчения сборки устройства и его установки на телескопических стойках.
В предпочтительном варианте реализации изобретения устройство (200) соединения закреплено на поворотном устройстве, непосредственно или опосредованно, при помощи по меньшей мере одного раздвижного соединительного средства (301, 302), такого как упругое средство и/или привод. В предпочтительном подварианте этого варианта реализации устройство (200) соединения предпочтительно закреплено на основании (310), жестко связанном с поворотным устройством при помощи по меньшей мере одного раздвижного соединительного средства (301, 302). Это основание (310) предпочтительно закреплено на опоре (300), жестко связанной с поворотным устройством (9).
Предпочтительным образом, устройство (200) соединения содержит:
- первое раздвижное соединительное средство (301), которое в состоянии покоя направлено вдоль первой оси С1 нагружения и соединено, непосредственно или опосредованно, с одной стороны с упомянутым основанием (310), а с другой стороны - с первой телескопической стойкой (111);
- второе раздвижное соединительное средство (302), которое в состоянии покоя направлено вдоль второй оси С2 нагружения, перпендикулярной первой оси С1 нагружения в состоянии покоя, и соединено, непосредственно или опосредованно, с одной стороны с упомянутым основанием (310), а с другой стороны - со второй телескопической стойкой (112).
Упомянутые первое и второе раздвижные соединительные средства (301, 302) обычно соединены соответственно с упомянутыми первой и второй телескопическими стойками (111, 112) при помощи соединительных элементов (201, 202).
В этом варианте реализации устройство (200) соединения предпочтительно дополнительно содержит жесткий корпус (210), и упомянутые соединительные элементы (201, 202) тоже соединены с этим жестким корпусом (210).
Предпочтительно, упомянутый жесткий корпус (210) также соединен, непосредственно или опосредованно, с третьей телескопической стойкой (113). Это соединение обычно выполняют при помощи соединительного элемента (203). Соединение этого устройства с тремя отдельными телескопическими стойками дает изостатическую систему, в которой можно гарантировать плоскостность точек (2012, 2022, 2032) жесткого соединения жесткого корпуса (210).
Упомянутые раздвижные соединительные средства (301, 302) обычно выбраны из упругих средств (таких как пружины и предварительно напряженные пружины), приводов (таких как пневматические, гидравлические или механические приводы) или их комбинаций. Использование предварительно напряженных пружин, которые дают возможность осуществлять перемещения только начиная с заранее заданного порогового усилия, позволяет эффективно поддерживать упомянутое угловое отклонение в упомянутом допустимом диапазоне. Использование пневматических или гидравлических приводов (пневмо- или гидроцилиндров) позволяет сообщать инструментам произвольные движения и необязательно автоматически управлять этими движениями. Согласно изобретению упругое средство можно использовать самостоятельно или в комбинации с приводом (как правило, установленным параллельно упругому средству); точно так же привод может использоваться самостоятельно или в комбинации с упругим средством (обычно установленным параллельно приводу).
Раздвижные соединительные средства (301, 302) обеспечивают возможность ограниченного выноса телескопических стоек, который должен сохранять в упомянутом определенном допустимом диапазоне относительное угловое отклонение между маятниковыми движениями телескопических стоек.
На фиг.3-5 показан предпочтительный вариант реализации изобретения. В этом варианте реализации устройство содержит основание (310), жестко связанное с поворотным устройством (9) при помощи опоры (300), и жесткий корпус (210), соединенный с тремя телескопическими стойками (111, 112, 113) посредством соединительных элементов (201, 202, 203), каждый из которых имеет первую точку (2011, 2021, 2031) шарнирного соединения, закрепленную на телескопических стойках (111, 112, 113), и точку (2012, 2022, 2032) жесткого соединения, закрепленную на жестком корпусе (210). Жесткий корпус (210) соединен с основанием (310) при помощи пружин (301, 302), перпендикулярных друг к другу, которые закреплены на жестком корпусе посредством первого и второго соединительных элементов (201, 202), каждый из которых имеет вторую точку (2013, 2023) шарнирного соединения. Пружины могут быть заменены приводами или скомбинированы с приводами. Как показано на фиг.4, это устройство может содержать одну или несколько вспомогательных соединительных серег (201а) между соединительными элементами и телескопическими стойками, соединенных с помощью точек (2011а, 2011b) шарнирного соединения и предназначенных для облегчения установки устройства на телескопические стойки.
Поворотное устройство (9) может содержать по меньшей мере одну вспомогательную телескопическую стойку (114), закрепленную на поворотном устройстве (9) при помощи шарнирного кронштейна (124) и соединительного средства между этой телескопической стойкой и одной из трех других телескопических стоек (111, 112, 113) или между этой телескопической стойкой и устройством (200) соединения. Упомянутое соединительное средство может быть упругим (таким как пружина) или шарнирным (таким как серьга). Предпочтительно, шарнирный кронштейн (124) позволяет телескопической стойке совершать маятниковые движения относительно определенной точки (Р4) шарнирного соединения, не позволяя при этом телескопической стойке совершать вращательные движения вокруг ее главной оси (А4).
Устройство (200) соединения позволяет ограничить амплитуду маятниковых выбросов телескопических стоек. Таким образом возможно приблизить инструменты друг к другу, не опасаясь их столкновений во время использования.
Предпочтительным образом можно связать устройство (200) соединения с системой обнаружения наклона, закрепленной на одной из телескопических стоек, или с датчиком перемещения, установленным на одной из упругих систем (то есть на упомянутых пружинах или приводах), что позволяет отслеживать перемещения телескопических стоек и отключать, в случае необходимости, питание двигателя, который обеспечивает перемещение инструментов.
Обслуживающий модуль (7) согласно изобретению может необязательно содержать трап, закрепленный на упомянутом основании (310).