專利名稱：：用于出料金屬的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及通過比金屬輕的電解質(zhì)層來放出金屬，且具體地，其中該金屬為鋁。
背景技術(shù)：
：鋁通常在電解槽中產(chǎn)生，該電解槽以在碳素陽極和碳素陰極之間高達(dá)300,000安培或更高的電流而工作。碳素陰極形成帶有-友素或耐火材料側(cè)壁的容器的底部，該側(cè)壁由絕緣材并牛包圍并容納在鋼殼內(nèi)。在容器內(nèi)，在石友素陰才及底部上具有下層或熔融鋁池，并且在鋁的頂部上置有密度較低的熔融電解質(zhì)(鈉鹽/鋁鹽/氟化物鹽)上層，因此這些層在上層和下層之間形成液-液界面。側(cè)壁一般由可向下延伸并覆蓋陰極表面的外圍的凝固態(tài)電解質(zhì)層覆蓋。電解質(zhì)的暴露的頂表面一般由包括電解質(zhì)和鋁的混合物的外殼覆蓋。碳素陽極浸入電解質(zhì)中，并JM皮定位成4吏其底面距離電解質(zhì)金屬界面幾厘米(典型i也小于5cm)?；鹑萑阡X層的厚度典型；也在12cm至20cm之間，且電解質(zhì)層的厚度典型地為大約20cm。在才喿作過程中，氧化鋁溶解在電解質(zhì)中，并由從陽極流向陰極的直流電電解，以在熔融金屬表面形成更多的鋁。電解質(zhì)的密度僅比熔融鋁的密度小一點(diǎn)，并且電解質(zhì)與熔融鋁之間的界面不太穩(wěn)定，而能夠輕易被破壞。通過將通常由鑄鐵制成的空心金屬管穿過電解質(zhì)層而插入金屬池中，在電解槽中產(chǎn)生的金屬被周期性地從金屬池出料或抽出。此管子或管道可才喿作地并氣動(dòng)地連接至收集或出泮+坩堝(tappingcrucible)。在坩堝的氣相中施加真空，并且此真空4吏得在槽中產(chǎn)生的金屬通過收集金屬的管子被拉入坩堝。此金屬管常被稱為"出料虹吸管"。浸入在電解質(zhì)和金屬中的操作端通常被稱為"虹吸管末端"。應(yīng)當(dāng)指出的是，盡管使用術(shù)語虹吸管，但是從電解槽抽出金屬的操作歸因于在坩堝的氣相中施加真空，而不能歸因于虹吸操作。當(dāng)金屬?gòu)某刂谐隽?放出，抽出，tapping)時(shí)，取出基于預(yù)定目標(biāo)的量。此目標(biāo)是基于在出料操作之間的估計(jì)金屬生產(chǎn)率。典型地，出料坩堝設(shè)計(jì)為具有足以允許出料幾個(gè)槽(例如三或四個(gè)槽)的容量，因此來自這些槽中的金屬在出料坩堝中混合。當(dāng)出料坩堝充滿時(shí)，可將其倒空注入保溫爐，該保溫爐可容納多個(gè)出沖牛坩堝的內(nèi)容物。在一些操作中，在將金屬轉(zhuǎn)移至保溫爐之前，可首先將其轉(zhuǎn)移至中間蚶堝。由于電解槽中的金屬池的深度相當(dāng)淺，因此如果熔融金屬未被小心地抽出，那么將會(huì)產(chǎn)生問題。如果沒有足夠地小心，那么來自電解質(zhì)/金屬界面的電解質(zhì)可能同金屬一起被抽出而進(jìn)入出料坩堝。此電解質(zhì)在坩堝中引起沉積并在從出料坩堝進(jìn)料的保溫爐中產(chǎn)生污染。在1997年由尺e/c/flrT/wg7ew纟扁！辱的"丄z'g/^M^a&,772eA^t'"era^,A/e"/sMa/eWa/5bc/e(y，，的115至219頁中，M！LWa/A:er的"P7w/a//za"o"ra;p/"gF/ow,中4苗述了-于電解質(zhì)/金屬界面上的p及收率凌文果的研究。Walker描述了在"水模型"中進(jìn)行的試驗(yàn)，其中電解槽中的電解質(zhì)和金屬由具有適當(dāng)密度的不相混和的液體模擬。在此具體研究中，兩個(gè)層是靜止的(不循環(huán)或流動(dòng))。通過將空心管插入液體與抽出液體之間的界面以下，Walker總結(jié)出，空心管中的流速增力口導(dǎo)致界面被向下抽動(dòng)，其最終將被抽入管子內(nèi)部。從這項(xiàng)研究中，Walker總結(jié)出，管子中的流速增加導(dǎo)致界面上方材料的"夾帶(entrainment)",因此在實(shí)際的電解槽中將導(dǎo)致電解質(zhì)被j由入用來引流電解槽的管子，從而污染被出料的金屬。由此與金屬一起被抽入管子的電解質(zhì)與鄰近陰極底部的接觸易于腐蝕陰極底部。Walker提出增大位于金屬內(nèi)的管子的孔的內(nèi)部橫截面，一般將正常的圓形橫截面孔擴(kuò)張為細(xì)長(zhǎng)的橢圓形。其目的在于，減小金屬進(jìn)入管子中的孔時(shí)的金屬流速，以減小將電解質(zhì)抽入管子的可能性。然而，這需要在出料管中的擴(kuò)大的開口，此開口在工業(yè)上更難以使用。此外，該解決方案以"靜止的"金屬和電解質(zhì)層為基礎(chǔ)，而這并不能代表實(shí)際的電解槽梯:作。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在抽出金屬的過程中還有其他問題，即，夾帶電解液(bath)的量，一個(gè)槽與另一個(gè)槽很不相同，甚至在從一個(gè)槽中隨后抽出時(shí)也是如此。這可能是由許多因素引起的，包括金屬深度的變化、凝固位置、以及淤渣的存在。在一些情況中，^氐移出率比高移出率具有更多的夾帶電解液。因此，簡(jiǎn)單地減小移出率不是解決問題的有效辦法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種設(shè)備，該設(shè)備用于從密度較小的電解質(zhì)層的下方出料金屬，以減少進(jìn)入金屬的電解質(zhì)夾帶。本發(fā)明的另一目的是，提供一種從較輕的電解質(zhì)下方出料金屬的新方法。本發(fā)明的方面可提供一種實(shí)現(xiàn)了可預(yù)測(cè)和可控制的電解質(zhì)夾帶水平和夾帶整體減少的"i殳備和方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于從比熔融金屬密度小的熔融電解質(zhì)下方出料熔融金屬的設(shè)備，熔融金屬和熔融電解質(zhì)在電解質(zhì)/金屬界面處形成邊界，該設(shè)備包括具有第一端和與第一端相對(duì)的第二端的管子，第二端適于浸入熔融金屬中，管子在第一端與第二端之間限定沿著其長(zhǎng)度延伸的內(nèi)孔，該內(nèi)孔用作熔融金屬通過的通道，管子具有緊鄰第二端的擴(kuò)大壁部，擴(kuò)大壁部至少沿一個(gè)方向從孔向外徑向地延伸，并遠(yuǎn)離第二端軸向地延伸預(yù)定距離，前壁部與擴(kuò)大壁部相對(duì)，前壁部具有第一壁厚，擴(kuò)大壁部具有大于第一壁厚的第二壁厚，第二壁厚被限定為從內(nèi)孔至后邊緣，并且其中第二厚度大于第一厚度的1.5倍，由此，在出料過程中，擴(kuò)大壁部橫過電解質(zhì)/金屬界面，并且限定了用以限制將電解質(zhì)帶入管子的障礙物。才艮據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于從比熔融金屬密度小的熔融電解質(zhì)下方出津牛熔融金屬使之進(jìn)入熔融金屬4妄收器的方法，金屬和電解質(zhì)在電解質(zhì)/金屬界面處形成邊界，該方法包括4是供一種包括與熔融金屬4妄收器液體連通(fluidcommunication)的管子的設(shè)備，該管子具有緊鄰一端的擴(kuò)大壁部，擴(kuò)大壁部至少沿一個(gè)方向乂人管子向外徑向地延伸，并遠(yuǎn)離這一端軸向地延伸預(yù)定距離；將管子的這一端浸入容納在電解槽中的熔融金屬中；定位擴(kuò)大壁部，以使擴(kuò)大壁部橫過電解質(zhì)/金屬界面，朝著電解槽的壁延伸；并通過在熔融金屬接收器中產(chǎn)生足以將熔融金屬抽過管子的真空壓力，以出料熔融金屬，其中在出料過程中，擴(kuò)大壁部干擾熔融電解質(zhì)進(jìn)入熔通過下列詳細(xì)說明，結(jié)合附圖，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，在附圖中圖1是表示出料坩堝的示意性側(cè)視圖，包括才艮據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的局部剖視i殳備，該局部剖^f見部分是浸入在電解質(zhì)和熔融金屬中的設(shè)備的吸入端；圖2是根據(jù)圖1的設(shè)備的吸入端的放大剖面?zhèn)纫晥D，該吸入端浸入到在沖黃截面中示意性示出的電解槽內(nèi)的電解質(zhì)和熔融金屬中；圖3是才艮據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的i殳備的吸入端的》文大剖面?zhèn)纫晥D，該吸入端處于在橫截面中示意性示出的電解槽內(nèi)；圖4(a)示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的管子的操作端沿著線4—4的橫截面區(qū)域，該管子包括具有厚度為x的管狀壁并且具有擴(kuò)大壁部，該擴(kuò)大壁部的幅寬(breadth)等于外壁直徑而寬度(width)大于2x;圖4(b)示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的管子的操作端沿著線4-4的橫截面區(qū)域，該管子包括偏心孔和寬的擴(kuò)大壁部；圖4(c)示出了根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方式的管子的操作端沿著線4-4的4黃截面區(qū)i或，該管子包括圓形伸出壁和橢圓形擴(kuò)大壁部，包括居中于橢圓形橫截面的長(zhǎng)軸和短軸的交點(diǎn)的孔；圖4(d)(i)示出了根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方式的管子的操作端沿著線4-4的沖黃截面區(qū)i或，該管子包4舌伸出前壁、橢圓形3L和后擴(kuò)大壁，后擴(kuò)大壁具有與橢圓短軸處的管的外部尺寸基本相同的幅寬；圖4(d)(ii)示出了根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方式的管子的操作端沿著線4-4的沖黃截面區(qū)域，該管子包才舌伸出前壁、橢圓形孔和后擴(kuò)大壁部，后擴(kuò)大壁部從管壁向外延伸，從而擴(kuò)大壁部的幅寬大于橢圓短軸處的管子外徑，且橫截面基本上是三角形；圖5(a)是使用現(xiàn)有技術(shù)的出料管(沒有擴(kuò)大壁部)在各種金屬出泮牛流速(tappingflowrate)下所夾帶的電解質(zhì)殘?jiān)牧?kg/t)的圖表；圖5(b)是使用根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的出料管在各種金屬出料流速下所夾帶的電解質(zhì)殘?jiān)牧?kg/t)的圖表；圖6是比較了用傳統(tǒng)的出料管和用根據(jù)本發(fā)明的圖3的出料管在不同出料流速(kg/s)下所夾帶的電解質(zhì)的平均量(kg/t)的圖表。具體實(shí)施例方式產(chǎn)生鋁的電解槽是公知的，其具有由電磁力驅(qū)動(dòng)的金屬循環(huán)。每個(gè)電解槽具有受許多因素影響的略微不同的循環(huán)方式(pattern,才莫式)。然而，通常地，金屬在循環(huán)金屬流朝著壁部移動(dòng)的位置處萍皮出料，該壁部靠近出料坩堝能夠通向電解槽的位置，從而循環(huán)金屬流朝著坩堝本身運(yùn)動(dòng)。圖1示出了熔融金屬接收器的示意性側(cè)視圖，其中在示例性實(shí)施方式中，該熔融金屬接收器是出料坩堝50。坩堝包括金屬收集容器52和容器頂部56,坩堝^皮設(shè)計(jì)為承受真空，通常是從頂部56中的孑L4由真空的。由箭頭54表示施加的吸力方向。坩堝50可才喿作地并液壓地連接至金屬出料虹吸設(shè)備100。虹吸設(shè)備100被浸沒在靠近電解槽的側(cè)壁10的位置處(如圖2所示)。本發(fā)明的虹吸設(shè)備100為細(xì)長(zhǎng)的管子110，其需要連接至坩堝50的合適的連接裝置。管子110具有第一端或真空端120,其靠近并可操作地連接至出料坩堝50的氣相，并與之液體連通。管子110包括與真空端120相對(duì)的第二端或吸入端130，其包括擴(kuò)大壁部140,該擴(kuò)大壁部適于打石皮凝固態(tài)電解質(zhì)和氧化鋁殼27并且用于浸沒在熔融電解質(zhì)32和熔融金屬30中。擴(kuò)大壁部140位于緊鄰吸入端130處，并/人中心孔126徑向;也延伸。在示例性實(shí)施方式中，管子^皮布置成4吏4f擴(kuò)大壁部朝著坩堝50延伸，或在出泮+方向上延伸。將可理解的是，管子110包括限定從吸入端130延伸至真空端120的內(nèi)孔或孔126的管狀壁128。通過在坩堝50中施力口真空而出料金屬。產(chǎn)生的真空必須足以將熔融金屬30從電解槽向上抽出(或出料)使之穿過內(nèi)孔126進(jìn)入坩堝50。然后，坩堝50轉(zhuǎn)移到另一電解槽并重復(fù)出料操作。圖2示出了浸沒在熔融電解質(zhì)32和熔融金屬30中的吸入端130的放大剖面?zhèn)纫灰妶D。管子110、吸入端130和擴(kuò)大壁部140由與熔融金屬30和熔融電解質(zhì)32相容的材料制成，典型地由鑄4失制成。圖2包括電解槽的壁10的剖視圖。金屬的出料通常在壁10附近執(zhí)行。圖2還示出具有凝固態(tài)電解質(zhì)和鋁27(示出為炫融電解質(zhì)32上的較暗層)的殼以及凝固態(tài)電解質(zhì)29(或"凝固")的殼的可能性，凝固態(tài)電解質(zhì)29可沿著電解槽的傾斜壁10向下延伸，也可沿著底部陰極表面20延伸。此凝固態(tài)電解質(zhì)29，如果沿著電解槽的壁10和底部陰才及表面20存在的話，那么可限制吸入端130進(jìn)入電解槽，,人而影響管子周圍的流型圖(flowpattern)。上述管子110包括圍繞管子外圍的管狀壁128。在圖2中，擴(kuò)大壁部140由焊4妄至管子110的塊體組成，該塊體限定了與孔126間隔預(yù)定距離的后邊緣142。技術(shù)人員將理解的是，后部134和擴(kuò)大壁部140也可制成一體，或"整體構(gòu)造"。擴(kuò)大壁部140沿著管子110從吸入端130延伸預(yù)定高度144,選4奪此3巨離，從而在出泮牛才喿作過程中，擴(kuò)大壁部將沖黃過熔融金屬30與熔融電解質(zhì)32之間的電解質(zhì)/金屬界面31邊界。在示例性實(shí)施方式中，內(nèi)孔126可沿著管子110的長(zhǎng)度在中心設(shè)置，其中此長(zhǎng)度^皮限定為沿著管子110從真空端120至吸入端130。應(yīng)當(dāng)指出的是，在具體電解槽的出料過程中，金屬深度將降低且界面31也將降低。在示例性實(shí)施方式中，金屬?gòu)碾娊獠鄣膫?cè)壁位置處#皮出沖+,在該位置處管子110的吸入端120浸沒在大體沿出辨-方向朝著電解槽側(cè)壁并朝著坩堝50流動(dòng)的金屬中。定向管子110，,人而擴(kuò)大壁部140定向成沿金屬流的下游方向延伸。可以認(rèn)為，通過在吸入端128處包括擴(kuò)大壁部140,在金屬出料的過程中可以干擾或轉(zhuǎn)移渦流的形成。這些渦流可能是造成在出料過程中熔融電解質(zhì)從熔融電解質(zhì)/金屬界面31被吸入金屬30中的原因。擴(kuò)大壁部140看起來^f象是用作石皮壞、干護(hù)G或轉(zhuǎn)移與渦流形成有關(guān)的流型圖的折流板(baffle);其也看起來像是干擾在出料過程中熔融電解質(zhì)進(jìn)入熔融金屬中。因此，擴(kuò)大壁部140看起來4象是阻止電解質(zhì)32在出料過程中從電解質(zhì)/金屬界面31;陂吸入金屬30中。圖3示出了本發(fā)明的第二實(shí)施方式的示意性側(cè)4黃截面。此實(shí)施方式包4舌細(xì)長(zhǎng)管210,并且其p及入端230包纟舌基本豎直的管部，該管部穿過電解質(zhì)殼27，浸沒在熔融電解質(zhì)32和熔融金屬30中。圖3所示的實(shí)施方式的管爿犬壁228略孩i彎曲，由此在擴(kuò)大壁部240的方向上形成角度，并且通常朝著出料坩堝50(即在出料方向上)被再一次彎曲。在jt匕情況下，擴(kuò)大壁部240乂人管子210向外4圣向i也延伸，并沿著管子210的長(zhǎng)度向上延伸，以<更升到電解質(zhì)/金屬界面31的水平面之上。圖4(a)至圖4(d)示出了吸入端230的各種可能的橫截面，如像是在圖3中的管子210的底部236沿著線4-4可見的。盡管未在圖2上示出，^f旦是如果在圖2中將與4-4相似的分界線布置在出料管136的底部處，那么將獲得相似的橫截面。這些可能的擴(kuò)大壁部240的實(shí)施方式可以例如附4妻至后部234,固定為#:作端230的底部236上的延伸部，或者整合入管子210的i殳計(jì)中。為了更清楚起見，圖中所示特征的參考標(biāo)號(hào)都共用后兩個(gè)數(shù)字，但它們的標(biāo)號(hào)的前面的數(shù)字是變化的。例如，"后邊緣"將始終用標(biāo)號(hào)"一42"指示，但是在不同實(shí)施方式中將用參考標(biāo)號(hào)i42、^42、^42等指示。圖4(a)包括例如通過鑄造而附*接至后部334的壁328或與其整體成形的擴(kuò)大壁部340，從而從孔326至后邊緣342的距離限定了后部厚度或第二厚度339，其在圖4(a)中用箭頭示出。圖4(a)的橫截面區(qū)域的周界是圍繞豎直軸線旋轉(zhuǎn)的大寫字母"D"的形狀，而孔具有圓形沖黃截面，并且其與后邊鄉(xiāng)彖342間隔的距離大于其與前壁部間隔的3巨離，該前壁部與擴(kuò)大壁部340相^H殳置。在此實(shí)施方式中，后部厚度或第二厚度339大于前壁部332的壁328的第一厚度(x)的兩倍。進(jìn)一步考慮圖4(a)，后部厚度339沿著長(zhǎng)軸一皮限定，而短軸通過孔326的中心與長(zhǎng)軸相交。在此實(shí)施例中，管子110在短軸交點(diǎn)處的壁厚，或者較小厚度，與前壁的厚度(即，等于x)相等。擴(kuò)大壁部340具有的寬度與管子沿著如圖4(a)所示的短軸的外徑相等。圖4(b)示出了具有圓形周界的管子210的吸入端220，并包括靠近前部432設(shè)置的圓形橫截面的偏心孔426。擴(kuò)大壁部440具有向后延伸的厚度或第二厚度439(由箭頭限定)，其至少比前部432的壁厚大兩倍。圖4(c)示出了在吸入端的管橫截面，其具有橢圓形周界、前壁部632、擴(kuò)大壁部640和管幾何中心694。管子進(jìn)一步限定具有孔中心692的橢圓形內(nèi)孔626，該孔中心朝著前壁部632位于橢圓長(zhǎng)軸上并通常與出料方向?qū)?zhǔn)。在圖4(c)中，從內(nèi)孔626至后邊緣642的后部厚度639(也可稱作第二厚度639)至少是前壁部632的厚度的兩倍。將要注意的是，管狀壁厚度從前壁部632至后邊緣642逐漸增加。尺寸d,與管子內(nèi)的內(nèi)孔626的偏心相對(duì)應(yīng)，具體地是管子694的中心與內(nèi)孔692的中心之間的距離。圖4(d)(i)和圖4(d)(ii)中體現(xiàn)了圖3的吸入端230沿著線4-4而作出的橫截面區(qū)域的其他實(shí)施方式。這些實(shí)施方式包括(分另'J地)內(nèi)鉆孑L(726和826),優(yōu)選;也為橢圓形；前壁部(732和832),具有向前伸出部和第一厚度，在此實(shí)施例中第一厚度大于與短軸相交處的壁厚828;以及與前壁部(732和832)相對(duì)的擴(kuò)大壁部(740和840)。擴(kuò)大壁部(740和840)包括在出料方向上從內(nèi)孑L(726和826)延伸至后邊緣(742和842)的后部厚度或第二壁厚。在圖4(d)(i)中，擴(kuò)大壁部740的后部厚度或第二厚度739至少比前壁部732的第一壁厚大兩倍，并且后邊緣742的后寬度基本上與管狀壁在短軸處的外徑相等。在圖4(d)(ii)中，后邊緣842的后寬度比管狀壁在短軸處的外徑大。因此，擴(kuò)大壁部可在不止一個(gè)方向上^v管子向外徑向地延伸；例如，在圖4(d)(ii)中，擴(kuò)大壁部在4艮寬范圍的多個(gè)方向上向外徑向地延伸。圖4(d)(ii)包括朝著后邊緣842向外延伸的壁848,壁848形成具有基本上為三角形周界的吸入端220。圖4(d)(ii)示出了操作端的橫截面也可包括位于后邊緣842與延伸壁848的交點(diǎn)處的斜面邊角850。應(yīng)當(dāng)指出的是，圖4(d)(U)中所示的實(shí)施方式具有沿著橢圓長(zhǎng)軸從中心孔826至后邊緣842的后部厚度或第二厚度839，第二厚度839不需要是前伸出部826沿著橢圓長(zhǎng)軸的尺寸(即x)的兩倍。在示例性實(shí)施方式中，當(dāng)后寬度比管狀壁的外徑大時(shí)，和/或當(dāng)前部(732/832)包括具有第一壁厚的伸長(zhǎng)部(第一壁厚比短軸與壁相交處的壁(728/828)的厚度大)時(shí)，第二厚度(739/839)優(yōu)選地是第一壁厚的1.5至2.0倍。在優(yōu)選實(shí)施例中，第二壁厚是第一壁厚的1.5倍，而在特別優(yōu)選實(shí)施例中，第二壁厚是第一壁厚的2.0倍。為了更清楚起見，所有示出的橫截面形狀的任一個(gè)的寬度(例如圖4中所示)均沿著垂直于水平軸線的垂直軸線確定，該水平軸線在前部332與后邊緣342之間的出料方向上(且典型地在孔326的中心處相交)?？梢岳斫獾氖牵蟛亢穸?39被限定為從內(nèi)孔326至后邊鄉(xiāng)彖342，并由標(biāo)識(shí)為"〉2x"的箭頭在圖4(a)中示出。技術(shù)人員將理解的是，擴(kuò)大壁部140可在出料方向上向后擴(kuò)大，以增加操作端的"后部厚度"(或第二厚度)，或者"橫向地"擴(kuò)大以增加操作端的寬度。才艮據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的方法可包括，4是供有創(chuàng)新性(inventive)的管設(shè)備并將其以這樣一種方式附接至真空坩堝50:熔融金屬可乂人浸沒的吸入端液體地連通至坩堝或類似的熔融金屬4妻收器。將操作端浸沒在金屬中，可能必需的是，將電解質(zhì)表面上的殼27打破。這里，擴(kuò)大壁部(例如140)可用來幫助打破殼27。管子的底部穿過熔融電解質(zhì)32的液層進(jìn)入熔融金屬30。管子的才喿作端可被定向?yàn)檫@樣的可能程度擴(kuò)大壁部在出料方向上朝著坩堝延伸，并且在電解槽內(nèi)基本沿熔融金屬流的方向。當(dāng)在熔融金屬接收器中施加真空時(shí)，可以i人為，建立了圍繞浸沒4喿作端的流型圖，該流型圖可受電解槽中的熔融金屬流影響，并且歸因于朝著熔融金屬接收器的出料流。擴(kuò)大壁部被認(rèn)為在出料過程中轉(zhuǎn)移和/或干擾熔融金屬流中的渦流的形成。這些渦流可在操作端的擴(kuò)大壁部處的熔融金屬中產(chǎn)生，位于進(jìn)一步朝著出料方向的點(diǎn)處。認(rèn)為此轉(zhuǎn)移/干擾減少了電解質(zhì)從熔融電解質(zhì)/金屬界面31-故向下抽吸的量，因此擴(kuò)大壁部可用作干擾渦流形成的擋板，否則該渦流在出料過程中會(huì)將電解質(zhì)吸入熔融金屬中。實(shí)施例所有下述試-驗(yàn)在全尺寸商用電解槽中實(shí)施，該全尺寸商用電解槽工作在并排構(gòu)造中且在大約200千安的電流下。金、屬在電解槽的第一端處被移出，其中模型計(jì)算顯示出了，預(yù)計(jì)金屬會(huì)主要朝著電解槽的第一端流動(dòng)。金屬流的平均速度被估計(jì)為大約是10cm/s。這些實(shí)施例比較了利用以下部件移出的金屬的特性1)傳統(tǒng)的出料管和2)根據(jù)本發(fā)明的方面改進(jìn)的創(chuàng)新性出料管。所使用的創(chuàng)新性出料管與圖3所示的出料管非常相似，擴(kuò)大壁部240具有高于界面31但低于殼27的高度。實(shí)施例1針對(duì)在以上類型的若干不同電解槽上進(jìn)行的多次出料而確定每噸金屬中出料的電解質(zhì)殘?jiān)牧?kg/t)。此結(jié)果與實(shí)際的金屬排出速度(kg/s)對(duì)比地示出。比較了傳統(tǒng)出料管和創(chuàng)新性出料管的特性。通過打石皮殼27和穿過熔融電解質(zhì)32而將每個(gè)出津牛管浸沒在熔融金屬30的層內(nèi)。當(dāng)在熔融金屬30中時(shí)，施加足夠大以使熔融金屬穿過出料管的孔向上吸入到坩堝中的負(fù)壓和真空壓力。為了改變穿過出料管的孔的出料金屬的質(zhì)量流速，可增加或者降低真空壓力。在附圖5(a)和5(b)中，可以理解的是，對(duì)于傳統(tǒng)的出料管，殘?jiān)牧客ǔ：芊稚?，并且比使用?chuàng)新性出料管的殘?jiān)扛摺Ｖ匾?，圖5(b)示出的創(chuàng)新性出料管的結(jié)果表明電解質(zhì)殘?jiān)牧颗c出料流速之間具有良好的線性相關(guān)性，表明每噸金屬的出料殘?jiān)乃绞歉深A(yù)測(cè)和更可控制的。如可理解的是，這可允i午^j"于維護(hù)計(jì)劃進(jìn)行改進(jìn)，以及提供了更好地估計(jì)將被包含在出料金屬中的殘?jiān)牧康哪芰?。那些曲線的每個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于四個(gè)出料的槽。實(shí)施例2比較兩種類型的出料管(創(chuàng)新性的和傳統(tǒng)的)得到的結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)的是，對(duì)于質(zhì)量流速在10至15kg/s之間變化的出料，使用創(chuàng)新性管時(shí)產(chǎn)生的殘?jiān)馁|(zhì)量減少。使用這種管子，殘?jiān)|(zhì)量在0至20kg/t之間變化，而使用傳統(tǒng)的管子，殘?jiān)|(zhì)量在0至40kg/t之間變4匕。實(shí)施例3對(duì)在傳統(tǒng)的和創(chuàng)新性的出料管設(shè)計(jì)的多個(gè)電解槽上針對(duì)三種不同出料速度而確定了平均殘?jiān)健Ｆ湓趫D6中示出，并在表l中列出。該結(jié)果表明，對(duì)于所有被比較的金屬出料速度，基于創(chuàng)新性設(shè)計(jì)的被檢測(cè)的出料管比傳統(tǒng)的出料管排出更少的電解質(zhì)。例如，以圖6為基礎(chǔ)，當(dāng)獲得大約40kg/t的殘?jiān)魉贂r(shí)，基于本發(fā)明的出料管可允許流速增加大約45%。表1示出了4吏用本發(fā)明的創(chuàng)新性出料管在各種出料速度下可實(shí)現(xiàn)的平均減少量是出料過程中出料的電解質(zhì)的量的25%至30%。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>表1表明，對(duì)于等于10kg/s的平均出料流速，每份被出料的金屬的電解質(zhì)質(zhì)量小于18kg/t。而在較高的平均出料流速(kg/s)下，電解質(zhì)/被出料的金屬的比率是對(duì)于等于15kg/s的平均出料流速，小于35kg/t,而當(dāng)平均出料流速等于21kg/s時(shí)，每份被出料的金屬的電解質(zhì)小于42kg/t。這些具體^直是對(duì)用于試-瞼的在200千安下工作的電解槽進(jìn)行說明，而實(shí)際結(jié)果將取決于出料金屬的電解槽的實(shí)際工作參數(shù)。上述本發(fā)明的實(shí)施方式僅意在舉例說明。因此本發(fā)明的范圍僅由附加一又利要求的范圍限定。權(quán)利要求一種用于從比熔融金屬密度小的熔融電解質(zhì)下方出料所述熔融金屬的設(shè)備，所述熔融金屬和所述熔融電解質(zhì)在電解質(zhì)/金屬界面處形成邊界，所述設(shè)備包括管子，具有第一端和與所述第一端相對(duì)的第二端，所述第二端適于浸入所述熔融金屬中，所述管子在所述第一端與所述第二端之間限定沿著其長(zhǎng)度延伸的內(nèi)孔，所述內(nèi)孔用于熔融金屬?gòu)闹型ㄟ^，所述管子具有緊鄰所述第二端的擴(kuò)大壁部，所述擴(kuò)大壁部沿至少一個(gè)方向從所述孔向外徑向地延伸，并遠(yuǎn)離所述第二端軸向地延伸預(yù)定距離；前壁部，與所述擴(kuò)大壁部相對(duì)，所述前壁部具有第一壁厚，所述擴(kuò)大壁部具有大于所述第一壁厚的第二壁厚，所述第二壁厚被限定為從所述內(nèi)孔至后邊緣，并且其中，所述第二厚度大于所述第一厚度的1.5倍，由此，在出料過程中，所述擴(kuò)大壁部橫過所述電解質(zhì)/金屬界面，并且限定了用以限制電解質(zhì)被夾帶進(jìn)入所述管子的障礙物。根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述第二厚度大于所述第一厚度的兩倍。根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述管子的所述第二端的橫截面具有限定了長(zhǎng)軸和短軸的橢圓形周界。根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，所述內(nèi)孔沿著所述長(zhǎng)軸朝著所述前壁部被設(shè)置。根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述擴(kuò)大壁部的所述后邊緣限定了直邊緣。根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述擴(kuò)大壁部的橫截面限定了基本上三角形的周界。根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述管子的所述第二端的橫截面具有圓形周界。根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，所述內(nèi)孔朝著所述前壁部而定中心。根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述第二端包括前壁部，與所述擴(kuò)大壁部相對(duì)，所述前壁部包括在具有第一壁厚的所述前壁部處的面向前的伸出部，并且所述擴(kuò)大壁部具有從所述內(nèi)孔至后邊緣限定的第二壁厚，并且所述擴(kuò)大壁部在所述后邊緣處限定了后部寬度，所述第二壁厚是所述第一壁厚的1.5至2倍。根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，所述擴(kuò)大壁部的所述后邊緣限定了直邊緣。根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，所述擴(kuò)大壁部的橫截面限定了基本上三角形的周界。一種用于從比熔融金屬密度小的熔融電解質(zhì)下方出料所述熔融金屬使之進(jìn)入熔融金屬接收器的方法，所述金屬和電解質(zhì)在電解質(zhì)/金屬界面處形成邊界，所述方法包括提供設(shè)備，所述設(shè)備包括與所述熔融金屬接收器液體連通的管子，所述管子具有緊鄰一端的擴(kuò)大壁部，所述擴(kuò)大壁部沿至少一個(gè)方向從所述管子向外徑向地延伸，并遠(yuǎn)離所述一端軸向地延伸預(yù)定距離；將所述管子的所述一端浸入容納在電解槽中的熔融金屬中；定位所述擴(kuò)大壁部，以使所述擴(kuò)大壁部橫過所述電解質(zhì)/金屬界面，并且朝著電解槽的壁延伸；以及通過在所述熔融金屬接收器中產(chǎn)生足以將所述熔融金屬吸過所述管子的真空壓力，以出料所述熔融金屬，其中，在出料過程中，所述擴(kuò)大壁部干擾熔融電解質(zhì)進(jìn)入所述熔融金屬。根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，沿朝著所述熔融金屬接收器的出料方向出料所述熔融金屬，并且沿朝著所述熔融金屬接收器的所述出料方向定位所述擴(kuò)大壁部。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述第二厚度大于所述第一厚度的兩倍。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述管子的所述第二端的橫截面具有限定了長(zhǎng)軸和短軸的橢圓形周界。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，所述內(nèi)孔沿著所述長(zhǎng)軸朝著所述前壁部^皮i殳置。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述擴(kuò)大壁部的所述后邊緣限定了直邊緣。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述擴(kuò)大壁部的橫截面限定了基本上三角形的周界。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述管子的所述第二端的牙黃截面具有圓形周界。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，所述內(nèi)孔朝著所述前壁部而定中心。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述第二端包括前壁部，與所述擴(kuò)大壁部相對(duì)，所述前壁部包4舌在具有第一壁厚的所述前壁部處的面向前的伸出部，并且所述擴(kuò)大壁部具有/人所述內(nèi)孔至后邊^(qū)彖限定的第二壁厚，并且所述擴(kuò)大壁部在所述后邊緣處限定了后部寬度，所述第二壁厚是所述第一壁厚的1.5至2倍。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，所述擴(kuò)大壁部的所述后邊緣限定了直邊》彖。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，所述擴(kuò)大壁部的橫截面限定了基本上三角形的周界。12.一種用于從比熔融金屬密度小的熔融電解質(zhì)下方出料所述熔融金屬使之進(jìn)入熔融金屬接收器的方法，所述金屬和電解質(zhì)在電解質(zhì)/金屬界面處形成邊界，所述方法包括提供設(shè)備，所述設(shè)備包括與所述熔融金屬接收器液體連通的管子，所述管子具有緊鄰一端的擴(kuò)大壁部，所述擴(kuò)大壁部沿至少一個(gè)方向乂人所述管子向外徑向;也延伸，并遠(yuǎn)離所述一端軸向;也延伸預(yù)定3巨離；將所述管子的所述一端浸入容納在電解槽中的熔融金屬中；定位所述擴(kuò)大壁部，以使所述擴(kuò)大壁部4黃過所述電解質(zhì)/金屬界面，并且朝著電解槽的壁延伸；以及通過在所述熔融金屬接收器中產(chǎn)生足以將所述熔融金屬吸過所述管子的真空壓力，以出料所述熔融金屬，其中，在出料過程中，所述擴(kuò)大壁部干擾熔融電解質(zhì)進(jìn)入所述熔融金屬。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，沿朝著所述熔融金屬接收器的出料方向出料所述熔融金屬，并且沿朝著所述熔融金屬接收器的所述出^j"方向定位所述擴(kuò)大壁部。全文摘要本發(fā)明提供了一種用于從比金屬密度小的熔融電解質(zhì)層下方出料熔融金屬的設(shè)備和方法。該設(shè)備包括管子，該管子包括位于操作端處的伸出擴(kuò)大壁部，操作端在出料過程中浸沒在熔融電解質(zhì)和金屬中。擴(kuò)大壁部有助于在出料過程中最小化來自電解質(zhì)/金屬界面的電解質(zhì)殘?jiān)膴A帶。擴(kuò)大壁部的定向可以是基本在坩堝的方向上。文檔編號(hào)C25C3/24GK101528990SQ200780040446公開日2009年9月9日申請(qǐng)日期2007年10月25日優(yōu)先權(quán)日2006年11月3日發(fā)明者文森特·古蒂埃,讓·科泰申請(qǐng)人:加鋁國(guó)際有限公司