包括补偿电路的铝厂的制作方法
【专利说明】包括补偿电路的铝厂
[0001]本发明涉及铝厂、使用所述铝厂的方法以及搅拌所述铝厂的电解池中的氧化铝的过程。
[0002]众所周知，可以通过使用霍尔-赫鲁特(Hall-H6roult)过程的电解由氧化铝来工业生产铝。为此，使用一种电解池，包括:一个钢制槽壳，在该钢制槽壳内有耐火材料的衬；一个由碳材料制成的阴极，阴极导体穿过该阴极并且用于收集该阴极处的电解电流以将其传导至穿过该槽壳的底部或侧部的阴极引出部;链接导体，其从所述阴极引出部大体上水平地延伸到下一个池；电解液浴，在该电解液浴中氧化铝溶解;至少一个阳极组件，所述阳极组件包括浸入此电解液浴中的至少一个阳极;一个阳极框架，所述阳极组件悬挂在该阳极框架上；以及用于电解电流由下向上延伸的上升导体(conducteurs de mont6e)，该上升导体被连接到来自在前的电解池的链接导体以将来自阴极引出部的电解电流传导到下一个池中的阳极框架、阳极组件以及阳极。所述阳极更具体地为预烘烤碳块的预烘烤阳极类型，即，在它们放置在电解池中之前被烘烤。
[0003]铝生产厂或铝厂通常包括横向对齐成平行的行且串联连接的数百个电解池。
[0004]数十万安培量级的电解电流流过这些电解池，这创建了一个大磁场。此磁场的竖向分量已知会导致被称为磁流体动力(MHD)不稳定性的不稳定性，所述竖向分量主要是通过将电流从一个电解池传导到下一个电解池的链接导体产生的。
[0005]这些MHD不稳定性已知会降低过程的产率。池越不稳定，阳极和金属层之间的极间距离就越大。然而，极间距离越大，过程的能量消耗就越大，这是因为通过焦耳效应能量耗散在极间空间内。
[0006]另外，磁场的水平分量与通过液体的电流相互作用，引起金属层的固定变形，所述水平分量是由池内和池外的导体内的全部电流流动生成的。所产生的金属层的高度差(d6nivellat1n)需要足够小，以使得所述阳极被几乎没有浪费地均匀地消耗。为了获得小的高度差，在液体(电解液浴和金属层)中该磁场的水平分量必须是尽可能反对称的。对于包括水平分量的磁场的纵向分量或横向分量，反对称意味着在与被讨论的场的分量平行的池的中心轴线垂直的一个距离处，以及在此中心轴线的任一侧上的相同距离处，被讨论的分量的值将相反。该磁场的水平分量的反对称是引起池中的界面的最对称的且最平的可能变形的配置。
[0007]已知的是，尤其从专利文献FR1079131和FR2469475中已知，可以通过使用传导电解电流的导体的特定布置补偿通过电解电流的流动创建的磁场来控制MHD不稳定性。例如，根据专利文献FR2469475，链接导体侧面地围绕每个电解池的端部或头部。这被称为自补偿。此原理基于在一个电解池的规模上对磁场的局部中和。
[0008]自补偿的主要优点在于使用电解电流自身来补偿MHD不稳定性。
[0009]但是，因为电导体围绕电解池的头部，所以自补偿会引起在侧部的相当大的空间要求。
[0010]最重要的是，实施此方案的链接导体的大长度通过导体的电阻效应引起线内(en-ligne)电损耗，从而引起操作成本增加，并且需要大量原材料，从而引起高制造成本。在电解池具有大尺寸且在高电流强度下运行的情况下，这些缺点甚至更显著。
[0011]此外，具有自补偿电路的铝厂的设计是固定的。然而，在其使用寿命中，将电解电流的强度增加到超过设计时设想的强度可能变得必要。实际上这还将改变来自自补偿电路的磁场的分布，该自补偿电路尚未被设计用于此新的分布，结果其将不再最佳地补偿此磁场。存在一些解决方案来克服这种改进可能性的缺乏并且恢复接近最佳的磁补偿，但是这些解决方案特别复杂且实施成本很高。
[0012]另一个用于降低MHD不稳定性的解决方案(尤其从专利文献FR2425482已知)涉及使用沿着电解池的行的侧部的次级电路或外部环路。强度等于电解电流的强度的预定百分比的一个电流流过该次级电路。因此，外部环路生成一个补偿通过电解池的邻近行中的电解电流创建的磁场的影响的磁场。
[0013]从专利文献EP0204647还已知的是，沿着电解池的行的侧部延伸的次级电路可以用来减小通过链接导体创建的磁场的影响，流过此次级电路中的电导体的电流的强度是电解电流的强度的大约5%到80%，该电流在与电解电流相同的方向上流动。
[0014]通过外部环路提供补偿的解决方案具有的优点是，它提供了独立于电解电流流过的主要电路的一个次级电路。
[0015]将位于接近槽壳的较小侧的成行的池的侧部的次级电路设置在浴-金属界面处可能补偿所述竖向分量而对磁场的水平分量没有任何影响。
[0016]通过外部环路提供补偿的解决方案显著减小链接导体的长度、质量以及电损耗，但是需要附加的电力发电站和附加的独立次级电路。
[0017]还将注意到，通过外部环路提供补偿的解决方案暗含磁场的积累，连同创建非常强的总体环境场的串联电流，达到了如下程度使得这会引起对操作和材料(例如，车辆所需的屏蔽)的约束并且来自一行的磁场会影响相邻行中的池的稳定性。为了限制一行对相邻的行的影响，它们必须彼此分立，且这是一个相当大的空间约束，从而意味着电解池的每个行必须安置在单独的车间(hangar)内。
[0018]除此以外，电解电路和连接电解池的两个相邻的行的端部的次级电路之间的连接部分趋向于使在一行的端部处的池不稳定。为了避免在一行的端部处具有不稳定的池，如从专利FR2868436已知的，可以基于预定路径配置次级电路的此部分，以校正磁场使得其对一行的端部处的池的影响变得可接受。然而，此路线使该次级电路的长度明显增加，且因此使材料成本明显增加。应注意的是，通常的解决方案涉及将次级电路和定位在一行的端部处的池的电解电路之间的接合部进一步移动远离，但是这使占用空间增加并且使电导体的长度增加，且因此使材料成本和能量成本增加。
[0019]因此显然，通过外部环路提供补偿的已知方案引起相对大的结构成本。
[0020]不过，本发明意在通过提供一种具有改善的性能和较少占用空间的磁配置的铝厂来完全地或部分地克服这些缺点。
[0021]为此，本发明的目的是一种铝厂，包括:相对于行的长度横向布置的至少一行电解池，所述电解池中的每个均包括:一个槽壳，阳极组件以及一个阴极，所述阳极组件包括一个支撑件和至少一个阳极，阴极导体穿过所述阴极，所述阴极导体被用于收集所述阴极处的电解电流1:以将它传导到所述槽壳外部的阴极引出部，其特征在于，所述电解池包括:连接到所述阳极组件的上升和连接电导体，所述阳极组件沿着所述电解池的两个相对的纵向边缘向上延伸以将所述电解电流1:传导到所述阳极组件；以及连接到所述阴极引出部的链接导体，所述链接导体被设计为将来自所述阴极引出部的电解电流传导到下一个电解池的上升和连接电导体，并且所述铝厂包括至少一个补偿电路，所述补偿电路在所述电解池下方延伸，在所述电解池下方流动的通过所述补偿电路的补偿电流12的流动方向与流动通过定位在上方的电解池的电解电流11的总体流动方向相反。
[0022]因此，根据本发明的铝厂占据较少空间且提供的优点是它可以具有磁性非常稳定的池，达到总体性能改善的程度。
[0023]根据一种使用此铝厂的方法，补偿电流12流动通过在电解池下方的补偿电路的方向与流动通过定位在上方的电解池的电解电流11的总体流动方向相反。
[0024]有利地，补偿电路12的强度是电解电流h的强度的大约50%到150%。
[0025]所述上升和连接电导体被布置在池之间的空间内，在电解池的两个纵向侧处在池的任一侧上，以相互补偿且获得该池的磁场的水平分量的大体上反对称分布，确保铝层的很小的高度差，而对磁场的竖向分量不具有影响，使得在链接导体、上升和连接导体二者中，引起补偿前的不利的竖向磁场和水平磁场的一个池与另一个池之间的电导体在实践中仅是在槽壳下方水平地行进的从一个池到另一个池的导体，即，更具体地是链接导体。因此，借助于补偿电路对此不利的磁场进行补偿，有利地，是电解电流h的强度的大约50%到150%的一个补偿电流12通过该补偿电路，并且补偿电流12在电解池下方流动的方向与位于上方的电解池中的电解电流11的总体流动方向相反。
[0026]因此，可以减少或甚至几乎消除池中的磁场的竖向分量，且可以在液体中维持大体上反对称的水平磁场分布。所提出的解决方案因此有可能获得具有极小不稳定性的池，且因此改善性能，同时维持在浴/金属界面处的水平中的很小的高度差，这也是该过程的令人满意的功能所必需的。
[0027]接近根据本发明的铝厂、池以及池的行，磁场是小的，甚至近乎消除，以使得消除与强磁场相关联的对铝厂的操作以及在操作中使用的材料的约束。来自一行的磁场因此不再影响相邻的行中的池的稳定性，使得池的相邻的行可以被更接近地放置在一起，且池的两个相邻的行尤其被定位在一个较小的建筑物内，使得当甚至仅使用一个补偿电路时可以实现结构成本中的重大节约。
[0028]尽管来自现有技术的令人沮丧的经验，补偿电路在电解池下方通过且不沿着电解池的一行或多行的侧。因此，腾出电解池的一行或多行的任一侧上的空