CN103649375A - 包含由超导材料制成的电导体的铝厂 - Google Patents

Abstract

一种铝厂（1），其包括：(i)串联的设计用于制备铝的电解槽（2），其形成一排或多排（F），(ii)设计用于向串联的电解槽（2）提供电解电流（I1）的供电站（12），所述供电站（12）包括两个电极，(iii)设计被电解电流（I1）流过的主电路（15），其具有两个各自连接至供电站的（12）一个电极的末端，(iv)至少一个由超导材料制成的电导体，其特征在于，所述由超导材料制成的电导体完全或部分地置于形成磁屏蔽的闭合区域（20）内。

Description

包含由超导材料制成的电导体的铝厂

本发明涉及铝厂（aluminerie），且更具体而言涉及用于铝厂的电导体系统。

已知工业上铝通过使用霍尔-赫劳尔特（Hall-Héroult）电解法由氧化铝制备。为此，提供具体包括钢槽壳、耐火内衬以及碳材料阴极的电解槽，所述碳材料阴极连接至用于传导电解电流的导体。该电解槽还包括主要包含冰晶石——氧化铝溶解于其中——的电解浴。该霍尔-赫劳尔特法由以下步骤组成：将构成阳极的碳块部分地浸入电解浴中，该阳极随着反应进行而消耗。在电解槽底部形成一层液态铝。

一般而言，生产铝的工厂有几百个电解槽。约数百千安（培）的高电解电流通过这些电解槽。

铝厂中存在大量需要解决的问题；这具体包括降低能耗成本、用于生产电导体的材料的成本以及减少尺寸以提高相同表面积的生产效率。

另一个问题产生自因电解电流产生的强磁场的存在。该磁场扰乱槽的运行，使其效率降低。特别是该磁场的垂直分量导致液态铝层的不稳定。该问题在一排电解槽的末端尤其凸显并需要大大延长连接相邻的两个排的电导体或将排末端连接至供电站的电导体。所述电导体的延长需要大量空间并导致厂房过大。

已知磁场的垂直分量可通过补偿电解槽规模的磁场而减弱。该解决方案通过从一个槽N向槽N+1传输电解电流的导体的特定排布实施。这些导体——通常为铝条——围绕槽N的末端。图1中的俯视图示出电解槽100，其中电磁场通过导体101的排布自补偿，所述导体101将该槽100连接至下一个下游槽102。为此，应注意，导体101相对于其围绕的槽100偏移中心。磁场自补偿槽的实例具体已知于专利文献FR2469475中。

该解决方案因为导体的特定排布需要大量空间而带来了许多设计局限。此外，用于实施该解决方案的过长的导体（通常由铝制成）长度导致高昂的材料成本并因导体的电阻效应而产生大量的能源损耗。

减弱磁场垂直分量的另一解决方案涉及使用由一个或多个金属电导体形成的次级电路。该次级电路通常沿着铝厂中电解槽的对准轴运行。强度为电解电流强度的特定百分比的电流通过该次级电路并因此产生补偿由电解电流产生的磁场效应的磁场。

具体而言，次级电路通过内部和/或外部回路用于减弱由一排相邻的槽产生的磁场的用途已知于FR2425482中，所述内部和/或外部回路带有强度为电解电流强度5%至20%的电流。从文献Application ofHigh-Tc Superconductors in Aluminum Electrolysis Plants,MagneRunde in IEEE Transactions on applied superconductivity,vol5,N°2,June1995中也已知，超导材料用于制备所述次级电路或主电路部件在经济上不可行。

次级电路通过一种回路用于减弱由槽间导体产生的磁场效应的用途也已知于专利文献EP0204647中，所述回路带有强度为电解电流强度20%至70%且与电解电流同向的电流。

然而，该解决方案在其需要大量材料（通常为铝）以制备该次级电路方面成本高昂。其在能量方面也是高成本的，这是因为次级电路需要供给电流。最后，其需要安装功率和规模巨大的供电站（或发电机）。

因此，本发明旨在克服上述部分或全部缺陷和提供造铝厂所面临的问题的解决方案，该目的通过提供制造和运行成本大幅降低且所需空间更小的铝厂而实现。

因此，本发明涉及一种铝厂，其包括

(i)串联的设计用于制备铝的电解槽，其形成一排或多排，

(ii)设计用于向串联的电解槽提供电解电流I1的供电站，

所述供电站包括两个电极，

(iii)设计被电解电流I1流过的主电路，其具有两个各自连接至供电站的一个电极的末端，

(iv)至少一个由超导材料制成的设计被电流流过的电导体，

其特征在于，由超导材料制成的电导体完全或部分地置于形成磁屏蔽的闭合区域（enceinte）内。

至少一个由超导材料制成的电导体的使用特别地使减少铝厂的整体能量消耗成为可能，并因而降低铝厂的运行成本。此外，由超导材料制成的电导体因较小的尺寸而使得铝厂内部的可用空间能够得到更好的管理。由于由超导材料制成的电导体的质量小于由铝、铜或钢制成的同等导体的质量，故其需要更小也因而更低成本的支撑结构。电路中由超导材料制成的电导体完全或部分地布置在形成磁屏蔽的闭合区域内，这种布置具有阻止由超导材料制成的电导体产生环绕磁场的优势。具体而言，这使得可产生供设备或运载工具通过的区域，所述设备或运载工具的运行在不存在磁屏蔽下会被这些区域的磁场强度所扰乱。这还能够避免使用成本高昂的具有保护其不受强磁场干扰的屏蔽的设备。这还通过局部控制和调节磁场而使电解槽具有稳定性。由于所述形成磁屏蔽的闭合区域的使用，能够减少导体的长度及其尺寸。

形成磁屏蔽的闭合区域还可以由超导材料形成。超导材料在低于其临界温度时形成高性能的磁屏障。

根据本发明铝厂的另一个特征，由超导材料制成的电导体由电缆、至少一种超导材料纤维和低温套管形成，所述电缆包括中间的铜或铝制的芯。

根据本发明铝厂的另一个特征，冷却液流过低温套管。

冷却液有利地为液氮和/或液氦。

有利地，形成磁屏蔽的闭合区域由超导材料制成并布置在形成由超导材料制成的电导体的电缆的低温套管内。因此，这一闭合区域与由超导材料制成的电导体尽可能接近，从而使所述闭合区域的超导材料的质量最小且使所述闭合区域的超导材料保持在低于其临界温度而不需要装有其它专门的冷却系统。

所述由超导材料制成的电导体优选地延伸10米或更长的长度。

由于在由超导材料制成的电导体和常规电导体之间的连接处存在能量损失，由超导材料制成的电导体在其具有特定长度且特别是10米或更长的长度时是特别有利的。

根据本发明铝厂的另一个特征，次级电路中由超导材料制成的电导体是柔性的且具有至少一个弯曲部。

因此，次级电路可包括一个或多个非直线的部分。由超导材料制成的电导体的柔性使其能够躲避阻碍（并因此适合铝厂的空间限制），还可以局部完善磁屏蔽的补偿。

形成磁屏蔽的闭合区域优选位于一排或多排电解槽的至少一个末端。

根据本发明铝厂的另一个特征，其还包括至少一个顺着所述一排或多排电解槽布置的设计被电流通过的次级电路，所述由超导材料制成的电导体构成次级电路的一部分并部分地置于形成磁屏蔽的闭合区域内。

由此，本发明的铝厂能够减少由电解电流产生的磁场对槽中存在的液体的负面效应，同时通过由超导材料制成的电导体保持在低于其临界温度时几乎为零的电阻率实现能量节约。看似矛盾的是，设置这样的次级电路专门为了其所产生的磁场的优点，以及通过将其部分地置于形成磁屏蔽的闭合区域内而在一些部分掩蔽该磁场。根据铝厂的构造，由次级电路产生的磁场在其整个长度上是无益的，并且在一些部分减弱或取消磁场的效果是特别有利的。这在所述一排或多排电解槽的端部尤其如此，以此提高排端部的槽的稳定性，使运行会被磁场强度扰乱的运载工具通过，或限制通常所需的距离，并因此限制排的端部的电导体的长度。

根据本发明铝厂的另一个特征，次级电路中由超导材料制成的电导体顺着所述一排或多排电解槽布置至少两次，从而形成串联的若干匝（tour）。

因此，由次级电路形成的回路顺着一排或多排槽布置若干次，并包括串联的若干匝。这使得用流过由超导材料制成的电导体的电流的强度除以匝数成为可能，因此降低设计向次级电路输送该电流的供电站的成本，以及降低供电站的电极与由超导材料制成的电导体的连接处的成本。

次级电路中由超导材料制成的电导体有利地包括单独一个低温套管，其中由所述由超导材料制成的电导体所形成的匝并排通过。这样的实施方案降低了低温套管的长度和冷却系统的能量。

根据本发明的铝厂的另一个特征，所述次级电路包括两个末端，所述次级电路的每一末端均连接至供电站的电极，所述供电站不同于主电路的供电站。

次级电路中由超导材料制成的电导体有利地顺着一排或多排电解槽布置以预定的次数，从而能够使用输送强度介于5kA和40kA之间的电流的次级电路供电站。

因此，由超导材料制成的电导体形成与为能使用可方便地购得且经济上有利的供电站所需的一样多的串联的匝数。

次级电路的由超导材料制成的电导体的至少一部分在一排或多排电解槽的右侧和/或左侧布置或顺着所述右侧和/或左侧布置。

根据本发明铝厂的另一个特征，主电路包括至少一个完全或部分地置于形成磁屏蔽的闭合区域内的由超导材料制成的电导体。

串联的电解槽有利地包括至少两排电解槽，且主电路的完全或部分地置于形成磁屏蔽的闭合区域内的由超导材料制成的电导体连接所述电解槽的两排。

根据本发明铝厂的另一个特征，主电路包括两个电导体，其各自连接主电路供电站的一个电极至串联电解槽的一个末端，且连接供电站的一个电极至串联电解槽的一个末端的两个电导体中的至少一个由超导材料制成并完全或部分地置于形成磁屏蔽的闭合区域内。

根据本发明铝厂的另一个特征，串联的电解槽包括单独一个排且主电路中完全或部分地置于形成磁屏蔽的闭合区域内的由超导材料制成的电导体连接所述排的末端至所述主电路的供电站的一个电极。

通过如下针对附图所提供的详细说明将会更好地理解本发明，所述附图中：

-图1为现有技术电解槽的俯视示意图，

-图2为现有技术电解槽的侧视图，

-图3、4、5、6和7为铝厂的俯视示意图，其中至少一个由超导材料制成的电导体用于次级电路中，

-图8和图9为铝厂的俯视示意图，其中由超导材料制成的电导体用在主电路中，

-图10为铝厂的部分俯视示意图，其中铝厂包括具有弯曲部分的次级电路，

-图11为铝厂中电解槽的截面图，示出在两个次级电路中由超导材料制成的电导体的具体定位，也示出原本由铝或铜制成的常规电导体所采用的定位，

-图12为具有单独一排槽的铝厂的俯视示意图，

-图13为具有单独一排槽的铝厂的俯视示意图。

图2示出电解槽2的常规实例。电解槽2具体包括金属槽壳3，其由例如钢制成。金属槽壳3内衬有耐火材料和/或绝热材料，例如砖。电解槽2还具有由碳材料制成的阴极6和多个阳极7，所述阳极7设计用于随着在电解浴8中进行的电解反应而消耗，所述电解浴8具体包括冰晶石和氧化铝。氧化铝和粉碎的浴（bain broyé）的覆盖物通常覆盖电解浴8并至少部分覆盖阳极7。在电解反应过程中，形成一层液态铝10。阴极6电连接至穿过槽壳3的金属条形式的阴极输出9，阴极输出9自身连接至槽间电导体11。槽间电导体11从一个电解槽2向另一个电解槽传输电解电流I1。电解电流I1通过每个电解槽2的导电部件：首先通过阳极7，然后通过电解浴8、液态铝层10、阴极6，并且最后通过连接至阴极输出9的槽间电导体11，从而使电解电流I1随后传输至下一个电解槽2的阳极7。

铝厂1的电解槽2通常串联布置且串联电连接。一个串联可包括一排或多排F的电解槽2。当串联包括几排F时，其通常成直线且相互平行，并且有利地在数量上是偶数。

铝厂1——一个实例可见于图3中——包括电解电流I1通过的主电路15。电解电流I1的强度可达到约数百千安的值，例如约300kA至600kA。

供电站12以电解电流I1供给串联电解槽2。串联电解槽2的末端各自连接至供电站12的电极。连接电导体13使供电站12的电极连接至串联的端部。

一个串联的排F串联电连接。一个或多个连接电导体14从排F中的最后一个电解槽2向下一排F中的第一个电解槽2传输电解电流I1。

主电路15由以下构成：连接串联电解槽2的端部至供电站12的连接电导体13、使电解槽2的排F相互连接的连接电导体14、连接同一排F中的两个电解槽2的槽间电导体11以及各个电解槽2的导电部件。

通常，50至500个电解槽2串联连接并沿着两排F延伸，每一排均超过1km长。

根据本发明的一个实施方案，铝厂1还包括一个或多个次级电路16、17，可见于例如图3中。这些次级电路16、17通常顺着电解槽2的排F布置。其能够补偿由电解电流I1的高强度产生的磁场，所述由电解电流I1的高强度产生的磁场导致电解浴8的不稳定性并因此影响电解槽2的效率。

由供电站18递送的电流I2、I3分别流过各个次级电路16、17。用于各个次级电路16、17的供电站18区别于用于主电路15的供电站12。

铝厂1非常有利地包括一个或多个由超导材料制成的电导体。

这些超导材料可例如包括BiSrCaCuO、YaBaCuO、MgB2、已知于专利申请WO2008011184、US20090247412中的材料或因其超导性能所已知的其它材料。

超导材料用于输送电流时由焦耳效应产生的热导致的损失少或毫无损失，这是因为当超导材料保持在低于其临界温度时其电阻为零。由于不存在能量损失，铝厂接收的最大量的能量（例如600kA和2kV）可输送至制备铝的主电路15，且特别是可以增加槽2的个数。

例如，用于实施本发明的超导线缆包括中间的铜或铝制的芯、超导材料条带（ruban）或纤维、以及低温套管。所述低温套管可由含有冷却液（例如液氮）的护套形成。所述冷却液使得超导材料能够保持在低于其临界温度的温度，例如低于100K（开尔文），或介于4K与80K之间。

由于能量损失位于由超导材料制成的电导体与其它电导体的连接处，由超导材料制成的电导体当其具有一定长度且特别是10米或更长的长度时是特别有利的。

图3、4和5以非穷举性举例的方式示出铝厂1的不同的可能实施方案。在不同的图中，由超导材料制成的电导体以虚线示出。

图3中的实例示出包括两个次级电路16和17的铝厂1，次级电路16和17各自由供电站18提供的强度I2和I3的电流通过。电流I2和I3分别以与电解电流I1相同的方向流过次级电路16和17。在此图中的情况下，次级电路16和17为槽间电导体11产生的磁场提供补偿。各电流I2和I3的强度较大，例如为电解电流I1强度的20%至100%且优选40%至70%。

对相邻的排F的磁场的补偿可通过图4的实例实现。图4中所示的铝厂1包括形成内部回路的次级电路17，电流I3流过所述内部回路。

还可以通过提供单个形成外部回路的次级电路16补偿相邻的排F的磁场，电流I2以与电解电流I1相反的方向流过所述外部回路，如图5所示。

用由超导材料制成的电导体形成次级电路16、17是有用的，这是因为次级电路16、17的长度约2千米。使用由超导材料制成的电导体与由铝或铜制成的电导体相比需要更低的电压。因此，当次级电路16、17包括由超导材料制成的电导体时，可使电压从30V降低至1V。这表示能量损失比常规类型的铝电导体减少约75%至99%。此外，结果是用于次级电路的供电站18的成本降低。

铝厂1可包括次级电路16、17，所述次级电路16、17具有由超导材料制成的电导体且在基本相同的位置上顺着同一排F的电解槽2有利地布置至少两次，以产生串联的若干匝，具体可见于图6和图7。

因为由次级电路16、17形成的回路包括串联的若干匝，对于相同的磁场效应，通过次级电路16、17的电流I2、I3的强度可除以与所提供的匝数相同的倍数。电流强度的减弱还使得能够降低由超导材料制成的电导体与用于次级电路16、17的输入或输出电导体的连接处因焦耳效应产生的能量损失并降低连接处的成本。采用由超导材料制成的电导体使流过每个次级电路16、17的电流的整体强度降低使得能够减小与其关联的供电站18的规模。例如，对于需要递送200kA电流的回路，20匝由超导材料制成的电导体使得使用递送10kA的供电站18成为可能。同样，40匝由超导材料制成的电导体使得使用递送5kA强度的电流的供电站成为可能。因此，这会使使用目前市售且因此成本更低的设备成为可能。

此外，使用串联的一匝或多匝以形成由超导材料制成的次级电路16、17具有减小在供电站18与第一和最后一个电解槽2之间的路径中的磁场的优势，这是因为沿着所述路径的电流强度较低（电导体单程通过）。

与由铝或铜制成的电导体相比，由超导材料制成的电导体的小尺寸（在相同强度下断面比铜导体的断面小最高达150倍，且对于铝导体小甚至更多倍）使其易于在由次级电路16、17形成的回路中制备串联的若干匝。

图6示出的实施方案中的铝厂包括次级电路16，次级电路16的电导体以串联的方式顺着串联排F布置两次。在图7的实施方案中，铝厂1同时包括顺着串联的电解槽2的左侧和右侧布置的次级电路16（左侧和右侧相对于处于主电路15并在电解电流I1整体流动的方向上观察的观察者定义）。此外，图7中所示的铝厂1中次级电路16的电导体（由超导材料制成）串联形成若干匝，包括顺着串联的槽2的左侧布置的2匝和顺着右侧布置的3匝。匝数可分别为20或30。

由于两匝由超导材料制成的电导体之间的较小电势差，所以易于电绝缘不同匝的电导体。位于每匝由超导材料制成的电导体之间的薄电绝缘体是足够的。

因此，且由于由超导材料制成的电导体的尺寸较小，不论所述导体形成的匝数如何，均可使电路中由超导材料制成的电导体包括在单独一个低温套管内。所述低温套管可包括有冷却流体流过的绝热护套。在给定的位置，所述绝热套管可包括相同的由超导材料制成的电导体的若干并排排布的通道。

在由铝或铜制成的电导体围绕串联的电解槽形成若干匝的情况下这会有更多限制。事实上，由铝或铜制成的电导体比由超导材料制成的电导体更庞大。此外，由于存在于每匝之间的电势的大幅下降，有必要增加需要安装和维护的昂贵的绝缘体。由于常规的由铝或铜制成的电导体在运行过程中会变热，在导体的各匝之间安装绝缘体便会产生散热的问题。

由超导材料制成的电导体较之由铝或铜制成的电导体的优势还在于其是柔性的。因此，铝厂1可包括一个或多个次级电路16、17，所述次级电路16、17包括具有至少一个弯曲部的由超导材料制成的电导体。这使得能够绕过存在于铝厂1中的障碍物19，例如支柱，如图10中可见。

这还使得通过局部调节次级电路16、17中由超导材料制成的电导体的位置来对铝厂1中的磁场的补偿进行局部调节成为可能，如图10中可见的铝厂1中次级电路16的弯曲部16a所能实现的。该柔性使得由超导材料制成的电导体能够相对于其初始位置移动，从而通过适应铝厂1的变化来校正磁场（例如电解电流I1的强度的增加，或以使用通过计算机的新功能和该领域的常识可得的最新磁校正算法的结果）。

应注意，次级电路16、17中由超导材料制成的电导体可位于电解槽2下方。具体而言，其可以被掩埋。该布置之所以能实现是基于一方面超导材料制成的电导体尺寸较小以及另一方面其不发热的事实。使用由铝或铜制成的电导体则难以实现该布置，这是因为其就相同的电流强度而言具有更大的尺寸，还因为其发热并因而需要冷却（目前，与空气接触和/或使用特定的冷却手段）。图11示出，对于相同的铝厂1的布置，具有由超导材料制成的电导体的次级电路16、17和使用铝电导体的次级电路16'、17'的可能位置。次级电路16'、17'位于电解槽2的两侧。如图11中所示，例如对于维护工作而言，次级电路16'、17'阻碍了通向电解槽2的通路。但是，其无法像具有由超导材料制成的电导体的次级电路16、17那样位于电解槽2下方，这是因为其具有更大的尺寸且需要冷却。反之，使用由超导材料制成的电导体的次级电路16、17可位于电解槽2的下方，因此，接近电解槽2不受限制。

根据本发明铝厂1的一个具体实施方案——该方案的一个实例在图6中示出，由超导材料制成的电导体可部分地包括在形成磁屏蔽的闭合区域20中。该闭合区域20可以是金属管，例如钢管。这带来该磁屏蔽外所述磁场的明显减弱。因此，这使得能够在该闭合区域20所处的位置建立通道区域，特别是用于其运行会被由超导材料制成的电导体发射出的磁场所干扰的运载工具。因此，使降低这些车辆（其原本需要保护）的成本成为可能。该闭合区域20可有利地置于位于排F端部的由超导材料制成的电导体的四周，如图6中所示。

不可能同时使用现有技术的由铝或甚至铜制成的常规电导体和保护闭合区域20。该铝电导体有效地具有大尺寸截面，约1m×1m，与由超导材料制成的电导体的25cm的直径形成对照。尤其是，由铝制成的电导体在运行时发热。这种形成磁屏蔽的闭合区域20的使用无法适当地排出产生的热量。

形成磁屏蔽的闭合区域20还可以由保持在低于临界温度的超导材料形成。超导材料当保持在低于其临界温度时形成高性能的磁屏障。

该由超导材料制成的形成磁屏蔽的闭合区域可有利地布置在形成由超导材料制成的电导体的线缆的低温套管内。因此，闭合区域20与由超导材料制成的电导体尽可能接近，且所述闭合区域的超导材料的质量最小化并且闭合区域的超导材料保持在低于其临界温度而不需要装有其它专门的冷却系统。

根据一个变型，由超导材料制成的形成磁屏蔽的闭合区域可独立于形成由超导材料制成的电导体的线缆而形成。这特别地是当所述闭合区域围绕已安装的由超导材料制成的电导体安装时。这样，由超导材料制成的形成磁屏蔽的闭合区域具有其自冷却系统。

应注意，对于相同的电流强度，由超导材料制成的电导体的每米的质量可比铝电导体的每米的质量小20倍。因此，用于由超导材料制成的电导体的支撑体的成本更低且其更易于安装。

铝厂1中的主电路15还可包括一个或多个由超导材料制成的电导体。因此，将串联的排F彼此电连接的连接电导体14可由超导材料制成，如图8所示。连接串联电解槽的端部至主电路15的供电站12的电极的连接电导体13也可由超导材料制成，如图9所示。

在常规铝厂中，连接两排F的连接电导体14为30m至50m，取决于其所连接的所述两排F位于相同的建筑物中或是因这两排F的磁相互作用而位于两个独立的建筑物中。连接串联端部至供电站12电极的连接电导体13通常介于20m至1km之间，取决于供电站12的位置。由于这些长度和流过这些导体的电流的强度，容易理解，将由超导材料制成的电导体用在这些位置将能够实现节能。所述由超导材料制成的导体的小尺寸同样是有利的。

如图8和图9所示，特别是根据本发明的一个实施方案，使用由超导材料制成的连接电导体14和/或13使得将其置于形成磁屏蔽的闭合区域20内成为可能。这使得能够在排的端部建立供运载工具或机械使用的通道区域。这特别地能够实现通过局部消除、控制和/或调节由这些连接电导体产生的磁场而稳定电解槽。

使用这样的围绕排端部的连接电导体的形成磁屏蔽的闭合区域20意味着可减少导体的长度和尺寸。

连接两排的端部的连接电导体通常为具有两个延长分支的U-型，分支长度为几十米，以使由所述U的基部产生的磁场不会太大地影响布置在排的端部的槽的磁稳定性和运行。这样远隔U的基部使导体昂贵、建筑物成本较高和给定表面的生产效率降低。能够将所述连接电导体置于形成磁屏蔽的闭合区域内会减少所述U的分支的长度，这是因为由所述U的基部产生的磁场对排的端部的槽的运行不再是不利的。

反之，由于槽间电导体11较短，且由于连接处的能量损失，使用由超导材料制成的电导体以从一个槽2向另一个槽传输电解电流并非是经济上有利的。

铝厂1还可包括单独一排F的电解槽2，如图12和图13所示。这例如适用于正在建造中的铝厂1，其中当一半电解槽2建成后开始生产。当可用空间使得无法安装多排F的电解槽2时，也是这种情况。

在图12的实例中，电解槽2的排F的末端通过由超导材料制成的电导体13电连接至电解电流I1的供电站12。形成磁屏蔽的闭合区域20有利地将电导体13包括在内以保护单排F不受由电解电流I1通过电导体13而产生的磁场的影响。

在图13的实例中，铝厂包括单独一排F的电解槽2。高强度的电解电流I1流过电解槽2的这一排F。在与连接至供电站12的排F的末端相对的槽2的排F的一端，主电路15具有节点且所述电路分为具有其各自的电流强度的两路。从所述节点向供电站12传输电流（具有等于电解电流I1强度的一半的强度）的电导体有利地由超导材料制成。这些由超导材料制成的电导体可顺着电解槽2的排F的一侧布置若干次（如图3的实例中3次）。在其第一次和第三次沿着电解槽2的排F的通路中，这些由超导材料制成的电导体包括在形成磁屏蔽的闭合区域20内。在其第二次沿着电解槽2的排F的通路中，这些由超导材料制成的电导体未包括在形成磁屏蔽的闭合区域20内。因此，其可以产生磁场，所述磁场补偿由电解槽2的排F中的电解电流I1所产生的磁场对于电解槽2中所含的液体的不希望的磁场效应。

因此，在铝厂1中使用由超导材料制成的电导体在导体足够长时可证明是有利的。使用由超导材料制成的电导体对于以下情况是特别有利的：设计用于通过专利文献EP0204647中所描述的类型的回路减弱槽-槽磁场效应的次级电路16、17——当主电路15中流动的电流的强度特别高（超过350kA）时，且当在次级电路中流动的强度之和——与主电路中流动的电流方向相同——为主电路中电流强度的20%至100%、优选40%至70%时。

当然，所描述的实施方案不相互排斥且可结合以通过协同作用加强所获得的技术效果。因此，可能存在主电路15，其既包括布置在形成磁屏蔽的闭合区域内的、由超导材料制成的连接各排的连接电导体14，也包括布置在形成磁屏蔽的闭合区域内的、由超导材料制成的将串联的端部与供电站12的电极连接的连接导体13；以及一个或多个次级电路16、17，其还包括部分地布置在形成磁屏蔽的闭合区域内的形成串联的若干匝的由超导材料制成的电导体。

最后，本发明不以任何方式限制于上述实施方案，这些实施方案仅以实例的方式提供。仍可能存在变化，特别是从各种部件的组成或通过技术等同物的替换的角度而言，而不超出本发明的保护范围。

特别地，本发明可扩展至采用惰性阳极电解的铝厂。

其通常还可适用于所有其它类型的回路，例如专利文件CA2585218、FR2868436和EP1812626中所述的类型。

Claims (17)

1.一种铝厂（1），其包括：

(i)串联的设计用于制备铝的电解槽（2），其形成一排或多排（F），

(ii)设计用于向串联的电解槽（2）提供电解电流（I1）的供电站（12），

所述供电站（12）包括两个电极，

(iii)设计被电解电流（I1）流过的主电路（15），其具有两个各自连接至供电站（12）的一个电极的末端，

(iv)至少一个由超导材料制成的设计被电流流过的电导体，

其特征在于，所述由超导材料制成的电导体完全或部分地置于形成磁屏蔽的闭合区域（20）内。

2.权利要求1的铝厂，其特征在于，所述闭合区域（20）由超导材料形成。

3.权利要求1至2任一项的铝厂（1），其特征在于，所述由超导材料制成的电导体由包括中间的铜或铝制的芯的电缆、至少一种超导材料纤维和低温套管形成。

4.权利要求3的铝厂（1），其特征在于，冷却液流过所述低温套管。

5.权利要求4的铝厂（1），其特征在于，所述冷却液为液氮和/或液氦。

6.权利要求3至5任一项的铝厂，其特征在于，所述闭合区域（20）由超导材料形成且布置在形成由超导材料制成的电导体的电缆的低温套管内。

7.权利要求1至6任一项的铝厂（1），其特征在于，所述由超导材料制成的电导体延伸10米或更长的长度。

8.权利要求1至7任一项的铝厂（1），其特征在于，所述由超导材料制成的电导体是柔性的且具有至少一个弯曲部。

9.权利要求1至8任一项的铝厂（1），其特征在于，所述铝厂（1）还包括：

(iv)至少一个顺着一排或多排（F）电解槽（2）布置的设计被电流（I2，I3）流过的次级电路（16，17），

且其特征在于，所述由超导材料制成的电导体构成所述次级电路（16，17）的一部分且部分地位于形成磁屏蔽的闭合区域（20）内。

10.权利要求9的铝厂（1），其特征在于，所述次级电路（16，17）中由超导材料制成的电导体顺着一排或多排（F）电解槽（2）布置至少两次以形成串联的若干匝。

11.权利要求10的铝厂（1），其特征在于，所述次级电路（16，17）中由超导材料制成的电导体包括单独一个低温套管，所述低温套管内并排通过由所述由超导材料制成的电导体所形成的匝。

12.权利要求9至11任一项的铝厂（1），其特征在于，所述次级电路（16，17）包括两个末端，所述次级电路（16，17）的每一个末端连接至供电站（18）的一个电极，所述供电站（18）不同于主电路（15）的供电站（12）。

13.权利要求1至12任一项的铝厂（1），其特征在于，主电路（15）包括至少一个完全或部分地置于形成磁屏蔽的闭合区域（20）内的由超导材料制成的电导体。

14.权利要求13的铝厂（1），其特征在于，所述串联的电解槽（2）包括至少两排（F）电解槽（2），且特征在于，主电路（15）中完全或部分地置于形成磁屏蔽的闭合区域（20）内的由超导材料制成的电导体连接电解槽（2）的两排（F）。

15.权利要求13或14的铝厂（1），其特征在于，所述主电路（15）包括两个连接电导体，所述连接电导体各自将主电路（15）的供电站（12）的一个电极与串联的电解槽（2）的一个末端相连，且特征在于，连接供电站（12）的一个电极与串联的电解槽（2）的末端的两个电导体中的至少一个由超导材料制成且完全或部分地置于形成磁屏蔽的闭合区域（20）内。

16.权利要求13的铝厂（1），其特征在于，串联的电解槽（2）包括单独一个排（F），且特征在于，主电路（15）中完全或部分地置于形成磁屏蔽的闭合区域（20）内的由超导材料制成的电导体连接排（F）的一个末端至所述主电路（15）的供电站（12）的一个电极。

17.权利要求1至16的铝厂（1），其特征在于，形成磁屏蔽的闭合区域（20）位于电解槽（2）的一排或多排（F）的至少一个末端。

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