CN105452536B - 包括补偿电路的铝厂 - Google Patents

Abstract

此铝厂包括相对于行的长度横向布置的一行池(50)，所述池(50)中的一个包括：一个阳极(52)；上升和连接电导体(54)，所述上升和连接电导体沿着所述池(50)的两个相对的纵向边缘向上延伸以将电解电流传导朝向所述阳极(52)；以及一个阴极(56)，连接到与链接导体连接的阴极引出部的阴极导体(55)穿过所述阴极以将电解电流传导到下一个池(50)的上升和连接电导体。此外，所述铝厂包括一个与电解电流流动通过的电路不同的补偿电路，所述补偿电路在所述池(50)下方延伸，补偿电流可以在所述池(50)下方在与电解电流的总体流动方向相反的方向上流动通过所述补偿电路。

Description

包括补偿电路的铝厂

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。

众所周知，可以通过使用霍尔-赫鲁特(Hall-Héroult)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 montée)，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。

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。

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。

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。

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(dénivellation)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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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，所述至少一行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I₁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I₁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至少一行电解池下方延伸，在所述至少一行电解池下方流动的通过所述补偿电路的补偿电流I₂的流动方向与流动通过定位在上方的电解池的电解电流I₁的总体流动方向相反。

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。

根据一种使用此铝厂的方法，补偿电流I₂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I₁的总体流动方向相反。

有利地，补偿电路I₂的强度是电解电流I₁的强度的大约50％到150％。

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I₁的强度的大约50％到150％的一个补偿电流I₂通过该补偿电路，并且补偿电流I₂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I₁的总体流动方向相反。

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。

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。

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间。结果，可以想到腾出每个电解池(且更具体地槽壳)旁边的空间，这比升起它们更便宜。不需要昂贵的重物提升解决方案提供了重大结构节约。

根据一个优选实施方案，所述补偿电路是与电解电流I₁流动通过的电路分立的次级补偿电路。“分立的”意味着两个电路未电连接。

在电解池之一被存在于电解池之一内的温度接近1000℃的液体破坏的情况下，补偿电路将被损坏且被弄断或将不能够正常操作，影响性能，因为补偿电路将不再能够补偿通过电解电流的流动生成的磁场，然而铝厂将继续以具有较差性能的降级模式运转，而不经历有害的关停，因为在补偿电路中流动的电流意在仅用来补偿磁场而不生产铝。

分立的次级补偿电路的使用还提供了在时间过程内修改通过此补偿电路创建的补偿磁场的可能性。改变在次级补偿电路中流动的电流的强度是适合于此的。这在可升级性和适应性方面是至关重要的。部分是因为如果在铝厂的使用期间增加电解电流的强度，这可以通过根据需要改变补偿电流的强度来调整磁补偿以适应这种改变。此外是因为补偿电流的强度可以被调整以适应可用的氧化铝的特性和质量。这样可以根据可用的氧化铝的特性控制MHD的流动速度以激励或减少液体的搅拌和浴中的氧化铝的溶解，这最终有助于根据氧化铝供应提供可能的最佳性能。

次级补偿电路更具体地可以通过其自己的发电站供电，该发电站不同于向电解池提供电解电流的站。

根据一个优选的实施方案，所述铝厂包括彼此平行布置的两行池，所述两行池通过单个同样的站供电且串联电连接使得在所述两行池中的第一行中流动的电解电流然后在与它在所述两行池中的第一行中流动的方向总体相反的方向上在所述两行池中的第二行中流动，且所述补偿电路形成一个在这两行平行的池下方的环路。

考虑到借助于相反的电流穿过的补偿电路和链接导体同时实现了磁补偿，这使得电解池的两个相邻的行能够更加接近以将它们放置在相同的建筑物内。最终，在空间和结构成本方面的获得大于构造和操作补偿电路的成本中的损失。

当次级补偿电路形成一个在所述池下方的环路时，使用超导材料的电导体构造该环路变得有利，且尤其有可能构成串联的若干匝，如在以本申请人的专利申请WO2013007893中描述的。

有利地，所述电解池在两个纵向边缘中的每一个包括在对应的纵向边缘的大致整个长度上以预定间隔隔开的多个上升和连接电导体。

在每个纵向边缘上，上升和连接导体可以沿着电解池的纵向方向以规则的间隔定位。

可以通过此方式改善磁场的纵向水平分量(即，平行于池的长度)的均衡。

一个以400到1000k安培的电流强度运行的池可以例如优选地包括在其两个纵向边缘中的每个的整个长度上规则地隔开的4到40个上升和连接导体。

上游的上升和连接电导体以及下游的上升和连接电导体可以被定位成与电解池的纵向中央平面(即，大体上垂直于池的横向方向且将池分成两个大体上相等的部分的一个平面)等距。

考虑到在电解池的行的规模上电流的总体流动方向，上游的上升和连接电导体和下游的上升和连接电导体意指分别定位在电解池的上游纵向边缘或下游纵向边缘旁边的上升和连接电导体，上游纵向边缘对应于最接近电解池的行的开始的纵向边缘，且下游纵向边缘对应于距电解池的行的开始最远的电解池的纵向边缘。

根据一个优选的实施方案，所述上升和连接电导体以相对于电解池的纵向中央平面大体上对称的方式定位。

换言之，沿着电解池的两个纵向边缘之一延伸的上升和连接电导体相对于沿着电解池的相对的纵向边缘延伸的上升和连接电导体以相对于电解池的纵向中央平面(即，大体上垂直于该池的横向方向且将该池分成两个大体上相等的部分的平面)大体上对称的方式定位。

因此，进一步改善水平磁场在液体中的分布的有利的大体上反对称特性。

根据一个优选的使用方法，设置在电解池的上游的上升和连接电导体和设置在电解池的下游的上升和连接电导体之间的电流分布分别是大约30％-70％上游以及30％-70％下游，优选地分别是40％-60％上游以及40％-60％下游。

此使用方法能够改善水平磁场在液体中的分布的有利的大体上反对称特性。优选地，设置在电解池的上游的上升和连接电导体与设置在电解池的下游的上升和连接电导体之间的电流分布分别是大约45％-55％上游以及45％-55％下游。

因此，进一步改善水平磁场在液体中的分布的有利的大体上反对称特性。

在一个优选的实施方案中，所述链接导体在电解池下方以大体上直线且仅在相对于电解池的横向方向上延伸。

因此，通过最小化在池的纵向方向上延伸的导体的长度限制电导体的长度和成本。在现有技术实施方案中的这样的纵向电导体生成的磁场也被限制，尤其是关于自补偿池。除此以外，在电解池的一行或多行的任一侧上腾出空间，这至少会限制整套池/电导体的纵向占地面积且使得设想在每个电解池且更具体地槽壳旁边开发空间成为可能，这比提高它们更便宜。

所述补偿电路可以包括大体上平行于电解池的横向轴线延伸的电导体。

根据一个实施方案，所述补偿电路包括形成彼此独立的多个次级补偿子电路的电导体。

具有可以独立于电解电流的强度而变化的强度的补偿电流流动通过这些次级补偿子电路中的每个。

独立的次级补偿子电路意指未电连接到其他次级补偿子电路的子电路，且可以通过与用于其他次级补偿子电路的发电站分立的发电站供电的子电路。

因此，如果任何问题出现，例如，通过一个池的破坏，引起对它的损害和/或弄断一个或多个次级补偿子电路，这提供以“降级”运行模式继续生产的可能性，在降级操作模式中，流过其他未损坏的次级补偿子电路中的每个的补偿电流的强度被调整以补偿通过电解电流的流动创建的磁场。因此，尽管次级补偿子电路中的一个可能发生故障，但是性能可以保持为高。

所述补偿电路可以包括在电解池下方形成的并联的和/或串联的若干匝的电导体。

根据一种可能性，所述补偿电路包括在电解池下方并联地延伸的电导体。

所述补偿电路的电导体可以相对于电解池的横向中央平面(换言之，大体上垂直于电解池的纵向方向且将池分成两个大体上相等的部分的平面)大体上对称地布置。

根据一种可能性，形成所述补偿电路的电导体或如果适用的话形成次级补偿子电路的电导体在电解池下方延伸，同时一起形成一层二到十二个且优选地三到十个平行电导体。

有利地，所述电导体是大体上等距的且相对于电解池的横向中央轴线大体上对称地隔开。

因此，进一步改善对不利的磁场的补偿。

铝厂中的磁补偿或磁平衡的原理以及使用根据本发明的铝厂的方法使实现能够以完全模块化的方式构造的用于铝厂的导体的电路成为可能。每个模块可以例如包括补偿电路的一个电导体和与每个电解池相关的特定数目的链接导体以及上升和连接导体。导体的电路且因此每个池可以包括特定数目的模块，这决定池的长度和穿过池的电流的强度。在设计时选择的每个池的模块的数目或通过这样的模块的添加选择的池的长度不扰乱池的磁均衡，不同于自补偿类型的池的伸长或现有技术中已知的通过沿着池的侧部布置的磁补偿电路补偿的那些池的伸长，对这些池需要完全重新设计导体电路。因此，当池被加长时形成导体的电路的材料的量与池的生产表面面积的比率未恶化；它与模块的数目和通过池的电流强度成比例地增加。因此，可以根据需要简单地延伸池，且穿过所述池的电流的强度不被限制。然后有可能将穿过所述池的电流的强度增加到1000k安培以上，甚至高达2000k安培。

根据一个实施方案，沿着电解池的两个纵向边缘之一延伸的上升和连接电导体相对于布置在一个在前的或在后的分立的电解池的相邻的纵向边缘上的上升和连接电导体错列布置。

换句话说，一个电解池N的上游的上升和连接电导体相对于电解池N-1(即，在前的电解池)的上游的上升和连接电导体错开布置。

这也有可能使电解池尽可能地接近彼此，以在相同的距离上放置更多个串联的电解池(这使性能增加)或减小电解池的行的长度，因此节省空间且实现甚至更大的结构节约。

根据使用根据本发明的铝厂的一种优选方法，流动通过补偿电路的补偿电流的强度是电解电流I₁的强度的大约70％到130％，且优选地是电解电流I₁的强度的80％到120％。

因此，如果铝厂包括一个通过在电解池下方构成单个匝的电导体形成的补偿电路，流动通过此补偿电路的补偿电流的强度可以是电解电流的强度的大约70％到130％。

此外，如果所述铝厂包括一个通过在电解池下方构成串联的三匝的超导材料的电导体形成的补偿电路，则流动通过电导体的补偿电流的强度可以是电解电流的强度的大约70％到130％的三分之一。

根据另一个实施例，如果所述补偿电路是通过三个次级补偿子电路形成的，每个次级补偿子电路构成串联的二十匝且每个次级补偿子电路由超导材料制成的电导体形成，则流动通过所述三个次级补偿子电路中的每个的补偿电流的强度可以是电解电流的强度的大约70％到130％的六十分之一。

根据一个实施方案，每个阴极引出部仅在垂直于电解池的纵向方向的竖向平面中离开槽壳。

所述阴极引出部穿过电解池的槽壳的底部。在电解池的底部设置所述阴极引出部，而不是在电解池的侧部，减少了链接导体的长度，且因此减少液体中的水平电流，其作用是更好的MHD稳定性。

所述链接电导体可以以大体上平行于电解池的横向方向的直线朝向下一个电解池的上升和连接电导体延伸。

如上所述，铝厂的磁补偿或磁平衡的原理以及使用根据本发明的铝厂的方法使得有可能通过加长电解池来根据需要增加穿过电解池的电流的强度，而没有引起任何磁流体动力问题。然而，根据现有技术的电解池包括在槽壳和阳极上方纵向地穿过电解池的超结构(superstructure)。该超结构具体包括一个安置在其每个纵向末端处的足部上的梁。该超结构支撑一个阳极框架，该阳极框架也在槽壳和阳极上方纵向地延伸，该阳极框架支撑阳极组件且阳极组件被连接到该阳极框架。根据现有技术的电解池的加长因此导致超结构的加长，且因此加长支撑该梁的足部之间的跨距且增加由该超结构支撑的重量。根据现有技术的电解池的超结构的有限加长因此限制了通过铝厂的磁补偿或磁平衡的原理以及使用根据本发明的铝厂的方法提供的可能性。已知的超结构包括支撑该梁的一个或多个中间拱形件(arche)，但是在槽壳和阳极上方横向地延伸的这样的中间拱形件是笨重的且致使对池的操作复杂化，尤其是对阳极的改变复杂化。

根据本发明的一个特别有利的实施方案，用于阳极组件的支撑件包括一个相对于电解池横向延伸的横向构件(traverse)，所述横向构件被支撑且被电连接在电解池的任一侧上的两个纵向边缘中的每个处。

所述上升和连接导体与所述阳极组件之间的电连接因此形成在电解池的纵向边缘上，且在此机械地支撑所述阳极组件。

所述阳极组件不再由在槽壳和阳极上方纵向穿过电解池的超结构支撑和电连接，使得电解池可以加长以充分利用通过使用根据本发明的铝厂的方法中的磁补偿或磁平衡的原理提供的可能性。

根据另一个实施方案，所述上升和连接导体在槽壳的任一侧上延伸，而不在一个或多个阳极上方延伸。

“在一个或多个阳极上方”意味着在由通过一个或多个阳极在水平平面XY中的投射获得的表面的竖向平移形成的体积内。

这样的一个实施方案允许有利地通过使阳极竖向向上牵引(tractant)来替换它，因为被向上牵引的阳极不会碰到用于连接它的任何部件。该定位阳极和拆下阳极的简单化还带来了根据本发明的铝厂的管理和运行中的节约。

因此，相对于典型地在池上方延伸远至池的中心纵向部分的常规类型的上升和连接导体的使用，该上升和连接导体的长度减小。这有助于减少制造成本。

所述上升和连接导体更具体地连接到在一个槽壳的边缘上方的阳极组件。

“在一个槽壳的边缘上方”意味着在由通过槽壳的边缘在水平平面XY中的投射获得的表面的竖向平移形成的体积内。

有利地，所述上升和连接电导体延伸到一个大体上水平的平面上方的高度h介于0到1.5米之间，该大体上水平的平面包括包含在电解池内的液体的表面。

因此，相对于延伸到大于两米的高度的常规类型的上升和连接导体，这些上升和连接导体的长度被大大减小。

本发明还涉及一种用于搅拌存在于具有上文提及的特性的铝厂的电解池内的氧化铝的过程，所述过程包括：

-分析所述氧化铝的至少一个特性，

-根据分析的所述至少一个特性确定必须在补偿电路中流动的补偿电流的强度的值，

-如果该补偿电流I₂的强度与该值不同，则将该补偿电流I₂改变到在先前阶段中确定的强度。

因此，根据本发明的过程允许通过增加或减小补偿电流I₂的强度来改变磁补偿，从而诱发受控的MHD不稳定性，这些不稳定性有助于搅拌氧化铝以实现更好的性能。这样的过程对于上文所描述的电导体的配置是特别有利的，该配置使池磁性非常稳定。

所分析的氧化铝的特性具体地可以是氧化铝溶解在浴中的能力、氧化铝的流动性、氧化铝的溶解度、氧化铝的氟含量、氧化铝的水分含量等。

根据分析的氧化铝的特性可以尤其通过使用一个计算图表来确定期望的补偿电流的强度，该计算图表例如是由本领域技术人员通过实验和记录对补偿电流I₂和氧化铝的特性之间的最佳对应关系制作的。这里涉及的是量化希望的MHD的不稳定性。

可能发生的是，可用于铝厂的连续运行操作的氧化铝是不同质量的，具体地尤其是或多或少糊状的，且因此具有在电解液浴中不同的溶解能力。在此情况下，电解池中的液体的移动是有利的，这是因为它可以用来搅拌此氧化铝以激励促进它溶解。目前然而，尤其在自补偿的情况下，具体地引起液体移动的磁场被电解电流自身直接补偿，其中通过链接导体的路径施加和固定磁场的分布。因此，在具有自补偿的铝厂中，不可能为了增加池中氧化铝的搅拌强度并且增加溶解效率而向对磁场的补偿中引入故意的且临时的不平衡。因此，当可用的氧化铝仅是比普通氧化铝更难溶解的氧化铝时，具有自补偿的铝厂的性能才会受到显著影响。

从下面参考附图对以非限制性实施例的方式提供的具体实施方案的描述中将清楚地明了本发明的其他特性和优点，在附图中：

-图1是根据现有技术的一个铝厂的示意图，

-图2是从根据现有技术的两个接连的电解池的侧部的示意图，

-图3是图2中的两个池中的电解电流流动通过的电路的线路图，

-图4是沿着根据现有技术的一个电解池的纵向竖向平面的截面示意图，

-图5是根据本发明的一个实施方案的铝厂的示意图，

-图6是在根据本发明的铝厂中的两个接连的池中的电解电流流动通过的电路的线路图，

-图7是沿着根据本发明的一个实施方案的铝厂中的一个电解池的纵向竖向平面的截面视图，

-图8是从根据本发明的一个实施方案的铝厂的一行电解池中的三个接连的电解池的侧部的示意图，

-图9是在根据本发明的铝厂中的两个接连的池中的电解电流流动通过的电路的线路图。

图1示出根据现有技术的铝厂100。铝厂100包括电解池，所述电解池相对于它们形成的行的长度横向布置。在此，池被对齐排成两个平行的行101、102，且电解电流I₁₀₀流动通过它们。两个次级电路104、106沿着行101、102的侧部延伸以补偿通过从一个池到另一个池以及在相邻的行中的电解电流I₁₀₀的流动生成的磁场。与电解电流I₁₀₀以相同方向流动的电流I₁₀₄、I₁₀₆分别流动通过电路104、106。发电站108向该系列电解池和次级电路104、106供电。根据此实例，对于强度为500kA的电解电流，考虑“行的端部”磁干扰，最接近发电站108的电解池和发电站108之间的距离D₁₀₀为大约45m，且次级电路104、106延伸超过行的端部的距离D₃₀₀为大约45m，而两个行101、102之间的距离D₂₀₀为大约85m以限制一个行对另一个行的磁干扰。

应指出，相对于与电解池有关的笛卡尔参考系提供描述，X轴线被定向在电解池的横向方向上，Y轴线被定向在电解池的纵向方向上且Z轴线被定向在电解池的竖向方向上。相对于此参考体系定义纵向定向、方向、平面和移动；横向定向、方向、平面和移动；以及竖向定向、方向、平面和移动。

图2示出一行池中的两个连续的常规电解池200。如图2中示出的，电解池200包括内部衬有耐火材料202的槽壳201、浸入电解液浴208中的阴极204和阳极206，在该电解液浴的底部处形成一层210铝。阴极204被电连接到阴极导体205，所述阴极导体在阴极引出部212处穿过所述槽壳201的侧部。阴极引出部212被连接到链接导体214，所述链接导体将电解电流传导到下一个电解池的上升和连接导体213。如图2中示出的，这些上升和连接导体213沿着电解池200的单个侧(上游侧)延伸且然后在阳极206上方延伸远至该池的中心纵向部分。

图3示意性地例示电解电流I₁₀₀在每个池200中以及在两个相邻的池之间(如图2中示出的)流动通过的路径。将尤其注意到，电解电流I₁₀₀不对称地上升到一个池的阳极组件，因为此上升仅在池的上游在电解电流I₁₀₀在行内(到图2和图3中的池的左边)的总体流动方向上发生。

图4示出一个常规池200的截面视图，其中将看到形成次级电路104、106的电导体被布置在池200的侧部，以补偿从一个池200到另一个池以及在相邻的行内的电解电流I₁₀₀的流动生成的磁场。

图5示出根据本发明的一个实施方案的铝厂1。铝厂1包括多个电解池50，所述电解池是大体矩形的且被用于通过电解生产铝，所述电解池可以对齐成一个或多个行，在两行的情况下，其是大体上平行的，被串联连接且由电解电流I₁供电。

值得注意的是，电解池50相对于它们形成的行横向布置。将注意到，横向布置的电解池50意指其最大尺度(其长度)大体上垂直于电解电流I₁流动的总体方向(换言之，电解电流I₁在电解池50的行的规模上流动的方向)的电解池50。

铝厂1还包括补偿电流I₂流动通过的补偿电路6。与图1中例示的电路104、106不同，值得注意的是，补偿电路6在电解池50下方延伸。还应注意的是，补偿电流I₂在与电解电流I₁相反的方向上流动。图5中的补偿电路6更具体地形成一个在电解池50的行下方的环路。

有利地，一组发电站8独立地为电解池50和补偿电路6供电。换句话说，补偿电路6是一个与电解电流I₁流动通过的主要电路7分立的次级补偿电路。

补偿电流I₂的强度独立于电解电流I₁变化。因此可以改变补偿电流I₂的强度而不必改变电解电流I₁的强度。

图8示出铝厂1中的三个连续的电解池50。通常，电解池50包括装配有加强托架61的槽壳60和耐火材料制成的内衬62，所述加强托架可以是金属(例如，钢)的。

电解池50包括：多个阳极组件，其包括支撑件53(在此横向水平棒)和至少一个阳极52，该阳极尤其由碳材料制成，且更具体地属于预焙烧类型；上升和连接导体54，与电解池200不同，其在电解池50中的每个的任一侧上延伸以将电解电流I₁传导朝向阳极52和阴极56，该阴极可以由若干个由碳材料制成的阴极块形成，阴极导体55穿过该阴极以收集电解电流I₁以将它传导到阴极引出部58，所述阴极引出部离开槽壳60的底处且被连接到链接导体57，所述链接导体进而将该电解电流运送传导到下一个电解池50的上升和连接导体54。所述阳极组件被设计成当阳极磨损时被定期移除和更换。

阴极导体55、阴极引出部58和链接导体57可以为例如由铝、铜和/或钢制成的金属棒。

图6示意性地示出电解电流I₁在根据本发明的铝厂1中的两个接连的电解池50中的路径。通过与图3比较，将容易看到，在此电解电流I₁的上升有利地沿着电解池50的两个纵向侧实现。还将注意到，在电解池50下方存在补偿电路6，补偿电流I₂流动通过该补偿电路的方向与电解电流I₁从一个池50到下一个池的总体流动方向相反。

图9示意性地示出电解电流I₁在根据本发明的铝厂1的两个接连的电解池50中的路径，且与图6的不同之处在于，阴极引出部58以更常规的方式在槽壳60的侧部处离开槽壳60。

图7示出铝厂1中的电解池50的截面视图。还将注意到，在电解池50下方存在补偿电路6，补偿电流I₂流动通过该补偿电路的方向与电解电流I₁从一个池50到下一个池的总体流动方向相反。

还将注意到，根据图7中的实施例，补偿电路6形成一层布置在大体上水平的相同平面XY中的三个大体上均匀隔开的导体；此外，此层中的导体可以相对于横向中央平面XZ大体上对称地延伸。

用于所述池和所述铝厂的电导体的电路可以有利地是以模块化方式构造的。图7具体示出一个由三个相同模块M形成的池。在此实施例中，每个模块包括设置在槽壳的三个相邻的托架61之间的链接导体57和一个用于大体上设置在该模块的中心托架61下方的补偿电路6的导体。对应于该模块的电解电流的强度的大约50％到150％的一个电流穿过该模块的补偿电路6的导体。因为池的磁稳定性是基于逐个模块实现的，所以池的稳定性不依赖于形成用于池和铝厂的电导体的电路的模块的数目。因此，可以通过添加模块简单地调整池的长度和电流强度以满足构造铝厂所期望的条件。

如图8中示出的，上升和连接导体54沿着电解池50的每个纵向边缘向上(例如，大体上竖向地)延伸。电解池50的纵向边缘对应于大体上垂直于横向方向X的具有更大尺度的边缘。

上游的上升和连接导体54和那些下游的上升和连接导体还可以与电解池50的中央平面YZ等距地布置。

上游的上升和连接导体54可以与下游的链接电导体54相对于电解池50的中央平面YZ大体上对称。

尽管未示出，电解池50之一的上游的上升和连接导体54可以相对于该行中的在前的电解池50的下游的上升和连接导体54错列布置。

图8还示出上升和连接导体54在槽壳60的任一侧上延伸而不在阳极52上方延伸，即，不在从阳极的表面面积竖向地投射在水平平面中的体积内延伸。

还将注意到，上升和连接电导体54延伸到液体63以上的高度h介于0到1.5米之间。

此外，阳极组件的支撑件53包括一个横向构件，该横向构件相对于电解池50横向延伸，该横向构件被支撑且被电连接在电解池50的任一侧上的两个纵向边缘中的每个处。

将注意到，电解池50的上游的上升和连接电导体54和电解池50的下游的上升和连接电导体54之间的电解电流I₁的分布可以分别例如是大约30％到70％上游且大约70％到30％下游。有利地，此电流分布分别是40％到60％上游和60％到40％下游，且优选地分别是45％到55％上游和55％到45％下游。换句话说，它大约是50％加上或减去20％上游，且剩余的下游优选地大约是50％加上或减去10％，且甚至更优选地大约是50％加上或减去5％。

如图8中示出的，阴极引出部58和链接导体57可以仅在垂直于电解池50的纵向方向Y的竖向平面XZ内延伸。具体地，阴极引出部58可以仅大体上竖向延伸。

阴极引出部58可以穿过电解池50的槽壳60的底部处，且链接导体57可以在电解池50下方有利地以大体上平行于电解池50的横向方向X的直线朝向下一个电解池50的上升和连接导体54延伸。

在电解池50下方行进的其补偿电流I₂在与电解电流I₁相反的方向上流动的补偿电路6和在电解池50的两个相对的纵向边缘上延伸的上升和连接导体54的联合使得可以稳定电解池50中包含的液体并且限制在一行的端部处的电解池50中的干扰，这是因为所述池下方行进的电解电流导体生成的磁场和补偿电路导体生成的磁场相互抵消。

流动通过补偿电路的补偿电流的强度有利地是电解电流I₁的强度的大约50％到150％，优选地是电解电流I₁的强度的70％到130％，且甚至更优选地是电解电流I₁的强度的80％到120％，以确保适当抵消磁场且确保池的稳定性。

因此，行之间的距离和电解池的长度以及补偿电路6的长度都可以减小。此外，再次参考图5，最接近的电解池50与发电站8之间的距离D₁和/或补偿电路6延伸超过行的端部的距离D₃小于或等于30m，例如，小于或等于20m，且优选地小于或等于10m；两个行之间的距离D₂小于或等于40m；例如，小于或等于30m，且优选地小于或等于25m。如图5中示出的，因此，根据本发明的铝厂1中的两个行可以被布置在相同的建筑物12内，这使得很大的结构节约成为可能。

优选地，补偿电路6在池50下方延伸形成一层两到十二个且优选地三到十个平行的电导体，所述电导体大体上被等距地相对于池50的横向中央轴线X大体上对称地隔开。例如以相等地分布的方式穿过此层平行导体中的导体的补偿电流I₂因此被更好地分布在池50的整个长度下方。由电解电流I₁穿过的链接导体57生成的自身在池50的下方的整个长度上分布的磁场因此也被更好地补偿。

形成补偿电路6的所述一个或多个电导体以大体上平行于电解池50的横向轴线X的方式在多行池50下方延伸。

将注意到，补偿电路6可以是通过形成多个彼此独立的次级补偿子电路的电导体形成的，通过所述次级补偿子电路中的每个流动有与电解电流I₁以相反方向流动的补偿电流。所述次级补偿子电路可以在多个电解池50(例如，在图5的情况下，两个电解池)下方形成平行环路。因此，在电解池50被破坏的情况下，如果其子电路中的一个被影响，则所述一个或其它多个次级补偿子电路可以继续补偿磁场。

此外，补偿电路6的电导体或者如果适用的话所述次级补偿子电路之一的电导体可以在电解池下方并联地和/或串联地形成若干匝，尤其当这些电导体由超导材料制成时。

形成补偿电路6的电导体可以为金属(例如，铝、铜或钢)棒，或者有利地是由超导材料制成的电导体，后者有可能减少能量消耗，这是因为超导材料制成的电导体的质量比金属制成的等效导体的质量更小，减少用于支撑它们或通过金属导向器保护它们免受可能的金属流动的影响的结构成本。有利地，这些超导材料的电导体可以被布置成使得在一行或多行池下方串联地形成若干匝。

流动通过在池下方行进的补偿电路的所有导体的电流强度的总和有利地是电解电流I₁的强度的大约50％到150％，优选地是电解电流I₁的强度的大约70％到130％，且甚至更优选地是电解电流I₁的强度的大约80％到120％。

因此，如果铝厂1包括在电解池50下方形成单个匝的次级补偿电路6，则流动通过此补偿电路6的补偿电流的强度可以是电解电流I₁的强度的大约50％到150％。如果此次级补偿子电路6在电解池50下方形成N匝，则穿过这些匝中的每个的N个电流强度的总和是电解电流I₁的强度的大约50％到150％。因此，根据图5中的实施例，与穿过两匝中的每个的电流I₂₀的强度和电流I₂₁的强度的总和对应的电流I₂的强度可以是电解电流I₁的强度的大约50％到150％。

本发明还涉及一种用于搅拌铝厂1的电解池50中的氧化铝的过程。此过程包括调制流动通过补偿电路6的补偿电流的强度或如果适用的话调制流动通过形成该补偿电路的子电路的补偿电流的强度的步骤。此调制更具体地可以随氧化铝的特性、电解电流强度的变化或铝厂的结构改变而变化。

此搅拌氧化铝的过程包括以下步骤：

-分析氧化铝的至少一个特性(例如，氧化铝溶解在浴中的能力、氧化铝的流动性、氧化铝的溶解度、氧化铝的氟含量、氧化铝的水分含量等)，

-基于所述至少一个分析的特性确定必须流过补偿电路的补偿电流的强度的值(此确定步骤是通过使用提供在电流强度的值和分析的特性之间的关系的实验获得的计算图表执行的)，以在尽可能少地影响性能的同时产生适合于有效地搅拌氧化铝的MHD流的速度阈值，

-根据在先前步骤中确定的电流强度值改变补偿电流I₂的强度。

当然本发明不限于上文描述的实施方案，此实施方案仅是以实施例的方式提供的。从而，尤其从多个部件的构造或等同技术的代替的角度来看，在不超出本发明的保护范围的前提下，多种改型是可能的。本发明例如与使用在电解反应过程中形成氧气的“惰性”类型的阳极兼容。

Claims (31)

1.一种铝厂(1)，包括：相对于行的长度横向布置的至少一行电解池(50)，所述至少一行电解池(50)中的每个均包括：一个槽壳(60)，阳极组件以及一个阴极(56)，所述阳极组件包括一个支撑件(53)和至少一个阳极(52)，且阴极导体(55)穿过所述阴极(56)，所述阴极导体(55)用来收集所述阴极处的电解电流(I₁)以将其传导到所述槽壳的外部的阴极引出部，其特征在于，所述电解池(50)包括：连接到所述阳极组件的上升和连接电导体(54)，所述上升和连接电导体沿着所述电解池(50)的两个相对的纵向边缘向上延伸以将所述电解电流(I₁)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(57)，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(50)的上升和连接电导体(54)，并且所述铝厂(1)包括至少一个补偿电路(6)，所述至少一个补偿电路在所述至少一行电解池(50)下方延伸，在所述至少一行电解池(50)下方流动的通过补偿电路(6)的补偿电流(I₂)的流动方向与流动通过位于上方的电解池(50)的电解电流(I₁)的总体流动方向相反。

2.根据权利要求1所述的铝厂(1)，其中所述补偿电路(6)是与电解电流(I₁)流动通过的电路分立的次级补偿电路。

3.根据权利要求1或2所述的铝厂(1)，其特征在于，所述铝厂(1)包括彼此平行布置的两行池，所述池通过单个站供电且串联电连接，以使得在所述两行池中的第一行中流动的电解电流随后以与其在所述两行池中的第一行中流动的方向总体相反的方向在所述两行池中的第二行中流动；并且所述补偿电路(6)在这两行平行的池下方形成一个环路。

4.根据权利要求1或2所述的铝厂(1)，其特征在于，所述电解池(50)包括多个上升和连接电导体(54)，所述多个上升和连接电导体(54)沿着电解池的两个纵向侧中的每一个以预定间隔分布在对应的纵向边缘的整个长度上。

5.根据权利要求1或2所述的铝厂(1)，其特征在于，所述上升和连接电导体(54)相对于所述电解池(50)的纵向中央平面以对称的方式布置。

6.根据权利要求1或2所述的铝厂(1)，其特征在于，所述链接导体(57)在电解池(50)下方在相对于电解池(50)的横向方向上直地延伸。

7.根据权利要求1或2所述的铝厂(1)，其特征在于，所述补偿电路(6)包括形成彼此独立的多个次级补偿子电路的电导体。

8.根据权利要求1或2所述的铝厂(1)，其特征在于，所述补偿电路(6)包括在所述电解池(50)下方平行延伸的电导体。

9.根据权利要求1或2所述的铝厂(1)，其特征在于，形成所述补偿电路的电导体在所述电解池(50)下方延伸，共同形成一层的二到十二个平行的电导体。

10.根据权利要求7所述的铝厂(1)，其特征在于，形成次级补偿电路的电导体在所述电解池(50)下方延伸，共同形成一层的二到十二个平行的电导体。

11.根据权利要求1或2所述的铝厂(1)，其特征在于，形成所述补偿电路的电导体在所述电解池(50)下方延伸，共同形成一层的三到十个平行的电导体。

12.根据权利要求7所述的铝厂(1)，其特征在于，形成次级补偿电路的电导体在所述电解池(50)下方延伸，共同形成一层的三到十个平行的电导体。

13.根据权利要求7所述的铝厂(1)，其中所述电导体相等地间隔开，并且相对于电解池(50)的横向中央轴线对称地布置。

14.根据权利要求8所述的铝厂(1)，其中所述电导体相等地间隔开，并且相对于电解池(50)的横向中央轴线对称地布置。

15.根据权利要求9所述的铝厂(1)，其中所述电导体相等地间隔开，并且相对于电解池(50)的横向中央轴线对称地布置。

16.根据权利要求10所述的铝厂(1)，其中所述电导体相等地间隔开，并且相对于电解池(50)的横向中央轴线对称地布置。

17.根据权利要求11所述的铝厂(1)，其中所述电导体相等地间隔开，并且相对于电解池(50)的横向中央轴线对称地布置。

18.根据权利要求12所述的铝厂(1)，其中所述电导体相等地间隔开，并且相对于电解池(50)的横向中央轴线对称地布置。

19.根据权利要求1或2所述的铝厂(1)，其特征在于，沿着电解池(50)的两个纵向边缘之一延伸的上升和连接电导体(54)相对于布置在分立的在前的或在后的电解池(50)的相邻的纵向边缘上的上升和连接电导体(54)错列布置。

20.根据权利要求1或2所述的铝厂(1)，其特征在于，每个阴极引出部(58)仅在垂直于电解池(50)的纵向方向的竖向平面中离开槽壳(60)。

21.根据权利要求1或2所述的铝厂(1)，其特征在于，所述阳极组件的支撑件(53)包括一个相对于电解池(50)横向延伸的横向构件，所述横向构件被支撑且被电连接在电解池(50)的任一侧上的两个纵向边缘中的每个处。

22.根据权利要求1或2所述的铝厂(1)，其特征在于，上升和连接导体(54)在槽壳(60)的任一侧上延伸，而不在一个或多个阳极(52)上方延伸。

23.根据权利要求1或2所述的铝厂(1)，其特征在于，上升和连接电导体(54)延伸到一个水平的平面上方的高度(h)介于0到1.5米之间，该水平的平面包括存在于电解池(50)内的液体(63)的表面。

24.用于使用根据权利要求1到23中的任一项所述的铝厂(1)的方法，其特征在于，在电解池(50)下方流动的通过补偿电路(6)的补偿电流(I₂)的方向与流动通过位于上方的电解池(50)的电解电流(I₁)的总体流动方向相反。

25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述补偿电流(I₂)的强度是电解电流(I₁)的强度的50％到150％。

26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述补偿电流(I₂)的强度是电解电流(I₁)的强度的70％到130％。

27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述补偿电流(I₂)的强度是电解电流(I₁)的强度的80％到120％。

28.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，设置在电解池(50)的上游的上升和连接电导体(54)与设置在电解池(50)的下游的上升和连接电导体(54)之间的电流分布分别是30％-70％上游以及30％-70％下游。

29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，设置在电解池(50)的上游的上升和连接电导体(54)与设置在电解池(50)的下游的上升和连接电导体(54)之间的电流分布分别是40％-60％上游以及40％-60％下游。

30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，设置在电解池(50)的上游的上升和连接电导体(54)与设置在电解池(50)的下游的上升和连接电导体(54)之间的电流分布分别是45％-55％上游以及45％-55％下游。

31.用于搅拌存在于根据权利要求1到23中的任一项所述的铝厂(1)的电解池(50)内的氧化铝的过程，所述过程包括：

-分析所述氧化铝的至少一个特性，

-根据分析的所述至少一个特性确定必须在补偿电路(6)中流动的补偿电流的强度的值，

-如果补偿电流(I₂)的强度与在先前步骤中确定的强度的值不同，则将该补偿电流(I₂)改变成在先前步骤中确定的强度的值。