CN107250439B - 铝熔炉和补偿由该铝熔炉的电解电流循环产生的磁场的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铝熔炉(1)，所述铝熔炉(1)包括一排(2)电解池，该电解池相对于排(2)横向布置，其中一个池包括阳极组件和用于上升和连接至阳极组件的电导体。上升和连接导体沿池的两个相对的纵向边缘向上延伸。此外，铝熔炉(1)包括：第一补偿电路(4)，其在池下方延伸并能负载与电解电流(IE)方向相反的第一补偿电流(IC1)；以及第二补偿电路(6)，其在排(2)的一侧延伸并能负载与电解电流(IE)方向相同的第二补偿电流(IC2)。

Description

铝熔炉和补偿由该铝熔炉的电解电流循环产生的磁场的方法

本发明涉及通过电解生产铝的铝熔炉，以及补偿在该铝熔炉中由电解电流的流动产生的磁场的垂直和水平分量的方法。

众所周知，可以使用霍尔-赫鲁特(Hall-Héroult)法通过电解由氧化铝来工业生产铝。为此，使用一种电解池，包括：钢制槽壳，在该钢制槽壳内有耐火材料的衬；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；连接导体，其从阴极引出部大体上水平地延伸到下一个池；电解液槽，氧化铝在该电解液槽中溶解；至少一个阳极组件，所述阳极组件包括至少一个浸入此电解液槽中的阳极；阳极框架，所述阳极组件悬挂在该阳极框架上；以及导体，所述导体用于使电解电流从前一电解池上升连接至连接导体(conducteurs de montée)，从而使电解电流形成从阴极引出部至下一个池中的阳极框架、阳极组件以及阳极的路径。阳极更具体地为预烘烤碳块的预烘烤型阳极，即在放置在电解池中之前烘烤。

铝生产设备或铝熔炉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，这产生了大磁场。该磁场的竖向分量已知会导致称为磁流体动力(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连接导体产生的。

MHD不稳定性已知会降低方法的效率。池越不稳定，则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多，这是因为能量通过焦耳效应耗散在极间空间内。

另外，磁场的水平分量——由池内和池外的导体内的全部电流流动产生——与通过液体的电流相互作用，引起金属层的稳态变形。金属层内产生的斜率(dénivellation)需要足够小，以使得所述阳极几乎没有浪费地均匀地消耗。为了确保层内的变化小，液体(电解液槽和金属层)中磁场的水平分量应尽可能呈反对称的。对于构成水平分量的磁场的纵向分量和横向分量，反对称意味着，在与所提及的场的分量平行的池的中心轴线垂直的距离处，以及在此中心轴线的任一侧上的相同距离处，所提及的分量的值相反。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产生的磁场来对抗MHD不稳定性。例如，根据专利文献FR2469475，连接导体在侧面围绕每个电解池的端部或头部。这称为自补偿。此原理基于在一个电解池的规模上对磁场的局部均衡。

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，所以自补偿要求在侧部的空间相当大。

最重要的是，实施此方案的连接导体的较长的长度通过导体的电阻效应引起线内(en-ligne)电损耗，因而增加运行成本，并且需要大量原材料，从而制造成本高。在电解池具有大尺寸且在高电流强度下运行的情况下，这些缺点甚至更突出。

此外，具有自补偿电路的铝熔炉的设计是固定的。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排的侧部的次级电路或外部回路。强度等于电解电流的强度的预定百分比的电流流过次级电路。因此，外部回路生成补偿通过电解池的邻近排中的电解电流产生磁场的影响的磁场。

从专利文献EP0204647还已知的是，沿着电解池的排的侧部延伸的次级电路可以用来减小通过连接导体产生的磁场的影响，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。

通过外部回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次级电路。

将位于接近槽壳的较小侧的成排的池的侧部的次级电路设置在熔池-金属界面处可补偿竖向分量而对磁场的水平分量没有任何影响。

通过外部回路提供补偿的解决方案显著减小连接导体的长度、质量以及电损耗，但是需要附加的电力发电机和附加的独立次级电路。

还应注意，通过外部回路提供补偿的解决方案暗示了磁场的积累，连同产生非常强的总体环境场的串联电流，使得引起对操作和材料(例如，车辆所需的屏蔽)的约束并且来自一排的磁场会影响相邻行中的池的稳定性。为了减少一排对相邻的排的影响，它们应彼此分离，且这是一个相当大的空间约束，因而意味着电解池的每排应安置在单独的空间(hangar)内。

除此以外，电解电路和连接电解池的两个相邻的排的端部的次级电路之间的连接部分趋向于使在一排的端部处的池不稳定。为了避免在一排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，以校正磁场从而使得其对一排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排的端部处的池的电解电路之间的接合部进一步远离，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，通过外部回路提供补偿的已知方案显然带来相对大的结构性成本。

因此，本发明意在通过提供具有可使得池的磁性非常稳定的磁配置以及改善的紧凑性的铝熔炉来完全地或部分地克服这些缺点。本发明还涉及一种补偿磁场的方法，所述磁场由铝熔炉中电解电流的流动产生。

为此，本发明涉及铝熔炉，其包含至少一排的电解池，所述电解池相对于所述至少一排的长度横向布置，所述电解池中的一个包含阳极组件和连接到所述阳极组件的上升和连接电导体，其特征在于，所述上升和连接电导体沿着电解池的两个相对的纵向边缘向上延伸以将电解电流传导至阳极组件，并且特征在于，铝熔炉包括：

-至少一个第一补偿电路，其在电解池下方延伸，所述至少一个第一补偿电路可被第一补偿电流穿过，所述第一补偿电流设计成以与电解电流的总体流动方向相反的方向在电解池的下方流动，

-至少一个第二补偿电路，其在至少一排的电解池的至少一侧的上方延伸，所述至少一个第二补偿电路可被第二补偿电流穿过，第二补偿电流被设计成以与电解电流的总体流动方向相同的方向流动。

因此，本发明的铝熔炉具有以下优点：提供了具有较高磁性稳定性的池，这是因为它们同时补偿了由电解电流的流动产生的磁场的水平和垂直分量，这改善了整体效率，而对本发明的铝熔炉的规模没有不利影响，这是因为所述第一补偿电路在电解池的下方延伸。

根据一个优选实施方案，上升和连接电导体包含上游上升和连接电导体，其与电解池的上游纵向边缘相邻；和下游上升和连接电导体，其与电解池的下游纵向边缘相邻，并且铝熔炉的布置方式为使得电解电流在上游上升和连接电导体和下游上升和连接电导体之间的分布是非对称的，设计成流过电解池上游的所有上升和连接电导体的上游电解电流的强度等于电解电流强度的50-100％，而设计成流过电解池下游的所有上升和连接电导体的下游电解电流的强度等于电解电流强度的0-50％，上游电解电流和下游电解电流的总强度等于电解电流的强度。

这些特征的一个优点在于能在不需要额外的原料成本的情况下有效地补偿大尺寸(尤其是宽的宽度)电解池的磁场。

事实上，如果上游-下游的电解电流的分布是对称的，即该分布为50％的上游和50％的下游时，并增加电解池的宽度以提高效率，则产生不利于电解池正常功能的不平衡，这是因为被在电解池下方用于供应下游上升和连接电导体的路由电导体所覆盖的距离增加。为恢复平衡，必须增加在电解池下方的所述路由电导体的截面。但这种截面的增加显著地增加了额外的原料成本。然而，申请人发现，本发明的铝熔炉可使得电解池的上游和下游之间的所引入的电解电流呈非对称分布，而对于路由电导体的截面没有任何不利地增加，同时提供磁性非常稳定的电解池。

上游和下游的电解电流强度之间的分布的选择通过经济研究来完成。这种选择主要取决于两个池之间的距离和池的高度。这种分布通过调节上游和下游电路的电导体的截面并考虑它们的长度来进行。

根据一个优选实施方案，铝熔炉包括发电机，所述发电机配置用于使得流过所述至少一个第一补偿电路的第一补偿电流的强度等于下游电解电流的强度的两倍加减约20％，且优选加减约10％。

该特征的一个优点在于，对于第一补偿电流的这种强度值——其与电解池的上游和下游之间的电解电流的分布直接相关——申请人观察到，由第一补偿电路产生的水平磁场恰好校正了由上游和下游电解电流之间的不对称所产生的水平磁场的不对称性，从而使得磁场的水平分量具有反对称的分布。该第一补偿电流，取决于池的上游电解电流和下游电解电流之间的分布，还部分地校正了垂直磁场并且最终降低了池中的MHD不稳定性。

根据一个优选实施方案，所述铝熔炉包括发电机，该发电站配置用于使得流过所述至少一个第二补偿电路的第二补偿电流的强度为上游和下游的电解电流之间的强度差的50％至100％，且优选为上游和下游的电解电流之间的强度差的80％至100％。

第二补偿电流的强度定义为在形成第二补偿电路的导体中流动的总电流，特别是当第二补偿电路由布置在电解池两侧部的两个导体(或回路)构成时。

申请人观察到，对于该第二补偿电流的这种强度值，其也与电解池的上游和下游之间的电解电流的分布直接相关，由第二补偿电路产生的垂直磁场校正了在主电路(从池到池电路)中流动的电解电流产生的垂直磁场，且该垂直磁场已部分被在第二补偿电路中流动的电流所校正。

应注意的是，当与前一个特征结合使用时，该特征是特别有利的。

根据一个优选实施方案，上升和连接电导体沿着与这些上升和连接电导体相邻的电解池的纵向边缘以规则的间隔分布。

该特征的一个优点在于磁场的水平纵向分量(即，平行于电解池的长度)在池的整个长度上具有均匀地分布，这使得可促进经由第一补偿电路的补偿。

上升和连接电导体有利地相对于电解池的横向中央平面XZ对称地布置，这可获得磁场的沿X的横向分量的反对称分布。

根据一个优选实施方案，上游上升和连接电导体和下游上升和连接电导体到电解池的纵向中央平面YZ的距离相等。

根据一个优选实施方案，上游上升和连接电导体和下游上升和连接电导体相对于所述电解池的纵向中央平面YZ大体对称布置。

这种配置——结合第一补偿电路——确保磁场沿Y的纵向分量的完美的反对称性。

根据一个优选实施方案，所述至少一个第一补偿电路包括在电解池下方延伸的电导体，所述电导体一起形成由多个(通常为二至十二个，且优选三至十个)平行的电导体构成的层。

所需平行导体的数量部分取决于液体和这些导体之间的距离。距离越远，则电导体的数量越少；距离越短，则电导体的数量越多。

该特征的一个优点在于，补偿在电解池的整个长度下方分布，以此方式得到较好的结果。应注意的是，第一补偿电路配置为使得第一补偿电流以相同的方向流过所述层的所有电导体。

第一补偿电流的强度对应于在池下方延伸的层的各平行电导体中流动的电流的总和。

根据一个优选实施方案，所述层的电导体沿着电解池的纵向方向Y彼此以规则的间隔布置。

根据一个优选实施方案，所述层的电导体相对于电解池的横向中央平面XZ大体对称的布置。

根据一个优选实施方案，所述层的电导体布置在相同的水平面XY中。

这些特征的一个优点在于，进一步提高了不利磁场的补偿。

根据一个优选实施方案，所述至少一个第二补偿电路包括：从所述至少一排电解池的各侧部延伸的电导体，和以与电解池各侧部的电解电流的整体流动方向相同的方向流动的第二补偿电流。

以这种方式，所述至少一个第二补偿电路的电导体形成内部回路和外部回路，并且以这种方式提供改进的磁场补偿。内部回路是指最靠近相邻排的回路而外部回路是指最远离相邻排的回路。

根据一个优选实施方案，在所述至少一个第二补偿电路的内部回路中流动的第二补偿电流的强度不同于在所述至少一个第二补偿电路的外部回路中流动的第二补偿电流的强度。

该特征补偿垂直于相邻行的残余磁场。

第二补偿电流的强度对应于在各回路中流动的电流强度的总和。

根据一个优选实施方案，在内部回路中流动的第二补偿电流的强度大于在外部回路中流动的第二补偿电流的强度。

这使得可以校正由相邻排产生的磁场。该相邻排产生的磁场与减去两倍的下游电解电流的串联电流成比例，而“常规”电解串联使得磁场直接与总电解电流成比例。因此，使用第一补偿电路，由相邻排产生的干扰场必定更弱且需要更少的校正。因此，关于第二补偿电路，内部回路的强度与外部回路的强度之间的差异将比在专利EP0204647的情况下小的多并且可以将两个池的排之间的间隙最小化。

根据一个优选实施方案，形成第二补偿电路的电导体相对于电解池的横向中央平面XZ大体对称。

这改善了有害磁场的补偿。

根据一个优选实施方案，第二补偿电路的电导体在相同的水平面XY，优选在液体铝层处延伸，所述液体铝在电解反应的过程中形成于电解池内部。

这种布置改善了垂直磁场的补偿，而不影响已通过第一补偿电路补偿的场的水平分量。

优选地，铝熔炉包括两个连续且平行的电解池的排，且内部回路的电路在排的末端形成用于由排之间的连接电导体引起的“排的端部”效应的补偿方式，这带来了更高的磁性稳定性并因此改善了排端部的池的效率。

根据一个优选实施方案，所述至少一个第一补偿电路独立于电解电流流过的主电路。

该特征具有限制损伤后果的优点，例如电解池被电解池中所含液体穿孔。另外，该特征在可扩展性方面是有利的，这是因为其可改变第一补偿电流的强度从而调节磁补偿。当电解池改变时，磁补偿的调整是有用的，这是因为这些电解池的磁配置改变了，或使铝的搅拌适应了该铝的质量(即使不同质量的氧化铝，仍可保持最佳的效率)。

根据一个优选实施方案，所述至少一个第二补偿电路独立于电解电流流过的主电路。

如上所述，这在可扩展性方面是有利的，这是因为其可改变第一补偿电流的强度从而调节磁补偿。

根据一个优选实施方案，电解池为在其长度方向上以N个模块重复的模块化电气结构，每个模块包括配置用于产生相同预定磁配置的电导体。

该特征在可扩展性方面是有利的：该特征可改变电解池，例如通过加入一个或多个模块而使电解池更大，而不改变电解池的磁平衡原理。

为获得相同的磁配置，各电气模块具有相同布置的电导体，流过电气模块的各电导体的电流的强度相同且与相邻电气模块的相应电导体的电流方向相同。各模块的电导体包括上升和连接电导体、阳极组件、阴极、阴极导体、阴极引出部、路由电导体，以及第一补偿电路的电导体层的电导体。这些电导体因此以与从一个模块到另一个模块相同的方式各自相对于另一电导体布置。特别地，各电气模块包括相同数量的第一补偿电路的电导体层的电导体。

应指出的是，铝熔炉的电解池包括全部或部分的电解池的上述特征。

本发明还涉及一种补偿磁场的方法，所述磁场由在具有上述特征的铝熔炉的多个电解池中的电解电流的流动产生，所述方法包括：

-第一补偿电流以与电解电流的总体流动方向相反的方向流过所述至少一个第一补偿电路，

-第二补偿电流以与电解电流的总体流动方向相同的方向流过所述至少一个第二补偿电路。

因此，该方法提供磁场的有效的磁补偿，所述磁场由在铝熔炉的一系列电解池中的电解电流的流动产生，由此限制了空间需求(encombrement)。

根据一个优选实施方案，所述方法包括使电解电流在电解池的上游和下游之间进行不对称分布；强度为电解电流强度50％-100％的上游电解电流穿过电解池上游的上升和连接电导体组；以及强度为电解电流强度0-50％的下游电解电流穿过的电解池下游的上升和连接电导体组，上游和下游电解电流的强度总和等于电解电流的强度。

该方法可获得磁性稳定的电解池，甚至在电解池为大尺寸时，尤其是宽的宽度时。因此效率得到显著的增长。

根据一个优选实施方案，第一补偿电流的强度等于下游的电解电流的强度的两倍加减约20％，且优选加减约10％。

该特征的一个优点在于，对于第一补偿电流的强度的值而言，该值与电解池的上游和下游之间的电解电流的分布直接相关，申请人观察到由第一补偿电路产生的水平磁场恰好校正了上游和下游电流之间的不对称，从而使得磁场的水平分量具有反对称的分布。该第一补偿电流也校正了全部或部分根据池上游和下游的电解电流之间的分布的垂直磁场，从而降低了池中的MHD不稳定性。如果上游和下游之间的分布为50％，则校正整个垂直磁场。

根据一个优选实施方案，第二补偿电流的强度为上游电解电流和下游电解电流之间强度差的50％至100％，且优选为上游电解电流和下游电解电流之间强度差的80％至100％。

类似地，申请人观察到，对于第二补偿电流的强度值，该值也与电解池的上游和下游之间的电解电流的分布直接相关，由第二补偿电路产生的垂直磁场恰好校正了由电解电流(池到池电路)和第一补偿电路的垂直磁场的加和得到的剩余垂直磁场。

根据一个优选实施方案，所述至少一个第二补偿电路包括内部回路和外部回路，且其中在内部回路中流动的第二补偿电流的强度不同于在外部回路中流动的第二补偿电流的强度。

根据一个优选实施方案，在内部回路中流动的第二补偿电流的强度大于在外部回路中流动的第二补偿电流的强度。

根据一个优选实施方案，所述方法包括以下步骤：分析在所述铝熔炉的至少一个电解池中的氧化铝的至少一个特征，以及确定作为所述至少一个所分析的特征的函数待流动的第一补偿电流和第二补偿电流的强度值。

因此，所述方法可改变磁配置，从而(在特殊的情况下)特意地引起液体中的流动和流速的改变，同时控制(轻微降低)熔池/金属界面的MHD不稳定性。液体(熔池+铝)的流动有助于搅拌氧化铝，这根据流动的速度和形状以及氧化铝的质量允许改善效率。所以，该优选的实施方案允许通过优化流动来改善效率从而溶解氧化铝，同时控制熔池/金属界面的MHD不稳定性“劣化”的水平。

从下面通过参考附图而以非限制性实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是现有技术的铝熔炉的示意图，

-图2是从现有技术的两个连续电解池的侧面示意图，

-图3是图2中两个电解池中的电解电流流过的电路线路的示意图，

-图4是沿着现有技术的电解池的纵向垂直平面的截面示意图，

-图5是本发明的一个实施方案的铝熔炉的示意图，

-图6是本发明的一个实施方案的铝熔炉中的两个连续电解池的侧面示意图

-图7是本发明的一个实施方案的铝熔炉中的电解池的纵向YZ平面的截面示意图，

-图8是由本发明的一个实施方案的铝熔炉中的电解池的电解电流流过的电流线路的侧面示意图，

-图9是示出流过图8的各区段的电解电流的强度的表，

-图10至12为本发明的一个实施方案的铝熔炉的电解池中的电解电流流过电路的线路示意图，示出产生显著磁场的电解池区域，

-图13是示出图10至图12中的各区段对计算由电解电流的流动所产生的磁场的垂直分量的贡献的表，

-图14是示出图10至图12中的各区段对计算由电解电流的流动所产生的磁场的纵向水平分量的贡献的表。

图1示出了现有技术的铝熔炉100。铝熔炉100包括电解池，所述电解池相对于它们形成的排的长度横向布置。在此，电解池对齐排成两个平行的排101、102。这些电解池有电解电流I₁₀₀穿过。两个补偿电路104、106沿着排101、102的侧部延伸以补偿通过从一个电解池到另一个电解池以及在相邻排中的电解电流I₁₀₀的流动产生的磁场。以与电解电流I₁₀₀相同方向流动的电流I₁₀₄、I₁₀₆分别穿过补偿电路104、106。发电机108向该串联电解池和补偿电路104、106供电。根据此实例，对于强度为500kA的电解电流，并且考虑“排的端部”磁干扰，最接近发电站108的电解池和发电机108之间的距离D₁₀₀为大约45m，且补偿电路104、106延伸超过行的端部的距离D₃₀₀为大约45m，而两个排101、102之间的距离D₂₀₀为大约85m以限制一个排对另一个排的磁干扰。

图2示出了同一排电解池中的两个连续的常规电解池110。如图2中示出的，电解池110包括内部衬有耐火材料114的槽壳112、浸入电解熔池120中的阴极116和阳极118，在该电解熔池的底部处形成一铝层122。阴极116电连接到阴极导体124，所述阴极导体124在阴极引出部126处穿过所述槽壳112的侧部。阴极引出部126连接到连接导体128，所述连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130。如图2中示出的，这些上升和连接导体130沿着电解池110的单侧(上游部件侧)倾斜地延伸且然后在阳极118上方延伸远至电解池110的中心纵向部分。

电解池包括在槽壳112和阳极118上方纵向地穿过电解池的超结构132(superstructure)。该超结构132具体包括安置在其每个纵向末端处的尾部(未示出)上的梁。该梁支撑阳极框架134，该阳极框架134也在槽壳112和阳极118上方纵向地延伸。该阳极框架134支撑阳极组件且这些阳极组件电连接到该阳极框架134。

图3示意性地示出电解电流I₁₀₀在每个电解池110中以及在两个相邻的电解池110之间(如图2中示出的那些)流过的路径。应尤其注意的是，电解电流I₁₀₀不对称地上升到电解池110的阳极组件，因为此上升仅在排内(到图2和图3中的池的左边)的电解电流I₁₀₀流动的总体流动方向上的电解池110的上游发生。

图4示出形成补偿电路104、106的现有技术的电导体在池110的侧部的布置，与在流过位于池下方的路由电导体128的电解电流I₁₀₀方向相同的补偿电流I₁₀₄、I₁₀₆分别流过这些电导体。

图5示出本发明的一个实施方案的铝熔炉1。铝熔炉1设计用于根据Hall-Héroult法通过电解生产铝。

铝熔炉1包括多个电解池，所述电解池大体呈矩形的且用于通过电解生产铝。这些电解池可以对齐成一个或多个排2，排之间大体上平行。如果合适，排2串联电连接且供应有电解电流IE。铝熔炉1还包括：第一补偿电路4，该第一补偿电路4在一个或多个排的电解池下方延伸；以及第二补偿电路6，该第二补偿电路6在一个或多个排2的电解池的至少一侧的上方延伸。根据图5中所示的实例，第二补偿电路6在每个排2的电解池的的两侧延伸。同样根据图5中所示的实例，所述铝熔炉包括彼此相对平行布置的两排池，所述两排池由同一个发电机8供电，且串联电连接以使在两排2的电解池中的第一排中流动的电解电流IE随后流入两排2电解池的第二排中。电解池相对于这些电解池形成的每一排2横向布置。应注意的是，横向布置的电解池2意指其最大尺寸(其长度)大体上垂直于电解电流IE流动的总体方向的电解池2。

在本发明中，上游和下游相对于电解电流IE流动的总体方向而定义，即，电解电流IE在电解池的排2的水平的流动方向。

应指出，相对于与电解池有关的笛卡尔参考系描述，X轴线定向在电解池的横向方向上，Y轴线定向在电解池的纵向方向上，而Z轴线定向在电解池的竖向方向上。相对于此参考体系定义定向、方向、平面和纵向位移、横向和竖向。

应注意的是，铝熔炉中的电解池优选为大尺寸的电解池，可通过电解池在本发明的铝熔炉中的电解池的特定形状来使用大的电解池，如在下文中详述的。电解池的尺寸由电解池表示的占地面积来定义。为此，池的尺寸认为由其槽壳的外部尺度来定义。大尺寸的电解池是指如下电解池：宽度大于4m，优选大于或等于5m，且特别大于或等于6m，和/或长度大于15m，优选大于或等于20m，且特别大于或等于25m。

图6更详细地示出一个实施方案的铝熔炉1中的电解池10。如该图所示，铝熔炉1的电解池10包括：槽壳12；阳极组件14；阴极16，阴极电导体18穿过该阴极16，所述阴极电导体18设计用于收集阴极16处的电解电流IE以将其传导至所述槽壳12外部的称为阴极引出部20的其他电导体；上升和连接电导体22，其用于连接阳极组件14以将电解电流IE传导至阳极组件14；以及路由电导体24，其连接至阴极引出部20，该路由电导体24设计用于将电解电流IE从极引出部20传导至下一电解池10的上升和连接电导体22。

槽壳12包括由耐火材料制成的内衬26。如图6和7所示，槽壳12优选包括加强托架28。槽壳12可为金属的，例如由钢制成。

阳极组件14包括支撑件30和至少一个阳极32。一个或多个阳极32特别地由碳质材料制成，且更具体而言为预焙烧型。支撑件30包括第一导电部34，例如大体上沿电解池10的横向X延伸的横梁；以及第二导电部36，由多个可称为“柱”的导电部件形成，柱的远端电连接至支撑件30的第一部34，而近端电连接至一个阳极或多个阳极32以将电解电流IE从支撑件30的第一部34传导至该/这些阳极32。阳极组件14设计成当一个阳极或多个阳极32耗尽时可被定期移除和替换。

阴极16可由多个碳质材料的阴极棒形成。阴极16被阴极导体18穿过，该阴极导体18设计用于收集阴极16处的电解电流IE以将引导至优选通过槽壳12底部外伸的阴极引出部20，如图6所示。

上升和连接电导体22沿着各电解池10的两个相对的纵向边缘38向上延伸以将电解电流IE传导到阳极组件14。应指出的是，电解池10的纵向边缘38对应于具有最大尺寸的边缘，即，大体与纵向方向Y平行电解池10的边缘。例如，一个以400到1000k安培的电流强度运行的电解池10可以例如优选地包括在其两个纵向边缘38中的每一个的整个长度上规则地间隔的4到40个上升和连接导体22。上升和连接电导体22包括：上游上升和连接电导体22A，即，与电解池10上游的纵向边缘38相邻；以及下游上升和连接电导体22B，即，与电解池10下游的纵向边缘38相邻。上游上升和连接电导体22A电连接至支撑件30的第一部34的上游的末端，而下游上升和连接电导体22B电连接至支撑件30的第一部34的下游的末端。

路由电导体24连接至阴极引出部20并设计成将电解电流IE从这些阴极引出部20传导至串联的下一电解池10的上升和路由电导体22。

阴极导体18、阴极引出部20和/或路由导体24可为金属棒，可以是复合物，例如由铝、铜和/或钢制成。

液体铝层40在电解反应的过程中形成。

应注意的是，本发明的铝熔炉1的电解池10优选为这样类型的电解池10：阳极替换通过电解池10上方的阳极组件14的垂直向上的牵引而进行，如图6中右侧的电解池10所示。上升和连接导体22在壳12的两侧延伸，而不与阳极32共线延伸，即，不在通过阳极32在水平面中垂直投影的投影面积获得的空间内延伸。这样除了表示可通过上升的垂直牵引允许改变阳极32的好处之外，与使用常规的上升和连接导体130相比，还缩短了上升和连接导体22的长度，这在图2中可以看出，常规的上升和连接导体130通常在电解池110的上方延伸到电解池110的纵向中央部分。这有助于降低生产成本。还应注意的是，支撑件30的水平部分34支撑和连接在各电解池10的两个纵向边缘38的每一个处。

因此，阳极组件不再通过超结构132被支撑和电连接在槽壳和阳极上方，如在图2中所示的现有技术的电解池亦为此情况。因此，本发明的该实施方案的铝熔炉1的电解池10不包括超结构。不使用超结构使得电解池10变宽和/或加长，从而有利于大尺寸的电解池10，如上所述。现有技术的电解池110的这种变大或加长由于超结构132而变得不可能，这是因为这种变宽和/或加长将导致超结构132本身的变宽和/或加长，并因此支撑横梁的支柱之间的横梁的跨度(portée)和支撑超结构132的重量变大。已有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112和阳极118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，尤其是在对阳极的改变的情况下。

由于在下文中详述的本发明铝熔炉1的特定的磁配置，电解池尺寸的增加同时增加电解电流IE的强度而不产生MHD不稳定性的行为使得与现有技术相比可显著改善铝熔炉1的性能。

铝熔炉1的电导体(尤其是上升和连接电导体22；支撑件30；阴极引出部20；连接导体24；第一和第二补偿电路4、6的电导体)事实上被配置用于获得由电解电流IE的循环产生的磁场的水平和竖向分量的有效补偿，并在这种情况下限制了MHD的不稳定性，并因此提高了效率。

更具体而言，流过上升和连接电导体22的电解电流IE在上升和连接电导体的上游22A和下游22B之间的分布是不对称的。电解电流IE分成：上游电解电流IEA，其穿过电解池10的上游上升和连接电导体22A组；以及下游的电解电流IEB，其穿过电解池10的下游上升和连接电导体22B组。上游电解电流IEA的强度为电解电流IE的强度的50-100％，而下游电解电流IEB的强度为电解电流IE的强度的0-50％，应注意的是，上游电解电流IEA和下游IEB电解电流是互补的，即，上游电解电流IEA和下游IEB电解电流的总强度等于电解电流IE的强度。

这种上游相对于下游强度更高的不对称分布在铝熔炉的电解池10为大尺寸的电解池时是特别有利的。电解电流IE的上游/下游不对称性能够避免不得不依赖过度增加电解池10下的路由导体24的截面，从而在不影响电解池10的磁性稳定性的情况下节省了材料和空间。

上游电解电流强度和下游电解电流强度IEA、IEB之间的分布的选择通过经济研究来完成。这种选择主要取决于两个池之间的距离和池的高度。这种分布通过调节上游电路和下游电路的电导体的截面并考虑它们的长度而进行。

上升和连接导体22大体上垂直延伸，优选仅垂直延伸，以使电解电流IE缓慢流动通过上升和连接导体22产生仅具有水平分量的磁场，而没有垂直分量。

类似地，阳极组件14的支撑件30的第二部36和/或阴极引出部20有利地在竖向方向上延伸，且优选仅竖向延伸，以使电解电流IE缓慢通过该第二部36和/或通过阴极引出部20产生仅具有水平分量的磁场，而没有垂直分量。

应注意的是，阴极引出部20有利地穿过槽壳12的底部。在底部设置阴极引出部20，而不是如现有技术(图2)的在电解池侧部的阴极引出部，的做法缩短了路由导体24的长度。路由导体24的长度减少，除了可以节省原料，还允许显著降低液体中的水平电流，并因此提高MHD稳定性。

此外，还为了有效地补偿由电解电流IE的流动产生的磁场，阳极组件14的支撑件30的第一部34大体上水平延伸、优选水平延伸并与电解池10的横向方向X平行。

类似地，路由导体24有利地大体上直线延伸并与电解池10的横向方向X平行，直至下一电解池10的上升和连接导体22。这通过将路由电导体24的长度最小化而限制了其成本。这也限制了由这些相对于现有技术的路由电导体24产生的磁场，特别是相对于现有技术的自补偿电解池。

优选地，上升和连接电导体22在与它们相邻的纵向边缘38的几乎整个长度上以规则的间隔分布。换言之，两个连续的上升和连接电导体22在纵向方向Y上间隔相同距离。这改善了磁场(即，与电解池10的长度平行的磁场)的纵向水平分量的平衡。

上游上升和连接电导体22A和下游上升和连接电导体22B可布置为与各电解池10的纵向中央YZ平面(即，大体上垂直于横向方向X并且将每个电解池10分成两个基本相等的部分的平面)等距。换言之，上游上升和连接电导体22A与该纵向中央平面YZ的距离与下游上升和连接电导体22B与该纵向中央平面YZ的距离相等。另外，上游上升和连接电导体22A有利地布置为关于该纵向中央平面YZ与下游上升和连接导体22B大体上对称。因此，液体中的水平磁场分布的有利的大体上反对称的特性进一步改善。

为限制由电解电流通过上升和连接电导体22所产生的磁场，这些上升和连接电导体有利地在液体(电解熔池)上方0到1.5米的高度h处延伸。因此，上升和连接导体22的长度相对于常规型的上升和连接导体130大大降低，常规型的上升和连接导体130延伸至高于现有技术电解池130的两米的高度。

为提高铝熔炉1的紧凑性并限制原料的成本，可将电解池10的上游上升和连接导体22A相对于排2中的前一电解池10的下游上升和连接导体22B交错布置。这可将电解池10尽可能地彼此靠近，既使得在相同的距离具有更多串联的电解池10(这增加了效率)，还缩短了电解池10的行2的长度，由此获得了空间并进一步节省结构。

为了有效补偿由电解电流IE流动产生的磁场的水平分量，即，为获得水平反对称分量，将阳极组件14的支撑件30的第一部34和阳极组件14的支撑件30的第二部36配置为使得电解电流流过该第二部36的上游一半的部分的强度基本上等于电解电流流过该第二部36的下游一半的部分的强度。换言之，如图8所示，电解电流流过位于电解池10的纵向中央平面YZ的上游侧的所有柱的部分的强度基本上等于电解电流流过位于该纵向中央平面YZ的下游侧的所有柱的部分的强度。特别地，如由图8的区段S9并结合表9中的表是明显的，上游的电解电流IEA的部分流动直至位于电解池10的中央平面YZ的下游的柱。这通过将不同部分的导体进行全局电平衡来实现。

本发明的铝熔炉1的磁补偿或磁平衡的原理使获得可以模块化的方式构造的用于铝熔炉1的导体的电路成为可能，如图7所示。每个模块M可以包括例如第一补偿电路4的电导体和特定数目的与每个电解池10相关的路由导体24以及上升和连接导体22。事实是各模块M中包括的电导体(上升和连接导体22、阳极组件14、阴极16、阴极导体18、阴极引出部20、路由导体24、第一补偿电路4的电导体)被配置用于产生同样的预定的磁配置。换言之，将各模块M的电导体进行布置并被电流穿过以使各模块M产生相同的垂直和水平分量的磁场。

导体的电路且由此每个电解池10可以由数目为N的模块M构成，这决定了电解池10的长度和流过电解池10的电流的强度(流入一系列电解池的电解电流IE的强度等于电解电流流过各模块M的部分的强度乘以模块M的数目N)。

值得注意的是，鉴于各模块M的磁配置，通过在池端部由第二补偿电路6补偿的每个电解池10的模块M的数目N的选择仅略微干扰电解池10的磁平衡。这使得获得最佳的磁配置成为可能，当通过加入这种模块设计或延长电解池10的长度时，安培值高于1000kA或甚至为2000kA。相比之下，自补偿型电解池的长度或现有技术中已知的通过在池的侧部布置的磁补偿电路补偿的电解池的长度使得必须完全重新设计导体电路。当电解池10被加长时，形成导体的电路的材料的质量与产生的电解池10的表面积的比率未变小；它相对于模块M的数目N和通过电解池10的电流强度成比例地增加。因此，可以根据需要简单地延伸电解池10，且流过所述电解池10的电流的强度不被限制。因此，电解池10的电导体的模块构造在可扩展性方面提供了优势，这是因为模块构造(与第二补偿电路的安培数的简单调节相结合)允许改变电解池10而不影响它们的磁平衡和电平衡。

图9中的表与图8结合示出一个模块的流过电解池10的不同导电部件的强度值，这些导电部件通过区段表示：S1表示上游上升和连接导体22A；S2、S5和S8表示支撑件30的第一部34；S3和S9表示支撑件30、阳极32、电解熔池、铝层40、阴极16、阴极导体18和阴极引出部20的第二部36；S4、S6和S10表示路由导体24；S7表示下游上升和连接导体22B。

应指出，如图9、13和14的表中所示的强度i和ia之和等于上游电解电流IEA的强度除以电解池10的模块数目N；强度ib等于下游电解电流IEB的强度除以电解池10的模块数目N；ia和ib之和等于i；因此，上游电解电流和下游电解电流IEA、IEB之和等于2i乘以模块数目N；流过串联电解池的电解电流IE的强度等于通过电解池的整个上游部分的上游电解电流IEA的强度与通过电解池的整个下游部分的下游电解电流IEB的强度之和(即2i)与电解池模块数目N的乘积。

图10至12为在铝熔炉1的电解池10的模块中的电解电流穿过的电路的线路示意图，并示出了该电解池10的产生显著干扰磁场的三个主要区域P1、P2、P3：上游区域P1、中央中间区域P2和下游区域P3，下游区域P3沿着电解池10的纵向中间平面YZ与上游区域P1对称。

图13中的表结合图10、11和12示意性地示出了由电解池10的电导体(由区段示意性地表示)分别在三个区域P1、P2、P3中以及由第一和第二补偿电路4、6产生的磁场地垂直分量。通过加和每个电导体的贡献，以及加和第一和第二补偿电路4、6的贡献，可以看出，由电解电流的流动产生的磁场的垂直分量Bz为零，即，完全补偿。以此方式，将MHD不稳定性最小化；这提供了可显著地提高效率的可能。

另外，图14中的表也结合图10、11和12示意性地示出了由电解电流逐区域流过电解池10的电导体(由区段表示)和由流过第一补偿电路和第二补偿电路4、6产生的磁场的水平纵向分量。磁场本身的横向水平分量是反对称的，这是因为导体关于平面XZ对称。通过加和各区段的贡献，以及加和第一补偿电路和第二补偿电路4、6的贡献，可以看出，磁场的纵向水平分量By是反对称的(区域P1、P3上游和下游相反，中央区域P2为零)。这种反对称消除了由于磁场的水平分量引起的有害影响。

将在下文中详述第一补偿电路4

第一补偿电路4在电解池10的下方延伸。该第一补偿电路4被设计用于被以与电解电流IE的总体流动方向相反的方向的第一补偿电流IC1穿过，从图5和7可知。从上文可知，电解电流IE的总体流动方向表示电解电流IE流过铝熔炉1或电解池10的一个或多个排2的方向。

第一补偿电路4包括可为金属(例如铝、铜或钢)棒的电导体，或者，电导体有利地由超导材料制成，所述超导材料有助于降低能耗并且因其质量低于等效金属导体而减少用于支撑它们或通过金属导向器42(图7)保护它们或通过遮盖它们免受任何熔融金属影响的结构的成本。有利地，这些由超导材料制成的电导体可以被布置成使得在一个或多个排的池下方形成串联的若干匝，如在申请人的专利申请WO2013007893中所描述的。

铝熔炉1包括发电机44，该发电机44被配置用于使流过第一补偿电路4的电流的强度IC1等于下游电解电流IEB的强度的两倍加减约20％，且优选加减约10％。

该发电机44可为独立的供电机，即，与向电解池10提供电解电流IE的发电机8分开。因此，第一补偿电路4的发电机44仅用于向第一补偿电路4供电。

因此，第一补偿电路4也独立于流过尤其包括电解池10的一个或多个排2的电解电流IE的主电路。如果第一补偿电路4受到损害，例如电解池10中的一个被电解池所含的液体刺穿，其温度接近1000℃，电解反应可以继续，但效率降低，这是因为磁补偿受到影响。另外，第一补偿电流IC1的强度可独立于电解电流IE进行改变。这对于可扩展性和适应性极其重要。部分是因为如果在铝熔炉1的使用期间增加电解电流IE的强度，这可以通过根据需要改变第一补偿电流IC1的强度来调整磁补偿以适应这种改变。此外是因为第一补偿电流IC1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限制液体的搅拌和熔池中的氧化铝的溶解，这最终有助于根据氧化铝供应提供可能的最佳效率。

在电解池下方延伸的第一补偿电路4的电导体一起形成一层平行的电导体，有利地为2个至12个电导体，优选为3个至10个平行的电导体。换言之，在电解池10的纵向截面上，即，电解池10的纵向平面YZ上，如图7所示，第一补偿电路4在电解池10的若干部分下方延伸。应注意的是，第一补偿电流IC1以与电解电流IE的流动总体方向相反的方向流过形成层的全部电导体。该层可以由形成在电解池10下方串联的若干匝或回路的相同电路形成，各回路对应于该层的一个电导体。或者，所述层可通过由第一补偿电路4的平行的电导体束形成的一个分部(division)形成，该电导体束可任选地在电解池10下方形成单个回路。

第一补偿电流IC1的强度等于流过层的各电导体的补偿电流强度之和。优选地，第一补偿电流IC1在层的各电导体中的强度等于第一补偿电流IC1的强度除以该层的电导体数目。

层的电导体优选彼此等间距。因此，所述层的两个相邻的电导体间隔距离相等。因此，进一步提高了不利磁场的补偿。

层的电导体可以彼此平行地延伸。他们优选平行于电解池10的横向方向X延伸。此外，形成层的电导体可以全部布置在相同的水平面XY上。这也改善了由电解电流的流动产生的磁场的补偿。

此外，层的电导体可相对于电解池的横向中间平面XZ(即，相对于垂直于纵向方向Y的平面)大体上对称地延伸，该平面将电解池10分成两个大体上相同的两部分。

根据图7中的实例，第一补偿电路4形成一层三个基本上等距地布置在基本上相同的水平面XY中的导体。该层包括与电解池10所具有的模块M一样多的电导体。

事实上，所述层有利地配置为使得电解池10的各模块M包括相同数目的第一补偿电路4的电导体。这使得每个模块均可获得磁场补偿，这产生了更好的效果并在实施和可扩展性方面提供了显著的优点。

将在下文详述第二补偿电路6。

第二补偿电路6在电解池10的至少一个横向侧部上方延伸，大体上与电解池10的横向方向X平行，即，与电解池10的一个或多个排2平行。所述第二补偿电路6设计成被第二补偿电流IC2以与电解电流IE的总体流动方向相同的方向穿过。

优选地，第二补偿电路6沿电解池10的两个横向侧部延伸，如图5所示。在这种情况下，内部回路61表示位于相邻电解池10的前两行2之间的第二补偿电路6的电导体，而外部回路62表示位于电解池10的行2外侧(即，其相对于形成内部回路61的电导体位于电解池10的另一侧)的第二补偿电路6的电导体。第二补偿电流IC21穿过内部回路61，而第二补偿电流IC22穿过外部回路62。第二补偿电流IC21和IC22以相同的方向流动。分别在内部回路61和外部回路62中流动的电流IC21和IC22的总和等于补偿电流IC2。内部回路61和/或外部回路62可形成串联的若干匝；如果合适，电流IC21、IC22的强度分别为串联匝的数目与各串联匝中流动的电流的乘积。

铝熔炉1包括发电机46，该发电机46优选配置成流过第二补偿电路6(内部回路61和/或外部回路62)，补偿电流IC2的总强度(在适当的情况下，内部回路61加外部回路62)为上游电解电流和下游电解电流之间强度差的50％至100％，且优选为上游电解电流和下游电解电流之间强度差的80％至100％。根据每个电解池10中的电解电流IE的不对称分布确定的强度值与非对称分布值IEA、IEB和第一补偿电流IC1的强度的选择协同地提供最佳磁场补偿结果，有效地应用于大尺寸电解池10。

优选地，在内部回路61中流动的电流IC21的强度不同于在外部回路62中流动的电流IC22的强度。更具体而言，在内部回路61中流动的电流IC21的强度有利地大于在外部回路62中流动的电流IC22的强度。

可以增加流过内部回路61的电流以补偿相邻排对垂直磁场的影响。这种增加将具有接近(50％以内)IE2xD61/DP2的典型值，其中IE2＝IE—IC1+IC2＝IE+IEA-3IEB且DP2为相邻排到池中央的距离，D61为内部回路61到池中央的距离。对于常规的电解串联，IE2大于或等于IE。应注意的是，IE+IEA-3IEB远小于IE。通过这种设计，使得将相邻排更加靠近成为可能，这是因为由相邻排产生的磁场更弱，与本领域技术人员已知的成本相比，没有任何额外的成本。

向第二补偿电路6供电的发电机46可为单独的供电机，即，与向电解池10提供电解电流IE的发电机8分开且与向第一补偿电路4供应的发电机44分开。因此，第二补偿电路6的发电机46仅用于向第二补偿电路6供电。因此，第二补偿电路6也独立于电解电流IE穿过的主电路。第二补偿电流IC2的强度独立于电解电流IE变化，因此其在铝熔炉1的可扩展性和适应性方面提供了显著的优点，如上文关于第一补偿电路4所述。有利地，第二补偿电路6也可与第一补偿电路4分开。

当第二补偿电路6在电解池10的两侧延伸时，形成该第二补偿电路6的电导体可有利地关于电解池10的中央横向平面XZ对称。这提高了不利磁场的补偿。

此外，从有效补偿由电解电流IE的流动产生的磁场来看，第二补偿电路6的电导体有利地在相同的水平面XY上延伸。优选地，该XY水平面位于在电解反应期间在电解池10内形成的液态铝层40处。

应注意的是，形成第二补偿电路6的电导体可有利地配置成限制“排的末端”效应，如图5所示。

形成第二补偿电路6的电导体可为金属(例如铝、铜或钢)棒，或电导体有利地由超导材料制成，所述超导材料用于降低能耗并且因其质量低于等效金属导体而减少用于支撑它们的结构的成本。有利地，这些由超导材料制成的电导体可以布置成使得在排2的电解池10一侧或两侧形成串联地若干匝，如在申请人的专利申请WO2013007893中所描述的。

本发明还涉及一种补偿磁场的方法，所述磁场由具有上述特征的铝熔炉1的电解池10中的电解电流IE的流动产生。所述方法包括：

-使第一补偿电流IC1以与电解电流IE的总体流动方向相反的方向流过第一补偿电路4，

-使第二补偿电流IC2以与电解电流IE的总体流动方向相同的方向流过第二补偿电路6。

该方法还有利地包括：在上游上升和连接电导体22A和下游上升和连接电导体22B之间不对称分配电解电流IE。

电解电流在电解池10的上游和下游之间不对称分配的这一步骤包括：将电解电流IE分成上游电解电流IEA和下游电解电流IEB，所述上游的电解电流IEA流过各电解池10的所有上游上升和连接电导体22A，使得上游电解电流IEA的强度为电解电流IE的强度的50-100％；所述下游电解电流IEB流过各电解池10的所有下游上升和连接电导体22B，使得下游电解电流IEB的强度为电解电流IE的强度的0-50％，上游电解电流和下游的电解电流IEA、IEB的强度总和等于电解电流IE的强度。

使第一补偿电流IC1流动的步骤有利地使得第一补偿电流IC1的强度等于下游电解电流IEB的强度的两倍加减约20％，且优选加减约10％。

使第二补偿电流IC2进行循环的步骤有利地使得第二补偿电流IC2的总强度(内部回路61+外部回路62)为上游电解电流IEA和下游电解电流IEB之间强度差的50％至100％，且优选为上游电解电流和下游的电解电流之间强度差的80％至100％。

对于上游的电解电流IEA、下游的电解电流IEB、第一补偿电流IC1和第二补偿电流IC2的这些强度值，申请人发现，由电解电流的流动而产生的磁场得到最有效的补偿。

此外，在内部回路61中流动的电流IC21的强度可不同于在外部回路62中流动的电流IC22的强度。更具体而言，在内回路61中流动的电流IC21的强度有利地大于在外部回路62中流动的电流IC22的强度。

此外，所述方法可有利地包括如下步骤：分析上述铝熔炉1中的至少一个电解池10中的氧化铝的至少一个特征，并根据所分析的特征确定待流动的上游电解电流和下游电解电流IEA、IEB的电流强度值的分布，这也适当限定第一补偿电流和第一补偿电流IC1、IC2的强度值以及适当限定上游电解电流和下游电解电流IEA、IEB的强度值。如果第一补偿电流和第二补偿电流IC1、IC2和初始上游电解电流和下游电解电流IEA、IEB的强度值与如此确定的值不同，那么可将第一补偿电流和第二补偿电流IC1、IC2以及适当上游电解电流和下游电解电流IEA、IEB的强度值改变到先前确定的值。因此，该方法可改变磁补偿以增加或降低液体的混合同时控制MHD不稳定性。通常，液体的混合(流动)越充分，则氧化铝的溶解越有效，但熔池/金属界面越不稳定(＝MHD不稳定性)，这可能不利于池的效率。该方法对于上述电导体的配置是特别有利的，这是因为该方法可使电解池10磁性非常稳定并因此提供更大范围的根据氧化铝的质量的调整/最佳混合。所分析的氧化铝的特征可尤其为氧化铝在熔池中溶解的能力、氧化铝的流动性、溶解性、氟含量、水分含量等。

根据所分析的氧化铝的特征确定上游补偿电流和下游补偿电流IEA、IEB的强度值和/或第一补偿电流和第二补偿电流IC1、IC2的强度值的分布可通过使用图表确定，该图表例如由本领域技术人员通过计算、实验和记录上游电解电流和下游电解电流IEA、IEB强度/氧化铝的特征的最佳对应获得。这是将液体的所需混合的强度相对于MHD不稳定性水平进行量化的问题。

可能发生的是，可用于铝熔炉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，且因此具有在电解熔池中不同的溶解能力。在此情况下，电解池10中的液体的移动是有利的，这是因为它可以用来搅拌这种氧化铝以促使它溶解。然而，尤其在自补偿的情况下(现有技术中使用)，液体移动引起的磁场被电解电流自身直接补偿，其中通过连接导体的路径施加和固定磁场的分布。因此，在具有自补偿的铝熔炉中，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故意和临时引入不平衡。因此，当可用的氧化铝比普通氧化铝更难溶解的氧化铝时，具有自补偿的铝熔炉的效率才会受到显著影响。

本发明当然不限于上文描述的实施方案，此实施方案仅是以示例方式提供的。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，修改是可能的。因此，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 (33)

1.一种铝熔炉(1)，其包括至少一排(2)的电解池(10)，所述电解池(10)相对于所述至少一排(2)的长度横向布置，所述电解池(10)中的一个包含阳极组件(14)和连接到所述阳极组件(14)的上升和连接电导体(22)，其特征在于，所述上升和连接电导体(22)沿着所述电解池(10)的两个相对的纵向边缘(38)向上延伸以将电解电流(IE)传导至所述阳极组件(14)，并且特征在于，所述铝熔炉(1)包括：

-至少一个第一补偿电路(4)，其在电解池(10)下方延伸，所述至少一个第一补偿电路(4)可被第一补偿电流(IC1)穿过，所述第一补偿电流(IC1)设计成以与电解电流(IE)的总体流动方向相反的方向在电解池(10)的下方流动，

-至少一个第二补偿电路(6)，其在所述至少一排(2)的电解池(10)的至少一侧的上方延伸，所述至少一个第二补偿电路(6)可被第二补偿电流(IC2)穿过，所述第二补偿电流(IC2)设计成以与电解电流(IE)的总体流动方向相同的方向流动。

2.根据权利要求1所述的铝熔炉(1)，其中所述上升和连接电导体(22)包括：上游上升和连接电导体(22A)，其与电解池(10)的上游纵向边缘(38)相邻；和下游上升和连接电导体(22B)，其与电解池(10)的下游纵向边缘(38)相邻；并且铝熔炉(1)的布置方式为使得上游上升和连接电导体(22A)和下游上升和连接电导体(22B)之间的电解电流(IE)分布呈非对称的，设计成流过电解池(10)的所有上游上升和连接电导体(22A)的上游电解电流(IEA)的强度等于电解电流(IE)强度的50-100％，而设计成流过电解池(10)所有下游上升和连接电导体(22B)的下游电解电流(IEB)的强度等于电解电流(IE)的0-50％，上游电解电流和下游电解电流(IEA)、(IEB)的总强度等于电解电流(IE)的强度。

3.根据权利要求2所述的铝熔炉(1)，其中所述铝熔炉包括发电机(44)，所述发电机(44)配置为用于使得流过所述至少一个第一补偿电路(4)的第一补偿电流(IC1)的强度等于下游电解电流(IEB)的强度的两倍加减20％。

4.根据权利要求2所述的铝熔炉(1)，其中所述铝熔炉包括发电机(44)，所述发电机(44)配置为用于使得流过所述至少一个第一补偿电路(4)的第一补偿电流(IC1)的强度等于下游电解电流(IEB)的强度的两倍加减10％。

5.根据权利要求2至4之一所述的铝熔炉(1)，其中所述铝熔炉(1)包括发电机(46)，所述发电站(46)配置为用于使得流过所述至少一个第二补偿电路(6)的第二补偿电流(IC2)的强度为上游电解电流和下游的电解电流(IEA、IEB)之间强度差的50％至100％。

6.根据权利要求2至4之一所述的铝熔炉(1)，其中所述铝熔炉(1)包括发电机(46)，所述发电站(46)配置为用于使得流过所述至少一个第二补偿电路(6)的第二补偿电流(IC2)的强度为上游电解电流和下游的电解电流(IEA、IEB)之间强度差的80％至100％。

7.根据权利要求1至4之一所述的铝熔炉(1)，其中上升和连接电导体(22)沿着与这些上升和连接电导体(22)相邻的电解池(10)的纵向边缘(38)以规则的间隔分布。

8.根据权利要求2至4之一所述的铝熔炉(1)，其中所述上游上升和连接电导体(22A)和所述下游上升和连接电导体(22B)距离电解池(10)的纵向中间平面(YZ)的距离相等。

9.根据权利要求8所述的铝熔炉(1)，其中所述上游(22A)上升和连接电导体(22)和所述下游上升和连接电导体(22B)相对于所述电解池(10)的纵向中间平面(YZ)大体对称布置。

10.根据权利要求1至4之一所述的铝熔炉(1)，其中所述至少一个第一补偿电路(4)包括电导体，其在电解池(10)下方延伸，所述电导体一起形成由多个平行的电导体构成的层。

11.根据权利要求10所述的铝熔炉(1)，其中在电解池(10)下方延伸的电导体一起形成由二至十二个平行的电导体构成的层。

12.根据权利要求11所述的铝熔炉(1)，其中在电解池(10)下方延伸的电导体一起形成由三至十个平行的电导体构成的层。

13.根据权利要求10所述的铝熔炉(1)，其中所述层的电导体沿着电解池(10)的纵向方向(Y)彼此以规则的间隔布置。

14.根据权利要求10所述的铝熔炉(1)，其中所述层的电导体相对于电解池(10)的横向中间平面(XZ)大体对称的布置。

15.根据权利要求10所述的铝熔炉(1)，其中所述层的电导体布置在相同的水平面(XY)中。

16.根据权利要求1至4之一所述的铝熔炉(1)，其中所述至少一个第二补偿电路(6)包括：电导体，其从所述至少一排(2)的电解池(10)的各侧部延伸的电导体；以及第二补偿电流(IC2)，其以与电解池(10)各侧部的电解电流(IE)的整体流动方向相同的方向流动。

17.根据权利要求16所述的铝熔炉(1)，其中在所述至少一个第二补偿电路(6)的内部回路中流动的第二补偿电流(IC21)的强度不同于在所述至少一个第二补偿电路(6)的外部回路中流动的第二补偿电流(IC22)的强度。

18.根据权利要求17所述的铝熔炉(1)，其中内部回路中流动的第二补偿电流(IC21)的强度大于在外部回路中流动的第二补偿电流(IC22)的强度。

19.根据权利要求16所述的铝熔炉(1)，其中形成第二补偿电路(6)的电导体相对于电解池(10)的横向中间平面(XZ)大体对称。

20.根据权利要求16所述的铝熔炉(1)，其中第二补偿电路(6)的电导体在相同的水平面(XY)中延伸。

21.根据权利要求20所述的铝熔炉(1)，其中第二补偿电路(6)的电导体液体铝(40)层处延伸，所述液体铝在电解反应的过程中形成于电解池(10)中。

22.根据权利要求1至4之一所述的铝熔炉(1)，其中所述至少一个第一补偿电路(4)独立于电解电流(IE)流过的主电路。

23.根据权利要求1至4之一所述的铝熔炉(1)，其中所述至少一个第二补偿电路(6)独立于电解电流(IE)流过的主电路。

24.根据权利要求1至4之一所述的铝熔炉(1)，其中电解池(10)具有在长度方向上以N个模块(M)重复的模块化电气结构，每个模块(M)包含配置用于产生相同的预定磁配置的电导体。

25.一种补偿电磁场的方法，所述电磁场由权利要求1至24之一所述的铝熔炉(1)的多个电解池(10)中的电解电流(IE)的流动产生，所述方法包括：

-第一补偿电流(IC1)以与电解电流(IE)的总体流动方向相反的方向流过所述至少一个第一补偿电路(4)，

-第二补偿电流(IC2)以与电解电流(IE)的总体流动方向相同的方向流过所述至少一个第二补偿电路(6)。

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述方法包括：使电解电流(IE)在电解池(10)的上游和下游之间进行不对称分布；使强度为电解电流(IE)强度的50％-100％的上游电解电流(IEA)穿过电解池(10)上游的上升和连接电导体(22)组；以及使强度为电解电流(IE)强度的0-50％的下游的电解电流(IEB)穿过电解池(10)下游的上升和连接电导体(22)组，上游电解电流和下游电解电流(IEA)、(IEB)的强度总和等于电解电流(IE)的强度。

27.根据权利要求26所述的方法，其中第一补偿电流(IC1)的强度等于下游电解电流(IEB)的强度的两倍加减20％。

28.根据权利要求27所述的方法，其中第一补偿电流(IC1)的强度等于下游电解电流(IEB)的强度的两倍加减10％。

29.根据权利要求26至28之一所述的方法，其中第二补偿电流(IC2)的强度为上游电解电流和下游电解电流(IEA、IEB)之间强度差的50％至100％。

30.根据权利要求29所述的方法，其中第二补偿电流(IC2)的强度为上游电解电流和下游电解电流(IEA、IEB)之间强度差的80％至100％。

31.根据权利要求25至28之一所述的方法，其中所述至少一个第二补偿电路(6)包括内部回路和外部回路，且其中在内部回路中流动的第二补偿电流(IC21)的强度不同于在外部回路中流动的第二补偿电流(IC22)的强度。

32.根据权利要求31所述的方法，其中在内部回路中流动的第二补偿电流(IC21)的强度大于在外部回路中流动的第二补偿电流(IC22)的强度。

33.根据权利要求25至28之一所述的方法，其中所述方法包括以下步骤：分析在所述铝熔炉(1)的至少一个电解池(10)中的氧化铝的至少一个特征，以及根据所分析的至少一个特征确定待流动的第一补偿电流(IC1)和第二补偿电流(IC2)的强度值。

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