EP2732076A2 - Aluminerie comprenant des conducteurs electriques en materiau supraconducteur - Google Patents

Aluminerie comprenant des conducteurs electriques en materiau supraconducteur

Info

Publication number
EP2732076A2
EP2732076A2 EP12748727.0A EP12748727A EP2732076A2 EP 2732076 A2 EP2732076 A2 EP 2732076A2 EP 12748727 A EP12748727 A EP 12748727A EP 2732076 A2 EP2732076 A2 EP 2732076A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
superconducting material
electrolysis
electrical
electrical circuit
electrical conductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12748727.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Christian Duval
Steeve RENAUDIER
Benoit BARDET
Olivier Martin
Stéphane WAN TANG KUAN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rio Tinto Alcan International Ltd
Original Assignee
Rio Tinto Alcan International Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from FR1102199A external-priority patent/FR2977898A1/fr
Priority claimed from FR1102198A external-priority patent/FR2977899A1/fr
Application filed by Rio Tinto Alcan International Ltd filed Critical Rio Tinto Alcan International Ltd
Publication of EP2732076A2 publication Critical patent/EP2732076A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/16—Electric current supply devices, e.g. bus bars
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/20—Automatic control or regulation of cells

Definitions

  • Aluminerie comprising electrical conductors of superconducting material
  • the present invention relates to an aluminum smelter, and more particularly to the electrical conductor system of an aluminum smelter.
  • an electrolytic cell composed in particular of a steel box, a refractory lining, and a cathode made of carbon material, connected to conductors used to carry the electrolysis current.
  • the electrolytic cell also contains an electrolytic bath consisting in particular of cryolite in which is dissolved alumina.
  • the Hall-Héroult process consists in partially immersing a carbon block constituting the anode in this electrolytic bath, the anode being consumed as and when the reaction progresses. At the bottom of the electrolytic cell is formed a sheet of liquid aluminum.
  • aluminum production plants include several hundred electrolysis tanks. These electrolysis tanks are traversed by a high electrolysis current of the order of several hundreds of thousands of amperes.
  • Some problems are common in an aluminum smelter; they consist in particular in the reduction of the costs in terms of energy consumed, of the material used to make the electrical conductors and the reduction of the bulk in order to increase the production on the same surface.
  • Another problem results from the existence of a large magnetic field generated by the electrolysis current. This magnetic field disturbs the operation of the tanks whose performance it decreases. The vertical component of this magnetic field, in particular, causes the instability of the liquid aluminum sheet.
  • This problem is particularly important at the ends of the electrolysis cell lines and requires a significant elongation of the electrical conductors connecting two neighboring lines or a queue end to the feed station. Such elongation of the electrical conductors generates a large size and an oversized buildings.
  • FIG. 1 illustrates schematically, seen from above, an electrolytic tank 100 in which the magnetic field is self-compensating thanks to the arrangement of the conductors 101 connecting this tank 100 to the next tank 102 placed downstream.
  • the conductors 101 are eccentric with respect to the tank 00 that they bypass.
  • An example of magnetically self-compensated tank is known in particular from patent document FR2469475.
  • Another solution for decreasing the vertical component of the magnetic field is to use a secondary electrical circuit formed by one or more metallic electrical conductors.
  • This secondary electrical circuit conventionally follows the axis or axes of alignment of the electrolysis cells of the aluminum smelter. It is traversed by a current whose intensity is equal to a certain percentage of the intensity of the electrolysis current, and thereby generates a magnetic field compensating for the effects of the magnetic field created by the electrolysis current.
  • the present invention aims to remedy all or part of the disadvantages mentioned above and to provide a solution to the problems encountered in an aluminum production plant by proposing an aluminum smelter whose manufacturing and operating costs are significantly reduced and with less space.
  • the subject of the present invention is an aluminum smelter comprising:
  • the use of at least one electrical conductor of superconducting material makes it possible in particular to reduce the overall energy consumption of the aluminum smelter, and therefore the operating costs of the smelter.
  • electrical conductors of superconducting material allow better management of the available space inside the aluminum smelter.
  • electrical conductors of superconducting material require less important support structures and therefore less expensive.
  • the arrangement of the electrical conductor of superconducting material of the electrical circuit, wholly or partly, inside a magnetic shield enclosure has the advantage of preventing the electrical conductor of superconducting material from generating a surrounding magnetic field.
  • this makes it possible to create passage zones for vehicles or vehicles whose operation would be disturbed by the intensity of the magnetic field at these areas of passage in the absence of magnetic shield. It also avoids the use of expensive gear with shielding protecting them from strong magnetic fields. This also allows stabilization of the electrolytic cells by locally controlling and adjusting the magnetic fields. It results from the use of such magnetic shield speakers the possibility of reducing the length of the conductors and their bulk.
  • the magnetic shield enclosure may also be formed of superconducting material.
  • Superconducting materials form high-performance magnetic screens when kept below their critical temperature.
  • the electrical conductor of superconducting material is formed by a cable comprising a central core made of copper or aluminum, at least one fiber of superconducting material and a cryogenic envelope.
  • the cryogenic envelope is traversed by a cooling fluid.
  • the cooling fluid is liquid nitrogen and / or helium.
  • the magnetic shield enclosure is made of superconductive material and is disposed inside the cryogenic envelope of the cable forming the electrical conductor of superconducting material.
  • This enclosure is thus as close as possible to the electrical conductors made of superconductive material, so that the mass of superconducting material of the enclosure is minimized and the superconducting material of the enclosure is kept below its critical temperature without it being necessary. to have another specific cooling system.
  • said electrical conductor of superconducting material extends over a length equal to or greater than ten meters.
  • an electrical conductor of superconducting material is particularly advantageous when it has a certain length, especially greater than or equal to ten meters .
  • the electrical conductor of superconducting material of the secondary electrical circuit is flexible and has at least one curved portion.
  • the secondary electrical circuit may comprise one or more non-rectilinear portions (s).
  • the flexibility of the electrical conductor in superconducting material makes it possible to avoid obstacles (thus to adapt to the spatial constraints of the aluminum smelter), but also to refine the compensation of the magnetic field locally.
  • the magnetic shield enclosure is located at at least one end of the electrolysis cell line (s).
  • the latter further comprises at least one secondary electric circuit, intended to be traversed by a current, along the line or rows of electrolysis cells, said electrical conductor material superconductor part of the secondary electrical circuit and being placed partly inside the magnetic shield enclosure.
  • the magnetic field generated by the secondary electrical circuit is not beneficial over its entire length and it may be particularly advantageous to attenuate or cancel the effects on certain portions. This is particularly the case at the ends of the row or rows of electrolysis tanks, to improve the stability of the end tanks of the line, to allow the passage of vehicles whose operation would be disturbed by the intensity of the field magnetic or to limit the distance conventionally necessary, and therefore the length, of the electrical conductors arranged at the ends of queues.
  • the electrical conductor of superconducting material of the secondary electrical circuit runs at least twice the row or rows of electrolytic cells, so as to perform several turns in series.
  • the loop formed by the secondary electrical circuit thus runs several times the row or rows of tanks, and includes several rounds in series. This makes it possible to divide by the number of turns the value of the intensity of the current flowing through the electrical conductor in superconductive material, and consequently to reduce the cost of the power supply station intended to deliver this current to the secondary electrical circuit and the cost of the junctions between the poles of the power station and the electrical conductor of superconducting material.
  • the electrical conductor of superconductive material of the secondary electrical circuit comprises a single cryogenic envelope, inside which pass side by side the turns made by said electrical conductor of superconducting material.
  • a single cryogenic envelope inside which pass side by side the turns made by said electrical conductor of superconducting material.
  • the secondary electrical circuit comprises two ends, each end of said secondary electrical circuit being connected to an electrical pole of a feed station distinct from the feed station of the main circuit.
  • the electrical conductor made of superconducting material of the secondary electrical circuit runs along the electrolysis cell line or queues a predetermined number of times in order to allow the use of a feed station of the secondary electrical circuit delivering a current of intensity. between 5 kA and 40 kA.
  • the electrical conductor superconducting material thus performs as many rounds in series as necessary to allow the use of a power station that can be easily found in the trade and economically interesting.
  • At least a portion of the electrical conductor of superconducting material of the secondary electrical circuit is disposed under or along the right side and / or the left side of the electrolytic cells of the or files.
  • the main electrical circuit comprises at least one electrical conductor of superconducting material placed wholly or partly inside the magnetic shield enclosure.
  • the series of electrolytic cells comprises at least two rows of electrolytic cells and the electrical conductor of superconducting material of the main electrical circuit placed wholly or partly inside the magnetic shield enclosure connects two rows of electrolytic cells. electrolysis tanks.
  • the main electric circuit comprises two electrical conductors each connecting one pole of the supply station of said main electrical circuit to one end of the series of electrolysis cells and at least one two electrical conductors connecting a pole of the feed station to one end of the series of electrolysis cells is made of superconducting material and placed wholly or partly within the magnetic shield enclosure.
  • the series of electrolysis cells comprises a single line and the electrical conductor of superconducting material of the main electrical circuit placed wholly or partly inside the enclosure forming Magnetic shield connects an end of the line to a pole of the power station of said main electrical circuit.
  • FIG. 1 is a schematic view from above of an electrolysis cell belonging to the state of the technique
  • FIG. 2 is a side view of an electrolysis cell of the state of the art
  • FIGS. 3, 4, 5, 6 and 7 are schematic top views of an aluminum smelter, in which at least one electrical conductor of superconductive material is used in a secondary electrical circuit,
  • FIGS. 8 and 9 are schematic top views of an aluminum smelter, in which an electrical conductor of superconducting material is used in the main electrical circuit,
  • FIG. 10 is a partial schematic view from above of an aluminum smelter, in which it includes a secondary electrical circuit provided with a curved portion,
  • FIG. 1 1 is a sectional view of an electrolysis cell of an aluminum smelter, having a particular positioning of the electrical conductors of superconducting material of two secondary electrical circuits, and also having the positioning that should have been used with conventional electrical conductors made of aluminum or copper,
  • FIG. 12 is a schematic top view of an aluminum smelter with a single tank line,
  • FIG. 13 is a schematic top view of an aluminum smelter with a single row of tanks.
  • Figure 2 shows a typical example of electrolysis tank 2.
  • the electrolysis tank 2 comprises in particular a metal box 3, for example made of steel.
  • the metal casing 3 is lined internally with refractory and / or insulating materials, for example bricks.
  • the electrolysis cell 2 also comprises a cathode 6 made of carbonaceous material and a plurality of anodes 7, intended to be consumed as the electrolysis reaction takes place in an electrolytic bath including cryolite and electrolysis. alumina.
  • a blanket of alumina and milled bath generally covers the electrolytic bath and at least partially the anodes 7.
  • a sheet of liquid aluminum is formed.
  • the cathode 6 is electrically connected to cathode outlets 9 in the form of metal bars passing through the caisson 3, the cathode outlets 9 being themselves connected to electrical conductors 11 of tank to tank.
  • the electric tank 11 conductors allow the flow of the electrolysis stream 11 from one electrolysis tank 2 to another.
  • the electrolysis current 11 passes through the conductive elements of each electrolysis cell 2: firstly an anode 7, then the electrolytic bath 8, the liquid aluminum ply 10, the cathode 6 and finally the electrical conductors 1 1 of vat tub connected to the cathode outlets 9, to then convey the electrolysis current 11 to an anode 7 of the next electrolysis tank 2.
  • the electrolysis tanks 2 of an aluminum plant 1 are conventionally arranged and electrically connected in series.
  • a series may comprise one or more rows F of electrolysis tanks 2.
  • the series comprises several rows F, they are generally rectilinear and parallel to each other, and are advantageously even in number.
  • the aluminum smelter 1 an example of which is visible in FIG. 3, comprises a main electrical circuit 15 traversed by an electrolysis current 11.
  • the intensity of the electrolysis current M can reach values of the order of several hundred thousands of amperes, for example of the order of 300 kA to 600 kA.
  • a feed station 12 feeds the series of electrolysis tanks 2 electrolysis current 11.
  • the ends of the series of electrolysis tanks 2 are each connected to an electrical pole of the feed station 12.
  • Conductors 13 electric link connect the electrical poles of the power station 12 to the ends of the series.
  • the rows F of a series are connected electrically in series.
  • One or more electrical connecting conductors 14 allow the flow of the electrolysis current 11 from the last electrolytic cell 2 of a line F to the first electrolytic cell 2 of the following queue F to be conveyed.
  • the main electrical circuit 15 consists of the electrical connecting conductors 13 connecting the ends of the series of electrolysis tanks 2 to the supply station 12, electric connecting conductors 14 connecting the rows F of the electrolysis tanks 2. to each other, electrical conductors 11 of the bottom of the tank connecting two electrolytic cells 2 of the same file F, and conductive elements of each electrolysis tank 2.
  • the aluminum smelter 1 according to one embodiment of the present invention also comprises one or more secondary electrical circuits 16, 17, visible for example in FIG. 3. These secondary electrical circuits 16, 17 typically follow the lines F of tanks 2 of electrolysis. They make it possible to compensate for the magnetic field generated by the high value of the intensity of the electrolysis current 11, causing the instability of the electrolytic bath 8 and thus affecting the efficiency of the electrolysis tanks 2.
  • Each secondary electrical circuit 16, 17 is traversed respectively by a current 12, 13, delivered by a feed station 18.
  • the feed station 18 of each secondary circuit 16, 17 is distinct from the feed station 12 of the main circuit 15.
  • the aluminum plant 1 comprises one or more electrical conductors of superconducting material.
  • These superconducting materials may for example comprise BiSrCaCuO, YaBaCuO, MgB2, materials known from patent applications WO2008011184, US20090247412 or other materials known for their superconducting properties.
  • Superconducting materials are used to carry current with little or no Joule heat generation loss because their resistivity is zero when held below their critical temperature. Because of this absence of energy loss, it is possible to devote a maximum of the energy received by the aluminum smelter (for example 600kA and 2kV) to the main electrical circuit 15 which produces aluminum, and in particular to increase the number of vats 2.
  • a superconducting cable used to implement the present invention comprises a central core made of copper or aluminum, ribbons or fibers of superconducting material, and a cryogenic envelope.
  • the cryogenic envelope may be formed by a sheath containing a cooling fluid, for example liquid nitrogen.
  • the cooling fluid makes it possible to maintain the temperature of the superconducting materials at a temperature below their critical temperature, for example less than 100 K (Kelvin), or between 4 K and 80 K.
  • the electrical conductors of superconducting material are particularly advantageous when they have a certain length, and more particularly a length equal to or greater than 10 m. .
  • Figures 3, 4 and 5 illustrate, by way of non-exhaustive examples, various possible embodiments of an aluminum smelter 1.
  • the electrical conductors of superconducting material are represented by dashed lines in the various figures.
  • the example of Figure 3 shows an aluminum smelter 1 comprising two secondary electrical circuits 16 and 17, respectively traversed by intensity currents 12 and 13 and each supplied by a feed station 18.
  • the currents 12 and 13 travel through the respective secondary electric circuits 16 and 17 in the same direction as the electrolysis current 11.
  • the secondary electrical circuits 16 and 17 in this case provide compensation for the magnetic field generated by the electric conductors 11. from tank to tank.
  • the intensity of each of the electric currents 12, 13 is important, for example between 20% and 100% of the intensity of the electrolysis current 11 and preferably from 40% to 70%.
  • the compensation of the magnetic field of the neighboring queue F can be obtained with the example of FIG. 4.
  • the aluminum plant 1 illustrated in FIG. 4 comprises a secondary electrical circuit 17 forming an internal loop, traversed by an electric current 13.
  • the use of electrical conductors of superconducting material to form the secondary circuit or circuits 16, 17 is interesting because of the length, of the order of two kilometers, of the secondary electrical circuits 16, 17.
  • the use of electrical conductors in superconducting material requires less voltage compared to that required by electrical conductors made of aluminum or copper.
  • the cost of the station 18 for supplying the secondary electrical circuit or circuits is reduced accordingly.
  • the aluminum smelter 1 may comprise a secondary electrical circuit 16, 17 provided with an electrical conductor made of superconducting material and running substantially at the same place, advantageously at least twice, the same row F of the electrolysis tanks 2 so as to carry out several turns in series, as is particularly visible in Figures 6 and 7.
  • the small size of the electrical conductors of superconducting material relative to electrical conductors made of aluminum or copper facilitates several series turns in the loops formed by the secondary electrical circuits 16, 17.
  • the aluminum smelter 1 according to the embodiment illustrated in FIG. 6 comprises a secondary electrical circuit 16, the electrical conductors of which line the series F of the series twice in series.
  • the aluminum smelter 1 comprises a secondary electrical circuit 16 along both the left side and the right side of the electrolysis tanks 2 of the series (left side and right side being defined by compared to an observer placed at the level of the main electrical circuit 15 and directing his gaze in the direction of global circulation of the electrolysis current 11).
  • the electrical conductors (made of superconducting material) of the secondary electrical circuit 16 of the aluminum smelter 1 shown in FIG. 7 carry out several turns in series, including two laps along the left sides of the tanks 2 of the series and three turns in along the right sides. The number of turns could be twenty and thirty respectively.
  • This cryogenic envelope may comprise a thermally insulated sheath in which a cooling fluid circulates. At a given location, the cryogenic envelope can therefore contain side by side several passages of the same electrical conductor of superconducting material. This would be more restrictive with aluminum or copper electrical conductors making several turns around the series of electrolysis tanks. Electrical conductors made of aluminum or copper are indeed more bulky than electrical conductors of superconducting material.
  • the aluminum smelter 1 may thus comprise one or more secondary electrical circuits 16, 17 comprising an electrical conductor of superconducting material having at least one curved portion. This makes it possible to bypass the obstacles 19 present inside the aluminum smelter 1, for example a pillar, as can be seen in FIG.
  • This also makes it possible to locally adjust the compensation of the magnetic field in the smelter 1 by locally adjusting the position of the electrical conductor in superconducting material of the secondary electrical circuit or circuits 16, 17, as allowed by the curved portion 16a of the secondary electrical circuit 16 of the aluminum smelter 1 visible in FIG. 10.
  • This flexibility makes it possible to move the electrical conductor in superconducting material with respect to its initial position, to correct the magnetic field by adapting to the evolution of the smelter 1 (for example increasing the intensity of the electrolysis current 11, or to use the results of the most recent magnetic correction calculations that are enabled by the new computer powers and general knowledge on the subject).
  • the electrical conductors of superconducting material or secondary electrical circuits 16, 17 may be arranged under the electrolysis tanks 2. In particular, they can be buried. This arrangement is made possible by the small size of the electrical conductors of superconducting material on the one hand, and by the fact that they do not heat on the other hand. This provision would be difficult to achieve with electrical conductors made of aluminum or copper, because their size is greater at equal intensity, and because they heat and therefore need to be cooled (commonly in contact with the air and / or with specific cooling means).
  • FIG. 11 shows, for the same aluminum plant 1, the possible locations of secondary electric circuits 16, 17 with electrical conductors of superconducting material and of secondary electrical circuits 16 ', 17' using aluminum electrical conductors.
  • the secondary electrical circuits 16 ', 17' are placed on either side of an electrolysis cell 2. As illustrated in FIG. 11, the secondary electrical circuits 16 ', 17' prevent access to the electrolysis tanks 2, for example for maintenance operations. However, they can not be placed under the electrolysis tanks 2, such as the secondary electrical circuits 16, 17 with electrical conductors of superconducting material, because they have a larger footprint and need to be cooled. The secondary electrical circuits 16, 17 using electrical conductors of superconducting material may, however, be placed under the electrolysis tanks 2. Access to the electrolysis tanks 2 is thus not limited.
  • the electrical conductors made of superconductive material may be contained partly inside a magnetic shield enclosure 20.
  • This enclosure 20 may be a metal tube, for example steel. It can significantly reduce the magnetic field outside of this magnetic shield. This thus makes it possible to create, in the places where this chamber 20 has been placed, passage zones, in particular of vehicles the operation of which would have been disturbed by the magnetic field emanating from the electrical conductors made of superconducting material. This makes it possible to reduce the cost of these vehicles (which must otherwise be equipped with protection).
  • This enclosure 20 may advantageously be placed around the electrical conductors of superconducting material located at the end of the line F, as shown in FIG. 6.
  • a protective enclosure 20 is not possible with conventional electrical conductors of the prior art made of aluminum or even copper. These aluminum electrical conductors actually have a section of significant dimensions, of the order of 1 m by 1 m, against 25 cm in diameter for an electrical conductor of superconducting material. Above all, aluminum electrical conductors heat up in operation. The use of such a magnetic shield enclosure 20 would not allow a proper evacuation of the heat generated.
  • the magnetic shield enclosure 20 may also be formed of superconducting material maintained below its critical temperature. Superconducting materials form high-performance magnetic screens when kept below their critical temperature.
  • this enclosure of superconductive material forming a magnetic shield may be disposed inside the cryogenic envelope of the cable forming the electrical conductor of superconducting material. The enclosure 20 is thus as close as possible to the electrical conductors of superconducting material and the mass of superconducting material of the enclosure is minimized and the superconducting material of the enclosure is kept below its critical temperature without it being necessary to have another specific cooling system.
  • the magnetic shield enclosure made of superconductive material may be made independently of the cable forming the electrical conductor made of superconducting material, around this cable. This is particularly the case when such an enclosure must be installed around an electrical conductor made of superconducting material already installed.
  • the magnetic shield enclosure made of superconducting material then has its own cooling system.
  • the electrical conductors of superconducting material have a mass per meter which can be twenty times lower than that of an aluminum electrical conductor for an equivalent intensity.
  • the cost of the supports of the electrical conductors in superconducting material is therefore lower and their installation is facilitated.
  • the main electrical circuit 15 of the aluminum smelter 1 may also comprise one or more electrical conductors of superconducting material.
  • the electrical connecting conductors 14 electrically connecting the rows F of the series to each other may be of superconducting material, as shown in FIG. 8.
  • the electrical connecting conductors 13, connecting the ends of the series of cells 2 Electrolysis at the poles of the feed station 12 of the main circuit 15 may also be of superconducting material, as shown in FIG. 9.
  • the electrical connecting conductors 14 connecting two rows F measure from 30m to 150m depending on whether the two lines F they connect are in the same building or in two separate buildings for reasons of magnetic interaction between them.
  • two lines F The electrical connecting leads 13 connecting the ends of the series to the poles of the power station 12 generally measure from 20m to 1 km depending on the positioning of this station 12 supply. Because of these lengths and the intensity of the electrical current flowing through these conductors, it will be understood that the use of electrical conductors of superconducting material at these locations can achieve energy savings. The weak The size of such conductors of superconducting material is furthermore appreciated.
  • the use of electrical connection conductors 14 and / or 13 made of superconducting material makes it possible, according to one embodiment of the invention, to place them inside a shield enclosure 20.
  • magnetic This makes it possible to create passage zones for vehicles or vehicles at the ends of the line. This allows above all a stabilization of the electrolytic cells by canceling, controlling and / or adjusting locally the magnetic fields generated by these electrical connecting conductors.
  • As a result of the use of such magnetic shield enclosures 20 around the electrical connection conductors at the end of the line the possibility of reducing the length of the conductors and their bulk.
  • the electrical connecting conductors connecting the ends of two rows have a U-shape with the two elongate branches, several tens of meters, so that the magnetic field generated by the seat U n ' It does not affect the magnetic stability and the operation of the tanks arranged at the end of the line too much.
  • Such a distance from this seat of the U generates a significant cost of the driver, an important cost of the building and a loss of productivity for a given surface.
  • the fact of being able to place such electrical connection conductors inside magnetic shield enclosures makes it possible to reduce the length of these branches of the U because the magnetic field generated by the U-shaped base is no longer detrimental to the operation. end-of-line tanks.
  • the aluminum smelter 1 may also comprise a single file F of electrolysis tanks 2, as shown in FIG. 12 and FIG. 13. This is the case, for example, of an aluminum smelter 1 under construction with a production started while half of the electrolysis tanks 2 was built. This can also be the case when the available space does not offer the possibility of setting up several rows F of electrolysis tanks 2.
  • the end of the row F of electrolysis tanks 2 is electrically connected to the electrolysis current supply station 12 by the electrical conductor 13 which is made of superconducting material.
  • a magnetic shield enclosure 20 surrounds the electrical conductor 13 in order to protect the single file F from the effects of the magnetic field generated by the passage of the electrolysis current 11 in the electrical conductor 13.
  • the aluminum plant 1 comprises a single tank line F
  • This file F electrolysis tanks 2 is traversed by an electrolysis current 11 of high intensity.
  • the main electrical circuit 15 At the end of the tank line F 2 opposite the end of the line F connected to the supply station 12, the main electrical circuit 15 has a node and the electrical circuit separates into two circuits with each its intensity.
  • the electrical conductors carrying the current (of intensity equal to half that of the electrolysis current 11) from the node to the supply station 12 are made of superconducting material. These electrical conductors made of superconducting material may repeatedly run along one side of the line F of electrolysis tanks 2 (three times in the example of FIG. 13).
  • these electrical conductors of superconducting material are contained in a chamber 20 forming a magnetic shield.
  • these electrical conductors of superconducting material are not contained in a chamber 20 forming a magnetic shield. They thus make it possible to generate a magnetic field that compensates for the undesirable effects of the magnetic field generated by the circulation of the electrolysis current 11 in the line F of electrolysis tanks 2 on the liquids contained in the electrolysis tanks 2.
  • the use of electrical conductors of superconducting material in an aluminum smelter 1 may be advantageous for sufficiently high conductor lengths.
  • the use of electrical conductive material conductors is particularly advantageous for secondary electrical circuits 16, 17 for reducing the effect of the tank-to-cell magnetic field by means of loops of the type described in patent document EP0204647; when the intensity of the current flowing in the main electrical circuit 15 is particularly high, greater than 350 kA, and when the sum of the intensities flowing in the secondary electrical circuit, in the same direction as the current flowing in the main circuit, is between 20% and 100% of the main circuit current, and preferably 40% to 70%.
  • a main electrical circuit 15 comprising both an electrical conductor 14 for connecting a file to a file of superconducting material disposed at inside a magnetic shield enclosure, electrical connecting leads 13 connecting the ends of a series to the poles of the superconducting material supply station 12 disposed within magnetic shield enclosures, and a or a plurality of secondary electrical circuits 16, 17 also comprising electrical conductors of superconducting material producing several series turns arranged in part inside magnetic shield enclosures.
  • the invention can be extended to aluminum smelters with electrolysis with inert anodes.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)
  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
  • Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)

Abstract

Aluminerie (1) comprenant : (i) une série de cuves (2) d'électrolyse, destinées à la production d'aluminium, formant une ou plusieurs files (F), (ii) une station (12) d'alimentation destinée à alimenter la série de cuves (2) d'électrolyse en courant d'électrolyse (11), ladite station (12) d'alimentation électrique comprenant deux pôles, (iii) un circuit électrique principal (15), destiné à être parcouru par le courant d'électrolyse (11 ), présentant deux extrémités reliées chacune à l'un des pôles de la station d'alimentation (12), (iv) au moins un conducteur électrique en matériau supraconducteur, caractérisée en ce que le conducteur électrique en matériau supraconducteur est placé en tout ou partie à l'intérieur d'une enceinte (20) formant bouclier magnétique.

Description

Aluminerie comprenant des conducteurs électriques en matériau supraconducteur
La présente invention concerne une aluminerie, et plus particulièrement le système de conducteur électrique d'une aluminerie.
Il est connu de produire l'aluminium industriellement à partir d'alumine par électrolyse selon le procédé de Hall-Héroult. A cet effet, on prévoit une cuve d'électrolyse composée notamment d'un caisson en acier, d'un revêtement intérieur réfractaire, et d'une cathode en matériau carboné, reliée à des conducteurs servant à l'acheminement du courant d'électrolyse. La cuve d'électrolyse contient également un bain électrolytique constitué notamment de cryolithe dans lequel est dissout de l'alumine. Le procédé de Hall-Héroult consiste à plonger partiellement un bloc carboné constituant l'anode dans ce bain électrolytique, l'anode étant consommée au fur et à mesure de l'état d'avancement de la réaction. Au fond de la cuve d'électrolyse se forme une nappe d'aluminium liquide.
Généralement, les usines de production d'aluminium comprennent plusieurs centaines de cuves d'électrolyse. Ces cuves d'électrolyse sont parcourues par un courant d'électrolyse élevé de l'ordre de plusieurs centaines de milliers d'ampères.
Certaines problématiques sont courantes dans une aluminerie ; elles consistent notamment en la réduction des coûts en matière d'énergie consommée, de matériau utilisé pour réaliser les conducteurs électriques et en la diminution de l'encombrement afin d'augmenter la production sur une même surface. Une autre problématique résulte de l'existence d'un champ magnétique important généré par le courant d'électrolyse. Ce champ magnétique perturbe le fonctionnement des cuves dont il diminue le rendement. La composante verticale de ce champ magnétique, en particulier, provoque l'instabilité de la nappe d'aluminium liquide. Ce problème est particulièrement important au niveau des extrémités des files de cuves d'électrolyse et nécessite un alongement important des conducteurs électriques reliant deux files voisines ou une extrémité de file à la station d'alimentation. Un tel allongement des conducteurs électriques génère un fort encombrement et un surdimensionnement des bâtiments.
Il est connu de diminuer la composante verticale du champ magnétique en compensant le champ magnétique à l'échelle d'une cuve d'électrolyse. Cette solution est mise en œuvre grâce à une disposition particulière des conducteurs acheminant le courant d'électrolyse d'une cuve N à une cuve N+1 . Ces conducteurs, généralement des barres en aluminium, contournent les extrémités de la cuve N. La figure 1 illustre schématiquement, vue de dessus, une cuve 100 d'électrolyse dans laquelle le champ magnétique est auto-compensé grâce à la disposition des conducteurs 101 reliant cette cuve 100 à la cuve suivante 102 placée en aval. A cet effet, on remarque que les conducteurs 101 sont excentrés par rapport à la cuve 00 qu'ils contournent. Un exemple de cuve auto-compensée magnétiquement est connu notamment du document de brevet FR2469475.
Cette solution impose beaucoup de contraintes de conception en raison de l'encombrement important dû à la disposition particulière des conducteurs. De plus, la longueur importante des conducteurs, généralement en aluminium, pour la mise en œuvre de cette solution implique des coûts en matériau élevés et d'importantes pertes d'énergie par effet résistif des conducteurs.
Une autre solution pour diminuer la composante verticale du champ magnétique consiste à utiliser un circuit électrique secondaire formé par un ou plusieurs conducteurs électriques métalliques. Ce circuit électrique secondaire longe classiquement l'axe ou les axes d'alignement des cuves d'électrolyse de l'aluminerie. Il est parcouru par un courant dont l'intensité est égale à un certain pourcentage de l'intensité du courant d'électrolyse, et génère de ce fait un champ magnétique compensant les effets du champ magnétique créé par le courant d'électrolyse.
Il est notamment connu du document de brevet FR2425482 l'utilisation d'un circuit secondaire pour réduire l'effet du champ magnétique créé par la file de cuves voisine au moyen d'une boucle intérieure et/ou extérieure transportant un courant d'intensité de l'ordre de 5% à 20% de l'intensité du courant d'électrolyse. Il est par ailleurs connu de l'article « Application of High-Tc Superconductors in Aluminum Electrolysis Plants » de Magne Runde dans IEEE Transactions on applied superconductivity, vol 5, N°2, June 1995 que l'emploi de matériau supraconducteur pour réaliser un tel circuit secondaire ou des parties du circuit principale n'est pas viable économiquement.
Il est également connu du document de brevet EP0204647 l'utilisation d'un circuit secondaire pour réduire l'effet du champ magnétique généré par les conducteurs de cuve à cuve au moyen de boucles transportant un courant d'intensité de l'ordre de 20% à 70% de l'intensité du courant d'électrolyse et dans le même sens que le courant d'électrolyse.
Néanmoins, cette solution est coûteuse dans la mesure où elle nécessite une grande quantité de matériau, classiquement de l'aluminium, afin de réaliser ce ou ces circuits électriques secondaires. Elle est également coûteuse en énergie puisqu'il est nécessaire d'alimenter en courant le ou les circuit(s) électrique(s) secondaire(s). Enfin, elle nécessite l'installation de stations d'alimentation (ou générateurs) de puissance et de dimensions importantes.
Aussi la présente invention a pour but de remédier à tout ou partie des inconvénients cités ci-dessus et d'apporter une solution aux problématiques rencontrées dans une usine de production d'aluminium en proposant une aluminerie dont les coûts de fabrication et d'exploitation sont sensiblement réduits et offrant un encombrement moindre.
A cet effet, la présente invention a pour objet une aluminerie comprenant :
(i) une série de cuves d'électrolyse, destinées à la production d'aluminium, formant une ou plusieurs files,
(ii) une station d'alimentation destinée à alimenter la série de cuves d'électrolyse en courant d'électrolyse 11 , ladite station d'alimentation électrique comprenant deux pôles,
(iii) un circuit électrique principal, destiné à être parcouru par le courant d'électrolyse 11 , présentant deux extrémités reliées chacune à l'un des pôles de la station d'alimentation,
(iv) au moins un conducteur électrique, destiné à être parcouru par un courant électrique, en matériau supraconducteur, caractérisée en ce que le conducteur électrique en matériau supraconducteur est placé en tout ou partie à l'intérieur d'une enceinte formant bouclier magnétique.
L'utilisation d'au moins un conducteur électrique en matériau supraconducteur permet notamment de réduire la consommation d'énergie globale de l'aluminerie, donc les coûts d'exploitation de l'aluminerie. De plus, du fait de leur encombrement moindre, les conducteurs électriques en matériau supraconducteur permettent une meilleure gestion de la place disponible à l'intérieur de l'aluminerie. En raison de leur masse plus faible que celle des conducteurs équivalents en aluminium, cuivre ou acier, les conducteurs électriques en matériau supraconducteur nécessitent des structures de support moins importantes donc moins coûteuses. La disposition du conducteur électrique en matériau supraconducteur du circuit électrique, en tout ou partie, à l'intérieur d'une enceinte formant bouclier magnétique présente l'avantage d'éviter que le conducteur électrique en matériau supraconducteur ne génère un champ magnétique alentour. En particulier, cela permet de créer des zones de passage pour des engins ou véhicules dont le fonctionnement serait perturbé par l'intensité du champ magnétique au niveau de ces zones de passage en l'absence de bouclier magnétique. Cela permet aussi d'éviter de recourir à des engins coûteux possédant un blindage les protégeant de forts champs magnétiques. Cela permet également une stabilisation des cuves d'électrolyse en contrôlant et ajustant localement les champs magnétiques. Il résulte de l'utilisation de telles enceintes formant bouclier magnétique la possibilité de diminuer la longueur des conducteurs et leur encombrement.
L'enceinte formant bouclier magnétique peut également être formée en matériau supraconducteur. Les matériaux supraconducteurs forment des écrans magnétiques très performants lorsque maintenus en dessous de leur température critique.
Selon une autre caractéristique de l'aluminerie selon l'invention, le conducteur électrique en matériau supraconducteur est formé par un câble comprenant une âme centrale en cuivre ou en aluminium, au moins une fibre en matériau supraconducteur et une enveloppe cryogénique. Selon une autre caractéristique de l'aluminerie selon l'invention, l'enveloppe cryogénique est parcourue par un fluide de refroidissement.
De manière avantageuse, le fluide de refroidissement est de l'azote liquide et/ou de l'hélium.
Avantageusement, l'enceinte formant bouclier magnétique est en matériau supraconducteur et est disposée à l'intérieur de l'enveloppe cryogénique du cable formant le conducteur électrique en matériau supraconducteur. Cette enceinte est ainsi au plus près des conducteurs électriques en matériau supraconducteur, de sorte que la masse de matériau supraconducteur de l'enceinte est minimisée et le matériau supraconducteur de l'enceinte est maintenu en dessous de sa température critique sans qu'il soit nécessaire de disposer d'un autre système de refroidissement spécifique.
Préférentiellement, ledit conducteur électrique en matériau supraconducteur s'étend sur une longueur égale ou supérieure à dix mètres.
Du fait de l'existence de pertes énergétiques au niveau des jonctions entre un conducteur électrique en matériau supraconducteur et un conducteur électrique classique, un conducteur électrique en matériau supraconducteur est particulièrement avantageux lorsqu'il présente une certaine longueur, notamment supérieure ou égale à dix mètres. Selon une autre caractéristique de l'aluminerie selon l'invention, le conducteur électrique en matériau supraconducteur du circuit électrique secondaire est flexible et présente au moins une partie courbe.
Ainsi, le circuit électrique secondaire peut comporter une ou plusieurs portions non rectiligne(s). La flexibilité du conducteur électrique en matériau supraconducteur permet d'éviter des obstacles (donc de s'adapter aux contraintes spatiales de l'aluminerie), mais aussi d'affiner localement la compensation du champ magnétique.
Préférentiellement, l'enceinte formant bouclier magnétique est localisée à au moins une des extrémités de la ou des files de cuves d'électrolyse. Selon une autre caractéristique de l'aluminerie selon l'invention, celle-ci comprend en outre au moins un circuit électrique secondaire, destiné à être parcouru par un courant, longeant la ou les files de cuves d'électrolyse, ledit conducteur électrique en matériau supraconducteur faisant partie du circuit électrique secondaire et étant placé en partie à l'intérieur de l'enceinte formant bouclier magnétique. Ainsi, l'aluminerie selon l'invention permet de réduire les effets néfastes du champ magnétique généré par le courant d'électrolyse sur les liquides contenus dans les cuves, en réalisant des économies d'énergie du fait de la résistivité quasi-nulle des conducteurs électriques en matériau supraconducteur maintenus en-dessous de leur température critique. Il peut paraître paradoxal de réaliser un tel circuit électrique secondaire spécifiquement pour l'avantage procuré par le champs magnétique qu'il génère et de masquer sur certaines portions ce champs magnétique généré en le plaçant en partie dans une enceinte formant bouclier magnétique. Selon la configuration de l'aluminerie, le champs magnétique généré par le circuit électrique secondaire n'est pas bénéfique sur toute sa longueur et il peut être particulièrement avantageux d'en aténuer ou annuler les effets sur certaines portions. C'est notamment le cas au niveau des extrémités de la ou des files de cuves d'électrolyse, pour améliorer la stabilité des cuves d'extrémité de file, pour permettre le passage de véhicules dont le fonctionnement serait perturbé par l'intensité du champ magnétique ou pour limiter l'éloignement classiquement nécessaire, et donc la longueur, des conducteurs électriques disposés en extrémités de files. Selon une autre caractéristique de l'aluminerie selon l'invention, le conducteur électrique en matériau supraconducteur du circuit électrique secondaire longe au moins deux fois la ou les files de cuves d'électrolyse, de manière à réaliser plusieurs tours en série. La boucle formée par le circuit électrique secondaire longe ainsi à plusieurs reprises la ou les files de cuves, et comprend plusieurs tours en série. Cela permet de diviser par le nombre de tours la valeur de l'intensité du courant parcourant le conducteur électrique en matériau supraconducteur, et par conséquent de réduire le coût de la station d'alimentation électrique destinée à délivrer ce courant au circuit électrique secondaire et le coût des jonctions entre les pôles de la station d'alimentation et le conducteur électrique en matériau supraconducteur.
Avantageusement, le conducteur électrique en matériau supraconducteur du circuit électrique secondaire comporte une enveloppe cryogénique unique, à l'intérieur de laquelle passent côte à côte les tours réalisés par ledit conducteur électrique en matériau supraconducteur. Un tel mode de réalisation permet de diminuer la longueur de l'enveloppe cryogénique et la puissance du système de refroidissement.
Selon une autre caractéristique de l'aluminerie selon l'invention, le circuit électrique secondaire comprend deux extrémités, chaque extrémité dudit circuit électrique secondaire étant reliée à un pôle électrique d'une station d'alimentation distincte de la station d'alimentation du circuit principal.
Avantageusement, le conducteur électrique en matériau supraconducteur du circuit électrique secondaire longe la ou les files de cuves d'électrolyse un nombre de fois prédéterminé afin de permettre l'utilisation d'une station d'alimentation du circuit électrique secondaire délivrant un courant d'intensité comprise entre 5 kA et 40 kA.
Le conducteur électrique en matériau supraconducteur réalise ainsi autant de tours en série que nécessaire pour permettre d'utiliser une station d'alimentation pouvant être aisément trouvée dans le commerce et économiquement intéressante.
Au moins une partie du conducteur électrique en matériau supraconducteur du circuit électrique secondaire est disposée sous ou longe le côté droit et/ou le côté gauche des cuves d'électrolyse de la ou des files.
Selon une autre caractéristique de l'aluminerie selon l'invention, le circuit électrique principal comprend au moins un conducteur électrique en matériau supraconducteur placé en tout ou partie à l'intérieur de l'enceinte formant bouclier magnétique. Avantageusement, la série de cuves d'électrolyse comprend au moins deux files de cuves d'électrolyse et le conducteur électrique en matériau supraconducteur du circuit électrique principal placé en tout ou partie à l'intérieur de l'enceinte formant bouclier magnétique relie deux files de cuves d'électrolyse. Selon une autre caractéristique de l'aluminerie selon l'invention, le circuit électrique principal comprend deux conducteurs électriques reliant chacun un pôle de la station d'alimentation dudit circuit électrique principal à une extrémité de la série de cuves d'électrolyse et au moins un des deux conducteurs électriques reliant un pôle de la station d'alimentation à une extrémité de la série de cuves d'électrolyse est en matériau supraconducteur et placé en tout ou partie à l'intérieur de l'enceinte formant bouclier magnétique.
Selon encore une autre caractéristique de l'aluminerie selon l'invention, la série de cuves d'électrolyse comprend une unique file et le conducteur électrique en matériau supraconducteur du circuit électrique principal placé en tout ou partie à l'intérieur de l'enceinte formant bouclier magnétique relie une extrémité de la file à un pôle de la station d'alimentation dudit circuit électrique principal.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée qui est exposée ci-dessous en regard des figures annexées dans lesquelles : - La figure 1 est une vue schématique de dessus d'une cuve d'électrolyse appartenant à l'état de la technique,
- La figure 2 est une vue de côté d'une cuve d'électrolyse de l'état de la technique,
- Les figures 3, 4, 5, 6 et 7 sont des vues schématiques de dessus d'une aluminerie, dans lesquels au moins un conducteur électrique en matériau supraconducteur est utilisé dans un circuit électrique secondaire,
- Les figures 8 et 9 sont des vues schématiques de dessus d'une aluminerie, dans lesquels un conducteur électrique en matériau supraconducteur est utilisé dans le circuit électrique principal,
- La figure 10 est une vue schématique partielle et de dessus d'une aluminerie, dans laquelle celle-ci comprend un circuit électrique secondaire munie d'une partie courbe,
- La figure 1 1 est une vue en coupe d'une cuve d'électrolyse d'une aluminerie, présentant un positionnement particulier des conducteurs électriques en matériau supraconducteur de deux circuits électriques secondaires, et présentant également le positionnement qu'il aurait fallu utiliser avec des conducteurs électriques classiques en aluminium ou en cuivre, - La figure 12 est une vue schématique de dessus d'une aluminerie avec une seule file de cuves,
- La figure 13 est une vue schématique de dessus d'une aluminerie avec une seule file de cuves. La figure 2 montre un exemple classique de cuve 2 d'électrolyse. La cuve 2 d'électrolyse comprend notamment un caisson 3 métallique, par exemple en acier. Le caisson 3 métallique est garni intérieurement par des matériaux réfractaires et/ou isolants, par exemple des briques. La cuve 2 d'électrolyse comporte également une cathode 6 en matériau carboné et une pluralité d'anodes 7, destinées à être consommées au fur et à mesure de la réaction d'électrolyse dans un bain 8 électrolytique comportant notamment de la cryolithe et de l'alumine. Une couverture d'alumine et de bain broyé recouvre généralement le bain 8 électrolytique et au moins partiellement les anodes 7. Au cours de la réaction d'électrolyse, une nappe 10 d'aluminium liquide se forme. La cathode 6 est reliée électriquement à des sorties cathodiques 9 sous forme de barres métalliques traversant le caisson 3, les sorties cathodiques 9 étant elles-mêmes reliées à des conducteurs 11 électriques de cuve à cuve. Les conducteurs 11 électriques de cuve à cuve permettent l'acheminement du courant d'électrolyse 11 d'une cuve 2 d'électrolyse à une autre. Le courant d'électrolyse 11 traverse les éléments conducteurs de chaque cuve 2 d'électrolyse : d'abord une anode 7, ensuite le bain 8 électrolytique, la nappe 10 d'aluminium liquide, la cathode 6 et enfin les conducteurs 1 1 électriques de cuve à cuve reliés aux sorties cathodiques 9, permettant d'acheminer ensuite le courant d'électrolyse 11 à une anode 7 de la cuve 2 d'électrolyse suivante.
Les cuves 2 d'électrolyse d'une aluminerie 1 sont classiquement disposées et connectées électriquement en série. Une série peut comprendre une ou plusieurs files F de cuves 2 d'électrolyse. Lorsque la série comporte plusieurs files F, celles-ci sont généralement rectilignes et parallèles les unes aux autres, et sont avantageusement en nombre pair.
L'aluminerie 1 , dont un exemple est visible sur la figure 3, comprend un circuit électrique principal 15 parcouru par un courant d'électrolyse 11. L'intensité du courant d'électrolyse M peut atteindre des valeurs de l'ordre de plusieurs centaines de milliers d'Ampères, par exemple de l'ordre de 300 kA à 600 kA.
Une station 12 d'alimentation alimente la série de cuves 2 d'électrolyse en courant d'électrolyse 11. Les extrémités de la série de cuves 2 d'électrolyse sont reliées chacune à un pôle électrique de la station d'alimentation 12. Des conducteurs 13 électriques de liaison relient les pôles électriques de la station 12 d'alimentation aux extrémités de la série.
Les files F d'une série sont reliées électriquement en série. Un ou plusieurs conducteurs 14 électriques de liaison permettent l'acheminement du courant d'électrolyse 11 de la dernière cuve 2 d'électrolyse d'une file F à la première cuve 2 d'électrolyse de la file F suivante.
Le circuit électrique principal 15 est constitué des conducteurs 13 électriques de liaison reliant les extrémités de la série de cuves 2 d'électrolyse à la station 12 d'alimentation, des conducteurs 14 électriques de liaison reliant les files F de cuves 2 d'électrolyse les unes aux autres, des conducteurs 11 électriques de cuve à cuve reliant deux cuves 2 d'électrolyse d'une même file F, et des éléments conducteurs de chaque cuve 2 d'électrolyse.
De façon classique, 50 à 500 cuves 2 d'électrolyse sont reliées en série et s'étendent sur deux files F de plus de 1km de longueur chacune. L'aluminerie 1 selon un mode de réalisation de la présente invention comprend également un ou plusieurs circuits électriques secondaires 16, 17, visibles par exemple sur la figure 3. Ces circuits électriques secondaires 16, 17 longent classiquement les files F de cuves 2 d'électrolyse. Ils permettent de compenser le champ magnétique généré par la valeur élevée de l'intensité du courant d'électrolyse 11 , causant l'instabilité du bain 8 électrolytique et affectant donc le rendement des cuves 2 d'électrolyse.
Chaque circuit électrique secondaire 16, 17 est parcouru respectivement par un courant 12, 13, délivré par une station 18 d'alimentation. La station 18 d'alimentation de chaque circuit secondaire 16, 17 est distincte de la station 12 d'alimentation du circuit principal 15. De manière tout à fait avantageuse, l'aluminerie 1 comprend un ou plusieurs conducteurs électriques en matériau supraconducteur.
Ces matériaux supraconducteurs peuvent par exemple comporter du BiSrCaCuO, du YaBaCuO, du MgB2, des matériaux connus des demandes de brevet WO200801 1 184, US20090247412 ou encore d'autres matériaux connus pour leurs propriétés supraconductrices.
Les matériaux supraconducteurs sont utilisés pour transporter du courant avec peu ou pas de perte par génération de chaleur par effet Joule, car leur résistivité est nulle lorsqu'ils sont maintenus en-dessous de leur température critique. En raison de cette absence de perte d'énergie, il est possible de consacrer un maximum de l'énergie reçu par l'aluminerie (par exemple 600kA et 2kV) au circuit électrique principal 15 qui produit de l'aluminium, et notamment d'augmenter le nombre de cuves 2.
A titre d'exemple, un câble supraconducteur utilisé pour mettre en oeuvre la présente invention comprend une âme centrale en cuivre ou en aluminium, des rubans ou des fibres en matériau supraconducteur, et une enveloppe cryogénique. L'enveloppe cryogénique peut être formée par une gaine contenant un fluide de refroidissement, par exemple de l'azote liquide. Le fluide de refroidissement permet de maintenir la température des matériaux supraconducteurs à une température inférieure à leur température critique, par exemple inférieure à 100 K (Kelvin), ou comprise entre 4 K et 80 K.
Du fait que les pertes en énergie se situent aux jonctions du conducteur électrique en matériau supraconducteur avec les autres conducteurs électriques, les conducteurs électriques en matériau supraconducteur sont particulièrement avantageux lorsqu'ils présentent une certaine longueur, et plus particulièrement une longueur égale ou supérieure à 10m.
Les figures 3, 4 et 5 illustrent, à titre d'exemples non exhaustifs, différents modes de réalisation possible d'une aluminerie 1. Les conducteurs électriques en matériau supraconducteur sont représentés par des traits pointillés sur les différentes figures. L'exemple de la figure 3 montre une aluminerie 1 comprenant deux circuits électriques secondaires 16 et 17, respectivement parcourus par des courants d'intensité 12 et 13 et alimentés chacun par une station 18 d'alimentation. Les courants 12 et 13 parcourent les circuits électriques secondaires 16 et 17 respectifs dans le même sens que le courant d'électrolyse 11. Les circuits électriques secondaires 16 et 17 réalisent dans ce cas de figure une compensation du champ magnétique généré par les conducteurs 11 électriques de cuve à cuve. L'intensité de chacun des courants électriques 12, 13 est importante par exemple comprise entre 20 % et 100 % de l'intensité du courant d'électrolyse 11 et préférentiellement de 40% à 70%.
La compensation du champ magnétique de la file F voisine peut être obtenue avec l'exemple de la figure 4. L'aluminerie 1 illustrée à la figure 4 comprend un circuit électrique secondaire 17 formant une boucle interne, parcouru par un courant électrique 13.
Il est également possible de compenser le champ magnétique de la file F voisine en prévoyant un unique circuit secondaire 16 formant une boucle externe, parcouru par un courant 12 cheminant dans le sens contraire du courant d'électrolyse 11 , comme cela est illustré sur la figure 5.
L'utilisation de conducteurs électriques en matériau supraconducteur pour former le ou les circuits secondaires 16, 17 est intéressante du fait de la longueur, de l'ordre de deux kilomètres, des circuits électriques secondaires 16, 17. L'utilisation de conducteurs électriques en matériau supraconducteur nécessite une tension moindre par rapport à celle nécessitée par des conducteurs électriques en aluminium ou en cuivre. Ainsi, il est possible de diminuer la tension de 30 V à 1 V lorsque le ou les circuits électriques secondaires 16, 17 comprennent des conducteurs électriques en matériau supraconducteur. Cela représente une réduction de la consommation d'énergie de l'ordre de 75 % à 99 % par rapport à des conducteurs électriques en aluminium de type classique. De plus, le coût de la station 18 d'alimentation du ou des circuits électriques secondaires est réduit en conséquence.
L'aluminerie 1 peut comprendre un circuit électrique secondaire 16, 17 muni d'un conducteur électrique en matériau supraconducteur et longeant sensiblement au même endroit avantageusement au moins deux fois une même file F de cuves 2 d'électrolyse de manière à réaliser plusieurs tours en série, comme cela est notamment visible sur les figures 6 et 7.
Le fait que la boucle formée par un circuit électrique secondaire 16, 17 comprenne plusieurs tours en série permet pour un même effet magnétique de diviser l'intensité du courant 12, 13 traversant le circuit électrique secondaire 16, 17 autant de fois que le nombre de tours réalisés. La réduction de la valeur de cette intensité permet par ailleurs de diminuer les pertes d'énergie par effet Joule au niveau des jonctions et le cout des jonctions entre les conducteurs électriques en matériau supraconducteur et les conducteurs électriques d'entrée ou de sortie du circuit électrique secondaire 16, 17. La diminution de l'intensité globale parcourant chaque circuit électrique secondaire 16, 17 avec des conducteurs électriques en matériau supraconducteur permet de diminuer la taille de la station 18 d'alimentation qui leur est associée. Par exemple, pour une boucle devant délivrer un courant de 200 kA, vingt tours de conducteur électrique en matériau supraconducteur permettent d'utiliser une station 18 d'alimentation délivrant 10kA. De même, quarante tours de conducteur électrique en matériau supraconducteur permettraient d'utiliser une station d'alimentation délivrant un courant d'intensité égale à 5 kA. Cela permet ainsi d'utiliser des équipements couramment vendus dans le commerce et donc peu onéreux. De plus, l'utilisation d'un ou plusieurs tours en série pour former lês^cîrcuits électriques secondaires 16, 17 en matériau supraconducteur présente l'avantage de diminuer les champs magnétiques sur le trajet entre la station 18 d'alimentation et la première et la dernière cuve 2 d'électrolyse car on a une intensité faible sur ce trajet (un seul passage du conducteur électrique).
Le faible encombrement des conducteurs électriques en matériau supraconducteur par rapport à des conducteurs électriques en aluminium ou en cuivre (section jusqu'à 150 fois plus faible que la section d'un conducteur en cuivre pour une intensité égale, et davantage encore par rapport à un conducteur en aluminium) facilite la réalisation de plusieurs tours en série dans les boucles formées par les circuits électriques secondaires 16, 17.
L'aluminerie 1 selon le mode de réalisation illustré à la figure 6 comprend un circuit électrique secondaire 16 dont les conducteurs électriques longent en série à deux reprises les files F de la série. Sur l'exemple de réalisation de la figure 7, l'aluminerie 1 comprend un circuit électrique secondaire 16 longeant à la fois le côté gauche et le côté droit des cuves 2 d'électrolyse de la série (côté gauche et côté droit étant définis par rapport à un observateur placé au niveau du circuit électrique principal 15 et orientant son regard dans le sens de circulation global du courant d'électrolyse 11 ). De plus, les conducteurs électriques (en matériau supraconducteur) du circuit électrique secondaire 16 de l'aluminerie 1 représentée sur la figure 7 réalisent plusieurs tours en série, dont deux tours en longeant les côtés gauches des cuves 2 de la série et trois tours en en longeant les côtés droits. Le nombre de tours pourrait respectivement être égal à vingt et trente.
Du fait de la faible différence de potentiel entre deux tours de conducteur électrique en matériau supraconducteur, il est aisé d'isoler électriquement les différents tours du conducteur électrique. Un isolant électrique de faible épaisseur placé entre chaque tour de conducteur électrique en matériau supraconducteur suffit.
Pour cette raison, et grâce au faible encombrement du conducteur électrique en matériau supraconducteur, il est possible de contenir le conducteur électrique en matériau supraconducteur d'un circuit à l'intérieur d'une unique enveloppe cryogénique, et ce quelque soit le nombre de tours réalisés par ce conducteur. Cette enveloppe cryogénique peut comprendre une gaine thermiquement isolée dans laquelle circule un fluide de refroidissement. A un endroit donné, l'enveloppe cryogénique peut donc contenir côte à côte plusieurs passages du même conducteur électrique en matériau supraconducteur. Cela serait plus contraignant avec des conducteurs électriques en aluminium ou en cuivre réalisant plusieurs fois le tour de la série de cuves d'électrolyse. Les conducteurs électriques en aluminium ou en cuivre sont en effet plus encombrants que les conducteurs électriques en matériau supraconducteur. De plus, en raison de la chute de potentiel importante qui existerait entre chaque tour, il serait nécessaire d'ajouter des isolants coûteux à mettre en place et à maintenir. Les conducteurs électriques classiques, en aluminium ou en cuivre, chauffant en fonctionnement, la mise en place d'un isolant entre les différents tours de conducteurs poserait des problèmes d'évacuation de chaleur.
Les conducteurs électriques en matériau supraconducteur peuvent présenter également l'avantage par rapport aux conducteurs électriques en aluminium ou en cuivre d'être flexibles. L'aluminerie 1 peut ainsi comprendre un ou plusieurs circuits électriques secondaires 16, 17 comportant un conducteur électrique en matériau supraconducteur présentant au moins une partie courbe. Cela permet de contourner les obstacles 19 présents à l'intérieur de l'aluminerie 1 , par exemple un pilier, comme cela est visible sur la figure 10.
Cela permet également d'ajuster localement la compensation du champ magnétique dans l'aluminerie 1 en ajustant localement la position du conducteur électrique en matériau supraconducteur du ou des circuits électriques secondaires 16, 17, comme le permet la partie courbe 16a du circuit électrique secondaire 16 de l'aluminerie 1 visible sur la figure 10. Cette flexibilité permet de déplacer le conducteur électrique en matériau supraconducteur par rapport à sa position initiale, pour corriger le champ magnétique en s'adaptant à l'évolution de l'aluminerie 1 (par exemple l'augmentation de l'intensité du courant d'électrolyse 11 , ou pour utiliser les résultats des plus récents calculs de correction magnétique qui sont permis par les nouvelles puissances des ordinateurs et les connaissances générales sur le sujet).
Il est à noter que les conducteurs électriques en matériau supraconducteur du ou des circuits électriques secondaires 16, 17 peuvent être disposés sous les cuves 2 d'électrolyse. En particulier, ils peuvent être enterrés. Cette disposition est rendue possible par le faible encombrement des conducteurs électriques en matériau supraconducteur d'une part, et par le fait qu'ils ne chauffent pas d'autre part. Cette disposition serait difficilement réalisable avec des conducteurs électriques en aluminium ou en cuivre, car leur taille est plus importante à intensité égale, et parce qu'ils chauffent et nécessitent en conséquence d'être refroidis (couramment au contact de l'air et /ou avec des moyens de refroidissements spécifiques). La figure 1 1 montre, pour une même implantation d'aluminerie 1 , les emplacements possibles de circuits électriques secondaires 16, 17 avec des conducteurs électriques en matériau supraconducteur et de circuits électriques secondaires 16', 17' utilisant des conducteurs électriques en aluminium. Les circuits électriques secondaires 16', 17' sont placés de part et d'autre d'une cuve 2 d'électrolyse. Comme cela est illustré à la figure 11 , les circuits électriques secondaires 16', 17' empêchent l'accès aux cuves 2 d'électrolyse, par exemple pour des opérations de maintenance. Ils ne peuvent cependant être placés sous les cuves 2 d'électrolyse, comme les circuits électriques secondaires 16, 17 avec des conducteurs électriques en matériau supraconducteur, car ils présentent un encombrement plus important et nécessitent d'être refroidis. Les circuits électriques secondaires 16, 17 utilisant des conducteurs électriques en matériau supraconducteur peuvent en revanche être disposés sous les cuves 2 d'électrolyse. L'accès aux cuves 2 d'électrolyse n'est ainsi pas limité.
Selon un mode particulier de réalisation de Paluminerie 1 selon l'invention, dont un exemple est représenté sur la figure 6, les conducteurs électriques en matériau supraconducteur peuvent être contenus en partie à l'intérieur d'une enceinte 20 formant bouclier magnétique. Cette enceinte 20 peut être un tube métallique, par exemple en acier. Elle permet de réduire sensiblement le champ magnétique à l'extérieur de ce bouclier magnétique. Cela permet ainsi de créer, aux endroits où a été placée cette enceinte 20, des zones de passage, notamment de véhicules dont le fonctionnement aurait été perturbé par le champ magnétique émanant des conducteurs électriques en matériau supraconducteur. Cela permet ainsi de diminuer le coût de ces véhicules (qui doivent sinon être équipés de protection). Cette enceinte 20 peut être avantageusement placée autour des conducteurs électriques en matériau supraconducteur situés en bout de file F, comme cela est illustré sur la figure 6.
L'utilisation d'une enceinte 20 protectrice, n'est pas possible avec les conducteurs électriques classiques de l'art antérieur en aluminium ou même en cuivre. Ces conducteurs électriques en aluminium présentent effectivement une section de dimensions importantes, de l'ordre de 1 m par 1 m, contre 25 cm de diamètre pour un conducteur électrique en matériau supraconducteur. Surtout, les conducteurs électriques en aluminium chauffent en fonctionnement. L'utilisation d'une telle enceinte 20 formant bouclier magnétique ne permettrait pas une évacuation correcte de la chaleur générée.
L'enceinte 20 formant bouclier magnétique peut également être formée de matériau supraconducteur maintenu en dessous de sa température critique. Les matériaux supraconducteurs forment des écrans magnétiques très performants lorsque maintenus en dessous de leur température critique. Avantageusement, cette enceinte en matériau supraconducteur formant bouclier magnétique peut être disposée à l'intérieur de l'enveloppe cryogénique du cable formant le conducteur électrique en matériau supraconducteur. L'enceinte 20 est ainsi au plus près des conducteurs électriques en matériau supraconducteur et la masse de matériau supraconducteur de l'enceinte est minimisée et le matériau supraconducteur de l'enceinte est maintenu en dessous de sa température critique sans qu'il soit nécessaire de disposer d'un autre système de refroidissement spécifique.
Selon une variante, l'enceinte formant bouclier magnétique en matériau supraconducteur peut être réalisé indépendemment du cable formant le conducteur électrique en matériau supraconducteur, autour de ce cable. C'est notamment le cas lorsqu'une telle enceinte doit être installée autour d'un conducteur électrique en matériau supraconducteur déjà installé. L'enceinte formant bouclier magnétique en matériau supraconducteur comporte alors son système de refroidissement propre.
Il est aussi à noter que les conducteurs électriques en matériau supraconducteur présentent une masse par mètre qui peut être vingt fois inférieure à celle d'un conducteur électrique en aluminium pour une intensité équivalente. Le coût des supports des conducteurs électriques en matériau supraconducteur est donc moindre et leur installation est facilitée.
Le circuit électrique principal 15 de l'aluminerie 1 peut également comprendre un ou plusieurs conducteurs électriques en matériau supraconducteur. Ainsi, les conducteurs 14 électriques de liaison reliant électriquement les files F de la série entre elles peuvent être en matériau supraconducteur, comme cela est représenté sur la figure 8. Les conducteurs 13 électriques de liaison, reliant les extrémités de la série de cuves 2 d'électrolyse aux pôles de la station 12 d'alimentation du circuit principal 15, peuvent également être en matériau supraconducteur, comme cela est représenté sur la figure 9.
Dans une aluminerie classique, les conducteurs 14 électriques de liaison reliant deux files F mesurent de 30m à 150m selon si les deux files F qu'ils relient se trouvent dans le même bâtiment ou dans deux bâtiments séparés pour des raisons d'interaction magnétique entre ces deux files F. Les conducteurs 13 électriques de liaison reliant les extrémités de la série aux pôles de la station 12 d'alimentation mesurent généralement de 20m à 1 km selon le positionnement de cette station 12 d'alimentation. En raison de ces longueurs et de l'intensité du courant électrique parcourant ces conducteurs, on comprendra que l'utilisation de conducteurs électriques en matériau supraconducteur à ces emplacements peut permettre de réaliser des économies d'énergie. Le faible encombrement de tels conducteurs en matériau supraconducteur est par ailleurs apprécié.
Comme représenté sur les figures 8 et 9, l'utilisation de conducteurs électriques de liaison 14 et/ou 13 en matériau supraconducteur permet surtout selon un mode de réalisation de l'invention de les placer à l'intérieur d'une enceinte 20 formant bouclier magnétique. Cela permet de créer des zones de passage pour des engins ou véhicules en extrémités de file. Cela permet surtout une stabilisation des cuves d'électrolyse en annulant, contrôlant et/ou ajustant localement les champs magnétiques générés par ces conducteurs électriques de liaison. II résulte de l'utilisation de telles enceintes 20 formant bouclier magnétique autour des conducteurs électriques de liaison en extrémité de file la possibilité de diminuer la longueur des conducteurs et leur encombrement.
De façon classique, les conducteurs électriques de liaison reliant les extrémités de deux files, présentent une forme de U avec les deux branches allongées, de plusieurs dizaines de mètres, de sorte à ce que le champs magnétique généré par l'assise du U n'impacte pas de façon trop importante la stabilité magnétique et le fonctionnement des cuves disposées en extrémité de file. Un tel éloignement de cette assise du U engendre un cout important du conducteur, un cout important du bâtiment et une perte de productivité pour une surface donnée. Le fait de pouvoir placer de tels conducteurs électriques de liaison à l'intérieur d'enceintes formant bouclier magnétique permet de diminuer la longueur de ces branches du U car le champs magnétique généré par l'assise du U n'est alors plus préjudiciable au fonctionnement des cuves d'extrémité de file.
En revanche, du fait de la longueur moins importante des conducteurs 11 électriques de cuve à cuve, et des pertes énergétiques aux jonctions, l'utilisation d'un conducteur électrique en matériau supraconducteur pour conduire le courant d'électrolyse d'une cuve 2 à une autre n'est pas économiquement intéressant.
L'aluminerie 1 peut également comporter une unique file F de cuves 2 d'électrolyse, comme cela est représenté sur la figure 12 et sur la figure 13. C'est le cas par exemple d'une aluminerie 1 en cours de construction avec une production démarrée alors que la moitié des cuves 2 d'électrolyse a été, construite. Cela peut également être le cas lorsque la place disponible n'offre pas la possibilité de mettre en place plusieurs files F de cuves 2 d'électrolyse.
Dans l'exemple de la figure 12, l'extrémité de la file F de cuves 2 d'électrolyse est reliée électriquement à la station 12 d'alimentation en courant d'électrolyse 11 par le conducteur 13 électrique qui est en matériau supraconducteur. Avantageusement, une enceinte 20 formant bouclier magnétique enveloppe le conducteur 13 électrique afin de protéger l'unique file F des effets du champ magnétique généré par le passage du courant d'électrolyse 11 dans le conducteur 13 électrique. Dans l'exemple de la figure 13, l'aluminerie 1 comprend une unique file F de cuves
2 d'électrolyse. Cette file F de cuves 2 d'électrolyse est parcourue par un courant d'électrolyse 11 de haute intensité. A l'extrémité de la file F de cuves 2 opposée à l'extrémité de la file F reliée à la station 12 d'alimentation, le circuit électrique principal 15 présente un nœud et le circuit électrique se sépare en deux circuits avec chacun son intensité. De manière avantageuse, les conducteurs électriques acheminant le courant (d'intensité égale à la moitié de celle du courant d'électrolyse 11 ) depuis le nœud vers la station 12 d'alimentation sont en matériau supraconducteur. Ces conducteurs électriques en matériau supraconducteur peuvent longer à plusieurs reprises un des côtés de la file F de cuves 2 d'électrolyse (trois fois dans l'exemple de la figure 13). Lors de leur premier et de leur troisième passage le long de la file F de cuves 2 d'électrolyse, ces conducteurs électriques en matériau supraconducteur sont contenus dans une enceinte 20 formant bouclier magnétique. Lors de leur deuxième passage le long de la file de cuves 2 d'électrolyse, ces conducteurs électriques en matériau supraconducteur ne sont pas contenus dans une enceinte 20 formant bouclier magnétique. Ils permettent ainsi de générer un champ magnétique compensant les effets indésirables du champ magnétique généré par la circulation du courant d'électrolyse 11 dans la file F de cuves 2 d'électrolyse sur les liquides contenus dans les cuves 2 d'électrolyse.
Ainsi, l'utilisation de conducteurs électriques en matériau supraconducteur dans une aluminerie 1 peut s'avérer avantageux pour des longueurs de conducteurs suffisamment élevées. L'utilisation des conducteurs électriques en matériau conducteur est particulièrement avantageuse pour des circuits électriques secondaires 16, 17 destinés à réduire l'effet du champ magnétique cuve à cuve au moyen de boucles du type décrit dans le document de brevet EP0204647 ; lorsque l'intensité du courant circulant dans le circuit électrique principal 15 est particulièrement élevée, supérieure à 350kA, et lorsque la somme des intensités circulant dans le circuit électrique secondaire, dans le même sens que le courant circulant dans le circuit principal, est compris entre 20% et 100% du courant du circuit principal, et de préférence de 40% à 70%.
Les modes de réalisation décrits ne sont bien entendu pas exclusifs les uns des autres et peuvent être combinés afin de renforcer par synergie l'effet technique obtenu. Ainsi, il est possible de prévoir un circuit électrique principal 15 comprenant à la fois un conducteur 14 électrique de liaison de file à file en matériau supraconducteur disposé à l'intérieur d'une enceinte formant bouclier magnétique, des conducteurs 13 électriques de liaison reliant les extrémités d'une série aux pôles de la station 12 d'alimentation en matériau supraconducteur disposés à l'intérieur d'enceintes formant bouclier magnétique, et un ou plusieurs circuits électriques secondaires 16, 17 comprenant également des conducteurs électriques en matériau supraconducteur réalisant plusieurs tours en série disposés en partie à l'intérieur d'enceintes formant bouclier magnétique.
Enfin, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus, ces modes de réalisation n'ayant été donnés qu'à titre d'exemples. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par la substitution d'équivalents techniques, sans pour autant sortir du domaine de protection de l'invention.
En particulier, l'invention peut s'étendre à des alumineries avec électrolyse avec des anodes inertes.
Elle est aussi généralisable à tout autre type de boucles, par exemple à un type de boucles décrit dans les documents de brevet CA2585218, FR2868436, et EP1812626.

Claims

REVENDICATIONS
1. A!uminerie (1) comprenant :
(i) une série de cuves (2) d'électrolyse, destinées à la production d'aluminium, formant une ou plusieurs files (F), (ii) une station (12) d'alimentation destinée à alimenter la série de cuves (2) d'électrolyse en courant d'électrolyse (11 ), ladite station (12) d'alimentation électrique comprenant deux pôles,
(iii) un circuit électrique principal (15), destiné à être parcouru par le courant d'électrolyse (11 ), présentant deux extrémités reliées chacune à l'un des pôles de la station d'alimentation (12),
(iv) au moins un conducteur électrique, destiné à être parcouru par un courant électrique, en matériau supraconducteur, caractérisée en ce que le conducteur électrique en matériau supraconducteur est placé en tout ou partie à l'intérieur d'une enceinte (20) formant bouclier magnétique.
2. Aluminerie selon la revendication 1 , caractérisée en ce que l'enceinte (20) est formée en matériau supraconducteur.
3. Aluminerie (1 ) selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisée en ce que le conducteur électrique en matériau supraconducteur est formé par un câble comprenant une âme centrale en cuivre ou en aluminium, au moins une fibre en matériau supraconducteur et une enveloppe cryogénique.
4. Aluminerie (1 ) selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'enveloppe cryogénique est parcourue par un fluide de refroidissement.
5. Aluminerie (1) selon la revendication 4, caractérisée en ce que le fluide de refroidissement est de l'azote liquide et/ou de l'hélium.
6. Aluminerie selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que l'enceinte
(20) est formée en matériau supraconduteur et est disposée à l'intérieur de l'enveloppe cryogénique du cable formant le conducteur électrique en matériau supraconducteur.
7. Aluminerie (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que ledit conducteur électrique en matériau supraconducteur s'étend sur une longueur égale ou supérieure à dix mètres.
8. Aluminerie (1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le conducteur électrique en matériau supraconducteur est flexible et présente au moins une partie courbe.
9. Aluminerie (1 ) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre :
(iv) au moins un circuit électrique secondaire (16, 17), destiné à être parcouru par un courant (12, 13), longeant la ou les files (F) de cuves (2) d'électrolyse, et en ce que ledit conducteur électrique en matériau supraconducteur fait partie du circuit électrique secondaire (16, 17) et est placé en partie à l'intérieur de l'enceinte (20) formant bouclier magnétique.
10. Aluminerie (1) selon la revendication 9, caractérisée en ce que le conducteur électrique en matériau supraconducteur du circuit électrique secondaire (16, 17) longe au moins deux fois la ou les files (F) de cuves (2) d'électrolyse, de manière à réaliser plusieurs tours en série.
11. Aluminerie (1 ) selon la revendication 10, caractérisée en ce que le conducteur électrique en matériau supraconducteur du circuit électrique secondaire (16, 17) comporte une enveloppe cryogénique unique, à l'intérieur de laquelle passent côte à côte les tours réalisés par ledit conducteur électrique en matériau supraconducteur.
12. Aluminerie (1) selon l'une des revendications 9 à 1 1 , caractérisée en ce que le circuit électrique secondaire (16, 17) comprend deux extrémités, chaque extrémité dudit circuit électrique secondaire (16, 17) étant reliée à un pôle électrique d'une station (18) d'alimentation distincte de la station (12) d'alimentation du circuit électrique principal (15).
13. Aluminerie (1) selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que le circuit électrique principal (15) comprend au moins un conducteur électrique en matériau supraconducteur placé en tout ou partie à l'intérieur de l'enceinte (20) formant bouclier magnétique.
14. Aluminerie (1 ) selon la revendication 13, caractérisée en ce que la série de cuves (2) d'électrolyse comprend au moins deux files (F) de cuves (2) d'électrolyse et en ce que le conducteur électrique en matériau supraconducteur du circuit électrique principal (15) placé en tout ou partie à l'intérieur de l'enceinte (20) formant bouclier magnétique relie deux files (F) de cuves (2) d'électrolyse.
15. Aluminerie (1) selon la revendication 13 ou 14, caractérisée en ce que le circuit électrique principal (15) comprend deux conducteurs électriques de liaison reliant chacun un pôle de la station (12) d'alimentation dudit circuit électrique principal (15) à une extrémité de la série de cuves (2) d'électrolyse et en ce qu'au moins un des deux conducteurs électriques reliant un pôle de la station (12) d'alimentation à une extrémité de la série de cuves (2) d'électrolyse est en matériau supraconducteur et placé en tout ou partie à l'intérieur de l'enceinte (20) formant bouclier magnétique.
16. Aluminerie (1 ) selon la revendication 13, caractérisée en ce que la série de cuves (2) d'électrolyse comprend une unique file (F) et en ce que le conducteur électrique en matériau supraconducteur du circuit électrique principal (15) placé en tout ou partie à l'intérieur de l'enceinte (20) formant bouclier magnétique relie une extrémité de la file (F) à un pôle de la station (12) d'alimentation dudit circuit électrique principal (15).
17. Aluminerie (1) selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisée en ce que l'enceinte (20) formant bouclier magnétique est localisée à au moins une des extrémités de la ou des files (F) de cuves (2) d'électrolyse.
EP12748727.0A 2011-07-12 2012-07-10 Aluminerie comprenant des conducteurs electriques en materiau supraconducteur Withdrawn EP2732076A2 (fr)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1102199A FR2977898A1 (fr) 2011-07-12 2011-07-12 Aluminerie comprenant des cuves a sortie cathodique par le fond du caisson et des moyens de stabilisation des cuves
FR1102198A FR2977899A1 (fr) 2011-07-12 2011-07-12 Aluminerie comprenant des conducteurs electriques en materiau supraconducteur
PCT/FR2012/000283 WO2013007894A2 (fr) 2011-07-12 2012-07-10 Aluminerie comprenant des conducteurs electriques en materiau supraconducteur

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2732076A2 true EP2732076A2 (fr) 2014-05-21

Family

ID=46717874

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP12748727.0A Withdrawn EP2732076A2 (fr) 2011-07-12 2012-07-10 Aluminerie comprenant des conducteurs electriques en materiau supraconducteur
EP12748726.2A Active EP2732075B1 (fr) 2011-07-12 2012-07-10 Aluminerie comprenant des conducteurs electriques en materiau supraconducteur

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP12748726.2A Active EP2732075B1 (fr) 2011-07-12 2012-07-10 Aluminerie comprenant des conducteurs electriques en materiau supraconducteur

Country Status (16)

Country Link
US (2) US9598783B2 (fr)
EP (2) EP2732076A2 (fr)
CN (2) CN103649375A (fr)
AR (2) AR087122A1 (fr)
AU (2) AU2012282374A1 (fr)
BR (2) BR112014000573B1 (fr)
CA (2) CA2841300C (fr)
DK (1) DK179966B1 (fr)
EA (1) EA201490256A1 (fr)
IN (1) IN2014CN00886A (fr)
MY (1) MY166183A (fr)
NO (1) NO2732075T3 (fr)
RU (2) RU2764623C2 (fr)
SI (1) SI2732075T1 (fr)
TR (1) TR201807790T4 (fr)
WO (2) WO2013007893A2 (fr)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3009564A1 (fr) * 2013-08-09 2015-02-13 Rio Tinto Alcan Int Ltd Aluminerie comprenant un circuit electrique de compensation
FR3032459B1 (fr) * 2015-02-09 2019-08-23 Rio Tinto Alcan International Limited Aluminerie et procede de compensation d'un champ magnetique cree par la circulation du courant d'electrolyse de cette aluminerie
FR3042509B1 (fr) * 2015-10-15 2017-11-03 Rio Tinto Alcan Int Ltd Serie de cellules d'electrolyse pour la production d'aluminium comportant des moyens pour equilibrer les champs magnetiques en extremite de file
FR3115942A1 (fr) 2020-11-05 2022-05-06 Nexans Boîtier cryostat pour circuit câblé supraconducteur, et circuits câblés supraconducteurs associés
FR3116147B1 (fr) 2020-11-10 2023-04-07 Nexans Dispositif de connexion électrique pour fils supraconducteurs

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB797428A (en) * 1954-03-10 1958-07-02 Vaw Ver Aluminium Werke Ag Plant for carrying out fusion electrolysis
FR2425482A1 (fr) 1978-05-11 1979-12-07 Pechiney Aluminium Procede de compensation du champ magnetique induit par la file voisine dans les series de cuves d'electrolyse a haute intensite
US4222830A (en) * 1978-12-26 1980-09-16 Aluminum Company Of America Production of extreme purity aluminum
FR2469475A1 (fr) 1979-11-07 1981-05-22 Pechiney Aluminium Procede et dispositif pour la suppression des perturbations magnetiques dans les cuves d'electrolyse a tres haute intensite placees en travers
FR2583069B1 (fr) * 1985-06-05 1987-07-31 Pechiney Aluminium Dispositif de connexion entre cuves d'electrolyse a tres haute intensite, pour la production d'aluminium, comportant un circuit d'alimentation et un circuit independant de correction du champ magnetique
EP0905284B1 (fr) 1994-09-08 2002-04-03 MOLTECH Invent S.A. Cuve d'électrolyse d'aluminium à cathode drainée
US5831489A (en) * 1996-09-19 1998-11-03 Trw Inc. Compact magnetic shielding enclosure with high frequency feeds for cryogenic high frequency electronic apparatus
CA2287362A1 (fr) 1997-05-23 1998-11-26 Moltech Invent S.A. Cellule de production d'aluminium et cathode
FR2868436B1 (fr) 2004-04-02 2006-05-26 Aluminium Pechiney Soc Par Act Serie de cellules d'electrolyse pour la production d'aluminium comportant des moyens pour equilibrer les champs magnetiques en extremite de file
NO322258B1 (no) 2004-09-23 2006-09-04 Norsk Hydro As En fremgangsmate for elektrisk kobling og magnetisk kompensasjon av reduksjonsceller for aluminium, og et system for dette
EP1860666A4 (fr) * 2005-03-14 2012-02-29 Sumitomo Electric Industries Cable supraconducteur
CA2581348A1 (fr) * 2006-04-10 2007-10-10 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Cable supraconducteur
RU2316619C1 (ru) * 2006-04-18 2008-02-10 Общество с ограниченной ответственностью "Русская инжиниринговая компания" Устройство для компенсации магнитного поля, наведенного соседним рядом последовательно соединенных электролизеров большой мощности
US8044752B2 (en) 2006-07-21 2011-10-25 American Superconductor Corporation High-current, compact flexible conductors containing high temperature superconducting tapes
NO332480B1 (no) 2006-09-14 2012-09-24 Norsk Hydro As Elektrolysecelle samt fremgangsmate for drift av samme
CN101255567B (zh) * 2007-12-17 2010-08-25 中国铝业股份有限公司 一种优化铝电解槽磁场的方法
US8478374B2 (en) 2008-03-28 2013-07-02 American Superconductor Corporation Superconducting cable assembly and method of assembly
US9431864B2 (en) * 2011-03-15 2016-08-30 Siemens Energy, Inc. Apparatus to support superconducting windings in a rotor of an electromotive machine

Also Published As

Publication number Publication date
EA201490256A1 (ru) 2014-04-30
DK179966B1 (en) 2019-11-11
US20140209457A1 (en) 2014-07-31
WO2013007893A3 (fr) 2013-05-30
CN103687982A (zh) 2014-03-26
NZ619717A (en) 2015-10-30
MY166183A (en) 2018-06-07
DK201370794A (en) 2013-12-19
SI2732075T1 (en) 2018-06-29
US9598783B2 (en) 2017-03-21
TR201807790T4 (tr) 2018-06-21
EP2732075B1 (fr) 2018-03-14
WO2013007894A2 (fr) 2013-01-17
AU2012282373B2 (en) 2016-09-29
RU2014104795A (ru) 2015-08-20
CA2841300C (fr) 2019-04-09
AU2012282373A1 (en) 2014-01-30
BR112014000760A2 (pt) 2017-02-14
CN103649375A (zh) 2014-03-19
NO2732075T3 (fr) 2018-08-11
RU2764623C2 (ru) 2022-01-18
AR087122A1 (es) 2014-02-12
IN2014CN00886A (fr) 2015-04-03
US20140138241A1 (en) 2014-05-22
WO2013007894A3 (fr) 2013-03-28
BR112014000573B1 (pt) 2020-09-24
CA2841847A1 (fr) 2013-01-17
AU2012282374A1 (en) 2014-01-30
AR087124A1 (es) 2014-02-12
EP2732075A2 (fr) 2014-05-21
CA2841300A1 (fr) 2013-01-17
RU2018140052A (ru) 2020-04-30
WO2013007893A2 (fr) 2013-01-17
CN103687982B (zh) 2016-05-11
BR112014000573A2 (pt) 2017-02-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2732075B1 (fr) Aluminerie comprenant des conducteurs electriques en materiau supraconducteur
EP2732074B1 (fr) Aluminerie comprenant des cuves a sortie cathodique par le fond du caisson et des moyens de stabilisation des cuves
EP0204647B1 (fr) Dispositif de connexion entre cuves d'électrolyse à tres haute intensité pour la production d'aluminium, comportant un circuit d'alimentation et un circuit indépendant de correction du champ magnétique
CH628188A5 (fr) Machine dynamoelectrique.
CA2919050C (fr) Aluminerie comprenant un circuit electrique de compensation
FR2977899A1 (fr) Aluminerie comprenant des conducteurs electriques en materiau supraconducteur
OA16843A (fr) Aluminerie comprenant des conducteurs électriques en matériau supraconducteur
EP3256623B1 (fr) Aluminerie et procédé de compensation d'un champ magnétique créé par la circulation du courant d'électrolyse de cette aluminerie
EP2616571B1 (fr) Dispositif de connexion électrique entre deux cellules successives d'une série de cellules pour la production d'aluminium
OA16842A (fr) Aluminerie comprenant des cuves à sortie cathodique par le fond du caisson et des moyens de stabilisation des cuves
FR2745416A1 (fr) Amenee de courant haute tension mixte
KR101835268B1 (ko) 통전전류 가변형 전력케이블
EP1155167A1 (fr) Arrangement de cuves d'electrolyse pour la production d'aluminium
OA17793A (fr) Aluminerie comprenant un circuit électrique de compensation
FR2729501A1 (fr) Amenee de courant haute tension entre une installation supraconductrice btc et une extremite de connexion a temperature ambiante d'un cable haute tension
OA18402A (fr) Aluminerie et procédé de compensation d'un champ magnétique crée par la circulation du courant d'électrolyse de cette aluminerie.
NZ619717B2 (en) Aluminium smelter comprising electrical conductors made from a superconducting material

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20131216

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20170201