[发明专利]用于铝电解还原槽的电连接与磁补偿方法及其系统

说明书

本发明涉及这样的方法与系统，用于在由所谓的Hall-Héroult法通过电解溶解于熔融冰晶石中的氧化铝来生产铝时，在串联设置的邻接的槽(pot)之间进行电连接与磁补偿。本发明尤其适用于这样一列电解槽，这些槽沿着横切它们所成之列的轴线设置且在大于300KA和可能要高于600KA的电流下工作。 

本发明将已知种种布设形式的不同优点相结合，对于大型电解槽的布局给出了经济的技术方案。这一技术方案使所形成的磁场最优化地结合母线性能参数，如电压降、重量、电流分布、磁场的分布与平均磁平、阳极升降器等的技术方案以及母线所需的物理空间。 

本发明的技术领域 

为了更好地理解本发明，首先应提到于电解槽中进行铝的工业生产方法，这些槽作串联的电连接，通过流经这种槽的电流的加热效应，使熔融冰晶石中的氧化铝溶液通常处于930-970℃的温度下。 

各个槽是由支承一包含预烘焙碳块的阴极的绝缘长方体钢壳组成，其中密封着若干称之为阴极电流汇流排的钢棒，这些汇流排将电流传导到槽外，传统上是50％到上游而50％到下游。阴极电流汇流排连接到母线系统上，用来将电流从阴极传导到后续槽的阳极。由碳、钢与铝组成的阳极系统固定在所谓的“阳极架”上，使阳极棒可调节其高度而同前面槽中的阴极棒电连接。 

作为930-970℃下熔融冰晶石混合物中氧化铝溶液的这种电解液则处在阳极系统与阴极之间。产生出的铝沉积于阴极表面上。有一层液态铝永久性地保持于阴极坩埚底上。由于此种坩埚呈矩形，通常支承着阳极的阳极架便与坩埚的大边平行，而这些阴极棒则与称之为槽头的上述坩埚的小边平行。 

槽中的主磁场是由此阳极与阴极系统之间的电流产成。所有其他的电流则会给予此产成的主磁场以扰动。 

这些槽排成数行，按并排方位沿横向设置；它们的短边平行于此电解槽系列的轴线。通常一个电解槽系列是由两行槽表示。这两行中的电流反向。这些槽作串联的电连接，串联的槽列的两端与电的整流与控制分站的正和负的输出端连接。电流通过各种导电元件：阳极、电解液、液态金属、阴极以及连接导线，产生大的磁场。这些磁场与液体电解质和金属中的电流一起形成了坩埚内电解液中的以及液态金属中的磁力流体动力(MHD)作为的基础。那种产生电解液与液体金属流动的所谓LaPlace力也有害于电解槽的稳定作业(稳定性)。槽子的设计以及它们连接导线的设计要使得此槽贴近的及邻区内的槽的各个部分与连接导线都应相互均衡。图1示明了电解槽系列中两个槽的横剖面。 

定义： 

线电流 

它是通过这些槽的DC电流，为各个槽内发生的电化学反应提供能量。 

电解槽系列 

电解槽系列是由相互连成一列的多个槽组成，由整流器组将线电流供给相应的电路。通常，此电路是由两个(或四个)平行的行组成，此相邻的或贴近的行以相互相反方向载运电流。 

对一个由电解槽组成的行进行补偿(行补偿)的条件 

在讨论一行电解槽的补偿时，不考虑相邻行的影响。把相继的电解槽连接而形成一电路。这种连接取决于各电解槽的设计与尺寸以及连接母线，本身形成一磁场，这一磁场必须补偿或调整，以均衡由通过电解槽以及后面的电解槽上游与下游之间的电流通路所形成的电解槽本身引起的磁场。 

例子见图2。 

行补偿指的是由这种局部的槽—槽电流通路所产生的磁场的补偿。

相邻行补偿 

在一或多行槽的邻域通常设有一排槽。两行槽通常组成一电解槽系列。这两行中的电流以相反方向流动，如图1所示。 

相邻的电解槽系列一般分成两或四个电解槽行。 

这些相邻的槽行在情形允许时因于其他电流回路也载运着线电流。来自邻行中所有电流回路的作用之和(取决于电流和行间距离)会影响到有效行中拟补偿的电解槽的磁场。由邻行中电流所形成的这种磁场中和称之为“邻行补偿”。 

邻行的作用对整个电解槽区域并非恒定的。磁场强度B根据Biot-Savart定律为：