[发明专利]包含由超导材料制成的电导体的铝厂

说明书

本发明涉及铝厂，且更具体而言涉及用于铝厂的电导体系统。

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

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

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

另一个问题源自因电解电流产生的强磁场的存在。该磁场扰乱电解池的运行、使其效率降低。特别是该磁场的垂直分量导致所述液态铝层的不稳定。

已知磁场的垂直分量可通过在电解池规模上补偿磁场而减弱。该解决方案通过从一个池N向池N+1传输电解电流的导体的特定排列而实施。这些导体——通常为铝条——围绕池N的末端。图1中的俯视图示意性示出电磁场借助于导体101的排布自补偿，所述导体101连接该池100至下一个下游池102。关于这一点，应注意，导体101相对于其围绕的池100是偏心的。磁场自补偿池的实例具体已知于专利文献FR2469475中。

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

减弱磁场垂直分量的另一解决方案涉及使用由一个或多个金属电导体形成的次级电路。该次级电路通常顺着铝厂中电解池的一个或多个对准轴布置。强度为电解电流强度一定百分比的电流通过该次级电路并因此产生补偿由电解电流产生的磁场效应的磁场。

具体而言，次级电路通过带有电流的内部和/或外部回路用于减弱由一排相邻池产生的磁场效应的用途已知于FR2425482中，所述内部和/或外部回路的电流具有的强度为电解电流强度的约5%-20%。从文献“Application of High-Tc Superconductors in Aluminum Electrolysis Plants”by Magne Runde in IEEE Transactions on applied superconductivity,vol5,N^o2,June1995中也已知，超导材料用于制备所述次级电路在经济上不可行。

次级电路通过带有电流的回路用于减弱由池间导体产生的磁场效应的用途已知于专利文献EP0204647中，所述回路的电流强度为电解电流强度的约20%-70%且与电解电流同向。

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

因此，本发明具有以下目的：克服上述全部或部分缺陷以及提供铝生产厂中面临的问题的解决方案，所述目的通过提供一种制造和运行成本大幅降低且所需空间更小的铝厂而实现。

因此，本发明涉及一种铝厂，其包括：

(i)形成一排或多排的串联的设计用于制备铝的电解池，

(ii)设计用于向串联的电解池提供电解电流I1的供电站，

所述供电站具有两个电极，

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

(iv)至少一个包含由超导材料制成的电导体的设计被电流（I2，I3）流过的次级电路，所述次级电路顺着电解池的一排或多排布置，

其特征在于，次级电路中由超导材料制成的电导体顺着电解池的一排或多排至少布置两次以形成串联的若干匝（tour）。

至少一个由超导材料制成的电导体的使用尤其使减少铝厂的整体能量消耗成为可能，并因而降低铝厂的运行成本。此外，由超导材料制成的电导体因较小的尺寸而使得铝厂内部的可用空间能够得到更好的管理。由于由超导材料制成的电导体的质量小于由铝、铜或钢制成的同等导体的质量，故由超导材料制成的电导体需要更小且因而成本更低的支撑结构。

由于由超导材料制成的电导体与常规电导体的连接处存在能量损失，由超导材料制成的电导体在其具有较大长度时是有利的。