[发明专利]铝熔炉和补偿由该铝熔炉的电解电流循环产生的磁场的方法

说明书

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

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

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

铝生产设备或铝熔炉通常包括横向对齐成平行的行且串联连接的数百个电解池。

数十万安培量级的电解电流流过这些电解池，这产生了大磁场。该磁场的竖向分量已知会导致称为磁流体动力(MHD)不稳定性的不稳定性，所述竖向分量主要是通过将电流从一个电解池传导到下一个电解池的连接导体产生的。

MHD不稳定性已知会降低方法的效率。池越不稳定，则阳极和金属层之间的极间距离就越大。然而，极间距离越大，过程的能量消耗就越多，这是因为能量通过焦耳效应耗散在极间空间内。

另外，磁场的水平分量——由池内和池外的导体内的全部电流流动产生——与通过液体的电流相互作用，引起金属层的稳态变形。金属层内产生的斜率(dénivellation)需要足够小，以使得所述阳极几乎没有浪费地均匀地消耗。为了确保层内的变化小，液体(电解液槽和金属层)中磁场的水平分量应尽可能呈反对称的。对于构成水平分量的磁场的纵向分量和横向分量，反对称意味着，在与所提及的场的分量平行的池的中心轴线垂直的距离处，以及在此中心轴线的任一侧上的相同距离处，所提及的分量的值相反。该磁场的水平分量的反对称是引起池中的界面的最对称的且最平的可能变形的配置。

已知的是，尤其从专利文献FR1079131和FR2469475中已知，可以通过使用传导电解电流的导体的特定布置补偿通过电解电流的流动产生的磁场来对抗MHD不稳定性。例如，根据专利文献FR2469475，连接导体在侧面围绕每个电解池的端部或头部。这称为自补偿。此原理基于在一个电解池的规模上对磁场的局部均衡。

自补偿的主要优点在于使用电解电流自身来补偿MHD不稳定性。

但是，因为电导体围绕电解池的头部，所以自补偿要求在侧部的空间相当大。

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

此外，具有自补偿电路的铝熔炉的设计是固定的。然而，在其使用寿命中，将电解电流的强度增加到超过设计时设想的强度可能变得必要。实际上这还将改变来自自补偿电路的磁场的分布，该自补偿电路尚未被设计用于此新的分布，结果其将不再最佳地补偿此磁场。存在一些解决方案来克服这种改进可能性的缺乏并且恢复接近最佳的磁补偿，但是这些解决方案特别复杂且实施成本很高。