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技术

本发明专利技术涉及铝熔炉(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)。

Aluminum melting furnace and method of compensating magnetic field produced by electrolysis current circulation of aluminum melting furnace

The present invention relates to aluminum melting furnace (1), the aluminum melting furnace (1) includes a row (2) electrolytic cell, the cell relative to the row (2) horizontally, one cell includes an anode assembly and electrical conductors for rising and connected to the anode assembly. The ascending and connecting conductors extend upwards along the two opposite longitudinal edges of the pool. In addition, aluminum melting furnace (1) includes a first compensation circuit (4), extending in the pool at the bottom and can load and electrolytic current (IE) the first compensation current in the opposite direction (IC1); and second (6), the compensation circuit in a row (2) side of the extension and load and electrolytic current (IE) second compensation current of the same direction (IC2).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】铝熔炉和补偿由该铝熔炉的电解电流循环产生的磁场的方法本专利技术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(conducteursdemontée)，从而使电解电流形成从阴极引出部至下一个池中的阳极框架、阳极组件以及阳极的路径。阳极更具体地为预烘烤碳块的预烘烤型阳极，即在放置在电解池中之前烘烤。铝生产设备或铝熔炉通常包括横向对齐成平行的行且串联连接的数百个电解池。数十万安培量级的电解电流流过这些电解池，这产生了大磁场。该磁场的竖向分量已知会导致称为磁流体动力(MHD)不稳定性的不稳定性，所述竖向分量主要是通过将电流从一个电解池传导到下一个电解池的连接导体产生的。MHD不稳定性已知会降低方法的效率。池越不稳定，则阳极和金属层之间的极间距离就越大。然而，极间距离越大，过程的能量消耗就越多，这是因为能量通过焦耳效应耗散在极间空间内。另外，磁场的水平分量——由池内和池外的导体内的全部电流流动产生——与通过液体的电流相互作用，引起金属层的稳态变形。金属层内产生的斜率(dénivellation)需要足够小，以使得所述阳极几乎没有浪费地均匀地消耗。为了确保层内的变化小，液体(电解液槽和金属层)中磁场的水平分量应尽可能呈反对称的。对于构成水平分量的磁场的纵向分量和横向分量，反对称意味着，在与所提及的场的分量平行的池的中心轴线垂直的距离处，以及在此中心轴线的任一侧上的相同距离处，所提及的分量的值相反。该磁场的水平分量的反对称是引起池中的界面的最对称的且最平的可能变形的配置。已知的是，尤其从专利文献FR1079131和FR2469475中已知，可以通过使用传导电解电流的导体的特定布置补偿通过电解电流的流动产生的磁场来对抗MHD不稳定性。例如，根据专利文献FR2469475，连接导体在侧面围绕每个电解池的端部或头部。这称为自补偿。此原理基于在一个电解池的规模上对磁场的局部均衡。自补偿的主要优点在于使用电解电流自身来补偿MHD不稳定性。但是，因为电导体围绕电解池的头部，所以自补偿要求在侧部的空间相当大。最重要的是，实施此方案的连接导体的较长的长度通过导体的电阻效应引起线内(en-ligne)电损耗，因而增加运行成本，并且需要大量原材料，从而制造成本高。在电解池具有大尺寸且在高电流强度下运行的情况下，这些缺点甚至更突出。此外，具有自补偿电路的铝熔炉的设计是固定的。然而，在其使用寿命中，将电解电流的强度增加到超过设计时设想的强度可能变得必要。实际上这还将改变来自自补偿电路的磁场的分布，该自补偿电路尚未被设计用于此新的分布，结果其将不再最佳地补偿此磁场。存在一些解决方案来克服这种改进可能性的缺乏并且恢复接近最佳的磁补偿，但是这些解决方案特别复杂且实施成本很高。另一个用于降低MHD不稳定性的解决方案(尤其从专利文献FR2425482已知)涉及使用沿着电解池的排的侧部的次级电路或外部回路。强度等于电解电流的强度的预定百分比的电流流过次级电路。因此，外部回路生成补偿通过电解池的邻近排中的电解电流产生磁场的影响的磁场。从专利文献EP0204647还已知的是，沿着电解池的排的侧部延伸的次级电路可以用来减小通过连接导体产生的磁场的影响，流过此次级电路中的电导体的电流的强度是电解电流的强度的大约5％到80％，该电流在与电解电流相同的方向上流动。通过外部回路提供补偿的解决方案具有的优点是，它提供了独立于电解电流流过的主要电路的次级电路。将位于接近槽壳的较小侧的成排的池的侧部的次级电路设置在熔池-金属界面处可补偿竖向分量而对磁场的水平分量没有任何影响。通过外部回路提供补偿的解决方案显著减小连接导体的长度、质量以及电损耗，但是需要附加的电力发电机和附加的独立次级电路。还应注意，通过外部回路提供补偿的解决方案暗示了磁场的积累，连同产生非常强的总体环境场的串联电流，使得引起对操作和材料(例如，车辆所需的屏蔽)的约束并且来自一排的磁场会影响相邻行中的池的稳定性。为了减少一排对相邻的排的影响，它们应彼此分离，且这是一个相当大的空间约束，因而意味着电解池的每排应安置在单独的空间(hangar)内。除此以外，电解电路和连接电解池的两个相邻的排的端部的次级电路之间的连接部分趋向于使在一排的端部处的池不稳定。为了避免在一排的端部处具有不稳定的池，如从专利FR2868436已知的，可以基于预定路径配置次级电路的此部分，以校正磁场从而使得其对一排的端部处的池的影响变得可接受。然而，此路线使该次级电路的长度明显增加，且因此使材料成本明显增加。应注意的是，通常的解决方案涉及将次级电路和定位在一排的端部处的池的电解电路之间的接合部进一步远离，但是这使占用空间增加并且使电导体的长度增加，且因此使材料成本和能量成本增加。因此，通过外部回路提供补偿的已知方案显然带来相对大的结构性成本。因此，本专利技术意在通过提供具有可使得池的磁性非常稳定的磁配置以及改善的紧凑性的铝熔炉来完全地或部分地克服这些缺点。本专利技术还涉及一种补偿磁场的方法，所述磁场由铝熔炉中电解电流的流动产生。为此，本专利技术涉及铝熔炉，其包含至少一排的电解池，所述电解池相对于所述至少一排的长度横向布置，所述电解池中的一个包含阳极组件和连接到所述阳极组件的上升和连接电导体，其特征在于，所述上升和连接电导体沿着电解池的两个相对的纵向边缘向上延伸以将电解电流传导至阳极组件，并且特征在于，铝熔炉包括：-至少一个第一补偿电路，其在电解池下方延伸，所述至少一个第一补偿电路可被第一补偿电流穿过，所述第一补偿电流设计成以与电解电流的总体流动方向相反的方向在电解池的下方流动，-至少一个第二补偿电路，其在至少一排的电解池的至少一侧的上方延伸，所述至少一个第二补偿电路可被第二补偿电流穿过，第二补偿电流被设计成以与电解电流的总体流动方向相同的方向流动。因此，本专利技术的铝熔炉具有以下优点：提供了具有较高磁性稳定性的池，这是因为它们同时补偿了由电解电流的流动产生的磁场的水平和垂直分量，这改善了整体效率，而对本专利技术的铝熔炉的规模没有不利影响，这是因为所述第一补偿电路在电解池的下方延伸。根据一个优选实施方案，上升和连接电导体包含上游上升和连接电导体，其与电解池的上游纵向边缘相邻；和下游上升和连接电导体，其与电解池的下游纵向边缘相邻，并且铝熔炉的布置方式为使得电解电流在上游上升和连接电导体和下游上升和连接电导体之间的分布是非对称的，设计成流过电解池上游的所有上升和连接电导体的上游电解电流的强度等于电解电流强度的50-100％，而设计成流过电解池下游的所有上升和连接电导体的下游电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝熔炉(1)，其包括至少一排(2)的电解池(10)，所述电解池(10)相对于所述至少一排(2)的长度横向布置，所述电解池(10)中的一个包含阳极组件(14)和连接到所述阳极组件(14)的上升和连接电导体(22)，其特征在于，所述上升和连接电导体(22)沿着所述电解池(10)的两个相对的纵向边缘(38)向上延伸以将电解电流(IE)传导至所述阳极组件(14)，并且特征在于，所述铝熔炉(1)包括：‑至少一个第一补偿电路(4)，其在电解池(10)下方延伸，所述至少一个第一补偿电路(4)可被第一补偿电流(IC1)穿过，所述第一补偿电流(IC1)设计成以与电解电流(IE)的总体流动方向相反的方向在电解池(10)的下方流动，‑至少一个第二补偿电路(6)，其在所述至少一排(2)的电解池(10)的至少一侧的上方延伸，所述至少一个第二补偿电路(6)可被第二补偿电流(IC2)穿过，所述第二补偿电流(IC2)设计成以与电解电流(IE)的总体流动方向相同的方向流动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.09 FR 15002511.一种铝熔炉(1)，其包括至少一排(2)的电解池(10)，所述电解池(10)相对于所述至少一排(2)的长度横向布置，所述电解池(10)中的一个包含阳极组件(14)和连接到所述阳极组件(14)的上升和连接电导体(22)，其特征在于，所述上升和连接电导体(22)沿着所述电解池(10)的两个相对的纵向边缘(38)向上延伸以将电解电流(IE)传导至所述阳极组件(14)，并且特征在于，所述铝熔炉(1)包括：-至少一个第一补偿电路(4)，其在电解池(10)下方延伸，所述至少一个第一补偿电路(4)可被第一补偿电流(IC1)穿过，所述第一补偿电流(IC1)设计成以与电解电流(IE)的总体流动方向相反的方向在电解池(10)的下方流动，-至少一个第二补偿电路(6)，其在所述至少一排(2)的电解池(10)的至少一侧的上方延伸，所述至少一个第二补偿电路(6)可被第二补偿电流(IC2)穿过，所述第二补偿电流(IC2)设计成以与电解电流(IE)的总体流动方向相同的方向流动。2.根据权利要求1所述的铝熔炉(1)，其中所述上升和连接电导体(22)包括：上游上升和连接电导体(22A)，其与电解池(10)的上游纵向边缘(38)相邻；和下游上升和连接电导体(22B)，其与电解池(10)的下游纵向边缘(38)相邻；并且铝熔炉(1)的布置方式为使得上游上升和连接电导体(22A)和下游上升和连接电导体(22B)之间的电解电流(IE)分布呈非对称的，设计成流过电解池(10)的所有上游上升和连接电导体(22A)的上游电解电流(IEA)的强度等于电解电流(IE)强度的50-100％，而设计成流过电解池(10)所有下游上升和连接电导体(22B)的下游电解电流(IEB)的强度等于电解电流(IE)的0-50％，上游电解电流和下游电解电流(IEA)、(IEB)的总强度等于电解电流(IE)的强度。3.根据权利要求2所述的铝熔炉(1)，其中所述铝熔炉包括发电机(44)，所述发电机(44)配置为用于使得流过所述至少一个第一补偿电路(4)的第一补偿电流(IC1)的强度等于下游电解电流(IEB)的强度的两倍加减20％，且优选加减10％。4.根据权利要求2或3所述的铝熔炉(1)，其中所述铝熔炉(1)包括发电机(46)，所述发电站(46)配置为用于使得流过所述至少一个第二补偿电路(6)的第二补偿电流(IC2)的强度为上游电解电流和下游的电解电流(IEA、IEB)之间强度差的50％至100％，且优选为上游电解电流和下游的电解电流(IEA、IEB)之间强度差的80％至100％。5.根据权利要求1至4所述的铝熔炉(1)，其中上升和连接电导体(22)沿着与这些上升和连接电导体(22)相邻的电解池(10)的纵向边缘(38)以规则的间隔分布。6.根据权利要求1至5所述的铝熔炉(1)，其中所述上游上升和连接电导体(22A)和所述下游上升和连接电导体(22B)距离电解池(10)的纵向中间平面(YZ)的距离相等。7.根据权利要求6所述的铝熔炉(1)，其中所述上游(22A)上升和连接电导体(22)和所述下游上升和连接电导体(22B)相对于所述电解池(10)的纵向中间平面(YZ)大体对称布置。8.根据权利要求1至7所述的铝熔炉(1)，其中所述至少一个第一补偿电路(4)包括电导体，其在电解池(10)下方延伸，所述电导体一起形成由多个(通常为二至十二个，且优选三至十个)平行的电导体构成的层。9.根据权利要求8所述的铝熔炉(1)，其中所述层的电导体沿着电解池(10)的纵向方向(Y)彼此以规则的间隔布置。10.根据权利要求8或9所述的铝熔炉(1)，其中所述层的电导体相对于电解池(10)的横向中间平面(XZ)大体对称的布置。11.根据权利要求8至10之...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·巴德特，S·瑞纳乌迪尔，
申请(专利权)人：力拓艾尔坎国际有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA