包括補(bǔ)償電路的鋁廠的制作方法
【專利說明】包括補(bǔ)償電路的鋁廠
[0001]本發(fā)明涉及鋁廠、使用所述鋁廠的方法以及攪拌所述鋁廠的電解池中的氧化鋁的過程。
[0002]眾所周知，可以通過使用霍爾-赫魯特(Hall-H6roult)過程的電解由氧化鋁來工業(yè)生產(chǎn)鋁。為此，使用一種電解池，包括:一個(gè)鋼制槽殼，在該鋼制槽殼內(nèi)有耐火材料的襯；一個(gè)由碳材料制成的陰極，陰極導(dǎo)體穿過該陰極并且用于收集該陰極處的電解電流以將其傳導(dǎo)至穿過該槽殼的底部或側(cè)部的陰極引出部;鏈接導(dǎo)體，其從所述陰極引出部大體上水平地延伸到下一個(gè)池；電解液浴，在該電解液浴中氧化鋁溶解;至少一個(gè)陽極組件，所述陽極組件包括浸入此電解液浴中的至少一個(gè)陽極;一個(gè)陽極框架，所述陽極組件懸掛在該陽極框架上；以及用于電解電流由下向上延伸的上升導(dǎo)體(conducteurs de mont6e)，該上升導(dǎo)體被連接到來自在前的電解池的鏈接導(dǎo)體以將來自陰極引出部的電解電流傳導(dǎo)到下一個(gè)池中的陽極框架、陽極組件以及陽極。所述陽極更具體地為預(yù)烘烤碳?jí)K的預(yù)烘烤陽極類型，即，在它們放置在電解池中之前被烘烤。
[0003]鋁生產(chǎn)廠或鋁廠通常包括橫向?qū)R成平行的行且串聯(lián)連接的數(shù)百個(gè)電解池。
[0004]數(shù)十萬安培量級(jí)的電解電流流過這些電解池，這創(chuàng)建了一個(gè)大磁場(chǎng)。此磁場(chǎng)的豎向分量已知會(huì)導(dǎo)致被稱為磁流體動(dòng)力(MHD)不穩(wěn)定性的不穩(wěn)定性，所述豎向分量主要是通過將電流從一個(gè)電解池傳導(dǎo)到下一個(gè)電解池的鏈接導(dǎo)體產(chǎn)生的。
[0005]這些MHD不穩(wěn)定性已知會(huì)降低過程的產(chǎn)率。池越不穩(wěn)定，陽極和金屬層之間的極間距離就越大。然而，極間距離越大，過程的能量消耗就越大，這是因?yàn)橥ㄟ^焦耳效應(yīng)能量耗散在極間空間內(nèi)。
[0006]另外，磁場(chǎng)的水平分量與通過液體的電流相互作用，引起金屬層的固定變形，所述水平分量是由池內(nèi)和池外的導(dǎo)體內(nèi)的全部電流流動(dòng)生成的。所產(chǎn)生的金屬層的高度差(d6nivellat1n)需要足夠小，以使得所述陽極被幾乎沒有浪費(fèi)地均勻地消耗。為了獲得小的高度差，在液體(電解液浴和金屬層)中該磁場(chǎng)的水平分量必須是盡可能反對(duì)稱的。對(duì)于包括水平分量的磁場(chǎng)的縱向分量或橫向分量，反對(duì)稱意味著在與被討論的場(chǎng)的分量平行的池的中心軸線垂直的一個(gè)距離處，以及在此中心軸線的任一側(cè)上的相同距離處，被討論的分量的值將相反。該磁場(chǎng)的水平分量的反對(duì)稱是引起池中的界面的最對(duì)稱的且最平的可能變形的配置。
[0007]已知的是，尤其從專利文獻(xiàn)FR1079131和FR2469475中已知，可以通過使用傳導(dǎo)電解電流的導(dǎo)體的特定布置補(bǔ)償通過電解電流的流動(dòng)創(chuàng)建的磁場(chǎng)來控制MHD不穩(wěn)定性。例如，根據(jù)專利文獻(xiàn)FR2469475，鏈接導(dǎo)體側(cè)面地圍繞每個(gè)電解池的端部或頭部。這被稱為自補(bǔ)償。此原理基于在一個(gè)電解池的規(guī)模上對(duì)磁場(chǎng)的局部中和。
[0008]自補(bǔ)償?shù)闹饕獌?yōu)點(diǎn)在于使用電解電流自身來補(bǔ)償MHD不穩(wěn)定性。
[0009]但是，因?yàn)殡妼?dǎo)體圍繞電解池的頭部，所以自補(bǔ)償會(huì)引起在側(cè)部的相當(dāng)大的空間要求。
[0010]最重要的是，實(shí)施此方案的鏈接導(dǎo)體的大長(zhǎng)度通過導(dǎo)體的電阻效應(yīng)引起線內(nèi)(en-ligne)電損耗，從而引起操作成本增加，并且需要大量原材料，從而引起高制造成本。在電解池具有大尺寸且在高電流強(qiáng)度下運(yùn)行的情況下，這些缺點(diǎn)甚至更顯著。
[0011]此外，具有自補(bǔ)償電路的鋁廠的設(shè)計(jì)是固定的。然而，在其使用壽命中，將電解電流的強(qiáng)度增加到超過設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)想的強(qiáng)度可能變得必要。實(shí)際上這還將改變來自自補(bǔ)償電路的磁場(chǎng)的分布，該自補(bǔ)償電路尚未被設(shè)計(jì)用于此新的分布，結(jié)果其將不再最佳地補(bǔ)償此磁場(chǎng)。存在一些解決方案來克服這種改進(jìn)可能性的缺乏并且恢復(fù)接近最佳的磁補(bǔ)償，但是這些解決方案特別復(fù)雜且實(shí)施成本很高。
[0012]另一個(gè)用于降低MHD不穩(wěn)定性的解決方案(尤其從專利文獻(xiàn)FR2425482已知)涉及使用沿著電解池的行的側(cè)部的次級(jí)電路或外部環(huán)路。強(qiáng)度等于電解電流的強(qiáng)度的預(yù)定百分比的一個(gè)電流流過該次級(jí)電路。因此，外部環(huán)路生成一個(gè)補(bǔ)償通過電解池的鄰近行中的電解電流創(chuàng)建的磁場(chǎng)的影響的磁場(chǎng)。
[0013]從專利文獻(xiàn)EP0204647還已知的是，沿著電解池的行的側(cè)部延伸的次級(jí)電路可以用來減小通過鏈接導(dǎo)體創(chuàng)建的磁場(chǎng)的影響，流過此次級(jí)電路中的電導(dǎo)體的電流的強(qiáng)度是電解電流的強(qiáng)度的大約5%到80%，該電流在與電解電流相同的方向上流動(dòng)。
[0014]通過外部環(huán)路提供補(bǔ)償?shù)慕鉀Q方案具有的優(yōu)點(diǎn)是，它提供了獨(dú)立于電解電流流過的主要電路的一個(gè)次級(jí)電路。
[0015]將位于接近槽殼的較小側(cè)的成行的池的側(cè)部的次級(jí)電路設(shè)置在浴-金屬界面處可能補(bǔ)償所述豎向分量而對(duì)磁場(chǎng)的水平分量沒有任何影響。
[0016]通過外部環(huán)路提供補(bǔ)償?shù)慕鉀Q方案顯著減小鏈接導(dǎo)體的長(zhǎng)度、質(zhì)量以及電損耗，但是需要附加的電力發(fā)電站和附加的獨(dú)立次級(jí)電路。
[0017]還將注意到，通過外部環(huán)路提供補(bǔ)償?shù)慕鉀Q方案暗含磁場(chǎng)的積累，連同創(chuàng)建非常強(qiáng)的總體環(huán)境場(chǎng)的串聯(lián)電流，達(dá)到了如下程度使得這會(huì)引起對(duì)操作和材料(例如，車輛所需的屏蔽)的約束并且來自一行的磁場(chǎng)會(huì)影響相鄰行中的池的穩(wěn)定性。為了限制一行對(duì)相鄰的行的影響，它們必須彼此分立，且這是一個(gè)相當(dāng)大的空間約束，從而意味著電解池的每個(gè)行必須安置在單獨(dú)的車間(hangar)內(nèi)。
[0018]除此以外，電解電路和連接電解池的兩個(gè)相鄰的行的端部的次級(jí)電路之間的連接部分趨向于使在一行的端部處的池不穩(wěn)定。為了避免在一行的端部處具有不穩(wěn)定的池，如從專利FR2868436已知的，可以基于預(yù)定路徑配置次級(jí)電路的此部分，以校正磁場(chǎng)使得其對(duì)一行的端部處的池的影響變得可接受。然而，此路線使該次級(jí)電路的長(zhǎng)度明顯增加，且因此使材料成本明顯增加。應(yīng)注意的是，通常的解決方案涉及將次級(jí)電路和定位在一行的端部處的池的電解電路之間的接合部進(jìn)一步移動(dòng)遠(yuǎn)離，但是這使占用空間增加并且使電導(dǎo)體的長(zhǎng)度增加，且因此使材料成本和能量成本增加。
[0019]因此顯然，通過外部環(huán)路提供補(bǔ)償?shù)囊阎桨敢鹣鄬?duì)大的結(jié)構(gòu)成本。
[0020]不過，本發(fā)明意在通過提供一種具有改善的性能和較少占用空間的磁配置的鋁廠來完全地或部分地克服這些缺點(diǎn)。
[0021]為此，本發(fā)明的目的是一種鋁廠，包括:相對(duì)于行的長(zhǎng)度橫向布置的至少一行電解池，所述電解池中的每個(gè)均包括:一個(gè)槽殼，陽極組件以及一個(gè)陰極，所述陽極組件包括一個(gè)支撐件和至少一個(gè)陽極，陰極導(dǎo)體穿過所述陰極，所述陰極導(dǎo)體被用于收集所述陰極處的電解電流1:以將它傳導(dǎo)到所述槽殼外部的陰極引出部，其特征在于，所述電解池包括:連接到所述陽極組件的上升和連接電導(dǎo)體，所述陽極組件沿著所述電解池的兩個(gè)相對(duì)的縱向邊緣向上延伸以將所述電解電流1:傳導(dǎo)到所述陽極組件；以及連接到所述陰極引出部的鏈接導(dǎo)體，所述鏈接導(dǎo)體被設(shè)計(jì)為將來自所述陰極引出部的電解電流傳導(dǎo)到下一個(gè)電解池的上升和連接電導(dǎo)體，并且所述鋁廠包括至少一個(gè)補(bǔ)償電路，所述補(bǔ)償電路在所述電解池下方延伸，在所述電解池下方流動(dòng)的通過所述補(bǔ)償電路的補(bǔ)償電流12的流動(dòng)方向與流動(dòng)通過定位在上方的電解池的電解電流11的總體流動(dòng)方向相反。
[0022]因此，根據(jù)本發(fā)明的鋁廠占據(jù)較少空間且提供的優(yōu)點(diǎn)是它可以具有磁性非常穩(wěn)定的池，達(dá)到總體性能改善的程度。
[0023]根據(jù)一種使用此鋁廠的方法，補(bǔ)償電流12流動(dòng)通過在電解池下方的補(bǔ)償電路的方向與流動(dòng)通過定位在上方的電解池的電解電流11的總體流動(dòng)方向相反。
[0024]有利地，補(bǔ)償電路12的強(qiáng)度是電解電流h的強(qiáng)度的大約50%到150%。
[0025]所述上升和連接電導(dǎo)體被布置在池之間的空間內(nèi)，在電解池的兩個(gè)縱向側(cè)處在池的任一側(cè)上，以相互補(bǔ)償且獲得該池的磁場(chǎng)的水平分量的大體上反對(duì)稱分布，確保鋁層的很小的高度差，而對(duì)磁場(chǎng)的豎向分量不具有影響，使得在鏈接導(dǎo)體、上升和連接導(dǎo)體二者中，引起補(bǔ)償前的不利的豎向磁場(chǎng)和水平磁場(chǎng)的一個(gè)池與另一個(gè)池之間的電導(dǎo)體在實(shí)踐中僅是在槽殼下方水平地行進(jìn)的從一個(gè)池到另一個(gè)池的導(dǎo)體，即，更具體地是鏈接導(dǎo)體。因此，借助于補(bǔ)償電路對(duì)此不利的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償，有利地，是電解電流h的強(qiáng)度的大約50%到150%的一個(gè)補(bǔ)償電流12通過該補(bǔ)償電路，并且補(bǔ)償電流12在電解池下方流動(dòng)的方向與位于上方的電解池中的電解電流11的總體流動(dòng)方向相反。
[0026]因此，可以減少或甚至幾乎消除池中的磁場(chǎng)的豎向分量，且可以在液體中維持大體上反對(duì)稱的水平磁場(chǎng)分布。所提出的解決方案因此有可能獲得具有極小不穩(wěn)定性的池，且因此改善性能，同時(shí)維持在浴/金屬界面處的水平中的很小的高度差，這也是該過程的令人滿意的功能所必需的。
[0027]接近根據(jù)本發(fā)明的鋁廠、池以及池的行，磁場(chǎng)是小的，甚至近乎消除，以使得消除與強(qiáng)磁場(chǎng)相關(guān)聯(lián)的對(duì)鋁廠的操作以及在操作中使用的材料的約束。來自一行的磁場(chǎng)因此不再影響相鄰的行中的池的穩(wěn)定性，使得池的相鄰的行可以被更接近地放置在一起，且池的兩個(gè)相鄰的行尤其被定位在一個(gè)較小的建筑物內(nèi)，使得當(dāng)甚至僅使用一個(gè)補(bǔ)償電路時(shí)可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)成本中的重大節(jié)約。
[0028]盡管來自現(xiàn)有技術(shù)的令人沮喪的經(jīng)驗(yàn)，補(bǔ)償電路在電解池下方通過且不沿著電解池的一行或多行的側(cè)。因此，騰出電解池的一行或多行的任一側(cè)上的空