[發明專利]包含由超導材料制成的電導體的鋁廠

有效

• 申請號: 201280034686.5
• 申請日: 2012-07-10
• 公開（公告）號: CN103687982A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: C·杜瓦;S·瑞納烏迪爾;B·巴德特;O·馬丁;S·萬唐寬
• 申請（專利權）人: 力拓艾爾坎國際有限公司
• 主分類號: C25C3/08
• 分類號: C25C3/08;C25C3/16;C25C3/20
• 代理公司: 北京北翔知識產權代理有限公司 11285
• 代理人: 王媛;鐘守期

本發明涉及鋁廠，且更具體而言涉及用于鋁廠的電導體系統。

已知工業上鋁可通過使用霍爾-赫勞爾特（Hall-Héroult）法由氧化鋁電解而制備。為此，提供具體包括鋼槽殼、耐火內襯以及碳材料陰極的電解池，所述碳材料陰極連接至用于傳導電解電流的導體。該電解池還包括主要包含冰晶石——其中溶解有氧化鋁——的電解浴。該霍爾-赫勞爾特法由以下步驟組成：將包含陽極的碳塊部分地浸入該電解浴中，該陽極隨著反應進行而消耗。在電解池底部形成一層液態鋁層。

一般而言，生產鋁的工廠具有幾百個電解池。約數百千安（培）的高電解電流通過這些電解池。

鋁廠中存在大量需要解決的問題；這具體包括降低能耗成本、用于生產電導體的材料的成本以及減少尺寸以提高相同表面積的生產效率。

另一個問題源自因電解電流產生的強磁場的存在。該磁場擾亂電解池的運行、使其效率降低。特別是該磁場的垂直分量導致所述液態鋁層的不穩定。

已知磁場的垂直分量可通過在電解池規模上補償磁場而減弱。該解決方案通過從一個池N向池N+1傳輸電解電流的導體的特定排列而實施。這些導體——通常為鋁條——圍繞池N的末端。圖1中的俯視圖示意性示出電磁場借助于導體101的排布自補償，所述導體101連接該池100至下一個下游池102。關于這一點，應注意，導體101相對于其圍繞的池100是偏心的。磁場自補償池的實例具體已知于專利文獻FR2469475中。

該解決方案因為導體的特定排布需要大量空間而帶來了許多設計局限。此外，用于實施該解決方案的過長的導體（通常由鋁制成）長度意味著高昂的材料成本并因導體的電阻效應而產生大量的能源損耗。

減弱磁場垂直分量的另一解決方案涉及使用由一個或多個金屬電導體形成的次級電路。該次級電路通常順著鋁廠中電解池的一個或多個對準軸布置。強度為電解電流強度一定百分比的電流通過該次級電路并因此產生補償由電解電流產生的磁場效應的磁場。

具體而言，次級電路通過帶有電流的內部和/或外部回路用于減弱由一排相鄰池產生的磁場效應的用途已知于FR2425482中，所述內部和/或外部回路的電流具有的強度為電解電流強度的約5%-20%。從文獻“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，超導材料用于制備所述次級電路在經濟上不可行。

次級電路通過帶有電流的回路用于減弱由池間導體產生的磁場效應的用途已知于專利文獻EP0204647中，所述回路的電流強度為電解電流強度的約20%-70%且與電解電流同向。

然而，該解決方案在其需要大量材料（通常為鋁）以制備該次級電路方面成本昂貴。其在能量方面也是高成本的，這是因為次級電路需要供給電流。最后，其需要安裝大功率和大規模的供電站（或發電機）。

因此，本發明具有以下目的：克服上述全部或部分缺陷以及提供鋁生產廠中面臨的問題的解決方案，所述目的通過提供一種制造和運行成本大幅降低且所需空間更小的鋁廠而實現。

因此，本發明涉及一種鋁廠，其包括：

(i)形成一排或多排的串聯的設計用于制備鋁的電解池，

(ii)設計用于向串聯的電解池提供電解電流I1的供電站，

所述供電站具有兩個電極，

(iii)設計被電解電流I1流過的主電路，其具有兩個各自連接至供電站的一個電極的末端，

(iv)至少一個包含由超導材料制成的電導體的設計被電流（I2，I3）流過的次級電路，所述次級電路順著電解池的一排或多排布置，

其特征在于，次級電路中由超導材料制成的電導體順著電解池的一排或多排至少布置兩次以形成串聯的若干匝（tour）。

至少一個由超導材料制成的電導體的使用尤其使減少鋁廠的整體能量消耗成為可能，并因而降低鋁廠的運行成本。此外，由超導材料制成的電導體因較小的尺寸而使得鋁廠內部的可用空間能夠得到更好的管理。由于由超導材料制成的電導體的質量小于由鋁、銅或鋼制成的同等導體的質量，故由超導材料制成的電導體需要更小且因而成本更低的支撐結構。

由于由超導材料制成的電導體與常規電導體的連接處存在能量損失，由超導材料制成的電導體在其具有較大長度時是有利的。