[其他]包括電源電路和獨(dú)立磁場(chǎng)修正電路的大電流強(qiáng)度煉鋁電解槽之間的連接裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 86103689
• 申請(qǐng)日: 1986-05-30
• 公開（公告）號(hào): CN86103689A
• 公開（公告）日: 1987-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 約瑟夫·查費(fèi);伯納德·蘭岡;邁克爾·利羅伊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 皮奇尼鋁公司
• 主分類號(hào): C25C3/16
• 分類號(hào): C25C3/16
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利代理部
• 代理人: 趙越

本發(fā)明是關(guān)于按照霍爾-赫路爾特（Hall-Héroulf）法，在連續(xù)的一系列電解槽中，通過電解溶于熔融冰晶石中的氧化鋁來生產(chǎn)鋁的。本發(fā)明所涉及的是安裝在這種連續(xù)電解槽之間的一種電路連接裝置，它帶有一個(gè)用于修正由于磁場(chǎng)產(chǎn)生的不良效應(yīng)的獨(dú)立電路。本裝置適用于對(duì)其系列軸為橫向排列的電解槽系列。這些電解槽在高于150KA，甚至可達(dá)500-600KA的電流強(qiáng)度下工作的，但這個(gè)值并不是本發(fā)明應(yīng)用的范圍的極限。

為了更好地理解本發(fā)明，首先應(yīng)該說明，工業(yè)上鋁的生產(chǎn)是在一些通過電路串聯(lián)的電解槽內(nèi)，對(duì)溶于熔融冰晶石中的氧化鋁進(jìn)行高溫電解，通過電解槽的電流產(chǎn)生的焦耳效應(yīng)，可使熔融冰晶石的溫度達(dá)到950-1000℃。

每個(gè)電解槽由一個(gè)包有絕熱材料的平行六面體形的金屬箱組成，其中襯有一層由碳?jí)K組成的陰極，陰極碳?jí)K中封有叫做陰極棒的鋼棒，陰極棒將電流從陰極引向下一個(gè)電解槽的陽極。陽極系統(tǒng)也是碳制的，固定在一個(gè)高度可調(diào)的，叫做“陽極樑”或陽極架”的陽極棒上。陽極棒與上一個(gè)電解槽的陰極棒在電路中相聯(lián)接。

在陽極系統(tǒng)與陰極之間是電解液，也就是氧化鋁的熔融冰晶石溶液（930-960℃）電解出的鋁沉積在陰極上，陰極槽床底部經(jīng)常地保持有一層液態(tài)鋁。

陰極槽床是長方形的，支撐陽極的陽極架一般是平行于它的大側(cè)面，而陰極棒則平行于它的小側(cè)面，即平行于槽頭。

這些電解槽連續(xù)依次排列，從前多縱向放置（槽大側(cè)面平行于排列軸），而現(xiàn)在更多見的是橫向放置（槽小側(cè)面平行于排列軸）。電解槽在電路中彼此串接。一套電解槽的兩端與一個(gè)整流配電站的正負(fù)輸出端相連。每套電解槽又串聯(lián)成幾行。為了減少導(dǎo)體的長度，電解槽行數(shù)最好是偶數(shù)。

電流流經(jīng)包括：陽極、電解質(zhì)、液態(tài)金屬、陰極、連接的導(dǎo)線等不同部件組成的電路，造成一些很強(qiáng)的磁場(chǎng)。這些磁場(chǎng)在電解質(zhì)和槽床上的液態(tài)金屬中感應(yīng)出一些作用力（Laplace力），使得熔融金屬表面發(fā)生形變，并引起金屬的運(yùn)動(dòng)。因此這種作用力對(duì)電解槽的正常運(yùn)行十分不利。為了使電解槽的不同部分以及連接導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場(chǎng)效應(yīng)互相抵消，電解槽和它們的連接導(dǎo)體的布局是經(jīng)過研究的。

關(guān)于從一個(gè)電解槽到下一個(gè)電解槽的連接導(dǎo)體布局設(shè)計(jì)的專利申請(qǐng)是很多的。特別是可以列舉出我們的FR-A-2-505368號(hào)法國專利申請(qǐng)，它描述了在低于280KA電流強(qiáng)度下運(yùn)行的電解槽的連接裝置。

一些布局方法經(jīng)過了專家的選擇，以便完全或不十分完全地去掉液態(tài)金屬中磁場(chǎng)的豎直分量，并最大限度地使槽床上的液態(tài)金屬和電解液的流動(dòng)對(duì)稱化并使之減弱。

從以下的原因可以看出，必須完全或不十分完全地去掉磁場(chǎng)的豎直分量：

電流在供電導(dǎo)體和電解槽的導(dǎo)電部分中通過而產(chǎn)生磁場(chǎng)，這會(huì)引起電解液和液態(tài)金屬的運(yùn)動(dòng)以及金屬與電解液之間交界面的變形。攪動(dòng)陽極下的電解液的這些金屬的運(yùn)動(dòng)很嚴(yán)重時(shí)，可以使這些片電解液由于液態(tài)金屬和陽極接觸而短路。電解效率會(huì)嚴(yán)重降低而能量消耗增大。

專業(yè)技術(shù)人員會(huì)知道金屬-電解液交界面形狀和液態(tài)金屬運(yùn)動(dòng)與磁場(chǎng)的豎直分量的值和水平分量的對(duì)稱化完美程度密切相關(guān);把磁場(chǎng)豎直分量減少到最大限度可以減小金屬層最低點(diǎn)到最高點(diǎn)之間的距離，并可以減弱對(duì)金屬層產(chǎn)生擾動(dòng)的磁場(chǎng)力。

相對(duì)于電解槽長軸，金屬流動(dòng)的偶然的非對(duì)稱性有如下不利之處：

1.由于凝固的冰晶石坡面上的金屬的機(jī)械磨蝕作用直接與金屬流動(dòng)的速度有關(guān)，這些流動(dòng)速度的不對(duì)稱性，在電解槽的兩個(gè)大側(cè)面上造成對(duì)凝固冰晶石面的不同磨蝕。

2.金屬和凝固冰晶石斜面之間的熱交換直接與金屬流運(yùn)的速度有關(guān)，這樣，這些流動(dòng)速度的不對(duì)稱性會(huì)導(dǎo)致與電解槽兩大側(cè)面的不同的熱交換，因此，會(huì)有兩個(gè)大側(cè)面的斜坡形狀的不同而妨礙電解槽的利用。

電解槽的電流強(qiáng)度越大，它們的尺寸越大，連接導(dǎo)體的布局就越加復(fù)雜，這是因?yàn)榻饘賹釉酱螅瑢?duì)磁場(chǎng)的敏感性就越大。一般而言一個(gè)槽的上游來的電流的或大或小的一部分在繞過一個(gè)槽頭后，被引向下一個(gè)槽，越是尺寸大的槽，電路延長得越長。

另外，由鄰近的一行電解槽產(chǎn)生的磁場(chǎng)的效應(yīng)不能再被忽略。可能的不對(duì)稱結(jié)構(gòu)或被補(bǔ)償回路加進(jìn)電路中去，以實(shí)現(xiàn)對(duì)“鄰行”效應(yīng)的補(bǔ)償。

人們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)超過350KA時(shí)，要構(gòu)思出與電流強(qiáng)度在250KA-300KA的電解槽經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)?shù)碾娊獠凼呛芾щy的。因?yàn)橥顿Y從槽的尺寸效果得到的好處完全被由導(dǎo)體線路引起的昂貴代價(jià)所抵消，這是由于導(dǎo)體線路延長和復(fù)雜化所花費(fèi)的成本比電解槽尺寸的增加帶來的經(jīng)濟(jì)效益要多得多。