专利名称:包括电源电路和独立磁场修正电路的大电流强度炼铝电解槽之间的连接装置的制作方法
本发明是关于按照霍尔-赫路尔特(Hall-Héroulf)法，在连续的一系列电解槽中，通过电解溶于熔融冰晶石中的氧化铝来生产铝的。本发明所涉及的是安装在这种连续电解槽之间的一种电路连接装置，它带有一个用于修正由于磁场产生的不良效应的独立电路。本装置适用于对其系列轴为横向排列的电解槽系列。这些电解槽在高于150KA，甚至可达500-600KA的电流强度下工作的，但这个值并不是本发明应用的范围的极限。
为了更好地理解本发明，首先应该说明，工业上铝的生产是在一些通过电路串联的电解槽内，对溶于熔融冰晶石中的氧化铝进行高温电解，通过电解槽的电流产生的焦耳效应，可使熔融冰晶石的温度达到950-1000℃。
每个电解槽由一个包有绝热材料的平行六面体形的金属箱组成，其中衬有一层由碳块组成的阴极，阴极碳块中封有叫做阴极棒的钢棒，阴极棒将电流从阴极引向下一个电解槽的阳极。阳极系统也是碳制的，固定在一个高度可调的，叫做“阳极樑”或阳极架”的阳极棒上。阳极棒与上一个电解槽的阴极棒在电路中相联接。
在阳极系统与阴极之间是电解液，也就是氧化铝的熔融冰晶石溶液(930-960℃)电解出的铝沉积在阴极上，阴极槽床底部经常地保持有一层液态铝。
阴极槽床是长方形的，支撑阳极的阳极架一般是平行于它的大侧面，而阴极棒则平行于它的小侧面，即平行于槽头。
这些电解槽连续依次排列，从前多纵向放置(槽大侧面平行于排列轴)，而现在更多见的是横向放置(槽小侧面平行于排列轴)。电解槽在电路中彼此串接。一套电解槽的两端与一个整流配电站的正负输出端相连。每套电解槽又串联成几行。为了减少导体的长度，电解槽行数最好是偶数。
电流流经包括阳极、电解质、液态金属、阴极、连接的导线等不同部件组成的电路，造成一些很强的磁场。这些磁场在电解质和槽床上的液态金属中感应出一些作用力(Laplace力)，使得熔融金属表面发生形变，并引起金属的运动。因此这种作用力对电解槽的正常运行十分不利。为了使电解槽的不同部分以及连接导体产生的磁场效应互相抵消，电解槽和它们的连接导体的布局是经过研究的。
关于从一个电解槽到下一个电解槽的连接导体布局设计的专利申请是很多的。特别是可以列举出我们的FR-A-2-505368号法国专利申请，它描述了在低于280KA电流强度下运行的电解槽的连接装置。
一些布局方法经过了专家的选择，以便完全或不十分完全地去掉液态金属中磁场的竖直分量，并最大限度地使槽床上的液态金属和电解液的流动对称化并使之减弱。
从以下的原因可以看出，必须完全或不十分完全地去掉磁场的竖直分量电流在供电导体和电解槽的导电部分中通过而产生磁场，这会引起电解液和液态金属的运动以及金属与电解液之间交界面的变形。搅动阳极下的电解液的这些金属的运动很严重时，可以使这些片电解液由于液态金属和阳极接触而短路。电解效率会严重降低而能量消耗增大。
专业技术人员会知道金属-电解液交界面形状和液态金属运动与磁场的竖直分量的值和水平分量的对称化完美程度密切相关;把磁场竖直分量减少到最大限度可以减小金属层最低点到最高点之间的距离，并可以减弱对金属层产生扰动的磁场力。
相对于电解槽长轴，金属流动的偶然的非对称性有如下不利之处1.由于凝固的冰晶石坡面上的金属的机械磨蚀作用直接与金属流动的速度有关，这些流动速度的不对称性，在电解槽的两个大侧面上造成对凝固冰晶石面的不同磨蚀。
2.金属和凝固冰晶石斜面之间的热交换直接与金属流运的速度有关，这样，这些流动速度的不对称性会导致与电解槽两大侧面的不同的热交换，因此，会有两个大侧面的斜坡形状的不同而妨碍电解槽的利用。
电解槽的电流强度越大，它们的尺寸越大，连接导体的布局就越加复杂，这是因为金属层越大，对磁场的敏感性就越大。一般而言一个槽的上游来的电流的或大或小的一部分在绕过一个槽头后，被引向下一个槽，越是尺寸大的槽，电路延长得越长。
另外，由邻近的一行电解槽产生的磁场的效应不能再被忽略。可能的不对称结构或被补偿回路加进电路中去，以实现对“邻行”效应的补偿。
人们发现，当超过350KA时，要构思出与电流强度在250KA-300KA的电解槽经济效益相当的电解槽是很困难的。因为投资从槽的尺寸效果得到的好处完全被由导体线路引起的昂贵代价所抵消，这是由于导体线路延长和复杂化所花费的成本比电解槽尺寸的增加带来的经济效益要多得多。
此外，为了能够在电解槽之间放置形状复杂且占据空间大的导体，必须把这些电解槽分开，这就还要加长电路并且要增加遮蔽这些电解槽的建筑的面积。如果允许金属层的某种不稳定性的话，似乎可以设想简化电路，但这种想法必须被排除，因为电解电流效率(一般为93-97%)的降低会使经营费用猛增，铝产品失去经济上的竞争力。
因此设计在电流强度很大的情况下，电解槽之间的连接线路的问题就被提出来了，例如电流可能达到500到600KA，这样的线路应满足下列三个条件-建设和电路安装成本最低。
-使用这种电路的电解槽系列在土地占用面积方面最小。
-考虑到邻应效应，有最大的磁稳定性，因此有最大的法拉第(Faraday)效率。
人们以前已经描述了沿着一组或多组电解槽放置的导体进行磁效应补偿的一些装置，这些导体中流过的电流只占电解电流的很小一部分。这是阿尔肯(ALCAn)公司的VS3616317专利证书和贝什内钻生产公司(ALuMINIuM PECHINEY)的US4169034专利证书(等价于FR2425482)描述的情况。但在这两个专利中，都只涉及到邻行效应，即主要是竖直磁场效应的补偿问题，并且以磁场对电解槽的整个表面的方向恒定不变为出发点。这在两个专利的说明及其权利要求
中都是非常明确的。在其技术所适用的电解设备中，电解槽之间的联结电路是为了保证电解的正常运行而设计的，没有邻行电路。邻行效应的修正在临界范围之内。补偿用导体中电流最大强度在US3616317中不超过系列总电流J的25%，在US4196034中不超过17%。
基于对这些补偿电路规定的目标，可以看出它们被设计出来是为了产生一个补偿磁场，该磁场在整个槽上保持不变的方向，并与由邻行电解槽产生的竖直磁场的方向相反。
本发明的对象是一个连接装置即一个能使电解槽运行的导体布局方法，电解槽横向放置，工作电流强度高于150KA，并可达到500-600KA，电流效率可达93-97%，并能大大减轻槽间连接导体重量，大大减小槽间的距离。
这也是一个可使电路标准化和线路设计简单化，从而降低造价的装置。
归根结底这是一个使邻行电解槽产生的磁场得到补偿，而不导致高昂代价的装置。
在下面的描述中，我们将区别两类导体-从电解槽到电解槽的导体，与先有技术的电路相比差不多，是确保电解的电源供应的。
-用于磁场的补偿配平的独立导体。
我们把电解槽朝向电解槽排列对称轴的侧面称作内侧面，而把槽的另一侧面叫做外侧面。
我们把相对于一个位于电解槽排列轴上的，沿流经这行电解槽的电流的方向看去的观察者的右侧的小侧面称为“右槽头”。
另外一个小侧面叫做“左槽头”。
当人们构思一个大于350KA的高电流强度的新的电解槽时，会很容易地想到适用于目前的200-300KA的电解槽的方法，即想用这样的方式设计电解槽方向的连接导体，使每个电解槽的电路总体感应的磁场互相补偿，以便使总磁场B平均起来，对电解槽整体具有如下特性
-竖直分量均方根值Bz＜10-3忒斯拉(Tesla)。
-水平分量Bx对于电解槽横轴(短轴)是反对称的。
-水平分量By平均起来，对于电解槽纵轴(长轴)尽可能接近反对称。
(当两个被考虑的值的绝对值相同，而符号相反时，这两个值的关系就是“反对称”。)本发明基于一个双重考虑，完全不同于先有技术的那些设想。即要把以下两个功能分开人们尽力使之简单和直接的“电解电流输送”和由独立的导体所确保的“磁场的补偿配平”。
为实现第一个功能a)首先设计电解槽之间的用于输送电解电流的连接导体，通过选择一个尽可能接近直接通路的通路，以便使不动铝的重量和槽之间距离减到最小(从而使设备的占地面积也减到最小)，而先不去过多考虑磁场效应。
b)把上面说的连接导体设计成一个或数个几乎是同样的组件组，将电解槽行列中第n排的一个电解槽的每组阴极汇集器接到该行第n+1排的那个电解槽的每个阳极杆上，这就是结构的标准化和导体第一个安装的标准化。
这个直接走向的导体的新设想，按一般规则来看，其磁场分布情况对大电流强度电解槽的运行非常不利，甚至在这种情况下根本不能正常运行。实际上，由电解槽之间差不多是直接走向的导体产生的竖直磁场，在左半槽上平均为“强正”，在右半槽上平均为“强负”(图2)就是从这儿产生了第二个发明构思由一个单独的补偿配平导体电路来修正这个磁场的不利分布，这些补偿配平导体沿着一行或几行电解槽排列，并放置在有关各行的每一个侧面。它们表现出如下的特性
a)补偿配平电流与电解槽行列中的电解电流方向相同，以便产生一个修正磁场，在左半槽上为“强负”，在右半槽上为“强正”。
b)它们的磁场分布图非常简单，因为它们实际上只包括铝棒的直的长度。(除了每行电解槽的端点改变方向处)c)它们能量消耗很低。因为流经独立导体的电流强度J2最多等于通过电解槽的电流J1，可为J1的5-80%之间，更好地是在20-70%之间。如果这个J2总和相对地大，电压仍很小，而它充分地被连接导体的直接走向带来的电压增益补偿了。
d)当人们应用一个单一磁场的自动补偿线路时，引导电解电流和引导磁场修正电流的导体回路(在J接近500KA情况下)的重量总和一般是很低的，低于必要重量的5-15%，甚至达到25%。然而，甚至对于更小的电解槽，比如对于J值在180-280KA范围的电解槽，这样的一些独立线路仍是有好处的。因为，如果在这种情况下，我们很少或不在电解槽之间的导体重量上得益，回路模式的简化的设想仍给制造和安装的费用上带来好处，同时，电解槽之间的宽度可以减小，从而在遮蔽电解槽所必须的建筑面积上得到好处。
e)这些独立的修正磁场用的导体既可以恢复每个槽的磁场的一个有利分布，又可以由一个在内部修正导体和外部修正导体通过电流强度的不对称性来补偿邻行效应，而这在投资和经营上都没有更多的费用。
更精确地讲，这个发明的对象是一个根据霍尔-赫路尔特(Hall-Heroult)法在一个电流强度至少等于150KA，并可达到500-600KA条件下，在通过在熔融冰晶石中的溶解的氧化铝的电解来生产铝的一组电解槽中，两个前后相接的电解槽之间的电学连接装置。每个电解槽由一个包有绝热材料的平行六面体形状的金属箱组成，它的长轴是垂直于电解槽的排列轴，它的两端叫“头”，这个箱衬有由碳块并列放置组成的阴极，碳块内部封有金属棒，棒端从箱中伸出，一般是在上游和下游(相对于系列的电流方向而言)，两个大侧面上，每个电解槽还包含一个阳极系统，它由至少一个坚硬的水平横梁组成，这个横梁至少支撑着一个，而最常见为两个水平导电棒，这些导电棒被称为“阳极梁”，在梁上固定着阳极悬挂杆。这个连接电路特别地包括两个连接电解槽之间的电解电流输送电路，这个电路由一些阴极汇集器组成。它们又一方面连接在第n排的那个槽的阴极输出上，另一方面又向上和第n+1排的电解槽的阳极梁相接的连接导体上。根据本发明，此连接装置另外还包括一个独立磁场的修正及补偿配平电路，由差不多平行于系列的轴的导体组成，一个与电解电流同方向的直流电流从中流过，在所有槽中产生一竖直的修正磁场，在左槽头附近，磁场指向下方，在接近右槽头附近，磁场指向上方。“左”和“右”的用语是以位于电解槽排列轴上，并朝向电解电流流动方向看去的观察者的“左”和“右”为准。
流经磁场修正电路的总电流J2最多等于电解电流J1。
“独立”电路用语就是意味着电流沿着一些不同的线路走，并且实现有区别的功能，这并不排除它们可能由同一直流电源供电或由用一个电源的两个支路供电。
在电解电流方面的供电电路中-第n排那个电解槽上游的阴极输出与上游阴极汇集器相连，后者通过一些导体(其大部份通过一个与直接通路相近的通路从该电解槽下方经过)与供电给第n+1排电解槽的阳极梁斜坡上的第一个部件相联接。
-第n排的那个电解槽下游的阴极输出和一些下游阴极汇集器相连，后者直接与相应的阳极斜坡的第二个部件相连。
-磁场修正和补偿配平电路包括磁场修正的两个导体集合体，它们独立于连接导体，平行于电解槽排列轴，并位于每行电解槽的两侧，并由一个总量为J2的，与供给系列的电流J1在同一方向流动的电流供电，电流强度J2最大等于J1，通常在J1的5-80%之间，更好些的在20-70%之间。
图1-9为本发明的电路安装示意图。
图1给出了本书中所用的一些专有名词。XOX为电解槽排列轴，箭头表示电流流动的方向和电解槽系列的短轴方向。yoy轴是系列的长轴。OZ轴代表竖直方向轴。
图2表示按此发明做修正之前和之后的一个电解槽上的磁场竖直分量分布状况。
图3用非常概略的方式表示供电导体和磁场修正电路导体的总的走向。
图4为一个上游-下游连接的组件示意图。
图5为一个包括有A、B两行电解槽的系列中磁场修正用导体的放置示意图。
图6按比例地画出了一行电解槽中相邻两槽之间上下游连接组件。只画出了电源导体，阴极输出部分为示意图。
图7和图8为高功率(比如480KA)电解槽系列中磁场修正用导体和连接导体的布局示意图。图7是简化了的(用有9个阳极的电解槽表示)，因为这只是为了表示导体(9)的位置(在槽下)，以及导体(17)、(22)的位置(磁场修正)。图8画出了两个电解槽之间的连接。
图9绘出了本发明的装置图(适合于电流强度为280KA的电解槽系列)。
在图3中，我们把一行电解槽中两个相邻槽的连接只画在金属箱的边缘上。
阴极输出，例如(2)画成粗线，与上游阴极汇集器如(3)相连。同样地，下游阴极输出如(4)与下游阴极汇集器如(5)相连。在这种类型的电解槽上(比如说为电流强度为480KA的电解槽)，一个槽共有32个上游阴极输出和32个下游阴极输出;有两行平行的32个阳极，在下游半个槽上，用一些十字如(6)表示阳极杆。这些阳极杆固定于阳极梁上，用7A和7B两个阳极梁，由等电位棒7C相连。
系列中第n排电解槽的阴极汇集器与第n+1排电解槽的阳极梁之间通过斜坡(8)相联。
每个斜坡(8)都是双的，它包括一支(8A)，直接与一个下游阴极汇集器(5)相连，另一支(8B)，至少由一个从槽下通过的连接棒(9)，依照一个接近于最直接的途径，与一个上游阴极收集器相连接。须着重指出，在非常大的电流强度的电解技术中，“直接途径”的定义并不一定指几何直线，因为，导体粗大的尺寸(一个输送100KA的铝棒一般有3000cm2截面，但如果是一个“长”输送电路的话，则可达6000cm2。电流从n槽上游阴极输出至n+1槽阳极梁)会要求很大的曲率半径，同时，还因为是槽下空间的体积大，(金属总体，箱的加固棱、箱支撑柱都占空间)它可导致把一个体积太大的棒分为两个或几个平行棒。并且，必要的导体绝缘材料也占空间(导体和金属总体之间的电压的可达到好几百伏特)。所以人们把“直接途径”看作是满足以上列举的需求的最短路径。
在现在这个情况，有两个连接棒(9)给每个斜坡(8A)供电，每个棒(9)由一个汇集器(3)与两个上游阴极输出(2)相联，对于某一给定的电压降，除获得导体的一个最小重量外，这个装配具有适合于组件结构的优点。
如果孤立出这样一个组件(14)(图6)，可以看出它是由以下部分组成的整体构成-4个n槽下游阴极输出(4)(为不使图复杂化，用简图表示)，下游阴极汇集器(5)和朝向n+1槽阳极樑(7A)的相应的斜坡(8A)，-连接导体(13)一方面与两个从n槽下通过的棒(9)相连，另方面与另外半个斜坡(8B)相连。
-n+1槽上游阴极汇集器的两个元件(3)和(3′)，分别与n+1槽两个上游阴极输出(2)相连，并与从n+1槽下通过的(9)相连。
-在电解槽电路之外，可能临时放置一些短路垫块(12)。
从箱(1)下通过的连接棒(9)不是组件的一部分，它们的位置实际上可以由一个组件到另一个组件来变动，这决定于放在哪里使磁场分布图处于最有利的情况。另外须指出，位于半个槽上的那些组件(14)，对位于另半个槽上的织件来说，一般是对称(相对于OX轴而言)的而不见得是等同的。
如同刚刚描述的这些导体的放置方式，对考虑的电流强度所给出的磁场分布图是完全不可接受的，并且与电解槽的稳定运行不相容。作为例子，可以指出，对一个按这个图实现的480KA的槽，人们得到的一个B2的最大值，它可以通过120×10-4忒斯拉(120高斯)。
磁场的修正和补偿配平是依靠一个独立的补偿的配平电路完成的(见图3和图5)，图中箭头表示每行电解槽中电流的方向和补偿配平电路里的电流方向。图2表示在槽的长轴方向上，在加补偿配平电路修正之前和之后，磁场的竖直分量的分布。此发明和出发点就是无磁场修正的那些By值是使槽的任何正常的运行都成为不可能的，准确地说，这些By值是在电解液-金属的交界面的高度并在电解槽的长轴所处的竖直平面上取的。
在图5中，是取的由两行平行电解槽A和B组成的系列的情况，每一行包括一定数量的电解槽，这个数量可以是任意的(比如说一百个)，这些电解槽由简单的长方形(11)表示。那些平行的轴X1X1和X2X2相距一个可以达到一百米的距离。
在每个槽之间的连接是根据图3、4和6实现的。
根据本发明，我们沿这些槽在每个系列的两侧放置独立的，区别于槽之间连接导体的，用于磁场修正的一套导体，它差不多位于在液态铝层的水平面上，并离电解槽外壁很近(比如0.5至2米左右)，每个导体或组合导体束中的电流与电解槽系列中流过的电流方向相同。
第一条磁场修正导体(16)拥存在系列A外侧面上的一个第一截面(17)，里面流过与供给系列A的电流同方向的电流，然后是一个衔接截面(18)，它环绕系列A的头部和系列A与系列B之间的自由空间，然后是一个截面(19)在系列B的外侧面上，这个截面(19)中的电流与供给该系列的电流方向一致。
第二条磁场修正用导体(21)包括一个第一支路(22)，它顺着系列A的内侧面走，然后是一个衔接截面(23)，它环绕着A和B两个系列之间的自由空间，还有一个截面(24)它顺着系列B的内侧面走，一方面在(17)(22)截面中，另一方面在(19)(24)截面中，电流都是与供给相应每行电解槽的电源电流同向。
通过磁场修正导体(16)和(21)中总电流强度J2的调整以确保电解槽系列整体的正常运行，最佳的稳定性和最佳的电解效率。电流强度J2最多等于J1，而通常处于供给系统本身电流总强度J1的最少5%，直至80%之间，更好一些是在J1的20%至70%之间。
例如，对一个供电J1＝480KA的系列，磁场修正电流可以固定在比如100和150KA之间，一般讲，对一孤立系列，不考虑“邻行效应”时，接近于最好的情况是在磁场修正电路的每个内外支路中，J2值等于135KA的两倍，并将磁场修正导体放在距离电解槽金属箱外壁1.5米处。这里讲的是一个数量级问题，而准确的最优值依赖于独立磁场修正导体相对于电解槽及槽中电解液和金属交界面的水平位置。
在多行电解槽(最少两个)的情况下，专业技术人员知道必须考虑“邻行效应”，即由它的相邻的一行或多行电解槽感应到该行的磁场效应。这些磁效应与通过每个电解槽上电流的产生的磁效应相加和。
本发明可以对邻行效应进行补偿，为此，人们采取了不同于在没有邻行电解槽的情况下保持磁平衡的方法，在每个内支路(16)和外支路(21)磁场修正导体中分配电流。对两个轴间距为130米的系列A和B，使电流强度J在外支路(16)中从135KA减少到120KA，而在内支路(21)中，从135KA提高至150KA，J2的总电流强度仍等于270KA，即是J1的56%，如果电解槽轴间距减少到65米，(16)中的电流强度将要降到105KA，在(21)中增加到180KA，总电流强度J2也只不过增加了15KA，稳定在285KA，即J1的60%。
这里有一个既不损害整体稳定性又可节省占地面积的，使安置在同一个地点的不同行电解槽或系列互相靠近的办法，此法有许多优越性减少投资(购买地皮、建筑物的建筑面积)，减少导体和各种管道的长度，减少操作者自身移动的距离，减少原料和最后产品运输的距离等等……。
最后应该提出，如同上面刚刚描述的通过磁场修正导体里电流强度的不对称性使邻行效应得到补偿的方法，也可以由其他的已知方法得到或使之完美化，特别是用移动通过电解槽下面的上下游连接棒(9)的方法和用改变在这些不同棒中电流强度方法加以解决。利用磁场修正导体中电流强度的不对称性。后一种方法可以用来作为单独的补偿邻行效应的方法，或作为前面所讲的本发明的补充。
例1曾把此发明用于电解槽的一个实施性的小系列，电解槽相对于系列的轴横放，并且在480KA下运行，槽间的连接导体的放置是与图3和图4一样，每个斜坡(8)(＝8A+8B)，都输送60KA电流。
上游阴极输出(2)和下游阴极输出(4)是32+32个。在上游的大侧面上，两个邻接的阴极输出(2)通过一个汇集器(3)相连接，汇集器按在一个电解槽下通过的棒(9)上。因此这里总共有16个槽下通过的棒(9)，每一根输送15KA电流。每组两两相邻的棒(9)在上游与一个连接导体(13)相联，(13)本身与半斜坡8A相联。
在下游的大侧面上，4个阴极输出(4)与一个下游阴极汇集器(5)相联，因此它总共汇集电流30KA，并给相应的半斜坡(8B)供电。
通过槽下的那些棒(9)之间的相互距离可以这样调整使这些棒的位置对应于一些处于电解槽中心或靠近槽头的阴极输出，也就是说按照它们离槽的短轴的距离进行调整，这样可以使磁场分布情况更好，但在必须尊守如同已经定义过的“直接途径”的原则。按一般规则，位于槽头一边的那些棒(9)之间的间距小于位于槽中间的那些棒(9)之间的间距。这些棒(9)也可以是等间距的。
在没有任何磁场修正的导体存在的情况下(电解槽的任何的正常运行都不可能)，我们使用非常可靠的计算方法估计了磁场分量的值BZ最大值69×10-4斯拉(Tesla)BZ(均方根值)35×10-4忒斯拉BY(上游/下游平均偏差)2.6×10-4忒斯拉(注上游和下游之间BY值的反对称偏差定义为｜BY｜上游-｜BY｜下游)然后系列进行运行，内侧和外侧用于磁场修正的导体每个都在135KA电流强度下供电，这些导体被放置在离电解槽金属箱外壁约1.5米地方在这两条导体中电流方向与供给系列的电解电流方向是一样的。(总的磁场修正电流J2＝270KA＝56%J1)我们测出BZ最大值14×10-4忒斯拉BZ均方根值5×10-4忒斯拉BY(上游/下游平均偏差)1×10-3(Tesla)斯拉最后我们用一个平行于oX轴放置的导体束模拟一个邻行效应并考虑到真实系列的那些轴与模拟系列轴之间要离开65米。
为了补偿这个模拟邻行效应，我们给放在模拟用导体束相对的一侧上的磁场修正用导体(16)通105KA电流，给放在模拟用导体束同一边的磁场修正用导体(21)通180KA，总修正电流J2＝285KA(J1的60%)。
测量的磁场分量给出如下的结果BZ最大值23×10-4忒斯拉BZ(均方根值)5.3×10-4忒斯拉BY(上游/下游平均偏差)6.9×10-4忒斯拉。
带有或不带有模拟邻行效应和补偿的这一实验表现出液态铝层的一个十分好的稳定性，不存在那些斜面的不对称磨蚀，并且有93-97%范围的法拉第(Faradary)效率。
最后积一个经典的没有磁场修正导体的解决方法相比较，我们能估计出对这个有480KA电解电流强度的系统来讲，平均每个电解槽要节约导体用铝大约14000公斤，同时，电解槽轴间距缩小35毫米，这意味对一个有240个电解槽的系列来讲，节约出84米长的建筑。
本发明的付诸实施，为在可以达到并远远超过500KA的电流强度下工作，有显著的稳定性和至少等于前一代250-300KA的炼铝设备的法拉第效应的新一代电解槽打开了道路。
例2为了证明本发明不只局限于功率非常大的，在500KA左右的电解槽，我们还把本发明应用于在280KA以下的工作的电解槽。如同上面在讲述本发明时已经解释了的一样，安装独立的磁场修正用的电路和实例电解槽之间的连接导体的调制设想还会带来在制造、安装和建筑面积等的成本方面可观的效应。
图9表示出一个工作于280KA的电解槽系列的相接的两个半槽，带有5个调节斜坡，每个都从n电解槽阳极樑输送56KA电流。
每个独立的磁场修正用导体(17)(27)供电都是90KA，当没有邻行效应时，这个电流流通方向与供给体系纯粹用来电解的电流的方向一致，并且总的用于磁场修正的电流J2等于180KA，为J1的64%。
在正常工作供电280KA，通过两个补偿导体的电流都是90KA的情况，我们得到BZ最大值18×10-4忒斯拉BZ均方根值4.6×10-4忒斯拉反对称偏差BY2×10-4忒斯拉然后用已知的方法模拟邻行效应，模拟导体处在离所考虑的电解槽65米远。
为了补偿这个邻行效应造成的磁场干扰，我们使位于模拟导体一边的内侧独立导体(27)的补偿电流从90KA增加到120KA，同时使位于模拟导体对面的外侧独立导体(17)的补偿电流从90KA减小到75KA，这样总的补偿电池J2＝195KA，为J1的70%，我们得到的结果是BZ最大值22×10-4忒斯拉BZ均方根值4.9×10-4忒斯拉反对称偏差BY2×10-4忒斯拉这样供电的电解槽运行非常稳定，并且电流效应(法拉第效应)达到93～95%。
在280KA的电解槽的情况下，在导体总体重量方面效益不显著，相反，轴向槽间距离都缩小了270毫米，这意味着对一个有240个电解槽的系列来讲，节约出64米长的建筑。
权利要求
1.使用至少等于150KA，并可以达到500-600KA的电流强度，用于根据霍耳-赫路尔特(Hall-Heroult)法电解熔融冰晶石中的氧化铝来生产铝的电解槽系列中的两个相邻电解槽之间电路连接的装置，每个电解槽由包有绝缘材料的平行六面体形的金属箱组成，它的长轴垂直于电解槽的系列轴，而它的两端被称做“槽头”。金属箱内壁衬着由内部封有金属棒的碳块并列放置而形成的阴极。金属棒端从箱中伸出，一般在上游和下游(对于电解槽体系的电流方向而言)两个大侧面上，每个电解槽另有一个由至少一个水平硬质樑组成的阳极系统，它支持着至少一个，通常是两个水平导体棒(叫“阳极架”)阳极的悬挂杆在其上面固定。这个连接电路特别要包括两个相邻电解槽之间的一个电解电流输送线路，它由一些阴极汇集器组成，它们一方面与第n排的电解槽的阴极输出相接，另一方面与连接导体相接。这些连接导体通过一些斜坡与系列里的第n+1排的电解槽的阳极架相联。这个连接装置的特点在于除了电解电流输送电路之外它还包括一个特别的用于磁场修正和补偿配平的电路。它由差不多平行于系列轴，由一个与电解电流同方向的直流电流所通过的导体组成，这个电流在电解槽产生一个竖直的修正磁场，靠近左槽头磁场方向指向下，靠近右槽头的指向上。
2.根据权利要求
1所述的连接装置其特点在于流过磁场修正电路的总电流J2最多等于电解电流J1。
3.根据权利要求
1所述的连接装置，其特征在于电流J2在J1的5%到80%之间。
4.根据权利要求
1所述的连接装置，其特征在于电流J2在J1的20%到70%之间。
5.根据权利要求
1所述的连接装置，其特点在于在电解电流供电电路中-第n排的电解槽的上游阴极输出(2)联接在上游阴极汇集器(3)上，后者由一些大部分是从n槽下面通过的导体(9)直接与斜坡(8)的第一个部件〔半斜坡(8A)〕相联，斜坡面(8)供电给电解槽系列第n+1排电解槽阳极(7)的总线。-第n排电解槽的下游阴极输出(4)联接着直接与斜坡(8)的第二个部件(8B)相接的阴极下游汇集器(5)。
6.根据权利要求
1所述的连接装置，其供电电路的特点在于-在上游大侧面上，两个相邻的阴极输出(2)由一个接在通过槽底下的棒(9)上的汇集器(3)互相联接，每组两根相邻的棒(9)在上游与一个连接导体(13)联接，而这个导体(13)又与一个半斜坡(8A)相联接。-在下游大侧面上，四个相邻的阴极输出(4)与一个下游阴极汇集器(5)相联接，这个汇集器自己与另外相应的半斜坡(8B)相联接。
7.根据权利要求
5或6所述的连接装置，其特征在于置于箱下的连接棒(9)是等间距的。
8.根据权利要求
5或6所述的连接装置，其特征在于连接棒(9)之间的间距是按照它们相对于电解槽短轴的位置调整的。
9.根据权利要求
5或6所述的连接装置，其特点在于位于槽头附近的连接棒(9)的间距小于槽中间的连接棒的间距。
10.根据权利要求
1所述的连接装置，其特征在于磁场的补偿配平和修正的电路由两条用于磁场修正的导体组(17)、(22)组成，它们独立于供电导体，被放置于每行电解槽的两边平行于每行电解槽的中心轴，由一个与电解电流J1同方向流动的总电流J2供电，J2的电流强度最多等于J1。
11.根据权利要求
1所述的连接装置，其特征在于当整个电解设备包括至少两行平行排列的电解槽时，置于邻行电解槽一边的补偿导体或导体组里流过的电流的强度大于流过放在邻行电解槽对面的用于磁场修正的导体中的电流。
12.根据权利要求
1所述的连接装置，其特征在于磁场补偿用导体要放置在离电解槽金属箱不远的地方，其高度与熔融金属铝的液面相近。
13.根据权利要求
1所述的连接装置，其特征在于一行电解槽中第n排电解槽的阴极输出(2)和(4)第(n+1)排电解槽的阳极架(7)之间的联接所用的独立供电电路部分，是由基本上相同的组件(14)构成的，每个组件对应有一个斜坡(8)。
14.根据权利要求
13所述的装置，其特征在于每个组件(14)的组成为-n槽的四个下游阴极输出(4)。-下游阴极汇集器(5)和引向(n+1)槽阳极架(7A)的半斜坡(8A)-一方面与通过n槽底下的二根棒(9)联接，另一方面与另一半斜坡(8B)相联接的一个联接导体(13)-两个上游阴极汇集器元件(3)(3′)，每个都与n+1槽的两个上游阴极输出相联接。
专利摘要
本发明涉及安装在两个连续电解槽之间的一种 电路连接装置。工作电流至少为150KA可达到 600KA。除了电解电流供电电路8之外电解槽的供电 装置还包括一个独立的电路17。该电路由差不多平 行于电解槽系列轴的导体组成。其中流过的直流电 流与电解电流方向相同它在电解槽里产生一个竖直 修正磁场。左槽头附近修正磁场方向向下右槽头附 近修正磁场方向向上。磁场修正电路中流过的总电 流J
文档编号C25C3/16GK86103689SQ86103689
公开日1987年1月7日 申请日期1986年5月30日
发明者约瑟夫·查费, 伯纳德·兰冈, 迈克尔·利罗伊 申请人:皮奇尼铝公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan