Mejora de colada de aluminio mediante la aplicación de un campo electromagnético dirigido.

Un sistema (1) que comprende:

(a) un recipiente (10), en el que el recipiente (10) comprende:

(i) un cuerpo (12), en el que el cuerpo (12) está adaptado para contener metal fundido (34); y

(ii) un tubo (20) de descarga que comprende una porción (22) de base, una porción (24) de punta, y unpasadizo (28) que conecta la porción (22) de base con la porción (24) de punta; en el que la porción(22) de base está conectada al cuerpo (12) del recipiente (10); en el que la porción (24) de puntaestá adaptada para introducirse en un líquido fundido de una célula (30) de electrólisis; en el que ellíquido fundido de la célula (30) de electrólisis puede pasar al interior del cuerpo (12) del recipiente(10) por medio del pasadizo (28); y en el que el líquido fundido de la célula (30) de electrólisiscomprende metal fundido (34) y electrolito (36); y

(b) una fuente (38) de electricidad acoplada al recipiente (10), estando configurada la fuente (38) deelectricidad para proporcionar corriente complementaria al tubo (20) de descarga del recipiente (10),creando la corriente complementaria un campo electromagnético complementario al menos proximal ala porción (24) de punta del tubo (20) de descarga, en el que cuando el tubo (20) de descarga recibe lacorriente complementaria y cuando el tubo (20) de descarga se encuentra en comunicación de líquidocon el líquido fundido de la célula (30) de electrólisis, el campo electromagnético complementario de lacorriente complementaria ayuda, al menos parcialmente, a aumentar el flujo de metal fundido (34) alinterior del tubo (20) de descarga del recipiente (10).

Mejora de colada de aluminio mediante la aplicación de un campo electromagnético dirigido Antecedentes Una célula de electrólisis es un recipiente que contiene un electrolito a través del cual se hace pasar una corriente eléctrica generada externamente por medio de un sistema de electrodos (por ejemplo, un ánodo y un cátodo) para cambiar la composición de un material. Por ejemplo, se puede descomponer un compuesto de aluminio (por ejemplo, Al2O3) en metal de aluminio puro (Al) por medio de una célula de electrólisis. Después de que se produce el metal, generalmente se extrae de la célula por medio de un crisol y un sistema de succión con vacío parcial. La solicitud PCT WO2008/138220 da a conocer un sistema para bombear aluminio fundido de una célula de reducción de aluminio, comprendiendo dicho sistema una bomba electromagnética.

Resumen de la divulgación La presente divulgación versa acerca de sistemas, procedimientos y aparatos para facilitar la extracción de líquidos fundidos de una célula de electrólisis. En un aspecto, se proporciona un sistema. El sistema puede incluir un recipiente y una fuente de electricidad acoplada al recipiente. La fuente de electricidad puede estar configurada para proporcionar corriente complementaria a un tubo de descarga del recipiente. Esta corriente complementaria puede crear un campo electromagnético complementario al menos proximal a una porción de punta del tubo de descarga. Cuando el tubo de descarga del recipiente recibe la corriente complementaria, y cuando el tubo de descarga se encuentra en comunicación de líquido con el líquido fundido de la célula de electrólisis, el campo electromagnético complementario de la corriente complementaria puede ayudar, al menos parcialmente, a crear un flujo y/o aumentar el flujo de metal fundido al interior del tubo de descarga del recipiente.

“Aumentar el flujo de metal fundido al interior del tubo de descarga de un recipiente” significa provocar que el metal fundido fluya al interior del tubo de descarga con una mayor tasa que la que se conseguiría sin generar un campo electromagnético complementario, por medio de una corriente complementaria, proximal a la porción de punta del tubo de descarga. Por ejemplo, se puede utilizar un sistema de vacío para extraer el líquido fundido de una célula de electrólisis por medio del tubo de descarga con una primer tasa de extracción. Una fuente de electricidad acoplada al recipiente puede proporcionar una corriente complementaria al tubo de descarga creando un campo electromagnético complementario proximal a la porción de punta del tubo de descarga y, haciendo que el metal fundido fluya al interior del tubo de descarga con una segunda tasa de extracción, siendo mayor la segunda tasa de extracción que la primera tasa de extracción.

La corriente es el flujo de partículas cargadas eléctricamente en un medio entre dos puntos que tienen una diferencia en potencial eléctrico. Por ejemplo, cuando está conectado a una fuente de electricidad, la corriente puede fluir desde el tubo de descarga del recipiente y al interior del líquido fundido. Una corriente puede crear un campo electromagnético.

Una corriente complementaria es corriente proporcionada directamente y a propósito a un recipiente (por ejemplo, un tubo de descarga de un recipiente) , y con el fin de inducir un campo electromagnético complementario proximal al recipiente, de forma que se aumente el flujo de metal fundido al interior del recipiente. Por ejemplo, se puede proporcionar una corriente complementaria al tubo de descarga del recipiente al acoplar una fuente de electricidad al recipiente de tal forma que se induzca un alcance predeterminado del campo electromagnético complementario proximal a una porción de punta del tubo de descarga. Por el contrario, una corriente estándar es aquella corriente que se suministra normalmente a una célula de electrólisis para facilitar el cambio de la composición de un material (por ejemplo, mediante reducción) y no con el fin de crear una corriente complementaria proximal a un tubo de descarga, de forma que se aumente el flujo de metal fundido al interior del tubo de descarga.

En general, la corriente complementaria proporcionada al tubo de descarga se encuentra en el intervalo desde aproximadamente 400 A hasta aproximadamente 2200 A. En una realización, la corriente complementaria proporcionada al tubo de descarga es de al menos aproximadamente 500 A. En otras realizaciones, la corriente complementaria proporcionada al tubo de descarga es de al menos aproximadamente 750 A, o al menos aproximadamente 1000 A, o al menos aproximadamente 1250 A, o al menos aproximadamente 1500 A. En una realización, la corriente complementaria proporcionada al tubo de descarga no es mayor que aproximadamente 2000

A. En una realización, la corriente complementaria proporcionada al tubo de descarga se encuentra en el intervalo desde 1700 hasta 2000 A.

Un campo electromagnético es cualquier campo que tenga propiedades tanto eléctricas como magnéticas y que sea creado por medio de una corriente. Por ejemplo, se puede crear un campo electromagnético complementario en el metal fundido proximal a la porción de punta del tubo de descarga por medio de una corriente complementaria.

Un campo electromagnético complementario es un campo electromagnético producido principalmente por medio de una corriente complementaria. En una realización, el campo electromagnético complementario proximal a la porción

de punta del tubo de descarga se encuentra en el intervalo de 0, 1 mT a 30 mT (un gauss hasta trescientos gauss) dependiendo de la cantidad de corriente complementaria proporcionada al tubo de descarga.

Una fuerza electromagnética es una fuerza que ejerce un campo electromagnético en una o más partículas cargadas eléctricamente. Por ejemplo, se puede crear una fuerza electromagnética en un metal fundido por medio de una corriente suministrada.

Una fuente de electricidad es cualquier dispositivo capaz de suministrar y/o variar la corriente eléctrica y/o la tensión. Por ejemplo, una fuente de electricidad puede estar configurada para suministrar una corriente eléctrica constante o variable a un tubo de descarga de un recipiente. En una realización, la fuente de electricidad es un bus anódico de una célula de electrólisis. Un bus anódico es un conductor utilizado para proporcionar carga a los electrodos de una célula de electrólisis en la que la corriente entra en la célula de electrólisis. Por ejemplo, se utiliza un bus anódico para hacer pasar una corriente eléctrica a la célula de electrólisis por medio de los ánodos. En otra realización, la fuente de electricidad es un bus catódico de una célula de electrólisis. Un bus catódico es un conductor utilizado para captar la carga de electrodos de una célula de electrólisis cuando la corriente deja la célula de electrólisis. Por ejemplo, se utiliza un bus catódico para captar la corriente eléctrica que pasa a través de la célula de electrólisis por medio de los cátodos. En otra realización, la fuente de electricidad es una fuente de electricidad aparte de la de una célula de electrólisis.

En una realización, el recipiente incluye un cuerpo y un tubo de descarga conectado al cuerpo. El cuerpo puede estar adaptado para contener metal fundido (por ejemplo, aluminio) , tal como un recipiente de estilo crisol. Un tubo de descarga es un miembro acoplado a un recipiente que permite el paso de líquidos hacia el interior o hacia fuera del recipiente. El tubo de descarga puede incluir una porción de base, una porción de punta, y un pasadizo que conecta la porción de base con la porción de punta. La porción de base puede estar conectada al cuerpo del recipiente. La porción de punta puede estar adaptada para introducirse en un líquido fundido de una célula de electrólisis. Este líquido fundido puede pasar al interior del cuerpo del recipiente por medio del pasadizo.

Un líquido fundido es cualquier elemento o compuesto en forma líquida a una temperatura elevada. Este líquido fundido puede incluir al menos uno de un metal fundido y un electrolito. Por ejemplo, en una célula de electrólisis de aluminio, el metal de aluminio (Al) y/o la criolita pueden formar al menos una parte de un líquido fundido. Metal fundido significa cualquier metal en forma líquida a una temperatura elevada. Por ejemplo, en una célula de electrólisis de aluminio, el aluminio (Al) puede componer el metal fundido.

Una célula de electrólisis es un recipiente que contiene un electrolito a través del cual se hace pasar una corriente eléctrica externamente por medio de un sistema de electrodos (por ejemplo, un ánodo y un cátodo) para cambiar la composición de un material. Por ejemplo,... [Seguir leyendo]

1. Un sistema (1) que comprende:

(a) un recipiente (10) , en el que el recipiente (10) comprende:

(i) un cuerpo (12) , en el que el cuerpo (12) está adaptado para contener metal fundido (34) ; y

(ii) un tubo (20) de descarga que comprende una porción (22) de base, una porción (24) de punta, y un pasadizo (28) que conecta la porción (22) de base con la porción (24) de punta; en el que la porción (22) de base está conectada al cuerpo (12) del recipiente (10) ; en el que la porción (24) de punta está adaptada para introducirse en un líquido fundido de una célula (30) de electrólisis; en el que el líquido fundido de la célula (30) de electrólisis puede pasar al interior del cuerpo (12) del recipiente (10) por medio del pasadizo (28) ; y en el que el líquido fundido de la célula (30) de electrólisis comprende metal fundido (34) y electrolito (36) ; y

(b) una fuente (38) de electricidad acoplada al recipiente (10) , estando configurada la fuente (38) de electricidad para proporcionar corriente complementaria al tubo (20) de descarga del recipiente (10) , creando la corriente complementaria un campo electromagnético complementario al menos proximal a la porción (24) de punta del tubo (20) de descarga, en el que cuando el tubo (20) de descarga recibe la corriente complementaria y cuando el tubo (20) de descarga se encuentra en comunicación de líquido con el líquido fundido de la célula (30) de electrólisis, el campo electromagnético complementario de la corriente complementaria ayuda, al menos parcialmente, a aumentar el flujo de metal fundido (34) al interior del tubo (20) de descarga del recipiente (10) .

2. El sistema (1) de la reivindicación 1, que comprende, además:

un sistema de vacío configurado para extraer líquido fundido de la célula (30) de electrólisis al interior del recipiente (10) por medio del tubo (20) de descarga.

3. El sistema (1) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes,

en el que el campo electromagnético complementario ayuda, al menos parcialmente, a aumentar el flujo de metal fundido (34) al interior del tubo (20) de descarga del recipiente (10) durante la operación del sistema de vacío.

4. El sistema (1) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el campo electromagnético complementario de la corriente complementaria ayuda, al menos parcialmente, a reducir la mezcla del metal fundido (34) y del electrolito (36) proximal a la porción (24) de punta del tubo (20) de descarga según fluye el metal fundido (34) al interior del tubo (20) de descarga.

5. El sistema (1) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la fuente (38) de electricidad es un bus anódico de la célula (30) de electrólisis.

6. El sistema (1) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, 35 en el que la fuente (38) de electricidad es un bus catódico (32) de la célula (30) de electrólisis.

7. El sistema (1) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el campo electromagnético complementario proximal a la porción (24) de punta del tubo (20) de descarga se encuentra en el intervalo de 0, 1 mT a 30 mT (uno a trescientos gauss) .

8. El sistema (1) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes,

en el que la corriente complementaria proporcionada al tubo (20) de descarga es de al menos aproximadamente 500 A.

9. Un procedimiento que comprende:

(a) hacer fluir líquido fundido de una célula (30) de electrólisis a través de un tubo (20) de descarga de un recipiente (10) , en el que el recipiente (10) comprende un cuerpo (12) configurado para contener el

líquido fundido, en el que el tubo (20) de descarga está conectado al cuerpo (12) del recipiente (10) , y en el que el líquido fundido comprende al menos uno del metal fundido (34) y del electrolito (36) ;

(b) hacer pasar, simultáneamente con la etapa (a) de flujo, una corriente complementaria a través del tubo

(20) de descarga del recipiente (10) y en al menos una porción del líquido fundido;

(c) inducir, simultáneamente con al menos la etapa (b) de paso, un alcance predeterminado del campo

electromagnético complementario proximal a la porción (24) de punta del tubo (20) por medio de la corriente complementaria; (i) en el que la etapa de inducción tiene como resultado, al menos, un mayor flujo del metal fundido (34) al interior del tubo (20) de descarga del recipiente (10) .

10. El procedimiento de la reivindicación 9, que comprende:

aplicar un vacío al recipiente (10) , comprendiendo la aplicación: extraer líquido fundido de la célula (30) de electrólisis desde la célula (30) de electrólisis e introducirlo en el recipiente (10) a través del tubo (20) de descarga.

11. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 10, 5 en el que la etapa (c) de inducción comprende:

reducir la mezcla del metal fundido (34) y del electrolito (36) proximal a la porción (24) de punta del tubo (20) de descarga según fluye el metal fundido (34) al interior del tubo (20) de descarga.

12. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, en el que la etapa (b) de paso comprende al menos una de las siguientes etapas:

hacer fluir la corriente complementaria desde un bus anódico de la célula de electrólisis hasta el tubo (20) de descarga del recipiente (10) y en al menos una porción del líquido fundido; y hacer fluir la corriente complementaria desde un bus catódico de la célula de electrólisis hasta el tubo (20) de descarga del recipiente (10) y en al menos una porción del líquido fundido; en el que la corriente complementaria es de al menos aproximadamente 500 A.

13. El procedimiento de la reivindicación 12, que comprende:

crear, en respuesta a la etapa de flujo, un campo electromagnético complementario al menos proximal a la porción (24) de punta del tubo (20) de descarga en el intervalo desde 0, 1 hasta 30 mT (uno a trescientos gauss) .