DE1161695B - Arrangement of power supply lines to suppress the magnetic effects in the melt-flow electrolysis of aluminum - Google Patents
Arrangement of power supply lines to suppress the magnetic effects in the melt-flow electrolysis of aluminumInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Internat. Kl.: C22d Boarding school Class: C22d
Deutsche Kl.: 40 c-3/12 German class: 40 c -3/12
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Auslegetag:Number:
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P 19933 VI a/40 c
3.Januar 1958
23. Januar 1964P 19933 VI a / 40 c
January 3, 1958
January 23, 1964
Zur Unterdrückung des schädlichen Einflusses der Magnetfelder auf Metallschmelzen auf der Sohle von Elektrolysewannen, wie sie insbesondere zur Gewinnung von Aluminium aus Tonerde durch Schmelzflußelektrolyse von Fluoriden dienen, wurden schon verschiedene Methoden vorgeschlagen.To suppress the harmful influence of magnetic fields on molten metal on the sole of Electrolysis tanks, such as those used in particular for the extraction of aluminum from alumina by fused-salt electrolysis of fluorides, various methods have been proposed.
Die erfindungsgemäße Anordnung läßt sich ebenso anwenden für in Längsreihen hintereinander angeordnete Zellen, wobei die Längsseiten der rechteckigen Elektrolysewannen jeweils die Verlängerung der Längsseiten der im Sinne des Stromdurchgangs vorangehenden und folgenden rechteckigen Zellen darstellen, wie für in Querrichtung angeordnete Zellen, bei denen die Längsseiten der rechteckigen Zellen quer zur allgemeinen Richtung des Stromdurchganges hegen wie auch für jede andere Art oder Anordnung von Zellen.The arrangement according to the invention can also be used for those arranged one behind the other in longitudinal rows Cells, with the long sides of the rectangular electrolysis tubs each extending the Represent the long sides of the preceding and following rectangular cells in terms of current passage, as for cells arranged in the transverse direction, in which the long sides of the rectangular cells transversely for the general direction of current passage as well as for any other type or arrangement of Cells.
Im folgenden sind das Magnetfeld und die Stromdichte in einem beliebigen Punkt der Schmelze definiert durch ihre Projektionen auf drei Koordinaten mit demselben Ursprung, der im Mittelpunkt der Wannensohle der Elektrolysezelle Hegt. Die x-Achse entspricht dem allgemeinen Sinn des Stromdurchgangs in der Zellenreihe, die j-Achse liegt rechtwinklig dazu in der gleichen waagerechten Ebene, und die z-Achse ist der aufsteigende Ast, senkrecht zur x-j-Ebene. Das Bezugssystem 0 — χ—y— ζ ist demnach ein Trieder mit geraden Seiten.In the following, the magnetic field and the current density at any point in the melt are defined by their projections on three coordinates with the same origin, which lies in the center of the bottom of the electrolytic cell. The x-axis corresponds to the general sense of the passage of current in the row of cells, the j-axis lies at right angles to it in the same horizontal plane, and the z-axis is the ascending branch, perpendicular to the xj-plane. The reference system 0 - χ - y - ζ is therefore a triad with even sides.
B ist die magnetische Induktions- bzw. die magnetische Flußdichte in einem bestimmten Punkt und Bx, By und Bz die Projektionen von B auf die x-, y- und z-Achse. B is the magnetic induction or magnetic flux density at a given point and Bx, By and Bz are the projections of B onto the x, y and z axes.
J ist die Stromdichte und Jx, Jy und Jz die dementsprechenden Projektionen auf die x-, y- bzw. z-Achse. J is the current density and Jx, Jy and Jz are the corresponding projections on the x, y and z axes, respectively.
In der deutschen Patentschrift 1 131 418 ist ein Verfahren beschrieben, wodurch man der Metallschmelze in Elektrolysezellen eine verhältnismäßig gute Stabilität verleihen kann und das darin besteht, daß man die magnetischen Effekte im Zentrum der Elektrolysewanne dadurch unterdrückt, daß man die zur x-Achse parallelen Stromzuführungen zur Zelle und die seitlichen zur x-Achse parallelen Leiter derart anordnet, daß die Transversalkomponente (By) des so erzielten Feldes im Zentrum der Wanne sowie ihre partielle Ableitung gleich Null werden.In the German patent specification 1 131 418 a process is described, whereby one can give the molten metal in electrolysis cells a relatively good stability and that consists in that one suppresses the magnetic effects in the center of the electrolysis tank by that one of the current leads parallel to the x-axis to the cell and the lateral conductors parallel to the x-axis are arranged in such a way that the transverse component (By) of the field thus achieved is in the center of the tub and its partial derivative will be zero.
Da dabei die Einrichtungen zur Rückführung des Stromes zu den Generatoren, die im allgemeinen in einer anderen, in umgekehrter Stromrichtung durchflossenen Zellenreihe bestehen, in einem anderen Gebäude oder zumindest so weit entfernt angeordnet sind, daß man die Wirkung der beim Durchgang durch Anordnung von StromzuführungenSince the devices for returning the current to the generators, which are generally in exist in another row of cells through which the current flows in the opposite direction, in another Buildings or at least so far away that you can see the effect of going through Arrangement of power supply lines
zum Unterdrücken der magnetischen Effekteto suppress the magnetic effects
bei der Schmelzfluß-Elektrolyse von Aluminiumin the melt flow electrolysis of aluminum
Anmelder:Applicant:
Pechiney Compagnie de Produits Chimiques et
Electrometallurgiques, ParisPechiney Compagnie de Produits Chimiques et
Electrometallurgiques, Paris
Vertreter:Representative:
Dr.-Ing. F. Wuesthoff, DipL-Ing. G. Puls undDr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Pulse and
Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann,Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Bad luck man,
Patentanwälte,Patent attorneys,
München 9, Schweigerstr. 2Munich 9, Schweigerstr. 2
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Jean Pierre Givry,Jean Pierre Givry,
L'Echaillon, Saint- Jean-de-Maurienne, SavoieL'Echaillon, Saint-Jean-de-Maurienne, Savoie
(Frankreich)(France)
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
Frankreich vom 5. Januar 1957 (Nr. 728 910)France of January 5, 1957 (No. 728 910)
Frankreichvom23.Oktoberl957(Nr.750067) -France of October 23, 957 (# 750067) -
die eine Zellenreihe auftretenden Magnetfelder auf die Zellen der anderen Reihe vernachlässigen kann, erhält man mit dem erwähnten bekannten Verfahren insofern befriedigende Ergebnisse, als dabei die magnetischen Effekte völlig unterdrückt werden. Die seitlichen Leiter sind dabei in bezug auf die Ebene χ — 0—ζ symmetrisch angeordnet.the magnetic fields occurring in one row of cells on the cells of the other row can be neglected, the above-mentioned known method gives satisfactory results in that the magnetic effects are completely suppressed. The lateral conductors are arranged symmetrically with respect to the plane χ - 0— ζ.
Man ist jedoch häufig gezwungen, die benachbarten Zellenreihen so dicht daneben anzuordnen, daß die Einwirkung der einen Zellenreihe auf die andere keineswegs mehr vernachlässigt werden kann.However, one is often forced to arrange the adjacent rows of cells so close together that the The effect of one row of cells on the other can no longer be neglected.
Im übrigen treten trotz völliger Unterdrückung der magnetischen Effekte durch Annulierung der im Zentrum der Zelle gelegenen Felder By und inIn addition, despite the complete suppression of the magnetic effects, the fields By and in the center of the cell are canceled out in
der Nachbarschaft dieses Zentrums und überall in der Wanne noch Sekundäreffekte auf, die ihrerseits zu unterdrücken sind.the neighborhood of this center and everywhere in the tub still have secondary effects, which in turn, too are suppressed.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung sind die Außenleiter an der Zelle so gelegt, daß die Effekte des Magnetfeldes gleich Null oder mindestens sehr schwach werden, und zwar nicht nur im Zentrum 0, sondern über die ganze Elektrolysewanne. Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist dabei der Ein-In the arrangement according to the invention, the outer conductors are placed on the cell so that the effects of the Magnetic field become zero or at least very weak, and not only in the center 0, but over the entire electrolysis tank. According to a particular embodiment, the input
309 780/200309 780/200
fluß der benachbarten Zellenreihe ebenfalls berücksichtigt. In diesem Fall sind die von der Nachbarreihe am weitesten entfernten Stromführungen der Zelle und diejenigen, die mit denen der Nachbarreihe auf der gleichen Seite liegen, in verschiedenem Vertikalabstand angeordnet.the flow of the neighboring row of cells is also taken into account. In this case, the current leads of the cell and the furthest from the neighboring row are those that are on the same side as those of the neighboring row, at different vertical distances arranged.
Die erfindungsgemäße Anordnung von Stromzuführungen zur Unterdrückung der magnetischen Effekte im ganzen Bereich der Wanne von Elektrolyseöfen für die Schmelzflußelektrolyse in Anlagen, bei denen die einzelnen Wannen in Reihe unter die einzelnen Stromleiter so angeordnet sind, daß die Komponenten in Querrichtung der Wanne des durch die Strompfade hervorgerufenen Magnetfeldes im Zentrum der Wanne und die Änderung dieser Komponente längs der Senkrechten durch das Zentrum der Wanne den Wert 0 annehmen, ist dadurch gekennzeichnet, daß die außerhalb des Ofens liegenden Leiter jeweils paarweise symmetrisch zu einer Ebene parallel und zu einer Ebene senkrecht zu der allgemeinen Stromrichtung, die beide durch das Zentrum der Wanne gehen, angeordnet sind, und zwar derart, daß die zur allgemeinen Stromrichtung parallelen Leiter die dazu senkrechte Ebene in Punkten durchstoßen, derenThe inventive arrangement of power supplies to suppress the magnetic Effects in the whole area of the tank of electrolysis furnaces for the melt flow electrolysis in plants which the individual tubs are arranged in series under the individual conductors so that the components in the transverse direction of the trough of the magnetic field caused by the current paths in the center of the tub and the change in this component along the vertical through the center of the tub assume the value 0, is characterized in that the conductors lying outside the furnace in pairs symmetrically to a plane parallel and to a plane perpendicular to the general direction of the current, which both go through the center of the tub, are arranged in such a way that the for general direction of current parallel conductors pierce the perpendicular plane in points whose
ίο Koordinaten in bezug auf das Zentrum für die den Strom den Anoden zuführenden Leiter (2, 2') α und b, für die den Strom aus den Kathoden abführenden Leiter (3, 3') c und d, für die den Strom den beiden Enden des Leiters 2 zuführenden Leiter (4,4') e und / die folgenden Gleichungen erfüllen:ίο Coordinates in relation to the center for the conductors (2, 2 ') α and b that supply the current to the anodes, for the conductors (3, 3') c and d that carry the current away from the cathodes, for the conductors (3, 3 ') c and d that carry the current to the two Ends of conductor 2 feeding conductor (4,4 ') e and / satisfy the following equations:
K),K),
2 (c2+»2 2 (c 2 + » 2
*-ir#w--+2- _ f(f* - 3 e2)
; (<?2 + /2)'3 * -ir # w-- + 2- _ f (f * - 3 e 2 )
; (<? 2 + / 2 ) ' 3
wobei χ und 1 — λ die Anteilsgröße der den beiden Stirnseiten des Ofens zugeführten Ströme am Gesamtstrom wiedergeben.where χ and 1 - λ represent the proportions of the currents fed to the two end faces of the furnace in the total current.
Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung der Schmelze, wie sie auf der Wannensohle liegt, wobei die x-,y- und 2-Achsen eingezeichnet sind;1 is a perspective view of the melt as it lies on the bottom of the tub, the x, y and 2 axes being drawn in;
F i g. 2 zeigt eine Reihe von Zellen in Längsanordnung, die nacheinander von einem Strom gleicher Intensität, dessen Richtung durch den Pfeil gegeben ist, durchflossen werden;F i g. Fig. 2 shows a series of cells in a longitudinal arrangement, successively from a stream of the same Intensity, the direction of which is given by the arrow, are flowed through;
F i g. 3 zeigt die gleichen Zellen in Queranordnung;F i g. 3 shows the same cells in a transverse arrangement;
F i g. 4 ist ein Schnitt durch die Wanne 1 der Zelle senkrecht zum Stromsinn. 2,2' ist der Verteilerrahmen für die Leiter, welche den aus der vorangehenden Zelle kommenden Strom aufnehmen und ihn über die Anodeneinrichtung der Zelle verteilen. 3, 3' zeigt die mittlere Lage der Leiter, die den aus der Zelle selbst kommenden Strom aufnehmen und zur nächstfolgenden Zelle weiterleiten.F i g. 4 is a section through the well 1 of the cell perpendicular to the sense of current. 2.2 'is the distribution frame for the conductors, which receive the current coming from the previous cell and transfer it via the Distribute anode equipment to the cell. 3, 3 'shows the middle layer of the conductors that come from the cell itself Pick up the coming current and forward it to the next cell.
Die Koordinaten von 2 in der Ebene y — 0 — ζ sind durch O1 und b1} diejenigen von 2' durch a2 und b2, diejenigen von 3 durch C1 und dx und diejenigen von 3' durch c2 und d2 dargestellt.The coordinates of 2 in the plane y - 0 - ζ are through O 1 and b 1} those of 2 'through a 2 and b 2 , those of 3 through C 1 and d x and those of 3' through c 2 and d 2 shown.
F i g. 5 ist ein Schnitt längs der Ebene χ — 0 — ζ durch zwei Zellenreihen, die von Strömen in gegenläufigem Sinn durchflossen werden. In der linken Reihe fließt der Strom vom Beobachter weg, in der rechten Reihe auf ihn zu. Wie ersichtlich, ist die Anordnung der Leiter der Zellen einer Reihe symmetrisch zur Lage der Leiter der gegenüberliegenden Reihe getroffen.F i g. 5 is a section along the plane χ - 0 - ζ through two rows of cells through which currents flow in opposite directions. In the left row the current flows away from the observer, in the right row towards him. As can be seen, the arrangement of the conductors of the cells in one row is symmetrical to the position of the conductors in the opposite row.
F i g. 6 zeigt zwei in Stromrichtung aufeinander folgende Zellen in Seitenansicht, wobei der Verteilerrahmen 2 nur von einer Seite mit Strom gespeist wird.F i g. 6 shows two cells following one another in the direction of flow in a side view, with the distributor frame 2 is only supplied with electricity from one side.
F i g. 7 zeigt zwei ebensolche Zellen, wobei jedoch das Verteilersystem 2 von beiden Enden her mit Strom versorgt wird. Der über den Leiter 3 aus der vorangehenden Zelle kommende Strom teilt sich also in zwei Teile, wobei ein zu 3 paralleler Leiter 4 zum anderen Ende des Verteilersystems 2 führt. In diesem Falle stellen die Leiter 3 in F i g. 4 und 6 die mittlere Lage der Leiter 3 und 4 aus F i g. 7 gemeinsam dar. Diese Leiter 3 und 4 können, wie schon früher vorgeschlagen wurde, als Bahnen von Leitern kleinerer Dimensionen ausgebildet sein.F i g. 7 shows two cells of the same type, but with the distribution system 2 from both ends Power is supplied. The current coming from the previous cell via conductor 3 is thus divided into two parts, with a conductor 4 parallel to 3 leading to the other end of the distribution system 2. In this Trap set the ladder 3 in F i g. 4 and 6 the middle layer of the conductors 3 and 4 from FIG. 7 together. As previously proposed, these conductors 3 and 4 can be smaller than tracks of conductors Dimensions be formed.
Fig. 8, 9, 10 und 11 zeigen die Anordnung der Leiter in verschiedenen Fällen, wobei die magnetischen Effekte im ganzen Bereich der Elektrolysewanne unterdrückt sind. Hierbei ist jedoch der Einfluß der anderen Zellenreihen vernachlässigt.Figs. 8, 9, 10 and 11 show the arrangement of the Conductor in various cases, with the magnetic effects suppressed in the whole area of the electrolysis tank are. Here, however, the influence of the other rows of cells is neglected.
Fig. 12 ist ein Schnitt durch die Wanne und die Gesamtheit der Leiter in der y — 0 — z-Ebene, wobei die Leiter 3 und 4 getrennt angeordnet sind.Fig. 12 is a section through the trough and the entirety of the conductors in the y - 0 - z plane, the conductors 3 and 4 being arranged separately.
Fig. 13 entspricht Fig. 12, jedoch sind die Leiter zur Versorgung des seitlichen Verteilersystems der folgenden Zelle hier oberhalb der Zelle anstatt darunter angeordnet.Figure 13 corresponds to Figure 12, but the conductors are to supply the side distribution system of the following cell here above the cell instead of below arranged.
Fig. 14 ist ein Schnitt durch die Zelle in der EbeneFigure 14 is a section through the in-plane cell
χ — 0 — z, senkrecht zu dem Schnitt nach Fig. 13.χ - 0 - z, perpendicular to the section according to FIG. 13.
F i g. 15, 16 und 17 zeigen schematisch verschiedene mögliche Anordnungen zur Lösung des hier gestellten Problems.F i g. 15, 16 and 17 show schematically different possible arrangements for solving the problem presented here Problem.
F i g. 18 zeigt eine Anordnung von Elektrolysezellen,F i g. 18 shows an arrangement of electrolytic cells,
die durch einen Strom / von gleichbleibender Intensität durchflossen werden und in vier Reihen aufgeteilt sind.which are traversed by a current / of constant intensity and are divided into four rows.
Fig. 19 und 20 zeigen die Anordnung der Leiter19 and 20 show the arrangement of the conductors
unter Berücksichtigung des Feldes, welches durch den Stromdurchgang in der benachbarten Zellenreihe erzeugt wird (im vorliegenden Fall sind es zwei Reihen Zellen).taking into account the field created by the passage of current in the adjacent row of cells is generated (in the present case there are two rows of cells).
Die magnetischen Effekte sind gekennzeichnetThe magnetic effects are marked
durch die Größe des Rotationsvektors R der Laplace-Kräfte, der sich errechnen läßt mit Hilfe der Werte für die Komponenten Bx, By, Bz und der Stromdichten Jx, Jy, Jz sowie ihrer partiellen Ableitungen.by the magnitude of the rotation vector R of the Laplace forces, which can be calculated using the values for the components Bx, By, Bz and the current densities Jx, Jy, Jz and their partial derivatives.
Die mathematischen Ausdrücke für die Projektionen des Vektors R auf die x-, y- und z-Achse sind die folgenden:The mathematical expressions for the projections of the vector R onto the x, y and z axes are as follows:
τ> ε. dJx , r> dJx , D dJx τ dBx T dBx τ> ε. dJx , r> dJx , D dJx τ dBx T dBx T dBx T dBx
Rx = Bx —-= f- j8v—5 f- 5z —= Jx , — Jy—-, Jz---j-— Rx = Bx —- = f- j8v — 5 f- 5z - = Jx, - Jy - -, Jz --- j-—
n dJy dJy d Jy r d By T d By T d By n dJy dJy d Jy r d By T d By T d By
Ry = Bx --^- + By-~- + Bz--/- - Jx ^r - Jy--/- - Jz--~ . dx dy dz dx dy dz Ry = Bx - ^ - + By- ~ - + Bz - / - - Jx ^ r - Jy - / - - Jz-- ~. dx dy dz dx dy dz
„ dJz „ dJz „ dJz r dBz T dBz r dBz "DJz" dJz " dJz r dBz T dBz r dBz
Rz = Bx—j h By—, h Bz-, Jx—j- Jy--, Jz—j—. Rz = Bx-j h By-, h Bz-, Jx-j- Jy-, Jz-j-.
dx dy dz dx dy dzdx dy dz dx dy dz
Im Zentrum der Zelle, im Punkt O, verringern sich sind also bestimmt durch: durch das Zusammenspiel der symmetrischen An- 15In the center of the cell, at point O, the decrease is determined by: through the interaction of the symmetrical 15
Ordnung die Stromdichte und ihre Ableitungen auf die j Jx(O) d Bx(O) Order the current density and its derivatives on the j J x (O) d Bx (O)
einzigen Elemente in der Tabelle, die nicht gleich Rx(O) = Bx(O) -^-- —■ Jz(O) -^^ single elements in the table that are not equal to Rx (O) = Bx (O) - ^ - - ■ Jz (O) - ^^
Null sind:Are zero:
= By(O) άψ - Jz(O) = By (O) ά ψ - Jz (O)
'K ' dy ' K ' dy vv ' dz'dz
Jx 0 ψ 0 0 Rz(O) = Bz(O) άψ - Jz(O) " Jx 0 ψ 0 0 Rz (O) = Bz (O) ά ψ - Jz (O) "
ax dz dzax dz dz
Jy 0 Jy 0
25 (0) bedeutet den Wert im Punkt 0. 25 (0) means the value in point 0.
In einem beliebigen Punkt der Wanne, der durch seine Koordinaten X, Y, Z bestimmt ist, kann manIn any point of the tub, which is determined by its coordinates X, Y, Z , one can
jz jz 0 0 ^ ^Z 3° ^e Rotationskomponenten der Laplace-Kräfte in j z j z 0 0 ^ ^ Z 3 ° ^ e rotational components of the Laplace forces in
d ζ folgender Form schreiben, die gilt, wenn die Ausdrücke d ζ write the following form that applies when the expressions
zweiter Ordnung für X, Y oder Z vernachlässigt Die Rotationskomponenten im Zentrum 0 der Zelle werden können:second order for X, Y or Z neglected The rotational components in the center 0 of the cell can be:
Rx(XYZ) = Rx(O) + ^- (O)X+ 4^- (O)Y+ ^P- (O)Z, Rx (XYZ) = Rx (O) + ^ - (O) X + 4 ^ - (O) Y + ^ P- (O) Z,
dx dy dzdx dy dz
Ry (X YZ) = Ry(O) + Ά- (0) Z + ^- (0) Y + -^- (0) Z, Rz(XYZ) = Uz(O) + -^- (O)Z+ -^- (0) 7+ -^- (O)Z, Ry (X YZ) = Ry (O) + Ά- (0) Z + ^ - (0) Y + - ^ - (0) Z, Rz (XYZ) = Uz (O) + - ^ - (O) Z + - ^ - (0) 7+ - ^ - (O) Z,
worin Ausdrücke wie *£- (0), **L (0) usw. Funk- Stromdiditei sowie ihrer Ableitungen bis zu solchenwhere expressions like * £ - (0), ** L (0) etc. Funk- Stromdiditei as well as their derivatives up to such
dx v h dy K ' zweiter Ordnung ausdrucken, dx v h dy K ' print second order,
tionen von Werten im Zentrum 0 der Felder und dertions of values in the center 0 of the fields and the
Beispielsweise ergibt die Berechnung folgende Werte für:For example, the calculation gives the following values for:
dRx dBx dJx , „ dl Jx , dBy d Jx , „ dl Jx , dBz d Jx , _ dl Jx + Bx -TTi- + -rf1 —τ— + By -J-J-: + —j— —j— + Bz dRx dBx dJx , " dl Jx , dBy d Jx ," dl Jx , dBz d Jx , _ dl Jx + Bx -TTi- + -rf 1 —τ— + By -JJ-: + —j— —j— + Bz
dx dx dx dxz dx dy dy dx dx dz dxdzdx dx dx dx z dx dy dy dx dx dz dxdz
dJx dBx _ dlBx d Jy dBx T dlBx d Jz dBx _ dlBx dJx dBx _ dlBx d Jy dBx T dlBx d Jz dBx _ dlBx
— tv * /-it /iy - tv * / -it / iy
dx dx Jx2 Jx dy dy dx dx dz dxdz dx dx Jx 2 Jx dy dy dx dx dz dxdz
J Dy J Dy
Im Zentrum O verringert sich —,— (O), falls man die obigen Annahmen für die Stromdichten macht, auf:In the center O -, - (O) decreases, if one makes the above assumptions for the current densities, to:
4^- (0) = -Jz (0) 4^r~ (°) · Jx Jx Jz 4 ^ - (0) = -Jz (0) 4 ^ r ~ (°) · Jx Jx Jz
Analoge Berechnungen ergeben den Wert der anderen Ableitungen für die Rotation der Laplacekräfte:Analogous calculations give the value of the other derivatives for the rotation of the Laplace forces:
dydy
-=i=- (0) = -^p- (0) "~ (0) - -=p- (0) -F dz K dz dx dz dz - = i = - (0) = - ^ p- (0) "~ (0) - - = p- (0) -F dz K dz dx dz dz
*m* m
(ο(ο
dxdx
dd
dxdx
dzdz
dxdzdxdz
dzdz
dz2 dz 2
Zusammenfassend kann gesagt werden, daß sich gilt beispielsweise durch Projektion auf Ox:
die Komponenten der Rotation der Laplace-KräfteIn summary it can be said that, for example, by projecting onto Ox:
the components of the rotation of the Laplace forces
in einem beliebigen Punkt in Funktionen von neunzehn 35 d Bz /ΓΛ d By at any point in functions of nineteen 35 d Bz / ΓΛ d By
Feldern ausdrucken lassen:Print fields:
dzdz
Bx(O), By(O), Bz(O),Bx (O), By (O), Bz (O),
dx dzdx dz
dlBy dy dzdlBy dy dz
dBz dxdBz dx
dy (0), dy (0),
dBzdBz
dldl
c?2 5z _ (/2Aj dxdy dxdz c? 2 5z _ (/ 2Aj dxdy dxdz
dl** (o)_ d l ** ( o) _
dxdx
dy dzdy dz
d2By_d2By_
dz*dz *
dx dzdx dz
dy dzdy dz
~ (0),~ (0),
r (0), r (0),
dy dzdy dz
dlBydlBy
~dz*"~ dz * "
dy dzdy dz
Diese Formeln gelten für das Bad, aber dann ist: d Jx d Jy d Jz These formulas apply to the bathroom, but then: d Jx d Jy d Jz
dx dy dz ~~dx dy dz ~~
Wenn die Zellenreihen ziemlich weit auseinanderliegen, kann man die Stromführungen der einzelnen Reihen symmetrisch in bezug auf die Ebene x—0—ζ anordnenIf the rows of cells are quite far apart, the current conductors of the individual rows can be arranged symmetrically with respect to the plane x - 0 - ζ
Diese neunzehn Felder sind nicht unabhängig, 55 /„ h _h _h ___r_„j_j_/fvThese nineteen fields are not independent, 55 / " h _ h _ h ___ r _" y_y_ / fv
sondern tatsächlich bedingt das Ampere-Theorembut actually requires the Ampere theorem
(Rotation von B = Απ J) gewisse Beziehungen. Für Die Symmetrie der Ströme in bezug auf die Ebenen(Rotation of B = Απ J) certain relationships. For the symmetry of the currents in relation to the planes
ein Metall, bei dem 7—0—ZundX—0—Z unterdrücken die Felder wie:a metal in which 7—0 — Z and X — 0 —Z suppress fields such as:
Jx(XYZ)= -Jx (XYZ) = -
Jy (X YZ) = Jy (X YZ) =
Bx(O), Bz(O), d-^(0), ^(0), 4!- Bx (O), Bz (O), d - ^ (0), ^ (0), 4! -
dydy
- (0) Y, - (0) Y,
dxdzdxdz
dz dl Bxdz dl Bx
dy dzdy dz
(0) d2Bz (0)(0) d2Bz (0)
Jz(XYZ) = Jz(O) +Jz (XYZ) = Jz (O) +
dJzdJz
(O)Z,(O) Z,
Schließlich werden die Rotationskomponenten der Laplace-Kräfte wie folgt reduziert:Finally, the rotational components of the Laplace forces are reduced as follows:
Rx(XYZ) = ^p- (0) Y. Rx (XYZ) = ^ p- (0) Y.
Ry(XYZ) = Ry(O) + Ry (XYZ) = Ry (O) +
(0) X + ^ (0) Z.(0) X + ^ (0) Z.
i?z(Z7Z) ==i? z (Z7Z) ==
(0) Y. (0) Y.
Z- (0) = Ψχ~ (0) Z- (0) = Ψχ ~ (0)
- Jz(O) - Jz (O)
(0) - 8 π Jz (0) *£- (0) (0) - 8 π Jz (0) * £ - (0)
TxTx
(0)(0)
dJy TydJy Ty
(0)(0)
4* (O)- 47^ (0)| -4 * (O) - 4 7 ^ (0) | -
^ (0) = -Ap. (o) \A*L· (o) - Ap. (o)^ (0) = -Ap. (o) \ A * L (o) - Ap. ( o)
α>> dz \ dy dz α >> dz \ dy dz
Die Haupteffekte werden unterdrückt, indem Ry (0) gleich Null wird (s. deutsche Patentschrift 1 131 418),The main effects are suppressed by making Ry (0) equal to zero (see German patent specification 1 131 418),
bzw. indem By (0) und —χ--- (0) gleich Null werden.or by By (0) and —χ --- (0) becoming equal to zero.
Sekundäreffekte werden beträchtlich verringert, und insbesondere werden die Niveauschwankungen unterdrückt, indem --^- (0) gleich -^- (0) gleich Null By, —j-~ undSecondary effects are considerably reduced and, in particular, the level fluctuations are suppressed in that - ^ - (0) equals - ^ - (0) equals zero By, --j- ~ and
im Punkt 0 ebenfalls annulliertalso canceled at point 0
werden, d.h.-^-(O) = O.
Indem man die Leiter so anordnet, daß die Felder werden, gelingt es, praktisch alle störendenmagnetischen
Effekte zu unterdrücken.become, i.e. - ^ - (O) = O.
By arranging the conductors so that the fields become, it is possible to suppress practically all disturbing magnetic effects.
Zur Berechnung dieser Felder bezeichnet man mit χ I die Stromstärke, die bei der Verteilereinrichtung 2
von der Seite der vorangehenden Zelle (F i g. 7) einfließt, und mit (1 — α) / die der Einrichtung 2 von
der entgegengesetzten Seite her zugeführte Stromstärke. Im Fall der F i g. 6 ist « = 1.
Die Berechnung der Felder ergibt dann:To calculate these fields, χ I denotes the current intensity that flows into the distribution device 2 from the side of the preceding cell (FIG. 7), and (1 - α) / that of the device 2 from the opposite side Amperage. In the case of FIG. 6 is «= 1.
The calculation of the fields then results in:
dBydBy
2KI2KI
= α = α
d2Byd 2 By
TkTTkT
2} (az + b2y2} (a z + b 2 y Λ _|_ ^2)2 > Λ _ | _ ^ 2) 2>
d(d2- 3 c2)d (d 2 - 3 c 2 )
Diese drei Ausdrücke müssen gleich Null sein.These three expressions must be zero.
Auf diese Weise kann man die Lösung des gestellten Problems berechnen.In this way one can calculate the solution to the problem posed.
Die folgende Tabelle, die keinerlei einschränkenden Sinn besitzt, ergibt die Stellungen der Leiter für verschiedene Zuführungsmöglichkeiten:The following table, which is in no way restrictive, shows the positions of the ladder for various Feed options:
4,41 2,60 1,80 1,31 14.41 2.60 1.80 1.31 1
0,50.5
0,60.6
0,70.7
0,80.8
0,90.9
τ °·58 τ ° 58
0,64 0,71 0,78 0,S0.64 0.71 0.78 0, p
-f- co -1,75 -1,50 -1,32 -1,12 -1
b -f- co -1.75 -1.50 -1.32 -1.12 -1
b
Die Fig. 8, 9, 10 und 11 stellen die Fälle dar, in welchen α gleich 0,6 bzw. 0,7 bzw. 0,8 bzw. 0,9 ist.Figures 8, 9, 10 and 11 illustrate the cases in which α is 0.6, 0.7, 0.8 and 0.9, respectively.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ordnet man nicht nur zwei, sondern drei verschiedene GruppenAccording to another embodiment, not only two but three different groups are assigned
von parallelen Leitern in der Ebene Ox an (s. Fig. 12), wobei die Leiter 3 und 4 sauber getrennt sind.of parallel conductors in the plane Ox (see Fig. 12), the conductors 3 and 4 being neatly separated.
309 780/200309 780/200
11 1211 12
Die Berechnung des Feldes im Punkt Null ergibt dann:The calculation of the field at point zero then results in:
_ 1 4, Ϊ_ 1 4, Ϊ
dz ψ) 2KI V 2) (a* + ^2)2 + 2 (c2 + ί/2)2 ' U Λ) (e2 4- /ψ dz ψ) 2KI V 2) (a * + ^ 2 ) 2 + 2 (c 2 + ί / 2 ) 2 ' U Λ) (e 2 4- / ψ
- 3 r·2^ f( f2 — λ ρ2} - 3 r 2 ^ f (f 2 - λ ρ 2 }
((W((W ** — I * \ *s \f - I * \ * s \ f ^ x* j^ x * j ± <λ yvi± <λ yvi ' _L· ( \'_L · (\ \ J VJ\ J VJ ~J C J~ J C J
öz2 2 AT/ \ 2 / (a2 + o2)3 2 (c2 + a2)3 (e2 + τ2)·1 öz 2 2 AT / \ 2 / (a 2 + o 2 ) 3 2 (c 2 + a 2 ) 3 (e 2 + τ 2 ) 1
In diesen Gleichungen stellt a / die Stromstärke dar, 15 die andere Zellenreihe passierenden Strom erzeugteIn these equations, a / represents the amount of current produced by the current passing through the other row of cells
die in die Verteilereinrichtung 2,2' von der Seite der Feld vernachlässigt werden kann. In der Praxis ist manwhich can be neglected in the distributor device 2, 2 'from the side of the field. In practice one is
vorangehenden Zelle her zugeführt wird, und (1 — α) / allerdings oft gezwungen, die verschiedenen Zellen-preceding cell, and (1 - α) /, however, often forced to use the different cell
diejenige, welche von der folgenden Zelle her zugeführt reihen im kurzen Abstand nebeneinander anzuordnen,those that are fed from the next cell are to be arranged in a short distance next to each other,
wird, wobei der Strom in den Leitern 4, 4' fließt. Eine andere Durchführungsform der erfindungs-with the current flowing in the conductors 4, 4 '. Another embodiment of the invention
Die Werte für «, a, b, c, d, e und /wählt man derart, ao gemäßen Anordnung berücksichtigt den Einfluß des
daß die drei obigen Ausdrücke gleich Null werden. durch die andere Reihe bzw. die anderen Reihen von
Diese drei Beziehungen ergeben, wenn man sie auf Elektrolysezellen gehenden Stroms,
die sieben unbekannten Parameter anwendet, vier Wenn die Zellenreihen nahe genug beieinander
Freiheitsgrade und führen infolgedessen zu einer liegen, wirkt sich die Nähe der Nachbarreihen hauptgrößeren
Anpassungsfähigkeit als die erste Aus- 25 sächlich in der Entstehung eines vertikalen Feldes Bz
führungsform, da sie viel mehr Möglichkeiten er- aus, das sich gemäß der relativen Lage der Zellen,
öffnen. ausgedrückt in ihrem Abstand η (algebraisch berechnetThe values for, a, b, c, d, e and / are chosen in such a way that the arrangement according to the ao takes into account the influence of the fact that the three expressions above become equal to zero. by the other series or the other series of These three relationships result, if one puts them on the current going to electrolysis cells,
the seven unknown parameter applies four When the cell rows close enough degrees of freedom and lead as a result, are to, the proximity of the neighboring rows even greater adaptability than the first off 25 acts neuter in the development of a vertical field Bz leadership form, since they are much more opportunities er, which open according to the relative position of the cells. expressed in their distance η (calculated algebraically
Die Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung, längs Oy), leicht berechnen läßt (in F i g. 20 ist η The examples serve to illustrate the invention, along Oy), can be easily calculated (in FIG. 20 η is
wobei die dargestellten Lösungsmöglichkeiten selbst- negativ). Vernachlässigt man die Ausdrücke zweiterwhereby the possible solutions presented are self-negative). If one neglects the expressions of the second
verständlich keineswegs die einzigen sind. 30 . < -^ ,-» , 1 · c u understandably by no means the only ones. 30th <- ^, - », 1 · cu
66 3 und dritter Ordnung in im Falle von nur zwei 66 3 and third order in in the case of only two
Beispiel 1 (s. Fig. 13 und 14) " l Example 1 (see Figs. 13 and 14) " l
. Reihen, so wird das Feld Bz gleich + 2 ■ ■; sind vier . Rows, the field Bz becomes equal to + 2 ■ ■; are four
a = y, d.h. die Stromstärke ist gleichmäßig verteilt a = y, ie the current strength is evenly distributed
• , j ,·, τ-,, JTr4.-. 1. / Reihen vorhanden, so beträgt der Wert für Bz^- •, j, ·, τ- ,, JTr 4 .-. 1. / rows exist, the value for Bz ^ -
zwischen den beiden Enden des Verteilerrahmens aa. 35 > e 3 „between the two ends of the distribution frame aa. 35> e 3 "
j , , .. t_ 1· t_- ..,u j j i_ j für die beiden äußeren Reihen I und 4 und für diej,, .. t_ 1 · t_- .., u j j i_ j for the two outer rows I and 4 and for the
α und b können beliebig gewählt werden, d. h. der η α and b can be chosen arbitrarily, ie the η
Verteilerrahmen kann beliebig angeordnet werden. mittleren Reihen 2 und 3.The distribution frame can be arranged as desired. middle rows 2 and 3.
Diese Lösung ist dargestellt in den Fig. 13 und 14. Sind sechs Zellenreihen vorhanden und fließt durchThis solution is shown in FIGS. 13 and 14. There are six rows of cells and there is flow through them
40 sämtliche Reihen 1 bis 6 der Strom /, so wird der40 all rows 1 to 6 of the stream /, then the
B e i s ρ i e 1 2 (s. F i g. 15) /B e i s ρ i e 1 2 (see Fig. 15) /
Wert für Bz für die Reihen 1 und 6 gleich 1,57 - ,The value for Bz for rows 1 and 6 is 1.57 -,
3 für die Reihen 2 und 5 gleich 0,83 — und für die Reihen3 for rows 2 and 5 equal 0.83 - and for rows
α und b können beliebig gewählt werden, voraus- .. / α and b can be chosen arbitrarily, in advance- .. /
gesetzt, daß 3 und 4 8leich °'67 „ ·set to be 3 and 4 8 Comparative ° '67 "·
1 22 < — < 2 Nimmt man den Fall von acht Reihen 1 bis 8 an,1 22 <- <2 Assuming the case of eight rows 1 to 8,
' α so würde Bz für die Reihen 1 und 8 den Wert von' α then Bz for rows 1 and 8 would be
ist 1,52-- , für die Reihen 2 und 7 den Wert von 0,76 —, is 1.52--, for rows 2 and 7 the value is 0.76 -,
_ a2 + b* _ a2 + b* l / 2 __ b2 so " " _ a 2 + b * _ a 2 + b * l / 2 __ b 2 so ""
c " J-==^= c " J - == ^ = , e, e -g- ■ -■ I/ a — -^-, für die Rejhen 3 und 6 den Wert von Q 57 _ und für -g- ■ - ■ I / a - - ^ -, for re j hen 3 and 6 the value of Q 57 _ and for
z uz „2 ' z uz "2 " ηη
3 /3 /
die Reihen 4 und 5 den Wert von 0,5 — haben.rows 4 and 5 have a value of 0.5 -.
r_ __ß2_+^2_._^ 55 Fig. 18 zeigt eine Anordnung von Elektrolyse- r_ __ ß2 _ + ^ 2 _._ ^ 55 Fig. 18 shows an arrangement of electrolysis
a2 4 ' zellen, durch welche der gleiche Strom / fließt und die a 2 4 'cells through which the same current / flows and which
in vier Reihen aufgeteilt sind.
Beispiel 3 (s. Fig. 16 und 17) , are divided into four rows.
Example 3 (see Figs. 16 and 17) ,
Allgemein kann man setzen Bz = h , worin derGenerally one can set Bz = h, in which the
Ä = 4■' d = O · 6o Koeffizient h sich in jedem Fall leicht errechnen läßt. Ä = 4 · 'd = O · 6o coefficient h can easily be calculated in any case.
Da Bz nicht mehr vernachlässigt werden kann, werdenSince Bz can no longer be neglected
α und b können beliebig gewählt werden, voraus- die Rotationskomponenten R am Mittelpunkt:
gesetzt, daß b> α ist. α and b can be chosen arbitrarily, in advance - the rotational components R at the center:
set that b> α .
fb2 - α2 65 Ry (O) = O, fb 2 - α 2 65 Ry (O) = O,
Diese Lösungen gelten, wenn die Zellenreihen so rz (O) = Bz (O) - (O).These solutions apply if the rows of cells are so r z (O) = Bz (O) - (O).
viel Abstand haben, daß das in einer Zelle durch den dz have a lot of distance that that in a cell by the dz
Leiter und der Felder By, ~~-r^~ undHead and fields By, ~~ -r ^ ~ and
- wie sie für- like them for
dz """ d ζ2
unendlich voneinander entfernte Reihen durch die oben empfohlene Anordnung erreicht wurde. dz """ d ζ 2
infinitely spaced rows was achieved by the arrangement recommended above.
Die Rechnung zeigt, daß es für jede Art der Stromzuführung eine Lösung gibt:The calculation shows that there is a solution for every type of power supply:
Für χ = 1 findet man beispielsweise, daß es zweckmäßig ist, den Leitern die folgenden Koordinaten zu geben, gemäß h, η und α (halber Abstand zwischen positiven Leitern.)For χ = 1 one finds, for example, that it is useful to give the conductors the following coordinates, according to h, η and α (half the distance between positive conductors.)
α2
Linker positiver Leiter ax = bx = a — h —,α 2
Left positive conductor a x = b x = a - h -,
rechter positiver Leiter a2 — — Z>2 = — a — h —,right positive conductor a 2 - - Z> 2 = - a - h -,
linker negativer Leiter C1 = —d1 = a — h left negative conductor C 1 = -d 1 = a-h
η '
α2 η '
α 2
rechter negativer Leiter C2 = d% = — a — h —.right negative conductor C 2 = d % = - a - h -.
Die Fig. 19 und 20 stellen den Fall von zwei Zellenreihen mit einem Abstand von η = — 10α dar.19 and 20 show the case of two rows of cells with a distance of η = -10α.
Hieraus folgt, daß der magnetische Effekt der gesamten Anordnung sehr schädlich ist.It follows from this that the magnetic effect of the entire arrangement is very harmful.
Zweckmäßigerweise kompensiert man demnach das durch die benachbarten Zellenreihen entstehende Feld Bz dadurch, daß man die Leiter in der betreffenden Reihe asymmetrisch anordnet. Hierbei muß jedoch darauf geachtet werden, daß man nicht die Kompensation der Felder Bx, —.-x- und -j— beeinträchtigt, wie dies natürlich der Fall wäre bei Symmetrie der Werte, wie der Wert für α, der Abstand 2 a zwischen den positiven Leitern 2, 2', der Abstand η zwischen zwei Zellenreihen oder die Anzahl dieser Reihen können selbstverständlich innerhalb äußerst weiter Grenzen beliebig variiert werden, ohne daß der Umfang der Erfindung überschritten wird. Accordingly, the field Bz produced by the adjacent rows of cells is expediently compensated for by arranging the conductors asymmetrically in the row in question. Care must be taken here, however, that the compensation of the fields Bx, -.- x - and -j- is not impaired, as would of course be the case with symmetry of the values, such as the value for α, the distance 2 a between the positive conductors 2, 2 ', the distance η between two rows of cells or the number of these rows can of course be varied as desired within extremely wide limits without exceeding the scope of the invention.
Claims (4)
Applications Claiming Priority (2)
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Cited By (1)
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EP0084142A2 (en) * | 1982-01-18 | 1983-07-27 | ALUMINIA S.p.A. | Method and apparatus for electric current supply of pots for electrolytic production of metals, particularly aluminium |
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- 1958-01-03 GB GB365/58A patent/GB880096A/en not_active Expired
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Publication number | Publication date |
---|---|
GB880096A (en) | 1961-10-18 |
FR1164362A (en) | 1958-10-08 |
FR72293E (en) | 1960-08-12 |
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