HU212070B - Arrangement for diminishing effect of magnetic field intensity produced by the electrolyzing current with aluminium production - Google Patents
Arrangement for diminishing effect of magnetic field intensity produced by the electrolyzing current with aluminium production Download PDFInfo
- Publication number
- HU212070B HU212070B HU862373A HU237386A HU212070B HU 212070 B HU212070 B HU 212070B HU 862373 A HU862373 A HU 862373A HU 237386 A HU237386 A HU 237386A HU 212070 B HU212070 B HU 212070B
- Authority
- HU
- Hungary
- Prior art keywords
- cell
- current
- cathode
- cells
- line
- Prior art date
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 title claims description 37
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims description 12
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 3
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 title 1
- 230000003467 diminishing effect Effects 0.000 title 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims description 46
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 31
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 31
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 27
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 17
- 229910001610 cryolite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000009626 Hall-Héroult process Methods 0.000 claims description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 201
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 9
- 238000013461 design Methods 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 4
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 210000004460 N cell Anatomy 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000001447 compensatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
- C25C3/16—Electric current supply devices, e.g. bus bars
Description
A leírás terjedelme: 16 oldal (ezen belül 6 lap ábra)
HU 212 070 B a cellák (11) hossztengelyével párhuzamosan, a cellasor tengelyére szimmetrikusan, a cellák (11) hosszabbik oldalai mentén, egy-egy sorban kiálló fém katódrudak vannak elhelyezve, mindegyik cella (11) el van látva egy anód-egységgel is, amely legalább egy vízszintes merev rudat (7c) és ehhez csatlakoztatott legalább egy, általában azonban két anódkeretet (7a, 7b) tartalmaz, és az anód-egység anód tartószerkezetre van csatlakoztatva, továbbá a két egymásutáni n-ik és (n+l)-ik cellát (11) összekötő szerkezet magában foglalja a cellasor tengelyére (X) szimmetrikusan elrendezett, az n-ik cella (11) (n+l)-ik cellától (11) távolabb eső oldalán kivezetett első katód gyűjtősíneket (3) és az (n+1 )-ik cellához (11) közelebb eső oldalon kivezetett második katód gyűjtősíneket (5), és az első és második katód gyűjtősínek (3, 5) egyrészt az n-ik cella (11) katódrúdjaival kapcsolt első, illetőleg második katódkivezetéseire (2, 4), másrészt pedig egy felszálló csőkötegen (8) keresztül az (n+l)-ik cella (11) anódegységéhez vannak csatlakoztatva.
Az elrendezés lényege abban van, hogy az n-ik cella (11) első katód gyűjtősínjei (3) az n-ik cella (11) alatt vezetett összekötő rudakon (9) keresztül vannak az (n+1 )-ik cella (11) anód-egységéhez tartozó felszálló csőköteg (8) egyik csövéhez (8B) csatlakoztatva, és az összekötő rudak (9) legalább részben párhuzamosak a cellasor tengelyével, a második katód gyűjtősínek (5) pedig közvetlenül vannak az (n-t-l)-ik cella (11) anódegységéhez tartozó felszálló csőköteg (8) másik csövéhez (8A) csatlakoztatva, a cellasor mellett, annak oldalaival párhuzamosan, célszerűen a fémfürdő magasságában, az elektrolizáló áramot (Jl) továbbító vezetékrendszertől független, az elektrolizáló áramnál (Jl) kisebb, de azzal megegyező irányú kompenzáló árammal (J2) átjárt, kompenzáló vezetékek (16) vannak elrendezve.
A találmány tárgya elrendezés az elektrolizáló áram által létrehozott mágneses térerő hatásának csökkentésére alumíniumgyártás során, amikoris az alumíniumot Hall-Heroult eljárással állítják elő.
A találmány szerinti elrendezés elsősorban olyan kemencékben alkalmazható, ahol az elektrolizáló áram 150 kA-nél nagyobb, célszerűen 500-600 kA.
A Hall-Heroult eljárás során az alumíniumot elektrolízissel állítják elő alumínium-oxidból. Az elektrolízis során a párhuzamosan egymás mellé elhelyezett cellák olyan cellasorokat képeznek, amelyekben az egymás mellett elhelyezett cellák villamosán sorosan vannak kapcsolva, majd a két eredő kivezetést kapcsolják nagy egyenfeszültségre. Az elektrolízis során az alumínium-oxidot olvadt kriolittal keverik, és a rajta átvezetett áram segítségével 950-1000 °C-ra melegítik föl. Az elektrolízishez használt cella két fő egységből áll: a katódszerkezetből, amely általában szén és az anódszerkezetből. Maguk a cellák általában úgy vannak kialakítva, hogy párhuzamos falú fém tartályt képeznek, amelyben egymás mellett vannak a katődot képező szénegységek elhelyezve, amelyekbe megfelelően beágyazott, katódrúdnak nevezett acélrudak vannak elhelyezve, mint kivezetések, amelyekkel az áramot a következő cella anódja felé vezetik. Az anódszerkezet szintén kialakítható szénből, magassága általában állítható, és mindenkor az előtte lévő cella katódrúdjával van villamosán összekapcsolva. Az elektrolízis során az olvadt alumínium az alumínium-oxidból az elektrolizáló cella katódjánál válik ki. Az olvasztás a cella négyszögletes tartályában történik. Az anódok anódkeretekre vannak felerősítve, amelyek általában a hosszabb oldal mentén vannak elrendezve, míg a katódrudak a rövidebb oldalakkal párhuzamosak, amelyeket cellafejnek is neveznek.
A cellákat régebben úgy helyezték el, hogy a hossztengelyük esett az áram irányába, azaz a rövidebb olda25 luk volt párhuzamos egymással, manapság azonban egyre inkább úgy helyezik el őket, hogy a hosszabbik oldaluk párhuzamos egymással, azaz ez az oldaluk merőleges az átfolyó áram irányára. Egy-egy cellasor adott esetben nagyon sok cellából is kialakítható, egy cellán belül pedig nagyon sok egység kapcsolható egymással párhuzamosan. Az összekötő vezetékelrendezés általában olyan kell legyen, hogy a lehető legkevesebb vezetéket kelljen beépíteni.
Az az áram, amely az elektrolitot, az anódot, a folyékony fémet, a katődot és a további összekötő vezetékeket átjárja, igen nagy mágneses térerőt hoz létre. Ez a mágneses térerő a cellákban és a folyékony fémben ún. Laplace-erőt hoz létre, amely az olvadt fém felszínét deformálja, adott esetben mozgásba is hozza. Mind az olvadt fém felületének a deformációja, mind pedig a mozgása a cella működésére rendkívül káros lehet. A cellák tervezésénél és a vezetékelrendezésnél úgy kell tehát eljárni, hogy a cellasorok különböző részein az átfolyó áram hatására keletkező mágneses térerő által létrehozott erőhatások lehetőleg egyensúlyban legyenek egymással.
Számos ismert megoldás van, ahol a cellák egymáshoz kapcsolását úgy próbálják megoldani, hogy a mágneses térerő által létrehozott előbb említett káros hatás minél kisebb legyen.
Ilyen megoldást ismertet például az US 4,090,930, az US 4,194,958 vagy az FR 2.505.368 számú szabadalmi leírás.
Ezeknél a megoldásoknál a vezetékelrendezéssel cellánként történik az elektrolizáló áram mágneses térerejének a fürdő felületét deformáló, illetőleg a fürdőt mozgató hatásának a minimalizálása. Ezt az FR 2,505,368 számú szabadalmi leírásban olyan vezetékelrendezéssel oldják meg, hogy az egyes cellákat öszszekötő vezetékek vagy a cella hossztengelyével vagy pedig a keresztirányú tengelyével párhuzamosak. A
HU 212 070 Β cellák hossztengelye az áram irányára merőleges, és az áram irányába egymás után helyezkednek el a cellának a katódjai illetőleg anódjai, hiszen a cellákat cellasorok alkalmazása esetén egymással sorosan kell kapcsolni. Két egymás után elhelyezett cellánál a katód a soron következő cella anódjával úgy van összekapcsolva, hogy kb. a fémfürdő magasságában vannak a katódkivezetések elrendezve, ezek egymással összekötve katód gyűjtősínekhez vannak csatlakoztatva, amelyek azután egy megfelelően kialakított felszálló csővezetékkel vannak a következő cella anódjához csatlakoztatva. Lényeges azonban ennél a megoldásnál az, hogy a vezetékek minden esetben a cella hossz- illetőleg kereszttengelyével párhuzamosak. Ez a megoldás azonban úgy, hogy ezzel az elrendezéssel egyúttal egy adott cella esetében az elektrolizáló áram mágneses térerejének a fémfürdőre kifejtett hatása is minimalizálva legyen, csak 250 kA-es elektrolizáló áramig használható. A keletkező mágneses térerő hatása szempontjából legjelentősebb ennek a fémfürdő síkjára merőleges, függőleges komponense. Ezen függőleges komponens minimalizálására, illetőleg megszüntetésére a következők miatt van szükség.
Az elektrolizáló áram, amely tehát a tápvezetékeken, illetőleg a cellának a villamosán vezető részein átfolyik, mágneses térerőt hoz létre, amely a folyékony fémfürdő mozgását, illetőleg a fürdő felületének a deformációját eredményezi. Ez a mozgás, ahogyan erre már a korábbiakban is utaltunk, az anód és a katód közötti rövidzárat is okozhatja. Ilyenkor a berendezés által felvett teljesítmény jelentős mértékben megnő, ugyanakkor az egész berendezés hatásfoka lecsökken.
Szakemberek számára nem ismeretlen, hogy a fémfürdő felületének alakja, valamint a folyékony fém mozgása igen szorosan összefügg a már előbb említett mágneses térerő függőleges komponensének a nagyságával, illetőleg ennek a komponensnek a fémfürdő felülete mentén történő változásával. Ha ezt a függőleges komponenst csökkenteni lehet, úgy a fémfürdő magassága is csökkenthető, tehát az egész berendezés kisebb helyen elhelyezhető. Adott esetben a csökkentés mellett jelentős szerepe van a mágneses térerő függőleges komponense egyenletességének. A mágneses térerő függőleges komponensének az aszimmetriája és változása a cella hossztengelye mentén azzal a hátránnyal jár, hogy a cella középpontjához képest aszimmetriája a fém cirkulációját eredményezheti, amely a következő hátrányokkal jár.
A cirkuláció sebessége a fémfürdőnél a megszilárdult kriolit kopásával egyenes arányban van, a cirkuláció sebességének az aszimmetriája pedig a cella hoszszabb oldala mentén különböző mértékű kopást eredményez. Ily módon a megszilárdult kriolit és a fém közötti hőcsere szintén egyenes arányban lesz a fém cirkulációjának a sebességével. Ez pedig a cellának a hosszabb oldala mentén különböző mértékű kopást eredményez. Ha a kopás különböző, a cella két hoszszabb oldala mentén a hővezetés is különböző lesz, és ily módon az egyik oldalon nagyobb lesz a megszilárdult kriolit lejtése, mint a másik oldalon. Ez a jelenség a cella hatásfokára rendkívül hátrányos.
A másik fontos szempont, amit a cellák méretezésénél, illetőleg a cellák közötti vezetékek elrendezésénél messzemenően figyelembe kell venni az, hogy az elektrolizáló áram növekedésével egyidejűleg a cella méreteit is növelni kell, és minél nagyobb méretű cellákról van szó, annál bonyolultabbá válik a cellákból kialakított cellasorok közötti huzalok elrendezése, mivel a fémrétegnek a mágneses térerővel szembeni érzékenysége a fém vastagságának, és ez alatt az összekötő vezetékek vastagsága is értendő, a növekedésével egyenes arányban nő. Általánosságban kimondhatjuk azt, hogy a cellakivezetések miatt az áram útja jelentősen megnő, és minél nagyobb a cella, annál hosszabb ez az áramút.
Mindezideig arról beszéltünk csak, hogy az elektrolizáló áram mágneses térereje egy adott cellán belül milyen változást hoz létre. Ehhez még hozzá kell tennünk azt, hogy ugyancsak hatással van egy adott cellára, illetőleg cellasorra az a mágneses térerő is, amelyet az adott cellasorral szomszédos vonalban elhelyezett cellákon keresztül vezetett elektrolizáló áram hoz létre. Minél nagyobb áramról van szó, annál nagyobb természetesen ez a hatás. Ezeknek a hatását szintén figyelembe kell venni akkor, amikor egy cellaelrendezést megterveznek. Ez egyúttal azt is jelenti a tapasztalatok alapján, hogy nagyobb áramok esetén, és ez gyakorlatilag a 250 kA fölött áram, igen nehéz a mágneses térerő kompenzálását úgy megtervezni, hogy a berendezés kialakítása továbbra is gazdaságos maradjon. Ebben az esetben ugyanis a technológiai költségek a hosszú vezetékekből fakadóan rendkívül magasak lesznek. Hátrányos még az is, hogy nagy áramok esetében, és itt megint a 250 kA fölötti áramokra gondolunk, a cellákat egymástól távolabb kell elhelyezni, ez megintcsak a vezeték hosszúságát növeli mitöbb, magát az épületet is hosszabbra és nagyobbra kell tervezni.
Az elrendezés természetesen leegyszerűsödik akkor, ha a fémréteg vastagságában bizonyos instabilitást engedünk meg. Ez az út azonban azért nem járható, mert az elektrolizáló áram térereje által okozott veszteségek oly módon növelnék meg a működtetés költségeit, hogy ily módon a technológia maga válna már gazdaságtalanná.
Olyan megoldások, ahol a szomszédos cellasorban folyó áram mágneses térejének a hatását kompenzálják szintén ismeretesek. Ilyen elrendezést ismertet például az US 3,616,317 valamint az US 4,169,034 számú szabadalmi leírás. Mindkét ismertetett megoldás alapvetően azt a célt kívánja megvalósítani, hogy a szomszédos cellasorok által kifejtett hatást kompenzálják, így mindkét megoldásnál megmarad egy függőleges mágneses térerő komponens, amely azonban, mivel a szomszéd cellasorok hatása valamennyire kompenzálva van, konstansnak tekinthető. Ezeknél az elrendezéseknél a cellák közötti vezetékelrendezés úgy van megtervezve, hogy lehetővé váljon a normál működés akkor is, ha szomszédos cellasor is van, illetőleg egy szomszédos cellasor csak peremhatást hozzon létre. A
HU 212 070 B szomszédos cellasor hatását egy külön kompenzáló vezeték alkalmazásával csökkentik, amelyben a tápárammal ellentétes irányú áramot vezetnek át, amelynek értéke majdnem akkora, mint maga a tápáram.
Sem ez a megoldás, sem pedig a már korábbiakban említett cellánkénti kompenzálás nem alkalmazható azonban 500 kA vagy ennél nagyobb erősségű áramok esetén, mivel 500 kA fölötti vagy akörüli áramoknál olyan vastag és súlyos vezetékekre lenne szükség, hogy annak költségei a technológiát gazdaságtalanná tennék.
Nagy áramerősségek esetében, és itt elsősorban a 200-250 kA-nél nagyobb, egészen az 500-600 kA-el működő berendezéseket értjük, alapvetően három feltételt kell biztosítani ahhoz, hogy az elektrolizáló cellák jól működjenek:
- az áramköri vezetékeket minimális konstrukciós és szerelési költséggel kell kialakítani,
- lehetőleg kerülni kell a túl vastag vezetékek alkalmazását.
- a mágneses térerő stabilitás lehetőleg maximális legyen.
A találmánnyal célul tűztük ki olyan elrendezés kidolgozását, amelynek segítségével biztosítani lehet azt, hogy nagy áramokkal - azaz egészen 500-600 kA-rel - működő elektrolizáló cellák esetében is kompenzálni lehessen az elektrolizáló áram által létrehozott mágneses térerő káros hatását úgy, hogy egyúttal a cellák közötti összekapcsolás egyszerű és a berendezés gazdaságosan valósítható meg mind méretben mind költségben.
A találmány alapvető felismerése az volt, hogy eltérően a korábbi megoldásoktól, ahol a vezetékelrendezésnél a magával a vezetékelrendezéssel elérhető kompenzációt illetőleg a kompenzáló vezeték hatását egyidejűleg vették figyelembe, a találmánnyal teljesen különválasztjuk az elektrolizáló áramot továbbító vezeték elrendezését a kompenzáló vezetékétől. Ez alatt azt kell érteni, hogy kétféle vezeték között teszünk különbséget, az egyik az a vezetékcsoport, amely a cellák közötti elektrolizáló áram továbbítására szolgál, és amely az ismert berendezésekhez hasonlóan kizárólag a tápáramot adja, a másik vezetékcsoport pedig ezektől független vezetékrendszer, amelynek feladata a mágneses térerő kompenzálása. Ennek a felismerésnek ott van nagy jelentősége, hogy minden esetben először meg lehet tervezni azt, hogy hogyan helyezkedjenek el azok a vezetékek, amelyek az elektrolizáló áram vezetésére szolgálnak. Itt úgy járunk el, ahogyan a legkorábbi megoldásoknál az 1800-as évek végén, amikor egyébként 15-20 A-es áramokról volt szó, nevezetesen megkeressük azt a legrövidebb, illetőleg optimális utat, ahol az alkalmazott alumíniumvezetékek súlya a minimális. Ennek segítségével meghatározzuk a cellák közötti távolságot és azt a területet, amely a teljes berendezés elhelyezéséhez szükséges. Mindezeket a méretezéseket úgy végezzük el, hogy nem vesszük figyelembe azt, hogy az áramnak mágneses hatása is van. A vezetékelrendezésnek ez a kialakítása természetesen igen kedvezőtlen a mágneses tér hatásának a szempontjából, erre még a későbbiekben konkrétan is viszszatérünk. Ha az elektrolizáló áramot továbbító vezetékelrendezés megvan, azt követően hozzuk létre a kompenzáló vezetékeket, mégpedig úgy, hogy a kompenzáló vezetékekben folyó áram iránya mindig megegyezzen az elektrolizáló áram irányával, és a kompenzáló vezetékeknek a cella körüli elrendezése, elsősorban a kompenzáló vezetékek elhelyezési magasságának, illetőleg a cella falától való távolságának a meghatározása fogja lehetővé tenni az elektrolizáló áram által létrehozott mágneses térerő kompenzálását. Annak érdekében, hogy ez egyértelműen belátható legyen, készítettük el az 1. és 2. ábrákat, ahol a leírás során a későbbiekben alkalmazandó jelölések is megtalálhatók.
Ha az 1. ábrát nézzük, itt látható egy X-Y-Z koordinátarendszer, és ebben vannak elhelyezve egymás után 11 cellák. A koordinátarendszer O origója a n-ik 11 cella középpontja. A J1 elektrolizáló áram iránya az XOX tengely irányába esik. Ugyancsak látható az 1. ábrán a szemlélő. A szemlélő felől nézve a baloldali oldal a cellasornak az az oldala, amelynél egy szomszédos cellasor helyezkedik el, a jobboldali oldal pedig a külső oldal. A 11 cellák hossztengelye a Y tengellyel párhuzamos. A 11 celláknak az X tengely szerinti baloldali része az úgynevezett „baloldali fejrész” a jobboldali része a .jobboldali fejrész”, ezt az oldalt az egyszerűség kedvéért nevezhetjük belső oldalnak, a baloldali oldalt pedig a külső oldalnak.
A 2. ábrán látható a Bz mágneses térerősség eloszlása a 11 cella hossztengelye mentén, azaz a J1 elektrolizáló áram irányára merőlegesen. Látható, hogy a kompenzáció nélküli esetben, amelyikre az a görbe vonatkozik, a Bz mágneses térerő a baloldali szélen erősen pozitív, a jobboldali szélénél pedig erősen negatív. Ezen Bz mágneses térerő kompenzálására helyezünk el olyan kompenzáló vezetékrendszert, ahol a kompenzáló áram iránya megegyezik az elektrolizáló áram irányával.
Erősen negatív kompenzáló teret hozunk tehát létre a bal kéz felőli részben, erősen pozitív kompenzáló teret a jobb kéz felőli részben. Ilyen elrendezés rendkívül egyszerűen megvalósítható, elegendő ugyanis egyenes alumíniumrudak alkalmazása, kivéve természetesen a cellasorok végét.
A találmány tehát elrendezés az elektrolizáló áram által létrehozott mágneses térerő hatásának csökkentésére olyan cellasort tartalmazó kemencében, amelyben Hall-Heroult eljárással olvadt kirolitban oldott alumínium-oxidból 150 kA-nél nagyobb, általában 500-600 kA-ig terjedő tartományba eső értékű elektrolizáló árammal alumíniumot állítanak elő, és ahol a cellák egymástól szigetelt fémtartályban vannak elhelyezve, és a cellák hossztengelye a cellasor tengelyére, amely az elektrolizáló áram iránya is merőlegesen van elrendezve, a cellák szén-egységekből kiképzett katódokat tartalmaznak, amelyekbe a cellák hossztengelyével párhuzamosan, a cellasor tengelyére szimmetrikusan, a cellák hosszabbik oldalai mentén, egy-egy sorban kiálló fém katódrudak vannak elhelyezve, mindegyik cella
HU 212 070 B el van látva egy anód-egységgel is, amely legalább egy vízszintes merev rudat és ehhez csatlakoztatott legalább egy, általában azonban két anódkeretet tartalmaz, és az anód-egység anód tartószerkezetre van csatlakoztatva, továbbá a két egymásutáni n-ik és (n+l)-ik cellát összekötő szerkezet magában foglalja a cellasor tengelyére szimmetrikusan elrendezett, az n-ik cella (n+l)-ik cellától távolabb eső oldalán kivezetett első katód gyűjtősíneket és az (n-t-l)-ik cellához közelebb eső oldalon kivezetett második katód gyűjtősíneket, és az első és második katód gyűjtősínek egyrészt az n-ik cella katódrúdjaival kapcsolt első, illetőleg második katódkivezetéseire, másrészt pedig egy felszálló csőkötegen keresztül az (n+1 )-ik cella anód-egységéhez vannak csatlakoztatva.
Az elrendezés lényege abban van, hogy az n-ik cella első katód gyűjtősínei az n-ik cella alatt vezetett összekötő rudakon keresztül vannak az (n+1 )-ik cella anód-egységéhez tartozó felszálló csőköteg egyik csövéhez csatlakoztatva, és az összekötő rudak legalább részben párhuzamosak a cellasor tengelyével, a második katód gyűjtősínek pedig közvetlenül vannak az (n-t-l)-ik cella anód-egységéhez tartozó felszálló csőköteg másik csövéhez csatlakoztatva, a cellasor mellett, annak oldalaival párhuzamosan, célszerűen a fémfürdő magasságában, az elektrolizáló áramot továbbító vezetékrendszertől független, az elektrolizáló áramnál kisebb, de azzal megegyező irányú kompenzáló árammal átjárt, kompenzáló vezetékek vannak elrendezve.
Előnyös az elrendezés, ha a kompenzáló vezetékeken átfolyó kompenzáló áram erőssége az elektrolizáló áraménak 5-80%-a, még előnyösebb, ha a kompenzáló áram erőssége az elektrolizáló áraménak 20-70%-a.
Két cellasor esetében két független kompenzáló vezeték alkalmazása előnyös, ahol az első kompenzáló vezeték a cellák által képezett elrendezés külső kerülete mentén, a második kompenzáló vezeték pedig a belső kerület mentén van elhelyezve, és a második kompenzáló vezetékben nagyobb áram folyik, mint az első kompenzáló vezetékben.
Az elrendezés kialakítható úgy is, hogy az n-ik cellában két-kél szomszédos, az (n+1 )-ik cellától távolabb eső oldalon lévő első katódkivezetés van egy-egy első katód gyűjtősínnel összekapcsolva, két-két szomszédos összekötő rúd pedig az (n+l)-ik cella felöli oldalon van egy összekötő vezetéken keresztül a felszálló csőhöz kapcsolva, továbbá az n-ik cella négynégy szomszédos, az (n+l)-ik cella felé eső oldalán lévő második katód gyűjtősínnel van összekapcsolva.
A cella alatt vezetett összekötő rudak vagy egymástól azonos távolságra vannak, legalább részben párhuzamosan elrendezve vagy pedig változó távolságra.
Célszerűen a cella fejrésze felé eső oldalon az öszszekötő rudak közötti távolság kisebb, mint ugyanez a távolság a cella közepénél.
A kompenzáló vezetékek előnyösen a fémfürdő magasságában, a fémtartály közelében vannak elhelyezve.
Ugyancsak előnyös ha az n-ik cella első és második katódkivezetéseit és az (n+l)-ik cella anód-egységét összekötő rendszer modulszerűen elrendezett csövekből álló felszálló csőköteg.
Az 1-9. ábrákon a találmányt mutatjuk be példaként! kiviteli alakjai segítségével. Az
1. ábrán a leírásban használatos elnevezéseket mutatjuk be, aholis az XOX tengely a cellasor és az elektrolizáló áram irányának a tengelye, YOY tengely, amely a XOX tengelyre merőleges, a cellák hossztengelyének az iránya, míg ÓZZ tengely az X-Y síkra merőleges tengely, a
2. ábrán a Bz mágneses térerő eloszlása látható egy cellánál a cella felülete mentén a találmány szerinti korrekcióval, illetőleg korrekció nélkül, a
3. ábrán látható két egymás melletti cella összekapcsolása és az áramirányok bejelölése, mind a tápvezetéké, mind pedig a kompenzáló vezetéké, a
4. ábrán látható kissé részletesebben két egymás utáni cellát összekapcsoló kapcsolóegység, az
5. ábrán látható két cellasor esetén a kompenzáló vezeték elrendezése, a
6. ábrán látható térbeli rajza segítségével a katódszerkezet és az anódszerkezet összekapcsolása két egymás után elhelyezett cellánál, a
7. és 8. ábrákon a cella alatti, illetőleg melletti vezetékelrendezés látható, illetőleg látható részben a kompenzáló vezeték, a
8. ábrán oldalnézetben látható a katód gyűjtősín, illetőleg az anódszerkezet egymáshoz képesti helyzete, és a két egymás utáni cellát összekapcsoló kapcsolóegység, a
9. ábrán 280 kA-es celláknál használható kiviteli alak látható, ahol az egyes vezetéken átfolyó áramértékeket is bejelöltük.
Az 1. ábrán láthatók a találmány szerinti elrendezés ismertetésénél alkalmazott jelölések, nevezetesen az egy sorban egymás után elhelyezett 11 cellák, amelyeknek hossztengelye a JI elektrolizáló áram XOX tengelyére merőleges YOY tengely, amely itt a n-ik 11 cella középpontján halad át. Az 1. ábrán látható három egymás után elhelyezett (η—1), n és (n+l)-ik 11 cella, amelyek hossztengelye az XOX tengelyre merőleges, és amelyek hossztengelyükkel párhuzamosan vannak elrendezve. Az 1. ábrán a bal oldal a cellasor azon oldalát mutatja, amely mellett egy szomszédos cellasor helyezkedik el, míg a másik oldal a cellasornak a külső oldala. Ez majd az 5. ábrán jobban megfigyelhető, ahol két egymás melletti cellasort mutatunk be.
A 2. ábrán látható a Bz mágneses térerő változása az Y tengely mentén. Az a görbe arra az esetre vonatkozik, ha nem alkalmazzuk a találmány szerinti korrekciót, a b görbe azt az esetet mutatja, amikor a találmány szerinti korrekciót alkalmazzuk.
A 3. ábrán szintén be van jelölve az X tengely, és látható két egymás után elhelyezkedő n-ik, és (n+l)-ik 11 cella. Az egyszerűség kedvéért a jobboldali, tehát az
HU 212 070 B (n+1 )-ik 11 cellát egy 1 fémtartályba elhelyezve ábrázoltuk. A 3. ábrán látható, hogy az N-ik 11 cella a cellasor tengelye mentén az áram irányába a hosszirányú tengelyére szimmetrikusan elrendezett első 2 katódkivezetéseket, amelyek első 3 katód gyűjtősínekhez vannak csatlakoztatva és második 4 katódkivezetéseket, amelyek a második 5 katód gyűjtősínekhez vannak csatlakoztatva, tartalmaz. Az első 2 katódkivezetések az (n+1 )-ik 11 cellától távolabb eső oldalon, a második 4 katódkivezetések az (n-t-l)-ik 11 cellához kötzelebb eső oldalon vannak. A 3. ábrán látható kiviteli alak 480 kA-es elektrolizáló áramhoz van kialakítva, mindegyik 11 cella azonos felépítésű, és minden egyes 11 cellához 32 db első 2 katódkivezetés és 32 db második 4 katódkivezetés, valamint 32 db katódrúd tartozik. A 3. ábrán jobboldalt látható az (n+1 )-ik 11 cella, ahol a keresztek jelölik az anód-egységhez csatlakozó 6 anódrudakat. Ezek a 6 anódrudak az anódegység 7A és 7B anódkeretéhez vannak csatlakoztatva, amelyek 7C rúddal vannak egymással összekapcsolva. A n-ik 11 cella első 3 katód gyűjtősínjei a (n-t-l)-ik 11 cellában lévő anódegységgel 9 összekötő rudakon valamint egy 8 felszálló csőköteg 8B csövein keresztül vannak összekötve. A 9 összekötő rudak legalább részben a J1 elektrolizáló áram irányával párhuzamosan vannak a cellasor alatt vezetve. A második 5 katód gyűjtősínek a 8 felszálló csőköteg 8A csöveivel közvetlenül vannak összekapcsolva. A rendszerhez 8 db 8A és 8B csőből álló 8 felszálló csőköteg tartozik. A két egymásutáni 11 cellát összekapcsoló szerkezet jól látható majd a 8. ábrán is. Azokban az esetekben, ahol a J1 elektrolizáló áram igen nagy, a közvetlen kapcsolás nem jelent feltétlenül geometriailag is egynes vonalat, mivel figyelembe kell venni azt is, hogy az áramvezetésre használt alumíniumrudak igen nagy keresztmetszetűek lehetnek. 100 kA áram továbbítására legalább 3000 cm2 keresztmetszetű vezetékre van szükség, adott esetben a vezetékkeresztmetszet akár 6000 cm2 is lehet. Ha ilyen vezetéket kell. mint 9 összekötő rudat az n-ik 11 cellában lévő első 2 katódkivezetésektől az (n+1 )-ik 11 cellában lévő 7A és 7B anódkeretekhez csatlakoztatni, előfordulhat, hogy a 9 összekötő rúd hajlítását igen nagy sugárban kell végezni, mivel az n-ik 11 cella alatt lévő hely kicsi, de előfordulhat az is, hogy a nagy keresztmetszetű vezetékek helyett a 9 összekötő rúdként több kisebb keresztmetszetű vezetéket kell alkalmazni, és ezeket kell párhuzamosan kapcsolni. Ebben az esetben a vezetékek közötti feszültség miatt ezeket egymástól szigetelni kell. A találmány értelmében az egyes első 3 katód gyűjtősínek, illetőleg második 5 katód gyűjtősínek és a soronkövetkező 7A és 7B anódkeretek közötti legrövidebb útvonal alatt azt az útvonalat értjük, amelyet az alkalmazott vezetékekkel egyáltalán meg lehet valósítani.
A példakénti kiviteli alaknál két-két szomszédos első 2 katódkivezetés van egy-egy első 3 katód gyűjtősínre csatlakoztatva, és az első 3 katód gyűjtősínek egy-egy 9 összekötő rúdra vannak elvezetve, majd kétkét 9 összekötő rúd egy 13 összekötő vezetékkel van az (n+1 )-ik 11 cella anód-egységének 8B csővével összekapcsolva. Annak érdekében, hogy minimális vezetékkel lehessen a kapcsolatot megvalósítani, célszerű az egyes első 3 katód gyűjtősíneket, illetőleg második 5 katód gyűjtősíneket, valamint a 7A és 7B anódkereteket összekapcsoló egységet modul rendszerűén kialakítani. A 3. ábrán bejelöltük mind a J1 elektrolizáló áram, mind pedig a J2 kompenzáló áram irányát.
A 4. ábrán kissé részletesebben látható az első 3 katód gyűjtősínek, illetőleg a második 4 katód gyűjtősínek és a 7A és 7B anódkeretek összekapcsolása, látható továbbá a J1 elektrolizáló áram iránya, illetőleg az egyes vezetékeken folyó áramok értéke.
Az 5. ábrán két egymás mellett elhelyezett cellasorral kialakított berendezés látható, ahol az X1 tengely az egyik cellasor tengelye, az X2 tengely pedig a másik cellasornak a tengelye. Ennél a kiviteli alaknál 100-100 db 11 cellát tartalmazó cellasor van az A és B vonal mentén elhelyezve. Az XI-XI, illetőleg az X2-X2 tengelyek egymástól kb. 100 m-re vannak. Az egyes 11 cellák közötti kapcsolat a 3. és 4. ábrán bemutatott kiviteli alak alapján van megvalósítva. Ennél a kiviteli alaknál első 16 és második 21 kompenzáló vezetéket alkalmaztunk, amely a folyékony alumíniumfürdő magasságában volt elhelyezve úgy, hogy ez majd a 7. ábrán látható. Az első 16 kompenzáló vezetéket és a második 21 kompenzáló vezetéket a cellasor külső fala mellett, attól kb. 0,2-2 m távolságra helyeztük el. Az első 16 kompenzáló vezeték 17, 18 és 19 vezetékszakaszból állt, ahol a 17 vezetékszakasz az XI-XI tengellyel párhuzamos, a 18 vezetékszakasz a XI-XI, illetőleg a X2-X2 tengelyre merőlegesen a cellasorok külső oldala mentén van elrendezve. A 19 vezetékszakasz a X2-X2 tengellyel párhuzamosan a B vonal mentén elhelyezett cellasor külső oldalával párhuzamosan van vezetve. A második 21 kompenzáló vezeték 22, 23 és 24 vezetékszakaszból állt, a 22 vezetékszakasz az A vonal mentén elhelyezett cellasor XI-XI tengelyével párhuzamosan a B vonal mentén elhelyezett cellasor felöli oldalon van elhelyezve, a 23 vezetékszakasz a 18 vezetékszakasszal párhuzamosan, míg a 24 vezetékszakasz a 19 vezetékszakasszal párhuzamosan a B vonal mentén elhelyezett cellasornak az A vonal mentén elhelyezett cellasor felöli oldalán van elhelyezve. Az első 16 kompenzáló vezetékben és a második 21 kompenzáló vezetékben folyó J2 kompenzáló áram iránya megegyezik a J1 elektrolizáló áram irányával. Az első 16 kompenzáló vezetékben és a második 21 kompenzáló vezetékben folyó J2 kompenzáló áramot úgy szabályozzuk, hogy az általa létrehozott mágneses térerő a 11 cellák normál működését és stabilitását biztosítsa. A J2 kompenzáló áram legfeljebb akkora lehet, mint a J1 elektrolizáló áram, adott esetben azonban ennek 5-80, előnyösen pedig 20-70%-a.
Ha például a J1 elektrolizáló áram erőssége J1 = 480 kA, akkor J2 kompenzáló áram mindkét 16 és 21 kompenzáló vezetékben lehet például 100, illetőleg 150 kA. Ha J2 kompenzáló áram mindkét 16 és 21 kompenzáló vezetékben 135 kA, ez általában közel van az optimumhoz, ha figyelmen kívül hagyjuk a szomszédos A illetőleg B vonal mentén elhelyezett
HU 212 070 B cellasor hatását, és az első 16 kompenzáló vezetéket és a második 21 kompenzáló vezetéket a cellasor külső falától kb. 1,2 m-re helyezzük el. J2 kompenzáló áram optimális értékét az 1 fémtartály, a fémfurdő és az első 16 kompenzáló vezeték és második 21 kompenzáló vezetékek egymáshoz képesti helyzetével lehet beállítani. Tóbb cellasor esetében, ahogyan ez az 5. ábrán látható, figyelembe kell venni az egyes cellasorok egymásra való hatását is. Ez a találmány szerinti elrendezéssel úgy történik, hogy az első 16 kompenzáló vezetéken és a második 21 kompenzáló vezetéken eltérő erősségű áramot folyatunk. Az 5. ábrán látható kiviteli alaknál az A és B vonal mentén elhelyezett cellasorok egymástól 130 m-re vannak. Ahhoz, hogy a szomszédos A, illetőleg B vonal mentén elhelyezett cellasor hatását kompenzálni lehessen a már korábban említett 135 kA áram értékét úgy kell beállítani, hogy az első 16 kompenzáló vezetékben 120 kA áram, míg a második 21 kompenzáló vezetékben 150 kA follyon. így eredőben az első 16 kompenzáló vezetékben és második 21 kompenzáló vezetékben összesen J2 = 150 kA + 120 kA = 270 kA áram fog folyni, ami J1 elektrolizáló áram erősségének 56%-a jelen esetben. Ha az A és B vonalak mentén elhelyezett cellasorok tengelyei közötti távolság 130 m helyett annak például a fele, azaz 65 m, úgy az előbb említett arányokat úgy kell módosítani, hogy az első 16 kompenzáló vezetékben 105 kA értékűre kell az áramot csökkenteni, míg a második 21 kompenzáló vezetékben 180 kA-re kell az áramot növelni. Úgy a J2 kompenzáló áram összesen 15 kA-rel növekedett, azaz 280 kA értékű lett, ez azonban még mindig csak J1 elektrolizáló áram, ami a már korábban említett 480 kA, 58%-a.
A 6. ábrán a 14 kapcsolóegység látható, amely modul rendszerűén van kialakítva és amely az n-ik 11 cella első 3 katód gyűjtősínjét, illetőleg második 5 katód gyűjtősínjét kapcsolja össze az (n+1 )-ik 11 cella 7A és 7B anódkeretével.
A 6. ábrán látható példakénti kiviteli alak a következő elemeket tartalmazza:
- négy második 4 katódkivezetést, amely az n-ik 11 cellához tartozik,
- második 5 katód gyűjtősínt, amely az (n+l)-ik cella 7A anódkeretéhez van 8A csövön keresztül csatlakoztatva,
- 13 összekötő vezetéket, amely egyrészt két 9 összekötő rúdakhoz van kapcsolva, amelyek az n-ik 11 cella alatt vannak vezetve, ahogyan ez a
7. ábrán látható, másrészt a 8B csőhöz van csatlakoztatva,
- két első 3 katód gyűjtősínt, amelyek az (n+1 )-ik 11 cellához tartoznak, és amelyek két-két első 2 katódkivezetéssel vannak összekapcsolva, amelyek szintén az (n+1 )-ik 11 cellához tartoznak, továbbá
- 9 összekötő rudat, amely az (n+l)-ik 11 cella alatt megy át az ábrán nem szereplő következő cellához.
A 14 kapcsolóegységhez tartozhat még egy 12 rövidrezáró elem, amely a 8. ábrán figyelhető meg jól, és amelynek segítségével az adott n-ik 11 cella időszakosan kiiktatható. A 6. ábrán látható elrendezés, ha csak a J1 elektrolizáló áramot továbbító vezetékeket nézzük, teljesen elfogadhatatlan mágneses térerő kialakulást eredményez, olyat, amely az egész cellasor stabil működését is akadályozza. Ebben az esetben például a Bz mágneses térerő 400 kA-es árammal működtetett cella esetén 12010-4 Tesla értékű is lehet. A kompenzáló és a mágneses térerőt kiegyensúlyozó vezetékrendszert a
3. és az 5. ábrán látható módon hozzuk létre a már előbb példaként bemutatott árammal átjárt vezetékek segítségével. A 7. ábrán a 11 cella J1 elektrolizáló áram irányára merőleges, a 8. ábrán pedig az azzal párhuzamos metszete látható, ahol láthatók a 17 és 22 vezetékszakaszok, illetőleg a 9 összekötő rudak elrendezése, valamint a 14 kapcsolóegység, mint modul térbeli elrendezése is két egymás után következő n-ik 11 cella, illetőleg (n+l)-dik 11 cella esetében. Látható, hogy az első 16 kompenzáló vezeték 17 vezetékszakasza, illetőleg a második 21 kompenzáló vezeték 22 vezetékszakasza, ami a 7. ábrán látható, körülbelül a fürdő magasságában helyezkedik el, míg a 9 összekötő rudak a 11 cella alatt vannak vezetve.
A találmányt a továbbiakban két példa segítségével mutatjuk be részletesebben, megadjuk egyrészt azt, hogy mekkora a J1 elektrolizáló áram, illetőleg a J2 kompenzáló áram, valamint azt, hogy a találmány szerinti kompenzálás hatására hogyan változott a fürdő felülete mentén a mágneses térerő.
1. PÉLDA
Az 1. példánál a 3. és 4. ábrán látható elektrolizáló elrendezést alkalmaztuk, ahol a J1 elektrolizáló áram 480 kA volt. A 8A és 8B csövekben elhelyezett vezetékeken 60 kA folyt, és mivel nyolc 8A és 8B csövet vettünk, ez összesen 8 x 60 kA = 480 kA.
db első 2 katódkivezetés és 32 db második 4 katódkivezetést alkalmaztunk, ez összesen 32+32 = 64. Két-két szomszédos első 2 katódkivezetést kapcsoltunk össze egy 3 katód gyűjtősínnel, és ezt a 11 cella alatt elhelyezett és ott áthaladó 9 összekötő rúdhoz csatlakoztattuk. Összesen 16 db 9 összekötő rudat alkalmaztunk, amelyeknek mindegyikén 15 kA áramot folyattunk. Két-két 9 összekötő rúd csoportot egy 13 összekötő vezetékre, aztán a 8A csőre csatlakoztattunk.
A másik belső oldalon négy második 4 katódkivezetés van mindenkor egy második 5 katód gyűjtősínhez csatlakoztatva, amelyik így 30 kA áramot visz át a 8B csövön.
A 11 cella alatt áthaladó 9 összekötő rudak közötti távolság attól függ, hogy az első 2 katódkivezetések a 11 celláknak a középpontjában vagy pedig a széle közelében vannak elhelyezve. Általában elmondható, hogy a 9 összekötő rudak közötti távolság a cellafej felőli oldalon kisebb akkor, ha a 9 összekötő rudak a 11 cella középrésze alatt vannak elhelyezve. A 9 összekötő rudak egymástól azonos távolságra vannak.
Ha nincs első és második 16 és 21 kompenzáló vezeték, akkor a mágneses térerő a következő volt:
HU 212 070 Β
Bz maximum: 69· 10-4 Tesla
Bz (négyzetes középérték): 3510-4 Tesla
By: 1-10-3 Tesla.
A szomszédos cellasort olyan az X tengellyel párhuzamosan elhelyezett vezetéknyalábba] szimuláltuk, amely a tengelytől 65 km-re volt elhelyezve.
Az ily módon szimulált szomszédos cellasor hatását kompenzálandó az áramot az első 16 kompenzáló vezetékben 105 kA-re csökkentettük, a második 21 kompenzáló vezetékben pedig 180 kA-re növeltük, így az eredő J2 kompenzáló áram J2 = 285 kA (480 kA 60%-a). Az ily módon változtatott elrendezésnél a következő értékeket mértük:
Bzmaximsum: 131 θ'4 Tesla
Bz (négyzetes középértéke): 5,310-4 Tesla
By: 6,9-10^ Tesla.
Gyakorlatilag a kísérletsorozat azt mutatta, hogy akár odaképzeljük a szomszédos cellasort, akár anélkül nézzük az elrendezést, a rendszer stabilitása, azaz a folyékony alumíniumréteg stabilitása és az erózió következtében bekövetkező asszimetriája 93-97% volt.
Az, hogy a 11 cellák közötti tengelytávolságban cellánként 350 mm-t nyertünk, azt jelentette, hogy 240 db 11 cella soros kapcsolása esetén az épületet 84 km-rel kisebbre lehetett méretezni.
A találmány szerinti elrendezés alkalmazása 500 kA-nél nagyobb árammal működtetett celláknál észrevehetően növeli a stabilitást, és az úgynevezett „Faraday-féle nyereség” 250-300 kA lesz.
2. PÉLDA
Annak érdekében, hogy bemutassuk azt, hogy a találmány szerinti elrendezés nemcsak 500 kA tartományba eső elektrolizáló celláknál jelent előnyt, hanem kisebb áramoknál is, egy másik rendszert is megépítettünk, ahol a J1 elektrolizáló áram 280 kA volt. A bevezetőben már utaltunk arra, hogy a találmány szerinti független kompenzáló áramkör és moduláris felépítés a szerelésnél és gyártásnál idő, a telepítésnél pedig hely megtakarítást jelent.
A 9. ábrán két sorosan kapcsolt n-ik és (n+1 )-dik 11 cella fele látható, amelyek 280 kA árammal működnek, és öt modulárisan kiképezett 8 felszálló csőköteggel vannak ellátva, amelyek mindegyike az n-ik 11 cella első 2 katódki vezetésétől az (n+1 )-ik 11 cella 7Aés 7B anódkeretéhez 56 kA áramot továbbít. A 17 vezetékszakasztól függetlenül egy második 21 kompenzáló vezetéket helyeztünk el, amelyet 90 kA értékű árammal tápláltuk. Nem volt szomszédos cellasor. A J2 kompenzáló áram összértékét 180 kA-ben állapítottuk meg, ami a J1 elektrolizáló áram 64%-a (5. ábra).
A következő értékeket mértük 280 kA-es J1 elektrolizáló áramnál 90 kA J2 kompenzáló áram mellett:
Bz maximum: 181010 Tesla
Bz (négyzetes középérték): 4,610-4.
Aszimmetria értéke By: 2 10-4.
Ezt követően a cellasortól 65 m-re elhelyeztünk egy másik hasonló cellasort, amelyben zavaró teret létrehozó áramot folyattunk, és ezáltal a mágneses tér által létrehozott zavarokat úgy kompenzáltuk, hogy a második 21 kompenzáló vezetékben azon az oldalon, ahol a szomszédos vonalat reprezentáló vezeték volt, 90 kAről 120 kA-re növeltük az áramot, míg a 17 vezetékszakaszban az áramot 90 kA-ről 75 kA-re csökkentettük. A J2 kompenzáló áram összértéke így J2 = 195 kA, amely J1 elektrolizáló áram értékének 70%-a.
A mérések során a következő adatokat tudtuk mérni Teslában:
Bz maximum: 22 10-4
Bz (négyzetes középérték): 4,9-10-4
Aszimmetria értéke By: 2· 10-4.
Az ilymódon kialakított cellák igen stabilan működtek, és az áramhozam, a Faraday-nyereség 93-95% volt.
280 kA-es cellák esetében a vezetékek súlyában nyert előny nem jelentős, azonban az, hogy a 11 cellák közötti távolságot 270 mm-re tudtuk csökkenteni 240-cellás rendszer esetében az épülethosszban 64 m nyereséget jelentett.
A találmány szerinti elrendezés alkalmazásával tetszőleges számú cellasort lehet egymás mellett nem túl nagy távolságra úgy elhelyezni, hogy az egyes 11 cellák működésének a stabilitása nem csökken. Mivel a 11 cellákat közelebb lehet egymáshoz elhelyezni, a beruházási költségek, illetőleg a felahasznált vezetékek hossza, és a vezetékekhez szükséges tér hossza is jelentősen csökkenthető.
Claims (10)
1. Elrendezés az elektrolizáló áram által létrehozott mágneses térerő hatásának a csökkentésére olyan cellasort tartalmazó kemencében, amelyben Hall-Heroult eljárással olvadt kriolitban oldott alumínium-oxidból 150 kA-nél nagyobb, általában 500-600 kA-ig terjedő tartományba eső értékű elektrolizáló árammal (J1) alumíniumot állítanak elő. és ahol a cellák (11) egymástól szigetelt fémtartályban (1) vannak elhelyezve, és a cellák (11) hossztengelye a cellasor tengelyére (X), amely az elektrolizáló áram (Jl) iránya is, merőlegesen van elrendezve, a cellák (11) szén-egységekből kiképezett katódokat tartalmaznak, amelyekbe a cellák (11) hossztengelyével párhuzamosan, a cellasor tengelyére (X) szimmetrikusan, a cellák (11) hosszabbik oldalai mentén, egy-egy sorban kiálló fém katódrudak vannak elhelyezve, mindegyik cella (11) el van látva egy anód-egységgel is, amely legalább egy vízszintes merev rudat (7c) és ehhez csatlakoztatott legalább egy, általában azonban két anódkeretet (7a, 7b) tartalmaz, és az anód-egység anód tartószerkezetre van csatlakoztatva, továbbá a két egymásutáni n-ik és (n+l)-ik cellát (11) összekötő szerkezet magában foglalja a cellasor tengelyére (X) szimmetrikusan elrendezett, az n-ik cella (11) (n+1 )-ik cellától (11) távolabb eső oldalán kivezetett első katód gyűjtősíneket (3) és az (n+l)-ik cellához (11) közelebb eső oldalon kivezetett második katód gyűjtősíneket (5), és az első és második katód gyűjtősínek (3,5) egyrészt az n-ik cella (11) katódrúdjaival kapcsolt első, illetőleg második katódki vezetéseire (2, 4), másrészt pedig egy felszálló csőkötegen (8)
HU 212 070 Β keresztül az (n+1 )-ik cella (11) anód-egységéhez vannak csatlakoztatva, azzal jellemezve, hogy az n-ik cella (11) első katód gyűjtősínjei (3) az n-ik cella (11) alatt vezetett összekötő rudakon (9) keresztül vannak az (n+1 )-ik cella (11) anód-egységéhez tartozó felszálló csőköteg (8) egyik csövéhez (8B) csatlakoztatva, és az összekötő rudak (9) legalább részben párhuzamosak a cellasor tengelyével, a második katód gyűjtősínek (5) pedig közvetlenül vannak az (n+1 )-ik cella (11) anód-egységéhez tartozó felszálló csőköteg (8) másik csövéhez (8A) csatlakoztatva, a cellasor mellett, annak oldalaival párhuzamosan, célszerűen a fémfürdő magasságában, az elektrolizáló áramot (Jl) továbbító vezetékrendszertől független, az elektrolizáló áramnál (Jl) kisebb, de azzal megegyező irányú kompenzáló árammal (J2) átjárt, kompenzáló vezetékek (16, 21) vannak elrendezve.
2. Az 1. igénypont szerinti elrendezés, azzal jellemezve, hogy a kompenzáló vezetékeken (16, 21) átfolyó kompenzáló áram (J2) erőssége az elektrolizáló áraménak (J1) 5-80%-a.
3. Az 1. igénypont szerinti elrendezés, azzal jellemezve, hogy a kompenzáló vezetékeken (16, 21) átfolyó kompenzáló áram (J2) erőssége az elektrolizáló áraménak (J1) 20-70%-a.
4. Az 1. igénypont szerinti elrendezés, azzal jellemezve, hogy két cellasor esetében két olyan független kompenzáló vezetéke van (16, 21), ahol az első kompenzáló vezeték (16) a cellák (11) által képezett elrendezés külső kerülete mentén, a második kompenzáló vezeték (21) a belső kerület mentén van elhelyezve, és a második kompenzáló vezetékben (21) nagyobb áram van vezetve, mint az első kompenzáló vezetékben (16).
5. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti elrendezés, azzal jellemezve, hogy az n-ik cellában (11) két-két szomszédos, az (n+1 )-ik cellától távolabb eső oldalon lévő első katódkivezetés (2) van egy-egy első katód gyűjtősínnel (3) összekapcsolva, két-két szomszédos összekötő rúd (9) pedig az (n+1 )-ik cella (11) felőli oldalon van egy összekötő vezetéken (13) keresztül a felszálló csőhöz (8B) kapcsolva, továbbá az n-ik cella (11) négy-négy szomszédos, az az (n+1 )-ik cella (11) felé eső oldalán lévő második katódkivezetése (4) egy-egy ezen az oldalon elhelyezett második katód gyűjtősínnel (5) van összekapcsolva.
6. Az 5. igénypont szerinti elrendezés, azzal jellemezve, hogy a cella (11) alatt vezetett összekötő rudak (9) egymástól azonos távolságra, legalább részben párhuzamosan vannak elrendezve.
7. Az 5. igénypont szerinti elrendezés, azzal jellemezve, hogy az összeköstő rudak (9) a cella (11) alatt változó távolságra vannak elhelyezve.
8. Az 5. igénypont szerinti elrendezés, azzal jellemezve, hogy a cella (11) fejrésze felé eső oldalon az összekötő rudak (9) közötti távolság kisebb, mint ugyanez a távolság a cella (11) közepénél.
9. Az 1. vagy 4. igénypont szerinti elrendezés, azzal jellemezve, hogy a kompenzáló vezetékek (16, 21) a fémfürdő magasságában, a fémtartály (1) közelében vannak elhelyezve.
10. Az 1. igénypont szerinti elrendezés, azzal jellemezve, hogy az n-ik cella (11) első és második katódkivezetéseit (3, 4) és az (n+1 )-ik cella (11) anód-egységet összekötő rendszer modulszerűen elrendezett csövekből (8A, 8B) álló felszálló csőköteg (8).
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8508924A FR2583069B1 (fr) | 1985-06-05 | 1985-06-05 | Dispositif de connexion entre cuves d'electrolyse a tres haute intensite, pour la production d'aluminium, comportant un circuit d'alimentation et un circuit independant de correction du champ magnetique |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| HUT59968A HUT59968A (en) | 1992-07-28 |
| HU212070B true HU212070B (en) | 1996-01-29 |
Family
ID=9320173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| HU862373A HU212070B (en) | 1985-06-05 | 1986-06-04 | Arrangement for diminishing effect of magnetic field intensity produced by the electrolyzing current with aluminium production |
Country Status (24)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4713161A (hu) |
| EP (1) | EP0204647B1 (hu) |
| JP (1) | JPS6244590A (hu) |
| CN (1) | CN1004885B (hu) |
| AT (1) | ATE49612T1 (hu) |
| AU (1) | AU580237B2 (hu) |
| BR (1) | BR8602591A (hu) |
| CA (1) | CA1271725A (hu) |
| DE (1) | DE3668332D1 (hu) |
| ES (1) | ES8800371A1 (hu) |
| FR (1) | FR2583069B1 (hu) |
| GR (1) | GR861423B (hu) |
| HU (1) | HU212070B (hu) |
| IN (1) | IN167435B (hu) |
| IS (1) | IS1358B6 (hu) |
| MX (1) | MX168005B (hu) |
| MY (1) | MY101994A (hu) |
| NO (1) | NO173618C (hu) |
| NZ (1) | NZ216365A (hu) |
| OA (1) | OA08337A (hu) |
| SA (1) | SA90100211B1 (hu) |
| SU (1) | SU1595345A3 (hu) |
| YU (1) | YU46608B (hu) |
| ZA (1) | ZA864156B (hu) |
Families Citing this family (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4976841A (en) * | 1989-10-19 | 1990-12-11 | Alcan International Limited | Busbar arrangement for aluminum electrolytic cells |
| FR2789407B1 (fr) * | 1999-02-05 | 2001-03-23 | Pechiney Aluminium | Arrangement de cuves d'electrolyse pour la production d'aluminium |
| GB0200438D0 (en) | 2002-01-10 | 2002-02-27 | Univ Coventry | Stabilisation of liquid metal electrolyte systems |
| FR2868436B1 (fr) * | 2004-04-02 | 2006-05-26 | Aluminium Pechiney Soc Par Act | Serie de cellules d'electrolyse pour la production d'aluminium comportant des moyens pour equilibrer les champs magnetiques en extremite de file |
| NO322258B1 (no) | 2004-09-23 | 2006-09-04 | Norsk Hydro As | En fremgangsmate for elektrisk kobling og magnetisk kompensasjon av reduksjonsceller for aluminium, og et system for dette |
| RU2316619C1 (ru) * | 2006-04-18 | 2008-02-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Русская инжиниринговая компания" | Устройство для компенсации магнитного поля, наведенного соседним рядом последовательно соединенных электролизеров большой мощности |
| ATE478980T1 (de) | 2008-01-21 | 2010-09-15 | Alcan Int Ltd | VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM KURZSCHLIEßEN EINER ODER MEHRERER ZELLEN IN EINER ANORDNUNG VON ELEKTROLYSEZELLEN ZUR HERSTELLUNG VON ALUMINIUM |
| CN101307466B (zh) * | 2008-02-18 | 2011-09-14 | 河南中孚实业股份有限公司 | 水平电流铝电解槽 |
| FI121472B (fi) * | 2008-06-05 | 2010-11-30 | Outotec Oyj | Menetelmä elektrodien järjestämiseksi elektrolyysiprosessissa, elektrolyysijärjestelmä ja menetelmän käyttö ja/tai järjestelmän käyttö |
| FR2961829B1 (fr) | 2010-06-28 | 2012-07-13 | Ecl | Dispositif extracteur de cales de court-circuitage destine a la mise en circuit d'une cellule d'electrolyse pour la production d'aluminium |
| FR2961828B1 (fr) | 2010-06-28 | 2012-08-10 | Alcan Int Ltd | Dispositif permettant d'extraire des cales de court-circuitage lors de la mise en circuit d'une cellule d'electrolyse pour la production d'aluminium |
| FR2964984B1 (fr) * | 2010-09-17 | 2012-08-31 | Alcan Int Ltd | Dispositif de connexion electrique entre deux cellules successives d'aluminium |
| DE102011078002A1 (de) * | 2011-06-22 | 2012-12-27 | Sgl Carbon Se | Ringförmige Elektrolysezelle und ringförmige Kathode mit Magnetfeldkompensation |
| CN103687982B (zh) | 2011-07-12 | 2016-05-11 | 力拓艾尔坎国际有限公司 | 包含由超导材料制成的电导体的铝厂 |
| FR2977898A1 (fr) * | 2011-07-12 | 2013-01-18 | Rio Tinto Alcan Int Ltd | Aluminerie comprenant des cuves a sortie cathodique par le fond du caisson et des moyens de stabilisation des cuves |
| CN102953089B (zh) * | 2011-08-30 | 2014-12-17 | 沈阳铝镁设计研究院有限公司 | 不完全对称供电整流系统为铝电解槽直流系统供电结构 |
| CN103850482B (zh) * | 2012-11-28 | 2016-02-10 | 沈阳铝镁设计研究院有限公司 | 一种大型铝厂及铝土矿区机车整备车间的配置方法 |
| FR3009564A1 (fr) * | 2013-08-09 | 2015-02-13 | Rio Tinto Alcan Int Ltd | Aluminerie comprenant un circuit electrique de compensation |
| RU2566120C1 (ru) * | 2014-07-24 | 2015-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Ошиновка алюминиевого электролизера |
| MY183698A (en) | 2015-02-09 | 2021-03-08 | Rio Tinto Alcan Int Ltd | Aluminium smelter and method to compensate for a magnetic field created by the circulation of the electrolysis current of said aluminium smelter |
| FR3042509B1 (fr) * | 2015-10-15 | 2017-11-03 | Rio Tinto Alcan Int Ltd | Serie de cellules d'electrolyse pour la production d'aluminium comportant des moyens pour equilibrer les champs magnetiques en extremite de file |
| GB2549731A (en) * | 2016-04-26 | 2017-11-01 | Dubai Aluminium Pjsc | Busbar system for electrolytic cells arranged side by side in series |
| CN109863258B (zh) | 2016-07-26 | 2022-05-31 | 东海Cobex有限责任公司 | 用于霍尔-埃鲁电池的阴极集流器/连接器 |
| RU2678624C1 (ru) * | 2017-12-29 | 2019-01-30 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Ошиновка модульная для серий алюминиевых электролизеров |
| AU2021368240A1 (en) * | 2020-10-26 | 2023-06-08 | Key Dh Ip Inc./Ip Stratégiques Dh, Inc. | High power water electrolysis plant configuration optimized for sectional maintenance |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3616317A (en) * | 1969-09-29 | 1971-10-26 | Alcan Res & Dev | Aluminum pot line and method of operating same |
| JPS5237965A (en) * | 1975-09-19 | 1977-03-24 | Shin Etsu Chem Co Ltd | Room temperature curing silicone rubber compositions |
| US4090930A (en) * | 1976-03-08 | 1978-05-23 | Aluminum Pechiney | Method of and an apparatus for compensating the magnetic fields of adjacent rows of transversely arranged igneous electrolysis cells |
| JPS5841729B2 (ja) * | 1977-09-14 | 1983-09-14 | ロンシール工業株式会社 | 床敷体の製造方法 |
| NO139829C (no) * | 1977-10-19 | 1979-05-16 | Ardal Og Sunndal Verk | Anordning for kompensering av skadelig magnetisk paavirkning mellom to eller flere rekker av tverrstilte elektrolyseovner for smelteelektrolytisk fremstilling av aluminium |
| US4196067A (en) * | 1978-02-07 | 1980-04-01 | Swiss Aluminium Ltd. | Absorption of magnetic field lines in electrolytic reduction cells |
| FR2425482A1 (fr) * | 1978-05-11 | 1979-12-07 | Pechiney Aluminium | Procede de compensation du champ magnetique induit par la file voisine dans les series de cuves d'electrolyse a haute intensite |
| JPS5767184A (en) * | 1980-10-08 | 1982-04-23 | Mitsubishi Keikinzoku Kogyo Kk | Stabilizing method for metallic bed of aluminum in electrolytic cell for aluminum |
| EP0084142B1 (en) * | 1982-01-18 | 1987-06-10 | ALUMINIA S.p.A. | Method and apparatus for electric current supply of pots for electrolytic production of metals, particularly aluminium |
| FR2552782B1 (fr) * | 1983-10-04 | 1989-08-18 | Pechiney Aluminium | Cuve d'electrolyse a intensite superieure a 250 000 amperes pour la production d'aluminium par le procede hall-heroult |
-
1985
- 1985-06-05 FR FR8508924A patent/FR2583069B1/fr not_active Expired
-
1986
- 1986-04-30 IN IN334/MAS/86A patent/IN167435B/en unknown
- 1986-05-29 MX MX002651A patent/MX168005B/es unknown
- 1986-05-29 IS IS3104A patent/IS1358B6/is unknown
- 1986-05-30 CA CA000510523A patent/CA1271725A/fr not_active Expired - Lifetime
- 1986-05-30 NZ NZ216365A patent/NZ216365A/xx unknown
- 1986-05-30 CN CN86103689.1A patent/CN1004885B/zh not_active Expired
- 1986-06-02 GR GR861423A patent/GR861423B/el unknown
- 1986-06-03 JP JP61129042A patent/JPS6244590A/ja active Pending
- 1986-06-03 NO NO862196A patent/NO173618C/no not_active IP Right Cessation
- 1986-06-03 YU YU95086A patent/YU46608B/sh unknown
- 1986-06-03 EP EP86420146A patent/EP0204647B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1986-06-03 DE DE8686420146T patent/DE3668332D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1986-06-03 AT AT86420146T patent/ATE49612T1/de not_active IP Right Cessation
- 1986-06-04 BR BR8602591A patent/BR8602591A/pt not_active IP Right Cessation
- 1986-06-04 AU AU58330/86A patent/AU580237B2/en not_active Expired
- 1986-06-04 ZA ZA864156A patent/ZA864156B/xx unknown
- 1986-06-04 SU SU864027619A patent/SU1595345A3/ru active
- 1986-06-04 HU HU862373A patent/HU212070B/hu not_active IP Right Cessation
- 1986-06-04 OA OA58871A patent/OA08337A/xx unknown
- 1986-06-04 ES ES555693A patent/ES8800371A1/es not_active Expired
- 1986-06-05 US US06/870,919 patent/US4713161A/en not_active Expired - Lifetime
-
1987
- 1987-09-01 MY MYPI87001502A patent/MY101994A/en unknown
-
1990
- 1990-05-02 SA SA90100211A patent/SA90100211B1/ar unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SU1595345A3 (ru) | 1990-09-23 |
| AU5833086A (en) | 1986-12-11 |
| US4713161A (en) | 1987-12-15 |
| AU580237B2 (en) | 1989-01-05 |
| GR861423B (en) | 1986-09-05 |
| ES555693A0 (es) | 1987-10-16 |
| NO173618B (no) | 1993-09-27 |
| CN86103689A (zh) | 1987-01-07 |
| MY101994A (en) | 1992-02-29 |
| IN167435B (hu) | 1990-10-27 |
| ZA864156B (en) | 1987-02-25 |
| IS1358B6 (is) | 1989-04-19 |
| JPS6244590A (ja) | 1987-02-26 |
| EP0204647B1 (fr) | 1990-01-17 |
| ES8800371A1 (es) | 1987-10-16 |
| NO173618C (no) | 1994-01-05 |
| NO862196D0 (no) | 1986-06-03 |
| DE3668332D1 (de) | 1990-02-22 |
| ATE49612T1 (de) | 1990-02-15 |
| NZ216365A (en) | 1990-03-27 |
| FR2583069B1 (fr) | 1987-07-31 |
| SA90100211B1 (ar) | 2004-07-26 |
| YU95086A (en) | 1988-04-30 |
| NO862196L (no) | 1986-12-08 |
| CN1004885B (zh) | 1989-07-26 |
| OA08337A (fr) | 1988-02-29 |
| YU46608B (sh) | 1994-01-20 |
| FR2583069A1 (fr) | 1986-12-12 |
| HUT59968A (en) | 1992-07-28 |
| IS3104A7 (is) | 1986-12-06 |
| BR8602591A (pt) | 1987-02-03 |
| CA1271725A (fr) | 1990-07-17 |
| EP0204647A1 (fr) | 1986-12-10 |
| MX168005B (es) | 1993-04-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| HU212070B (en) | Arrangement for diminishing effect of magnetic field intensity produced by the electrolyzing current with aluminium production | |
| EP1812626B1 (en) | A method for electrical connection and magnetic compensation of aluminium reduction cells, and a system for same | |
| WO2007004075A2 (en) | Module busbar arrangement for powerful aluminum electrolytic cells | |
| CN101092712A (zh) | 用于补偿由相邻的串联连接的高功率电解槽的行诱导的磁场的装置 | |
| AU693391B2 (en) | Busbar arrangement for electrolytic cells | |
| CA1232868A (en) | Arrangement of busbars for electrolytic reduction cell | |
| US4224127A (en) | Electrolytic reduction cell with compensating components in its magnetic field | |
| DK179966B1 (en) | Aluminum melting plant comprising electric conductors made of a superconducting material | |
| JPS582594B2 (ja) | 一連の大電流電界セルにおける隣接セル列で誘導される磁場を補償する装置 | |
| NO150364B (no) | Anordning til forbedring av stroemtilfoerselen til elektrolyseceller for fremstilling av aluminium | |
| CA1178241A (en) | Arrangement of busbars for electrolytic reduction cells | |
| KR850001537B1 (ko) | 알루미늄을 전해 제조키 위한 횡렬식 고전류 전해셀에서 자기교란을 제거하는 방법 | |
| EP0342033A1 (en) | Arrangement for the compensation of damaging magnetic fields on transverely disposed electrolysis cells | |
| US3775281A (en) | Plant for production of aluminum by electrolysis | |
| HU182056B (en) | System of current conducting bus bars for electrolizing celss at making aluminum | |
| RU2548352C2 (ru) | Ошиновка алюминиевых электролизеров продольного расположения | |
| RU2328556C2 (ru) | Ошиновка алюминиевых электролизеров при продольном расположении | |
| EP0371653B1 (en) | Busbar arrangement for transversely disposed electrolysis cells | |
| RU2164557C2 (ru) | Ошиновка электролизера для получения алюминия | |
| US4462885A (en) | Conductor arrangement of electrolytic cells for producing aluminum | |
| NO862219L (no) | Krets for elektrisk forbindelse mellom rekker av elektrolyseceller. | |
| US6551473B1 (en) | Electrolytic cell arrangement for production of aluminum | |
| RU2169797C1 (ru) | Ошиновка алюминиевого электролизера | |
| RU2237752C1 (ru) | Устройство компенсации | |
| JPS58193385A (ja) | アルミニウム製造用電解炉 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HMM4 | Cancellation of final prot. due to non-payment of fee |