JPS5853078B2 - 電解タンクの磁界の垂直成分を対称にする方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 電解タンクの磁界の垂直成分を対称にする方法本発明は
直列に接続され直列の軸に関して横切って配置された電
解タンクにおける磁界の垂直成分を対称にする方法に関
するものである。

このような電解タンクは溶融氷晶石に溶かしたアルミナ
の電気分解によるアルミニウムの生産に用いられる。

以下の説明を正しく理解するために、アルミニウムの工
業生産は、電気的にシリーズに接続した複数の強度溶融
電解タンクに入れた氷晶石に溶かしたアルミナの溶液を
この電解タンクに流した電流のジュール効果により約９
５０から１０００°Ｃの温度にして溶融電気分解するこ
とにより行なうということを思い出されたい。

各々の電解タンクは矩形の、るつぼを形成している陰極
を有しており、その底は、陰極バーと称される鋼鉄のバ
ーに対して密封された炭素のブロックにより構成され、
陰極バーは陰極から次の電解タンクの陽極へと電流を導
通する。

陽極は、同様に炭素から成っており、陽極バーと称され
るアルミニウムのバーにしつかり留めたロンドに対して
密封され、電解タンクのるつぼ形状にかぶさる上部構造
へ取り付けられている。

この陽極バーはゝライザー′と称されるアルミニウム導
体によりその前の電解タンクの陰極バーに接続される。

陽極と陰極との間には電解槽、すなわち氷晶石にアルミ
ナを溶かした溶液が配置される。

生成されるアルミニウムは陰極に沈殿され、アルミニウ
ムの貯蔵量は陰極のるつぼの底に−定に保持される。

るつぼは矩形Ｑ形状のものであって、陽極を支持するた
めの陽極バーは概ねるつぼの長い側面に平行であり、陰
極バーは、電解タンクヘッドと称されるるつぼの短い側
面に平行である。

複数の電解タンクは複数のラインに配置されそれらの長
い側面と短い側面のいずれがラインの軸に平行であるか
によって、縦にまたは横に配置される。

電解タンクは電気的にシリーズ（直列）に接続され、こ
のシリーズの両端は電気整流及び調整サブステーション
の正と負の出力に接続される。

電解タンクの各々のシリーズは直列に接続された特定数
のラインを含んでおり、そのラインの数は導体を不必要
な長さのものとしないために偶数であることが好ましい
。

異った導体（電解液、液体金属、陽極、陰極、及び接続
導体）を流れる電流は実質的な磁界を生じる。

電解槽やるつぼに入れた溶融金属中では、生じた磁界が
ラプラス力と称される力を誘起しこれらの力はこれらが
生じる移動のために電解タンクの満足な動作に対して有
害となる。

電解タンク及びその接続導体は、電解タンク及びその接
続導体の異った部分により生じる磁界が相互に補償する
ように設計され、従ってその結果電解タンクはその対称
平面が電解タンクのラインに平行でありかつるつぼの中
心を通る垂直平面となる。

しかしなかか、電解タンクは１つまたは複数の隣接ライ
ンから発生する干渉磁界の影響も受けろ。

以下において、「上流−１及び「下流」という語を問題
にしている電解タンクのラインにおける電流の全体的な
方向に関して用いる。

「隣接ライン」という語は問題としているラインに最も
近いラインをさすために用い、また「隣接ラインの磁界
」という語は問題としているライン以外の全ての電解タ
ンクのラインの磁界の合成を示すのに用いる。

以下に説明する本発明の一実施例は、陽極システムが電
解タンクの短い側面に配置した電流供給装置により給電
されまた電解タンク内部導体が垂直磁界の点で優れた対
称性を与えるように以下の規則に従って構成される電解
タンクを含む構成を与えるように設計される。

垂直磁界の成分Ｂｚの絶対値を電解タンクの４つのすみ
すなわちコーナで同一 にすること、及びＢｚの符号を
、電解タンクの一つのすみからその周辺にそって他方の
すみへ向って交咲に正と負になること。

このような結果は （ａ） 電解タンクの隣接ラインにより生じた磁界を
考慮すること、及び （ｂ） 電解タンクの近傍に配置された強磁性の部材
が存在することにより生じる磁界の変化を考慮すること
、 により達成される。

Ｂｚは垂直軸Ｏｚに沿った磁界の成分であり、軸Ｏｚが
電流の方向に向いたシリーズの軸に平行であるような基
準の三直角三面体 （ｔｒｉｒｅｃｔａｎｇｌｅ ｔｒｉｈｅｄｒｏｍ ）
では、点Ｏは陰極平面の中心に固定される。

仏国特許第２３３３０６０号とこれに対する追加証書第
２３４３８２６号は、電流ループ回路を外側ヘッドの下
方、すなわち、最も接近したラインから最も遠方にある
側面である電解タンクの短Ｌ・方の側面の下方に配置す
ることにより電解タンクの隣接ラインにより生じる磁界
を補償しようとする手段を開示している。

用いられた構成は電解タンクの外側ヘッドの周囲を通る
電流の一部を、電解タンクの下方に配置した導体を通過
させることによって分流させることを含む。

なお、特開昭５２−６８０１０号公報は、各電解槽の陰
極バーと陰極コレクタとの接続を変更して付加磁界を発
生する実効的な電気的ループを形成し、それにより隣接
する電解槽列より生じる磁界を補償する手段を開示して
いる。

また、特開昭５２−１０９４１３号公報は、各電解槽の
上流の負コレクタにより集められた電流の一部を、電解
槽の下方でできるだけ遠くかつ電解槽の短い側面に平行
に水平方向に配置した付加導体に分流することにより、
隣接する電解槽列より生じる磁界を補償するための補償
磁界を形成する手段を開示している。

隣接する電解槽列より生じる磁界の悪影響を防止するた
めには、補償磁界を発生させて、各電解槽の４つの角に
おける磁界の垂直成分を可能な限り対称にする必要があ
るが、上記の従来技術により得られる補償効果は、前記
の要求を充足するためにはいまだ不十分であった。

本発明は、このような従来技術の欠点を解消することを
目的としている。

本発明によれば、シリーズに接続されてこのシリーズの
軸に対して直角・方向に配置された電解タンクの磁界の
垂直成分を対称にするための方法、すなわち垂直磁界が
電解タンクの四すみにおいてほぼ等しい絶対値をとりか
つ電解タンクの周辺をたどるとき交４．に正及び負にな
る符号を有せしめる方法であって、下流電解タンクの陽
極べ４接した上流電解タンクの陰極から電流を送るため
の導体中の電流の分布を、電解タンクの短い側面の各科
の下方に配置されろ２つの電気的ループを電解タンクに
重畳させて電解タンクの短い側面における平均垂直磁界
にほぼ等しくかつ反対向きの補償用垂直磁界を発生させ
るように、部分的に変更する方法が提供される。

上流の負のコレクタを流れる電流の少なくとも一部を補
償導体に流し、この補償導体を同一の上流のコレクタに
再結合させて、電解タンクの長い下流の側面に沿って通
すことにより各々の電解タンクの短い側面あるいはヘッ
ドの下方に電流ループを形成することが好ましい。

補償導体は電解タンクの下方にできる限り高く、水平に
、かつ電解タンクの短い側面に平行に配置し、かつ内側
と外側の導体と内側と外側の短い側面における陽極の内
側の縁とをそれぞれ通る平面がそれぞれ垂直面に対して
ほぼ４５°の角度をなすようにすることが好ましい。

次に本発明を例示的に示すためかつ限定的でない実施例
として、添付図面を参照してさらに詳しく説明する。

第１図及び第２図は電解タンクのヘッドの下方の補償導
体の位置の線図であり、 第３図は電解タンクのヘッドの一方の下方における補償
ループ回路の実際の配置の構成を図示し第４図は２つの
相続く電解タンクの間に接続を形成してＬ・る導体の位
置と電解タンクのうちの１つ（上流の電解タンク）のヘ
ッドの下方の補償ループ回路の位置の平面線図である。

本発明を実施するために、まず補償ループにおける電流
の強度Ｉｉ及びＩｅを決定することが必要である。

垂直磁界を、電解タンクのすみの各々において計算する
（以下を適用する（第３図））。

内側の上流のすみにおいて Ｂｚ１ 内側の下流のすみにおいて ＢＺ２ 外側の下流のすみにおいて ＢＺ３ 外イ則の上流のすみにおいて ＢＺ４ 上流／下流という表現は電解タンクのラインにおける電
流の全体的な方向に関して用いる。

これらの磁界の計算は、隣接ラインにより生じる磁界と
電解タンクの近傍に配置した強磁性物質の磁界に対する
作用とを考慮して実行する。

次の２つの式が成り立つ。

Ｂｚ ＋Ｂｚ２−０ （１） Ｂｚ ＋Ｂｚ４＝０ 式（１）はＩｉ及びＩｅ に関して比例しく磁界は強度
に比例する）、それゆえＩｉ及びＩｅ を決定するこ
とが可能である。

次に、隣接ラインが全く無い場合、電解タンクの四すみ
における磁界の垂直成分ＢＺ′１．ＢＺ′２゜Ｂｚ’３
、 Ｂｚ’４ はｙに関して非対称であり、電解タン
クはその構造により平面ｘＯｚ に関して対称であるこ
とがわかっており、そのため次式を得る。

Ｂｚ′−ｍ＝ＢＺ′４ Ｂｚ’ ＝−８７，’３ 一方では隣接ラインによりまた他方では磁気ループ回路
により生じる垂直磁界は実際上横座標Ｘに独立であり、
すなわち、この垂直磁界は内側の短い方の側面全体にわ
たって一定の値ｂｚ と外側の側面の全体にわたって
一定の値ｂｚ’を有するものである。

それゆえ次式を得る。

ＢＺＩ ＝ Ｂｚ’１＋ｂｚ Ｂ ｚ２ ＝ Ｂｚ’２＋ｂｚ 式（１）を考慮すると、 を得る。

改善によって電解タンクの短い側面における垂直磁界を
修正することが目的であるので、電解タンクの下方を通
る導体はその領域で最大の作用を受けるように配置され
る。

第１図を参照すると、Ｃは補償導体の部分を端部から見
て表わしており、Ｍは補償すべき磁界が最も強い点を表
わし、αは補償導体Ｃと点Ｍを含む平面が、垂直面とな
す角である。

導体Ｃにおける電流の強さすなわち強度を■で表わせば
、点Ｍにおける磁界Ｂは次の値となる。

もしＢｚで点Ｍにおける磁界の垂直成分を示すならば、 が得られる。

Ｂｚは５ｉｎ２α−１において従ってα−４５゜のとき
最大である。

補償導体はそれゆえ、第２図に示されているように、導
体と陽極の外側の縁により画定される平面が垂直面に対
してほぼ４５°の角度となるように配置させるのが望ま
しい。

第２図は電解セルの外側ヘッドを通る垂直断面図であり
、参照番号１は陽極を示し、参照番号２は溶融電解液を
示し、参照番号３は液体アルミニウムの層を示し、参照
番号４は陰極ブロックを示し、参照番号５はその近傍で
補償すべき垂直磁界が最大である陽極の下方のすみを示
し、参照番号６は補償導体を示す。

第３図は電解セルのヘッドの斜視図であり補償導体７の
位置と列を図示している。

この補償導体は、外側の上流の負の導体すなわちコレク
タ９がら電解タンク１０の底のレベルに向う下降部分８
と、電解タンクの下方でその短ｃ４則面１２に平行な水
平部分１１と、外側の下流の負のコレクタ１４のレベル
に向かい後渚と電解タンクの本体との間に配置された上
昇部分１３と、電解タンクの長い側面１６に平行で、外
側の上流のコレクタ９に再結合するための帰路部分１５
とを含む。

矢印を付けた点線は補償磁界をつくるための電気ループ
が形成される様子を示す。

陰極バーは参照番号１７で示されている。

これと同一であってシリーズの軸に関して対称的なルー
プが、第４図に示したように、電解タンクの他方のヘッ
ド端部に配置される。

上述の構成を一連の９０ｋＡの電解タンクであって電解
タンクのラインの間隔を１．４ ｍとしたものに使用す
ると、式（１）から、次の計算がなされる。

ｌ１＝９ｋＡ（概算）、及び Ｉｅ ＝２２．５ ｋＡ （概算）。

次の垂直磁界はこれらの電解タンクについて、各すみに
おいて測定する。

Ｂｚ、＝３１ガウス Ｂｚ２−−−４０ガウス Ｂｚ３＝３０ガウス Ｂｚ４−−４０ガウス それゆえ完全に満足できるように対称性が達成される。

比較のため、以下の垂直磁界が、各すみにおいて、同一
ではあるが補償されていない一連の電解タンクにおいて
測定された。

Ｂｚ１＝５５ガウス Ｂｚ２−−２５ガウス Ｂｚ３＝１５ガウス Ｂｚ４−−７５ガウス このように平衡していない場合は電解タンクの適正な釧
乍に影響を与えファラデー出力が不満足なものとなる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電気的に直列に接続されかつ同直列接続の方向に対
   して直角の方向に配置された電解タンクの四すみにおけ
   る磁界の垂直成分が実質的に等しい絶対値を有しかつそ
   の符号は前記電解タンクの周辺をたどるとき交互に正及
   び負になるようにすることにより前記電解タンクの磁界
   の垂直成分を対称にする方法であって、隣接した上流電
   解タンクの陰極から下流電解タンクの陽極へ電流を送る
   ための導体中の電流の分布を、それぞれ補償導体を含む
   ２つの電気的ループを前記電解タンクに重畳させるよう
   に部分的に変更し、それにより前記電解タンクの短い側
   面における平均垂直磁界に実質的に等しくかつ反対の向
   きの補償用垂直磁界を発生させること、かつ前記２つの
   電気的ループの各各はそれぞれ前記電解タンクの短い側
   面の各々の下方に配置し、かつ前記補償導体はそれぞれ
   前記電解タンクの下方の内側及び外側においてできるだ
   け高い位置に、水平に、かつ前記電解タンクの短ｃ （
   １１面に平行に配設し、更に前記の内側及び外側の補償
   導体と前記電解タンクの内側及び外側の短い側面におけ
   る陽極の内側の縁とをそれぞれ通る平面は垂直面に対し
   実質的に４５°の角度をなすことを特徴とする電解タン
   クの磁界の垂直成分を対称にする方法。