JPS6244590A - 給電回路と磁界修正用独立回路とを有するアルミニウム製造用高電流電解槽間の接続装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は溶融氷晶石中に溶解しているアルミナをホール
・エルー法によって電気分解してアルミニウムを製造す
るための系において連続する電解槽間を電気的に接続す
るための装置であって、磁界による有害効果を修正する
ための独立回路を含んで成る装置に係わる。この装置は
１５０．０００アンペア以上、おそらくは５００〜６０
０　ｋＡ　ｉこ達する電流で動作する系の軸に対して横
方向に配置された一連の電解槽に適用されるものである
。但し前記の数値は本発明の応用分野を限定するもので
はない。

従来の技術 本発明を十分理解するためにまず思い起こしてもらいた
いのは、アルミニウムの工業生産が溶融氷晶石中にアル
ミナを溶解した溶液を電気的に直列に接続した電解槽に
入れて、電解槽を通る電流の加熱効果により９５０〜１
０００℃程度まで加熱しながら大成電気分解することに
よって行なわれている点である。

各種は絶縁した平行六面体の金属容器で構成されており
、炭素ブロックで構成される陰極を保持している。炭素
ブロックの中には陰極棒として知られる鋼鉄製ロッドが
数本密封されており、陰極から次の槽の陽極に向けて電
流を流出する働きをする。陽極システムも炭素で構成さ
れており、所謂「クロスヘッド」または「陽極フレーム
」の陽極棒に固定されている。陽極棒は高さを調節する
ことができ、先行槽の陰極棒に接続されている。

電解浴は９３０〜９６０℃の溶融氷晶石中にア極上に堆
積する。液体アルミニウムの層が陰極るつほの底部に恒
久的に保持されている。

るつぼが長方形であるため、陽極を支持している陽極フ
レームはるつほの長辺に対して全体的に平行となり、従
って陰極棒は電解槽頭部として知られる短辺に対して平
行になる。

電解槽は一列に配置されており、列の軸に対して平行な
のが槽の長辺か短辺かによって縦方向または今日通常行
なわれるように横方向に配置されている。電解槽は電気
的に直列に接続されており、その系の両端部が電気的整
流および制御装置の正負の出力に接続されている。電解
槽の系は夫々一定数の直列に接続された列から成ってお
り、列の数はできれば偶数として、導体の長さをできる
だけ短かくするようにする。

電流は電解液、陽極、液体金属、陰極、接続導体等の色
々な導電素子を通って大きな磁界を生み出す。これらの
磁界が′ｆｌ（解浴およびるつほに入れた液体金属中で
所謂ラプラスの力を誘発する。この力は溶融金属の上表
面を変形すると共に運動を生ずるため、電解槽の定常運
転に有害である。電解槽およびその接続導線の設計は、
槽および接続導線の各部分によって生ずる磁界の効果が
相互に平衡するように行なう。

１つの電解槽を次の槽に接続する導体の配列に関する特
許がこれまでにも多数提出されている。

その中でも特に、２８０ｋＡで動作する電解槽用の接続
導体に関して記載した本出願人のフランス特許出願ＰＲ
−Ａ２．５０５．３６８号を挙げることができる。

液体金属中の磁界の垂直成分をほぼ完全に無効にして磁
界を対称にし、液体金属およびるつほの中の液体浴の循
環をできるだけ低減させる方法が、当業者から幾つか選
択されている。

磁界の右腹成分をほぼ完全に無効化することが必要なの
は、次のような理由による。

給電導体や槽の導電部分を電流が通ることによって磁界
が生まれ、これによって液体浴や金属の中に運動が生じ
て、金属と電解浴の界面が変形する。この金属の運動が
陽極の下に配置された電解浴を攪拌するため、運動が大
き過ぎると液体金属と陽極とが接触することによって電
解浴の素子を短絡する場合がある。

電解収率は大幅に減少し、電力消費が増大する。

当業者にとっては、金属と電解浴の界面の形状と液体金
属の運動は、磁界の鉛直成分の値と水平成分がほぼ完全
に対称であることとに密接に関連していることは周知で
ある。磁界の鉛直成分の値をできるだけ減少させること
によって、金属層の最高点と最低点との間の深さを小さ
くなし得ると共に、この層に障害をもたらす磁界の力を
小さくすることができる。

金属の循環が電解槽の長軸に関して非対称になった場合
、次のような欠点が生じる。

１、凝固している氷晶石の斜面の金属による機械的侵食
は金属の循環速度と直接的に関係しているため、これら
の循環速度が不均衡であると、槽の２つの長辺において
斜面の侵食が違って来る。

２、金属と凝固している氷晶石の斜面との間の熱交換は
金属の循環速度と直接的に関連しておシ、循環速度が不
均衡であると、槽の２つの長辺との熱交換が違って来る
ため、一方の長辺の斜面と他方の長辺の斜面上の形状が
異なる結果となる。これは電解槽の利用上不都合となる
。

電解槽の電流の強さを増す程にその寸法も大きくなり、
また磁界に対する金属層の感度が層の増大に伴なって強
くなるため、接続導体の配置も複雑になる。一般的に言
って電解槽の上流部分から出る電流の相当に大きな部分
が槽頭部を回った後、次の槽に伝達されるため、槽の寸
法が大きければ大きい程、電流回路が長大化する。

その上、隣接する列によって生ずる磁界の効果も無視で
きず、回路の設計を非対称とするか補償ループを回路に
加えることによって、このような「隣接列」効果を補償
する必要がある。

従って、３５０．０００アンペアを超えると２５（）　
、０００〜３００．０００アンペアの強度を有する電解
槽と経済的に比肩し得る電解槽を設計するのが困難にな
ることが分かる。これは電解槽を大きくすると導体回路
が長大化し複雑化するのがそれ以上ｉこ早いため、槽を
大きくする結果として期待される投資上の利得が導体回
路のコスト高によって帳消しになるからである。

また、検量に複雑な形状のかさばる導体を配設するため
には、槽と檜の間隔を拡げる必要があるが、これによっ
て電気回路がさらに長くなると共に、これらの槽を保護
するのに必要な建物の面積も増大する。金属層をある程
度不安定ｌこさせたままで回路を単純化することを考え
る人もあろう。

しかしこれは電解電流の収率（通常は９３〜９７％）に
おける損失が運転費用を増大させ、製造される金属に経
済的競争力が無くなるため、不可能な方法である。

そこで例えば５００〜６００　ｋＡに達し得る非常に強
力な電解槽の間を接続する回路で、下記の３つの条件を
満足する回路を設計するという問題が生じる。

−回路の構成および据付けに要する費用が最小であるこ
と。

−これらの回路を用いる電解槽系列に要する土地面積を
最小化すること。

−隣接する列の効果を考慮に入れて、磁気の安定性を最
大にすること、従ってファラデー収率を最大にすること
。

電解槽の系に沿って配設され、′電解電流の小部分であ
るＦに流が通る導体によって磁気効果を補償するための
装置についてはこれまでにも記載されており、例えば米
国特許第３，６１６，３１７号（アルキャン（ＡＬＣＡ
Ｎ）社に線種）やアルミニウム・ペシネイ（ＡＬＵＭＩ
ＮＩＵＭ　ＰＥＣＨＩＮＥＹ）社に旗渡した米国特許第
４，１６９，０３４号（＝フランス特許第２．４２５．
４８２号）がある。しかし、どちらの特許もその明細書
および特許請求の範囲から明らかなように、隣接列の効
果、即ち電解槽の全面積に亘って符号が一定の実質的に
鉛直な磁界を補償しているに過ぎず、この方法を檜から
槽へと接続する導体を隣接列の無い場合に正常運転でき
るように設計されている系に適用した場合、隣接列効果
の修正は殆んど僅かしか行なわれない。補償導体の電流
の最大強度は、米国特許第３，６１６，３１７号の場合
は系の総合的強度Ｊの２５俤を超えず、米国萄軒第４，
１９６，０３４号の場合はＪの１７チを超えない。

このような補償回路をその目的から見ると、それらは槽
全体に亘って符号を一定に保つ補償磁界を生み出すよう
に設計されており、この時の符号は隣接する槽の列によ
って生ずる鉛直磁界の符号と反対であることが分かる。

本発明は横向きに配置した電解槽を１５０，０００アン
ペア以上５００．０００〜６００，０００　　アンペア
までにおいて電流収率９３〜９７％で操業させることが
できる一方、検量を接続する導体の重量と種間距離を大
幅に減少させることのできる導体の配置、即ち接続装置
に係わる。

従ってこの装置は回路を標準化し、設計を単純化するこ
とによってその製造原価を低減することのできる装置で
ある。

最後に、この装置は隣接する列によって生ずる磁界を余
シ費用をかけずに補償できる装置である。

以下の説明の中では導体を次の２種類に区別することに
する。

−先行技術の電気回路に対応する電解槽から電解槽まで
接続する導体で電気分解用の給電を行なうもの。

−磁界を平衡させるための独立した導体。

電解槽の列の対称軸の方に向いて電解槽の左側を内側と
称することにする。従って外側とは電解槽の他の側とい
うことになる。

「電解槽右手頭部」とは、電解槽列の前記軸の上に立っ
てこの電解槽列を通る電流の方向に向いた時右手にある
電解類の短辺を指す。

「電解槽左手頭部」とは、電解槽の他方の短辺である。

（第１図参照） もし３５０　ｋＡ以上という非常に強度の高い新型電解
槽を考えた場合、既存の２００〜３００　ｋＡの電解槽
に対するのと同じ方法を適用して、槽と檜を接続する導
体の設計を各種の回路全部によって誘発された磁界が相
互に補償し合うことにより、結果的に得られる磁界Ｂが
槽全体に亘って平均的に下記のような特徴をもつように
することが考えられよう。

−鉛直成分の二次平均値Ｂｚ（１０アスク。

−水平成分ＢＸ：槽の横軸（短軸）に関し逆対称。

−水平成分Ｂｙ：平均すると槽の縦軸（長軸）に関して
逆対称に相当近似している。

（２つの値の絶対値が同じであるが符号が反対である場
合を［逆対称（ａｎｔｉｓｙｍｍｅｔｒｙ）　Ｊという
ことが想起されよう）。

本発明は先行技術の概念とは完全に異なる２つの考えを
基にしたものであり、２つの機能を分離して、「電解電
流の伝導」をできるだけ簡単Ｉこかつ直接的にすると共
に、「磁界の平衡」を別個の導体により行なうようにす
る。

最初の機能を満足するために次のような手段を取ってい
る。

（ａ）　　電解槽と電解槽を接続して電解電流を伝える
導体の設計はまず第一にできるだけ直線路に近い経路を
選択することによって、磁気効果については余り気を配
らずに固定化アルミニウムの重量および検量距離（従っ
て系の占める土地面積）を最小化できるようにする。

（ｂ）　　導体を実質的に同じモジュールで成る１つま
たはそれ以上のアセンブリとして設計し、これによって
列内ｎ番目の槽の各組の陰極コレクタを同じ列のｎ　＋
　１番目の槽の陽極ライザの各々に接続する。これによ
って導体の構造および初期敷設が標準化される。

導体を直線経路にするという新しい概念は、非常に強力
な電解槽の場合には磁界の配置が非常に不都合なものと
なシ、電解槽の正常動作とは殆んど両立し得ないものと
一般に解されている。実際に、実質的に直線経路を有す
る電解種間の導体が生み出す鉛直磁界は、左側半分の槽
の上では平均して強い正の磁界であり、右側半分の檜の
上では平均して強い負になっている（第２図）。本発明
の第２の発想には１つまたはそれ以上の列の当該列の両
側に沿って配置した独立した平衡用導体を用いて磁界の
不都合な配置を修正することが含まれており、ここでこ
れが働いて次のような特徴を持つ。

（ａ）　　電解槽列の電解用電流と同じ方向に平衡電流
が流れて、左側の半分の槽に強い負の修正磁界を、右側
の半分の檜に強い正の修正磁界を生み出す。

（ｂ）　　導体が実質的に直線状ｌこ延びる幾つかの長
さのアルミニウム製ロッドから成っている（列の端部の
方向転換部を除く）ため、その配置が非常に単純化され
る。

（Ｃ）　　エネルギー消費が非常に小さい。独立した導
体を通る電流の強さＪ２は最大でも槽の系列を通る電流
の強さＪｌに等しく、普通は５〜８０％、望ましくは２
０〜７０％であるが、これが比較的高くても電圧降下は
小さり、シかも接続用導体が直線路であることから得ら
れる電圧の利得によって大部分補償されるためである。

（ｄ）　　一方の電解用電流を運ぶ導体回路と他方の磁
界修正用電流を運ぶ導体回路の重量の合計が、磁気的に
自動補償される回路を１つ用いた場合の重量に比べて、
一般に５〜１５％小さくなり、２５チに達することもあ
る（Ｊの値が５００ｋＡに近い場合）。例えばＪが１８
０〜２８０　ｋＡ程度の小型槽の場合でも、このような
独立した回路を設けることには利益がある。種間導体の
総合重量に関しては殆んど利得がないにしても、回路を
モジュール式の単純化した設計にすることで製造コスト
および据付はコストの利得が得られると共に、検量に必
要な空間、即ち槽を保護するのに必要な建物の面積でも
利得が得られるためである。

（ｅ）　　独立した修正用導体によって、６槽の磁界を
望ましい形状ζこ確立できるようになるのと同時に、内
側と外側の修正導体を通る電流の強さを非対称にするこ
とで、投資および運転費用を大きく増加することなく隣
接列の効果を補償し得る。

より正確に言うと、本発明の係わる装置は溶融氷晶石中
に溶解しているアルミナを少なくとも１５０ｋＡ、可能
的には５００〜６００　ｋＡに達する電流の強さでホー
ル・エルー法によって電気分解してアルミニウムを製造
することを目的とする電解槽系の連続する２つのＩｔ４
解槽群槽気的に接続するための装置であって、各種が系
の軸に対して岳直な長軸を有しており、かつ「頭部」と
して知られる２端部を有する絶縁金属製平行六面体形答
器によって構成されており、前気容器が一般に上流側と
下流側（系を通る電流の方向に関して）の２長辺に炭素
質ブロックを並置して形成し、かつ前記ブロックの中に
端部を前記容器から出して複数の金属ロッドが密封され
た陰極を支持しており、各欄はまた「陽極７レーム」と
して周知の水平導電ロッドの少なくとも１本、普通は２
本を支持している少なくとも１本の水平剛性ビームによ
って形成される陽極システムも含んでおり、前記陽極フ
レーム上に複数の陽極懸垂シャフトが取付けられており
、この接続回路が特に、２つ連続する゛電解槽の間で′
［ＩＬ電解電流伝えるだめのものであって一方で系のｎ
番目の槽の陰極出力に接続されており他方で同じ系のｎ
　＋　１　番目の僧の１場極７レームにライザを介して
合流する接続導体に接続されてｂる陰極コレクタＩこよ
って構成される回路を含んでいる。本発明によると、こ
の接続装置はさらに、系の軸に対して実質的に平行であ
る導体によって形成される磁界の修正および平衡用回路
を独立して含んでおり、前記修正および平衡用回路に電
解電流と同一方向の直流が通されて槽内に鉛直の修正用
磁界を生み出し、「左手」および「右手」の用語を夫々
電解槽列の軸に立って電解電流の流れの方向へ向いた時
の意味であると定義した場合、前記磁界が左手頭部の近
くで下向きに方向付けられ、右手頭部の近くで上向きに
方向付けられるように構成される。

（以下余白） 砒気修正回路を通る総電流Ｊ２は、最大で電解電流Ｊ１
に等しくなる。

「独立」回路という用語はその回路が別個の経路を通り
、異なる機能を果すことを意味しており、同じ電源から
直流の供給を受けることや同じ電源から出た２本の分岐
線によって供電されてることを妨げるものではない、 軍、解電流の供給用回路において、 −ｎ番目のｆｊｊ、群槽の上流側陰極出力は上流側温ｇ
ｈ＋コレクタに接続されており、上流側陰極コレクタは
大部分が前記電解槽ｎの下を通る導体を介して直線経路
に近い経路を通って、同じ系のｎ　＋　１番目の僧の陽
極フレームに給電するライザの第１部分に連結しておや
、 −ｎ番目の僧の下流側陰極出力は、対応するライザの第
２部分に直接接続されている下流側陣中コレクタに接続
されており、 一磁界の修正および平衡用回路は磁界の修正を行なうた
めに２組の導体から成っており、これらの導体は接続用
導体から独立して電解槽列の軸に平行に列の両側に配置
されており、かつ系に給電する電流Ｊ１と同じ方向に流
れる総電流Ｊ２を供給されてお汐、その時の総合的電流
の強さＪ２は最大でＪｌに尋しく、一般にはＪｌの５〜
８０％、望ましくは２０〜７０チである。

具体例 第３図ｒおいては、１つの列内の連続する２つの電解槽
を金属製容器の外形１に限定して示している。

太線で示す２のような陰極出力が、３に示すような上流
側の陰極コレクタに接続されてお妙、また同様に４に示
すような下流側の陰極出力が、５に示すような下流側の
陰極コレクタに接続されている。

例えば４８０　ｋＡの強度を備えたこの種の電解槽につ
いて言うと、Ｎ’！全体で上流側陰極出力が３２と下流
側の陰極出力が３２であり、下流側の槽には十印６によ
って表示されるように夫々３２の陽極が２本の平行線状
にシャフトによって支持されている。これらの陰極シャ
フトＣし等ポテンシャルロッド７Ｃによって連結されて
いる２つの素子７ａ、７ｂから構成される陽極フレーム
に取付けられている。

当列のｎ番目にある電解槽の陰極コレクタとｎ＋１番目
の電解槽の陽極フレームとの間を′電気的に接続してい
るのがライザ８であり、この場合は８個ある。

各ライザ８は夫々二重構造になっており、下流＠ｌ陰極
コレクタ５に直接接続されている分岐部８Ａと、上流側
陰極コレクタ３に少なくとも１本の接続用ロッド９を介
して接続されている分岐部８Ｂとから成る。接続用ロッ
ド９は槽の下方を直線経路に最も近い道筋に泪って通っ
ている。非常に高い市、流の電気分解技術においては、
直線経路という概念は必ずしも幾何学的な直線を指さな
いことに注意する必要がある。これは大きな曲率半径を
伴なう導電体の寸法（１００ｋＡを通すアルミニウムロ
ッドの断面積は一般に３，０００ｍであり、１つの槽（
ｎ）の上流側陰極出力から次の槽（ｎ＋１　）の陽極フ
レームへと電流を伝える「長い」回路の場合では６，０
００　ｍに及ぶ場合もあ＃）得る）によるものである。

またセルの下方に必要とされる空間のｔ（金属本体、容
器補強リプ、容器用支持柱）にもよるもので、ロッドが
かさばシ過ぎる場合は２つまたはそれ以上の平行ロッド
に分離する必要が生じることもある。また電気絶縁の必
要性にもよるもので、導電体と金属本体との間の電圧は
おそら（７００ボルトにも達する。「直線経路」という
用語は、上に挙げたような要件を満足する最短路として
解釈する。

この場合は２本の接続ロッド９があって夫々のライザ８
Ａに給電しており、各ロッド９はコレクタ３を介して２
つの上流側陰極出力２に接続される。一定の電圧降下に
対して導電体重量を最小にできることに加えて、このア
センブリにはモジュール構成ができるという利点もある
。

このようなモジュール１４の１つを分離してみると（第
６図）、このアセンブリが下記のものから形成されてい
ることが分かる。

一槽ｎの４つの下流側陰極出力４（図面の繁雑化を避け
るため概略的に示した）。

−下流側陰極コレクタ５と、槽ｎ＋１の陽極フレーム７
Ａに向かう対応ライザ８Ａ。

−一方では槽ｎの下方を通る２本のロッド９に接続され
ており、他方で他の半分のライザ８Ｂに接続されている
接続用導体１３゜ −概略的に示した檜ｎ　＋　ｌの２つの上流側陰極出力
２と、槽ｎ　＋　１の下方を通るロッド９とに夫々接続
されている槽ｎ＋１の２つの上流側陰極コレクタ素子３
６３′。

一場合によりミ群槽を一時的にスイッチオフするための
短絡用ブロック１２゜ 容器１の下方を通る接続ロッド９はモジュールの一部を
成していない。ロッド９の位置は実際にはモジュール毎
に変化して、磁界の配置を最も望ましい形態に調節する
ものである。また、一方の半割電解槽上に配備されてい
るモジュール１４は他方の半割槽（軸Ｏｘに関して）に
あるモジュールと同じというより、全体的に対称である
ことも注目される。

以上のように導体を配設することによって得られる磁界
の配置は全く許容し難いものであり、問題としている大
電流で槽を安定して操業させるには適さない。例えば、
このような図式に従って４８０　ｋＡの槽を製造した場
合は、最大Ｂｚはおそら（１２０＝−１０″テスラ（１
２０ガウス）を超えるだろう。

磁界の修正と平衡は、第３図と第５図に概略的に示す独
立した平衡回路の役割になっており、図中の複数の矢印
は実際のｍ群槽列と平衡回路における電流の向きを示し
ている。第２図は本発明の主題を成す平衡回路によって
磁界修正する前と修正後の磁界の鉛直成分の分布を槽の
長軸に関して示したものである。修正していないＢｚの
値は槽の正常操業が不可能となるような値となっている
。

これらの値は電解浴と金属との界面領域および電解槽の
長軸を含む鉛直面において取ったものである点を指摘し
ておく必要があろう。

第５図は所望数（例えば１００個）の電解槽を含む２つ
の平行槽列Ａ、Ｂで１つの系が構成されている場合を示
している。各種は長方形１１によって表現している。平
行軸ＸＩ−ＸＩとＸ２−Ｘ２は１００メ一トル程度の距
離に配置されている。各種の間の接続は第３．４．６図
の説明に従かう。

本発明によると、独立的な修正用導体アセンブリはＮＭ
４１！１間の接続用の導体とは区別されており、それは
実質的忙液体アルミニウム層の液位においてかつ檀の外
部横側壁から短かい距離（例えば０．５〜２ｍ８度）の
個所で各槽列の両側に泊って配置されており、さらに各
導体または導体束には槽列の中の電流と同じ方向の電流
が通される。

第１修正用八体１６はＡ列の外１＋１１にありＡ列に供
給される電流と同じ方向の電流が流れる第１部分１７と
、Ａ列の頭部を回ってＡ列とＢ列間の空隙部を通る接続
部分１８と、Ｂ列の外側にちゃその系に供給される電流
と同じ向きの電流が流れる部分１９とを含んで成る。

第２修正用導体２１はＡ列の内側に沼って通る第１分岐
線２２と、Ａ列とＢ列の間の空隙部を巡る接続部分２３
と、Ｂ列の内側に４って通る部分２４とを含んで成り、
一方の各部分１７．２２と他方の各部分１９．２４を通
るｔｌｔ流は、対応する列に供給される電流と同じ向き
である。

修正用導体１６．２１内の総合的電流強度Ｊ２は、系内
の槽全部が正常に動作し、安定して最適収率を得られる
ような磁界配置が確立されるよって制御する。この強度
は最大ではＪｌに等しく、通常は実際の列に給電される
総合強度Ｊ１の最低５％から８０％まで、望ましくはＪ
ｌの２０％から７０％である。

例えばＪ　１　＝４８０　ｋＡで槽列に給電するとする
と、修正回路の外側分岐線および内側分岐線の各修正電
流を例えば１００〜１５０ｋＡＫ固定することができ、
修正用導体が槽の金属容器の外壁から１５ｍの個所に配
置されている時は、隣接列の効果を考慮に入れなければ
１３５　ｋＡの２倍に等しいＪ２の値は分離した系の最
適値に近くなる。これは近似値であり、正確な最適値は
容器に対する位置関係および浴の液位プラス個々の修正
用導体の金属界面との位置関係によって決まる。

当業者にとっては、多重列（少なくとも２列）とした場
合は、「隣接列の効果」、即ちｒａ接する１つまたはそ
れ以上の列からその列の上に課される磁界の効果が、各
種を通る電流によって生成された各槽磁界の効果に加わ
ることＫっｂて考慮する必要のあることは周知である。

本発明はこのような隣接列の効果の補償も行なえるもの
である。この目的のために、内側と外側の修正用導体１
６．２１の各々に、隣接列が無い場合に磁気平衡を行な
う方法とは異なる方法で電流を分布させる。２つの列を
その軸を１３０　ｍ１ＩｓＬで配置した場合については
、外側の修正用導体】６における強度Ｊが１３０〜１２
０　ｋＡに減少し、修正用導体２１においては１３５〜
１５０　ｋＡに増加させるため、全体としての強度Ｊ２
は２７０　ｋＡ、すなわちＪｌの５６％となる。もし各
列の軸間距離を６５ｍに縮小しても、導体１６の強度は
１０５　ｋＡに下げ、導体２１の強度を１８０　ｋＡま
で上昇させ。

全体としての強度Ｊ２は１５　ｋＡ　Ｌが増えずに２８
５ｋＡ、即ちＪｌの６０嗟のところに落着く。

このようにして、同じ場所に複数の列または系を合同し
て設置する場合も全体としての安定性を損うことがなく
、またその結果必要な土地面積を減少できる。このため
投資額（土地の購入費、建物の占有面積）、を低減でき
る、導体および各種ダクト類の長さを短縮できる、作業
員による原材料および完成製品の移動距離を短縮できる
など、数多くの利点が得られる。

最後に、上の説明では修正用導体内の電流強度を非対称
的にすることで隣接する列の効果を補償しているが、こ
れはその他の周知の方法によっても達成できることが特
筆される。特に電解槽の下を通って上流側と下流側を接
続するロッド９をずらせたり、これらのロッドにおける
電流の強さを変更する方法があげられる。稜者の方法は
これだけを用いて隣接列の効果を補償することもできる
し、あるいは修正用導体の電流強度を非対称にする本発
明の方法を補うように用いることもできる。

実験例　１ 列の軸に対して横向きに配置されており　４８０　ｋＡ
で動作する１連の実験用小型電解槽に本発明を適用した
。電解槽間の接続を行なう導体の配設は第３図と第４図
のものに対応しており、各ライザ８（８Ａ＋８Ｂに等し
い）は６０　ｋＡを通すようにした。

上流側と下流側の陰極出力２，４の数を３２＋３２とす
る。上流側の長辺では隣接する２つの陰極出力２がコレ
クタ３によって接続されており、電解槽の下を通るロッ
ド９に接続されている。従って槽の下を通るロッ）９は
全部で１６本あり、各々１５ｋＡを通す。２つずつ隣接
するロッド９の各組は、それ自身が半割ライザ８Ａに接
続されている接続導体１３に上流側で接続されている。

下流側の長辺では４つの陰極出力４が下流側の陰極コレ
クタ５に接続されており、従ってコレクタ５は３０ｋＡ
を集電して対応する半割りライザ８Ｂに供給する。

電解槽の下を通るロン１９間の間隔は、ロッドが檜の中
心または頭部の近くに位置する陰極電極に対応している
かどうかによって変わることがある。すなわち槽の短軸
からの距離に関連してその間隔を変えて、磁界の配置を
改良することができるが、この場合も当然光に定義した
「直線経路」の概念は守るようにする。一般的に言って
、檜の頭部側でのロッド９間の間隔は槽中心部でのロッ
ド９間の間隔より小さいのが普通である。またこれらの
ロッド９を等間隔にすることもできる。

修正用導体の存在しない場合（槽全部が正常運転するこ
とは不可能）の磁界の各成分の値を、非常に信頼し、得
る計算方法によって次のように推定した。

Ｂｚ最大値：　６９−１０−’テスラ Ｂｚ（二次平均値）：　３５−１０−４テスラＢｙ：上
流側と下流側の平均間隔：２．６・１Ｏ−４テスラ（注
：上流側と下流側の間のＢｙ値の逆対称での間隔を、１
田ｒ１上流側−ＩＢｙｌ下流側と定義した）。

次に、電解槽の系を動作させて内側と外側の修正用導体
に夫々１３５ｋＡの強度の電流を供給する一方、これら
の導体を槽の金属容器外壁からほぼ１．５メートルの個
所に配置し、内１１１０と外側の導体の電流方向を電解
槽系に供給される電解電流の方向と同じにした時（総合
的修正′αｊｉｅ　Ｊ　２　＝　２７０　ｋＡ＝Ｊ　１
の５６％）下記の測定値を得た。

Ｂｚ最大値：　１４−１０”テｘう ｆ３ｚ　（二次平均値）：５−１０−’テスラＢｙ：上
流側と下流側の平均間隔：１・１ｏ−８テスラ。

最後に、実際の電解槽系では軸が６５メ一トル離れてい
ることを考慮して、・軸ＯＸに対して平行に配置した導
体束によって隣接する列をシミュレ−トした。

この模擬隣接列の効果を補償する目的で、模擬隣接列の
反対側に配置した修正用導体１６に１０５ｋＡ供給する
一方、模擬隣接列の方の側に配置した修正用導体２１に
は１８０ｋＡ供給し、総修正電流Ｊ２＝２８５ｋＡ（Ｊ
ｌの６０幅）とした。

磁界の各成分を測定した結果、次の数値を得た。

Ｂｚ最大値：　２３−１０−’テスラ Ｂｚ（二次平均値”ｌ　：　５．３−１０　’テスラＢ
ｙ二上流側と下流側の平均間隔：６．９・１０−４テス
ラ 実験用の電解槽系の場合、隣接列をシミュレートしてこ
れを補償するかどうかに関わらず、液体アルミニウム層
には完全な安定性が見られ、斜面の非対称侵食は無く、
ファラデー収率は９３〜９７壬であった。

最後に従来の修正用導体のない方法に比較すると、導体
全部の重量利得が電解強度４８０　ｋＡの系の電解槽１
基あた抄でアルミニウムはぼｘｒ、ｏｏｏｕとなると推
定できる。槽から槽までの軸間距離について３５０１１
８の利得が先の利得に加わって、２４０基の槽から成る
系を完成するのに建造物で８４メートルの節約となる。

従って本発明は５００　ｋＡを優に超える強度で動作す
ることができ、しかも優れた安定性と、２５０〜３００
　ｋＡで動作する従来の世代の電解槽と少なくとも同程
度のファラデー収率とを達成し得る新世代の電解槽への
道を開くものである。

実験例　２ 本発明が５００　ｋＡ台の非常に強力な電解槽に限定さ
れるものでないことを証明する目的で、２８０ｋＡで操
業する槽にも本発明を適用した。発明の説明の中で既に
説明した通り、独立した修正用回路を使用し、槽から槽
へと接続する導体をモジュール設計とするととＫよって
、製造コストおよび設備投資、建造物の占有面積に対す
る費用が相当節約される結果となった。

第９図は２８０　ｋＡで動作する系の中の連続する２つ
の半割電解槽を示しており、系内の槽ｎから槽ｎ−１−
］の陽極フレームへと５６ｋＡを各々伝達するモジュー
ル式ライ＋Ｆ　８　ヲ５つ備えている。

独立した修正用導体１７．２２の各々には陣列が無い場
合は９０ｋＡが供給され、この電流は電気分解を行なう
ために実際の系に供給される電流と同じ方向に流すため
、全体的な修正電流Ｊ２は１８０ｋＡ、従ってＪｌの６
４俤に等しくなる。

下記の数値（単位：テスラ）は、２つの補償用導体の各
々に９０ｋＡずつ供給しながら２８０　ｋＡでの正常操
業において測定したものである。

Ｂｚ最大値：　１８　・１０−’ Ｂｚ二次平均値：　４．６　・１０−’逆対称での間隔
ＢＹ　：　２・１０−４次に、問題の列から６５メート
ルの個所に位置する隣接列をシミュレートして、隣接列
による磁気妨害の補償を、隣接ラインの側にある独立し
た内部溝＃＝２２の補償電流を９０　ｋＡから１２０ｋ
Ａに上げると共に、隣接ラインの反対側にある独立した
外部導葎１７の電流を９０ｋＡから７５ｋＡに下げるこ
とによって行なった（第５図）。全体の修正用電流は従
ってＪ２＝１９５ｋＡとなりＪｌの７０俤である。

下記の数値（単位：テスラ）が測定された。

Ｂｚ最大値：　２２−１０−’ Ｂｚ二次平均値：４．９・１０’ ｌ対称での間隔Ｂｙ　：　２・１０−′このように給電
した電解槽は非常に安定した動作を示し、電流収率（フ
ァラデー収率）は９３〜９５チであった。

２８０　ｋＡの槽の場合、導体に関する重量利得は顕著
なものではないが、槽から槽までの軸間距離において２
７０態利得することで２４０基の檜から成る系を完全に
納める建造物の長さを約６４メートル節約できる。

【図面の簡単な説明】

第１〜９図は本発明の一実施態様を示している。 第１図は説明文中で使用した用語を示す一覧表である。 輸液ＸＯＸが槽列の軸である。この軸線はまた電流の循
環方向の他、電解槽の短軸も示しており、ＹＯＹが長軸
を示している。軸線Ｏｚが鉛直軸を表わしている。第２
図は電解槽にかかる磁界の鉛直成分を、本発明による修
正を行なう前と後に分けて示している。第３図は給電導
停および修正導停の全体的経路をごく概略的に示したも
のである。第４図は上流側と下流側の接続モジュールを
概略的に示している。第５図は２つ平行する列ＡとＢを
含んで成る電解槽系の修正４停の配列を概略的に示して
いる。第６図は１つの列内の２つの連続する電解槽間に
ある上流下流接続モジュールを示す等角投影図である。 ここでは給電導体のみが描かれている。陰極出力は概略
的に示した。 第７図と第８図は強力な電解槽系（例えば４８０　ｋＡ
　）における接続導体と修正導体の配置を概略的に示し
ている。第７図は導体（９）の位置（槽の下）と導体ａ
ｎ■の位ｆＷ（磁界修正）を示すだけが目的であるため
、単純化している（槽の陽極を９つに減らしている）。 第８図も２つの種間の連結モジュールを示している。第
９図は２８０　ｋＡの電解槽系に関して本発明の一実楕
態様を示したものである。 １・・・電解槽、　　　２・・・上流側陰極出力、３・
・・上流側陰極フレフタ、４・・・下流側陰極出力、５
・・・下流側陰極コレクタ、７・・・陽極フレーム、８
・・・ライザ、　　　　９・・・接続ロッド、１３・・
・接続用導体、　１６．２１・・・修正用４譬、１７、
２２・・・修正用４伜。 、偉人　射口ｆ　利　　　　そ Ｑ 匡

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶融氷晶石中に溶解しているアルミナを少なくと
   も１５０ｋＡ、可能的には５００〜 ６００ｋＡに達する電流の強さでホール・エルー法によ
   つて電気分解してアルミニウムを製造することを目的と
   する電解槽系の連続する２つの電解槽を電気的に接続す
   るための装置であつて、各槽が系の軸に対して垂直な長
   軸を有しておりかつ「頭部」として知られる２端部を有
   する絶縁金属製平行六面体形容器によつて構成されてお
   り、前記容器が一般に上流側と下流側（系を通る電流の
   方向に関して）の２長辺に炭素質ブロックを並置して形
   成し、かつ前記ブロックの中に端部を前記容器から出し
   て複数の金属ロットが密封された陰極を支持しており、
   各槽はまた、「陽極フレーム」として周知の水平導電ロ
   ッドの少なくとも１本、普通は２本を支持している少な
   くとも１つの水平剛性ビームによつて形成される陽極シ
   ステムも含んでおり、前記「陽極フレーム」上に複数の
   陽極懸垂シャフトが取付けられており、この接続回路が
   特に、２つ連続する電解槽の間で電解電流を伝えるため
   のものであつて一方で系のｎ番目の槽の陰極出力に接続
   されており他方で同じ系のｎ＋１番目の槽の陽極フレー
   ムにライザを介して合流する接続導体に接続されている
   陰極コレクタによつて構成される回路を含んでいる前記
   装置において、前記接続装置が前記電解電流伝達用回路
   の他に、系の軸に対して実質的に平行である導体によつ
   て形成される磁界の修正および平衝用回路を含んでおり
   、前記修正および平衡用回路に電界電流と同一方向の直
   流が通されて槽内に鉛直の修正用磁界を生み出し、この
   磁界が左手頭部の近くで下方に方向付けられ、右手頭部
   の近くで上向きに方向付けられるように構成されている
   ことを特徴とする電気接続装置。
2. （２）前記磁界修正用回路を通る総電流Ｊ２が多くとも
   電解電流Ｊ１と等しいことを特徴とする、特許請求の範
   囲第１項に記載の電気接続装置。
3. （３）電流Ｊ２がＪ１の５％から８０％であることを特
   徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の接続装置。
4. （４）電流Ｊ３がＪ１の２０％から７０％であることを
   特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の接続装置。
5. （５）前記電解電流供給回路において、 −ｎ番目の電解槽の上流側陰極出力が上流側陰極コレク
   タに接続されており、前記陰極コレクタはその大部分が
   前記電解槽ｎの下を通る導体を介して同じ系のｎ＋１番
   目の電解槽の陽極バスに給電するライザの第１部分（半
   割ライザ）に直結しており、 −ｎ番目の電解槽の下流側陰極出力が前記ライザの第２
   部分（半割ライザ）に直接接続されている下流側陰極コ
   レクタに接続されていることを特徴とする、特許請求の
   範囲第１項に記載の接続装置。
6. （６）前記給電回路において、 −上流の長辺上では隣接する２つの陰極出力が、電解槽
   の下を通るロッドに接続されているコレクタによつて接
   合されており、隣接する２本のロッドから成る各組が上
   流側で、それ自体半割ライザに接続されている接続導体
   に接続されており、 −下流の長辺上では隣接する４つの陰極出力が、それ自
   体他方の対応する半割ライザに接続されている下流側陰
   極コレクタに接続されていることを特徴とする、特許請
   求の範囲第１項に記載の接続装置。
7. （７）容器の下方に配置されている複数の接続ロッドが
   等間隔であることを特徴とする、特許請求の範囲第５項
   または第６項に記載の接続装置。
8. （８）接続ロッド間の間隔を電解槽の短軸に関する前記
   ロッドの位置の関数として変えることを特徴とする、特
   許請求の範囲第５項または第６項に記載の接続装置。
9. （９）電解槽の頭部側にある接続ロッド間の間隔が電解
   槽中心部にある接続ロッド間の間隔より小さいことを特
   徴とする、特許請求の範囲第５項または第６項に記載の
   接続装置。
10. （１０）磁界の修正および平衡を行なうための回路が２
    組の修正用導体で構成されており、前記修正導体が給電
    導体から独立しており、電解槽列の両側に前記列と平行
    に配置されており、かつ電解槽列に供給される電流Ｊ１
    と同一方向にそこを流れる総電流Ｊ２が最大でＪ１に等
    しい強さで供給されることを特徴とする、特許請求の範
    囲第１項に記載の接続装置。
11. （１１）系が少なくとも２列平行に配置した電解槽から
    成る時、隣接する列の一方に配置されている補償導体ま
    たは補償導体の組を通る電流の強さが隣接する列の反対
    側に配置されている補償導体を通る電流の強さより高い
    ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の接続
    装置。
12. （１２）補償導体が電解槽の金属容器から短距離の個所
    でかつ実質的に溶融アルミニウムの金属層の高さに配置
    されていることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に
    記載の接続装置。
13. （１３）ｎ番目の電解槽の陰極出力を同じ列のｎ＋１番
    目の電解槽の陽極フレームに接続する独立した給電回路
    の部分が、夫々ライザに対応する実質的に同一のモジュ
    ールで構成されていることを特徴とする、特許請求の範
    囲第１項に記載の接続装置。
14. （１４）各モジュールが、　 −電解槽ｎの４つの下流側陰極出力と、 −下流側陰極コレクタおよび電解槽ｎ＋１の陽極フレー
    ムに向かう半割ライザと、 −一方で電解槽ｎの下を通る２本のロッドに接続されて
    おり他方でもう一方の半割ライザと接続されている接続
    導体と、 −電解槽ｎ＋１の２つの上流側陰極出力に夫々接続され
    ている２つの上流側陰極コレクタ素子とで構成されてい
    ることを特徴とする、特許請求の範囲第１３項に記載の
    接続装置。