Przedmiotem wynalazku jest sposób kompensacji pól magnetycznych sasiednich rzedów wanien ter¬ moelektrolizerów i urzadzenie do kompensacji pól magnetycznych sasiednich rzedów wanien termo¬ elektrolizerów. Niniejsze rozwiazanie stanowi uzu¬ pelnienie opisu patentowego nr 112&15.Produkcja przemyslowa aluminium, zgodnie z powyzszym opisem patentowym odbywa sie na drodze termoelektrolizy, w wannach polaczonych elektrycznie szeregowo, z roztworu aluminium w kriolicie utrzymywanego w temperaturze od okolo 950 do lO00°C wskutek efektu Joule'a pradu prze¬ plywajacego przez wanne.Kazda wanna zawiera prostokatna katode sta¬ nowiaca tygiel, którego dno utworzone jest x z blo¬ ków weglowych umocowanych na pretach stalo¬ wych zwanych pretami katodowymi, które sluza do odprowadzania pradu z katody do anod na¬ stepnej wanny. Anody, równiez weglowe, umoco¬ wane sa na szynach zacisnietych na pretach alu¬ miniowych zwanych pretami anodowymi, zamoco¬ wanych na nadbudowie, która nadwieszona jest nad komora wanny. Te prety anodowe polaczone sa za pomoca przewodów aluminiowych zwanych „pola¬ czeniami", z pretami katodowymi wanny poprzed¬ niej. Miedzy anodami a katoda znajduje sie kapiel elektrolityczna, to znaczy roztwór aluminium w kriolicie. Wytworzone aluminium odklada sie na katodzie, rezerwowa warstwa aluminium jest stale utrzymywana na dnie komory katodowej. Komora 10 15 20 30 jest prostokatna, prety anodowe podtrzymujace dy sa na ogól równolegle do jej dlugich boków, natomiast prety katodowe sa równolegle do jej malych boków, zwanych czolami wanny.Wanny ustawione sa rzedami wzdluznie lub po¬ przecznie, w zaleznosci od tego czy ich dluzszy bok, czy tez krótszy równolegly jest do osi rzedu.Wanny polaczone sa elektrycznie szeregowo, a kon¬ cówki serii wanien dolaczone sa do wyjsc dodat¬ niego i ujemnego podstacji elektrycznej wyposazo¬ nej w uklady prostowania i regulacji. Kazda seria wanien zawiera pewna liczbe rzedów polaczonych szeregowo, przy czym korzystna liczba rzedów jest liczba parzysta, dzieki czemu zapewnia sie mozliwosc najbardziej racjonalnego wykorzystania przewodów laczacych.Prad elektryczny, który przeplywa przez posz¬ czególne przewodniki jak elektrolit, ciekly metal, anody, katody, przewody laczace, wytwarza znacz¬ ne pola magnetyczne. Staje sie to przyczyna, ze na czasteczki, znajdujace sie w kapieli elektroli¬ tycznej oraz w roztopionym metalu zawartym w komorze, oddzialuja sily zwane silami Lapia¬ ce^, które ze wzgledu na ruchy czasteczek przez nie wywolywane, sa szkodliwe dla wlasciwej pracy wanny. Ksztalt wanny i jej przewodów laczacych projektowane sa tak, aby pola magnetyczne wyt¬ warzane przez prad przeplywajacy przez poszcze¬ gólne czesci wanny i przewody laczace zostaly skompensowane. Dochodzi sie w ten sposób do uk- 115 407115 407 ladu wanny, która.ma za plaszczyzne symetrii pla¬ szczyzne pionowa równolegla do rzedu wanien i przechodzaca przez srodek komory. Jednakze na prace wanny oddzialywuja równiez zaklócajace po¬ la magnetyczne pochodzace od rzedu lub rzedów wanien sasiednich.W dalszej czesci tekstu, slowa „górny" i „dolny" rozumiane sa w stosunku do glównego kierunku pradu elektrycznego w rozwazanym rzedzie wa¬ nien. Przez „rzad sasiedni" rozumie sie rzad naj¬ blizszy od rozwazanego, a przez „pole rzedu sasied¬ niego" wypadkowa pól wszystkich pozostalych rzedów oprócz rzedu rozwazanego.» Wedlug opisu patentowego nr 112615 kompensa¬ cje pól mangetycznych wywolanych pradami w ogniwach elektrolizera rzedów sasiednich przy poprzecznym ustawieniu ogniw elektrolizerów w rzedach uzyskuje sie poprzez modyfikacje rozply¬ wu pradu elektrycznego w przewodnikach dopro¬ wadzajacych prad do anody „dolnego" ogniwa ele¬ ktrolizera z katody „górnego" ogniwa elektrolize¬ ra, przy tym rozplyw pradu modyfikuje sie w ten sposób, ze obejmuje sie ogniwo elektrolizera petla elektryczna, która wytwarza dodatkowe pole ma¬ gnetyczne o natezeniu zasadniczo równym nateze¬ niu pola magnetycznego, wytworzonego przez prady w ogniwach sasiedniego rzedu lecz o przeciwnej biegunowosci.Kazde ogniwo zawiera co najmniej dwa prety anodowe, na których zacisniete sa szyny mocujace anody oraz komore katodowa której dno utworzo¬ ne jest z bloków weglowych zamocowanych na pretach katodowych.Prety anodowe ogniwa „dolnego" zasilane sa pra¬ dem elektrycznym plynacym od pretów katodowych ogniwa „górnego", za pomoca co najmniej dwóch polaczen: jednego wewnetrznego, to znaczy usytu¬ owanego od strony rzedu sasiedniego, drugiego zewnetrznego. Kazde polaczenie obejmuje dwa przewodniki, z których jeden polaczony jest z kon¬ cówkami górnymi pretów katodowych, a drugi po¬ laczony jest z koncówkami dolnymi pretów kato¬ dowych. Jeden z przewodników polaczenia we¬ wnetrznego od strony gócnnej lub strony dol¬ nej dolaczony jest ido wiecej niz polowy kon¬ cówek odpowiednich pretów katodowych po stronie wewnetrznej. Przy tym przewód, odpowia¬ dajacy polaczeniu zewnetrznemu, polaczony jest z koncówkami po stronie zewnetrznej, nie dolaczo¬ nymi do polaczenia wewnetiznego, drugi przewód wewnetrzny od strony dolnej lub strony górnej dolaczony jest do polowy odpowiednich koncówek po stronie wewnetrznej, a przewód zewnetrzny od¬ powiednio do polowy koncówek po stronie zewne¬ trznej.Bardziej skrótowo rozwiazanie wedlug opisu pa¬ tentowego nr 112615 polega na tym, ze przekrój prze¬ wodnika bedacego czescia petli kompensacyjnej po stronie elektrolizera najblizszej do rzedu sasied¬ niego jest wiekszy i przylaczono do niego wieksza liczbe pretów katodowych, niz do przewodnika tworzacego druga czesc petli kompensacyjnej usy¬ tuowanego z przeciwleglej strony elektrolizera. 15 Okreslenie natezenia pradu, którego przeplyw jest zmodyfikowany przez skierowanie go z przewodu zewnetrznego do przewodu wewnetrznego tak, aby wytworzyc wokól petle, w której przeplywa prad 5 elektryczny, wytwarzajacy dodatkowe pole magne¬ tyczne, którego skladowa pionowa indukcji ma zwrot dodatni, a równa jest skladowej pionowej indukcji pola wytwarzanego przez rzad sasiedni o zwrocie ujemnym, nie przedstawia trudnosci. 10 W rzeczywistosci indukcja pola proporcjonalna jest do natezenia pradu, a zatem przez spowodo¬ wanie przeplywu pradu o odpowiednim natezeniu zostaje wytworzone pole magnetyczne, kjtórego in¬ dukcja odpowiada opisywanemu natezeniu pradu.Obliczenie natezenia pradu, którego przeplyw ma byc zmodyfikowany poprzez skierowanie czesci pradu do przewodu wewnetrznego, polega zatem na obliczeniu lub pomiarze indukcji pola magne¬ tycznego wytworzonego przez prad plynacy w petli 20 okreslonej poprzednio w funkcji natezenia I pradu plynacego z petli, nastepnie po nalozeniu tego pola na pole, które jest wytworzone w wannie bez kom¬ pensacji i w koncu na spowodowanie zmiany na¬ tezenia I az do takiej wartosci, aby maksymalna 25 wartosc bezwzgledna skladowej pionowej indukcji pola w wannie byla mozliwie najmniejsza.W praktyce zostaje obliczona lub zmierzona oraz naniesiona na wykres wartosci skladowej pionowej indukcji pola w czterech narozach wanny w funk- 3C cji natezenia I oraz zostaje odczytana bezposrednio wartosc IQ natezenia pradu I odpowiadajacego mi¬ nimalnej wartosci bezwzglednej maksymalnej skla¬ dowej indukcji pola. Modyfikuje sie nastepnie po¬ laczenie przewodów elektrycznych przez polacze- 35 nie w kazdym obwodzie pewnej liczby pretów ka¬ todowych tak, aby natezenie I bylo mozliwie naj¬ blizsze wartosci IQ.Jednakze podczas wdrazania do zastosowania praktycznego sposobu i urzadzenia, które wlasnie 40 zostaly .opisane, stwierdzono, ze wplyw rzedu sa¬ siedniego korzystny jest dla wewnetrznej strony wanny, poniewaz rzad ten wywoluje pole o znaku przeciwnym do wlasnego pola wanny, natomiast jest niekorzystny dla strony zewnetrznej wanny, 45 gdzie wywoluje pole, które dodaje sie do pola wla¬ snego wanny.Zadaniem wynalazku wedlug zgloszenia jest op¬ racowanie sposobu kompensacji pola rzedu sasied¬ niego wylacznie po stronie zewnetrznej wanny oraz 50 zaprojektowanie urzadzenia zapewniajacego taka kompensacje.Zadanie zostalo rozwiazane w wyniku opracowa¬ nia sposobu kompensacji pól magnetycznych sasie¬ dnich rzedów wanien termoelektrolizerów ustawio- 55 nych poprzecznie, polegajacego na modyfikowaniu rozplywu pradu w przewodnikach zasilania anody wanny dolnej plynacego od katody sasiedniej wa¬ nny górnej poprzez utworzenie wokól wanny ob¬ wodowej petli, przez która przeplywa kompensuja- 60 Cy prad elektryczny, wytwarzajacy dodatkowe pole magnetyczne wewnatrz wanny o natezeniu równym natezeniu pola magnetycznego wytwarzanego przez prad, przeplywajacy w sasiednim rzedzie wanien, lecz o przeciwnym zwrocie, której to petli obwo- 6 dowej czesc usytuowana po stronie elektrolizera5 najblizszej do rzedu sasiedniego tworzy sie z pa¬ kietu obwodowego katodowych szyn laczacych o przekroju wiekszym i dolacza sie do niego wieksza liczbe pretów katodowych, niz do pakietu obwodo¬ wego z przeciwleglej strony elektrolizera, wedlug opisu patentowego nr 112615. Zgodnie z wynalaz¬ kiem dodatkowo kompensuje sie pole magnetyczne wewnatrz elektrolizera w obszarze przylegajacym do zewnetrznej czesci czolowej elektrolizera po¬ przez utworzenie dodatkowej petli kompensacyjnej, modyfikujacej rozplyw pradu w zbiorczym pakie¬ cie szyn katodowych zalaczonych od strony zewne¬ trznej elektrolizera.Sposób wedlug wynalazku jest realizowany za pomoca urzadzenia do kompensacji pól magnetycz¬ nych sasiednich rzedów wanien termoelektrolize- rów, zawierajacego szyny katodowe i co najmniej dwa pakiety zbiorcze szyn katodowych usytuowane z dwóch stron czolowych elektrolizera, petle obwo¬ dowa kompensujaca pola magnetyczne wytworzone wewnatrz elektrolizera przez prady wanien elektro- lizerów usytuowanych w sasiednim rzedzie, utwo¬ rzona z pakietów zbiorczych szyn katodowych w ten sposób, ze przekrój pakietu obwodowego po stronie elektrolizera najblizszej do sasiedniego rze¬ du jest wiekszy i dolaczono do niego wieksza licz¬ be pretów katodowych, niz do pakietu obwodo¬ wego usytuowanego z przeciwleglej strony elektro¬ lizera, wedlug opisu patentowego nr 112615.Urzadzenie zgodnie z wynalazkiem zawiera do¬ datkowy obwód kompensacyjna polaczony z pakie¬ tem zbiorczym szyn katodowych usytuowanych po stronie zewnetrznej elektrolizera najbardziej od¬ dalonej od rzedu sasiedniego, skladajacy sie z prze¬ wodnika usytuowanego pod dnem elektrolizera w poblizu czesci czolowej elektrolizera najbardziej oddalonej od rzedu sasiedniego, równolegle do pla¬ szczyzny dna elektrolizera i krawedzi poprzecznej elektrolizera, polaczonego za pomoca pierwszego przewodnika pionowego z szyna dolna pakietu zbiorczego szyn katodowych po stronie zewnetrz¬ nej elektrolizera, a za pomoca drugiego przewod¬ nika pionowego — z szyna górna pakietu zbiorcze¬ go szyn katodowych po stronie zewnetrznej elek¬ trolizera, przy czym drugi przewodnik pionowy jest polaczony za pomoca przewodnika poziome¬ go równoleglego do krawedzi wzdluznej elektroli¬ zera z szyna dolna pakietu zbiorczego szyn katodowych po stronie zewnetrznej elektrolizera.Przewodnik kompensujacy usytuowany pod dnem elektrolizera jest umieszczony tak, iz plaszczyzna wyznaczona tym przewodnikiem i dolna krawedzia pozioma anody tworzy kat równy 45° iz plaszczyzna jczolowa anody.Rozwiazanie wedlug wynalazku jest blizej objas¬ nione w przykladzie realizacji wynalazku w oparciu o zalaczony rysunek, na którym fig. 1 przedstawia czynniki oddzialywujace na czastki kapieli wew¬ natrz elektrolizera, fig. 2 ^ schematyczny przekrój poprzeczny elektrolizera po stronie zewnetrznej, fig. 3 — widok perspektywiczny elektrolizera po stronie zewnetrznej, a fig. 4 — sposób wyznacza¬ nia wartosci wielkosci, niezbednych dla realiza¬ cji wynalazku. 5 407 B Na fig. 1 symbol C przedstawia przekrój prze¬ wodu kompensacyjnego, w którym prad plynie w kierunku od obserwatora, a symbol M punkt gdzie kompensowane pole magnetyczne wywolywane 5 przez rzad sasiedni ma najwieksza indukcje: a jest katem, który tworzy plaszczyzna przechodzaca przez przewód kompensacyjny C i punkt M z li¬ nia pionowa. Jezeli natezenie pradu w przewodzie C wynosi I, wówczas indukcja pola magnetycznego 10 B w punkcie M ma wartosc: 21 B = • cos a h 15 Jezeli skladowa pionowa indukcji pola w pun¬ kcie M oznaczamy jako Bz, wówczas ma miejsce: I I B_ = B sin a= 2 • cos a • sin a = sin 2a h h 20 Bz ma wartosc maksymalna dla sin 2a = l, za¬ tem dla a = 45°. Przewód kompensacyjny powi¬ nien byc zatem umieszczony, jak to widac z fig. 2, w taki sposób, aby plaszczyzna wyznaczona przez przewód i przez krawedz dolna zewnetrzna anody tworzyla kat równy 45° z plaszczyzna pionowa.Na fig. 2, która przedstawia schematycznie prze¬ krój pionowy czola elektrolizera widzianego od strony zewnetrznej, przyjete sa oznaczenia naste¬ pujace: 1 jest anoda, 2 rozpuszczonym elektrolitem, 3 warstwa cieklego aluminium, 4 blokiem katodo¬ wym, 5 krawedzia dolna zewnetrzna anody, w po¬ blizu której skladowa pionowa indukcji kompen¬ sowanego pola magnetycznego jest maksymalna oraz 6 przewodem kompensacyjnym.Fig. 3, która jest perspektywicznym widokiem schematycznym czola elektrolizera widzianego od strony zewnetrznej, okresla usytuowanie oraz trase przewodu kompensacyjnego 7. Przewód ten sklada sie z odcinka 8 pionowego skierowanego w doi, po¬ czawszy od zewnetrznego przewodu górnego 9 o biegunowosci ujemnej az do poziomu dna wanny 10, przejscia poziomego 11 pod wanna równolegle¬ go do jej malego boku 12, pionowego odcinka 13 prowadzacego do góry, do poziomu na jakim umie¬ szczony jest zewnetrzny przewód 14 dolny o bie¬ gunowosci ujemnej, który to odcinek znajduje sie miedzy tym ostatnim przewodem, a skrzynia wan¬ ny oraz odcinka powrotnego 15, równoleglego do duzego boku 16 wanny, który to odcinek prowadzi do zewnetrznego przewodu górnego 9. Linia prze¬ rywana ze strzalkami pokazuje w jaki sposób ut¬ worzony jest obwód elektryczny, wytwarzajacy po¬ le kompensacyjne.Skoro polozenie przewodu kompensacyjnego zos¬ talo ustalone, natezenie pradu, który powinien przeplywac przez ten obwód zostaje okreslone w sposób opisany poprzednio przez obliczanie zalez¬ nosci skladowej pionowej indukcji pola w naro¬ zach górnych, zewnetrznym i wewnetrznym, w 60 funkcji natezenia pradu oraz przez dobranie na¬ tezenia pradu, dla którego wartosci indukcji pola w tych narozach zostaja zrównane.Wykres fig. 4 pokazuje tytulem przykladu, jak mozna okreslic natezenie pradu w przypadku ele- 65 ktrolizera na 90 kA, Ustala sie, rózne wartosci na-115 407 8 tezenia pradu w przewodzie kompensacyjnym oraz nanosi sie te wartosci natezen na os odcietych.Nastepnie dla kazdej wartosci natezenia pradu wy¬ konuje sie pomiar i nanosi na os rzednych warto¬ sci w rtestaich skladowej pionowej indukcji poia magnetycznego w narozach: wewnetrznym górnym, zewnetrznym górnym, wewnetrznym dolnym oraz zewnetrznym dolnym. Jako uzupelnienie, zostaje obliczona indukcja pola w srodku wanny.Z wykresu widac, ze optymalna wartosc nateze¬ nia pradu kompensacyjnego jest nieco nizsza niz 10 kA. Po przyjeciu 9,5 kA otrzymuje sie nastepu¬ jace wartosci (tabela).Tabela Indukcja pola magnetycznego w teslach X 10—4 (wartosci bezwzgledne) Skladowa pionowa Skladowa pozioma W srodku Górne naroze wewnetrzne Górne naroze zewnetrzne Dolne naroze wewnetrzne Dolne naroze zewnetrzne W srodku Bez kompen¬ sacji 8 111 90 29 9 0 Z prze¬ wodem kom¬ pensa¬ cyjnym 14 88,3 88,5 30,5 30,5 2 (wzdluz¬ na) Mozna zauwazyc, ze skladowa pozioma indukcji pola wytworzona przy tym sposobie kompensacji w srodku wanny ma zerowa skladowa poprzeczna i'bardzo mala skladowa wzdluzna.Sposób i urzadzenie stosuje sie zarówno do wa¬ nien z montazem czolowym jak i do wanien z montazem centralnym.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób kompensacji pól magnetycznych sasie¬ dnich rzedów wanien termoelektrolizerów ustawio¬ nych poprzecznie, polegajacy na modyfikowaniu rozplywu pradu w przewodnikach zasilania anody wanny dolnej plynacego od katody sasiedniej wan¬ ny górnej poprzez utworzenie wokól wanny obwo¬ dowej petli, przez która przeplywa kompensujacy prad elektryczny, wytwarzajacy dodatkowe pole magnetyczne wewnatrz wanny o natezeniu równym ?o 25 40 45 50 55 natezeniu pola magnetycznego wytwarzanego przez prad przeplywajacy w sasiednim rzedzie wanien, lecz o przeciwnym zwrocie, której to petli obwo¬ dowej czesc usytuowana po stronie elektor c/1 izera najblizszej do rzedu sasiedniego tworzy sie z pa¬ kietu obwodowego katodowych szyn laczacych o przekroju wiekszym i dolacza sie do niego wiek¬ sza liczbe pretów katodowych, niz do pakietu ob¬ wodowego z przeciwleglej strony elektrolizera, we¬ dlug patentu nr 112 615, znamienny tym, ze dodat¬ kowo kompensuje sie pole magnetyczne wewnatrz elektrolizera w obszarze przylegajacym do zewne¬ trznej czesci czolowej elektrolizera poprzez utwo¬ rzenie dodatkowej p^tli kompensacyjnej, modyfi¬ kujacej rozplyw pradu w zbiorczym pakiecie szyn katodowych zalaczonych od strony zewnetrznej elektrolizera. 2. Urzadzenie do kompensacji pól magnetycznych sasiednich rzedów wanien termoelektrolizerów, za¬ wierajace szyny katodowe i co najmniej dwa pa¬ kiety zbiorcze szyn katodowych usytuowane z dwóch stron czolowych elektrolizera, petle obwodo¬ wa kompensujaca pola magnetyczne wytworzone wewnatrz elektrolizera przez prady wanien elektro- lizerów usytuowanych w sasiednim rzedzie, utwo¬ rzona z pakietów zbiorczych szyn katodowych w ten sposób, ze przekrój pakietu obwodowego po stronie elektrolizera najblizszej do sasiedniego rze¬ du jest wiekszy i dolaczono do niego wieksza licz¬ be pretów katodowych, niz do pakietu obwodowe¬ go usytuowanego z przeciwleglej strony elektroli¬ zera, wedlug patentu nr 112 615, znamienne tym, ze zawiera dodatkowy obwód kompensacyjny polaczo¬ ny z pakietem zbiorczym szyn katodowych usytuo¬ wanych po stronie zewnetrznej elektrolizera naj¬ bardziej oddalonej od rzedu sasiedniego, skladaja¬ cy sie z przewodnika (11) usytuowanego pod dnem (10) elektrolizera w poblizu czesci czolowej (12) elektrolizera najbardziej oddalonej od rzedu sa¬ siedniego, równolegle do plaszczyzny dna elektro¬ lizera i krawedzi poprzecznej elektrolizera, pola¬ czonego za pomoca pierwszego przewodnika piono¬ wego (7) z szyna dolna (9) pakietu zbiorczego szyn katodowych po stronie zewnetrznej elektrolizera, a za pomoca drugiego przewodnika pionowego (13) z szyna górna (14) pakietu zbiorczego szyn kato¬ dowych po stronie zewnetrznej elektrolizera, przy czym drugi przewodnik pionowy (13) jest polaczo¬ ny za pomoca przewodnika poziomego (15) równo¬ leglego do krawedzi wzdluznej elektrolizera z szy¬ na dolna (9) pakietu zbiorczego szyn katodowych po stronie zewnetrznej elektrolizera. 3. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze przewodnik kompensujacy (11, 6) usytuowany pod dnem elektrolizera jest usytuowany tak, iz plaszczyzna wyznaczona tym przewodnikiem (11,6) i dolna krawedzia pozioma (5) anody (1) tworzy kat równy 45° z plaszczyzna czolowa anody (1).115 407 c, M Fig. 1 ^W i 13 16 15 14 7 10 11 Fig. 3 Fta.2 1. wnarcscch wewnetrznych dolnych 2. w narozach zewnetrznych dolnych 3. w narozach zewnetrznych górnych 4. wnarozach wewnetrznych górnych Natezenie pradu w przewodzie kompensacyjnym Fig. 4 PL