Przy otrzymywaniu aluminium stosuje sie obecnie coraz czesciej elektrolizery, pracujace przy natezeniu 100000 amperów i wiecej, w któ¬ rych pola magnetyczne powoduja wahania po¬ ziomu w górnej powierzchni roztopionego me¬ talu, znajdujacego sie na dnie elektrolizera.Te wahania poziomu kapieli metalowej mx ga byc statyczne, gdy jej górna powierzchnia pozostaje nieruchoma lub tez moga powodowac mniej lub wiecej gwaltowne ruchy kapieli, co obniza dosc powaznie wydajnosc elektrolizy.Ogólnie biorac elektrolizery o wysokim na¬ tezeniu maja ksztalt prostokatny i dosc znacz¬ nie wydluzony. W ponizszym opisie pole mag^ netyczne i gestosc pradu oznaczane sa w kaz¬ dym punkcie roztopionego metalu przez ich rzuty na trzy osie wspólrzedne, wychodzace z tego samego punktu poczatkowo O, który iest. srodkowym punktem dna tygla elektom lizera. Os Qx przebiega równolegle do dluz¬ szych boków elektrolizera, a os Oy lezy w tej samej plaszczyznie poziomej co os Ox i jest do niej prostopadla, a wiec równolegla do krót¬ szych boków prostokata. Os Oz jest pionowa, a wiec prostopadla do plaszczyzny xOy.Wartosc pola magnetycznego w okreslonym punkcie oznaczono przez B, a rzuty B na osie Oar, Oy i Oz oznaczono odpowiednio przez Sx, By i Bz. Gestosc prachr oznaczona przez J, a rzuty J na asie" Orcy, Oy i Oz oznaczono od¬ powiednio przez: Jac Jy LJz.Statyczne zmiany zwierciadla roztopiono go metalu sa proporcjonalne do iloczynu pio¬ nowego skladnika poda praez: pomccrm skladni¬ ki gestosci pradu: Bz: * Jx oraz Bz: -*¦ J&s/i Proponowano wylaczac pozioma pesttnzae prady Jx za pomoca doMadhie atadjezonycii przewodników, które lacza dany .etefctooliBBr z nastepnym: w celu wlasciwego rtEdtdaltt pngdii w dnie wanny. To urzadzenie jest stateczne.' Proponowano zmniejszac lub ograniczac pra¬ dy poprzeczne Jy przez rutrzymywanie nad ca¬ lym obwodem cieklego metalu ukosnych" warstw skrzepnietych fluorków tak, aby otrzymac po¬ wierzchnie katodowa zasadniczo równa anodo¬ wej. W ten sposób dobra wydajnosc elektro¬ lizy otrzymuje sie nawet wtedy, gdy pola magnetyczne nadal istnieja. Niemniej jednak praca wanny elektrolitycznej jest tym lepsza i tym bardziej równomierna, gdy pola magne¬ tyczne sa bardziej zmniejszone i gdy zdarzaja sie dorazne rozprzestrzenienie pradu, to zna¬ czy gdy skladowa Jy nie jest równa zeru.Proponowano zmniejszac wartosc pola mag¬ netycznego B przez dzielenie przewodów na zewnatrz elektrolizera na mozliwie duza liczbe mniejszych przewodów rozmieszczonych w war¬ stwach w pewnym odstepie od roztopionego metalu. Osiagnieto w ten sposób dostrzegalna poprawe, ale takie urzadzenie komplikuje nie¬ kiedy prace obslugi.Proponowano wreszcie wyeliminowanie pola magnetycznego przez rozmieszczenie przewo¬ dów elektrycznych daleko od roztopionego me¬ talu oraz przez umieszczanie obok siebie prze¬ wodów, prowadzacych prad w przeciwnych kie¬ runkach. Jednakze rezultatem tego byly tylko powazne inwestycje w przewodach i wieksza strata mocy.Zgodnie z wynalazkiem, bedacym wynikiem prac badawczych Jacaues Bocauentin i Jean Givry, mozna uniknac opisanych wad i osiag¬ nac zadowalajaco równa prace elektro]izerów wysokiego natezenia, nawet gdy sa one usta¬ wione podluznie, to znaczy gdy dlugi bok jed¬ nego elektrolizera stanowi przedluzenie dlu¬ gich boków poprzedniej i nastepnego elektro¬ lizera w kierunku przeplywu pradu.Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest przy¬ kladowo na rysunku, na którym fig. 1 przed¬ stawia schematyczny widok perspektywiczny roztopionego metalu na dnie elektrolizera, fig. 2 ~ szereg elektrolizerów przez które kolejno przechodzi prad o tym samym natezeniu, przy czym kierunek przeplywu pradu oznaczony jest strzalka, fig. 3 — przekrój tygla elektro¬ lizera prostopadle do jego dluzszej osi, przy czym cyfra 2, oznacza rame, do której dopro¬ wadzony jest prad wychodzacy z poprzedniego elektrolizera i która doprowadza go do ukladu anodowego, a cyfra 3 oznacza przecietna pozycje przewodów, umieszczonych równolegle do dluz¬ szego boku elektrolizera.Fig. 4 przedstawia widok z góry elektroli¬ zera na fig. 3. Cyfra 3' oznacza koncówki prze¬ wodu odbierajace prad wychodzacy z poprzed¬ niego elektrolizera. Sa one polaczone z rama 2, zasilana tylko z jednej strony.Fig. 5 przedstawia widok komór dwóch sa¬ siednich elektrolizerów od strony dluzszych boków, przy czym rama 2 zasilana jest tylko z jednej strony, fig. 6 — podobny widok jak na fig. 5, ale z rama 2 zasilana pradem z obu konców. PraoV-wychodzacy z poprzedniego elek¬ trolizera i prowadzony przewodem 3' zostaje nastepnie rozdzielony na dwa prady, a prze¬ wód 4, równolegly do 3 laczy drugi koniec ramy 2.W tym przypadku przewody 3 (fig. 3 i 4) ozna¬ czaja przecietna pozycje ukladu przewodów 3 i 4 (fig. 6). Te przewody moga miec postac warstw przewodów o mniejszych wymiarach, jak wspomniano wyzej.Fig. 7 przedstawia przekrój poprzeczny elek¬ trolizera wedlug fig. 3 wraz z liniami wy¬ kresu, których punkty przeciecia umozliwiaja okreslanie polozenia przewodów zgodnie z wy¬ nalazkiem. - Podluzne rozmieszczenie elektrolizerów jest bardzo czesto stosowane, poniewaz daje ono oszczednosc miejsca i ulatwia prace, jednak wplywy magnetyczne przy takim rozmieszcza¬ niu moga byc dosc duze.Wynalazek pozwala na sprowadzenie do zera wplywów magnetycznych w punkcie srodko¬ wym O tygla elektrolizera. Wplywy te moga nadal wystepowac w innych miejscach tygla, ale sa bardzo slabe w sasiedztwie srodka O; ich wielkosc wykazuje praktycznie biorac pew¬ na symetrie w stosunku do tego punktu, co zapewnia wystarczajaca statecznosc procesu w wannie elektrolitycznej.Skladowa pionowa Bz pola wytwarzanego przez poziome przewody, umieszczone w po¬ blizu tygla równa sie zeru ze wzgledu na sy* metrie.Skladowa poprzeczna Jy gestosci pradu rów¬ na sie zeru w srodku elektrolizera ze wzgledu na symetrie i tak samo Jx. Tak wiec w tym punkcie nie ma wplywów magnetycznych po¬ chodzenia statycznego.Wplywy magnetyczne pochodzenia dynamicz¬ nego zaleza od wartosci wektora obrotowego B., który moze byc obliczony za pomoca wartosci skladowych Bx, By, Bz oraz gestosci pradu Jx, Jy, Jz wraz z ich pochodnymi czastkowym^ — 2Matematycznie rzuty wektora R na osie Ox, Oy, Oz oblicza sie wedlug wzorów: dBx Rx = Bx Ry = Bx Rz = Bx dJx dJx dJx + By —— + Bz— — JX dx dJy dx dJz dx dy dz dBx dBx — — Jy dx ' dy — Jz- dz + By + By dJy dJy dBy dBy + Bz —— — Jx —— — Jy dy dJz "djT + Bz- dz dJz dz dJz dJy równiez — i —— sa równe zeru, jezeli przed- dy dz siewziete zostaly wspomniane wyzej srodki dla rozprowadzenia pradu w dnie elektrolizera.Pionowa skladowa pradu Jz pozostanie jako jedyna, poniewaz Jx = Jy = O. Pochodna dBz ——, zmiany pionowej skladowej pola zaleznie dz od glebokosci kapieli metalowej jest takze rów- dJz na zeru. Pochodna——, zmiany pionowej skla¬ dy dowej gestosci pradu w kierunku poprzecznym równa sie zeru, gdyz Jz jest, praktycznie bio¬ rac stala w bardzo szerokiej strefie dookola srodka O.Tak wiec w srodku O elektrolizera skladowe Rx i Rz wektora obrotowego sa równe zeru i pozostaje: dJy dBy Ry = By — —Jz dj dz Z tego wzgledu w srodku elektrolizera moze zachodzic ruch wirowy metalu dookola osi równoleglej do osi Oy. Aby temu zapobiec na¬ lezy Ry zmniejszyc do zera. Jednakze Jz, pio- dJy nowa skadowa gestosci pradu ani tez dy wyrazajaca wahanie poprzecznej skladowej po¬ ziomej gestosci pradu w kierunku poprzecz¬ nym nie moga byc sprowadzone do zera.Otrzymano nastepujace wyniki: dx dBz dy — Jz dBy dz dz dx - Jy dBz dBz dy dz W srodku O elektrolizera wartosc Bx równa dJx sie zeru i jego czastkowe pochodne —-— jak Tak wiec wyeliminowanie wplywów magne¬ tycznych w srodku elektrolizera bedace celem wynalazku, moze byc osiagniete jedynie przez sprowadzenie do zera By, tj. skladowej po¬ przecznej pola magnetycznego oraz dBy, dz , tj. wahania skladowej poprzecznej pola wzdluz linii pionowej.Dla obliczenia skladowej By oznacza sie przez a odleglosc miedzy rama 2 i osia Oz (fig. 3), b — pionowa wysokosc linii przecho¬ dzacej przez srodkowy punkt przewodów 2, od tego punktu do srodka O elektrolizera, c — odleglosc miedzy przewodem 3 i osia Oz oraz przez d — pionowa odleglosc miedzy srod¬ kiem O i linia przechodzaca przez srodkowy punkt przewodów 3.Natezenie pradu oznaczone przez aj prze¬ chodzacego do ramy 2 po stronie poprzedza¬ jacej elektrolizery (fig. 4), a przez (1 — a) J oznaczano natezenie pradu zasilajacego ra¬ me 2 z przeciwnej strony (fig. 6). W przypadku uwidocznionym na fig. 5 a = 1.Pole wytworzone w punkcie 0 przez prad plynacy przewodami 2 i 3 moze byc obliczone w ten sam sposób, jak gdyby zachodzil przy¬ padek przewodów o nie okreslonej dlugosci, przez które przeplywa prad plynacy w danej chwili przez przewody w plaszczyznie YOZ.Doswiadczenie dowodzi, ze w praktyce otrzy¬ muje sie w ten sposób wystarczajaca doklad¬ nosc.Przewody 2 By i \ b 21 (a — — — 2 a2 + b2 d By Jt_) (b2 —a2 dz 21 (a ~~ 2 a2 + b2)2 Przewody 3 3 \ d 21 (a — —/ ¦ 2 c2 + d2 3 , (c2 —d2 _ 3 _- aBy Aby równoczesnie redukowac do zera Byi trzeba spelnic dwa nastepujace warunki: dz #*— — *(c* + d*)-H»— — »«(«* + b*)=»© 2 2 ora* (a — — f (b« — a^ tf* + c2)2 — Ca — —) (c* — d*) (a* + a1)2 = Q.Wielkosc moze byc skreslona miedzy tymi równaniami i wtedy d0D? — a2) (d2 — c2) — b (c2 + d2) (a2- — b* —¦ O, kfóc* moze zasla- pic drugie z powyzszych równan.Gdy wartosci a, U rcratanA. wybrane z. gózy, jak równiez, miejsce ramy 2* które ogólnie biorac jest okreslone wymaganiami konstruk¬ cyjnymi i warunkami pracy elektrolizera* wte¬ dy ostatnie z powyzszych równan przedstawila krzywa trzeciego stopnia, niezalezna od roz¬ dzialu pradu w ramie (a).Pierwsze zówAaróe odpowiada kola, którego? promien zmienia sie w zaleznosci od warto*-* cL a. Odleglosc a jest ogólnie biorac mala, a gdy jest równa zeru, ta otrzymuje sie stan przed¬ stawiony na fig. 7, gdzie cyfra 5 oznacza krzy¬ wa przestrzenna, na której zawsze powinny s^ ziiajdowcfc" przewody 3, zss 6 oznacza* koto udpowr<5dajace a ™ l, prad doprowadzany jest* b tylka z. jjednej. strony, promien kola. & =-— Cyfra 7 oznacza kolo odpowiadajace « ** 3 z promieniem —— „Srodkowe polozenie przewa- d$w 3 musi sie wtedy znajdowac w ponkcie $ w przypadku, gdy rama jest zasilana paradem, tylke z Jednej ctrony i w punkcie 9w gdy caan zasilana jest z «bw konców. Dwie trzecie aa- terenia pcadtt idaie od najblizszego konca po¬ przedniego/ elektrolizatora, a 1/3 z drugiego konca.Poloienier przewodów okresla wtedy oa&ta- pujaea tabela: a =* 1 1 e/b •£ d/b 0,35 a = 2/3 . lpT 1 0,7 Zalozono, ze wysukusc b ramy 2 ponad dnem tygla jest znana* Ten przypadek wystepuje najczesciej, ale przeciwnie mozna zalozyc, ze wymiary c lob d sa znane i .mozna rozwiazac powyzsze równania me wychodzac poza zakres wynalazku.Okreslone wyzej polozenie bocznych prze¬ wodów przedstawia sredni punkt przewodów, które moga byc podzielone na mozliwie duza liczbe przewodów równoleglych, rozmieszczo- nyeL warstwami dokola punkte srodkowego.Obliczenra te byly robione bez brania pod uwagft wplywa magneiyczsegp. wywieranego przez zelazna skrzynie, która otacza i miesci w sobie tygiel ekklreligegaL Poniewaz jednak ta skrzynia ma te same elementy symetrii ca i tygiel, przeto moze ona1 zmniejszac wiel¬ kosc póT magnetycznych, ale nie moze zmie- ndlac iefe kiezimkiu Trwdrar je&t poanac doktaflnfe wplyw ealfioy, ale jezeli aie przypusci* ze pole wytwarzacie przewodami 3, zostaje przez- nie obnAzone o po¬ lowe, co napewno stanowi górna granice, stwiei- diumy ze dla wyeltatoowenia wplywów mag¬ netycznych wystarczy umiescic w punkcie O przewody 3 na krzywej 5 (Hg*. 7J w punkefe Tb przeeieefe kols 10- o promieniu , to znaczy 6 w pwftcfe U. WSeAj; a =* §,9r ezyH W/l* na¬ tezenie pfiftlu nalezy doprowadzac do ko6e& ijmy £ z«*fefajaeeg& srfe pe stronie elefetrolf- zera poprzedzajacego, zas 20% — da drogiego konce* • Ponfze} podane przyklady, które oczywiscie nie ograniczaja zakresu wynalazku, pozwalaja na lepsze zrozumienie korzysci, jakie daje wynalazek.Przyklad L Elektrolizer o natezeniu 100000 amperów* umieszczony podluznie z ra¬ ma Z zasilana pradem z obu konców (fig. 6), wykazywal zle rozlozenie pól magnetycznych, a mianowicie slabe pole po stronie elektroli¬ zera poprzedzajacego silne w srodku i bardzo silne po stronie nastepnego elektrolizera. Rozto¬ piony metal na dnie tygla elektrolizera wyko¬ nywal nich wirowy, a wahania poziome gór¬ nej powierzchni metalu byly nieregularne i wy¬ nosily do 5 cm. Praca elektrolizera byla bardzo nierówna, kapiel krzepla przy scianach tygla, po tej stronier gdzie pole bylo slabe, ogranicza¬ jac zanadto strefe czynna, a przeciwnie nie mozna bylo utrzymac nasypanej warstwy sta¬ lego fluorku po stronie przeciwleglej, tj. po stronie nastepnego elektrolizera.Po rozmieszczeniu przewodów 3, zgodnie z wynalazkiem wplywy magnetyczne w srod- .— 4 —U O tygla staly sie równe zeru. Sa one za- adniczo symetryczne wzgledem tego punktu O- miany poziomu roztopionego metalu praktycz- ie biorac, ustaly calkowicie i mozna bylo trzymywac regularne warstwy stalych fluor¬ ów na calym obwodzie tygla. Praca elektro- era stala sie równomierna i osiagnieto obni- enie zuzycia energii o 800 kWh na tone wy- arzanego aluminium.Przyklad II. Elektrolizer o natezeniu 0000 amperów, wyposazony w uprzednio spie- zone anody, jest umieszczony podluznie i po- iada rame 2, zasilana pradem po obu stro- ach (fig. 5), oraz przewody 3, umieszczone na oziomie dna tygla (d = o), stwierdzono pola agnetyczne o bardzo duzej skladowej pozio- ej By po stronie elektrolizera poprzedzajace- o, przy czym wielkosc tej skladowej zmniej- za sie do polowy w poblizu punktu O i zmniej- zyla sie do zera po stronie przeciwnej, zas rzeciwnie skladowa pionowa Bz byla bardzo aczna. Elektrolizer pracowal bardzo nierów- o i obserwowano wszystkie zjawiska podane przykladzie I. Po zmianie polozenia prze- odów 3, zgodnie z wynalazkiem, (punkt 8 na ig. 7) osiagnieto poprawe jak w przykladzie I az uzyskano bardziej równomierne dzialanie lektrolizera. Poza tym wydajnosc elektrolizy osla o przeszlo 3% i podniosla sie z 84 do 7°/o wydajnosci teoretycznej. PL