JPS585269B2 - 電解槽の磁気的障害減少方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、アルミナを液状氷晶石に溶かした電解質から
アルミニウムを生産するため、電解槽を長手方向へ直列
に配置した構成において、大容量の動作電流によって生
じる磁気的障害を減少せしめるための新規な方法に関す
るものである。

本発明は個々の電解槽から発生する磁界や同列の隣接槽
からの磁界、比較的短い距離を隔てて隣接する他の列の
電解槽からの磁界による障害を減少させるために利用す
ることができる。

設備投資を減らし、かつ生産を増やすため、 、２０
年前には１００，０００アンペアであった電解摺電流を
現在では２００，０００アンペアにまで増やす傾向があ
ることは周知の通りである。

また、槽列の軸方向に対して横向きに電解槽を並べた場
合には、長手方向に電解槽を並べた場合よりも磁気的影
響が少なく、そして寸法的には同等であるが、操作上の
条件が複雑になり、また、その構成に起因して操作性、
作業性が劣るということもよく知られている。

この点において、長手方向配列は上述欠点を持たないの
で有利である。

本発明は、長手方向へ配列した電解槽の場合の磁気的影
響を横方向配列した電解槽配列の場合よりも低レベルに
減らすと同時に、長手方向配列で得られる操作上の利点
をも維持し得るような方法を提供することを目的とする
。

以下の説明においては従来の慣例に従って、電解槽の陰
極面中心を中心Ｏとする直交３面体における各軸Ｏｘ、
Ｏｙ、Ｏｚに沿った磁界成分を、それぞれＢｘ、Ｂｙ、
Ｂｚ で表わす。

ただし、Ｏｘは列方向の長手軸、Ｏｙは横軸、Ｏｚは上
向きの垂直軸とする。

また、位置に関する上流、下流という表現も従来の慣例
に従って、電解槽列の電流方向を基準として表わすもの
とする。

電解槽の長手方向配列において磁気的影響を減少せしめ
るための所要条件は、１９５６年２月２８日付でペシニ
ー（ＰＥＣＨＩＮＥＹ）社によって出願されたフランス
特許第１，１４３，８７９号で開示され、それ以後、世
界各国で設備された多くの電解槽には上記特許記載の導
体構成が採用されている。

この導体構成を用いることにより、重鐘槽中心で という２重条件を満足することができる。

ただし、Ｂｙｏは軸Ｏｙ（槽列の軸に直角な水平軸）に
そつた磁界の水平成分を表わし、（ｄＢｙ°）／（ｄｚ
）は電解槽中心における垂直軸方向の電位勾配を表わす
。

以下の記述は、第１図に横方向断面で示される電解槽の
略図を基にして行なう。

なお、上記フランス特許第１，１４３，８７９号に記載
の条件は単に水平磁界に関するものであって、電解槽内
の電流強度に実質的に比例して磁界強度の変化する垂直
磁界に対しては全く効果を示さない。

最近の研究によれば、垂直磁界の重要性が認識され始め
ている。

垂直磁界は特に、液体アルミニウム層に生じるドーム状
変形の誘因となるものである。

このドーム形状は非対称なものであって、その頂上は電
解槽の下流方向端部の方へ片寄った形のものとなる。

このドーム状変形は基準面から４ｃｍ以上も隆起するも
のとなる。

金属内にこ生じるラプラス力呼ばれる力は、槽内の金属
界面を変形せしめるものである。

Ｏｘ軸方向の力ｆ（ｘ）＝ｊｙＢｚ−ｊｚＢｙＯｙ軸方
向の力ｆ（ｙ）＝ｊｚＢｘ−ｊｘＢｚただし、Ｂｘ、Ｂ
ｙ、Ｂｚ はそれぞれＯｘ軸、Ｏｙ軸、Ｏｚ軸方向の磁
界成分、そして、ｊｘ。

ｊｙ、ｊｚは金属内電流密度の３成分である。

本発明による磁気的影響の問題解決法を述べるに当って
、説明を容易にするため、上記ラプラス力の成分別解析
を行なう。

まず、軸Ｏｘ、Ｏｙによって４分割された第２図の長手
方向配列電解槽の水平部の中心点Ｏについて考察し、Ｏ
ｘに平行な線にそつた縦方向力を求める。

第１四半分においては、Ｏｘ（横軸ｙ）に対する平行線
上の一連の力ｆ１（ｘ）は これは、横方向に出力端を備えた従来の陰極棒構成によ
ればｊｙおよびｊｚが定数６になることに基づいている
。

同様に、第２四半分においては となる。

もしＦｌ（ｘ）＝Ｆ２（ｘ）ならば、Ｏｘに平行な各線
上の力は、互に方向が逆で大きさの等しい力となる。

その場合および が成り立つ。

これら２つの条件は、次に場合を分けて示すようにＢｚ
の曲線Ｂｙの曲線が軸Ｏｙに関して逆対称であるときに
成り立つ。

垂直磁界Ｂｚの場合：長手方向配列の電界槽内において
、Ｏｘに平行な各線上のＢｚの曲線は第３図に示される
ように、中心点での値に関して逆対称になる。

したがって、Ｂｚ全全体Ｏｙに関して逆対称となり、Ｂ
ｚは軸Ｏｙ上でゼロになる。

そして、電解槽の中心ＯにおけるＢｚ（ｏ）は鈎合いに
よってゼロになる。

陽極装置の外側端縁を通るＯｘに平行な線上においてＢ
ｚは最大値をとり、もし点ＭでＢｚがゼロになるならば
、Ｂｚの最大値曲線もまた逆対称形になる。

Ｂｚ（Ｍ）およびＢｚ（ｏ）がゼロならば、１００，０
００アンペア電解槽の場合、軸Ｏｙ上のＢｚの値は２〜
３×１０−４テスラを越えることなく、これは無視する
ことができる。

以上のように、Ｏｙに関するいかなる対称点においても
Ｂｚの値は逆符号同値であり、Ｏｘに平行な各線上のＢ
ｚ曲線は逆対称（ａｎｔｉ−ｓｙｍｍｅｔ−ｒｉｃ）に
こなる。

水平磁界Ｂｙの場合：フランス特許第 １．１４３，８７９号記載の前述条件すなわち中心点Ｏ
においてＢｙ＝０という条件は維持される。

Ｂｙ（ｏ）＝０のとき、Ｏｙに平行な各軸上のＢｙの値
は最大値をとるが、非常に小さい値である。

そして、各軸上のＢｙの曲線もまた逆対称になる。

以上全体的に考えて、２つの条件Ｂｚ（Ｍ）＝０および
Ｂｙ（ｏ）＝０が得られたとき、Ｏｘに平行な各軸上に
おいて Ｆｌ（ｘ）＝−Ｆ２（ｘ） 従って ΣＦ１（ｘ） （電解槽の第１四半分内の合計）＝−Σ
Ｆ２（ｘ） （電解槽の第２四半分内の合計）が成り立
つ。

力の大きさが等しい結果、槽内金属界面は最小の盛り上
り（ｃａｍｂｅｒ）で且つ対称ドーム形状となる。

第４図は第３図と対応するもので従来の １１５０００アンペア電解槽の場合を示している。

この図には、非対称（ｄｉｓｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）曲線
Ｂｚ（実線）の場合における盛り上りの大きい（４ｃｍ
まで）非対称ドーム形状と、ＢｚがＯｙ軸に関して逆対
称である場合、すなわち本発明を実施した場合における
盛り上りの小さい（約１ｃｍ）対称ドーム形状とが示さ
れている。

最初に述べた場合では非対称力発生の原因は、ＲからＰ
までの一連の正の力Ｆ１（ｘ）がＰからＳまでの一連の
負のカーＦ１（ｘ）の約３倍にもなっていることに基づ
いている。

Ｆ（ｘ）の場合と同様にして次に、Ｏｙとの平行線にそ
った横方向力を求めると、 が得られる。

これら横方向力は比較的短い長さく電解槽の幅に加えら
れるので、縦方向力Ｆ（ｘ）に比べて著しく小さい。

ここで、適切に構成された電解槽におけるｊｘはゼロ、
そしてｊｚは定数である。

長手方向配列の電解槽では通常、導体が平面ｘＯｚに関
して対称的に配置されており、ＢｘはＯｘに関して逆対
称になっている。

これは下記の式が成り立つことを意味している。

ΣＦ１（ｙ）（電解槽の第１四半分における力の和）＝
−ΣＦ４（ｙ）（電解槽の第４四半分における力の和以
上のことから下記のような結論が得られる。

すなわち、電解槽がＢｙ（ｏ）＝Ｂｚ（Ｍ）＝０を満足
するように構成されていれば （１）電解槽の周縁における磁界Ｂｚ、Ｂｙの最大値は
小さくなる。

（２）ラプラス力は最小になり、その値は軸Ｏｘ。

Ｏｙを対称軸とする両側の点で逆符号同値となる。

（３）その結果、電解質と液状アルミニウムの界面が安
定し、実質的に水平になる。

槽中心での成分Ｂｙに関して、下記の付加条件を設ける
と有利である。

この勾配は一般にかなり小さいが、平均レベルから数セ
ンチしか上下に変化しない薄い液状金属層全体にわたっ
てＢｙがゼロになるように上記勾配を可能な限りゼロに
近づけるため、相異なる条件が両立する範囲を求めるこ
とが可能である。

解決すべき問題は上述の通りであり、本発明の目的は、
電解槽をその長手方向に向けて接続導体で互に直列接続
した構成において、２つの列が相互の磁場影響を無視で
きない程度に狭い間隔で配置されている場合に２つの条
件Ｂｙ（Ｏ）＝０゜Ｂｚ（Ｍ）＝０に加えて可能ならば
もう１つの第三の条件（ｄＢｙ°）／（ｄＺ）＝０を満
足させることによって近接列間相互の磁場的影響を減少
せしめるための方法を提供することである。

本発明は電解槽の両端から電力供給を受けるか、あるい
は上流端と両側面にある横側面入力部材の一方とから電
力供給を受けるようにした長手方向直列電解槽に適用さ
れるものである。

一般に、陰極導体（種間接続導体）は中央面ｘＯｚに関
して対称的に配置される。

第１図の参照符号Ｙ、Ｚは面ｘＯｚ上における陰極導体
の座標を表わしている。

本発明方法の特徴は、陰極導体が軸Ｏｘと平行に配置さ
れていて、第１の等式を満足する座標が、２つの式Ｂｙ
（Ｏ）＝０と、Ｂｚ（Ｍ）＝０（これは換言すれば軸Ｏ
ｙに関して逆対象形となる）とを成立させるような点を
実質的に通ることにある。

また、座標Ｙ、Ｚが第３の等式を少なくとも近似的に満
足するようにして付加条件（ｄＢｙ°）／（ｄＺ）＝０
を成立可能にするか、あるいは、それぞれの解が両立す
る範囲で可能な限り上記付加条件に近づけるようにした
ことも本発明の特徴である。

本発明のもう１つの特徴は、上記条件を成立させた上、
各電解槽列にそって少なくとも１個の補助導体を配置し
、各電解槽への磁気的影響を考慮した等式の解から得ら
れる大きさの電流値を持ち、かつ電解槽列の動作電流と
は逆方向の連続電流を上記補助導体に流すことによって
、近接列間の磁場的干渉を補償することである。

近接列間に相互の影響が現われない程度に間隔をおいて
２列に並べた電解槽構成と、相互の影響が生じる間隔で
２列に並べた電解槽構成の各場合について順次検討を進
める。

上記いずれの場合においても、両端から電力供給を受け
る従来の電解槽と、上流端および中央入力部材から電力
供給を受ける型式の電解槽との間には明確な相違がある
。

なお、後者の電力供給型式は１９７７年１月１９日付で
本出願人によって出願されたフランス特許出願第７７０
２２１３号記載と同様のもので、第５図に示されるよう
に槽の両側に中央入力部材を備えた構造になっている。

便宜上、上流端Ａに供給される電流成分をαパーセント
、そして下流端Ｂまたは側辺中央入力部材に供給される
電流成分を（１−α）パーセントとして表わすことにす
る。

なお、一方の電流供給端が下流端Ｂであるか側辺入力部
材であるかは、その電解槽構成（第５図、第６図）によ
って異なる。

ここで、パラメータαに基づいて陰極導体の位置を求め
ることにする。

複雑な計算を単純化するためにまず、交差部材（ｃｒｏ
ｓｓ ｍｅｍｂｅｒ）の位置にあり且つ各陰極導体の位
置に設けられた導体に流れる一定電流を、同じ磁界が形
成されるように決めてみよう。

すると、下記の第１表にみられるような、中央面ｙＯｚ
内の各点に対してのみ有効な所謂等価電流値が得られる
。

（Ａ）１列構成または相互の磁気的干渉が生じない程度
に間隔をおいた２列構成の場合であって、事例１ 一端
および中央入力部材から電流供給される電解槽（第５図
） （１）条件Ｂｙ°＝０の実現 交差部材によるＢｙ。

（２×０．５αＩ・ｋ１）／ｈ＝（αＩ・ｋ１）／ｈこ
こにに１は実験的係数であって、この係数は、交差部材
が事実上２個のアームで形成されていることと、同列内
の各種の交差部材間の空間による不連続性とを考慮した
ものである。

係数に１はほとんど定常的に０．９に近い値であり、以
下の記述にはこの値を用いることにする。

またｈは基準面ｘＯｙ上からの交差部材の高さである。

陰極導体（１）によるｂｙ。

＝陰極導体（２）によるｂｙ。

Ｂｙｏは ｂｙｏ〔交差部材〕＋ｂｙ°〔陰極導体１〕＋ｂｙ°〔
陰極導体２〕 に等しく、その値は０でなければならない。

したがって この式から ここで とおくと Ｙ２＋Ｚ２＋μＺ＝０ ・・・・・（２）
となる。

（２）条件Ｂｚ（Ｍ）＝０の実現 交差部材によるｂｚ（Ｍ） 陰極導体（２）によるｂｚ（Ｍ） 条件Ｂｚ（Ｍ）＝０は次のように表わされる。

交差部材によるｂ２（Ｍ）＋陰極導体（１）によるｂ２
（Ｍ）＋陰極導体（２）によるｂｚ（Ｍ）＝０すなわち この式から下記の式（３）が得られる。

上の式で１が消去されたが、これは解が電解槽内の電流
値に無関係であることを示している。

ここで とおくと が得られる。

式（２）から得られるＹ２の値を用いると、Ｚに関する
２次方程式 ％式％） （５） が得られる。

この式からＺを解き、そのＺの値を式（２）に代入する
ことによってＹの値が得られる。

交差部材によるＢｙｏに関しては となり、陰極導体によるｂｙｏは そして ｄｂｙ（交差部材）＋２ｄｂｙ（陰極導体）＝０である
から ここで とおくと、上記条件は次のように表わすことができる。

以上から次のことが分かる。

（１）前述のようにμおよびγはパラメータαの関数で
ある。

したがって、最初に述べた条件を満たす解すなわちＺお
よびＹの値は陰極導体の位置の幾何学的軌跡を表わす曲
線の形で得られる。

（２）μおよびγに含まれるａおよびｈが定数であれば
、式（５）および式（６）は電流値に依存しない。

事実、ｈは交差部材の高さであって、電解槽の寸法とは
無関係であり、また、ａは陽極装置の半幅であって、も
し陽極装置をＯｘ方向に伸ばしただけのことによる電解
槽の寸法増加が生じても、ａの値は多分変化しないだろ
う。

実際には、ａはわずかに変化するが、例えば１００，０
００アンペア電解槽で１．２０メートル、２００，００
０アンペア電解槽で１．５０メートルであるから、技術
的見地から考えてａは増加しないものとみなすことがで
きる。

実施例 １ ｈ（面ｘＯｙ上からの交差部材の高さが１．７７メート
ル、ａ（陽極装置の半幅）が１．１７５メートルで、中
央入力部材を備え、かつ長い方の側面に各１１個の陰極
出力棒を備えた １００．０００アンペア電解槽構成に、上記結果を適用
した。

接続用導体の電気抵抗を加減してαの値を連続的に変え
ることも可能である。

６種類のα値には、２／１１（０，１８２）。

３／１１（０，２７３）、４／１１（０，３６４）。

５／１１（０，４５５）、６／１１（０，５４６）。

７／１１（０，６３６）を採用し、これらのα値を式（
１）〜式（５）に代入して得られた結果を下記の表に示
す。

これらの値は第７図のグラフに表示されている。

なお、このグラフは実は長手配列の電解槽の中央点Ｏを
通る横側半分に関するものである。

斜線領域との境界線は電解槽本体の外形寸法を示してい
る。

ここで留意すべき点は、α値が０．５５以上の場合には
導体が電解槽内部に配置されていなければならないとい
うことである。

したがって、経済上および寸法上の観点から、αの値を
０．３５〜０．５５にすることができる。

次に、下記２つの条件 の実現を試み、そして、その各群が少なくとも近似的に
両立するか否か、また、３つの条件の同時成立が可能か
否かを検討してみる。

条件Ｂｙ＝０は次の意味を持っている。

Ｚ２＋Ｙ２＋μ２＝０またはＹ２＝−μＺ−Ｚ２・・・
・・・（６Ａ） このＹ２の値を式（６）に代入すると となり、この方程式を解くと が得られる。

このＺ値を式（６Ａ）に代入すればＹの値が得られる。

したがって、（ｄＢｙ°）／ｄｚ＝０およびＢｙ°＝０
を満足する曲線（Ｙ、Ｚ）＝ｆ（α）とＢｚ（Ｍ）＝０
およびＢｙ°＝０を満足する曲線（Ｙ、Ｚ）＝ｆ（α）
とをグラフ上で追跡し、導体の位置に対して曲線の交点
が妥当な値を与えるものか否かを調べることが可能であ
る。

実施例 ２ 下記の３条件 の同時実現を試みる。

Ｂｚ（Ｍ）＝０およびＢｙ°≠０を満足する曲線（Ｙ、
Ｚ）＝ｆ（α）の追跡を容易にするため、表１にα＝０
．６を付は加える。

このα値によってＹ＝１．８６およびＺ＝−１，９８が
得られる。

そして、２つの条件（ｄＢｙ°）／（ｄｚ）＝０．Ｂｙ
°＝０を満足する曲線（Ｙ、Ｚ）＝ｆ（α）の追跡を行
ない、下記の表を得る。

２つの曲線、すなわち第７図と第８図の曲線は座標Ｙ＝
１．９６．Ｚ＝−１，０１の点で交差する。

この点は電解槽本体内における導体位置に相当する。

しかし、実際には電解槽外における近接点を利用するこ
とが可能である。

つまり、２つの曲線がわずかに離れた位置においても、
その解の有効性は維持される。

実施例 ３ ｈ＝１．７７メートル、ａ＝１．５０メートルで長い側
面に各１１個の陰極棒を備えた ２００．０００アンペア電解槽構成に上記結果を適用し
、下記の表を得た。

第９図のグラフにおいて、１００，０００アンペア構成
と２０００００アンペア構成のそれぞれの曲線（Ｙ、Ｚ
）＝ｆ（α）は互に非常に近接しているが、幾何学的に
はα＝０．５４６というα値は不可能である。

もし、単に陰極を延長するだけで電流値が増加するなら
ば、これら２本の曲線はさらに近接するだろう。

実際には陽極の拡張（これは係数ａに関連する）も行な
われたが、ａおよびｈは定数であり、μおよびγもまた
同様であるから、式（５）は電流値とは無関係であり、
曲線Ｙ、Ｚ＝ｆ（α）の形は変らない。

事例２ 交差部材の両端から電力供給を受ける従来型電
解槽（第６図）。

近接列なし。槽端Ａ（上流端）から電流αＩ、 槽端Ｂ（下流端）から電流（１−α）Ｉ がそれぞれ供給される。

交差部材および陰極導体の各等価電流（第１表参照）は
前と異なるが、計算方法は同じである。

この場合のμ´、γ´の値は次の通りである。（ただし
、ｋ１＝０．９） （ただし、ｋ１＝０．９） したがって、式（２）、式（５）と同様の方程式Ｙ２＋
Ｚ２＋μ′Ｚ＝０ ・・・・・・（１０）（μ
´２γ´＋４ａ２γ´−２）Ｚ２−μ´（１−２ａ２γ
´）Ｚ＋ａ２（γ´２−１）＝０ ・
・・・（１１）が得られる。

実施例 ４ 前述の結果から独立して、従来型の １００．０００アンペア電解槽の陰極導体の位置決定を
試みた。

ただし、本実施例では、電解槽はその長側面に各１１個
の陰極出力棒を備え、交差部材への電力供給は両端から
行なうものとし、また１、ｈ＝１．７７メートル、ａ＝
１，１７５メートルとした。

これらの値は第１０図のグラフに表示されており、α＝
０．８は不可能であって、経済上の理由からはαの値を
０．６５〜０．７５とすべきであることがグラフから分
かる。

（Ｂ） 同−建屋内における２列構成の場合経済上の
理由から通常は同−建屋内に２列構成の電解槽が設置さ
れる。

その場合、同符号で比較的均等値の垂直磁界が隣接列間
で影響し合う。

一方の列の電解槽からの垂直磁界をｂｚ〔電解槽〕、隣
接列からの垂直磁界をｂｚ〔隣接列〕で表わすと、第１
１図のグラフから次のことが分かる。

すなわち、ｂ２はＯｖに関して逆対称であるからｂｚＭ
〔電解槽〕＝−ｂｚ（Ｎ）〔電解槽〕そして、ｂｚ（Ｍ
）〔隣接列〕とｂｚ（Ｎ）〔隣接列〕は実質的に相等し
く、同符号である。

したがって、 Ｂｚ（Ｍ）＝ｂｚ（Ｍ）〔電解槽〕＋ｂｚ（Ｍ）〔隣接
列〕＝０Ｂｚ（Ｎ）＝−ｂｚ（Ｎ）〔電解槽〕＋ｂｚ（
Ｎ）〔隣接列〕＝０第１１図において、曲線（１）はＭ
ＯＮ軸上におけるｂｚ〔電解槽〕の単独変化を示し、曲
線（２）はＭＯＮ軸上のｂｚ〔隣接列〕の変化を示し、
曲線（３）はＭＯＮ軸上のｂ２〔電解槽＋隣接列〕の変
化を示している。

したがって、隣接列間の影響は補償されねばならない。

そのため、多くの解決法が従来から提案されている。

例えば、１９５３年４月７日出願の７４ランス特許１，
０７９，１３１号（ＰＥＣＨＩＮＥＹ社）では電解槽周
囲における電気的ループの設置が提案され、１９５７年
１０月２９日出願のフランス特許第１，１８５，５４８
号（Ｅｌｅｃｔｒｏｋｅ−ｍｉｓｋ社）では電解槽端Ａ
、Ｂへの非対称電流供給が提案されている。

これと同様のものに、１９６８年６月２８日出願のフラ
ンス特許第１．５８６，８６７号（Ｖｓｅｓｏｊｕｚｎ
ｙ Ｎａｕｃｈｎｏ−ｉｓｓｌｅｄｏｖａｔｅｌｓｋｙ
ｉ Ｐｒｏｅｋｔｎｙ Ｉｎ５ｔｉ−ｔｕｔ Ａｌｕ
ｍｉｎｉｅｖｏｉ） があり、また、１９７５年１１月
２８日出願のフランス特許第 ２．３３３，０６０号（Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ｐｅｃｈ
ｉｎｅｙ社）では電解槽の各側辺に陰極導体を段違いに
取り付けている。

上記特許のうち、最後の２つの方法によれば、隣接列間
の影響は実質的に減少するが、その効果は電解槽全体に
わたって得られるものではない。

また、ｂｙ〔電解槽〕もｂｚ〔電解槽〕もｏｘに関して
逆対称とはならず、したがって、Ｆｙにおいてラプラス
力の非対称性が現われる。

次に述べる方法では、電解槽構成の動作電流Ｉとは逆方
向に流れる電流ｉを通す補償導体を使用する。

この補償導体は２つの電解槽列の外側で電解槽本体から
最小限の間隔をおいて設けられ、それによって電気的安
全性も維持されるようになっている。

これに類似する方法が米国特許第 ３．６１６，３１７号に記載されている。

しかし、その方法は前記条件、特にＢｙ°＝０およびＢ
ｚ（Ｍ）＝０の成立に適している。

第１２図は２列隣接構成の電解槽を設置した電解工場１
の断面を示しており、この図には陽極装置２，３のみが
示されているが、電解槽は長手方向に配列されている。

補償導体は４および５の位置にある。

図を簡略化するため、種間接続導体は省略されている。

回線形矢印は各補償導体から発生する磁界の方向を示し
ている。

以下の記述に使用する記号は次の通りである。

ａ：陽極装置の半幅 ｄ：陽極外側外壁から補償導体までの距離ｌ：２つの電
解槽列の陽極装置の内側外壁間距離 Ｅ：補償導体から生じる位置Ｍ（内側）での磁界 Ｆ：補償導体から生じる位置へ（外側）での磁界 ｅ：隣接列による位置Ｍでの磁界 ｆ：隣接列による位置Ｎでの磁界 ｍ：隣接列からの影響を考慮しない電解槽自体の磁界 ２つの補償導体について考えると が得られ、これらの比には となる。

ここに、ｌおよびｄは設備時に定まる固定値であって、
電解槽寸法とは実質的に無関係である。

そして、Ｋは式（１２ｃ）から分かるように、ａの値に
従って変化するが、その変化はわずかなものである。

陽極間距離をｌ＝７．４０メートル、補償導体から陽極
外側外壁までの距離をｄ＝１．８０メートルとする電解
槽列の場合、その電解槽が１００．０００アンペア用で
あればａは実施例１および３と同様にａ＝１．１７５、
そしてに＝０．５２となり、また、２００，０００アン
ペア用であればａは実施例２と同様にａ＝１．５、そし
てに＝０．４７となる。

したがって、Ｋ＝０．５と仮定し、それに基づいて検討
を進めることも可能である。

ここで隣接列からの影響を無視したときの点Ｍでの垂直
磁界ｂ２の値がｍになるような基本的電解槽構成につい
て検討する。

なお、この構成では点Ｎにおける垂直磁界の値は−ｍと
なる。

Ｍは下記の式から決定される。

ｍ＋ｅ＋ＫＦ＝０ −ｍ＋ｆ＋Ｆ＝０ したがって、各値は次のように表わすことができる。

ｅおよびｆはｉに正比例するから、各値ｍ。

Ｅ、Ｆもまたｉに比例する。

したがって、次の３つの特定を画定することができる。

これらは長手配列のすべての電解槽に適用され、そして
便宜上、いの単位はキロアンペアで表わす。

Ｋは近似的に０．５であるから、各式は実用上、次のよ
うに表わすことができる。

実施例 ５ 実施例１および２と同様の１００，０００アンペア電解
槽構成において、ｌ＝７．４０メートル、ｄ＝１．８０
メートルとすると、隣接列による点Ｍ、Ｎでの垂直磁界
の実測値は次のようになった。

ｅ＝２４．４×１０−４ テスラ ｆ＝１８．９×１０−４ テスラ したがって、 式（１２ａ）からに＝０．５２２ 式（１３ａ）からｍ´＝−０，０９５５×１Ｏ−４Ｔ／
１０００Ａ式（１３ｂ）からＦ´＝−０，２８４×１Ｏ
−４Ｔ／１０００Ａ式（１３ｃ）からＥ´＝−０，１４
９×１Ｏ−４Ｔ／１０００Ａが得られる。

また、式（１２ａ）または式（１２ｂ）から、補償導体
電流ｉ´＝２２６Ａ／１０００Ａとなり、この値はＩの
２２．６％に相当する。

そして、点Ｍにおける垂直磁界は −９，６×１Ｏ−４Ｔ−１５×１Ｏ−４Ｔ＋２４．４×
１Ｏ−４Ｔ＝０ 点Ｎにおける垂直磁界は ＋９．６×１Ｏ−４Ｔ−２８，４×１Ｏ−４Ｔ＋１８．
９×１Ｏ−４Ｔ＝０ となり、点Ｍ、点Ｎにおいて確かにＢｚ（Ｍ）＝Ｂｚ（
Ｎ）＝０となることが分かる。

実施例 ６ 実施例１および３と同様の電解槽を用い、距離ｄは１．
２０メートルと短くする（この短縮は電解槽構成が許す
場合にのみ可能）。

このようにすると補償導体の電流値ｉを大幅に削減する
ことができ、次の結果が得られた。

Ｋ＝０．４１ ｍ´＝−０，１１８４×１Ｏ−４Ｔ／１０００ＡＦ´＝
−０，３０７×１０−４ Ｔ／１０００ＡＥ´＝−０
，１２６×１Ｏ−４Ｔ／１０００Ａｉ′＝１６９Ａ／１
０００Ａすなわち１６．９％したがって、点Ｍにおける
垂直磁界は −１１，８−１２，６＋２４．４＝０ 点Ｎにおける垂直磁界は ＋１１．８−３０．７＋１８．９＝０ となり、点Ｍ、点Ｎにおいて確かに Ｂｚ（Ｍ）＝Ｂｚ（Ｎ）＝０となることが分かる。

以上要約すると、点Ｍにおける１００，０００アンペア
当りの磁界ｍ′が （０，５ｆ−ｅ）／（１，５１Ｋａ）×１０−４テスラ
となるような電解槽に関しては、補償導体を設けて、そ
の補償導体に陽極外壁までの距離に依存する電流ｉを流
すと、発生磁界の総和Ｂｚはゼロになる。

古い方の電解槽構成では、電気的安全性と占有空間の問
題で、ｄは１．８メートル近くになり、補償導体の電流
値は電解槽構成動作電流Ｉの２２．６％になる。

新しい方の電解槽構成では、構成から分離された独立管
路内に補償導体を収めることができるから、ｄの値を小
さくすることが可能である。

ｄ＝１．２０とすると、補償電流は電流Ｉの１６．９％
にしかならない。

したがって、この方法によって、投資費用と補償導体の
消耗を最小にすることが可能である。

次に、この補償法と前述の方法の組合せによって、Ｂ２
（Ｍ）およびＢｚ（ｏ）をゼロにすることを検討する。

例３ 中央入力部材付き電解槽（第５図）。

交差部材へは槽端Ａから電流αｉ、中 央入力部材から電流（１−α）Ｉが供 給される。

隣接列を考慮する。この場合、隣接列および補償導体は
実質的に金属の界面にあってＢｙには影響を及ぼさない
ので、条件Ｂｙ°＝０は不変である。

したがって、例１の式（２）、式（５）と同様の下記方
程式が得られる。

Ｚ２＋Ｙ２＋μＺ＝０ ・・・・・・（
１４）一方、条件Ｂｚ（Ｍ）は前と異なり、 ｂｚ（Ｍ）〔交差部材〕＋ｂｚ（Ｍ）〔陰極導体１〕＋
ｂｚ（Ｍ）〔陰極導体２〕＝ｍ となる。

例１と同じ計算により、 が得られる。

ここでまたはに１＝０．９として とおくと、 が得られる。

式（１４）からＹ２を消去すると、次の２次方程式が得
られる。

（μ２１γ１＋４ａ２γ１−２）Ｚ２−μｍ（１−２ａ
２γ１）Ｚ＋ａ２（γ１ａ２−１）＝０ ・・・・・・
（１６）この方程式は新しい係数γ１を含んでいるが隣
接列なしの例１における式（５）と同様の式である。

この式からＺを計算し、それを式（１４）に入れるとＹ
を求めることができる。

実施例 ７ 実施例１および３と同様の１００，０００アンペア用電
解槽を１つの建屋内で２列に配列し、実施例４と同様に
、陽極間距離をｌ＝７．４０メートル、補償導体陽極間
距離をｄ＝１．８０メートルとした構成を検討する。

前述と同じα値を用い、前と同じ計算を行なった結果、
次の表を得る。

第１３図において、破線曲線（１）は例１の解を表わし
、実線曲線（２）は隣接列を考慮に入れた解を表わして
いる。

実用上、経済上の理由に基づいてα値は０．３５〜０．
５０になることが第１３図から理解できる。

実施例 ８ 実施例１および３と同様の２００，０００アンペア用電
解槽を１つの建屋で２列に配列し、実施例５と同様に陽
極間距離をｌ＝７．４０メートル、補償導体陽極間距離
をｄ＝１．８０メートルとした構成を検討する。

前述と同様にしてＹおよびＺの値を求め、それらは第１
４図のグラフに表示されている。

事例４ 交差部材を備え、上流端Ａから電流αＩ、下流
端Ｂから電流（１−α）■ を供給される従来型電解槽（第６図）。

この場合、隣接列も考慮に入れる。

計算方法は例１の場合と同様であるが、交差部材および
陰極導体の電流値は前と異なり、係数μ、γに新たな値
を用いる。

条件Ｂ ｙ （ｏ） ＝０を実現するためを導入する。

金属の面ｘＯｙ上では、隣接列からも補償導体からも影
響を受けないから、 Ｙ２＋Ｚ２＋μ´１Ｚ＝０ ・・・・・（１８）
となる。

次に条件Ｂｚ（Ｍ）＝０を実現するため、新たなγ′１
値 を導入する。

なお、ｋ１＝０．９とおくと、このγ′１は となる。

その結果、μ´１．γ′１を含む式（１６）と同じ方程
式が次のように得られ （μ´２１γ´１＋４ａ２γ´１−２）Ｚ２−μ´１（
１−２α２γ´１）Ｚ＋ａ２（γ´１ａ２−１）＝０・
・・・・・（１９）この式（１９）からＺが与えられる
。

実施例 ９ 実施例４と同様の１０００００アンペア用電解槽を同−
建屋内で２列に配列し、陽極間距離をｌ＝７．４０メー
トル、補償導体陽極間距離をｄ＝１．８０メートル（実
施例５と同じ）とした従来型構成（第６図）を検討する
。

ＹおよびＺの値は前述と同様の方法で求められる。

そして、求めた各偶は次の表の通りであり、これらの値
は第１５図のグラフに表示されている。

結論 導体を電解槽から離れ過ぎた所に置くことも、電解槽に
密着することもできないという実用上および経済上の事
情を考慮して、本発明の実施に当っては、電解槽の一端
と両側面の中央入力部材の少なくとも一方とから電流供
給が行なわれる電解槽構成の場合には、その電流配分係
数αが０．５５またはそれ以下の値、特に０．４５〜０
．５５の範囲の値が適当である。

また電解槽の両端から電流供給が行なわれる従来の電解
構成の場合には、αが０．７５またはそれ以下の値、特
に０．６５〜０．７５の範囲の値が適当であることが、
上記様々の実施例から理解できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は長手方向配列の電解槽の点０を通る垂直横断面
図、第２図は長手方向配列の電解槽の点Ｏを通る水平横
断面の略図、第３図は電解槽の長手方向にそった磁界Ｂ
ｚのグラフ、第４図は第３図の磁界Ｂｚの分布に従って
形成される金属・電解質問界面形状を示す図、第５図は
電解槽の一端からと中央入力部材とから電流供給を行な
う形式の電解槽構成を示す略図、第６図は電解槽の両端
から電流供給を行なう形式の電解槽構成を示す略図、第
７図乃至第１０図は総電流に対する上流端電流の比αに
対する、本発明による陰極導体の位置の依存関係を示す
グラフ、第１１図は電解槽の短軸Ｏｙによって与えられ
る電解槽総磁界に対する隣接列磁界の影響を示すグラフ
、第１２図は比較的狭い間隔で２列の電解槽列を設置し
た電解工場内での隣接列磁界補償用導体の位置を示す図
、第１３図〜第１５図は隣接列の影響を考慮して、係数
αに対する陰極導体位置の依存関係を示すグラフである
。 （参照符号の説明）、２，３・・・・・・陽極、４，５
・・・・・・補償導体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 前方の電解槽から順々に各電解槽に電流供給が行な
   われるように電解槽を長手方向に直列に配列し、上記各
   電解槽にはその上流端から割合αの電流が、下流端、ま
   たは上記上流端と下流端の間に設けられた少くとも１つ
   の別の点から割合（１−α）の電流が供給されるように
   構成されたアルミニウム生産用の大電流電解槽において
   、陰極基準面ｘＯｙからの交差部材の高さをｈ、上記各
   電解槽の上流端へ供給される電流の割合をαとし、そし
   て、電流値には依存せずに陽極装置の半幅ａにのみ依存
   する係数μおよびγを用いたとき、下記の２つの関係式 ％式％ ） ） を満足する座標点（Ｙ、Ｚ）を実質的に通り、かつ軸Ｏ
   ｘと平行になるように陰極導体を配置することによって
   、磁界の垂直成分ＢＺが軸Ｏｙに関して逆対称形になる
   ようにすると共に、上記電解槽の中心における磁界の長
   手方向水平成分Ｂｙが零になるようにしたことを特徴と
   する電解槽の磁気的障害減少方法。 ２、特許請求の範囲第１項の方法において、上記陰極導
   体の座標（Ｙ、Ｚ）を、下記の第３関係式が少なくとも
   近似的に満足されるように決定することにより、上記電
   解槽の中心における磁界の水平成分の垂直勾配（ｄＢｙ
   °）／（ｄＺ）が零になるようにしたことを特徴とする
   電解槽の磁気的障害減少方法。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項の方法において
   、上記各電解槽の上流および下流の両端から電流供給が
   行なわれ、上流端から供給される電流の総電流に対する
   割合がαである場合、上記陰極導体の位置決定を可能に
   する係数μおよびγが下記の式 によって与えられることを特徴とする電解槽の磁気的障
   害減少方法。 ４ 特許請求の範囲第１項から第３項までのいづれかの
   方法において、電解槽にはその上流端と、両側面にある
   中央入力部材のうちの少なくとも一方とから電流供給が
   行なわれ、上流端から供給される電流の総電流に対する
   割合αである場合、上記陰極導体の位置決定を可能にす
   る係数μおよびγが下記の式 によって与えられることを特徴とする電解槽の磁気的障
   害減少方法。 ５ 特許請求の範囲第１項から第４項までのいずれかの
   方法において、電解槽にその上流端と、両側面にある中
   央入力部材のうちの少なくとも一方とから電流供給が行
   れる場合には電流分配係数αを０．５５またはそれ以下
   とし、その好適値範囲を０．４５から０．５５と定め、
   また、電解槽にその上流および下流の両端から電流供給
   が行われる場合には上記電流分配係数αを０．７５また
   はそれ以下とし、その好適値範囲を０．７５から０．６
   ５と定めることを特徴とする電解槽の磁気的障害減少方
   法。