Przedmiotem wynalazku jest sposób symetry¬ zacji pola magnetycznego w termoelektrolizerach, które to pole ma duze natezenie. Elektrolizery sa polaczone szeregowo i ustawione poprzecznie w stosunku do osi szeregu i sluza do wytwarzania aluminium droga elektrolizy tlenku glinowego roz¬ puszczonego w stopionym kriolicie.Dla lepszego zrozumienia przypomnijmy, ze prze¬ myslowa produkcja aluminium metoda termoelek- trolizy odbywa sie w termoelektrolizerach pola¬ czonych elektrycznie w szeregu, zawierajacym roz¬ twór tlenku glinowego w kriolicie przy tempera¬ turze rzedu 950°C do 1000°C, utrzyimujacej sie dzieki zjawisku Joule'a podczas przeplywu pradu przez termoelektrolizer.Kazdy termoelektrolizer zawiera prostokatna katode w formie tygla, którego dno stanowia blo¬ ki weglowe zamocowane w stalowych plytach, zwanych plytami katodowymi i sluzacych do od¬ prowadzania pradu z katody do anod nastepnego termoelektrolizera.Anody, równiez weglowe, sa umieszczone w u- chwytach zamocowanych w plytach aluminiowych, zwanych plytami anodowymi, które sa przytwier¬ dzone do nadbudowy wystajacej ponad tygiel ter¬ moelektrolizera. Te plyty anodowe sa polaczone przewodami aluminiowymi i mówimy, ze sa „za¬ montowane" na plytach katodowych poprzedniego termoelektrolizera. v Pomiedzy anodami i katoda znajduje sie kapiel 10 15 20 30 elektrolityczna, tzn. roztwór tlenku glinowego w krolicie. Wytworzone aluminium osiada na kato¬ dzie i na dnie tygla katodowego stale utrzymuje sie warstwa aluminium.Przy prostokatnym ksztalcie tygla plyty ano¬ dowe podtrzymujace anody sa, w ogólnosci, ró¬ wnolegle do dluzszych boków tygla zas plyty ka¬ todowe sa równolegle do jego krótszych boków, zwanych czolami termoelektrolizera.Termoelektrolizery sa ustawione w rzedy, wzdluznie lub poprzecznie, zaleznie od tego, czy ich dluzszy czy krótszy bok jest równolegly do osi rzedu. Elektrycznie termoelektrolizery sa po¬ laczone szeregowo, przy czym krance szeregu sa dolaczone do biegunów dodatniego i ujemnego pro¬ stowniczej sterujacej podstacji elektrycznej. Kaz¬ dy szereg termoelektrolizerów zawiera pewna li¬ czbe rzedów ustawionych obok siebie, przy czym dla unikniecia niepotrzebnie dlugich przewodów liczba rzedów winna byc parzysta.Prad elektryczny, który przeplywa przez róz¬ ne przewodniki: elektrolit, ciekly metal, anody, katody, przewody laczeniowe, wytwarza znaczne pola magnetyczne. Pola te indukuja w kapieli elektrolitycznej jak i w stopionym metalu tzw. si¬ ly L.aplace'a, które, bedac zródlem ruchów, staja sie szkodliwe dla prawidlowej pracy termoelektro¬ lizera.Ksztalt termoelektrolizera i jego przewodów la¬ czeniowych jest taki, aby pola magnetyczne wy- 1216603 121 660 4 twarzane przez rózne czesci termoelektrolizera i przewody laczeniowe kompensowaly sie: docho¬ dzimy w ten sposób do termoelektrolizera, którego plaszczyzna symetrii jest plaszczyzna pionowa, równolegla do rzedu termoelektrolizerów i prze¬ chodzaca przez srodek tygla.W ten sposób termoeieifctroilizery podlegaja szko¬ dliwym polom imagineityczinym, pochodzacym od sie¬ bie i od (Tizejdów sasiednich.W dalszej czesci opisu slowa „górny" i „dolny" odnosza sie do przyjetego kierunku przeplywu pradu elektrycznego w rozpatrywanym rzedzie termoelektrolizerów. Przez „sasiedni rzad" rozu¬ mie sie rzad polozony najblizej rzedu rozpatrywa¬ nego a przez „pole rzedu sasiedniego" — wypad¬ kowa pól wszystkich rzedów z wyjatkiem rzedu rozpatrywanego.Dazy sie do realizacji termoelektrolizera, które¬ go system anodowy bylby zasilany przez wejscia pradowe polozone na krótszych bokach termoe¬ lektrolizera i w którym rozklad przewodów umo¬ zliwialby uzyskanie idealnej symeitirii pola magne¬ tycznego pionowego, majacego nastepujace cechy: Wartosc bezwzgledna skladowej Bz bylaby iden¬ tyczna w czterech wierzcholkach i znak Bz bylby na przemian dodatni i ujemny podczas przecho¬ dzenia wzdluz obwodu termoelektrolizera z jed¬ nego jego wierzcholka do drugiego.Efekt taki zostaje osiagniety przy uwzglednie¬ niu pola magnetycznego pochodzacego od sasied¬ nich rzedów termoelektrolizerów i przy uwzgled¬ nieniu zmian pola magnetycznego wywolanych obecnoscia elementów ferromagnetycznych polo¬ zonych w poblizu termoelektrolizera. Bz oznacza skladowa pola magnetycznego wzdluz pionowej osti Oz w trójwymiarowym ukladzie wspólrzed¬ nych, którego os Ox jest równolegla do osi szere¬ gu termoelektrolizerów i zgodna z kierunkiem przeplywu pradu, przy czym punkt O jest polo¬ zony w srodku plaszczyzny katodowej.Znane sa z opisu patentowego francuskiego nr 2 333 060 i z opisu patentowego francuskiego nr 2 343 826 sposoby umozliwiajace skompensowanie pola magnetycznego utworzonego przez sasiednie rzedy termoelektrolizerów poprzez umieszczenie petli pradowej pod zewnetrznym czolem termo¬ elektrolizera, tzn. pod tym krótszym bokiem ter¬ moelektrolizera, który jest najbardziej oddalony od najblizszego rzedu.Zastosowane sposoby polegaja na bocznikowa¬ niu pewnej czesci pradu obiegajacego zewnetrz¬ ne czolo termoelektrolizera poprzez przeslanie jej przewodem umieszczonym pod termoelektrolize^ rem.Wedlug wynalazku obwody elektryczne rozmie¬ szcza sie pod kazdym z krótszych .boków termo¬ elektrolizera i tworzy sie obwód pradowy umozli¬ wiajacy przeslanie przez dodatkowy przewód co najmniej czesci pradu plynacego przez górny, uje¬ mny kolektor przy czym ten dodatkowy przewód laczy sie z tym samym górnym kolektorem prze¬ biegajac wzdluz dolnego dluzszego boku termo¬ elektrolizera.Przewody dodatkowe umieszcza sie mozliwie jak najwyzej pod termoelektrolizerem, poziomo i ró¬ wnolegle do krótszych boków termoelektrolizera w ten sposób, ze plaszczyzny, przechodzace przez 5 przewód wewnetrzny i zewnetrzny oraz przez gór¬ na krawedz wewnetrzna anody na krótszych bo¬ kach odpowiednio wewnetrznym i zewnetrznym, tworza z pionem kat dokladnie równy 45°.Zaleta wynalazku jest symetryzacja skladowej pionowej pola magnetycznego w poprzecznie usy¬ tuowanych termoelektrolizerach, tzn. doprowadze¬ nie do tego, ze skladowa pionowa pola magnety¬ cznego ma dokladnie te sama wartosc bezwzgled¬ na w czterech wierzcholkach termoelektrolizera a znaki na przemian dodatni i ujemny przy prze¬ chodzeniu wzdluz obwodu termoelektrolizera.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 i 2 przedstawiaja schematycznie polozenie przewodu kompensacyjnego pod czolami termo¬ elektrolizera, fig. 3 — rzeczywisty uklad geome¬ tryczny obwodu kompensacyjnego pod jednym z czól termoelektrolizera i fig. 4 — schematycznie w rzucie poziomym rozmieszczenie przewodów laczacych miedzy dwoma sasiednimi termoelektro- lizerami oraz polozenie obwodów kompensacyj¬ nych pod czolami jednego z termoelektrolizerów (górnego).W celu realizacji wynalazku nalezy uprzednio okreslic natezenia pradów Ii oraz Ie w obwodach kompensacyjnych.W kazdym z wierzcholków termoelektrolizera wyznacza sie pole magnetyczne (paitrz fig. 3) Bzi w wierzcholku górnym wewnetrznym, Bza w wierzcholku dolnym wewnetrznym, Bz3 w wierz¬ cholku dolnym zewnetrznym i BZ4 w wierzchol¬ ku górnym zewnetrznym.Wyrazenia górny/dolny rozumie sie w odniesie¬ niu do umownego kierunku przeplywu pradu w rzedzie termoelektrolizerów. Obliczenia wartosci tych pól dokonuje sie przy uwzglednieniu pola magnetycznego utworzonego przez sasiednie rzedy oraz oddzialywania na pole mas ferromagnetycz¬ nych polozonych z sasiedztwie termoelektrolizera.Mozna zatem zapisac nastepujace dwa równa¬ nia: Bzi+Bz2=0 Bz3i+Bz4=0 M Równania (1) sa liniowe wzgledem Ii oraz Ie (pole magnetyczne jest proporcjonalne do nateze¬ nia pradu) i pozwalaja wyznaczyc prady Ii oraz Ie.Tak wiec wiadomo, ze pod nieobecnosc rzedów sasiednich skladowa pionowa pola magnetycznego Bz/, Bz2', Bz3', Bz/ w czterech wierzcholkach ter¬ moelektrolizera jest antysymetryczna wzgledem y, przy wynikajacej z konstrukcji symetrii termo¬ elektrolizera wzgledem plaszczyzny xOz, zatem: Bzi'=^Bz4/ Bsz2'=^z3/ Pole pionowe wytworzone przez sasiednie rze¬ dy z jednej strony i przez obwody magnetyczne z drugiej strony jest praktycznie niezalezne od od¬ cietej x, co oznacza, ze ima ono wartosc stala biz na calej dlugosci krótszego boku wewnetrznego 15 20 25 30 315 40 45 80 95 60121 660 i wartosc stala b'z na calej dlugosci boku zewne¬ trznego.Zatem sluszne sa zaleznosci: Dzi=Bz1/+bz Bz2=Bz2'+foz Bzs^Bzg^ibz^^Bza' +bz' Bz4=Bz'4+ibiz/= Bz/+ibz' Równania (1) pozwalaja zapisac: bz=—foz'= oraz 2 BZi= Bz1'^Bz2' Bz2=- Bz2'^Bz1' Bz3=- Bzj'—Bz2' Bz4=- Bz2'—Bz/ Bzi=—Bz2=Bz3=—Bz4 (2) W celu zmodyfikowania oraz poprawy piono¬ wego pola magnetycznego przy krótszym boku termoelektrolizera umieszcza sie pod nim prze¬ wód w taki sposób, aby mozliwie najsilniej od¬ dzialywal on na ten obszar.Na figurze 1 jest przedstawiony wycinek prze¬ wodu kompensacyjnego C, widziany od pnzodu i punkt M, w którym pole magnetyczne, które na¬ lezy skompensowac, jest najsilniejsze, a jest ka¬ tem utworzonym przez plaszczyzne zawierajaca przewód kompensacyjny C i punkt M wzgledem pionu. Jesli przez I oznaczymy natezenie pradu w przewodzie C, pole magnetyczne B w punkcie M. ma wartosc: 2 1 B= cos a h Jesli przez Bz oznaczymy skladowa pionowa pola w punkcie M, otrzymamy: Bz=B•sin*x= = X2cos«sirwx= h wierzcholek zewnetrzny anody, w sasiedztwie któ¬ rego kompensowane pole magnetyczne pionowe jest maksymalne i 6 — przewód kompensacyj¬ ny. 5 Figura 3 stanowiaca perspektywiczny schemat czola komory elektrolitycznej, okresla polozenie i droge przebiegu przewodu kompensacyjnego 7.Obejmuje ona: odcinek opadajacy 8, poczawszy od ujemnego górnego przewodu zewnetrznego 9 10 do poziomu dna termoelektrolizera 10, odcinek poziomy 11 pod termoelektrolizerem, równolegly do jego krótszego boku 12, odcinek wznoszacy 13 az do poziomu ujemnego dolnego kolektora ze¬ wnetrznego 14 umieszczonego miedzy kolektorem 15 a obudowa termoelektrolizera oraz odcinek po¬ wrotny 15 równolegly do dluzszego boku termo¬ elektrolizera, laczacy sie z górnym kolektorem zewnetrznym 9. Tor oznaczony strzalkami wska¬ zuje, jak tworzy sie obwód elektryczny wytwa- 20 rzaijacy pole kompensacyjne. Plyty katodowe ozna¬ czone sa za pomoca kresek 17. Identyczny obwód, symetryczny wzgledem osi szeregu, jest umiesz¬ czony przy drugim czole termoelektrolrizeira, tak jak to przedstawia fig. 4. 25 Dla szeregu termoelektrolizerów przy zastoso¬ waniu pradu o natezeniu 90 kA i odleglosci mie¬ dzy rzedami równej 14 m, wykorzystano opisany powyzej sposób i obliczono na podstawie rów¬ nan (1) 30 If=9 kA Ie=22,5 kA Pomiary skladowej pionowej pola magnetycznego wykonane w tych termoelektrolizerach daly w wierzcholkach nastepujace wartosci: 35 BiZi= 31-10-* T Bz2=^0-10-4 T Bz3= 30-10-* T Bz4=^40-10-4 T Realizacja symetrii jest wiec zadowalajaca. 40 iDla szeregu termoelektrolizerów identycznych lecz nieskompensowanych zmierzono dla porów¬ nania nastepujace skladowe pola magnetycznego w poszczególnych wierzcholkach: Bzt= 55 -10-* T 45 Bz2=^25-10-i T Bz3= 15 -10-* T Bz4=—73-10^ T Niesymetria taka wplywa ujemnie na dzialanie termoelektrolizerów i wyraza sie niedostateczna 50 sprawnoscia. = sin2a Zastrzezenia patentowe Bz ma wartosc maksymalna dla sin 2ia=l, czy¬ li dla a=45°.Zatem przewód kompensacyjny powinien byc umieszczony, jak to widac na fig. 2, w taki spo¬ sób, aby plaszczyzna okreslona przez przewód i przez wierzcholek zewnetrzny anody tworzyla z pionem dokladnie kat 45°.Na fig. 2 przedstawiajacej przekrój pionowy ze¬ wnetrznego czola komory elektrolitycznej, 1 ozna¬ cza anode, 2 — stopiony elektrolit, 3 — warstwe cieklego aluminium, 4 — blok katodowy, 5 — 55 1. Sposób symetryzacji pola magnetycznego w termoelektrolizerach polaczonych szeregowo i u- stawionych poprzecznie do osi szeregu, polegajacy na modyfikowaniu rozkladu pradu w przewodach zasilajacych anode termoelektrolizera dolnego ka- 60 tody sasiedniego termoelektrolizera górnego przez zastosowanie w termoelektrolizerze dwóch obwo¬ dów elektrycznych wytwarzajacych dodatkowe po¬ le magnetyczne pionowe dokladnie równe, srednie¬ mu polu magnetycznemu pionowemu elektrolize- 65 ra przy jego krótszym boku lecz o kierunku121 660 przeciwnym, znamienny tym, ze obwody elektry¬ czne rozmieszcza sie pod kazdym z krótszych bo¬ ków termoelektrolizera i tworzy sie obwód prado¬ wy umozliwiajacy przeslanie przez dodatkowy przewód co najmniej czesci pradu plynacego przez górny kolektor ujemny, przy czym ten dodatkowy przewód laczy sie z tym samym górnym kolek¬ torem przebiegajac wzdluz dolnego dluzszego bo¬ ku termoelektrolizera. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze przewody dodatkowe umieszcza sie mozliwie jak najwyzej pod termoelektrolizerem, poziomo i ró¬ wnolegle do krótszych boków elektrolizera w ten sposób, ze plaszczyzny przechodzace przez prze¬ wód wewnetrzny i zewnetrzny oraz przez górna krawedz wewnetrzna anody na krótszych bokach odpowiednio wewnetrznym i zewnetrznym tworza z pionem kat dokladnie równy 45°.C/ i plaszczyzna pozioma —a '—- FIG.1 16 17 13 15 H 17 8 7 10 11 9 12 FIG.3 kierunek pradu FIG.2 r 17 kierunek rzedu sasiedniego FIG.4 Drukarnia Narodowa, Zaklad Nr 6, 330/83 Cena 100 zl PL PL