SI7910258A8 - Postopek za zmanjšanje magnetnih motenj v nizih elektrolitskih kadi z veliko jakostjo toka - Google Patents

Description

ALUMINIUM ΡΕΟΗΙΝΕΥ, LYON

POSTUPAK ZA SMANJENJE MAGNETSKIH POREMECAJA U NIZOVIMA 5LEKT BOLI TsKI H POSULA VELIKOG- INTENZITETA STAUJL

a) Oblast tehnike u koju spada pronalazak

Ovaj pronalazak spada u oblast obojene metalurgije, a odnosi se na jedan novi postupak za smanjenje magnetnih poremecaja u nizo— vima elektrolitskih posuda postavljenih po dužini, velikog intenr siteta struje, namenjenih za proizvodnju aluminijuma elektroli — zom glinice rastvorene u rastopljenom kriolitu. Pronalazak se odnosi na smanjenje poremedaja nastalih usled sopstven^g magnetnog polja , stvorenog od svak® posu.de i od susednih posuda istog niza i naporednog niza, kada se ovaj nalazi na relativno bliskom rastojanju od niza u pitanju·

b) Tehnički problem

Poznato je» da bi se smanjili investioioni troškovi, i da bi se povečali učinci, da treba povedati snage posuda. On« su se pre dvadeset godina napajale intenzitetom od 100*000 ampera, a ved sada intenzitetom od 2.00.000 ampera. Poznato je takodje, da tar ko veliki intenziteti proizvode jaka magnetska polja, koja stvar raju poremeeaje u procesu elektrolize* Poznato je isto tako da elektrolitne posude postavljene popr_ečno, pod istim dimenzijar ma, pokazuju manje magnetske efekte, nego posuda postavljene po dužini, uprkos komplikaciji u uslovima pogona, i poremecaja us— lova rada, koji iz toga proistidu. Sa te tačke glediuta, posude postavljene po dužini ne daju ove nezgode, pa se tehnički problem postupka sastoji u svodjenju magnetskih efekata posuda postavljenih po dužini, na niži nivo od onih u kojima su posude postavljene poprečno. Na taj način se postižu znatne uštede, usvajajuči ipak prednosti pogona sa posudama postavljenim po dužini·

c) Stanje tehnike

U daljam tekstu označavacemo prema uobičajenoj konvenciji sa Βχ, By i Bz komponente magnetskog u odnosu na koordinatno ose 0x,

0y i Oz u j_ednom direktnom pravouglom trijedru, čiji je centar 0 istovremeno i centar katodne ravni posude, 0x j_e podužna osa u smeru niza, 0y je poprečna osa , a Oz je vertikalna osa usn_orena na gore.

Prema uo bičaj eno j konvenciji, uzvodni i nizvodni u odnosu na koirvenoionalni > smer struje u nizu.

Slika 1 prikazuje u poprečnom vertikalnom preseku kroz tečku 0 jedne posude po dužini·

Slika 2 prikazuje u šematskom horlzontalnom preseku, jednu elekrtrolitnu posudu po dužini«

Slika 3 je dijagram polja Bz duž jedne velike strane posude·

Slika 4 prikazuje oblik površine izmedju metala i «elektrolita prema rasporedu polja Bz slike 3·

Slika 4 prikazuje oblik površine izmedju metala i elektrolita prema rasporedu polja Bz slik_e 3·

Slike 5 i 6 prikazuju šematski dva moguča rasporeda za napajarnje posuda po dužini: kroz Čelo središnih usponskih vodova (sli*· ka 5) iii kroz dva čela (slika 6)·

Slike 7, 8,9 i 10 prikazuju položaj negativnog provodnika prema pronalasku, u funkciji koeficijenta o/ , dela napojne struje uz— vodno čela.

Slika 11 prikazuje utioaj polja susednog niza na ukupno polje ·}.

jedne date posude na svoju osu 0y.

Slika 12 prikazuje položaj provodnika za komp_enzaciju polja susednog niza u jednoj šali za elektrolizu aa dva relativno bliska niza.

Slike 13, 14 i 15 prikazuju položaj negativno^ provodnika u funkciji kogficijenta cX , kada ae vodi računa o uticaju susednog nj— za.

Francuski patent No. 1.143*879, podnesen 28 februara 1956 na ime PECHINEr· dao je uslove koje treba iapuniti da bi se amanjili magnetni efetki u posudama postavljenim po dužini, i največi deo posuda, konstruiaanih u svetu od tog vremena» koristio je koristio je raaporede naznačenih provodnika, da bi ae zadovoljio sls dači dvostruki uslovs

B o = 0 } ( u s rediš tu dB o j posude a neznatno ' oz pri Čemu je B o horizontalna komponenta magnetskog polja po osi

0y ( horizontalna osa normalna na osu niza) a dB o je gradi— JZ .

dz jent potencijala po vertikalnoj osi u centru posude.

U daljem tekstu pozivacemo se na aemu jedne elektrolitske posur· de , onakvu, kakva je označena na slioi 1 u poprečnom preseku.

Medjutim, predočeni uslovi u patentu FR 1.143*879 odnosili su se samo na horizontalno magnetno polje, a nisu imali dejstvo na vertikalno polje, čija je vrednost praktično arazmema intenzi— tetu struje koja protiče kroz posudu.

Medjutim, sve najnovijo študije pokazuju vaŽnoet ovog vertikalno g polja. Posebno, ovo polje stvara deformacije sloja tsčnog alumini juma u obliku kubeta, i to nesimetričnog kubeta, čiji

4.

je vrh poroeren prema nlzvodnom Selu posude, ato odgovara deni— velaciji, koja može da hude veča od 4 santimetara u odnosu na o dre d j snu ravan·

Jile, nazvane Lapi ace—ovim silama, koje na sta ju u metalu, su u stvari uzrok deformacije ravni koja deli elektrolitno kupatilo od rastopljonog motala·

Jile Po osi 0x : f(x) z j_y£_z - j_z3_y

Jile po osi 0y : f(y) = j B = ji _w Z A λ Z f gde 3u Bx» By i 3z tri komponenete magnetnog polja B po osama

0x| Oy, Oz, a j j i j, su tri komponente gustine električne y z struje u raetalu»

d) Opis rušenje tehničkog problema

Izlaganje rešenja koje pruža pronalazak za t«hnički problem magnetnih efekata, biče olakšano analizom različitih komponensta ovih 3ila,

Posmatrajmo horizontalan presek jedne posude postavljene po du — šini, slika 2, na nivou centralne tačke 0, koji delimo na č_eti — ri čntvrtine pomoču osa 0x i 0y, i odr_edimo u prvom redu poduž — ne silo po paralelnim linijama sa 0x.

Skup sila ^(χ) na jednoj paraleli sa 0x ( abscise y) u prvo j četvrtini iznosi:

/°

Ρ_χ(χ) SS j ...»

Z-b pošto je j₅ konstanta zbog sa poprečnim izlazomj isti

uobičajonog raspoi'eda katodnih šipki je slučaj oa j .

Z

Na isti način imačemo:

u drugo j četvrtinl:

F₂(x) = <4 b f₂(x) dx /4 b x4b j B dx - $ / B dx y 2 M y 'Q 'Q

Ako j_e F^(x) = — (x) , sile na svakoj paraleli sa 0x če biti .jc-dnake i suprotnog san_era. Zbog toga je dovoljno da:

'•fb

B dx s - /^{B dx}

B dx = y i da + b ^rB dx y

Ove dve jednačine su zadovoljene, ako su krivulje B i B anti z y simetrične u odnosu na oau 0 · y

Slučaj vertikalnog polja B_z i u jednoj posudi postavljenoj po dualni , kriva B^ po svakoj paraleli sa 0x je antisimetrična u odnosu na n jenu vrednost u tački na svojo j sredini, kao sto se to vidi na slici 3· Dovoljno je, dakle, da B bude ravno nuli na osi 0y, da skup od Bz bude anti simetričan u odnosu na 0y. U centru posude 0, Bz (0) je takodje ravno nuli pc simetriji. Bz je maksimum na paraleli sa 0x koja prolazi kroz spol j asn ju iviou anodnog sistema» pa ako j_e Bz ravno nuli u tački K, krivulja maksimalnih Bz biče takodje asimetrična.

Ako 3 i B (0) su ravni nuli, vrednost Bz do osi 0y ne prela— ³ z -4 zi vrednost od 2 do 3 · 10 Tesla, za jednu posudu od 100.000 ampera, što je zanemarljivo.

Dakle, vrednosti B u svim tačkama simetričnim u odnosu na 0y su Z jednaka i suprotnog smera, a krive B po svakoj paraleli sa 0x Z su anti simetrične.

Slučaj horizontalno g polja B : održava se uolov B ( u central— y y noj tački 0) z 0, Što je več pomenuto u patentu FR 1.143*879· Konstatuje se, kada je Β^,(Ο) s 0 da eu vrednosti n< osama

s. .

paralelnim sa Oy minimalne i vrlo male. Krivulja B « osi je tada takodje an ti simetrična.

po svakoj

U svemu, kade su dva uslova B (Li) i 3 (o) = 0 oatvarena, vidi z y sc n·'» svakoj paraleli sa Οχ:

(i) = - ?₂ (x) i J P (x) u prvo j uetvrtini po3ude = -£f₂(x) drugo j četvrtini posude

Jednakost sila daje površinu izmedju elektrolitnog kupatila i rastopljenog metala, koja ima oblik simetričnog kubeta sa mini— malnom strelom.

Slika 4 prikazuje, u slučaju jedne klasične posude od 115.000 ampera, a u odnosu na sliku 3J u punim linijama oblik disimetrrlčnog kubeta sa velikom strelom (ispupčenjem) (do 4 cm), u slučaju kada jo krivulja B disimetriona (puna linija) i oblik si—

Z motričnog kubeta sa malim ispupčenjem (oko 1 cm), u slučaju ka da jo 3 anti simetrično u odnosu na osu 0y, to jest nakon primeZ no pronalaska.

asimetrična sila dolazi u prvom slučaju od činjenice , što je skup pozitivnih sila od H do P, P^(x) oko tri puta veči od sku— pa negativnih sila — (^χ)* °d P do S.

Odredimo sada poprečne gtle po paralelama sa 0y po istim konvencij-orna kao za F(x): . _n

P₁(y) Z J 3zB_xdy -y 3_xB_zdy —a *” ^a f <y> = f / ^JA^dy o

Ονθ poprečne sile su mnogo slabije nego poduŽne sile P(x), jer θθ one vrše na krač im dužinama (širina posude)·

Medjutim:

j u jedno j dobro konstrui srano j posudi je ravno nuli, j je konstantno Z

U jednoj po audi postavljenoj po dužini, čiji su provodnici obi“ čno postavljeni simetrično u odnosu na ravan χθζ, B je asimet— X rično u odnosu na 0x« Iz toga proizilazi:

četvrtini posude*

Dolazi se do zaključka da ako se konstruiše jedna posuda u kojoj:

B (0) i B (M) = 0 y z

2) Da če laplaoe-Ove sile biti minimalne, jednake i suprotne u odnosu na ose Qx 1 0y.

3) Da če površina izmedju elektrolita i tečnog alumini juma biti stabilna i praktično horizontalna«

Može takodje da bude korisno da se postigne ostvarenje dodatnog uslova, koji se odnosi na komponentu B u oentru koji je:

X ako je ovaj gradijent u opstem slučaju dosta slab, može se tražiti, ako 3u različiti uslovi med ju sobom kompatibilni, da otaj

anulira u oeloj debljini metalnog sloja, koja je mala i varira samo nekoliko sentimetara u odnosu na svoj srednji nivo« .8-I ZLAGANJE ΡΚ0ΝΑΧ»Α9ΚΑ

Kada se problem, koji treba rešiti, tako postavi, predmet pro — mlaska je postupak da se ostvare dva uslova B (0) i B (M) =: 0, ω o ^{y z} a eventualno i treči uslov . “· · = 0. naznačen posebnim raa — dz poredom veznih provodnika, izmedju različitih posuda jednog niza u kome su posude postavljene po dužini, vodeči u ostalora računa o utioaju magnetnih polja susednog niza, ako su oba niza postavljena na relativno malom rasti» jan ju, tako da taj utioaj ne može više da se zanemaruje.

Pronalazak se primenjuje na posude postavljene po dužini, a napi jaju se bilo sa dva čela, bilo sa uzvodnog čela i najmanje jednim bočnim usponskim vodom, sa svake strana.

U opStem slučaju, negativni provodnici (vezni provodnici izmedju posuda) su postavljeni simetrično u odnosu na središnju ravan x0z. Prema slioi 1 označuje ae ss ϊ i Z koordinate ovih pro vodnika u ravni x0z.

Postupak je tada naznačen time, Što su negativni provodnici postavljeni paralelno osi 0x, i prolaze poglavito kroz tačke , Čije koordinate γ Z zadovoljavajuči prvi sistem jednačina i omogirt čavajuči da se ostvare dva uslova B (0) z 0, i B (M) = 0, ili_t y z što se svodi na isto, B (M) an ti simetrično u odnosu na osu 0y ) z postupak je takodje naznačen time, što se nastoji da koordinate Y i Z zadovolje bar približno treču jednačinu, omogučavajuči da se ostvari dodatni uslov dB o dz e 0, iii bar da se tome uslovu približi gto je moguce više, u toj m^ri gde su rešenja kompatibilna me§j_u sobom.

Paoatupak je najzad naznačen time , što je osim prethodnih ušlo— va, magnetno polje susednog niza kompenzirano sa pomočnim pro — vodnikom, postavljenim duž svakog niza, u kome se pušta da pro— tiče jednosmerna struja,ekprotnog srnera struji koja protiča ni9 zora, a čiji se intensitet do bi j a reSavanje» jednog sistema jednačina, koje uslaaju u obzir rasličlte aagnetno utica je na svaku poaudu.

Sukoeaivno če «e i spit ati slučaj jedne serije, koja ima dva ni— za čelija, udaljene aedju soben, da se ne unese uti o a ji sused niza, zatira slučaj gde postoji utišaj susednog niza, a u ob- slučaja če se razlikovati klasične posude, napajane preko dva čela 1 posude napajane preko uzvodnih čela i središnlh uaponakih vodo— va, kao oni koji au opisani u patentnem zahtevu Ko. 77*02213, podnesenira 19 januar» 1977, na iae podnosioca ovo patentne prijave, Čija je konstrukcija prikazana na sl ici 5» u slučaju jodnog središnog uspenskeg voda sa svaku stran«.

označujemo dso struje koja napaja usvodno čelo A, a aa (1 -?< do© struje koja napaja nlavodno čelo B» iii bočne usponSke vodove, preran slučaju ( sliko 5 16)·

Tida Čem© odrediti položaj negativnih prevodnika« koji su funk olje parametre ·

Sa bi so uprostili proračuni, trežičerao koliki treba da bude konstanten intenzitet, u aekora prevodniku koji če, postavljen na mesto anodae sabirnioe s jedne strune, i svake negativne sabirnl— oe su druge a;rane, stvoriti isto aagnetno polje me d ju sobo»· Tako če se tada noči intenziteti nasvani ekvivalentnim, pretstav ljeni u dole prlkusanoj tabeli I, koji vaše samo za tačke koje se nalaze u 3redi4tu ravni yOz· l

Ekvivalentni intenzitet u:	Posude sa sredianira usponskira vodoviraa (slika 5) ©< I na čelu a (1 — oi) u centralnim usponakia vodoviraa	Klasične posude (slike 6M I na čelu A (1 — «X) I na čelu B
Anodni aa — hirniel Negativni serbiznisi	0,5 «st I ( 0,5 - 0,25<A )I	fa- 0,5) I (0,75 ~ 0,5ol )I

10. .·'

A) SLUČAJ JEDNE SERIJE POSUDA 3A SAMO JEDNIM NIZOM ILI 3A SVA NIZA POVOLJNO UDALJENIH DA NBA MSPJU90BN0G MAGNETSKOG DEJSTVA

IJEDJU NJIMA 'Blnčaj No*l: Posude napajane preko jednog Sela i preko sredis— nih usponakih vodova (Slika 5)

1) Ostvarenje uslova Bo — O

B o pod dejstvom anodne sabirnice iznosi: ^{2 x} fl·*·?⁴** ^ki ₌ Λ y h h formula gde je k^ eksperimentalni koeficijent koji vodi računa o činjenioi Što je sabirnica praktično izradjena od dve grane i diskontinuiteta zbog intervala izmedju 3abimica svake posude. je gotovo uvek ravan približno 0,9, pa čemo u dal jem tekstu koristiti tu vrednost.

h je višina sabimioe iznad fiksirane ravni x0y.

b o koje proističe od negativne sabirnice 2 - L= b o z y y

2(0,5 — 0.25 -1 ) I x Z

Ψ+ * v?₊

LA - 0,5 X)l» z _2 Y t Z

B o je ravnol b o (3abimica) -►bo (sabirnica 1) -t- b o (sabir— y y y y niča 2), pa mora biti ravno 0:

to jesti (1 - 0,5X ) I*z _ 0,9<* I

2 ~

Y + Z 2h

Otuda se može izvuči:

Ako stavimo

Υ² _ (1 - 0,54 ) 2h

0,94 (1 - 0.5 <* )* 2h _z 0,9 4 imačemo Υ²+· Z²*^»Z= θ (2)

2) Ostvarenje uslova B^iM) = 0 (1)

11;

Usled sabimioe _t b (M)»

Z

2*0,5 * «1'kT χ a _ \fe²+h⁷ tya²+ »^Ζ b (M) usled sabimice 1:

Z

0,9 * »Pa a² -h

- 2 (0.5 - 0.25^ ) I χ Y— a _ . -(1 - O,?*) I (r - a) ^(Y - a)² + Z² \^(Y - a)² + Z² (Y-a)² + Z² b (M) usled ssbimioe 2» z

,2(0.5 ~ 0.2? * ), I _x_L±a_- (1 - 0.5«) I (ϊ - a) (Y - a)² + Z² (ϊ - a)²⁺ z² (ϊ - a)² + z²

Uslov B_z(M) =: 0 ee može napisati na sledeči načini b (M)sabiraica * b (M) sabimioa 1 + b (M) sabimioa 2 s 0 , z z z to jest» __

1(1 - 0,5o( ) ¥ - a (Y - a)² +Ζ² _JL±a_ (Y - a)²+ Z²

0»9«< la

iii izvrSujuci operacije»

- Q>9 g<.

,„2, „2 2,2 , . 2.2 (Z+ Y — a ) + 4a Z

2(a² + h²) ( 1 - 0,5*) (3)

Primečuje se da je I iščezlo, što dokazuje da ee rešenje biti nezavi ano od intenziteta struje koja protiče kroz posudu.

. _ θ»9 * /

Ako stavimo V ·= —«,..-..,...,-,. —► (a - ir) (1-0,5* )

2 2

Z - Y * ^a

Iraaeemo takodje» y ·» ——--— £Z² + Υ² - a²)² + 4a²Z²

Koristeči vrednost za y izvuČenu iz jednačine (2), dobija se jednačina drugog stepena po Z» ( (aV - 4a^? - 2) Z² (1 - 2a² V )ζ - a^?(V -1) =0 (5) koj t omogučava da 3e dobije vrednost za Z, koja se prenosi u jednačinu (2) da bi ae dobila vrednost za Y*

3) Catvaronjo u^lov „

d.3 o y

ds

I ki

Imamo: Bo zbog sabirnice: --—** y h

0.9 I dB o _Σdz

OiisLL h² b o ušlod negativnih sabirnika: y b o = 2 x 2 x (0,5 “ o,25 «*) I y

Z - dZ (Z“ t.z)²+ γ² ji&JlLjZ-zh.

(y² - z²)²

Trebi dobiti« db (sabimioa) *· 2 db ( sabirnice ) s 0 y y tO jest«

0.9^1 _ (2-^)1 (Y² - 2²) _ 0 *·> 9 9 (Y” + zV lli

J2tJ9L (Y² + z²)² (2 -d) h‘

Btavljajuči kao prethodno

Jalov glasi:

(2 - <* )ft

0,9 .2» 2 (_Y- + ₂ ^fc) ^h f*

Konstatuje se da su 1 ~ P i funkcije parametra «<. , defininiuan u gornjem tekstu. Dobijaju so , dakle, rešenja, to jest vrednosti za Z i Y, u obliku krivulje , koja je geometrijsko mosto položaja negativnih provodnika, koji ostvaruju ualove postavljene u početku.

— Jednačine (5) i (6) su nezavisne od intenziteta, u toj me— ri, u koliko su a i h, koji intervenišu upA i V konstantni. Ustvari ”h” višina sabimioa ne zavist od veličine posu.de, a ”a^rt polu—širina nnodnog sistema može da ne varira, ako se pristupi povečanju dimenzije posuda jednostavnim produženjem anodnog sistema po Οχ· U preksi a” malo varira i , na primer, za jednu IJosudu _od 100,000 ampera iznosi 1,20 m, a za posudu od 200.000 ampera iznosi 1,50 m. Preko ovoga, iz tehničkih razloga a se vise ne povečav·;·

PRIMERI 0STVARENJA U PRAKSI

PRIMER I

Gore dobljeni rezultati su primenj eni u dal jem tekstu na jednu seiiju posuda od 100,000 ampera, sa središnim usponskim vodovi— ma, za koju je h (višina sabimioa iznad ravni xOy) = 1,77 m, i a ( polu—širina anodnog sistema) » 1,175 m, i ima na svakoj strani 11 izlaznih katodnih šipki· Pod takvim uslovima, o( može da varira po razlomoima od 1/11· Ali se može takodje uzeti u obzir kontinualne varijacije vrednosti ot , operišuči sa električnim otporima veznih prevodnika, -,₊

Posmatrano je šest vrednosti et j 2/11 (0,182), 3/11 (0,273)» 4/11 (0364), 5/L1 (0,455), 7/11 (0,545) i 7/11 (0,636).

Priraenom formula od 1 do 5 dobijamo sledeče razultate:

TABELA 2

ol	kota Hh Y u m«	kota Z u m.
0,182	6,00	- 2,04
0,273	4,3S	- 1,30
0,364	3,38	- 1,35
0,455	2,68	- 1,35
O,?46	2,14	- lili'
0,6^6	1,65	- 081

^; znak + znači da ova kota važi sa negativna prove&dk®* postavljene aa ®vak« stran« posuda»

Ove au vrednosti prenesene na di Jagra» alikn 7, koji je u »tvrri poprečni poltr-preoek jedna posude po dužini, koji prelazi kros sredinim taftfcu 0» 'raflrane linija označuju spoljne dimenzije sonduka poaude»

Može ae ustanoviti, da «a vrednosti d ved« od 0,55 prevodni ci M treball da budu unutar posuda· Xz efconoaafcih razloga« i zbog dimenzija, d treba da z« izabere izmedju 0,35 i 0*55·

Sada <S eno potrošiti način da istovreoeno ispunistot

1) Oslove» dBo dz

f) Uslove B (M) = 0 z „ i ds vidizo da li za i B o = 0 y i B o = 0 y n zobe» raftanja kompatibilna, bar približno, i da ao tri ualovn noga istevreaeno ostvaritl»

Valov Bo ₌ 0 nameče jr —

2*+ γΒ + fv,_{z o 0} IU ? - Σ - 2² 2

Unoseči vrednost sa 7 u (6), dobija ae» (6A) iii, nakon roS^njai ss ,λ h

- 2h

UnoaeČi ovu vrednost 2 u (6š), dobija se Y» (7)

Prana tone, noše so tmairati na jednoa dl Jagra» krivulje fao (y,2) «· f(d ), koj o aa jedna struno zodovaljavoju dB o i «-*- « o dz

Bo s» 0, a aa droge stmae B te) sO i Bo aO t preveriti da y e 7 li njihov presek daje , za položaj provoAiika, prihvatljivu vrednost«

Gotrebno je oatvariti sledeča tri uelovu istovremeno:

d3 o „ .»JL- ts .. 3 o s 0, 3 (K) x O dz ’ y a

Tabeli I se d.dajo, da ti se olakdalo traairanje krivulje

Ϊ, 2 — f(U )» zadovoljavajuči pri toa 3 (Μ)·0 i 2 0* G, vr~ e y ednoato/ ss 0,6, koja daje ϊ « 1,66 i Za - 0,98·

Zatim so traeira krivulja Y, Z f(oi), sadovoljuvujuči dvo jedriičina:

d3 o ds a o — o» y

ek	ί Y	Z
0,182	5,22	- 1,49
0,273	3,91	- 1,38
0,364	3,10	- 1,26
0,456	2,53	- 1,16
0,546	2,10	- 1,06
0,6	1,8 c	- 0,98
0,636	1,77	- 0,96

Vidi ae da se dve krivulj© aoku u jedno j t^čki čije su koordi — nato Y s 1,96, Z e — 1,01·

Ova tačka odgovora položaju prevodnika uuutur sanduka, ali u prtr· kai, aože se us e ti jedna ausodn < tačka, vun saaduka; dve krivulje so laguno risi las e, a rešonje ostajo JoS uvek pri tar .tl jlvo·

Frimonjenl sa loti rezultati na jodnoj posudi od 200·000 ampera, sa ko ju je hsi,77m., a = 1,50 m kada takodje ima 11 katodnih

-16:

šipki po svakoj veliko j strani . Do bi j a ju. se sledeče vrednosti:

TA3^T;LA 4

¢(	± Y	Z
0,182	6,36	“ 2,34
0,273	4,56	~ 2,01
0,364	3,48	- 1,70
0,455	2,69	- 1,36
0,546	1,99	- 0,91

Ha di j .gramu, slika g, konstatuje se da su krivulje Y, Z = F( d ) za 100.000 i 200.000 ampera vrlo bliske, ali da vre dno at ¢(=: 0,546 vodi jednoj geometrijakoj nemogučnosti.

U ostalom, dve krivulje bi se poklapale, ako bi se povečanje intenziteta dobilo samo izduženjem katode. U stvari, anode su takodje proširene ( (faktor a). Inače, pošto su a i h konstante, isti slučaj bi bio za poi ¢, a jednačina (5) pošto je ne— zavisna od intenziteta, krivulje Y, Z — f ( 4 ) bi bile identične.

(

Slučaj No» 2; klasične posude (slika6) napajane sa dva cela sorodnih sabimica, Nema susednih nlzova, Čelo a (uzvodno) prima intenzitet oilt a čelo 3 (nizvodno) prlma (1 - o< )i.

Proračun je identičan, ali pošto su ekvivalentni intenziteti (vidi tabelu I) anodnih sabimica različiti» nove vrednosti · i · su sledeče:

I*’ (1.5 - Λ) Ά

Α_χ( 2«( - 1) iii sa k^ o,9 (8) r - 0,9(2^-17

V’ ae --iii sak, =0,9

2(* + h )(1,5 “*)

-O^C^LL (9) 2(a^-+ h.2)(l,5 “°()

Lednačine (10) i (11) su identične sa'(2) i (5), dakle, ; 17 γ²* ζ² +|* 'Z W O (10) (f*'Y* 1 4-a²y’ - 2)z² -J* ' (1 - 2a²/¹ )Z - a²(v'a² --1) = 0 (11)

4_

U funkciji gore navedenih rezultata, odredjen je položaj nega — tivnih prevodnika za jednu klasičnu posudu od 100.000 ampera sa anodnim sabirnicamu napajanim sa dva Čela, sa h = 1,77 m i a — 1,175 m » koje takodje imaju 11 katodnih izlaznih šopki na svakoj velikoj strani.

1ABELA 5

	Λ	kota + Y u m.	kota Z u m.
	6/11 = 0,546	9,44	- 2,29
	7/11 ss 0,636	4,38	- 1,80
	0,7	3,07	- 1,48
	8/11 s 0,725	2,68	- 1,34
	0,8	1,86	- 0,95
	9/11 ss 0,818	1,66	- 0,81

ve vrednosti su pretstavljene na dijagramu, slika 10; može se konstatovati da d = 0,8 vodi ka jednoj nemogučnosti, i da, iz ekonomskih razloga teba da bi ramo <f\ izmedju 0,65 i 0,75·

B) JLUČAJ dfRIJk POBUDA KOJA IMA DVA SU3SDHA RIŽA U ISTO J ZGRADI

U praksi, ekonomiko redenje jeste da se instaliraju dva niza poauda u istoj zgradi.

Ja taj način se unese jedno vertikalno polje od susednog niza, dosta ujednačeno ρο vrednosti i znaku. Ako ovo polje b (poauda)

Z nazovemo vertikalno polje, indukovano od Strane susednog niza, na dijagramu, slika 11, se vidi, da je nemoguče istovremeno dobiti:

B (M) =s b (M) (posuda) + b (M) (susedni niz) χ 0 2 Z Z i

B (N) s b (N) (posuda)t- b (N) (susedni niz) = 0, z z j or b (Ll) (posuda) = — b (posuda), pošto je b antisimetrično u z z z odnosu na 0y, dok je b (M) (susedni niz) približno jednako b (N) z z (susedni niz) i istog je znaka.

Ka ovoj ulici 11, krivulja 1 prikazuje promenu b (posuda) bez su— Z sednog niza, duž M.O.N., krivulja 2 prikazuje b (susedni niz) z duž M.O.N., a krivulja 3 prikazuje promenu B_r (posuda + susedni niz) duž Ifi.O.N,

Potrebno je, dakle, kompenzirati dejstvo susednog niza.

Zbog toga je več ranije predložen izvesan broj rešen j a, na primer ona rešenja, koja eu predmet francuskih patenata No. 1.079· 131, podnet 7 aprila 1953 ( Kompanija Pdohiney), u kom_O se predlaze stvaranje jedne električne petlje oko posude, No. 1.185·

548, podnet 29 oktobra 1957 (ELektrokemisk a.S.) u kome se pri— stupa disimetričnem napajanju čela A i B, isto kao i u famcus — kom patentu No. 1.586.867, podnetom 28 juna I968 (Vsesojuznjr Nar

j.uchnoissledovatelsky i Proektny InstitutAluminievoi) iii u ftr* ancuskom patentu No. 2» 333.060, podnesenom 28 novembra 1975 (Aluminium Pčchiney), u kome se predlaže da se diferenci j alno odrede položaji negativnih 3abimioa za svaku stranu posude.

Ova dva poslednja reženj a znatno smanjuju uticaj susednog niza, ali ne ravnomemo po celo j posudi. Sa druge strane, b^( posuda) i b (posuda) nisu više simetrična u odnosu na 0x. Usl_ed toga se Z stvara disimetrija Laplace ovih sila F^.

Metoda, ko ju čemo sada opisati, koristi jedan kompenzaoioni pro— vodnik, kroz koji protiče struja -i, u suprotnom ameru struje I serije, koji se nalazi na spoljnoj strani dvaju niza posuda, i

1’9.· i postavljen je na miniraalnom rastejanju od sanduka, u saglasrnosti sa električnom sfgumošču.

Jedna slična metoda je več bila opisana u američkom patentu US 3 615 317· Potrebno je, medjutim, da se dovede u saglasnost aa prethodno postavljenim uslovima, a posebno sa postizavanjem Bo z; 0 i Β^ζΗ) Z θ· Slika 12 pretstavlja sematski presek jedne šale za elektrolizu (1), koja obuhvata dva susedna niza, od ko™ jih su prikazani samo anodni sistemi 2 i 3, a u kojima su posurde postavljene po dužini. Kompenzaoioni provodnioi su u 4 i 5. Vezni provodnioi posuda su izostavljeni» da se ortez ne bi pre— trpao· ZaokruZene strelice jemat ski prikazuju smer magnetnog polja, koje stvara svaki kompenzaoioni provodnik.

Označeni su. sai a : polu~3irina anodnog sistema d s rastojanje kompenzaoionog prevodnika od spoljaSnje Ivice anode : rastojanje izmedju unutražnjih ivica anodnih sistema dvaju niza posuda

E : polje koje stvara kompenzaoioni provodnik u M (unutrašnja atrana) p : polje koje stvara kompenzaoioni provodnik u H (SpoljaSnja strana e : polj? susednog niza u 32 f : polje susednog niza u N m: polje bz posude bez dejstva susednog niza

Vodeči računa o dva komponzaoiona provodnika» imaeemo:

'12a)

P - - 2i d²+ d(4a + 1) *4a² + al 2d + 4a + 1 (12'b) d² -f- d (4a + 1)

Iz ovoga ae izvodi odnoa K

20.

d² 4- d(4a + 1) d² + d(4a + 1) + 4»² + 2al (I2c) i d su fiksirane vrednosti zn konstrukciju i praktično su nezaviane od veličine posuda»

K varira sa a ali vrlo metlo, kao što to pokazuje jodnačina (I2c). Za jednu seri ju posuda , čiji j_e razmak izmedju anoda 1 · 7,40 m, i čiji je razmak izmedju korapenzacionog provodnika i spoljašnje ivice anode d = 1,80 m, nalažimo:

Za posudu od 100,000 ampera, gde je a = 1,175, identicnu onoj iz primera 1 i 3 : 0,52,

Za posudu od 200.000 ampera, gde je a — 1_#5 , identično sa onim iz primera 2, 0,47·

Prema torne, možemo se bazirati na vrednost K = 0,5.

Sada cerao izabrati jednu šemu posude, za koju je vrednost vertikalnog polja b (bez susednog niza) ravna m u tački M i — m Z u tački N,

M se odredjuje jednačinama:

m + e + KF = 0 -ra + f + P - 0

Odakle dobijamo vrednosti:

Kf - e m = r T,— + k _F___tej).....

+ k _E__-fc.+ + k (13a) (13b) (13e) e i f su direktno proporcionalni i, a vrednosti m, E i P biče takodje proporcionalni i. Prema torne, mogu se definisati 3 karakteristike:

, M ³ —

2ΐ·.

Koje važe za svaku po sudu. po stavi j snu po dužini, uzimajuči I radi pogodnosti, izraženo u kiloamperima.

Pošto je K približno ravno C,5» gornje jednaeine praktično glase:

0,5f ~ e

1,5

P 3S

1,5

P2UKTIU1,·.· P3IM3N3 PRPflSa 5

Za jednu seri ju posuda od 100.000 ampera, identične sa posudama iz primera 1 i 2, vrednosti vertikalnog polja od strane sused — nog niza u K i N sa s 7,40 mi ds 1,80 m su respektivno (merene vrednosti):

e s 24,4 · 10— Tesla f s 15,9· 10-⁴ Teela

Imacemo dalje:

K s 0,522 m' = - 0,0955*10—⁴ T/lOOO A P’ s - 0,:..04‘ΙΟ-⁴ T/1000 A E» = - 0,149*10-⁴ '7/1000 A — prema jednacini (12o) — prema jednacini (13a) — prema jednacini (13b) — prema jednacini (13o)

Odatle i‘, intenzitet struje u kompenzacionom prevodniku, prema jednačini (12a) iii (12b) - 226 A/lOOOA to jest 22,6% I

Zatim se izvrši provora da je u tačkama M i N zaistai s (Pl) - D (N) = 0 z z

UM« — 9,6·1Ο-⁴Τ - 15*1O~⁴T - 24,4*1O-⁴T - 0

U Ρϊ = + 9,6·10~⁴Τ - 28,4*10-⁴T s 0

2.2.-.

PRIMER 6

Sa istim posudama kao i u primerima 1 i 3» raste jan j 9 d j_e smanjeno na 1,20 m (ovo smanjenje je mogučno samo sko to dozvoljar· va raspored posuda)· Iz toga proističe znatno smanjenje Intenziteta i u kompenzacionom prevodniku.

Imac emo:

K = 0,41 m’ = - 0,1184*10—4 j/looo A

F’ - - 0,307*10—4 τ/LOOO A

E' ss — 0,126*10—4 TAOOO A i* = 169 A/1000 A, što Sini 16,9%

Izvrši se provera da su u tačkama K i N zaista R (M) = B (N) * 0 z z

U M = - 11*8 - 12,6 + 24,4 = θ

U N a + 11,8 - 30,7 + 18,9 = θ

Zaključek:

Ako se ostvari posuda čije je polje m· po 1000 A u tački M ravno

-Qx5£ ,2“—r u 10-⁴ T, dobic-e se ukupno polje B ravno nuli, kolt 5 i (ka) z risteči jedan kompenzaoioni provodnik kroz koji protiče struja i , koja ce biti funkcija rastojanja od spoljašnje ivice anode

Ako 3e preradjuje jedna stara serija posuda iz razloga električne sigurnosti i zbog njene veličine, d če biti ravno blizu 1,80, a intenzitet i provodnika kompenzacije biče u ovom slučaju 22,6% struje serije I.

U slučaju jedne nove sgiij·, d možg da bude manj«, jer če se nalaziti u jednom nezavisnom kanalu, izolovanom od serije. Za d * 1,20 kompenzaciona struja biče samo 16,9% struje I.

Ova metoda omogučava, dakle, da se smanje investicioni troško— vi, i utrošak kompenzacionog provodnika.

Ova metoda kompenzacije č_e se sada kombinovati sa prethodno opi--2^.

sanom metodom» koja teži da B (m) I B (0) budu ravni nuli.

² Ύ

Slučaj No. 3 i Posude sa središnim usponskim napajanjem (slika

5) anodnih sabiraika preko čela A pod intenzitetom i pomo — cu središnih usponskih vodova pod intenzitetom (1 — )I« Vodi se računa o susednom nizu.

U ovom slučaju, uslov fl o r 0- se ne menja, jer pošto su sušečih ni niz i kompenzacioni provodnik približno u ravni metala, nema ju dejstva na B . Imamo dakle iste jednačine kao (2) i (5) y

slučaja No. 1.

sa z² + + (*Z - 0 _ ,.,ii_r_OxSJ.,. .?h„. _ni _ ,„.q - o.,ž.ta>

k_x ¹¹¹ - o,g )14) (15)

Sa druge strane B (M) je izmenjeno: S

Imac emo:

b (M) anodne sabimice 4- b (Li) sabimik 1 + b (ii) sabimik 2 ss m z z z

Ponovi ja juci isto računanje kao i u slučaju No.l nalazimo:

2 2

Z - Y 4 a

9999 90 (i&+V-a ) 4 2af

9 a 4 ΓΓ (1 - 0,5e( ) stavljajuči:

(a² 4 h²) m’

Vi= dakle sa k^ = 0,9 =

Q*9 *^a lal±h5.

(1- o,5o() 2a ( 1 - O,5^)2a

Imac emo:

2s2, , 2„2 (Z 4 γ - a ) 4 4a

Izvlačeci vrednost Υ^ iz jednačine (14) dobija se jednačina drugog stepona:

(^4 4a² - 2)Z²- ^(1- 2a² Vi )Z 4 a² ( y_£a²- 1) = O (16)

Ova jednač-ina je identična sa jednačinom (5) kod slučaja No.l, bez susednog niza, sa novim koeficijentom γ₁ . Ona omogucava da se izračuna 2 koje se unosi u jednačinu (14) da bi se dobilo Z.

pima γ

Posmatrajmo posude od 10C.000 ampera, identične aa onima iz primera 1 i 3, postavljene u dva niza po zgradi, sa razmakom izme— d ju anode 1 — 7*40 m i provodnika za kompenzaciju postavi je — nog na rastojanju d = 1,80 m, kao u primeru 4·

Na isti način i sa istim konvencijama se za izračuna:

TABU, A No. 6

«4	+ Y u m.	2 u m.
0,182	3, 83	- 0,-78
0,273	3,26	“ 0,92
0,364	2,76	- 0, 96
0,455	2,31	- 0,92
0,546	1,90	- 0,81

Na slici 13» krivulja 1 nacrtana tačkasto odgovara resenju slučaja No.l, krivulja 2 u punoj liniji odgovara rešenju koje vodi računa o susednom nizu· Konstatuje se da se , iz prtiktičnih i ekonomskih razloga hira izmedju 0,35 i 0,50.

PPJEEB 8

Posmatrajmo posudu od 200.000 ampera, identičnu sa onima iz primera 1 i .3,.ali.postavlj ene po dva niza na gradjeVinu, sa raz makom izmedju anoda 1 = 7,40 m i provodnikom za kompenzaciju postavljenim na rastojanju od 1,80 m, kao u primeru 5·

Na isti način dobijamo vrednosti za y i z, koje au prikazane na dij agrarna, slika 14·

TA9ELA 8o·7

d.	± y	Z
0,091	5, 01	- 0,62
0,182	4,24	- 0,92
0,273	3,54	- 1,10
0,364	2,92	- 1,10
0,455	2,35	- 0,96

žaačuj Ko.« « glartOa« Pe«»d* t«Ulta. 6) «a ano<tneo »attrnlooa ga napajani« »a moto« 6*1» U) »a laUMttatoa °< 11 aa oltr

TpiaoK 8<a» (b). «a mt«n«iu»i» q - 4 Ji.

Sosedni ni* ee asisa a obslrt

Proračun j« isti kao i sa slučaj Κο·1 , ali posta sa ekvivalentni intenziteti anotalh eahimika rozllčlti, dobičemo nove vrednosti sa koefioijente i y ♦

Ostvarenje oslova B_y s O

tM - <Ha>

ζΤ3οΓ-ΐΓ lli

0.9(2,/- 1) (17)

Pošto 3 o nije pod uti oa j en sosednog niše, hi prevodnika sa kany pensaoiju, poat&vljeeog a revni zOy metala, lnadenot ϊ²+2²+ρ*Ζ as 0 (18)

C stvaren j e oslova 3^(^) 0 sova vrednost za Y| biče _ (g*- uma u · = _8² - h^Ž bile m L «0,9 (i;5-<<)2a (l,5-^)2*

Jednačina (19), koja daj· s je l*ta kao (16) sa novim vrednoa .--.26tima za £ i γ £ :

(1 (|Λ ί Y £² + 4a² y | - 2)z² - |Λ £(1 - ^2a'V £)2 ~ a²( γ £ a² - 1)=0

Posmatraju se klasične posud- ( slika 6) od 100.000 ampera, identično sa onima iz primera 4, postavljene u dva niza, u istoj zgradi, sa razmakom izmedju anoda 1 = 7,40 m i sa jednim pro — vodnikom za kompenzaciju postavljenim na rastojanju d = 1,80 m (kao u primeru 5).

na isti način, kao i u prethodnim slučajevima dobicemo vrednosti za Y i Z:

TABELA 8

A	± Y	Z
Oj 546	4,50	- 0,50
0,636	3,33	~ 0,97
0,727	2,36	- 0,97

Vrednosti su prikazane na dijagramu, slika 15.

ZaKLJUČaK

Iz ovih različitih primera proističe, vodeči računa o praktičnim i ekonomskim razlozima, koji zahtevaju da se provodnici ne postave na prevelikoj razdaljini od posude, niti u neposred — nom dodira, i čto se za ostvarenje pronalaska odabira koefi — cijentdL za rasporedjivanje struje : jednak iii manji od 0,55 u slučaju posuda koje se napajaju sa jednog čela i sa najmanje jednim sredisnim usponskim -vodom sa svake strane, a najbolje sa vrednoscu izmedju 0,45 i 0,55, jednakom iii manjom od 0,75 u slučaju klasičnih posuda, napajanih sa dva čela, a najpovoljni * je izmedju 0,75 i 0,65· h;-KTaoNAVOD O JAJ30LJP ΡΟΖΝΛΤΟΚ NAČINU ZA PRIVREDNU UPOTREBU PRONALASKA

POo/UPaK 'JA U NI ZO Vini A λΝΖΙΜα STRUJ

SM.lNJLNJE MAGNETNIH PO REMEC LITSKIH POBUDA VZLIKOG IN?:

Gore navedeni pronalazak je primenjen na jednu seri ju posuda od 130.000 ampera, sa sre dimnim usponskim vodovima, za koju je h (višina anodnih sabimioa iznad ravni xOy) = 1,77 m, i a (polu—širina anodnog sistema) = 1,175» sa 11 izlaznih katodnih šipki na svako j strani. U ovakvim uslovima, 4 može da vari ra samo po razlomku od 1/11. Ali se mogu takodje razmatrati kontinual—

ne varijacije vrednosti ά » m^njajuci električni otpor veznih provodnika, Razmatrano je 6 vrednosti od 4 i 2/11 (0,182), 3Al (0,273), 4/11 (0,364), 5/U (0,455), 6/11 (0,545), 7/11 (0,636). Priraena formula 1 do 5 u patentu, daje sledeče rezultate:
4	kota ± Y u m. kota Z u m.
0,182	6,00 - 2,04
0,273	4, 38 — 1, o 0
0,364	3,38 - 1,57
0,455	2,68 - 1,35 lzahr“° ’ resen j e
0,546	2,14 “ 1,11
0,636	1,66 - 0,31

J.3. — znak + znaei da ova kota vazi za negativne provodnike rasporedj ene sa svake strane ρο/ude. Ove vrednosti su prikazane na dijagramu u prilogu, koji je u stvari poprečni polu-pr©sek po dužini jedne posule, koji prolazi kroz sredisnu tačku 0.

Može se konstatovati» da za vrednost 4 vece od 0,55» provodnici bi tre balo da budu unutar posude· Iz ekonomskih razloga, i zbog

-2.1 a dimenzija, može se odabrati izmedju 0,35 i 0,55.

tj stvari izabrana je vrednost 0,455 kojoj odgovara γ as 2,7 me — tarai Z = - 1,35 netara.

Claims (5)

1. patentni zahtevi

   1) Postupak za smanjenje magnetskih poremecaja u nizovima el— akt w3.it ski n posuda velikog intenziteta struje za proizvodnju aiuminijuma, postavljenih po dužini, pri čemu se svaka posuda napaja strujom polazeči od po3ude ispred nje, i to istovremono sa uzvodnog čela delom intenziteta / , i sa najmanje jedne druge taeke koja se nalazi izmedju uzvodnog čela i uklju— čivo nizvodnog Čela , delom (1 — el ) intenziteta, naznačen time, sto s_e podužna horizontalna komponenta magnetnog po — lja B anulira u sredistu posude i sto se vertikalna komponen— y ta magnetnog polja Bz učini antisimetričnom u odnosu na osu 0y, postavljajuci negativne provodnike da budu paralelni sa csom 0x i da prolaze kroz tačke koordinata r i Z, koje zadovo— Ijav.ju sledeče dve jednaoine γ² +· Z² +· Z = 0 (f* ²/ + 4a²/ - 2)Z² - (k(1 - 2a²V )Z - a²(y a² - 1) s 0 u ko jima su i y koeficijenti, nezavisni od intenziteta struje, a zavise jedino od polu—širine a anodnog sistema i visi— n« h anodnih suhi mi c a iznad katodne ravni xOy , i od dela intenziteta X koji napaja uzvodno čelo svake posude.
2. 2) Postupak za snanjenje magnetnih peremecaja u nizovina elektrolitskih posuda velikog intenziteta struje prema patentnom zahtevu 1, naznačen time, što se osim toga anulira vertikalni gradijent horizontalne komponente magnetnog polja u sredistu dB o posude —» odredjujuči koordinate Y i Z negativnih pro — dz vodnika tako, da one približno, zadovoljavaju tr^ču jednačinu:

   (n h

   3>0 γ² - ζ² ( γ² + ζ²)²
3. 3) Poatupak za smanjenje magnetnih poremečaja u nizovima elektrolitskih posuda velikih intenziteta struje prema patentnim zahtevima 112, naznačen time, ato jedna posuda napajana struj om sa dva čela, na uzvodnom čelu primajuči deo «( ukupn_e struje, i sto So koeficijenti {Vi i y omogučavajuči da se fiksira položaj negativnih provodnika, odredjuju jednačinama:

   „ _ (1.s - «Oa» f» - 0,9(2 - 1) ₌ - 0.9 (2<<- 1)

   2(a²-»· h² )(1.5 o( )
4. 4) Postupak za smanjenje magnetnih poremečaja u nizovima elekir· rolitskih posuda velikog intenziteta struje, prema patentnim zahtevima 1 do 3» naznačen time, Što se za jednu posudu koja se napaja struj om preko uzvodnog Sela i najmanje preko jednog središnog usponskog voda, sa svake Strane, uzvodno čelo primajuči deo ukupne struje rf , koeficijenti omogučavajuči da se fiksira položaj negativnih provodnika odredjuju jednacinecia :

   (1 — Q.5<A) 2h p- 0,9 <A

   2(a² + h²)(l - 0,5o(j
5. 5) Postupak za smanjanje magnetnih poremečaja u nizovima elektrolitskih posuda velikog intenziteta struje, prema prethodnim patentnim zahtevima, naznačen time, Što se koeficijent raspo— redjivanja struje A odahira:

   — da hude jednak iii manji od 0,55, a najpovoljnije iz — ned ju 0,45 i 0,55 u slučaju posuda napajanih preko uzvodnog čela i najmanje preko jednog usponskog sredisnog voda, sa svake strane,

   - da hude nizi od 0,75, a najpovoljnije izmedju 0,75 i 0,05 u slučaju klasično g napajanja strujom preko dva čela.