166536. lajstromszámú szabadalom • Elektrolizáló cella olvadt fémek előállítására

3 166536 4 vezetősíneken belül csökkentjük az áramsűrűséget, és/vagy átrendezzük az áramutaknak a cellához és a megolvadt alumíniumréteghez viszonyított geometriai alakját. Például az egyik gyakorlati fogás a cellán belüli mágneses terek kellemetlen hatásának csökkentésére az, hogy a katód- és az anódvezetékeket, ill. áramvezető síneket a cellához képest átrendezzük. Azt találtuk, hogy a mágneses tét egyik komponensét hiába csökkentjük a cellán belül, mert a mágneses tér többi komponense továbbra is kedvezőtlenül hat. Vagyis a többi komponens erőhatása olyan módon nő vagy csökken, hogy az alumínium keringése mindenképpen meggyorsul. Ez azért van, mert az olvadt fémet mozgató elektromechanikus erők olyan bonyolult örvénylő mozgást idéznek elő, hogy a mágneses tér csupán egyetlen komponensének csökkentése vagy kiküszöbölése, a fém mozgásának problémáját inkább fokozza, mint mérsékeli. A legtöbb alumíniumipari cella rendelkezik egy külső mágnesesen vezető (ferromágneses) acélburkolattal, amelynek az a szerepe, hogy a cella belsejét leárnyékolja a külső mágneses terekkel szemben. Ez az acélburkolat azonban mágnesesen folytonos (zárt mágneses kört alkot) úgy a cella oldalai mint a végei mentén, és. teljesen körülzárja a cellaáramot és a gyűjtősínek áramait. A cellán belül folyó áram mágneses fluxust gerjeszt, amely a mágnesesen folytonos burkolat alakját követi, és így erős mágneses teret indukál a burkolatban. Az Ampere-törvény (gerjesztési törvény) értelmében: § H.dl = I, azaz burkolatban ébredő H mágneses térerősségnek a burkolat kerülete mentén számított zárt görbementi integrálja egyenlő a burkolat által körülzárt áramok eredőjével. Például tételezzük fel, hogy a mágneses tér egyenletes eloszlású a burkolat mentén. Ebben az esetben a H mágneses térerősség egyenlő egyszerűen a burkolat által körülzárt áram osztva a cella kerületével. Az elektrolizáló cellák áramának növekedtével (ami az utóbbi évek irányzata) a mágneses térerő annyira íokozódik, hogy a burkolat mágnesesen telítődik, és ezáltal annak árnyékoló hatása csökken a cellán kívüli mágneses terekkel szemben. A találmány szerint megalkotott elektrolizáló cella olvadt fémek előállítására szolgál, és mágnesesen vezető anyagból készült burkolata van. Áram áthaladásakor ebben a cellában is keletkezik mágneses tér. Ez a mágneses tér igyekszik telíteni a burkolatot, és bizonyos irányban nagyon erős mágneses fluxus komponenst indukál. A burkolat el van látva a mágneses tér irányára lényegében merőlegesen fekvő, elnyújtott mágneses fluxusgátló elemekkel. A fluxusgátló elemek képesek a mágneses térerősséget magukba és szűkebb környezetükbe koncentrálni. A cellán belüli mágneses térerősségnek a fluxusgátló eszközök területére való koncentrációja miatt a burkolat többi részében és a cella belső terének egyéb helyein csökken a mágneses térerősség értéke. Vagyis enyhül a burkolat többi részének telítettsége, és ezáltal a cella burkolata hatásosan tud árnyékolni a cellán kívül keletkező mágneses terekkel szemben. A találmány szerinti elektrolizáló cellát az jellemzi, hogy a burkolatban a mágneses fluxus-komponens irányára merőlegesen elhelyezett, a mágneses térerőnek önmagukba, valamint a cella belsejének velük szomszédos részeibe való koncentrálására, de ugyanakkor a burkolat többi részében a telítettség mérséklésére alkalmas, és a cella burkolatának a cellán kívül keletkező mágneses terekkel szemben hatásos árnyékolását létesítő elnyújtott, mágneses fluxust gátló elemek vannak. A fluxusgátló elemeket a burkolatba vágott hasítok vagy rés alakjában állítjuk elő. A hasítékot vagy rést célszerű valamilyen nem mágneses anyaggal kitölteni és leforrasztani annak érdekében, hogy a cellát lezárjuk, és a burkolat szerkezeti egységét fenntartsuk. A burkolatba vágott rés lényegében a cella árama által gerjesztett mágneses tér erővonalaira merőleges irányban húzódik. A burkolatban gerjesztett mágneses térerősség a résben és a rés környezetében koncentrálódik. Az eddigi ismert cellák esetén ezen a helyen a mágneses térerősség rendszerint gyenge volt, és nem akadályozta az olvadt fémnek a cellán belüli keringését. Miután az említett mágneses térnek a burkolat mentén számított mágneses feszültsége egy meghatározott érték (csak a cella áramától függ, amint fentebb az Ampere-törvénnyel kapcsolatban kifejtettük), a burkolat többi részében és a cella belsejének egyéb részeiben a mágneses feszültség annyival csökken, amennyivel a résekben és azok környezetében megnő. A csökkent mágneses feszültség és a hozzátartozó kisebb térerősség miatt pedig a fémáramlás lassul és/vagy meg is szűnik. Ezenfelül a burkolatban levő hasíték vagy rés a burkolat telítettségét is csökkenti, ezáltal növeli a burkolatnak a cellán kívül keletkezett mágneses terekkel szembeni árnyékoló képességét. A találmány egy további kiviteli alakjában a külső mágneses tér egy hasznos komponensének a cellán belül kifejtett előnyös hatását azáltal fokozzuk, hogy egy mágneses fluxus csatoló elemet alkalmazunk. A csatoló elem a cella burkolatának bizonyos kritikus részeit mágnesesen telíti. Ezáltal fokozódik a cellán kívül keletkezett mágneses térnek a cella belső terébe való behatolása, amelynek következtében az olvadt fémre ható erők célszerűbb térbeli eloszlás szerint rendeződnek. A találmányt ezek után a mellékelt rajzok segítségével részletesebben fogjuk ismertetni. A mellékelt rajzok felsorolása: 1. ábra. A találmány szerinti elektrolizáló cella részleges oldalnézete, amelynek külső burkolatában nem mágneses rések vannak. 2. ábra. Az 1. ábra szerinti cella felülnézete. 3. ábra. Az 1. ábra szerinti cellának a III—III vonal mentén szerkesztett és nagyított metszete. Most rátérünk a rajzok részletes ismertetésére. Az 1. ábra egy a fémkohászati iparban, főleg az alumíniumgyártásnál általánosan ismert elektrolizáló 10 cellát vagy kádat tüntet fel. Az ilyen cellák vagy kádak mágnesesen vezető anyagból, pl. acélból készült külső 12 burkolatból és katódként szereplő, széhanyagból készült belső 14 bélésből állnak, amint a 3. ábrán keresztmetszetben, az 1. ábrán pedig szaggatott vonallal rajzolva láthatjuk. A burkolat tetején általában egy 16 peremet szoktak kialakítani, amely a 3. ábrán bemutatott alakú lehet, bár a találmány nem korlátozható csak ilyenre. A 10 cella 14 bélésébe (annak mindkét oldalán) a 12 burkolat 17 nyílásain keresztül 18 katódgyűjtő 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2