182983. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és kapcsolási elrendezés igen nagy áramerősségű elektrolizáló kemencék villamos táplálására
1 182 983 2 A találmány tárgya egyrészt eljárás igen nagy áramerősségű elektrolizáló kemencék villamos táplálására, amikor is elektrolizáló kemencéket hossztengelyükkel párhuzamosan egymás mögött sorban elrendezünk, majd áramirány szerint alsó kemence katódrendszerét a következő, felső kemence anódrendszerére vezetjük, másrészt az eljárás foganatosítására alkalmas kapcsolási elrendezés, amely sorbakapcsolt, hossztengelyükkel párhuzamosan egymás mögött elrendezett elektrolizáló kemencékhez kapcsolódó anódrendszert és katódrendszert tartalmaz. A találmány szerinti eljárás és kapcsolási elrendezés igen nagy áramerősségű, keresztirányban elhelyezett elektrolizáló kemencék sorozatában keletkező mágneses zavarok csökkentésére szolgál, és előnyösen alumíniumnak olvasztott kriolitban oldott timföld elektrolízisével történő előállításában használható. A javasolt megoldással az egyes kemencék és az ugyanabban a vonalban elhelyezett szomszédos kemencék által keltett zavarok csökkentésére alkalmas. A szomszédos vonal vagy vonalak hatását, ha ezek viszonylag közel helyezkednek el az adott vonalhoz, egy másik bejelentés tárgyát képező megoldással lehet csökkenteni. Az alumíniumgyártásban a beruházási összegek relatív csökkentése és a profit növelése érdekében egyre nagyobb áramerősségű kemencéket hoznak létre. Húsz évvel ezelőtt, 100 000 amper volt a maximális alkalmazott áramerősség, ami jelenleg 200 000 amper körüli értékre emelkedett. Ismeretes, "hogy a vonal tengelyére keresztirányban elhelyezett kemencék ugyanolyan méretek esetében kisebb mágneses hatást keltenek, mint a hosszirányban elhelyezett kemencék, de ezzel az üzemeltetési feltételek bonyolultakká válnak. Az 1977. szeptember 20-án az Aluminium Pechiney cég részére megadott 4 049 528 számú USA szabadalom leírása ismerteti azokat a feltételeket, amelyeket be kell tartani ahhoz, hogy a keresztirányú kemencék által keltett mágneses hatásokat csökkentsük, és a kísérletek tanúsága szerint az adott feltételek alkalmazása jelentősen javítja az alumíniumgyártás eredményességét, különösen energiafelhasználás tekintetében, mivel a mágneses zavarok szintjét a keresztirányú elrendezés ebben az esetben jelentősen csökkenti. Ezeknek a feltételeknek a kidolgozásakor azonban nem vették figyelembe a katódsínek, a kemence felépítményi struktúrájának és esetleg az építmény ferromágneses tömegei által kiváltott árnyékoló hatásokat. Miután az elektrolizáló fürdőben és a katódfémben a gyártási műveletek alatt lejátszódó jelenségek mérésére megfelelő eljárást dolgoztak ki, lehetővé vált ezeknek a ferromágneses tömegeknek a figyelembevétele a számításokkal meghatározott tér nagyságára. A találmány feladata ennek megfelelően olyan eljárás és kapcsolási elrendezés kidolgozása, amelynek révén a különböző külső hatások figyelembevehetők és a mágneses zavarok szintje tovább csökkenthető. A találmány alapja az a felismerés, hogy az árameloszlás megfelelő választásával a ferromágneses tömegek, az áramot kísérő mágneses hatások befolyása korlátozható. A kitűzött feladat megoldására olyan, igen nagy áramerősségű elektrolizáló kemencék villamos táplálására szolgáló eljárást dolgoztunk ki, amikor is elektrolizáló kemencéket hossztengelyükkel párhuzamosan egymás mögött sorban elrendezzük, majd áramirány szerint alsó kemence katódrendszerét a következő, felső kemence anódrendszerére vezetjük és a találmány szerint az anódrendszert a felső kemence hossztengelye mentén helyezzük el, közbenső pontjával az alsó kemence felső katódsínjére, illetve két szélső pontjával az alsó kemence alsó katódsínjére csatlakoztatjuk oly módon, hogy a két szélső pontön az áramerősség az 1/8 ... 21/8 értéktartományba esik, ahol I a felső kemencébe vezetett áram teljes áramerőssége. Ugyancsak a kitűzött feladat megoldására, a fenti eljárás foganatosítására kapcsolási elrendezést dolgoztunk ki, amely sorbakapcsolt, hossztengelyükkel párhuzamosan egymás mögött elrendezett elektrolizáló kemencék1 hez kapcsolódó anódrendszert és katódrendszert tartalmaz és a találmány szerint a katódrendszer a kemence áramirány szerinti felső és alsó oldalán kialakított katódsínekkel, míg az anódrendszer a hossztengely mentén elrendezett anódsínt tartalmaz, ahol az áramirány szerinti also kemence felső oldaláról a katódsín a felső kemence anc dsínjének középső tartományába, míg alsó oldaláról oldalcsatlakozókkal az anódsín két szélső pontjára van vezetve. Előnyösen az oldalcsatlakozó és az anódsín központi tartománya között is kapcsolatot hozunk létre az oldalcsatlakozóban folyó áram megosztására. A találmány szerinti eljárás és kapcsolási elrendezés alkalmazásával az alumíniumgyártás hatásfokajavítható, az alkalmazott igen nagy áramerősségek negatív hatásai csökkennek. A találmány tárgyát a továbbiakban példakénti foganatosítási mód és kiviteli mód alapján ismertetjük részletesen. A rajzzal kapcsolatban először az 1-4. ábrákra hivatkozva a problémafelvetést ismertetjük, ahol az 1. ábra az alumíniumgyártásban alkalmazott elektrolizaló kemence keresztmetszete, a 2. ábra az elektrolizáló kemence katódjának vízszintes keresztmetszete, a 3. ábra a fémekben a mágneses tér hatására keletkező úgynevezett Laplace-erők vízszintes hosszirányú összetevőinek eloszlása, míg a 4. ábra a kemencenegyedekre eső átlagos Bz indukció, majd ezt követően az 5—9. ábrára hivatkozva a találmány szerinti eljárást és kapcsolási elrendezést, ahol az 5. ábra a találmány szerinti kapcsolási elrendezés vázlata, a 6. ábra a kemence tápellátásának találmány szerinti egyik lehetősége, a 7. ábra a kemence tápellátásának találmány szerinti másik lehetősége, a 8. ábra a kemence tápellátásának találmány szerinti egy további lehetősége, a 9. ábra a mágneses indukció értékeinek változása a kemencében levő fém síkjához viszonyítva. A következőkben a szokványos megállapodások szerint járunk el, jobbforgású koordinátarendszert veszünk fel az X-, y-, z-tengelyek mentén a mágneses indukció összetevőit Bx, By, Bz jelöléssel látjuk el, a koordinátarendszer O középpontját a kemence katódsíkjának középpontjában jelöljük ki: az x-tengely a vonal tengelyiránya, y erre merőleges vízszintes irány és a z-tengely függőlegesen felfelé irányul. A szokásos megállapodásoknak megfelelően a hagyományos áramirányítást tekintve állapítjuk meg az áramirányhoz viszonyított alsó és felső helyzeteket. A mágneses tér rajzaira vonatkozóan az „antiszimmetrikus” kifejezés egy adott síkra vonatkozóan annyit 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
