191178. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és elrendezés izzításos vagy tűzi elektrolízisnél alkalmazott eleytrolitikus cellasorokban fellépő mágneses zavarok kiküszöbölésére
1 191178 2 A találmány tárgya eljárás és elrendezés izzításos vagy tűzi elektrolízisnél alkalmazott elektrolitikus cellasorokban fellépő mágneses zavarok kiküszöbölésére. Ismeretes, hogy a nagyon nagy teljesítményű, keresztirányban elrendezett sort alkotó elektrolitikus cellák tökéletes működését a működés során fellépő mágneses zavarok teszik lehetetlenné. Ezek a cellák úgy működnek, hogy alumíniumból és kriolitból (szódium fluoridból) álló fürdőben feloldott timföldből elektrolízissel alumíniumot állítanak elő. A találmány tárgya az ezekben a cellákban lévő folyékony fémre haló mágneses erők csökkentése. Ezek az erők úgy jönnek létre, hogy a fémben vízszintes irányú áramösszetevők is fellépnek, amelyekhez hozzáadódnak az azonos sorban lévő, szomszédos cellákat összekötő vezetékekben folyó áram által indukált mágneses terek is. A gyakorlatban ezek a cellák több, egymással szomszédos sorban vannak elrendezve, és az egyes cellasorok egymással sorba vannak kapcsolva, hogy az áramkör az áramforráson keresztül záródhassak. A találmány csupán az azonos sorban elhelyezkedő, szomszédos cellákat összekötő vezetékekben folyó áramok által keltett mágneses erők kiegyenlítésére vonatkozik. Az egy vagy több, viszonylag közel elhelyezkedő szomszédos sor hatásaival más szabadalmi leírások foglalkoznak, lásd például a 2.333.060 számú francia szabadalmi leírást és az ahhoz kapcsolódó 2.343.826 számú francia pótszabadalmi leírást, valamint a 2.425.482 számú francia szabadalmi leírást. Ismert az a tendencia, hogy a beruházási és üzemeltetési költségek csökkentése érdekében növelik a termelőegységek méreteit, ami az elektrolitikus cellákon áthaladó áramerősség növekedéséhez vezet. Az új cellák áramerőssége a 200 000-300 000 A-es tartományban van, szemben a korábban szokásos 200 000 A alatti áramerősségekkel. Ilyen nagy áramerősségek mellett a mágneses erők hatása olyan mértékű, hogy amennyiben nem alkalmaznának különleges intézkedéseket, az elektrolitikus cellák hozama jelentős mértékben csökkenne, és végső soron azok normális működése szinte teljesen lehetetlenné válna. Ezek a zavarok a következő hatásokban nyilvánulnak meg: a) a folyékony fémréteg állandóan változtatja alakját, hullámzik, aminek mértéke bizonyos esetekben a szénanód-fémkatód közötti távolságnál nagyobb is lehet, másrészt a deformálódásnál aszimmetrikus kupolaalak jöhet létre; b) mivel a fürdő és a folyékony fém állandó mozgásban van, azok elhelyezkedése az elektrolízis tökéletes végrehajtása szempontjából hol kedvezőbben, hol kevésbé kedvezően alakul; c) a fürdő és a fém érintkezési felülete periodikus mozgásban van, ami az elektrolízis végrehajtására nézve hátrányos (instabil lesz a folyamat), és a periodikus mozgás hatására a folyékony fém bizonyos esetekben akár ki is csorbulhat a cellából. A mágneses zavarókat különböző módokon lehet kiküszöbölni: vagy a vízszintes áramösszetevőket, vagy a mágneses erőket vagy mindkettőt befolyásolják. Az ismert valamint a találmány szerinti megoldás ismertetésénél a következő jelöléseket és elnevezéseket fogjuk használni: Bx. By és Bz-vcl jelöljük a mágneses erőtér Ox, Oy illetve Oz tengelyek icányábn cső összetevőit, ahol az Ox, Oy és Oz tengelyek szabályos háromdimenziós koordinátarendszert képeznek, amelynek O középpontja a cella katódsíkjának középpontjával esik egybe, az Ox tengely a cella keresztirányú tengelye, amely a cellasorban folyó áram irányába mutat, míg Oy a cella hosszanti tengelye, Oz. pedig a felfelé mutató függőleges tengely. A cellák oldalait a szokásnak megfelelően „kis oldalnak" illetve „nagy oldalnak” nevezzük, és az utóbbi merőleges a cellasor tengelyére, ha az egyes cellákat az általuk képezett sor tengelyére merőlegesen rendezzük el. „Végnek nevezzük a cellák kis oldalainál lévő végeit valamint az anódrendszer végeit. A szokásnak megfelelően „előző cella felőli oldalnak” és az „előző cellával ellentétes oldalnak” vagy „következő cella felőli oldalnak” nevezzük az egyes cellák oldalait, a cellasorban folyó áram hagyományosan értelmezett áramirányának megfelelően. A jelen leíráshoz mellékelt rajzon az áramirány mindig az ábra alja felől az ábra teteje felé mutat, amelyet nyíllal jeleztünk. Végül „szóbanforgó cellának” nevezzük azt a cellát, amelyből az áramot a katódon keresztül kivezetjük, „előző cellának” nevezzük azt a cellát, amely a szóbanforgó cella anódrendszerét táplálja, és „következő cellának” nevezzük azt, amelynek az anódrendszcrchcz tartozó kcresztdarabjál a szóbanforgó cella katódáram-kivczctcsciről kapott árammal tápláljuk. A mágneses térerősség értékét mindig „Tesla”-ban (T) adjuk meg (IT = 10~4 Gauss). Az ismert megoldások szerinti hagyományos cellákban a vízszintes áramkomponensek főként a katódáram összegzésének módszere miatt jönne létre. Az áramot oldalt elrendezett rúdalakú katódáram-kivezetéseken keresztül vezetik ki, aminek az a hátránya, hogy az áram a katód két nagy oldalánál koncentrálódik. Ha növelik a cellák méretét, akkor szélesebb katódot kel! készíteni, és ennek következtésen nagyobb vízszintes áramkomponensek jönnek étre a folyékony fémben. A vízszintes áramkomponensek csökkentésére ismert az a megoldás, hogy a katódáram-kivezetéseket az elektrolizáló cella aljánál rendezik el, ilyen megoldás ismerhető meg például a 953.374 számú francia, a 451.183 számú olasz és az 1.125.949 számú francia szabadalmi leírásokból, melyek azonban nem foglalkoznak a cellákat egymással összekötő vezetékekkel. Az előző szabadalmi leírásban csupán viszonylag kis árammal, kb. 100 000 A-re! működő elektrolizáló cellákról van szó. Szintén körülbelül 100 000 A-es, viszonylag kis árammal dolgozó elektrolizáló cellákkal foglalkozik két további szabadalmi leírás, a 83.883 számú norvég és az 1.079.131 számú francia szabadalmi leírás, valamint az utóbbihoz kapcsolódó 65.320 számú pótszabadalmi leírás, amelyekben a mágneses erőtér kiegyenlítését a cellákat összekötő vezetékek megfelelő elrendezésével kívánták elérni. A javasolt megoldás hátránya, hogy a vezeték-elrendezés kialakítása sokba kerül, mégsem lehel megfelelőképpen kiegyenlíteni a mágneses erőteret. Az összekötő veze-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
