KR810000247B1

KR810000247B1 - Apparatus for compensating the magnetic fields of adjacent rows of transversely arranged igneous electrolysis cells

Info

Publication number: KR810000247B1
Application number: KR770000544A
Authority: KR
Inventors: 모렐 포올; 듀고오즈 쟝-피에르
Original assignee: 버나르드드 파세마르; 알루미늄 페치니
Priority date: 1977-03-07
Filing date: 1977-03-07
Publication date: 1981-03-25

Abstract

내용 없음.No content.

Description

Magnetic field compensation device in adjacent rows of molten electrolytic cell arranged sideways

제1도는 전해조내에 존재하는 계수들의 다이아그램.1 is a diagram of the coefficients present in an electrolytic cell.

제2도는 전해조의 외측 헤드를 통한 개략적인 수직 단면도.2 is a schematic vertical section through the outer head of the electrolyzer.

제3도는 전해조의 외측 헤드의 사시도.3 is a perspective view of an outer head of the electrolytic cell.

제4도는 본 발명에 딸 보상도체의 전류강도를 측정하는 방법을 도시한 그라프.4 is a graph showing a method of measuring the current strength of the daughter compensation conductor in the present invention.

본 발명은 횡으로 배열된 용융 전해조의 인접열의 자장을 보상하는 장치에 관한 것으로 1976년 11월 27일 출원된 1976년 특허원 제 2948호의 개량에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for compensating a magnetic field of adjacent heat of a molten electrolytic cell arranged laterally, and to an improvement of Patent Application No. 2948 filed on November 27, 1976.

알루미늄은, 통상 전기적으로 직렬로 연결된 전해조들 내에서, 전해조를 통하여 흐르는 전류의 주울효과에 의해 950°-1000℃ 정도의 온도로 가열된 빙정석내의 알루미나 용액을 용융 전기분해하여 생산된다.Aluminum is usually produced by melt electrolysis of alumina solutions in cryolites heated to a temperature of about 950 ° -1000 ° C. by the Joule effect of the current flowing through the cell in electrically connected electrolytic cells.

각 전해조는 도가니를 형성하는 직사각형 음극으로 구성되며, 그 도가니의 기부는 소위 음극 바아(bar)로 불려지는 강철 바아에 고정된 탄소 블럭(block)으로 형성되어, 이 음극 바아가 한 전해조의 음극으로부터 다음 전해조의 양극으로 전류를 이동시키는데 사용된다.Each electrolyzer consists of a rectangular cathode that forms a crucible, the base of which is formed of carbon blocks fixed to a steel bar called a so-called cathode bar, from which the cathode bar is taken from the cathode of an electrolyzer. It is then used to move current to the anode of the electrolyzer.

마찬가지로 탄소로 만들어진 양극의 전해조의 도가니위에 걸쳐지는 상부 구조물에 고정된 소위 양극 마아라고 불려지는 알루미늄 바에 고착된 막대에 고정된다. 이들 양극 바아들은 소위 ＂스텝(step)＂이라고 불려지는 알루미늄 도체에 의하여 앞에 놓인 전해조의 음극 바아에 연결된다.It is likewise fastened to a rod attached to an aluminum bar called the anode, which is anchored to a superstructure that spans the crucible of an electrolytic bath made of carbon anode. These anode bars are connected to the cathode bar of the electrolyzer in front by an aluminum conductor called "step".

전해액 즉 빙정석내에 있는 알루미나 용융액은 양극과 음극 사이에 놓인다. 산출된 알루미늄은 음극에 침전되고 나머지 알루미늄은 음극 도가니의 기부에 남게된다.The electrolyte, ie the alumina melt in cryolite, is placed between the anode and the cathode. The resulting aluminum precipitates on the cathode and the remaining aluminum remains at the base of the cathode crucible.

도가니가 직사각형이므로 양극을 지지하는 양극 바아는 일반적으로 큰 변에 평행하며, 반면 음극 바아는 소위 전해조 헤드(head)라고 불려지는 작은 변에 평행한다.Since the crucible is rectangular, the anode bar supporting the anode is generally parallel to the large side, while the cathode bar is parallel to the small side called the electrolytic cell head.

전해조들은 전해조의 큰 변이 열의 축에 평행한가 혹은 작은 변이 평행한가에 따라 횡으로 또는 종으로 배열된다.The electrolyzers are arranged laterally or longitudinally depending on whether the large sides of the electrolysers are parallel to the axis of the row or the smaller sides are parallel.

전해조들은 전기적으로 직렬로 연결 되어 열의 양끝은 정류 및 조절을 하기 위해 변전소의 양 및 음의 출력단에 연결된다. 직렬로 연결된 각 전해조들에는 일정한 수의 직렬로 연결된 열이 포함 되며, 열의 수는 불필요한 도체의 길이를 없애기 위해 짝수로 되는 것이 좋다.The electrolyzers are electrically connected in series so that both ends of the heat are connected to the positive and negative output of the substation for rectification and control. Each electrolyzer in series contains a certain number of series-connected rows, and the number of rows should be even to eliminate unnecessary conductor lengths.

여러 도체, 즉 전해질, 액체 금속, 양극, 음극, 결선 도체들을 통하여 흐르는 전류는 상당한 자계를 만들어낸다. 도가니 내의 전해액 및 용융 금속 내에서 이들 자계는 소위 라플라스 힘(Laplace force)을 유기하며, 이 힘은 변동되므로 전해조의 작용에 해가 된다. 전해조와 이들을 연결하는 도체들은 전해조의 여러부분과 결선도체에서 발생하는 자장이 서로 보상하도록 설계 된다. 결과적으로, 전해조는, 전해조의 대칭면으로 전해조의 열에 평행하고 열에 평행하고 도가니의 중심을 관통하는 수직면을 갖게 된다.The current flowing through the various conductors: electrolyte, liquid metal, anode, cathode, and wiring conductors creates a significant magnetic field. In the electrolytic solution and molten metal in the crucible these magnetic fields induce so-called Laplace forces, which fluctuate and thus detrimentally affect the action of the electrolyzer. The electrolyzers and the conductors connecting them are designed so that the magnetic fields generated in the various parts of the electrolyzer and the conductors are compensated for each other. As a result, the electrolytic cell has a vertical plane which is a symmetry plane of the electrolytic cell, parallel to the rows of the electrolytic cell, parallel to the rows, and penetrating the center of the crucible.

그러나 이들 전해조들은 인접열에서 발생되는 자장에 의해 장애를 받게된다. 앞으로 ＂상부＂와 ＂하부＂라는 용어는 문제의 전해조의 열을 통해 흐르는 전류의 방향으로 가르친다. ＂인접열＂은 문제의 열의 가장 인접한 열을 나타내며 ＂인접열의 자장＂은 문제의 열을 제외한 그 외의 열들에 발생되는 자장의 합을 나타낸다.However, these electrolysers are hampered by the magnetic fields generated by adjacent heat. In the future, the terms "top" and "bottom" teach in the direction of the current flowing through the heat of the electrolyzer in question. The adjacent column represents the nearest column of the column in question and the magnetic field of the adjacent column represents the sum of the magnetic fields generated in the other columns except the column in question.

상기한 1976년 특허출원 제2948호에서, 횡으로 배열된 용융 전해조의 인접열내의 자장을 보상하는 장치에 관해 기술하였으며, 그 출원에서 인접 상부 전해조의 음극에서 하부 전해조의 양극에 전류를 공급하는 도체내의 전류분포는 인접열에 의해 발생되는 자장과 크기가 같고 방향이 반대인 자장을 발생하는 전기 루우프를 전해조에 중첩시키는 방법으로 변경되었다.In 1976 Patent Application No. 2948, a device for compensating a magnetic field in adjacent heat of a molten electrolytic cell arranged horizontally was described. In the application, a conductor for supplying current to the anode of the lower electrolytic cell at the cathode of the adjacent upper electrolyzer. The current distribution inside was changed by superimposing the electric loops in the electrolyzer with the same magnitude and opposite direction as the magnetic field generated by adjacent heat.

각 전해조는 양극에 부착된 막대가 고정되는 2개 이상의 양극 바아와 그 기부가 음극 바아에 봉해진 탄소 블럭들로 형성되는 음극 도가니로 구성되어, 하부 전해조의 양극바아는 적어도 2개의 스텝 즉 인접열의 측면에 위치한 내부 스텝과 외부 스텝의 2스탭에 의해 상부 전해조의 음극 바아에서 전류를 공급받으며, 각 스텝은 2개의 도체로 형성되며, 그중 하나는 음극 바아의 상부단부에 연결되고 다른 하나는 음극 바아의 하부 단부에 연결된다. 상부측 또는 하부 측의 내부 스텝에 있는 도체중 하나는 내부에서 취해진 음극 바아들의 대응하는 단부의 1/2이상과 연결되고, 외부 스텝의 대응 도체는 내부 스텝과 연결되지 않는 외부측 단부에 연결되고, 반면에 상부측 또는 하부측의 다른 내부 도체는 대응단부의 내부 1/2 및 외부의 1/2에 대응하는 외부 도체에 연결된다.Each electrolyzer consists of two or more anode bars on which a rod attached to the anode is fixed and a cathode crucible formed of carbon blocks whose base is sealed to the cathode bar. The current is supplied from the cathode bar of the upper electrolyzer by two steps of inner and outer steps, each of which is formed of two conductors, one of which is connected to the upper end of the cathode bar and the other of the cathode bar. Is connected to the lower end. One of the conductors in the inner step on the upper side or the lower side is connected to at least half of the corresponding end of the negative bar taken inside, and the corresponding conductor of the outer step is connected to the outer end which is not connected to the inner step. While the other inner conductor on the upper or lower side is connected to the outer conductor corresponding to the inner half and the outer half of the corresponding end.

자장이 전류의 강도에 비례하므로, 인접열에 의해 발생한 음의 수직 자장과 같은 강도의 추가의 양의 수직자장을 발생하는 전기적 루우프를 형성하도록 외부 도체에서 내부도체로 향하는 전류의 강도를 결정하기는 용이하다. 고로, 강도를 중첩시킴으로 대응하는 자장이 중첩된다.Since the magnetic field is proportional to the strength of the current, it is easy to determine the strength of the current from the outer conductor to the inner conductor to form an electrical loop that generates an additional positive vertical magnetic field of the same intensity as the negative vertical magnetic field generated by the adjacent heat. Do. Thus, by overlapping the strengths, the corresponding magnetic fields overlap.

따라서, 전향될 전류의 강도 계산은 상기 루우프에 흐르는 전류의 강도 Ⅰ에 의해 발생되는 자장을 계산하거나 측정하면 되고, 결국 이 자장을 보상되지 않은 전해조의 자장위에 중첩시켜 전해조의 최대 수직 자장의 절대값이 최소가 되도록 Ⅰ를 변화시키면 된다.Thus, the calculation of the strength of the current to be redirected can be done by calculating or measuring the magnetic field generated by the intensity I of the current flowing through the loop, and eventually superimposing this field on the magnetic field of the uncompensated electrolyzer, thereby increasing the absolute value of the maximum vertical magnetic field of the electrolyzer. What is necessary is just to change I to become this minimum.

실제로, 전해조의 4 모서리에서 수직 자계의 값은 측정 또는 계산되어 Ⅰ의 함수로 그라프에 기록되며, 최대수직자계의 최소 절대치에 해당하는 Ⅰ의 값 I₀는 직접 읽을 수 있다. 그 다음 일정한 수의 음극바아를 가능하면 강도 Ⅰ가 I₀에 근사하도록 되게 각 획로에 연결 하여 전기적 접속이 이루어진다.In practice, the value of the perpendicular magnetic field at the four corners of the electrolyzer is measured or calculated and recorded in the graph as a function of I, and the value of I, I ₀ , which corresponds to the minimum absolute value of the maximum vertical magnetic field, can be read directly. An electrical connection is then made to each stroke so that a certain number of cathode bars are possible so that intensity I approximates I ₀ .

그러나, 상술한 장치를 적용하는 중, 인접열의 영향은 전해조의 내측에서는 전해조 자체의 자장에 반대되는 자장을 발생하므로 유리하지만 전해조의 외측의 자장에 더해지는 자장을 발생하므로 좋지 못하다.However, while applying the above apparatus, the influence of adjacent heat is advantageous because it generates a magnetic field opposite to the magnetic field of the electrolytic cell itself inside the electrolytic cell, but is not good because it generates a magnetic field which is added to the magnetic field outside the electrolytic cell.

본 발명에 따르면, 인접열의 자장은 전해조의 외측에서만 보상된다. 이러한 목적으로, 전기적 보상 루우프는 전해조를 완전히 둘러 싸는 것이 아니라 외측 헤드 밑에만 국부적으로 있다.According to the present invention, the magnetic field of adjacent rows is compensated only outside the electrolytic cell. For this purpose, the electrical compensation loops are only local under the outer head, not completely surrounding the electrolyzer.

이러한 방법을 수행하는 장치는 외측 상부 도체의 전류의 일부를 전환시켜 그 전류가 내측으로 가게하는 것이 아니라 전해조 하부로 통과하도록 하는것이며, 이 전류는 전해조의 하부를 통과한 후 외측 상부도체에서 다시 합해진다.A device that performs this method is to divert some of the current in the outer top conductor so that the current passes through the bottom of the electrolytic cell rather than inward, and this current passes through the bottom of the cell and then sums back in the outer top conductor. Become.

앞으로 ＂보상도체＂라 불리울 이 도체의 위치는 도체가 만든 자장이 보상될 수직자장이 최대의 강도로 되는 전해조의 지점 즉 양극의 외부각에 근접되게 되어야 한다. 보상도체는 전해조의 기부에서 가능한 한 멀리 있어야 한다. 수평면게서 보상도체의 위치를 결정하기 위하여 수평도체에 의해 발생한 수직자장의 값(계산을 간략화 하기 위해 무한대로 생각 한다)은 수평면에서 거리 h만큼 떨어진 점 M에서 계산된다.The position of the conductor, hereinafter referred to as the "compensation conductor," should be close to the point of the electrolyzer, the vertical angle at which the magnetic field produced by the conductor is compensated for, to the maximum strength, the outer angle of the anode. The compensating conductor should be as far as possible from the base of the electrolyzer. To determine the position of the compensating conductor in the horizontal plane, the value of the vertical magnetic field generated by the horizontal conductor (think infinitely to simplify the calculation) is calculated at point M, a distance h away from the horizontal plane.

제1도에서 C는 보상도체의 단면을 표시하며 M은 보상될 자장(인접열에서 발생한)이 최대의 값이 되는 점이다.In FIG. 1, C denotes the cross section of the compensating conductor and M is the maximum magnetic field to be compensated for (occurred in the adjacent heat).

α는 보상도체와 점 M을 포함하는 면이 수직면과 이루는 각도이다. 도체 C를 흐르는 전류의 강도가 Ⅰ라 하면 점 M에서의 자계 B는

로 된다.α is the angle of the plane including the compensation conductor and the point M to the vertical plane. If the strength of the current flowing through conductor C is I, the magnetic field B at point M

It becomes

Bz가 점 M에서 자장의 수직 성분이라면If Bz is the vertical component of the magnetic field at point M

Bz는 sin 2α=1일 때 즉 α=45°일대 되대로 된다.Bz is reversed when sin 2α = 1, that is, α = 45 °.

그러므로, 제2도에서 볼수있듯이 도체와 양극의 외각에 의해 이루어진 평면이 수직에 대해 45°되도록 보상도체가 위치되어야 한다.Therefore, as can be seen in Figure 2, the compensation conductor must be positioned so that the plane made by the outer shell of the conductor and the anode is 45 ° to the vertical.

제2도에는 전해조의 외측헤드를 통한 개략전인 수직 단면도가 도시되어 있으며, 1은 양극, 2는 용융 전해액, 3은 액체 알루미늄의 층, 4는 음극블럭, 5는 보상될 수직자계가 최대가 되는 곳이 근접되어 있는 양극의 하부 모서리, 6은 보상도체를 나타낸다.FIG. 2 shows a vertical cross section through the outer head of the electrolyzer, where 1 is the anode, 2 is the molten electrolyte, 3 is the layer of liquid aluminum, 4 is the cathode block, and 5 is the maximum vertical magnetic field to be compensated for. The lower edge of the anode, close to the place, 6 represents the compensation conductor.

제3도에는, 전해조의 외측 헤드의 개략적 사시도가 도시되어 있으며, 보상도체 7이 따르는 정확한 위치와 통로를 도시한다. 이것은 외측 상부 음의 도체 9에서 전해조 10의 기부의 레벨로 내려가는 경사부와, 전해조의 하부에서 전해조의 작은 변 12에 평행한 수평 통로 11과, 외측 하부음의 도체의 레벨로 올라가는 경사부와, 그리고 상부 외측 도체와 재결합 되도록 큰변 16에 평행한 복귀 부분 15로 이루어진다. 점선으로 된 화살표는 보상자계를 발생하는 전기 루우프가 형성되는 방법을 도시한다.In FIG. 3 a schematic perspective view of the outer head of the electrolytic cell is shown, showing the exact position and passage along which the compensating conductor 7 follows. It has a slope that goes down to the level of the base of the electrolytic cell 10 from the outer upper negative conductor 9, a horizontal passage 11 parallel to the small side 12 of the electrolytic cell at the bottom of the electrolytic cell, a slope that rises to the level of the conductor of the outer negative sound, And a return portion 15 parallel to the large side 16 to recombine with the upper outer conductor. The dotted arrows show how the electrical loops are generated that generate the compensating magnetic field.

보상도체의 위치가 일단 결정되면, 루우프를 통해 흐를 전류의 강도는 그 강도에 따른 외측 및 내측 상부 모서리에서의 수직 자장의 변화를 계산하고 이들 두값이 동일하게 되는 강도를 선택하여서 전과 같은 방법으로 결정된다.Once the position of the compensating conductor is determined, the strength of the current flowing through the loop is determined in the same way as before by calculating the change in the vertical magnetic field at the outer and inner upper corners according to the strength and selecting the strengths at which these two values are equal. do.

제4도의 그라프는 예를들어 90KA 전해조의 경우 이러한 결정이 되어지는 방법을 도시한다.The graph of FIG. 4 shows how such a crystal is made, for example in the case of a 90KA electrolyzer.

보상도체에 있어서 전류의 강도는 변화되며 이 강도의 값이 횡축에 기록된다.In compensating conductors, the strength of the current changes and the value of this strength is recorded on the horizontal axis.

그 다음에 내측 상부, 외측 상부, 내측 하부, 내측 상부의 모서리에서의 수직작ㅖ의 값은 가우스 단위로 측정되고 종축에 기록된다.The values of the vertical operations at the corners of the inner top, outer top, inner bottom, and inner top are then measured in Gaussian units and recorded on the longitudinal axis.

또한 전해조의 중앙에서의 자계가 계산된다.The magnetic field at the center of the electrolyzer is also calculated.

그라프에서 보상전류의 최적치는 10KA보다 약간 낮다. 9.5KA를 택하므로써, 다음의 값들이 얻어진다.The optimum value of compensating current in the graph is slightly lower than 10KA. By choosing 9.5KA, the following values are obtained.

이러한 보상 방법에 의해 중앙에 발생된 자장은 수평 성분이 0이며 수직 성분이 대단히 작음을 알수 있다.The magnetic field generated in the center by this compensation method has a horizontal component of zero and a very small vertical component.

본 발명에 따른 방법과 장치는 단부 스텝을 갖는 전해조나 중앙 스텝을 갖는 전해조 모두에 적용할 수 있다.The method and apparatus according to the invention can be applied to both electrolysers with end steps or electrolysers with center steps.

Claims

An apparatus for compensating a magnetic field of adjacent rows of a molten electrolytic cell arranged in series, comprising: an outer upper negative conductor, an outer lower negative conductor, and an outer lower negative conductor to direct current from an anode of one electrolyser to an anode of an adjacent electrolyser; Comprising a compensating conductor extending from the lower side to the upper side under the electrolytic cell, the lower part of the compensating conductor is connected to the lower part of the outer upper negative conductor, and a portion of the current is passed through the outer upper negative conductor along the main lower side of the electrolytic cell. The upper and outer negative conductors of the compensating conductor are connected to each other so as to form a loop that is re-engaged with the same upper negative conductor by passing through the compensating conductor, horizontally under the electrolytic cell and parallel to the small side of the electrolytic cell and The device is positioned at an angle of 45 ° to the flattening vertical through the outer edge and the compensating cathode.