EP0003712A1 - Process for reducing the magnetic perturbations in rows of high amperage electrolytic cells - Google Patents

Process for reducing the magnetic perturbations in rows of high amperage electrolytic cells Download PDF

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EP0003712A1
EP0003712A1 EP79420008A EP79420008A EP0003712A1 EP 0003712 A1 EP0003712 A1 EP 0003712A1 EP 79420008 A EP79420008 A EP 79420008A EP 79420008 A EP79420008 A EP 79420008A EP 0003712 A1 EP0003712 A1 EP 0003712A1
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tank
series
electrolytic cells
current
tanks
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EP79420008A
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Paul Morel
Jean-Pierre Dugois
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Rio Tinto France SAS
Original Assignee
Aluminium Pechiney SA
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/16—Electric current supply devices, e.g. bus bars

Definitions

  • the present invention relates to a new method for reducing magnetic disturbances in the series of high intensity long electrolysed cells, intended for the production of aluminum by electrolysis of alumina dissolved in molten cryolite. It applies to the reduction of disturbances due to the clean field created by each tank and by its neighbors in the same queue and the adjacent queue when the latter is at a distance relatively close to the queue considered.
  • Laplace forces which develop in metal are the source of the deformation of the bath-metal interface.
  • B x , B and B being the three components of the magnetic field B along the xyz axes Ox, Oy, Oz, j, j and j being the three components of the density of xyz current in the metal.
  • the set of forces f 1 (x) on a parallel to Ox (of abscissa y) in the first quarter is: because is constant due to the usual arrangement of cathode bars with transverse outputs; the same is true of j z .
  • B (M) and B (o) are zero, the value of B on the Oy axis does not exceed 2 at 3.10 -4 TESLA, for a tank of 100,000 amperes, which is negligible.
  • the curve of B on each axis is then also asymmetric.
  • FIG. 4 represents, in the case of a conventional tank of 115,000 amperes, and in correspondence with FIG. 3: in solid lines, the asymmetrical dome shape, and large arrow (up to 4 cm) in the case of '' an asymmetrical curve B z (solid line) and the symmetrical dome shape with a small arrow (about 1 cm) in the case where B z is asymmetrical with respect to the axis Oy, that is to say after setting in work of the invention.
  • the asymmetric force comes, in the first case, from the fact that the set of positive forces from R to P, F (x) is about three times more
  • the invention applies to long tanks fed either by the two heads or by the upstream head and at least one lateral rise on each side.
  • the negative conductors (connecting conductors between the tanks) are arranged symmetrically with respect to the median plane xOz. Referring to Figure 1, denote by Y and Z the coordinates of these conductors in the xOz plane.
  • the field of the neighboring queue is compensated by means of an auxiliary conductor disposed along each queue in which a direct current is circulated in the opposite direction to that of the circulating current in line, and whose intensity is provided by the resolution of a system of equations taking into account the various magnetic influences on each tank.
  • k 1 is an experimental coefficient which takes account of the fact that the cross is formed, in practice, of two branches and of the discontinuity duejj to the interval between the crosses of each tank of a file. k 1 is almost always close to 0.9 and we will keep this value later.
  • h is the height of the spider above the xOy reference plane.
  • B y ° is equal to: b y ° (crosspiece) + b y ° (manifold 1) + b y ° (manifold 2) and must be equal to 0.
  • Case n ° 2 Classic tanks (figure 6) supplied by the two heads of the spider. No neighboring queue. Head A (upstream) receives an intensity a I, head B (downstream) receives (1 - a) I.
  • curve 1 represents the variation of b (tank) without z neighboring file, along MON
  • curve 2 represents the variation of b z (neighboring file) along MON
  • curve 3 represents the variation of B z (tank + neighboring file) along MON
  • the method which we will now describe uses a compensation conductor traversed by a current -i which flows in the opposite direction to the current I of the series, located on the outside of the two rows of tanks, and placed at a minimum distance from the box, compatible with electrical safety.
  • FIG. 12 is a diagrammatic section of an electrolysis room (1) comprising two adjacent lines, of which only the anode systems 2 and 3 have been shown, and, in which the cells are arranged lengthwise.
  • the compensation conductors are in 4 and 5.
  • the connection conductors of the tanks are omitted so as not to overload the drawing.
  • the rounded arrows schematize the directions of the magnetic field created by each compensating conductor.
  • K l and d are values fixed during construction and practically independent of the size of the tanks.
  • e and f are directly proportional to i, and the values of m, E and F will therefore also be proportional to i.
  • the distance d was reduced to 1.20 m (this reduction is only possible if the arrangement of the tanks allows it). This results in a significant reduction in the intensity i in the compensation conductor.
  • a zero total field B z will be obtained by using a compensation conductor traversed by a current i which will be a function of its distance from the outside edge of the anode.
  • a current i which will be a function of its distance from the outside edge of the anode.
  • This method therefore makes it possible to minimize the investment cost, and the consumption of the compensating conductor.
  • condition B (M) is modified: z
  • the neighboring queue is taken into account.
  • Equation (19) giving z is the same as (16) with the new values
  • the coefficient a current distribution equal to or less than 0.55 in the case of tanks fed by a head and at least one central rise on each side, and preferably between 0.45 and 0.55, equal to or less than 0.75 in the case of conventional tanks supplied by the two heads, and preferably between 0.75 and 0.65.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de réduction des perturbations magnétiques dans les séries de cuves d'électrolyse à haute intensité. Le procédé consiste à faire passer les conducteurs négatifs de liaison entre cuves et à fixer la répartition du courant entre la tête aval et la tête amont ou les montées centrales de chaque cuve, de façon à annuler la composante By du champ magnétique au centre de la cuve et à rendre antisymétrique la composante Bz du champ magnétique au milieu du grand côté de la cuve par rapport à l'axe Oy. On compense en outre le champ de la file voisine au moyen d'un conducteur de compensation parcouru par un courant circulant en sens inverse du courant d'électrolyse. Application à la production d'aluminium dans des séries de cuves d'électrolyse alimentées sous des intensités pouvant atteindre 200 000 ampères.The invention relates to a method for reducing magnetic disturbances in series of high intensity electrolytic cells. The method consists in passing the negative connecting conductors between tanks and in fixing the distribution of the current between the downstream head and the upstream head or the central risers of each tank, so as to cancel the By component of the magnetic field in the center of the tank and to make the component Bz of the magnetic field in the middle of the long side of the tank antisymmetric in relation to the axis Oy. The field of the neighboring file is also compensated by means of a compensation conductor traversed by a circulating current opposite to the electrolysis current. Application to the production of aluminum in series of electrolytic cells fed at intensities up to 200,000 amps.

Description

La présente invention concerne un nouveau procédé pour réduire les perturbations magnétiques dans les séries de cuves d'électrolysé en long, à haute intensité, destinées à la production d'aluminium par électrolyse d'alumine dissoute dans de la cryolithe fondue. Elle s'applique à la réduction des perturbations dues au champ propre crée par chaque cuve et par ses voisines de la même file et de la file adjacente lorsque celle-ci se trouve à une distance relativement proche de la file considérée.The present invention relates to a new method for reducing magnetic disturbances in the series of high intensity long electrolysed cells, intended for the production of aluminum by electrolysis of alumina dissolved in molten cryolite. It applies to the reduction of disturbances due to the clean field created by each tank and by its neighbors in the same queue and the adjacent queue when the latter is at a distance relatively close to the queue considered.

On sait que, pour réduire les investissements et augmenter les rendements, la tendance est d'augmenter la puissance des cuves, qui, alimentées sous 100 000 ampères, il y a vingt ans, atteignent maintenant 200 000 ampères. On sait également, que les cuves disposées en travers par rapport à l'axe de la file, présentent à dimensions égales, des effets magnétiques moindres que les cuves disposées en long, malgré la complication des conditions d'exploitation et la détérioration des conditions de travail qui en résultent. De ce point de vue, les cuves en long ne présentent pas ces inconvénients, et le but de l'invention est un procédé permettant de ramener les effets magnétiques des cuves en long à un niveau inférieur à celui des cuves en travers, d'où il résulte des économies d'énergie considérables tout en conservant les avantages d'exploitation dûs à la disposition en long.We know that, to reduce investments and increase yields, the trend is to increase the power of the tanks, which, supplied with 100,000 amps twenty years ago, now reach 200,000 amps. It is also known that the tanks arranged transversely to the axis of the line have smaller magnetic effects than the tanks arranged lengthwise, despite the complication of the operating conditions and the deterioration of the operating conditions. resulting work. From this point of view, longitudinal tanks do not have these drawbacks, and the aim of the invention is a method making it possible to reduce the magnetic effects of longitudinal tanks to a level lower than that of transverse tanks, whence it results in considerable energy savings while retaining the operating advantages due to the long layout.

Dans tout ce qui va suivre, on désignera, selon les conventions habituelles, par B , B et B les composantes du champ magnétique selon les axes Ox, Oy x y z et Oz, dans un trièdre rectangle direct dont le centre 0 est le centre du plan cathodique de la cuve, Ox est l'axe longitudinal dans le sens de la file, Oy, l'axe transversal et Oz l'axe vertical dirigé vers le haut.In all that follows, we will designate, according to the usual conventions, by B, B and B the components of the magnetic field along the axes Ox, Oy xyz and Oz, in a direct right-angled trihedron whose center 0 is the center of the cathode plane of the tank, Ox is the longitudinal axis in the direction of the file, Oy, the transverse axis and Oz the vertical axis directed upwards.

Selon la convention habituelle, on désigne les positions amont et aval par référence au sens conventionnel du courant dans la série.

  • La figure 1 représente en coupe verticale transversale, passant par le point 0, une cuve d'électrolyse en long.
  • La figure 2 représente, en coupe horizontale schématique, passant par le point 0, une cuve d'électrolyse en long.
  • La figure 3 est un diagramme du champ B le long d'un grand côté de la cuve.
  • La figure 4 représente la forme de l'interface métal-électrolyte selon la répartition du champ B de la figure 3.
  • Les figures 5 et 6 schématisent deux dispositions possibles pour l'alimentation des cuves en long : par une tête et des montées centrales (figure 5) ou par les deux têtes (figure 6).
  • Les figures 7,8, 9 et 10 montrent la position du conducteur négatif selon l'invention, en fonction du coefficient a, fraction de courant alimentant la tête amont.
  • La figure 11 explicite l'influence du champ de la file voisine sur le champ total d'une cuve donnée sur son petit axe Oy.
  • La figure 12 montre la position des conducteurs de compensation du champ de la file voisine dans une salle d'électrolyse comportant deux files relativement proches.
  • Les figures I3, 14 et 15 montrent la position du conducteur négatif en fonction du coefficient a lorsqu'on tient compte de l'influence de la file voisine.
According to the usual convention, the upstream and downstream positions are designated by reference to the conventional direction of the current in the series.
  • Figure 1 shows in vertical cross section, passing through point 0, a long electrolytic cell.
  • Figure 2 shows, in schematic horizontal section, passing through point 0, a long electrolysis tank.
  • Figure 3 is a diagram of field B along a long side of the tank.
  • FIG. 4 represents the shape of the metal-electrolyte interface according to the distribution of the field B of FIG. 3.
  • Figures 5 and 6 schematically show two possible arrangements for feeding the tanks lengthwise: by a head and central risers (Figure 5) or by the two heads (Figure 6).
  • Figures 7,8, 9 and 10 show the position of the negative conductor according to the invention, as a function of the coefficient a, fraction of current supplying the upstream head.
  • Figure 11 explains the influence of the field of the neighboring queue on the total field of a given tank on its minor axis Oy.
  • FIG. 12 shows the position of the compensation conductors for the field of the neighboring line in an electrolysis room comprising two relatively close lines.
  • Figures I3, 14 and 15 show the position of the negative conductor as a function of the coefficient a when the influence of the neighboring line is taken into account.

Exposé du problèmeStatement of the problem

Le brevet français 1 143 879, déposé le 28 Février 1956, au nom de "PECHINEY" a donné les conditions à respecter pour réduire les effets magnétiques dans les cuves en long, et la plupart des cuves construites dans le monde, depuis cette époque, ont utilisé les dispositions des conducteurs préconisés, afin de satisfaire à la double condition :

Figure imgb0001
au centre de la cuve dans lequel B est la composante horizontale du champ magnétique selon l'axe Oy (axe horizontal perpendiculaire à l'axe de la file) et
Figure imgb0002
est le gradient de ce potentiel selon l'axe vertical au centre de la cuve.French patent 1,143,879, filed February 28, 1956, in the name of "PECHINEY" gave the conditions to be respected to reduce the magnetic effects in long tanks, and most of the tanks built in the world, since that time, used the provisions of the recommended drivers, in order to satisfy the double condition:
Figure imgb0001
 in the center of the tank in which B is the horizontal component of the magnetic field along the axis Oy (horizontal axis perpendicular to the axis of the line) and
Figure imgb0002
 is the gradient of this potential along the vertical axis at the center of the tank.

Dans tout ce qui suit, on se référera au schéma d'une cuve d'électrolyse, tel qu'il apparaît sur la figure 1 en coupe transversale.In all that follows, reference will be made to the diagram of an electrolysis cell, as it appears in FIG. 1 in cross section.

Mais les conditions préconisées dans le brevet FR 1 143 879 ne concernaient que le champ horizontal et n'avaient pas d'action sur le champ vertical dont la valeur est pratiquement proportionnelle à l'intensité traversant la cuve.However, the conditions recommended in patent FR 1 143 879 only concerned the horizontal field and had no action on the vertical field, the value of which is practically proportional to the intensity passing through the tank.

Or, toutes les études récentes montrent l'importance de ce champ vertical. Il est responsable, en particulier, d'une déformation "en dôme" de la nappe d'aluminium liquide, dôme a symétrique, dont le sommet est décalé vers la tête aval de la cuve, et qui correspond à une dénivellation pouvant dépasser 4 centimètres par rapport au plan de référence.However, all recent studies show the importance of this vertical field. It is responsible, in particular, for a "domed" deformation of the sheet of liquid aluminum, a symmetrical dome, the top of which is offset towards the downstream head of the tank, and which corresponds to a drop in height which may exceed 4 centimeters. compared to the reference plane.

Les forces, dites forces de Laplace, qui se développent, dans le métal sont la source de la déformation de l'interface bain-métal.The forces, called Laplace forces, which develop in metal are the source of the deformation of the bath-metal interface.

Forces selon l'axe Ox :

Figure imgb0003
Forces selon l'axe Oy :
Figure imgb0004
 Forces along the Ox axis:
Figure imgb0003
 Forces along the Oy axis:
Figure imgb0004

Bx, B et B étant les trois composantes du champ magnétique B selon les x y z axes Ox, Oy, Oz, j , j et j étant les trois composantes de la densité de x y z courant dans le métal.B x , B and B being the three components of the magnetic field B along the xyz axes Ox, Oy, Oz, j, j and j being the three components of the density of xyz current in the metal.

L'exposé de la solution qu'apporte l'invention au problème des effets magnétiques sera facilité par une analyse des différentes composantes de ces forces.The presentation of the solution which the invention brings to the problem of magnetic effects will be facilitated by an analysis of the various components of these forces.

Considèrons la coupe horizontale d'une cuve en long, figure 2, au niveau du point central 0 que l'on divise en quatre quarts par les axes Ox et Oy, et déterminons tout d'abord les forces longitudinales selon les parallèles à Ox.Let’s consider the horizontal section of a long tank, figure 2, at the center point 0 which is divided into four quarters by the axes Ox and Oy, and first of all determine the longitudinal forces along the parallels to Ox.

L'ensemble des forces f1 (x) sur une parallèle à Ox (d'abcisse y) dans le premier quart est :

Figure imgb0005
car est constant en raison de la disposition habituelle des barres cathodiques à sorties transversales ; il en est de même de jz.The set of forces f 1 (x) on a parallel to Ox (of abscissa y) in the first quarter is:
Figure imgb0005
 because is constant due to the usual arrangement of cathode bars with transverse outputs; the same is true of j z .

On aura de même dans le deuxième quart :

Figure imgb0006

  • Si F1 (x) = - F2 (x), les forces sur chaque parallèle à Ox seront égales et opposées. Il suffit, pour cela que :
    Figure imgb0007
    et que
    Figure imgb0008
We will have the same in the second quarter:
Figure imgb0006
  • If F 1 (x) = - F 2 (x), the forces on each parallel to Ox will be equal and opposite. For this it suffices that:
    Figure imgb0007
     and
    Figure imgb0008

Ces deux conditions sont réalisées si les courbes Bz et By sont antisymétriques par rapport à l'axe Oy.These two conditions are fulfilled if the curves B z and B y are asymmetrical with respect to the axis Oy.

Cas du champ vertical Bz : dans une cuve en long, la courbe de Bz sur z chaque parallèle à Ox est antisymétrique par rapport à sa valeur à son point milieu comme on le voit sur la figure 3. Il suffit donc de rendre Bz nul sur l'axe Oy, pour que l'ensemble de Bz soit antisymétrique par rapport à Oy. Au centre 0 de la cuve, B z (o) est alors nul par symétrie. B est maximum sur la parallèle à Ox passant par le bord extérieur du système anodique et si l'on annule Bz au point M, la courbe des Bz maximaux sera,elle aussi, antisymétrique.Case of the vertical field B z : in a long vat, the curve of Bz over z each parallel to Ox is antisymmetric with respect to its value at its midpoint as seen in Figure 3. It suffices to render B z zero on the axis Oy, so that the set of B z is asymmetric by with respect to Oy. At the center 0 of the tank, B z (o) is then zero by symmetry. B is maximum on the parallel to Ox passing through the outer edge of the anode system and if we cancel B z at point M, the curve of maximum B z will also be asymmetric.

Si B (M) et B (o) sont nuls, la valeur de B sur l'axe Oy ne dépasse pas 2 à 3.10-4 TESLA, pour une cuve de 100 000 ampères, ce qui est négligeable.If B (M) and B (o) are zero, the value of B on the Oy axis does not exceed 2 at 3.10 -4 TESLA, for a tank of 100,000 amperes, which is negligible.

Donc, les valeurs de Bz en tous les points situés symétriquement par rapport à Oy ont des valeurs égales et de signe inverse, et les courbes de B sur chaque parallèle à Ox seront antisymétriques.Therefore, the values of B z at all points located symmetrically with respect to Oy have equal values and of inverse sign, and the curves of B on each parallel to Ox will be antisymmetric.

Cas du champ horizontal B : on conserve la condition B (au point central 0) = 0 déjà énoncée dans le brevet FR 1 143 879. On constate que, lorsque B (o) = 0, les valeurs de B sur les axes parallèles à Oy sont minimales et très faibles.Case of the horizontal field B: we keep the condition B (at the central point 0) = 0 already stated in patent FR 1 143 879. We note that, when B (o) = 0, the values of B on the axes parallel to Oy are minimal and very weak.

La courbe de B sur chaque axe est alors également antisymétrique.The curve of B on each axis is then also asymmetric.

Au total, lorsque les deux conditions Bz (M) et B (o) = 0 sont réalisées, on voit que sur chaque parallèle à Ox :

Figure imgb0009
et

  • (x) dans le premier quart de la cuve,
  • = - Σ F2 (x) dans le deuxième quart de la cuve.
In total, when the two conditions B z (M) and B (o) = 0 are fulfilled, we see that on each parallel to Ox:
Figure imgb0009
 and
  • (x) in the first quarter of the tank,
  • = - Σ F 2 (x) in the second quarter of the tank.

L'égalité des forces conduit à une interface bain-métal en forme de dôme symétrique dont la flèche est minimale.The equality of the forces leads to a bath-metal interface in the form of a symmetrical dome whose arrow is minimal.

La figure 4 représente, dans le cas d'une cuve classique de 115 000 ampères, et en correspondance avec la figure 3 : en traits pleins, la forme en dôme dissymétrique, et flèche importante (jusqu'à 4 cm) dans le cas d'un courbe Bz dissymétrique (trait plein) et la forme en dôme symétrique à faible flèche (environ 1 cm) dans le cas où Bz est antisymétrique par rapport à l'axe Oy, c'est-à-dire après mise en oeuvre de l'invention.FIG. 4 represents, in the case of a conventional tank of 115,000 amperes, and in correspondence with FIG. 3: in solid lines, the asymmetrical dome shape, and large arrow (up to 4 cm) in the case of '' an asymmetrical curve B z (solid line) and the symmetrical dome shape with a small arrow (about 1 cm) in the case where B z is asymmetrical with respect to the axis Oy, that is to say after setting in work of the invention.

La force dissymétrique provient, dans le premier cas, du fait que l'ensemble des forces positives de R à P, F (x) est environ trois fois plusThe asymmetric force comes, in the first case, from the fact that the set of positive forces from R to P, F (x) is about three times more

grand que l'ensemble des forces négatives - F2 (x), de P à S.large than the set of negative forces - F 2 (x), from P to S.

Déterminons maintenant les forces transversales, selon les parallèles à Oy avec les mêmes conventions que pour F (x) on a :

Figure imgb0010
Figure imgb0011
 Now determine the transverse forces, according to the parallels to Oy with the same conventions as for F (x) we have:
Figure imgb0010
Figure imgb0011

Ces forces transversales sont beaucoup plus faibles que les forces longitudinales F (x) car elles s'exercent sur des longueurs plus courtes (largeur de la cuve). Or :

  • j , dans une cuve bien construite est nul, x
  • jz est constant
These transverse forces are much weaker than the longitudinal forces F (x) because they are exerted on shorter lengths (width of the tank). Gold :
  • j, in a well-constructed tank is zero, x
  • j z is constant

Dans une cuve en long, dont les conducteurs sont habituellement disposés symétriquement par rapport au plan x Oz, Bx est antisymétrique par rapport à Ox. Il en résulte que :

Figure imgb0012
et que Σ F1 (y) sur le premier quart de la cuve = - ΣF4 (y) sur le quatrième quart de la cuve.In a long vessel, the conductors of which are usually arranged symmetrically with respect to the x Oz plane, Bx is asymmetric with respect to Ox. It follows that :
Figure imgb0012
 and that Σ F 1 (y) on the first quarter of the tank = - ΣF 4 (y) on the fourth quarter of the tank.

On arrive à la conclusion que, si l'on construit une cuve dans laquelle :

Figure imgb0013

  • 1/ On diminue la valeur des champs maximaux qui, pour B et By sont situés z à la périphérie de la cuve.
  • 2/ Les forces de Laplace seront minimales, égales et opposées par rapport aux axes Ox et Oy.
  • 3/ Il en résultera une surface de l'interface électrolyte-nappe d'aluminium liquide, stable et pratiquement horizontale.
We come to the conclusion that, if we build a tank in which:
Figure imgb0013
  • 1 / On decreases the value of the maximum field which, for B and B y z are located on the periphery of the tank.
  • 2 / Laplace's forces will be minimal, equal and opposite with respect to the Ox and Oy axes.
  • 3 / This will result in a surface of the electrolyte-liquid aluminum sheet interface, stable and practically horizontal.

Il peut être également avantageux d'obtenir la réalisation d'une condition supplémentaire, relative à la composante By au centre, qui est :

Figure imgb0014
Bien que ce gradient soit généralement assez faible, on peut chercher dans la mesure où les différentes conditions sont compatibles entre elles, à le rendre aussi proche que possible de zéro, ce qui revient, en fait, à annuler B y dans toute l'épaisseur de la nappe de métal liquide, qui est faible et qui ne varie que de quelques centimètres par rapport à son niveau moyen.It may also be advantageous to obtain the fulfillment of an additional condition, relating to the component B y in the center, which is:
Figure imgb0014
 Although this gradient is generally fairly low, we can try to make it as close as possible to zero as far as the different conditions are compatible with each other, which effectively amounts to canceling B y throughout the thickness of the sheet of liquid metal, which is weak and which varies only a few centimeters from its average level.

Exposé de l'inventionStatement of the invention

Le problème à résoudre étant posé, l'objet de l'invention, est un procédé pour réaliser les deux conditions By (o) et Bz (M) = 0 et éventuellement la troisième condition

Figure imgb0015
. = 0, caractérisé par une disposition particulière des conducteurs liaison entre les différentes cuves d'une série dans laquelle elles sont disposées en long, tenant compte en outre, de l'influence du champ magnétique d'une file voisine lorsque les deux files sont situées à une-distance suffisamment réduite pour qu'on ne puisse plus négliger cette influence. L'invention s'applique aux cuves en long alimentées soit par les deux têtes, soit par la tête amont et au moins une montée latérale sur chaque côté.The problem to be solved being posed, the object of the invention is a method for realizing the two conditions B y (o) and B z (M) = 0 and possibly the third condition
Figure imgb0015
 . = 0, characterized by a particular arrangement of the connecting conductors between the different tanks of a series in which they are arranged lengthwise, taking account also of the influence of the magnetic field of a neighboring line when the two lines are located at a sufficiently small distance that we can no longer neglect this influence. The invention applies to long tanks fed either by the two heads or by the upstream head and at least one lateral rise on each side.

De façon générale, les conducteurs négatifs (conducteurs de liaison entre les cuves) sont disposés symétriquement par rapport au plan médian xOz. En se référant à la figure 1, on désignera par Y et Z les coordonnées de ces conducteurs dans le plan xOz.Generally, the negative conductors (connecting conductors between the tanks) are arranged symmetrically with respect to the median plane xOz. Referring to Figure 1, denote by Y and Z the coordinates of these conductors in the xOz plane.

Le procédé est alors caractérisé en ce que les conducteurs négatifs sont disposés parallèlement à l'axe Ox et passent sensiblement par des points dont les coordonnées Y et Z satisfaisant un premier système d'équation, permettent de réaliser les deux conditions B (o)=0et B (M) = 0, ou, ce qui revient au même B (M) antisymétrique par rapport à l'axe Oy ; il est également caractérisé en ce qu'on s'efforce que les coordonnées Y et Z satisfassent, au moins approximativement à une troisième équation, permettant de réaliser la condition supplémentaire

Figure imgb0016
ou tout au moins, de s'en approcher autant que possible dans la mesure ou les solutions sont compatibles entre elles.The method is then characterized in that the negative conductors are arranged parallel to the axis Ox and pass substantially through points whose coordinates Y and Z satisfying a first system of equation, make it possible to achieve the two conditions B (o) = 0 and B (M) = 0, or, which amounts to the same asymmetric B (M) with respect to the axis Oy; it is also characterized in that one endeavors that the coordinates Y and Z satisfy, at least approximately with a third equation, allowing to realize the additional condition
Figure imgb0016
 or at least, to get as close as possible to the extent that the solutions are compatible with each other.

Il est enfin caractérisé en ce que, outre les conditions précédentes, le champ de la file voisine est compensé au moyen d'un conducteur auxiliaire disposé le long de chaque file dans lequel on fait circuler un courant continu de sens inverse à celui du courant circulant dans la file, et dont l'intensité est fournie par la résolution d'un système d'équation tenant compte des diverses influences magnétiques sur chaque cuve.Finally, it is characterized in that, in addition to the preceding conditions, the field of the neighboring queue is compensated by means of an auxiliary conductor disposed along each queue in which a direct current is circulated in the opposite direction to that of the circulating current in line, and whose intensity is provided by the resolution of a system of equations taking into account the various magnetic influences on each tank.

On examinera successivement le cas d'une série comportant deux files de cuves suffisamment éloignées pour ne pas introduire d'effet de file voisine, puis le cas où il y a un effet de file voisine, et dans les deux cas, on distinguera les cuves classiques alimentées par les deux têtes et les cuves alimentées par la tête amont et par des montées centrales, telles qu'elles ont été décrites dans la demande de brevet français n° 77 02213, déposée le 19 Janvier 1977, au nom de la demanderesse et dont la structure est rappelée sur la figure 5, dans le cas d'une montée centrale de chaque côté.We will successively examine the case of a series comprising two rows of tanks far enough apart not to introduce an effect of neighboring queue, then the case where there is an effect of neighboring queue, and in both cases, we will distinguish the tanks classics supplied by the two heads and the tanks supplied by the upstream head and by central risers, as described in French patent application No. 77 02213, filed on January 19, 1977, in the name of the applicant and the structure of which is recalled in FIG. 5, in the case of a central rise on each side.

On convient d'appeler a 'la fraction de courant alimentant la tête amont A et (1 - a) la fraction de courant alimentant la tête aval B ou les montées latérales, selon le cas (figures 5 et 6).It is appropriate to call the fraction of current supplying the upstream head A and (1 - a) the fraction of current supplying the downstream head B or the side risers, as the case may be (Figures 5 and 6).

On va maintenant déterminer la position des conducteurs négatifs, fonction du paramètre a.We will now determine the position of the negative conductors, a function of the parameter a.

De façon à simplifier les calculs, on cherche quelle doit être l'intensité constante, dans un conducteur, qui mis à la place du croisillon d'une part, et de chaque collecteur négatif d'autre part, créerait le même champ magnétique qu'eux. On trouve, alors, les intensités dites équivalentes figurant dans le tableau I ci-dessous, qui ne sont valables que pour des points situés dans le planmédian yOz.

Figure imgb0017
In order to simplify the calculations, we seek what must be the constant intensity, in a conductor, which put in the place of the cross on the one hand, and each negative collector on the other hand, would create the same magnetic field as them. We then find the so-called equivalent intensities appearing in Table I below, which are valid only for points located in the median plane yOz.
Figure imgb0017

A/ CAS D'UNE SERIE COMPORTANT UNE SEULE FILE OU DEUX FILES SUFFISAMMENT ELOIGNEES POUR QU'IL N'Y AIT PAS D'INTERACTION MAGNETIQUE ENTRE ELLESA / CASE OF A SERIES COMPRISING A SINGLE THREAD OR TWO SUFFICIENTLY DISTANCES THEREFORE THAT THERE IS NO MAGNETIC INTERACTION BETWEEN THEM Cas n° 1 : Cuves alimentées par une tête et des montées centrales (fig. 5)Case n ° 1: Vats fed by a head and central risers (fig. 5) 1°/ Réalisation de la condition B y° = 01 ° / Realization of condition B y ° = 0

B dû au croisillon : y

Figure imgb0018
formule dans laquelle k1 est un coefficient expérimental qui tient compte du fait que le croisillon est formé, en pratique, de deux branches et de la discontinuité duejà l'intervalle entre les croisillons de chaque cuve d'une file. k1 est presque toujours voisin de 0,9 et nous conserverons cette valeur par la suite.B due to the cross: y
Figure imgb0018
 formula in which k 1 is an experimental coefficient which takes account of the fact that the cross is formed, in practice, of two branches and of the discontinuity duejj to the interval between the crosses of each tank of a file. k 1 is almost always close to 0.9 and we will keep this value later.

h est la hauteur du croisillon au-dessus du plan de référence xOy.h is the height of the spider above the xOy reference plane.

by° dû au collecteur négatif 1 = by° dû au collecteur négatif 2 =

Figure imgb0019
b y ° due to negative collector 1 = b y ° due to negative collector 2 =
Figure imgb0019

By° est égal à : by° (croisillon) + by° (collecteur 1) + b y° (collecteur 2) et doit être égal à 0.

Figure imgb0020
d'où l'on tire :
Figure imgb0021
 B y ° is equal to: b y ° (crosspiece) + b y ° (manifold 1) + b y ° (manifold 2) and must be equal to 0.
Figure imgb0020
 where we get:
Figure imgb0021

En posant

Figure imgb0022
By asking
Figure imgb0022

On a :

Figure imgb0023
2°) Réalisation de la condition B (M) = 0
Figure imgb0024
b (M) dû au collecteur 1 : z
Figure imgb0025
bz (M) dû au collecteur 2 :
Figure imgb0026
 We have :
Figure imgb0023
 2 °) Realization of condition B (M) = 0
Figure imgb0024
 b (M) due to collector 1: z
Figure imgb0025
 b z (M) due to collector 2:
Figure imgb0026

La condition B (M) = 0 s'écrit :The condition B (M) = 0 is written:

bz(M) croisillon + bz (M) collecteur 1 + bz (M) collecteur 2 = 0 c'est-à-dire :

Figure imgb0027
ou en effectuant :
Figure imgb0028
 b z (M) crosspiece + b z (M) manifold 1 + b z (M) manifold 2 = 0 i.e.:
Figure imgb0027
 or by performing:
Figure imgb0028

On remarque que I a disparu, ce qui prouve que la solution sera indépendante de l'intensité traversant la cuve.

Figure imgb0029
We note that I has disappeared, which proves that the solution will be independent of the intensity passing through the tank.
Figure imgb0029

En utilisant la valeur de y2 tirée de l'équation (2) on obtient l'équation du deuxième degré en Z

Figure imgb0030
qui permet d'obtenir la valeur de Z que l'on reporte dans l'équation (2) pour obtenir la valeur de YUsing the value of y 2 from equation (2) we obtain the second degree equation in Z
Figure imgb0030
 which makes it possible to obtain the value of Z which is carried over into equation (2) to obtain the value of Y

3°) Réalisation de la condition :3 °) Realization of the condition:

Figure imgb0031
Figure imgb0031

On a : B ° dû au croisillon :

Figure imgb0032
Figure imgb0033
5 by° dû aux collecteurs négatifs :
Figure imgb0034
 We have: B ° due to the cross:
Figure imgb0032
Figure imgb0033
 5 b y ° due to negative collectors:
Figure imgb0034

0 On doit avoir : db (croisillon) + 2 db (collecteurs) = 0 soit :

Figure imgb0035
ou
Figure imgb0036
 0 We must have: db (crosspiece) + 2 db (collectors) = 0 or:
Figure imgb0035
 or
Figure imgb0036

En posant, comme précédemment

Figure imgb0037
By posing, as before
Figure imgb0037

La condition s'écrit :

Figure imgb0038
The condition is written:
Figure imgb0038

On remarque que :

  • 1 - µ et ν sont fonction du paramètre a , défini plus haut. On obtient
  • 1 donc les solutions, c'est-à-dire les valeurs de Z et Y, sous forme d'une courbe qui est le lieu géométrique de la position des conducteurs négatifs, qui réalisent les conditions posées au départ.
  • 2 - Les équations (5) et (6) sont indépendantes de l'intensité, dans la mesure où a et h qui interviennent dans µet v sont constants. En fait, i "h" hauteur du croisillon ne dépend pas de la taille des cuves et "a" demi-largeur du système anodique peut ne pas varier si l'on procède à l'augmentation de la taille des cuves par simple allongement du système anodique selon Ox. En pratique, "a" varie assez peu, et vaut, par exemple, 1,20 mètre pour une cuve de 100 000 ampères et 1,50 mètre pour une cuve de ) 200 000 ampères. Au-delà, pour des raisons technologiques, on n'augmente plus "a"
We notice that :
  • 1 - µ and ν are a function of the parameter a, defined above. We obtain
  • 1 therefore the solutions, that is to say the values of Z and Y, in the form of a curve which is the geometrical place of the position of the negative conductors, which fulfill the conditions posed at the start.
  • 2 - Equations (5) and (6) are independent of the intensity, insofar as a and h which occur in µ and v are constant. In fact, i "h" height of the spider does not depend on the size of the tanks and "a" half-width of the anode system may not vary if the size of the tanks is increased by simply lengthening the anodic system according to Ox. In practice, "a" varies very little, and is worth, for example, 1.20 meters for a tank of 100,000 amps and 1.50 meters for a tank of) 200,000 amps. Beyond that, for technological reasons, we no longer increase "a"

EXEMPLES DE REALISATIONS PRATIQUESEXAMPLES OF PRACTICAL ACHIEVEMENTS EXEMPLE 1EXAMPLE 1

On a appliqué les résultats ci-dessus à une série de cuves de 100 000 Ampères, à montées centrales, pour laquelle h (hauteur du croisillon au-dessus du plan xOy) = 1,77 m et a (demi-largeur du système anodique) = 1,175 et comportant sur chaque grand côté, 11 barres de sorties cathodiques. Dans ces conditions,a ne peut donc varier que par fraction de 1/11. Mais on peut aussi envisager des variations continues de la valeur de a en jouant sur la résistance électrique des conducteurs de liaison. On a considéré six valeurs de a : 2/11 (0,182), 3/11 (0,273), 4/11 (0,364), 5/11 (0,455), 6/11 (0,545) et 7/11 (0,636).The above results were applied to a series of 100,000 Am tanks fathers, with central risers, for which h (height of the spider above the xOy plane) = 1.77 m and a (half-width of the anode system) = 1.175 and comprising on each long side, 11 cathode output bars. Under these conditions, a can therefore only vary by fraction of 1/11. However, it is also possible to envisage continuous variations in the value of a by varying the electrical resistance of the connecting conductors. Six values of a were considered: 2/11 (0.182), 3/11 (0.273), 4/11 (0.364), 5/11 (0.455), 6/11 (0.545) and 7/11 (0.636).

L'application des formules 1 à 5 donne les résultats suivants :

Figure imgb0039
N.B. Le signe - signifie que cette cote est valable pour les conducteurs négatifs disposés de chaque côté.de la cuve.The application of formulas 1 to 5 gives the following results:
Figure imgb0039
 NB The sign - means that this dimension is valid for negative conductors placed on each side of the tank.

Ces valeurs ont été reportées sur le diagramme, figure 7 qui est, en fait, une demi-coupe transversale d'une cuve en long, passant par le point central O. Les lignes bordées de hachures indiquent l'encombrement extérieur du caisson de la cuve.These values have been plotted on the diagram, figure 7 which is, in fact, a half cross-section of a tank in length, passing by the central point O. The lines bordered by hatching indicate the external dimensions of the box of the tank.

On constate que pour des valeurs de a supérieures à 0,55, les conducteurs devraient se trouver à l'intérieur de la cuve. Pour des considérations économiques, et d'encombrement, on peut donc choisir a entre 0,35 et 0,55It is noted that for values of a greater than 0.55, the conductors should be inside the tank. For economic and dimensional considerations, we can therefore choose between 0.35 and 0.55

On va maintenant chercher à réaliser simultanément : 1° - Les conditions

Figure imgb0040
2°- Les conditions
Figure imgb0041
et voir si les solutions sont compatibles entres elles, tout au moins de façon approchée, et si les trois conditions peuvent être réalisées simultanément :We will now try to realize simultaneously: 1 ° - The conditions
Figure imgb0040
 2 ° - The conditions
Figure imgb0041
 and see if the solutions are compatible with each other, at least in an approximate way, and if the three conditions can be realized simultaneously:

La condition By = 0 implique

Figure imgb0042
En portant la valeur de Y2 dans (6), il vient :
Figure imgb0043
soit en résolvant :
Figure imgb0044
 The condition B y = 0 implies
Figure imgb0042
 By carrying the value of Y 2 in (6), it comes:
Figure imgb0043
 either by solving:
Figure imgb0044

En introduisant cette valeur de Z dans (6A), on trouve Y. On pourra donc tracer, sur un diagramme, les courbes (Y,Z) = f (a) qui satisfont d'une part

Figure imgb0045
et By° er d'autre part Bz (M) = 0 et By° = 0 et voir si leur intersection donne, pour la position du conducteur, une valeur acceptable.By introducing this value of Z into (6A), we find Y. We can therefore draw, on a diagram, the curves (Y, Z) = f (a) which satisfy on the one hand
Figure imgb0045
 and B y ° er on the other hand B z (M) = 0 and B y ° = 0 and see if their intersection gives, for the position of the conductor, an acceptable value.

EXEMPLE 2EXAMPLE 2

On cherche à réaliser simultanément les trois conditions :

Figure imgb0046
We seek to simultaneously realize the three conditions:
Figure imgb0046

On ajoute au tableau I, pour faciliter le tracé de la courbe Y, Z = f (a) satisfaisant B (M) = 0 et By° ≠ 0, une valeur de a = 0,6 qui donne Y = 1,86 et Z = - 0,98.We add to Table I, to facilitate the drawing of the curve Y, Z = f (a) satisfying B (M) = 0 and B y ° ≠ 0, a value of a = 0.6 which gives Y = 1.86 and Z = - 0.98.

Puis on trace la courbe Y, Z = f ( α), satisfaisant les deux équations

Figure imgb0047
et B ° ≠ 0. On trouve : Y
Figure imgb0048
 On voit que les deux courbes se coupent en un point de coordonnées Y = 1,96, Z = - 1,01.Then we draw the curve Y, Z = f (α), satisfying the two equations
Figure imgb0047
 and B ° ≠ 0. We find: Y
Figure imgb0048
 We see that the two curves intersect at a point with coordinates Y = 1.96, Z = - 1.01.

Ce point correspond à une position du conducteur à l'intérieur du caisson, mais en pratique, on peut prendre un point voisin, à l'extérieur ; les deux courbes ne s'écartant que lentement, la solution reste encore acceptable.This point corresponds to a position of the conductor inside the box, but in practice, we can take a neighboring point, outside; the two curves deviating only slowly, the solution is still acceptable.

EXEMPLE 3EXAMPLE 3

On a appliqué les mêmes résultats à une cuve de 200 000 ampères, pour laquelle h = 1,77m, a = 1,50 m possédant également 11 barres cathodiques sur chaque grand côté. On obtient les valeurs suivantes :

Figure imgb0049
The same results were applied to a 200,000 amp vessel, for which h = 1.77m, a = 1.50m also having 11 cathode bars on each long side. The following values are obtained:
Figure imgb0049

Sur le diagramme, figure 9, on constate que les courbes de Y, Z = f (a) sont très voisines pour 100 000 ampères et 200 000 ampères, mais que la valeur a = 0,546 conduit à une impossibilité géométrique.On the diagram, figure 9, one notes that the curves of Y, Z = f (a) are very close for 100,000 amps and 200,000 amps, but that the value a = 0,546 leads to a geometric impossibility.

Les deux courbes seraient d'ailleurs en coincidence si l'augmentation d'intensité avait été obtenue par le seul allongement de la cathode. En réalité, on a aussi élargi les anodes (facteur "a"). Sinon, a et h étant constants, il en serait de même pour µ et v et l'équation (5) étant indépendante de l'intensité, les courbes Y, Z = f (a) seraient identiques.The two curves would also coincide if the increase in intensity had been obtained by the elongation of the cathode alone. In reality, we also widened the anodes (factor "a"). Otherwise, a and h being constant, the same would be the case for µ and v and equation (5) being independent of the intensity, the curves Y, Z = f (a) would be identical.

Cas n° 2 : Cuves classiques (figure 6) alimentées par les deux têtes du croisillon. Pas de file voisine. La tête A (amont) reçoit une intensité a I, la tête B (aval) reçoit (1 - a) I.Case n ° 2: Classic tanks (figure 6) supplied by the two heads of the spider. No neighboring queue. Head A (upstream) receives an intensity a I, head B (downstream) receives (1 - a) I.

Le calcul est identique mais les intensités équivalentes (voir tableau I) du croisillon et des collecteurs négatifs étant différentes, les nouvelles valeurs de µ' et v' sont les suivantes :

Figure imgb0050
Figure imgb0051

  • Les équations (10) et (11) sont identiques à (2) et (5), soit :
    Figure imgb0052
    Figure imgb0053
The calculation is identical, but the equivalent intensities (see Table I) of the spider and the negative collectors being different, the new values of µ 'and v' are as follows:
Figure imgb0050
Figure imgb0051
  • Equations (10) and (11) are identical to (2) and (5), namely:
    Figure imgb0052
    Figure imgb0053

EXEMPLE 4EXAMPLE 4

En fonction du résultat ci-dessus, on a déterminé la position des conducteurs négatifs pour une cuve classique de 100 000 ampères, avec croisillon alimenté par les deux têtes avec h = 1,77 m et a = 1, 175 et comportant également 11 barres de sorties cathodiques sur chaque grand côté.

Figure imgb0054
Based on the above result, we determined the position of the negative conductors for a conventional tank of 100,000 amps, with cross supplied by the two heads with h = 1.77 m and a = 1.175 and also having 11 bars cathode outputs on each long side.
Figure imgb0054

Ces valeurs sont reportées sur le diagramme, figure 10 ; on constate que a = 0,8 conduit à une impossibilité, et que, pour des raisons économiques, on est conduit à choisir a entre 0,65 et 0,75.These values are plotted on the diagram, figure 10; we note that a = 0.8 leads to an impossibility, and that, for economic reasons, we are led to choose a between 0.65 and 0.75.

B/ CAS D'UNE SERIE COMPORTANT DEUX FILES VOISINES DANS UN MEME BATIMENTB / CASE OF A SERIES COMPRISING TWO NEIGHBORING NEIGHBORS IN THE SAME BUILDING

En pratique, la solution économique est d'installer les deux files de cuves dans le même bâtiment.In practice, the economical solution is to install the two rows of tanks in the same building.

On introduit alors un champ vertical dû à la file voisine, assez uniforme en valeur et de même signe. Si l'on appelle b z (cuve) le champ vertical de la cuve avec sa file, et bz (file voisine) le champ vertical induit par la file voisine, on voit, sur le diagramme figure 11, qu'il est impossible d'obtenir simultanément :

Figure imgb0055
et
Figure imgb0056
 We then introduce a vertical field due to the neighboring file, fairly uniform in value and of the same sign. If we call b z (tank) the vertical field of the tank with its file, and b z (neighboring file) the vertical field induced by the neighboring file, we see, on the diagram in figure 11, that it is impossible to obtain simultaneously:
Figure imgb0055
 and
Figure imgb0056

car bz (M) cuve = - bz (N) cuve, puisque bz est antisymétrique par rapport à Oy, alors que bz (M) (file voisine) est sensiblement égal à bz (N) (file voisine) et de même signe.because b z (M) tank = - b z (N) tank, since b z is asymmetrical with respect to Oy, while b z (M) (neighboring file) is substantially equal to b z (N) (neighboring file) and the same sign.

Sur cette figure 11, la courbe 1 représente la variation de b (cuve) sans z file voisine, le long de M.O.N., la courbe 2 représente la variation de b z (file voisine) le long de M.O.N., et la courbe 3 représente la variation de Bz (cuve + file voisine) le long de M.O.N.In this figure 11, curve 1 represents the variation of b (tank) without z neighboring file, along MON, curve 2 represents the variation of b z (neighboring file) along MON, and curve 3 represents the variation of B z (tank + neighboring file) along MON

Il faut donc compenser l'effet de la file voisine.It is therefore necessary to compensate for the effect of the neighboring queue.

On a déjà, pour cela, proposé antérieurement un certain nombre de solutions par exemple; celles qui font l'objet de brevets français n° 1 079 131, déposé le 7 avril 1953 (Cdmpagnie PECHINEY), dans lequel on propose de créer une boucle électrique autour de la cuve, le n° 1 185 548 déposé le 29 Octobre 1957 (Electrokemisk A.S.) dans lequel on procède à une alimentation dissymétrique des têtes A et B, de même que dans le brevet français n° 1 586 867, déposé le 28 Juin 1968 (Vsesojuzny Nauchnoissledovatelsky i Proektny Institut Aluminievoi) ou dans le brevet français n° 2 333 060 déposé le 28 Novembre 1975 (Aluminium Péchiney) où l'on propose de positionner différentiellement les collecteurs négatifs de chaque côté de la cuve.A number of solutions have already been proposed for this, for example; those which are the subject of French patents n ° 1 079 131, filed on April 7, 1953 (Cdmpagnie PECHINEY), in which it is proposed to create an electric loop around the tank, n ° 1 185 548 filed on October 29, 1957 (Electrokemisk AS) in which an asymmetrical feeding of the heads A and B is carried out, as well as in French patent n ° 1,586,867, filed on June 28, 1968 (Vsesojuzny Nauchnoissledovatelsky i Proektny Institut Aluminievoi) or in French patent n ° 2 333 060 deposited on November 28, 1975 (Aluminum Péchiney) where it is proposed to position the negative manifolds on each side of the tank.

Ces deux dernières solutions diminuent sensiblement l'effet de file voisine, mais non uniformément sur l'ensemble de la cuve. D'autre part, by (cuve) et bz (cuve) ne sont plus antisymétriques par rapport à Ox. On crée, de ce fait, une dissymétrie des forces de Laplace en F .These last two solutions significantly reduce the effect of neighboring file, but not uniformly over the entire tank. On the other hand, b y (tank) and b z (tank) are no longer asymmetrical with respect to Ox. We thus create an asymmetry of the Laplace forces in F.

La méthode que nous allons décrire maintenant utilise un conducteur de compensation parcouru par un courant -i qui circule en sens inverse du courant I de la série, situé du côté extérieur des deux files de cuves, et placé à une distance minimale du caisson, compatible avec la sécurité électrique.The method which we will now describe uses a compensation conductor traversed by a current -i which flows in the opposite direction to the current I of the series, located on the outside of the two rows of tanks, and placed at a minimum distance from the box, compatible with electrical safety.

Une méthode analogue a déja été décrite dans le brevet américain US 3 616 317. Il convient cependant de la rendre compatible avec les conditions posées précédemment, et en particulier avec l'obtention de By = 0 et de Bz (M) = 0. La figure 12 est une coupe schématique d'une salle d'électrolyse (1) comportant deux files voisines, dont on a représenté uniquement les systèmes anodiques 2 et 3, et, dans lesquelles les cuves sont disposées en long. Les conducteurs de compensation sont en 4 et 5. Les conducteurs de liaison des cuves sont omis pour ne pas surcharger le dessin. Les flèches arrondies schématisent les sens du champ magnétique crée par chaque conducteur de compensation.An analogous method has already been described in US Pat. No. 3,616,317. However, it should be made compatible with the conditions set out above, and in particular with obtaining B y = 0 and of B z (M) = 0. FIG. 12 is a diagrammatic section of an electrolysis room (1) comprising two adjacent lines, of which only the anode systems 2 and 3 have been shown, and, in which the cells are arranged lengthwise. The compensation conductors are in 4 and 5. The connection conductors of the tanks are omitted so as not to overload the drawing. The rounded arrows schematize the directions of the magnetic field created by each compensating conductor.

On appelle :

  • a : la demi-largeur du système anodique
  • d : la distance du conducteur de compensation au bord extérieur de l'anode
  • ℓ : la distance entre les bords intérieurs des systèmes anodiques des deux files de cuves
  • E : le champ produit par le conducteur de compensation en M (côté intérieur)
  • F : le champ produit par le conducteur de compensation en N (côté extérieur)
  • e : le champ de la file voisine en M
  • f : le champ de la file voisine en N
  • m : le champ bz de la cuve sans effet de file voisine
We call :
  • a: the half-width of the anode system
  • d: the distance from the compensation conductor to the outer edge of the anode
  • ℓ: the distance between the inner edges of the anode systems of the two rows of tanks
  • E: the field produced by the compensation conductor in M (interior side)
  • F: the field produced by the compensation conductor at N (outside side)
  • e: the field of the neighboring queue in M
  • f: the field of the neighboring queue in N
  • m: the bz field of the tank with no neighboring line effect

On a, en tenant compte, des deux conducteurs de compensation :

Figure imgb0057
Figure imgb0058
 Taking into account, the two compensation conductors:
Figure imgb0057
Figure imgb0058

On en déduit un rapport K

Figure imgb0059
ℓ et d sont des valeurs fixées 3 la construction et pratiquement indépendantes de la taille des cuves.We deduce a report K
Figure imgb0059
 ℓ and d are values fixed during construction and practically independent of the size of the tanks.

K varie avec "a" mais assez faiblement, comme le montre l'équation (12c). Pour une série de cuves dont la distance entre anodes ℓ = 7,40 m et dont la distance entre le conducteur de compensation et le bord extérieur de l'anode d = 1,80 m, on trouve :

  • Pour une cuve de 100 000 ampères, où a = 1,175, identique à celle des exemples 1 et 3 : K = 0,52.
  • Pour une cuve de 200 000 ampères, où a = 1,5, identique à celle de l'exemple 2, K = 0,47.
K varies with "a" but rather weakly, as shown by equation (12c). For a series of tanks whose distance between anodes ℓ = 7.40 m and whose distance between the compensating conductor and the outer edge of the anode d = 1.80 m, we find:
  • For a tank of 100,000 amperes, where a = 1.175, identical to that of examples 1 and 3: K = 0.52.
  • For a 200,000 amp vessel, where a = 1.5, identical to that of Example 2, K = 0.47.

On peut donc se baser sur une valeur de K = 0,5.We can therefore base ourselves on a value of K = 0.5.

On va maintenant choisir un schéma de cuve pour laquelle la valeur du champ vertical b (sans file voisine) soit m au point M, et donc -m au point N.We are now going to choose a tank diagram for which the value of the vertical field b (with no neighboring file) is m at point M, and therefore -m at point N.

On détermine M par les équations :

Figure imgb0060
Figure imgb0061
D'où les valeurs :
Figure imgb0062
Figure imgb0063
Figure imgb0064
 We determine M by the equations:
Figure imgb0060
Figure imgb0061
 Hence the values:
Figure imgb0062
Figure imgb0063
Figure imgb0064

e et f sont directement proportionnels à i, et les valeurs de m, E et F seront donc également proportionnelles à i. On peut donc définir 3 caractéristiques :

Figure imgb0065
Figure imgb0066
Figure imgb0067
valables pour toutes les cuves disposées en long, en prenant I, par commodité, exprimé en kilo-ampères.e and f are directly proportional to i, and the values of m, E and F will therefore also be proportional to i. We can therefore define 3 characteristics:
Figure imgb0065
Figure imgb0066
Figure imgb0067
 valid for all tanks arranged lengthwise, taking I, for convenience, expressed in kilo-amperes.

K étant voisin de 0,5 les équations peuvent s'écrire, en pratique :

Figure imgb0068
Figure imgb0069
Figure imgb0070
 K being close to 0.5 the equations can be written, in practice:
Figure imgb0068
Figure imgb0069
Figure imgb0070

APPLICATIONS PRATIQUESPRACTICAL APPLICATIONS EXEMPLE 5EXAMPLE 5

Pour une série de cuves de 100 000 ampères, identiques à celles des exemples 1 et 2, les valeurs du champ vertical dû à la file voisine en M et N, avec ℓ = 7,40 m et d = 1,80 m sont respectivement (valeurs mesurées) :

Figure imgb0071
Figure imgb0072
on a :
Figure imgb0073
 For a series of 100,000 amp cells, identical to those of examples 1 and 2, the values of the vertical field due to the neighboring line in M and N, with ℓ = 7.40 m and d = 1.80 m are respectively (measured values):
Figure imgb0071
Figure imgb0072
 we have :
Figure imgb0073

D'où i', intensité dans le conducteur de compensation, d'après l'équation (12a) ou (12b) = 226 A/1000 AHence i ', intensity in the compensating conductor, according to equation (12a) or (12b) = 226 A / 1000 A

soit 22,6 % de I.or 22.6% of I.

On vérifie qu'aux points M et.N, on a bien :

Figure imgb0074
Figure imgb0075
Figure imgb0076
 We check that at points M and.N, we have:
Figure imgb0074
Figure imgb0075
Figure imgb0076

EXEMPLE 6EXAMPLE 6

Avec les mêmes cuves que dans les exemples 1 et 3, on a réduit la distance d à 1, 20 m (cette réduction n'est possible que si la disposition des cuves le permet). Il en résulte une dimunition importante de l'intensité i dans le conducteur de compensation.With the same tanks as in examples 1 and 3, the distance d was reduced to 1.20 m (this reduction is only possible if the arrangement of the tanks allows it). This results in a significant reduction in the intensity i in the compensation conductor.

On a :We have :

Figure imgb0077
Figure imgb0078
Figure imgb0079
Figure imgb0080
i' = 169 A/1000 A soit 16,9 %
Figure imgb0077
Figure imgb0078
Figure imgb0079
Figure imgb0080
 i '= 169 A / 1000 A or 16.9%

On vérifie qu'aux points M et N, on a bien Bz (M) = Bz (N) = 0

Figure imgb0081
Figure imgb0082
 We verify that at points M and N, we have B z (M) = B z (N) = 0
Figure imgb0081
Figure imgb0082

En conclusion :In conclusion :

Si l'on réalise une cuve dont le champ m' par 1000 ampères au point M est égal à

Figure imgb0083
en 10 4 T, on obtiendra un champ total Bz nul en uti- lisant un conducteur de compensation parcouru par un courant i qui sera fonction de sa distance au bord extérieur de l'anode. Lorsque l'on transforme une ancienne série, pour des raisons de sécurité électrique et d'encombrement, d sera voisin de 1,80 m et l'intensité i du conducteur de compensation sera dans ce cas de 22,6 % du courant I de la série.If we make a tank whose field m 'by 1000 amps at point M is equal to
Figure imgb0083
 at 10 4 T , a zero total field B z will be obtained by using a compensation conductor traversed by a current i which will be a function of its distance from the outside edge of the anode. When transforming an old series, for reasons of electrical safety and space, d will be close to 1.80 m and the intensity i of the compensating conductor will in this case be 22.6% of the current I of series.

Dans le cas d'une série neuve d pourra être plus faible car il se situera dans un caniveau indépendant isolé de la série. Pour d = 1,20 le courant de compensation ne sera plus que 16,9 % du courant I.In the case of a new series d may be lower because it will be located in an independent channel isolated from the series. For d = 1.20 the compensation current will only be 16.9% of current I.

Cette méthode permet donc de minimiser le coût d'investissement, et la consommation du conducteur de compensation.This method therefore makes it possible to minimize the investment cost, and the consumption of the compensating conductor.

Cette méthode de compensation va maintenant être combinée avec la méthode précédemment décrite, visant à rendre Bz (m) et By (o) nuls.This compensation method will now be combined with the previously described method, aimed at making B z (m) and B y (o) zero.

Cas n° 3 : Cuves à montée centrale (figure 5) alimentation du croisillonCase n ° 3: Tanks with central rise (figure 5) feeding the spider par la tête A sous une intensité a i par les montées centrales sous une intensité (1 - α) I. On tient compte de la file voisineby the head A at an intensity a i by the central climbs at an intensity (1 - α) I. We take into account the neighboring file

Dans ce cas., la condition By = 0 ne change pas car la file voisine et le conducteur de compensation étant sensiblement dans le plan du métal, ils n'ont pas d'action sur B . On a donc les mêmes équations que (2) et (5) du cas n° 1.

Figure imgb0084
Figure imgb0085
Par contre, la condition B (M) est modifiée : z On a :
Figure imgb0086
 In this case, the condition B y = 0 does not change because the neighboring file and the compensation conductor being substantially in the plane of the metal, they have no action on B. We therefore have the same equations as (2) and (5) of case n ° 1.
Figure imgb0084
Figure imgb0085
 On the other hand, condition B (M) is modified: z We have:
Figure imgb0086

En reprenant le même calcul que dans le cas n° 1, on trouve :

Figure imgb0087
Using the same calculation as in case 1, we find:
Figure imgb0087

En posant :

Figure imgb0088
By asking :
Figure imgb0088

On a :

Figure imgb0089
We have :
Figure imgb0089

En tirant la valeur de Y2 de l'équation (14), on obtient l'équation du 2ème degré :

Figure imgb0090
cette équation est identique à l'équation (5) du cas n° 1, sans file voisine, avec un nouveau coefficient ν1. Elle permet de calculer Z que l'on reporte dans l'équation (14) pour obtenir Y.By drawing the value of Y 2 from equation (14), we obtain the equation of the 2nd degree:
Figure imgb0090
 this equation is identical to equation (5) of case n ° 1, with no neighboring file, with a new coefficient ν 1 . It makes it possible to calculate Z which is reported in equation (14) to obtain Y.

EXEMPLE 7EXAMPLE 7

On considère des cuves de 100 000 ampères identiques à celles des exemples 1 et 3, placées en deux files par bâtiment, avec une distance entre anode ℓ = 7,40 m et un conducteur de compensation placé à une distance d = 1,80 m comme dans l'exemple 4.Consider tanks of 100,000 amperes identical to those of Examples 1 and 3, placed in two rows per building, with a distance between anode ℓ = 7.40 m and a compensation conductor placed at a distance d = 1.80 m as in example 4.

On calcule de la même façon et avec les mêmes conventions pour α :

Figure imgb0091
Sur la figure 13, la courbe 1 en pointillés correspond à la solution du cas n° 1, la courbe 2 en trait plein, correspond à la solution tenant compte de la file voisine. On constate que, pour des raisons pratiques et économiques, on choisira a compris entre 0,35 et 0,50.We calculate in the same way and with the same conventions for α:
Figure imgb0091
 In FIG. 13, the curve 1 in dotted lines corresponds to the solution of case n ° 1, the curve 2 in solid line, corresponds to the solution taking into account the neighboring queue. We note that, for practical and economic reasons, we will choose between 0.35 and 0.50.

EXEMPLE 8EXAMPLE 8

On considère des cuves de 200 000 ampères, identiques à celles des exemples 1 et 3, mais placées en deux files par bâtiment, avec une distance entre anodes ℓ = 7,40 m et un conducteur de compensation placé à une distance de 1,80 m comme dans l'exemple 5.We consider tanks of 200,000 amperes, identical to those of examples 1 and 3, but placed in two rows per building, with a distance between anodes ℓ = 7.40 m and a compensation conductor placed at a distance of 1.80 m as in Example 5.

On obtient de la même façon, les valeurs de y et z qui sont reportées sur le diagramme, figure 14.

Figure imgb0092
In the same way, we obtain the values of y and z which are plotted on the diagram, figure 14.
Figure imgb0092

Cas n° 4 : Cuves classiques (figure 6) comportant un croisillon à alimentation par la tête amont (A) sous une intensité al et par la tête aval (B), sous une intensité (I - a) I.Case n ° 4: Classic tanks (figure 6) comprising a spider fed by the upstream head (A) at an intensity al and by the downstream head (B), at an intensity (I - a) I.

On tient compte de la file voisine.The neighboring queue is taken into account.

Le calcul est identique à celui du cas n° 1, mais les intensités équivalentes du croisillon et des collecteurs négatifs étant différents, on aura de nouvelles valeurs pour les coefficients µ et y .The calculation is identical to that of case n ° 1, but the equivalent intensities of the spider and the negative collectors being different, we will have new values for the coefficients µ and y.

Réalisation de la condition B (o) = 0

Figure imgb0093
Realization of condition B (o) = 0
Figure imgb0093

B n'étant pas influencé par la file voisine, ni par le conducteur de compensation situé dans le plan xOy du métal, on a :

Figure imgb0094
Réalisation de la condition Bz (M) : 0B is not influenced by the neighboring queue, nor by the driver of compensation located in the xOy plane of the metal, we have:
Figure imgb0094
 Realization of condition B z (M): 0

La nouvelle valeur de V' est :

Figure imgb0095
The new value of V 'is:
Figure imgb0095

L'équation (19) donnant z est la même que (16) avec les nouvelles valeurs

Figure imgb0096
Equation (19) giving z is the same as (16) with the new values
Figure imgb0096

EXEMPLE 9EXAMPLE 9

On considère des cuves classiques (figure 6) de 100 000 ampères, identiques à celles de l'exemple 4, placées en deux files, dans le même bâtiment, avec une distance entre anodes, ℓ = 7,40 m et un conducteur de compensation placé à une distance d = 1,80 m (comme dans l'exemple 5). On obtient, de la même façon, que dans les cas précédents, les valeurs de Y et Z :

Figure imgb0097
qui sont reportées sur le diagramme, figure 15.Consider conventional tanks (FIG. 6) of 100,000 amps, identical to those of Example 4, placed in two rows, in the same building, with a distance between anodes, ℓ = 7.40 m and a compensation conductor placed at a distance d = 1.80 m (as in example 5). We obtain, in the same way, as in the previous cases, the values of Y and Z:
Figure imgb0097
 which are plotted on the diagram, figure 15.

CONCLUSIONCONCLUSION

Il résulte de ces différents exemples, compte-tenu des considérations pratiques et économiques qui conduisent à ne pas faire passer les conducteurs à une distance exagérée de la cuve ni à son contact direct, que pour la mise en oeuvre de l'invention l'on choisira le coefficient a de répartition du courant ; égal ou inférieur à 0,55 dans le cas de cuves alimentées par une tête et au moins une montée centrale de chaque côté, et de préférence, compris entre 0,45 et 0,55, égal ou inférieur à 0,75 dans le cas de cuves classiques alimentées par les deux têtes, et de préférence, compris entre 0,75 et 0,65.It follows from these different examples, taking into account the practical and economic considerations which lead not to pass the conductors at an exaggerated distance from the tank or in direct contact, that for the implementation of the invention one will choose the coefficient a current distribution; equal to or less than 0.55 in the case of tanks fed by a head and at least one central rise on each side, and preferably between 0.45 and 0.55, equal to or less than 0.75 in the case of conventional tanks supplied by the two heads, and preferably between 0.75 and 0.65.

Claims (7)

1. Procédé de réduction des perturbations magnétiques dans les séries de cuves d'électrolyse à haute intensité pour la production d'aluminium, disposées en long, chaque cuve étant alimentée en courant à partir de celle qui la précède à la fois par la tête amont sous une fraction a de l'intensité, et par au moins un autre point situé entre la tête amont et la tête aval incluse, sous la fraction ( 1 - a) de l'intensité, caractérisé en ce que l'on annule la composante horizontale longitudinale B y du champ magnétique au centre de la cuve et qu'on rend antisymétrique la composante vertical Bz du champ magnétique par rapport à l'axe Oy en disposant les conducteurs négatifs de façon qu'ils soient parallèles à l'axe Ox et passent sensiblement par les points de coordonnées Y et Z satisfaisant les deux relations :
Figure imgb0098
Figure imgb0099
dans lesquelles p et ν sont des coefficients indépendants de l'intensité et dépendant uniquement de la demi-largeur "a" du système anodique de la hauteur "h" du croisillon au-dessus du plan cathodique de référence x0y, et de la fraction a de l'intensité alimentant la tête amont de chaque cuve.1. Method for reducing magnetic disturbances in the series of high intensity electrolytic cells for the production of aluminum, arranged in length, each cell being supplied with current from that which precedes it both by the upstream head under a fraction a of the intensity, and by at least one other point located between the upstream head and the included downstream head, under the fraction (1 - a) of the intensity, characterized in that the component is canceled horizontal longitudinal B y of the magnetic field in the center of the tank and the vertical component B z of the magnetic field is made asymmetric with respect to the axis Oy by arranging the negative conductors so that they are parallel to the axis Ox and pass appreciably through the points of coordinates Y and Z satisfying the two relations:
Figure imgb0098
Figure imgb0099
 in which p and ν are coefficients independent of the intensity and dependent only on the half-width "a" of the anode system of the height "h" of the spider above the reference cathode plane x0y, and on the fraction a of the intensity supplying the upstream head of each tank. 2. Procédé de réduction des perturbations magnétiques dans les séries de cuves d'électrolyse à haute intensité selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on annule, en outre, le gradient vertical de la composante horizontale du champ magnétique au centre de la cuve
Figure imgb0100
 en déterminant les coordonnées Y et Z des conducteurs négatifs de façon qu'elles satisfassent au moins approximativement, à une troisième relation :2. Method for reducing magnetic disturbances in the series of high intensity electrolytic cells according to claim 1, characterized in that the vertical gradient of the horizontal component of the magnetic field at the center of the tank
Figure imgb0100
 by determining the coordinates Y and Z of the negative conductors so that they satisfy at least approximately, a third relation:
Figure imgb0101
Figure imgb0101
 3. Procédé de réduction des perturbations magnétiques dans les séries de cuves d'électrolyse à haute intensité selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, pour une cuve alimentée en courant par les deux têtes, la tête amont recevant une fraction a du courant total, les les coefficients µ et ν permettant de fixer la position des conducteurs négatifs, sont déterminés par les relations :3. Method for reducing magnetic disturbances in the series of high intensity electrolytic cells according to claims 1 or 2, characterized in that, for a cell supplied with current by the two heads, the upstream head receiving a fraction a of total current, the the coefficients µ and ν allowing to fix the position of the negative conductors, are determined by the relations:
Figure imgb0102
Figure imgb0102
Figure imgb0103
Figure imgb0103
 4. Procédé de réduction des perturbations magnétiques dans les séries de cuves d'électrolyse à haute intensité, selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, pour une cuve alimentée en courant par la tête amont et au moins une montée centrale, de chaque côté, la tête amont recevant une fraction a du courant total, les coefficients µ et ν permettant de fixer le position des conducteurs négatifs sont déterminés par les relations :
Figure imgb0104
Figure imgb0105
 4. Method for reducing magnetic disturbances in the series of high intensity electrolytic cells, according to claims 1 to 3, characterized in that, for a cell supplied with current by the upstream head and at least one central rise, on each side, the upstream head receiving a fraction a of the total current, the coefficients µ and ν making it possible to fix the position of the negative conductors are determined by the relations:
Figure imgb0104
Figure imgb0105
 5. Procédé de réduction des perturbations magnétiques dans les séries de cuves d'électrolyse à haute intensité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on choisit le coefficient a de répartition du courant : - égal ou inférieur à 0,55 et de préférence compris entre 0,45 et 0,55 dans le cas de cuves alimentées par la tête amont et au moins une montée centrale de chaque côté, '- égal ou inférieur à 0,75 et de préférence compris entre 0,75 et 0,65 dans le cas de cuves classiques alimentées par les deux têtes. 5. Method for reducing magnetic disturbances in the series of high intensity electrolytic cells according to any one of the preceding claims, characterized in that the coefficient a of current distribution is chosen: - equal to or less than 0.55 and preferably between 0.45 and 0.55 in the case of tanks supplied by the upstream head and at least one central rise on each side, '- equal to or less than 0.75 and preferably between 0.75 and 0.65 in the case of conventional tanks supplied by the two heads.
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