153312. lajstromszámú szabadalom • Elektronizáló berendezés alumínium előállítására
153312 kisebbek lesznek az oldalirányú ánamvesztesié:ek és ezzíel nőni fog az áralmhiatásfok, viszont jelentős hátrányként jelentkezett körülmény, hogy a bélés felső széle az elektrolit támadása és a levegő oxidációja folytán roncsolódott, szétmiállott és ennek következtében szilícium került az elektrolitba, mely az alumíniuimolVadékot szennyezte. További hátrány a sziliciumka'ribidból készített bélésanyag kemény és rideg volta, miinek következtében. a koszorút haltároló lapok összeillesztése igen munkaigényes, ezáltal kádépítési, munkabér növekedés áll elő, továbbá a nyersanyag nehezen és viszonylag drága áron szerezhető be. A találmány célja az elektrolizáló kádak koszorúinak fent említett hiányosságainak kiküszöbölése. Kísérleteink során azt tapasztaltuk, hogy amennyiben a koszorúnak belső, vagyis az alumínium és elektrolit olvadékkal esetenként közvetlenül érintkező felületeit, a találmány szerinti grafit lapokból állítjuk elő, nemcsak a fenti hiányosságokat tudjuk megszüntetni, hanem az eddig ismert koszorúkat tartalmazó kádlakihoz képest kedvezőbb üzemi eredményeket tudunk biztosítani. • • •"• Ismeretes, hogy a .grafit nagy hőmérséklete-. ken lényegesen stabilabb az atmoszférikus korrózióval széniben, mint az egyéb szénanyagok. Ezién\ kívül irodalmi adatokból ismeretes, hogy az alumíniumelektrolízis hőfokán az olvadékelektrolit a grafitolt — szemben az egyéb szénanyagakkal — igen rosszul nedvesíti: így 1020 C°-on a kríolitolvadék cseppjének nedvesítesi határszöge a grafiton még 90 mp után is stabilan tartja a kezdeti 110—120° értékét, ügyanaíkfcor a szurokkokszoh és antraciton a határszög már 30 mp alatt nullára csökkén, azaz az olvadék teljes egészében beszívódik a szénanyagba. Lényeges a kriolit olvadékban kátéidként ./kapcsolt grafit viselkedése az elektrolízis során. Saját vizsgálataink szerint az ún. Rapaport-féle módszert alkalmazva kiderült, hogy a grafit elektrolízis közbeni duzzadása, roncsolódása az egyéb szénféleségekhez viszonyítva legfeljebb egynegyede, de esetenként 'egyhuszadrésze. Mindezek alapján megállapítható, hogy a grafit a jelenleg használatos szénkoszorú anyagokkai szemben többszörös védőhatást biztosít, tehát lényegesen kisebb vastagságban lenne alkalimazhhiató. Ezekkel szemben rendkívül hátrányosnak tűnik a grafit kis — az egyéb szénanyagoknál 6— JO-^szer kisebb — fajlagos elektromos ellenállása, mert ez a kád katádkönstrukieiójánafc ismeretében esetenként (amikor nincs, vagy nem megfelelő folytonoisságú az oldalfagyás) várhatóan az oldalirányú áramelfolyás növekedésiét és ezzíel az áramhatásfok csökkenését kéli eredményezze. Meglepő módon ax találmány szerint épített kísérleti kádakon az áramihatásfok nem csökkent, sőt százalékos nagyságrendben növekedett. Ezen nem várt hatás okainak tüzetes elemzésénél, úgy találtak, hogy a grafitnak nagy (az egyéb szénanyagokénál egy nagyságrenddel na-10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 gyobíb) hővezetőképessége különleges szerepet játszik az alumínium elektrolízis kád specifikus viszonyai között, mely azt eredményezi, hogy az oldalfagyás stabilitása nő, teljes megszűnte csak lényegesen rosszabb viszonyok között következhet be, mely körülmény ezen előnyökön túlmenően kompenzálja a grafit alkalmazása eredményeképpen felléphető minimális hőveszteség többletet is. Példa: Vegyük az oldalkoszorú kiinduló vastagságát 0,13 m-nek, hagyományos szénianyagának hő-Vezetési együtthatója ^S z = 6,5, az oldalfagyásé Xof = 0,75, a grafité ^g = 60 Kial/m. óra, Az említett szélső esetiben (10 / = 0), a hagyományos szénkoszorú alkalmazása esetén a fenti állandó értéke 0,02 Kal"1 m 2 .dPa.C 0 . Ebből kiindulva és Xk és lfc értékeit változtatva a megfelelő \0 f értekék sorát kapjuk, amelyet a lo / = 0,02 Kf t-oí h kifejezésből számszerűen felírhatunk. A számítás eredményét az 1. ábrában bemutatott diagram mutatja, melynek abszcisszáján az oldalkoszorú anyag fajlagos hővezetési együtthatója, ordinátaján az oldalfagyás vastagság értékéi láthatók mélyek összefüggéseit két különféle oldalkoszorú vastagság esetére mutatjuk be. A diagramokból kiderül, hogy a 0,13 m vastag hagyományos szén-oldalkoszorút 0,05 m vastag grafit réteggel helyettesítve az oldalfagyás vastagsága 0-ról kb. 14,5 mm-re nő, állandó oldalhőveszteségeket feltételezve. A ' találmány szerinti grafitlap alkalmazóé ezen következménye azt eredményezi, hogy ha pl. az anód-olda'lköszorú távolság 400 mm, az olvadt elektrolit fajlagos elektromos ellenállása 0,5 Obtm/om3 , az oldalfagyás fajlagos ellenállása pedig 800 C°-on 700 Ohm/om3 , akikor az említett 14,5 rnm vastag oldalfagyás kialakulása 0 érték helyett az oldalirányú elektromos ellenállást az anód-oldalkoszorú távköziben a hagyomiányos saénkoszorú alkalmazásánlak esetéhez viszonyítva 50-szieresre növeli. Tapasztaliatainfc alapján a kísérleti kádakon a grafit többszörösen jobb elektromos vezetőképessége ellenére nem csökkent, sőt nőtt az áramhatásfok. A konkrét példában jelentkező 130 — (50 4- 14,5) = 85,5 mm oldalkoszorú 4- oldalfagyás összvaistagság csökkenés (ahol 130 mm — a példaklénti kiinduló oldalkoszorú vastagság; 50 mm — a példakiénti új grafitliap — oldalkoszorú vastagság; 14,5 mm — a kiinduló többlet oldalfagyás vastagság) az anódméret növelésére használható ki, aminek számos nagyjelentőségű pozitív kihatása van az alumínium elektrolízis hatásosságára. Megjegyezzük, hogy a diagramból láthatóan a sziliciumkarbid {Ásfc = 17 Kal/m.óra.C c ) alkalmazása is előnyt jelent a hagyományos szén-2
