192227. lajstromszámú szabadalom • Kisfeszültségesésű katódtömb, valamint katód Hall-Heroult eljárás szerinti alumínium elektrolizáló kemencéhez
1 2 192 227 Az egyes katódtömbökben kialakított 12 hornyok (5c. ábra) alakja és keresztmetszete előnyösen azonos, vagy pedig, különösen a katódtömb két szélső 12 hornyánál eltérő, amely biztosítja, hogy egymás mellé helyezett 10 katódtömbök esetében az elektrolizáló kemence hosszabb 11 oldalán kialakított nyílások - melyeken a 10 katódtömbök 3 acélrúdjainak 5 vége nyúlik át - egymástól azonos távolságban legyenek kialakítva. Ezen túlmenően az elektrolizáló kemence katódját alkotó katódtömbök felületét vagy felületének . egy részét célszerű olyan bevonattal ellátni, amely lehetővé teszi, hogy azt a folyékony alumínium nedvesítse. Ilyen bevonattal ellátható a 10 katódtömb azon felülete, amely érintkezik az olvadt alumíniummal, vagy a 10 katódtömb teljes felülete. Szakirodalomból, pontosabban K. BÍLLEHAUG és H. A. OYE, „ALUMÍNIUM” 56, 1980. áprilisi számának 642-648. oldaláról, valamint 1980. novemberi számának 713-718. oldaláról ismert az az eljárás, melynek értelmében „RHM” (tűzálló keményfémek) néven ismert tűzálló összetétellel, különösen TiB2 titándiboriddal vonják be a katódtömbök felületét, melynek eredményeképpen a katódtömböt az olvadt alumínium nedvesíteni tudja és ezért a 930-960 °C üzemi hőmérsékleten kevésbé támadja meg. A katódtömb felületét egészben vagy részben titándibórium lapokkal vagy bevonattal láthatjuk el, vagy olyan tűzálló keményfém összetétellel, amely legalább 30%-ában tartalmaz titánium diboridot, vagy más ismert módon titán diboridot és/ vagy tűzálló keményfém vegyületet iktathatunk a széntartalmú anyagba, amely a katódtömb anyagát alkotja, vagy legalább a katódtömb anyagának felső részébe, amely közvetlenül érintkezésben áll a folyékony alumíniummal. Ilyen esetben a titánium diborid vagy tűzálló keményfém vegyület aránya legalább 30%, amely a tapasztalatok szerint minimálisan szükséges a kellő nedvesítés eléréséhez. Ily módon lehetőség nyílik az olvadt alumíniumréteg stabilizálására, így lényegében az anód-katód távolság redukálására és így az elektrolit fürdőben létrejövő feszültségesés csökkentésére, amely azzal összefüggően csökkenti az alumínium kitermeléséhez szükséges kWh/ t fajlagos energiát. A találmány szerinti kis feszültségesésű katódtömbbel, illetve abból összeállított katóddal elérhető főbb előnyök a következők : 1. A hasznos katódfelület megnő, mivel az ismert megoldásoknál az egyes katódtömbök egyesítésére alkalmazott döngölőmassza vagy széntörmeléket tartalmazó paszta 30-40 mm vastag rétege helyett, amely egyébként a rossz villamos vezetőképességet is okozza, a találmány szerinti katódtömbök néhány mm vastagságú ragasztóréteggel vannak egymáshoz rögzítve. 2. összeegyeztethető a tényleges acélkeresztmetszet a tényleges fém-acél érintkezési felülettel, melyre az eddig ismert elektrolizáló kemencéknél nem volt lehetőség. Az 5A, 5B, 5C ábra az 1, 10 katódtömbök 1 : 20 léptékben kicsinyített keresztmetszetét illetve hosszmetszetét mutatja. Az 5A és 5B ábrán az ismert, míg az 5C ábrán a találmány szerinti kialakított 10 katódtömb metszetét tüntettük fel. Az 5A ábrán látható 1 katódtömbökben két hosszanti 7 horony húzódik végig, az 5B ábrán feltüntetett 1 katódtömb egyetlen szélesebb hosszanti 7 horony- 5 nyal rendelkezik, mig az 5C ábrán látható 10 ka• tódtömbben nyolc keresztirányú 12 horony van kiképezve. Az acélrúd valamint a széntartalmú katódtömb érintkezési hosszúsága 3,68 m és az acél és öntöttvas keresztmetszete 0,1616 m2 az 5A ábrán 10 látható 1 katódtömb esetében, és az acél és a katódtömb érintkezési hosszúsága 2,92 m, míg az acél és öntöttvas keresztmetszet 0,264 m2 az 5B ábrán feltüntetett 1 katódtömb esetében, ezzel szemben az 5C ábrán látható 10 katódtömbnél az acél és a 15 katódtömb érintkezési hosszúsága 4,16 m, míg az acél és öntöttvas keresztmetszet 0,2508 m2. Éhnek eredményeként az érintkezési ellenálláson fellépő feszültségesés rendkívül lecsökken, amelyhez öszszegződik a 3 acélrúdon fellépő igen kis értékű 20 feszültségesés. A találmány szerinti katódtömbön, illetve katódon végzett kísérleti mérések azt mutatták, hogy az egyes feszültségeséseknél a találmány révén elért nyereség néhányszor 10 mV, amely úgy jön létre, hogy a katódtömb nem válik törékennyé, 25 és az egyes katódtömbök szélső 16 részei, melyek a 12 hornyok között helyezkednek el, illetve a két szélső 12 hornyot kívülről határolják, azonos méretűek maradhatnak. Szakterületen jártas szakember számára könnyen felismerhető, hogy az egyes fe- 30 szültségesési helyeken elért 10 mV nagyságrendű nyereségek előállított alumínium tonnánként 30-35 kWh fogyasztáscsökkenést eredményeznek. 3. A katódtömbök új elrendezése lehetővé teszi, kevert vagy „szendvics” katódtömbök egyszerű és 35 gazdaságos összeállítását. Az eddig ismert megoldásoknál a 1 katódtömböket fel kellett vágni, majd a két részt, például az antracittartalmú és a félgrafit típusú részt a katód összeállítása során kellett öszszeszerelni, még a találmány szerinti katódtömbnél 40 az egyes vegyes blokkokat, mint például a 10A és 10B katódtömböket egyszerű ragasztással erősíthetjük össze, mivel szabvány méretüknek köszönhetően összeragasztásuk nem okoz problémát majd a ragasztás után végleges helyükre helyezhetők. 45 4. Az egyes katódtömbök elektrolizáló kemencébe történő behelyezése is egyszerűsödik : Az ismert elektrolizáló katódok esetében az 1. ábrán látható megoldáshoz hasonlóan a négy 1 katódtömböt külön-külön kellett behelyezni, míg a találmány sze- 50 rinti modul felépitésű katód esetében az előzőleg összeragasztott két félmodult vagy egyetlen modult kell csupán helyére illeszteni. 5. Hagyományos módon az egyes 1 katódtömböket a 4A ábrán látható módon ragasztják össze, 55 azaz a 1 katódtömbök összeragasztásánál igen hosszú működtető úttal rendelkező 14 nyomótámokat alkalmaznak, amelynek használata nem biztosítja a 1 katódtömbök helyes pozicionálását és az egymástól távolabb eső 1 katódtömbök párhuza- 6o mossága is egyre bizonytalanabb. A találmány szerinti modul felépítésű szerelvény esetében az esetleges pontatlanságokat az egyes 10 katódtömböket összeerősítő döngölő vagy széntörmeléket tartalmazó 8 paszta kiegyenlíti, valamint az egyes 10 6g katódtömbök összeragasztásánál alkalmazott 15 5
