194588. lajstromszámú szabadalom • Hall-Heroult elektrolizáló cella aszimmetrikus katód rudakkal és hőszigeteléssel
3 194 588 4 áramokat keltene, és megnövekedne a cella kivezetései között fellépő feszültségesés. Elméletileg, ha teljesülnek a villamos szimmetria feltételei, a szimmetrikus hőszigetelés biztosítja, hogy a cellában a hőeloszlás szimmetrikus, és speciálisan a védőgát is szimmetrikus lesz. Ez az oka annak, hogy a hőszigetelésre vonatkozó elméleti számítások elvégzésekor a tervezők általában megelégszenek azzal, hogy a fél cellára végezzék el a számításokat, figyelembevéve azt, hogy a másik fél cellára vonatkozó számítások a szimmetria miatt az előbbiekből levezethetők. A tapasztalatok azonban azt mutatják, hogy a cél-, Iák egyik oldala igen sok esetben hidegebb a másik oldalnál, és azon az oldalon a védőgát a katódtömbök alsó részénél azokra kisebb mértékben húzódik rá,: ennek következtében a fémrétegben felbomlik az egyensúly, mivel köcsönhatásba lép a mágneses erőterekkel „mint arról a fentiekben már szó volt. A fent említett termikus aszimmetriát azzal lehet magyarázni, hogy az áramlási iránnyal ellentétes irányú oldalon és az áramlási iránnyal megegyező1 oldalon levő vezetékek geometriájában eltérések vannak, ami a cella külseje felé távozó termikus fluxusokban is különbségeket idéz elő, vagy másképp megfo-j galmazva, a cellában levő folyékony fázisok sebességtartományai aszimmetrikusak lesznek, áminek az az eredménye, hogy a védőgát és a folyadékok közötti áramlásos hőkicserélődés elsősorban az egyik oldalon megy végbe. A találmány célja olyan Hall-Heroult eljárás szerint történő alumínium gyártásra alkalmas elektroli- „ záló cella kialakítása, ahol az alumíniumot olvasztott timföldfürdő elektrolízisével állítjuk elő egy olyan szerelvényben, amely több, egymás után elrendezett cellából álló cellasorból áll, ahol a cellák négyszögletes fémházból vannak kialakítva, amelyeknek fővagy hosszanti-tengelyei merőlegesek az általuk képezett cellasor tengelyére, és amelyek hőszigetelő béléssel, valamint olyan katóddal vannak ellátva, amely széntartalmú tömbök összetapasztásával van kialakítva, ahol a széntartalmú tömbökbe acélrudak vannak beágyazva, amelyek katódkivezetéseket képeznek és a cella áramlási iránnyal ellentétes és azzal megegyező (azaz a cellasorban folyó áram irányával ellentétes, illetve megegyező) oldalánál a cellából kinyúlnak, és amelyekhez a sorban következő cellához vezető összekötő vezetékek hozzá vannak kapcsolva, ahol a vezetékek a hozzájuk tartozó katódkivezetésekkel egy áramlási iránnyal ellentétes irányú, illetve egy áramlási iránnyal megegyező irányú áramkört képeznek, ahol továbbá az egyes cellák egy-egy anódrendszert tartalmaznak, amelyek egy állítható magasságú, vízszintesen elrendezett tápáram sínre vagy anódsín szerelvényre vannak felfüggesztve, mely rendszer két párhuzamos anódvonalból áll, amelyek a cellák fémházainak fő- vagy hosszanti-tengelyeivel párhuzamosak, az anódok széntartalmú tömbökből vannak kialakítva és eltávolíthatóan vannak felfüggesztve a tápáram sínre vagy anódsín szerelvényre vezető fémrudak révén, amelyeknek alsó része be van ágyazva a széntartalmú tömbbe. A tápáram sín vagy anódsín szerelvény a cellasorban levő előző cella áramlási iránnyal ellentétes irányú, illetve azzal megegyező irányú áramköreivel van összekötve. A találmány szerinti új megoldás lényege, hogy annak érdekében, hogy az áramlási iránnyal ellentétes irányú és az áramlási iránnyal megegyező irányú áramkörök ohmos ellenállásai lényégében azonos nagyságúak legyenek, annak ellenére, hogy hosszúságuk eltérő, az áramlási irányba eső katódkivezetéseket képező acélrudakat úgy alakítjuk ki, hogy azok végeinek ohmos ellenállása nagyobb legyen, mint az áramlási iránnyal ellentétes irányba eső katódkivezetések végeinek ohmos ellenállása. A találmány a cellák újszerű kialakítására vonatkozik: azok aszimmetrikusak, mivel a katódszerelvény és a hőszigetelés szimmetriája a cella hosszanti tengelyéhez viszonyítva el van torzítva. Ez két pontra vonatkozik: a katódszerelvény re és a cella hőszigetelésére. A katódtömbök grafit tartalmú vagy amorf széntartalmú anyagból vannak kialakítva, alsó felületüknél horonnyal vannak ellátva és egy vagy több acélaidat tartalmaznak, amelyek a hornyokba vannak beágyazva. A katódkivezetést képező acélrudak vagy legalább az acélrudaknak azok a részei, amelyek a széntartalmú tömbökből kinyúlnak,különböző átmérőjűek és/vagy hosszúságúak, attól függően, hogy a cella áramlási iránnyal megegyező vagy azzal ellentétes irányú oldaláról van szó. Az acélrudak keresztmetszetét a találmány tárgyát ismerő szakember ki tudja számítani oly módon, hogy az áramlási iránnyal ellentétes irányú áramkör villamos ellenállásának lényegesen nagyobbnak kell lennie, mint az áramlási iránnyal megegyező irányú áramkör szükséges villamos ellenállásának, és figyelembe kell venni,.-hogy a cellát villaihosan ki kell egyenlíteni, vagyis az áramlási iránnyal ellentétes irányú áramkörben folyó áram nagyságának azonosnak kell lennie az áramlási iránnyal megegyező irányú áramkörben folyó áram nagyságával. Ezt azáltal érjük el, hogy az acélrúdnak az áramlási irányba eső oldalon levő katódtömbön kívül levő szakaszának keresztmetszetét lecsökkentjük, és igy az kisebb lesz, mint az acélrúd azon szakaszának keresztmetszete, amely az áramlási iránnyal ellentétes oldalon a katódtömbön kívül helyezkedik el, és megnöveljük az acélrud azon szakaszának hosszát, amely az áramlási irányba eső oldalon a tömbön kívül helyezkedik el. Lehetséges az is, hogy az áramlási irányba eső kimenetet olyan anyagból alakítjuk ki, amelynek villamos vezetőképessége rosszabb, (például krómtartalmú rozsdamentes acélból), és/vagy az áramlási iránnyal ellentétes oldali kimenetet a vasnál jobb villamos vezetőképességű anyagból, például rézből alakítjuk ki. A találmány egy előnyös kiviteli alakjánál az elektrolizáló cella ki van egészítve egy szigetelő béléssel, amely a cella hossztengelyére aszimmetrikus. Mivel az áram a cella két oldalánál azonos nagyságú, viszont az acélrudak villamos ellenállása az áramlás irányával megegyező oldalon nagyobb, mint az áramlási iránynyal ellentétes oldalon, az áramlási iránnyal megegyező oldalon nagyobb a hőleadás. Ezenfelül a rudak hő- vagy termikus ellenállása is nagyobb az áramlási iránnyal megegyező oldalon, ezért ennek az oldalnak 3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
