195261. lajstromszámú szabadalom • Szénanód alumíniumot gyártó elektrolizáló cellához
A találmány tárgya szénanód alumíniumot gyártó elektrolizáló cellához. A találmány szerinti szénanód lehetővé teszi az anódos szén csatlakoztatásánál az ellenállásesés csökkentését, ugyanakkor az elektrolizáló cellák anódrendszerén fellépő hőveszteségek csökkentését, növelve ezáltal az alumínium-acél csatlakozások élettartamát. A találmány szerinti szénanód különösen alkalmas elősütött anódokat tartalmazó elektrolizáló céliákban történő felhasználásra, de a folyamatos, sajtolt, ú.n. Söderberg-féle önsülő anódokat tartalmazó elektrolizáló cellákban is lehet alkalmazni. Az alumíniumot lényegében egy kriolitot tartalmazó fürdőben feloldott timföld elektrolízisével állítják elő. Az ilyen műveletet lehetővé tevő elektrolízis-kemence úgy van kialakítva, hogy egy hőszigetelő burkolattal ellátott szénkatód van elhelyezve egy acél tartályban, a szénkatód felett egy vagy több szénanód van elhelyezve, amely vagy amelyek a kriolitot tartalmazó fürdőbe merül vagy merülnek, és a fürdő fokozatosan oxidálódik a timföld bomlásakor keletkező oxigénnel. Az elektrolízis-kemencében az áramot fentről lefelé vezetik. A kriolitot a Joule-hatás révén folyékony állapotban tartják, a megszilárdulási hőmérséklethez közeli hőmérsékleten. A cellák szokásos üzemi hőmérséklete 930 és 980°C között van. Az így előállított alumínium tehát folyékony és a gravitáció által a szigetelt katódon helyezkedik el. Az előállított alumíniumot vagy annak egy részét rendszeres időközönként öntőkanállal vagy öntőüsttel leszívják és öntödei kemencékbe töltik át, az elfogyott anódokat pedig új anódokkal cserélik ki. Az ilyen elektrolizáló berendezés áramszükséglete manapság 100,000 és 300,000 Amper között van. Emiatt az áramvezető, csatlakoztató és elosztó vezetékeket jó villamos vezetőképességü ipari fémekből, vagyis tiszta rézből vagy ötvözött rézből és alumíniumból készítik. Az elektrolizáló berendezés széntartalmú részei a kriolitot tartalmazó fürdő hőmérsékletének közelében lévő hőmérsékleten vannak. Az anód és a katód csatlakoztatása az áramot szállító vezetékekhez emiatt valamilyen közbenső részen keresztül történik, ami ellenáll ennek a magas hőmérsékletnek. Ezt a közbenső részt általában acélból készítik. A közbenső rész vagy szerelvény több elemből áll: a) egy összekötő elemből a vezeték és az acél között.Ez lehet egy nyomóérintkező,aminek érintkezését különböző eszközökkel javítják (villamosán vezető kenőanyagokkal, őrleményekkel, ónlemezzel, szorítókapcsok alkalmazásával, stb.), egy bimetáll vagy trimetáll ötvözet, amelyeket együttes hengerléssel, robbantással, sajtolással vagy préseléssel, dörzsöléssel 1 állítanak elő, amelyek pl. réz-vas, alumínium-vas, alumínium-titán-vas stb. összetételűek lehetnek. b) egy villamosán vezető acél részből, ami a szénbe belenyúlik. Ez kialakítását ■ tekintve lehet hengeres rúd, lemez, négyszög keresztmetszetű rúd, szögletes vagy profilos keresztmetszetű elem. c) egy összekötő elemből az acél rész és a szénanód vagy -katód között. Ez lehet öntöttvas, szén, széntartalmú paszta vagy száraz szigetelőanyag. Az acél rész és az összekötő elemek hőmérséklete a széntől a réz vagy alumínium vezető irányában csökken. Ezek ennélfogva egy jelentős termikus fluxust hordoznak, ami lényeges teljesítményveszteséget jelent az elektrolízises eljárás során. A termikus veszteségek csökkentése hagyományos szigetelési eljárásokkal igen nehéz. A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy ha az acél részt szigetelik, annak hőmérséklete túlzottan megemelkedik és visszafordíthatatlan károsodásokhoz vezet a vezeték és az acél rész közötti összeköttetésben, sőt még az alumínium vagy réz vezeték tönkremenését is előidézheti. Ezeknek az elemeknek a károsodása azzal a kockázattal jár, hogy megszakad az áramhozzávezetés folyamatossága, és ennek következtében az elektrolízis részben vagy egészen leáll. Ennek a termikus fluxusnak a csökkentésére szóbajöh.etne még az acélból készült vezető e részének olyan kialakítása, hogy keresztmetszetét csökkentik. Ebben az esetben a szakember három akadállyal találja magát szemben: i) ha csökkentik az acél rész keresztmetszetét, az acélban az ellenállás megnő és ez veszélyeztetné azt a célkitűzést, hogy az elektrolizáló berendezés teljesítményfelvételét csökkentsék. ii) ha az acél rész keresztmetszetét csökkentik, megnő a hőmérséklete, és ezzel összefüggésben az acél rész vezetéses és sugárzásos hőveszteségei is megnőnek az acél résznek a szabad levegőben lévő részében. így nagy mértékben lecsillapodik a pusztán vezetéses hőátadásra megengedett nyereség. Ezenkívül az acél rész és az alumínium vagy réz vezeték közötti összeköttetés tönkremegy, mivel az utóbbi az ilyen nagy hőmérsékleteken törékennyé és rideggé válik. iii) ha csökkentik az acél rész keresztmetszetét, az acél és a szén közötti összeköttetés minősége romlik, és az ezen a ponton Idalaluilo érintkezési ellenállásmegnövekedése által fellépő teljesítményveszteség tovább csökkenti a megengedett nyereséget. Következésképpen az elektrolizáló berendezés működése során az acél és az alumínium vagy réz közötti összeköttetés megromlik, anélkül, hogy a teljesítmény-2 195261 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
