195261. lajstromszámú szabadalom • Szénanód alumíniumot gyártó elektrolizáló cellához
felvételnél lényeges nyereséget érnének el. Ennek a problémának a megoldására nem elegendő a 2.088.263 sz. francia szabadalmi leírásban (Alusuisse) vagy az 1.125.949 sz. FR szabadalmi leírásban (PECHINEY) javasolt megoldások átvétele a katódos rudak esetében, mivel a katódos rudak többségükben katódos blokkokba vannak bemerítve, és így a hengeres anódrudak majdnem teljes hosszúságukban a szabad levegőnek vannak kitéve, kivéve az anódban szigetelt részüket és a közvetlenül az anód felett lévő részüket. A termikus egyensúly feltételei ennélfogva igen eltérőek. Az acél-szén villamos összekötőelem, amely 700°C-nál nagyobb hőmérsékleten működik, az áram útjába egy igen nagy parazitaellenállást vezet be, amit az érintkezési ellenállás és az anód szénrészének helyi ellenállása képez, ahol az áram lefolyása nagyrészt a szigételés körül koncentrálódik. A szóbanforgó esetben konkrét méréseket végezve ez eléri az anód teljes ellenállásának 30—50%-át. Számos eljárást fejlesztettek ki ennek az érintkezési ellenállásnak a csökkentésére. Az egyik hatékony módszer szerint az érintkezési felületet úgy növelik, hogy növelik azoknak a befoglaló csatlakozásoknak a számát vagy méretét, amelyekben az anódban befogják az acél vezetőket. Sajnos ennek egy nemkívánatos következménye van: ha növelik az acél vezetők számát vagy méretét, az ezen elemeken áthaladó vezetéses termikus fluxus a keresztmetszetekkel arányosan megromlik és a teljesítményt ki kell egyenlíteni. A teljes kiegyenlítés kedvezőtlen, mivel a hőveszteség növekedése nagyobb, mint az anódos csatlakozásnál az ellenállásban elért nyereség. A találmány célja tehát alumínium elektrolizáló cellák széntartalmú anódjainak csatlakoztatásánál az érintkezési ellenállás csökkentése anélkül, hogy növelnénk az elektrolizáló cellában a széntartalmú anódba benyúló acél vezetőkben fellépő termikus veszteségeket. A találmány tárgya tehát a Hall-Heroult-féle eljárásnak megfelelő, izzó elektrolízissel történő alumínium előállításánál alkalmazható cellákhoz olyan szénanód, amely a pozitív árambevezetéshez való csatlakoztatáshoz legalább egy olyan acél vezetővel van ellátva, amelynek első része benyúlik a szénanódba, felső része pedig össze van kötve a pozitív árambevezetéssel. A találmány szerinti újdonság abban van, hogy az acél vezető felső része legalább a felső rész hosszúságának 30%-ában olyan keresztmetszettel van kialakítva, ami az alsó rész keresztmetszetének legfeljebb 60%-ával egyenlő. 3 A szóbanforgó anód típusától függően — elősütött vagy Söderberg-féle anód — az acél vezető egy hengeres rúd, amit ismert eljárással, például öntéssel szigetelünk az elősütött anód vagy tüske felső részében kialakított mélyedésben, és az anód vagy tüske alsó végét lecsökkentjük és erőhatással a Söderberg-féle széntartalmú pasztába vezetjük be. A találmány szerinti szénanódot az alábbiakban kiviteli példák kapcsán, a mellékelt rajz alapján ismertetjük részletesebben, ahol az 1. ábrán a találmány szerinti szénanód hosszmetszetben látható, ahol feltüntettük a hőmérséklet változását is a hossz mentén; a 2. ábrán az ismert szénanód hosszmetszetét és hőmérsékletváltozását mutatjuk be; a 3—5. ábrákon az ú.n. elősütött anódra mutatunk be különböző változatokat; a 6. ábrán pedig az ú.n. Söderberg-féle, folyamatosan önsülő anódot mutatjuk be. Az 1. ábrán tehát a találmány szerinti szénanód hosszmetszete látható, amely az alábbi részekből áll: előégetett 1 anódból, amelyben hagyományos módon kialakított 2 bemélyedés látható. A 2 bemélyedésbe acél vezető 3 alsó része nyúlik be, az 1. ábrán x—x’ szaggatott vonallal jelzett mélységben, és a benyúló részt 4 szigetelés veszi körül, amit rendszerint öntéssel állítanak elő. Az acél vezetőnek a 3 alsó részéhez kapcsolódó, csökkentett keresztmetszetű 5 felső része van, ami vízszintesen elnyúló 6 csatlakozásban folytatódik. A 6 csatlakozás 7 csatlakozáson keresztül áll kapcsolatban 9 áramvezetővel. A 3 alsó rész és az 5 felső rész célszerűen hengeres kialakításúak. A 2. ábrán alkalmazott jelölések közül az 1. ábráéval azonosak azonos részeket jelölnek, így azokat nem ismételjük meg. Az eltérés az 1. ábrához képest az, hogy az acél vezető a különböző keresztmetszetű 3 alsó rész és 5 felső rész helyett most azonos keresztmetszetű 8 hengeres rúdból van kialakítva. Mindkét ábrán feltüntettük az egyes részek hőmérsékletét is. Ismert, hogy az elősütött anódot tartalmazó cellákban az anódon áthaladó termikus fluxusnak körülbelül a fele az acélra esik A hőtovábbítás lényegében puszta hővezetésből áll. Az I. ábrán látható esetben azt tapasztaltuk, hogy ha az acél vezetőt csökkentett keresztmetszetű 5 felső résszel alakítottuk ki, akkor azon a részen a hőmérsékleti gradiens megnőtt. Ez lehetővé teszi, hogy az acélban pontosan meghatározott helyen legyenek a forró, illetve a hideg zónák. Az 1. ábrán bemutatott esetben a vizsgálatok azt mutatták, hogy kb. 10 cm-es hosszúságon 650°C-ról 320°C-ra sikerült csökkenteti a hőmérsékletet. A 2. ábrán látható, hogy az ismert megoldás szerint kialakított szénanód esetében, azonos körülmények között milyen hőmér-4 195261 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
