145397. lajstromszámú szabadalom • Elektroliziscella olvadékelektrolízis foganatosításához

£> Megjelent: 1959. október 15. ORSZÁGOS TALÁLMÁNYI HIVATAL SZABADALMI LEÍRÁS 145.397. SZÁM 40. c. 5—6. OSZTÁLY - VE—159. ALAPSZÁM Elektrolíziscella olvadékelektrolízis foganatosításához Vereinigte Aluminiumwerke Aktiengesellschaft, Bonn (Nyugat-Németország) A bejelentés napja: 1953. november 24. Német Szövetségi Köztársaságbeli elsőbbsége: 195 3. április 18. Olvadékelektrolízisnél folyékony olvadékelektrolitból fémet választanak le. Alumínium gyártásánál például rendszerint szénnel bélelt kádban gyülemlik össze a fém, amely szénnel bélelt kád a katódát alkotja. Ezen a megömlött fémtömegen helyezkedik el a kisebb' fajsúlyú, vagyis valamivel könnyebb elektrolit, amelybe egy vagy több, rendszerint szénből készült anóda merül. A kemencében fellépő feszültségesés az elektrolitos polarizációs feszültségből és abból az ohmos feszültségesésből áll, amely főként az elektrolitban jön létre. Az ohmikus feszültségesésből és a kemence összáramából alkotott szorzat a bevezetett teljesítménynek az a része, amely meleggé alakul át és amelyre szükség van, hogy az elektrolízishez megkívánt hőmérsékletet fenntartsuk. 30 kA, különösen azonban 60 kA és még nagyobb áramerősségekkel dolgozó elektrolitkemencéknél megfigyelték, hogy a fémtükör felfelé domborodik. Ez a körülmény a kemence üzeme szempontjából rendkívül kellemetlen, mert az anóda és a fém közötti távolság, az úgynevezett iránytávolság, határozza meg a kemencében fejlesztett » meleg mennyiségét, amely távolság például alumíniumkemencéknél 3—4 cm nagyságrendű kellene, hogy legyen, míg az említett felfelé való dudorodás következtében ennek az értéknek a 2,3-szorosára nő meg. A jelenséget már régebben elektromágneses erők hatásának tulajdonították. Mivel a fémfürdő szintjének ez a felfelé dudorodása aszimmetrikus volt, annak okát a kemence mágneses terének aszimmetrikus voltában keresték és oda törekedtek, hogy ezt a mágneses teret a lehetőség szerint szimmetrikussá tegyék. Evégből a csarnok padozata alatt fekvő áramsínekből felszálló vezetékeket nemcsak a kemence ún. „bevezetéséé" végén rendezték el, hanem e felszálló vezetékeket a négyszögletes keresztmetszetű kemence mindkét oldalán alkalmazták és így a kemencét két oldalról táplálták. E felszálló vezetékeket szorosan a kemence mellett rendezték el, hogy a kemencék közötti átjárást biztosítsák. Ma már nem kétséges, hogy a felfelé dudorodás oka az elektromágneses erők hatása. A fentemlített ellenintézkedések csak résziben jártak eredménnyel, mert a dudorral meghatározott iv magassága ugyan csökkent és a dudorodás más alakot vett fel, azonban még mindig az iránytávol-, ság nagyságrendjében maradt. Gyanították az •olvadékban áramlások jelenlétét is, ezek és a dudorodás között azonban összefüggést megállapítani nem tudtak. Az elektrolízis folyamán kiváló gázokat az anódát körülvevő, bádogból készült szerkezetben gyűjtötték össze, amely bádogszerkezet az olvadékon levő kéreg alá nyúlt, és a gázokat a kemence egy helyén elvezették. A kiváló gázok nagy mennyiségének ez az egyoldalú elvezetése az elektrolitban irányított áramlást okozhat, sőt annak következtében a fémtömegben a gázelvezetés irányában áramlás léphet fel. A következőkben megadjuk azokat az alapvető felismeréseket, amelyeket a fémtömeg felfelé való dudorodásával kapcsolatban megállapítottunk. Az árammal átjárt folyadék térfogategységében fellépő erő (dP/dV) vektoriális szorzata a j áramsűrűségveiktornak és a B mágneses indukció vektorának. Ha az áramsűrűség és a mágneses indukció erőterei ismeretesek, akkor a térfogategységben fellépő erő nagyságra és irányra minden pontban meghatározható. Valamely folyadékban az ilyen erőtér meghatározott nyomáselosztást okoz és a folyadék két pontja között a nyomáskülönbség egyenlő az erő/térfogategység vonalintegráljával és a két pont közötti út differenciáljával. Az említett vonalintegrálban csak azok az útele-