146616. lajstromszámú szabadalom • Elektrolizáló cella, különösképpen alumínium finomítására
O Megjelent: 1960. április 30. ORSZÁGOS TALÁLMÁNYI HIVATAL SZABADALMI LEÍRÁS 146.616. SZÁM 40. c. 4. OSZTÁLY — MO—362. ALAPSZÁM Elektrolizáló cella, különösképpen alumínium finomítására Molnár Imre oki. kohómérnök és Imrefi József oki. vegyészmérnök, mindketten Tatabányán A bejelentés napja: 1958. június 21. A jelen találmány fémmel történő áraimbevezetésre vonatkozik folyékony fémből való elektródát tartalmazó elektrolizáló cellákhoz, imint amilyen pl. az alumínium elektrolitikus finomítására szolgáló cella. Ilyen és hasonló célra szolgáló celláknál, melyeknél az egyik elektródként kapcsolt olvadt fémréteg az elektrolit tetején úszik, az elektromos áramot az említett elektródához jelenleg csaknem kizárólag grafittömbökkel vezetik. Az ilyen megoldásoknál a következő hátrányok vannak: minthogy a grafitáramvezetők a cella felett elhelyezett vezérsínről lógnak a folyékony elektródába, a cella felső része egyáltalán nem, vagy csak tökéletlenül takarható, ezért nagy a hőveszteség; a grafittömbök kezelése sok munkát igényel, mivel rendszeres időközökben meg kell őket tisztítani a szennyezésektől; a grafittömbök a tisztítási munkák és a korrózió miatt fogynak; s végül a grafittömiböknek és a velük kapcsolt kontaktusoknak az elektromos árammal szemben jelentős ellenállásuk van. Már korábban javasolták, hogy az elektromos áramot a cellákban a folyékony fémelektródához közvetlenül fémmel vezessék. Az ilyen áirambevezetésű cellák jellegzetessége egy csatorna, amely a cella olvadt fémelektródájától a cella egyik oldalfalán át egy, a kemencén kívül levő, az oldalfalhoz csatolt tartályhoz vezet. A tartályba nyúlnak az áramvezető sínek, melyek a cellát az elektromos áramforráshoz kapcsolják; a csatornába az olvadt elektróda fémje be tud folyni, s az így létrejövő fémár, amely a tartály felé eső végén megfagy, a cella felé eső végén olvadt állapotban marad, elektromos vezetékként működhet. Az ilyen fémes árambevezetés a grafitos árambevezetés összes hátrányait kiküszöböli. így a cella felső részét hőszigetelő fedéllel zárhatjuk le, ezzel a hő veszteséget csökkentjük és a cellát lényegesen kisebb áramsűrűséggel tudjuk üzemben tartani a hőegyensúly biztosítása mellett. Ugyancsak minimális lesz az árambevezetés elektromos ellenállása is. A korábban javasolt fémes áram vezetők mégsem váltak be a gyakorlatban néhány alapvető hibájuk miatt. E hibák a következőkben írhatók le: Ismeretes, hogy az elektromos árammal átjárt vezető körül és belsejében mágneses tér alakul ki. Ezen mágneses tér hatására a vezető tengelye felé irányuló erőhatás jelentkezik, amelynek legnagyobb értéke a vezető keresztszelvényére vonatkoztatva: 12 p = k — ÍO-5 , ahol p az elektromágneses erő g/cm2 -ben, I a vezetőben folyó áramerősség amperekben, és q a vezető keresztmetszete cm2-ben. Ezen erő hatására a folyékony vezető a tengelye irányában elmozdul olyan vezetőrészek felé, melyeknél kisebb erőhatás jelentkezik. Egyúttal a vezető összeszorul úgy, hogy az összeszorulás mértéke, ill. a keresztmetszet csökkenésnek megfelelő fém súlya egyensúlyban legyen a fenti erőhatással. A tengelyirányú elmozdulás a cella fémes elektródjában az áramvezető csatornából kiinduló és oda visszatérő áramlást okoz. Ez az áramlás állandóan hideg fémet szállít a cellába és meleg fémet a csatornába, ahol az lehűl. Ezenkívül a köráramlás a cellából szennyeződéseket, elektrolitkérget, stb. szállít a csatornába, s azt részben eltömi. A- csatorna elkerülhetetlen gyakori tisztítása megbonja a hőegyensúlyt. Javasolták már az elektromágneses erő csökkentését a vezetőcsatorna keresztmetszetének növelése révén. A köráramlás megszüntetéséhez szükséges folyékony fémáramvezető keresztmetszet azonban olyan nagy, hogy azon a hőveszteség megengedhetetlen nagy lesz, emellett a fém megfagyásának biztosítására szerkezeti okokból el nem helyezhető hosszúságú vezetőcsatornát kell alkalmazni, vagy a csatornát hűteni kell. Javasolták később a csatornaszelvény olyan kiképzését, hogy a cella felé eső végén nagy elektromágneses erők, a tartály felé eső végén kisebb elektromágneses erők keletkezzenek, ennek megfelelően a csatorna belső keresztmetszete kisebb, a külső nagyobb. A gyakorlatban az ilyen megoldás kettős áramlást eredményez egyrészt a cella és a belső szelvény, másrészt a belső és- a külső szel-
