191107. lajstromszámú szabadalom • Flotáló katód hall-heroult aluminiumgyártási eljáráshoz
3 191 107 4 kony alumínium-katódréteg viszonylagos, sűrűsége normál üzemi körülmények között. Célszerű az olyan kiviteli alak a technológia egyszerűsítése szempontjából, amelynek átlagos viszonylagos sűrűsége kisebb a folyékony alumíniumkatódrétegnél, továbbá a megolvasztott kriolitalapú elektrolit-fürdőnél. A technológia további egyszerűsítése szempontjából előnyös az olyan kiviteli alak, amelynek átlagos viszonylagos sűrűsége a folyékony ahnníniuin-katódréteg viszonylagos sűrűsége és a megolvasztott kriolitalapú elektrolitfürdő viszonylagos sűrűsége között van. Előnyös az olyan kiviteli alak az egyszerű megvalósíthatóság miatt, amely függőleges ütközővel, valamint a függőleges iránytól eltérő mozgást korlátozó vezetőelemmel van ellátva. A találmány szerinti berendezést az alábbiakban rajzon, kiviteli példa segítségével ismertetjük. A rajzon az 1. ábra eltávolítható titán-borid aktív katódelemekkel ellátott flotáló katód axonometrikus képe, a 2. és 3. ábra a titán-borid aktív katódelemének lehetséges kiviteli alakja, és a 4. és 5. ábra a flotáló katód két kiviteli alakja, ahol az aktív katódelemek hasított csodarab formájúak és a flotáló katód az alaphoz lerögzítő elemmel van ellátva, a 6. ábra tömör tűzálló betontömbhöz lerögzített flotáló katód, a 7. ábra a flotáló katód oldalsó vezetőeleme, a 8. ábra a flotáló kató delem másik kiviteli alakja felső és alsó támelemekkel, amelyek a tűzálló tartóba illeszkednek, a 9. ábra támelemek illeszkedési helye, a 10—13. ábrák különböző flotáló katód kiviteli alak, ahol minden egyes titán-borid aktív katódelem flotáló elemként van elrendezve. Az 1. ábrán a titán-boridtartalmú 1 aktív katódelem egyik lehetséges kiviteli alakja látható, amelyet sík vagy enyhén hajlított fejrésszel és a 2 szárrésszel (2. és 3. ábra) alakítunk ki. Az 1 aktív katódelemeket a grafitból készült 4 semleges, közbenső tartó 3 nyílásaiba helyezzük. A fentiekben leírt katódösszeállítás átlagos viszonylagos sűrűsége a folyékony alumíniuménál kisebb. Az 1 aktív katódelemek fejrésze normál üzemi körülmények között az elektrolil és az alumínium belső érintkezési felülete közelében helyezkedik el. A 2. és 3. ábrán látható egy másik kiviteli alak, ahol az 1 aktív katódelemeket közvetlenül helyezhetjük a 3 nyílásokra, vagy az 1 aktív katódelemeket 5 kiemelkedésekkel vagy 6 bordákkal látjuk el, hogy az alumíniumgyártásnál a folyékony alumínium áramlását elősegítő hézagot hozzunk létre. A 4. és 5. ábrán a flotáló katód másik kiviteli alakja látható, amelynél a 9 csapelemmel rögzítjük le a flotáló katód 7 közbenső tartóelemét a 8 katódalaphoz. A lerögzítő 9 csapelem 10 fejrésze illeszkedik a közbenső tartó 11 lépcsős kialakításával, ezáltal a flotáló katód felfelé mozgását korlátozó támasztó szerkezetet alakítunk ki. A 12 aktív katódelemeket 13 hasított csodarabokból alakítottuk ki, amelyeket 14 sínre illesztettük, megfelelő áramlási hézagot hagyva a gyártandó alumínium számára. A 13 csodarabok kör-, négyzet- vagy más keresztinetszetűek lehetnek. Az 5. ábrán a grafittömeg és a titán-boridtömeg részaránya olyan, hogy az egység átlagos, viszonylagos sűrűsége kisebb, mint az elektrolité, ezáltal a flotáló katód általában felfelé támaszkodó helyzetben van. Mindkét cselben (4. és 5. ábra) a dotáló kálód mozgásának, amelyet a támasztó elem helyzetével és a lerögzítő 9 csapetem magasságával határolunk be, legalább olyan mértékűnek kell lennie, hogy megfeleljen a folyékony alumíniumréteg felületi magasságváltozásainak az elektrolízis lefolytatása során. Általában a 12 aktív katód (titán-borid) elemeknek a 15 belső érintkezés felületből legalább 10 mm-rel szükséges kiemelkedni. Továbbá figyelemmel kell lennünk arra, hogy a flotáló katód vastag vezető lapjának alsó része mindig a fémbe merüljön, függetlenül a fém felületi magasságának változásaitól. A vezető lap és nem a lerögzítő 9 csapelcmck továbbítják az áramot a 8 katódlnpra a 16 folyékony alumínium-fémréteg útján. Hangsúlyozandó, hogy minden esetben az aktív (titán-borid) katódelemek működnek katód gyanánt; és ezekre az aktív katódelemekre rakódik le az elektrolízissel gyártott alumínium. A 6. ábrán látható a dotáló katód további kiviteli alakja, amelyet 18 vékony titán-borid bevonattal ellátott 17 grafitlapból alakítunk ki. A 18 vékony titán-borid réteget vákuumgőzöléssel vagy plazmaívvel választjuk le. A flotáló katódot a kád aljához a 19 vastag tűzálló betontömbbel rögzítjük, amely ellenáll a 16 folyékony alumínium hatásának. A 19 vastag tűzálló betontömböt a 9 kalódlapra helyezzük. Előnyösen a 19 vastag tűzálló betontömböt 20 járatokkal alakítjuk ki a folyékony alumínium áramlása és ezzel az elektromos áram keresztülvezetése céljából. Az 1. ábrán vázolt kiviteli alaknál, vagy a 6. és 8. ábrán látható hasonló szerkezeteknél a flotáló szerkezet vezető elem gyanánt 21 görgőket (a 7. ábrán látható) tartalmazhat, amelyek például a 22 tartólábakhoz illeszkednek. A görgőket például titán-boridból vagy szilícium-nitridből, vagy szilícium- és alumínium-oxinitridből (Sialon) alakíthatjuk ki. A 8. ábrán látható konstrukciónál a 24 tűzálló tartó teljesen a folyékony alumíniumba merül. A 25 perforált tarló, amely a lilán-horid aktív kalödelcmeket larlja kisebb viszonylagos sűrűségű, mint az elektrolit — és például vékony tűzálló bevonattal ellátott grafitból alakítható ki. Ennek az elrendezésnek az az előnye, hogy a teljes 25 perforált tartó a titán-borid 1 aktív kalódelemekkel a 24 tükör tűzálló tartóba tolható, ha például lefelé irányuló erőhatásnak tesszük ki (túlzottan mélyre bocsátott anód esetén). Ezért a 8. ábra szerinti et <e2 méretarányokat be kell tartani. Ha a 25 perforált tartóból és a titán-borid 1 aktív katódelemekből kialakított összeállítás átlagos viszonylagos sűrűsége kisebb az elcktrolitfiirdő sűrűségénél, az összeállítás felfelé támaszkodó helyzetben marad. Ha az összeállítás viszonylagos sűrűsége az elektrolitfürdő sűrűsége és a folyékony alumínium 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
