192227. lajstromszámú szabadalom • Kisfeszültségesésű katódtömb, valamint katód Hall-Heroult eljárás szerinti alumínium elektrolizáló kemencéhez
1 A92 227 2 az egyes katódtömböket az elektrolizáló kemence fém falának rövidebb oldalával párhuzamosan egymás mellé helyezik úgy, hogy az egyes katódtömbök kimenetei, azaz az acélrudak végei, melyek túlnyúlnak a kemence falazatán és amelyek gyűjtősínéhez az egyes kemencéket összekötő vezetékek csatlakoznak, mindig a kemence hosszabb oldalán vannak elrendezve, függetlenül attól, hogy az egyes elektrolizáló kemencék egymás mögött hosszában vagy keresztben helyezkednek el. Az alumíniumgyártók napjainkban leginkább arra törekednek, hogy megnöveljék az elektrolizáló kemencék egységteljesítményét, különösen a kemencékben előállított alumínium mennyiségét, csökkentsék a beruházási költségeket, és hogy lehetővé tegyék az alumínium gyártásának teljes integrált automatizálását. Az elektrolizáló kemencékben alkalmazott áramerősség sokáig határértékként nyilvántartott 200 000 A értékét az egyes berendezések már rég túllépték, és igen valószínű, hogy az 1980-as évek végére a berendezések áramerőssége eléri a 400 000 A-t. Ezzel párhuzamosan széles körben folynak a kísérletek az egyes elektrolizáló kemencék saját felvett teljesítményének, azaz fogyasztásának redukálására is, különösen a katódokon fellépő feszültségesések csökkentésére. Az ismertetett típusú elektrolizáló kemencékben alkalmazható kis feszültségesésű katódtömbök kialakítása és szerkesztése teljességében új megoldást igényel, amely nem érhető el napjainkban ismert megoldásokkal, azaz a katódok egyszerű extrapolálásával, továbbfejlesztésével. Közismert tény, hogy egy elektrolizáló kemence élettartamát tekintve sorsdöntő lehet az abban alkalmazott katód minősége, mivel az elektrolizáló kemencék idő előtti tönkremenetelét a szervizgyakorlat szerint a katód alatti részbe beszivárgó olvadt fém és elektrolit idézi elő. Találmányunk azon a felismerésen alapul, hogy az egyes katódtömböket úgy kell kialakítani, hogy azok egy-egy modult alkossanak és a modulok számának célszerű megválasztásával bármilyen méretű elektrolizáló kemence létrehozható, melynek méretét a modul egyes méreteinek a modulok számával történő szorzata határozza meg. A kitűzött feladatot széntartamú, kis feszültségesésű katódtömbbel valósítottuk meg, a Hall-Heroult eljárás szerinti alumínium elektrolizáló kemencéhez, ahol a leváló olvadt alumíniumot felfogó katódot az elektrolizáló kemence téglatest alakú fém háza tartja, és a katódot ugyancsak téglatest alakú, hosszúkás és közvetlenül egymás mellett elrendezett széntartalmú katódtömbök alkotják, melyek hosszúságának és szélességének aránya 2 : 1 és amelyekben legalább egy, az elektrolizáló kemence házának rövidebb oldalával párhuzamosan húzódó acélaidat tartalmazó hornya van, és az acélrúd vége az elektrolizáló kemence házának hosszabb oldalán keresztülnyúlva gyűjtősínhez csatlakozik. Ezt a találmány értelmében oly módon fejlesztettük tovább, hogy az acélaidat befogadó hornyok merőlegesek az egyes katódtömbök főtengelyére, míg a katódtömbök az elektrolizáló kemence házának hosszabb oldalával párhuzamosan vannak elhelyezve. A találmány szerinti kis feszültségesésű katódtömb előnyös kiviteli alakja értelmében az egyes katódtömbök hosszabb oldalfelületükkel legalább egy második katódtömbbel vannak összeragasztva és így fél katódmodult alkotnak, melynek szélessége azonos a katód szélességének felével. A találmány szerinti katódtömb továbbfejlesztett kiviteli alakja értelmében előnyös, ha a katódtömb két fél katódmodul összeragasztása útján van kialakítva, és ezek olyan katódtömb modult alkotnak, melynek szélessége megegyezik a katód szélességével. A találmány szerinti széntartalmú kis feszültségesésű katódtömb további kiviteli alakja értelmében előnyös, ha minden egyes félmodul ugyanabból a széntartalmú pasztából előállított tömbből van kialakítva, és lényegében azonos hő és/vagy elektromos paraméterekkel rendelkezik. Ugyancsak előnyös a találmány szerinti katódtömb olyan kiviteli alakja, amelynél minden egyes félmodul olyan tömbből van összeállítva, melyek hő és/vagy villamos paraméterei különbözőek. A találmány értelmében az egyes katódtömbökben kialakított, acélrudakat befogadó hornyok szélessége azonos, vagy pedig más esetekben előnyösen eltérő. A kitűzött feladatot továbbá Hall-Heroult eljárás szerinti alumínium elektrolizáló kemencében alkalmazható széntartalmú katóddal oldottuk meg, amely a találmány értelmében legalább két, egysíkban, közvetlenül egymás mellett elrendezett modulból van felépítve, és az egymást követő modulok ismert módon, például széntartalmú pasztával vannak egymással villamosán összekapcsolva. A találmány szerinti széntartalmú katód előnyös kiviteli alakja értelmében a katódot olvadt alumíniummal érintkező felületének legalább egy részén tűzálló keményfémek családjába tartozó ötvözet, például titándiborid borítja legalább 30% arányban, amely elősegíti az említett felület nedvesíthetőségét az olvadt alumínium tekintetében. A találmányt az alábbiakban a rajz segítségével ismerietjük részletesebben, amelyen a kis feszültségesésű katódtömb, illetve katód néhány példaként kiviteli alakja látható. A rajzon az 1. ábra a jelenleg ismert, a technika mai állását alkotó elektrolizáló kemence katód vázlata, a 2. ábrán a találmány szerinti kis feszültségesésü katódtömb vázlata látható, a 3. ábrán az egyes katódtömbökből létrehozható félmodulok, illetve modulok összeállítását tüntettük fel, a 4A. ábra a technika állása szerinti katódtömbök elektrolizáló kemencében megvalósított kitámasztását ábrázolja, míg az 4B. ábrán a találmány szerinti katódtömbök elektrolizáló kemencében történő kitámasztása látható, az 5A. ábra a technika állásához tartozó katódtömbben kialakított, árambevezető acélrudak befogadására szolgáló hornyok elrendezése látható, az 5 10 15 20 25 30 '35 40 45 50 55 60 65 3
