192227. lajstromszámú szabadalom • Kisfeszültségesésű katódtömb, valamint katód Hall-Heroult eljárás szerinti alumínium elektrolizáló kemencéhez
1 192.227 2 5B. ábrán az acélrudakat befogadó hornyok másik; ugyancsak ismert kialakítása látható, és az 5C. ábrán az árambevezető acélrudakat befogadó hornyok kiképzését tüntettük fel a találmány szerinti kis feszültségesésű katódtömb egyik lehetséges kiviteli alakjánál. Az 1. ábrán a technika állásához tartozó és alumínium elektrolizáló kemence katódját képező katódtömbök elhelyezését és összeállítását tüntettük fel vázlatosan, amelyen 1 katódtömbök az alumínium elektrolizáló kemence fém házának rövidebb 2 oldalával párhuzamosan vannak elrendezve. Az elektrolizáló kemence katódját a kemence fém háza rögzíti. A 1 katódtömbök téglatest alakúak és mint mondottuk, hossztengelyük párhuzamos a kemence rövidebb 2 oldalával. Az 1 katódtömbök h magassága és 1 szélessége általában 300-700 mm között van megválasztva, míg hosszúságuk rendszerint meghaladja a 2 m-t. Az ismert elektrolizáló kemencékben a 1 katódtömbök hosszúságának és szélességének aránya legalább 2 : 1-hez és ez az arány egészen 8 : 1 értékig nőhet. A 1 katódtömbök magasságának és szélességének aránya általában nem tér el lényegesen az 1 : 1 aránytól. Az 1. ábrán feltüntetett ismert kiviteli példában minden egyes 1 katódtömb két 3 acélrudat foglal magában, melyek vagy teljes egészében végignyúlnak a 1 katódtömbön, vagy pedig, mint a rajzról is látható, két 3A, 3B rúdfémből vannak összeállítva, melyek a 1 katódtömb középső 4 részén vannak két végüknél fogva összekapcsolva. A 3 acélrudak 5 vége, amely túlnyúlik a 1 katódtömbön, keresztül van vezetve az alumínium elektrolizáló kemence hosszabb 11 oldalán és a kemencén kívül 6 gyűjtősínre csatlakozik, mely a rajzon nem ábrázolt, de a gyakorlatból ismert módon a következő alumínium elektrolizáló kemence anódjával van sorbakapcsolva. A 3 acélrudak a 1 katódtömb egy, jelen példában két hosszanti 7 hornyában vannak, leggyakrabban öntöttvas révén beerősítve. Az egymás mellett lévő 1 katódtömbök döngölő vagy széntörmeléket tartalmazó 8 pasztával vannak egymással összeerösítve, amelyet melegen, azaz üzemi hőmérsékleten döngölnek az egyes 1 katódtömbök közé és amelyek tulajdonképpen tömítik az elektrolizáló kemence katódszerelvényét az egyébként beszivárgó és nagy károkat okozó olvadt alumíniummal és elektrolittal szemben. így tehát az elektrolizáló kemence élettartama nagymértékben függ az így kialakított tömités hatásosságától. A 2. ábrán a találmány szerinti kis feszültségű katódtömbökből összeállított félmodul, illetve modul példakénti kiviteli alakját tüntettük fel, amelynél 10 katódtömbök úgy vannak az elektrolizáló kemencében elrendezve, hogy A A’ főtengelyük (3. ábra) párhuzamos a kemence X X’ hossztengelyével. A 3 acélrudak és azok 5 végeinek kivezetése megegyezik az 1. ábránál ismertetett megoldással, így a 6 gyűjtősín ugyancsak a következő elektrolizáló kemence anódjával van sorbakapcsolva. A rajzból látható azonban, hogy a 10 katódtömbökben kiképzett 12 hornyok nem hosszirányban, hanem a 10 katódtömb A A’ hossztengelyére merőlegesen vannak a 10 katódtömbben kialakítva, így tehát a 10 katódtömbök elhelyezése után a 12 hornyok párhuzamosak az elektrolizáló kemence rövidebb 2 oldalával. Egy úgynevezett „katód félmodul” úgy állítható elő, hogy két 10A és 10B katódtömb van összeszerelve úgy, hogy a 12 hornyok zárt csatornát alkotnak, és a két 10A, 10B katódtömböt vékony 9 ragasztó réteggel összeragasztjuk, majd a 12 hornyokkal kialakított csatornákba a szokásos módon, öntöttvas segítségével berögzítjük a 3 acélrudakat. A 3 acélrudakat öntöttvas helyett széntartalmú pasztával is rögzíthetjük helyükön, de ezt a megoldást a gyakorlatban ritkábban alkalmazzák. Két ilyen ismertetett „félmodul” elektrolizáló kemence X X’ főtengelyére szimmetrikus elrendezésével egy úgynevezett katódmodult kapunk. A két félmodul a szokásos módon, döngölő vagy széntörmeléket tartalmazó 13 pasztával vagy előnyösebben ragasztóval van összeerősítve és kitöltve. A kitöltés elvégezhető a katódszerkezet végleges helyreillesztése előtt vagy azután. Az első ily módon kialakított katód modult ezután szükséges n számú azonos felépítésű modullal egészíthetjük ki, majd az összerakott katódokat a kemence típusától függően döngölő vagy széntörmeléket tartalmazó 8 pasztával kitöltve egyetlen összefüggő szerkezetté egyesítjük. 180 000 A áramot felvevő elektrolizáló kemencéhez például három modulból összeállított katód szükséges. Jóllehet az eddigi ismertetés kizárólag olyan félmodulokról szól, melyek két katódtömbből vannak összeállítva, a találmány szerinti katódtömb és katód nem korlátozódik a példaként ismertetett kiviteli alakokra. Lehetőség van arra is, hogy két, különböző szélességű tömbből kialakított félgyártmányt, vagy három azonos vagy különböző szélességű tömböt használjunk fel, az egyetlen kikötés az, hogy magasságuknak és hosszúságuknak minden esetben meg kell egyeznie. A fenti elv alapján a találmány számos különböző módon valósítható meg. A katód félmodult alkotó két 10A és 10B katódtömb összetétele azonos lehet, azaz ugyanabból a széntartalmú masszából van összeállítva, de lehetőség van arra is, hogy az egyes katódtömböket eltérő összetételű anyagból állítsuk elő, amellyel az egyes katódtömbök jellemző tulajdonságait, például hővezetőképességüket vagy villamos vezetőképességüket befolyásoljuk. Például a 2. ábrán kívül elhelyezkedő 10A katódtömb hagyományos típusú lehet, amely antracit szemcséket tartalmaz, melynek fajlagos ellenállása 900 °C hőmérsékleten Q = 4,4 x l06Qmés hő vezetési együtthatója X = 3,0 W/m K nagyságrendű, míg a rajzon a belső 10B katódtömb úgynevezett „félgrafit” típusú, amelynek fajlagos ellenállása 900 °C hőmérsékleten 2,8 x 10 6 ftm és hővezetési együtthatója X = 23,0 W/m K. A 3. ábrán feltüntetett másik előnyös példakénti kiviteli alaknál maga a kívül elhelyezkedő 10A katódtömb is két részből áll, mivel kívülről 10E rész csatlakozik hozzá, melynek viszonylag alacsony a hővezetőképessége, hogy csökkentse az elektrolizáló kemence hőveszteségeit és ily módon fenntartsa az elektrolizáló berendezés termikus egyensúlyát. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4
