FI78930C - Elektrod, speciellt en anod av ytbelagd ventilmetall foer elektrolytisk utvinning av metaller och metalloxider. - Google Patents

Description

78930

ELEKTRODI, ERITYISESTI PÄÄLLYSTETTYÄ VENTTIILIMETALLIA OLEVA ANODI METALLIEN TAI METALLIOKSIDIEN ELEKTROLYYTTISTÄ TALTEENOTTOA VARTEN -ELEKTROD, SPECIELLT EN ANOD AV UTBELAGD VENTILMETALL FÖR ELEKTRO-LYTISK UTVINNING AV METALLER OCH METALLOXIDER

Keksintö kohdistuu elektrodiin, erikoisesti päällystettyä venttii-limetallia olevaan anodiin metallien tai metallioksiidien talteenottoa varten, joka muodostuu vaakasuoraan sijoitetusta virransyöt-täjästä, joka on muodostettu kuparikirkosta tai sisältää sellaisen kiskon, vähintään yhdestä tästä kiskosta haaraantuvasta virranjakajasta, joka on rakennettu venttiilimetallia olevasta vaipasta, ja sen sisään sijoitetusta sähköä hyvin johtavaa metallia olevasta sydämmestä, joka on vaipan kanssa sähköä johtavassa yhteydessä ja johon on edullista upottaa kosketinrakenne, joka on venttiili-metallia ja on yhdistetty lukuisilla hitsauskohdilla vaipan sisäpintaan, ja yhdestä aktiiviosasta, joka on mekaanisesti ja sähköä johtavasti yhdistetty virranjakajan vaippaan.

Tällaisten päällystettyjen metallianodien tulee korvata metallien erikoisesti ei-rautametallien elektrolyttisen talteenoton alueella, talteenotettavaa metallia sisältävistä happoliuoksista alunperin tähän tarkoitukseen käytetyt lyijyä tai lyijyseoksia tai ; : grafiittia olevat anodit. Näiden päällystettyjen metallianodien toimiva pinta tai aktiiviosa muodostuu venttiilimetallia olevasta kantavasta sydämestä, kuten titaania, zirkoniumia.niobia tai tan-taalia olevasta, jonka päälle on pantu anodista toimivaa metallia oleva päällyste, esim. platinaryhmän metalleja tai platinametalli-oksiidia oleva.

Metallianodien ohella etu muodostaa sähköenergian säästöstä tähän astisiin lyijy- ja grafiittianodeihin nähden. Tämä energiansäästö syntyy päällystetyillä metallianodeilla saavutettavasta suuremmasta pinnasta, päällyksen korkeasta aktiviteetista ja muotostabili-teetista. Se mahdollistaa anodijännitteen huomattavan laskemisen. Päällystetyt metallianodit tauovat lisää käyttösäästöjä sen kautta, että elektrolyyttien puhdistus ja neutralointi helpottuu, koska Cl", NO~ tai vapaa eivät vahingoita anodien päällystettä.

Lisäkustannussäästö syntyy siitä, että päällystettyjä metalliano- 2 78930 deja käytettäessä elektrolyyttiin ei tarvitse sekoittaa kalliita lisäaineita, esim. kobolttiyhdisteitä tai strontiumkarbonaattia, kuten lyijyanodeja käytettäessä on tarpeen. Edelleen jää pois lyi-jyanodeilla väistämätön elektrolyytin ja talteenotetun metallin likaantuminen lyijyllä. Lopuksi sallivat päällystetyt metalliano-dit virtatiheyden nostamisen ja siten tuottavuuden nostamisen.

Näiden päällystettyjen metallianodien mitoittamisessa on kuljettu sangen erilaisia teitä.

Puheena olevanlaisessa tunnetussa metallianodissa (DE-OS 24 04 167) nähdään oleellinen mitoituskriteerio siinä, että katodia vastapäätä Oleva anodipinta on 1,5-20 kertaa pienempi kuin katodin pinta ja anodia käytetään näin ollen virtatiheydellä, joka on 1,5-20 kertaa suurempi kuin katodin virtatiheys.

Näillä toimenpiteillä tulisi oletetusti saavuttaa taloudellisella tavalla halutun kristallisen rakenteen ja puhtauden omaava suhteellisen puhdas metallin erotus katodilla. Taloudellisuuden tulisi ilmeisesti olla siinä, että katodiin nähden pienennetyn anodipinnan perusteella raaka-ainekulutus anodin valmistuksessa pienenee ja siten säästetään kallista venttiilimetalliraaka-ainetta. Kustannus-tensäästö tätä anodia valmistettaessa ostetaan kuitenkin ei vähäisillä haittapuolilla. Yksi haittapuoli on se, että kennojännitteen anodinen osa on suuri, koska anodi toimii suurella virtatiheydel-lä. Tämä vaatii oleellisena haittapuolena suuren energian kulutuksen tällaisella anodeilla varustetuissa kennoissa. Tunnetun anodin - suuri virtatiheys ja pienennetty johdinpoikkipinta pienennetyn tehollisen pinnan ja siten pienen materiaalitilavuuden vuoksi vaativat suuren sisäisen ohmisen jännitehäviön, jonka seurauksena on tarvittavan sähköenergian kasvu edelleen. Sisäisestä ohmisesta jännitehäviöstä johtuvan haitan välttämiseksi muodostuvat yhdissä ta-: sossa rinnan toistensa kanssa olevat profiilisauvat, jotka muodos tavat tehollisen pinnan, titaanivaipasta, joka on varustettu kupa-risydämellä. Näihin verrattava rakenne on myös virransyöttö- ja ; jakelukiskoilla. Nämä on vedetty monimutkaisesti virtateiden huomattavaa lyhentämistä varten anodin pienessä tehollisessa pinnassa. Tehollisen pinnan muodostamien profiilisauvojen monimutkainen rakenne sekä tarpeeksi pitkät virransyöttö ja jakelukiskot tekevät tunnetun rakenteen huomattavan kalliiksi.

3 78930

Eräässä toisessa tunnetussa päällystetyssä metallianodissa (DE-OS 30 05 795) on edellä selostettujen päällystettyjen metallianodien periaatteellisten haittapuolien välttämiseksi kuljettu täysin toista tietä, joka on se, että tämän anodin tehollinen pinta on muodostettu hyvin suureksi siksi, että yhdessä tasossa välimatkan päästä toisistaan ja samansuutaisesti toistensa kanssa sijoitetus sauvat, jotka muosostavat tehollisen pinnan, tyydyttävät yhtälön 6- FA : Pp - 2, jolloin PA on sauvojen kokonaispinta ja Fp sauvojen kokonaislaitteistosta otettu pinta. Tällä mieluummin reinti-taanista valmistetulla anodirakenteella ei kuparisen päävirransyöt-tökiskon lisäksi ole mitään muuta virransyöttäjää tai -jakajaa. Virransiirto pystysuunnassa suoritetaan vain venttiilimetallisilla sauvoilla. Kaikkiaan on tämä anodi suureksi muotoillun tehollisen pinnan vuoksi osoittautunut hyväksi monissa elektrolyyttisissä metallin talteenottomenetelmissä.

Nouseviin kilowattituntihintoihin sopeutuva, t.s. titaanianodien laskeva sisäinen ohminen jännitehäviö vaatii kuitenkin suuren poikkipinnan tätä kallista metallia oleville virtaa johtaville rakenneosille. Muodostettaessa aktiivipinnat yhdessä tasossa rinnan toistensa kanssa sijaitsevista titaanisauvoista täytyy näiden poikkipinnat mitoittaa vastaavan suuriksi, jotta voitaisiin pysyä paksuissa, massiivisissa lyijyanodeissa esiintyvien sisäisten ohmisten jännitehäiriöiden tasalla, mikä jälleen kaventaa venttiili-" metallianodien teknisiä ja kustannusetuja.

:: Jo mainitussa virransyöttö- ja jakelukiskoissa, jotka muodostuvat kuparisydämestä ja titaania olevasta tätä kuparisydäntä ympäröi- j västä vaipasta, pyritään saavuttamaan "metallurginen liitos" sy-dänmetallin ja vaipan metallin välille. Sisäisen jännitehäviön pieneneminen, joka tulisi saavuttaa tekemällä sydän hyvän säh- ; könjohtokyvyn omaavasta metallista, saavutetaan todellisuudessa kuitenkin vain silloin, kun virran ylimeno päällystettyyn aktii- ; viosaan on taattu suuripintaisella, moitteettomalla metalliurgi- !

sella liitoksella vaipan materiaalin ja kuparimateriaalin välil-lä. Tämä edellytys saavutetaan kuitenkin sangen kallilla valmis-•: tuksella vain jossain määrin. Siitä huolimatta ovat nämä virran- I

. . v j * 4 • · » ! i * 78930 syöttäjät osoittautuneet hyviksi diafragma-menetelmän mukaisessa kloorialkaalianalyysissä. Kuparin ja titaanin välisen metalliur-gisen liitoksen lämpötilaherkkyys edellyttää kuitenkin, että näiden anodien uudelleen päällystystapauksessa diafragma-kennoille titaanivaipalla päällystetty kuparisauva erotetaan päällystettävästä aktiiviosasta.

Tähän ongelmapiiriin kehitettiin patenttivaatimuksen 1 päävaatimuk-sessa edellytetty elektrodi (DE-OS 32 09 138). Sen jälkeen pantiin pääpaino ensi sijassa virransyöttäjän ja virranjakajan rakenteeseen.

Tämän elektrodin oleellinen rakenneidea on se, että virransyöttäjä tai virranjakaja on muodostettu venttiilimetallia olevista profiileista muodostetusta vaipasta ja siihen sijoitetusta sähköä hyvin johtavaa metallia olevasta sydämestä, jolloin sydän on vaipan kanssa sähköä johtavassa yhteydessä ja lisäksi tähän sydämeen on upotettu kosketinrakenne, joka on venttilimetallia ja yhdistetty monilla hitsauskohdilla vaipan sisäpintaan. Kosketinrakenne on tällöin avaruusmuodostelma moniin suuntiin suuntautuvine pintoineen, joka on useilta suunnilta sydänmetallin ympäröimä. Suositun toteutusmuodon mukaan muodostuu kosketinrakenne yhdestä tai useammasta nauhasta verkkometallia, lankaverkkoa, reikälevyä tai vastaavaa. Kulloinenkin nauha on edullista asentaa virran kulkusuuntaan vir-ransyöttäjässä tai virranjakajassa. Selostetulla toimenpiteellä saadaan tunnetussa elektrodissa sähköä hyvin johtava liitos sydänmetallin ja vaippametallin välille, mistä on seurauksena pieni jän-niteenalennus myös suurilla virranvoimakkuuksilla. Saavutettu si-; säinen kosketus kosketinrakenteen ja sydänmetallin välillä pysyy pitkän käyttöajan myös suurilla lämpötilaeroilla. Lisäksi parantaa kosketinrakenne vastaavasti muotoiltujen virtaa johtavien rakenneosien mekaanista lujuutta ja siten koko elektrodin lujuutta. Selostettu elektrodi on lisäksi kustannuksiltaan edullisesti ja > taloudellisesti valmistettavissa, koska tunnetussa laitteessa olleet vaikeudet ydinmetallin metallurgisessa liitoksessa vaippa-metallin kanssa tai sopivan välikerroksen aikaansaamisessa, esim. j ; käyttölämpötilassa nestemäisestä raaka-aineesta, jäävät pois. ; ί

Tunnettua elektrodia valmistettaessa voidaan nimittäin sydänmetal- ; li nestemäisessä tilassa yksinkertaisesti valaa vaipan sisätilaan. 1 ί i 5 78930

Kosketinrakenteen vastaavan muotoilun vuoksi virtaa sydänmetalli sisäpuolelta kosketinrakenteen ympärille ja kutistuu esijännityksin sen päälle. Täten saadaan haluttu hyvä kosketus sydänmetallin ja kosketinrakenteen välille. Tämä on taas sähköä hyvin johtavasta hitsattu vaipan sisäpintaan. Kaikkiaan on siis tunnetulle elektrodille ominaista mahdollisimman pieni sisäinen jännitehäviö pitkäaikaiskäytössä, kustannuksiltaan edullinen ja taloudellinen vai- ' mistusvahdollisuus, korkea käyttövarmuus sekä suhteellisen litte-ä rakenne.

Lopuksi on tunnetussa metallielektrodissa (OS-PS 4 251 337) kuparinen virransyöttäjä yhdistetty titaaniliuskalla titaaniseen elek-trodilevyyn. Jokaiselle liitoskohdalle virransyöttäjän ja kulloisenkin elektrodilevyn välissä on titaaniliuska liitettävissä rä-jähdyshitsauksella kupariseen virransyöttökiskoon. Täten saadaan vain lyhyet liitospituudet kuparisten virransyöttökiskojen ja kulloisenkin titaaniliuskan välille sillä seurauksella, että räjäh-dyshitsaus tulee kustannuksiltaan kalliiksi.

Selostettuun tekniikan tasoon nähden on keksinnön tehtävän aikaansaada mainitunlaisille elektrodeille virransyöttäjän ja virranjakajan tai virranjakajien, jotka vievät virran elektrodin aktiivi-osaan, välille liitosrakenne, jossa sopivaa räjähdyshitsausta voidaan käyttää menetelmään sopivasti.

Tämä tehtävä ratkaistaan edellytetyn laisella elektrodilla siten, : että kuparikiskot on virranjakajan liitoskohdan alueella yhdis tetty kuparielementin kanssa, jonka kanssa on räJähdyshitsauksel-la hitsattu venttiilimetallinen liitoselementti, johon virranjakaja on yhdistetty.

:·. Keksinnön mukainen ratkaisu tunnetaan periaatteessa siitä, että päinvastoin kuin US-PS 4 251 337 mukaisessa liitosrakenteessa on niin sanotusti erillinen kuparielementti otettu liitokseen mukaan.

Täten on mahdollista, että esiprosessissa suhteellisen pitkät kupari- ja samoin pitkät venttillimetalliliuskat yhdistetään keskenään räjähdyshitsauksella ja tästä täten valmistetusta liitosle- 6 78930 vystä sitten leikataan liitoselementit, nimittäin kulloinenkin kuparinen liitoselementti, jo räjähdyshitsauksella keskenään yhdistettynä. Näin saadut liitoselementit voidaan sitten kupariele-mentin kautta helposti yhdistää kuparivirransyöttökiskoon. Kupari- ja venttiilimetalliliuoskojen selostettujen pitkien liitos-pituuksien vuoksi mukaan otetussa esiprosessissa muodostuu rä-jähdyshitsaus sekä valmistusteknisesti yksinkertaiseksi että myös kustannuksiltaan edulliseksi.

Keksinnön mukaisella liitosrakenteella on edelleen saatu aikaan hyvä sisäinen, hi iavoimin aikaansaatu liitos virransyöttä-jän kuparikiskon ja liitoselementin välille, johon sitten on sijoitettu varsinainen virranjakaja, mikä ensiksikin takaa mahdollisimman pienen jännitehäviön ja toiseksi antaa myös mekaanisesti jäykän liitoksen. Monissa kokeissa on nimittäin osoittautunut, että puhtaasti mekaanisella liitoksella, kuten esim. ruuveilla puristamalla tai vastaavilla, ei voida saavuttaa riittävän hyvää virran ylimenoa rakenneosien välillä. Lisäksi ovat mekaaniset lii-tosvälineet luonnollisesti myös kustannuksiltaan epäedullisia ja useinmiten eivät myös mekaanisesti riittävän jäykkiä, koska ne voimien vaikutuksesta voivat jopa irrota.

Keksinnön mukainen liitosrakenne on lisäksi mekaanisesti hyvin vahva, mikä vastaavasti vaikuttaa koko elektrodiin niin, että tämä sopii käyttötilanteisiin metallielektrodeilla metallien tai metallioksiidien elektrolyyttistä talteenottoa varten. Tällaiset metallielektrodit täytyy tunnetusti ottaa pois kennosta puhdistusta tai silmukointia varten ja sen jälkeen taas panna siihen takaisin, jolloin näissä työ- ja liikutteluvaiheissa voi esiintyä huomattavia mekaanisia vaikutuksia elektrodeja kohtaan.

Kun venttiilimetallisten liitoselementtien muoto ja mitat on mielivaltaisesti valittavissa, voidaan lopuksi liitoselementtiin liittää edellytetynlainen varsin erilailla muotoiltu virranjaka-ja, siis virranjakajarakenteet, jotka muodostuvat venttiilimetal-lisesta vaipasta, siihen valetusta sähköä hvyin johtavaa metalli-a olevasta sydämestä ja siihen upotetusta kosketinrakenteesta.

7 78930 Tämän virranjakajan muodot ja mitat vaihtelevat aina aktiiviosan muotoilun mukaan ja siirrettävien virtojen mukaan. Keksinnön mukainen laitosrakenne sallii siksi niillä varustettavien elektrodien monitahoisen muotoilun.

Keksinnön mukaisen laitosrakenteen erään edelleen muotoilun mukaan on liitoselementti muodostettu venttiilimetallisesta levystä, jonka mitat vastaavat olennaisesti siihen kuuluvan virranjakajan vastaavia. Liitoslevyn leveys ei tällöin ole tarkoituksenmukaisesti suurempi kuin virranjakajan kuparikiskon leveys niin, että levy ei pistä kiskosta ulos. Toisaalta ovat liitinmitat, t.s. leveys ja pituus sovitetut olennaisesti vastaavan virranjakajan vastaaviin. Kaikkiaan määräytyvät siis liitoslevyn mitat virranjakajan poikkileikkausmittojen perusteella. Nämä riippuvat taas virranjakajan läpi johdettavista virroista ennalta annetulla pienellä jännitehäviöllä ja aktiiviosan laadusta, joka on yhdistetty virranjakajaan.

Erään toisen keksinnön mukaisen elektrodin toteutusmuodon mukaan on liitoselementti sijoitettu kiskon läpimenevälle pinnalle. Tämä toimenpide antaa virransyöttäjän kiskolle yksinkertaisen rakenteen, koska tässä voidaan mennä pois perinteisestä rakenteesta.

On olemassa rivi integraatioratkaisuja liitoselementeille vastaa-vine kuparilementteineen kuparisen virransyöttökiskon kanssa. Yksi mahdolli suus on se, että liitoselementti siihen kuuluvine ku- _ • : parielementteineen muodostaa osan kiskoa. Tässä ratkaisussa muo dostetaan siis kisko osista, jolloin muutamat osat muodostetaan kulloisistakin liitoselementeistä vastaavine kuparielementteineen, kun taaa kiskon liitosrakenteet yhdistävät osat ovat yksinomaan kuparia, Toinen mahdollisuus on nähtävissä siinä, että liitoselementti vastaavine kuparielementteineen on sijoitettu vastaavaan syvennykseen kiskossa. Kuparikisko varustetaan siis tässä syven-V nyksellä tai useilla syvennyksillä virranjakajien lukumäärän mukaan, minkä lisäksi kulloinkin asetataan syvennykseen liitoselementti asiaan kuuluvine kuparielementteineen. Tällöin voi liitos-elementti levätä sitovasti kuparikiskon vastaavalla pinnalla.

8 78930

Mutta liitoselementti ja osittain vastaava kuparielementti voivat myös olla sijoitetut ulospistävästi vastaavaan kuparikiskon pintaan nähden.

On tarkoituksenmukaista, että kuparielementti on liitetty kiskoon argon-arc-sula-hitsauksella. Tässä saavutetaan siis metallurginen liitos, jonka etuja ovat edullinen virransiirto ja samalla hyvin jäykkä mekaaninen liitos.

Virranjakajan erikoisen edullinen liitosmahdollisuus virranjakajan vastaavalle liitoselementille on nähtävissä siinä, että virranjakaja on liitospäässään varustettu venttiilimetallia olevalla pää-televyllä ja virranjakaja on tämän päätelevyn kautta yhdistetty liitoselementtiin. DE-OS 3209 138:ssa ehdotetun virransyöttäjän eri toteutusmuodoissa on jo olemassa tällaisia päätelevyjä. Näiden kautta voidaan silloin virranjakaja yhdistää virransyöttäjän liitoselementteihin. Tämä antaa yksinkertaisen rakenteen tunnet-tejen virranjakajien yhteydessä, jotka ovat jo yksikkönä osoittautuneet hyviksi.

Virranjakajan päätelevyn liittämiseksi virransyöttäjän liitoselementtiin tarjotaan, että on olemassa kannatushitsausliitos lii-toselementin ja virranjakajan päätelevyn välillä. Myös tässä valmistetaan siis jälleen metallurginen liitos molempien osien välille jo mainittujen etujen saavuttamiseksi.

Virransyöttäjän kuparikiskon ja liitosrakenteen virransyöttäjän ja virranjakajan välillä suojaamiseksi korroosiolta ja mahdolliselta mekaaniselta vahingoittumiselta, valmisteltiin samoin ratkaisuehdotuksia .

Yksi ratkaisu on se, että virransyöttäjän kisko on ympäröity esim. lyijystä valetulla vaipalla ja tämä vaippa ulottuu virranjakajan liitoskohdassa vähintäin sen vaippaan saakka.

Toinen periaatteellinen ratkaisumahdollisuus on nähtävissä siinä, li 9 78930 että kisko on viety vaippaan, joka muodostuu venttiilimetallisis-ta profiileista. Tämä rakenne sallii virransyöttäjälle sangen monenlaisen muotoilun. Virransyöttäjä voidaan nimittäin silloin muotoilla virranjakajia vastaavasti. Siten voi myös virransyöttä-jän vaippa olla valettu sydänmetallilla, johon voi olla upotettu kosketinrakenne. Edelleen on mahdollista, että virranjakajan vaippa on yhdistetty virransyöttäjän vaippaan kaasu-ja nestetiiviisti.

Tarkoituksenmukaisista raaka-aineista keksinnön mukaisen elektrodin aktiiviosalle on jo puhuttu. Tämän jälkeen on olemassa vent-tiilimetallia oleva kantava sydän, kuten esim. titaania, zirkoniumia, niobio tai tantaalia oleva, jonka päälle on sijoitettu ano-disesti tehokasta materiaalia oleva päällys, esim. platinaryhmän metalleja tai metallioksiideja oleva. Aktiiviosan muoto voi olla mielivaltainen. Se voi olla muodostettu sauvoista, pelleistä tai vastaavista. Erikoisen suosittu on kuitenkin aallotettu verkkome-talli, koska tällä muodolla on hyvin suuri aktiivinen pinta, säästää venttiilimetallia ja on samalla mekaanisesti riittävän stabiili erikoisesti jos ryhdytään toimenpiteisiin valitun verkkoprofii-lin vapaiden reunojen suojaamiseksi. Tällaisia suojatoimenpiteitä voivat olla verkkometallia olevan aktiiviosan vapaisiin reunoihin erikseen tuodut materiaalinauhat.

Keksinnön mukaisten elektrodien vaippojen profiilit, ja varsinkin sekä virranjakajaan nähden että myös virransyöttäjän vastaavaan muotoiluun nähden, omaavat tarkoituksenmukaisesti seinävahvuuden joka on 0,5 mm:n ja muutaman millimetrin välillä. Ne ovat samoin jo mainittua venttiilimetallia.

Valumetalliksi valmistettaessa keksinnön mukaisessa elektrodissa käytetyn virranjakajan ja tarpeen vaatiessa virransyöttäjän sydäntä sopivat metallit, joilla on sulamispiste, joka on vähintään : 500°C alempana kuin virtaa johtavien rakenneosien vaipan metal- lilla. Sydänmetallilla tulee edelleen olla oleellisesti korkeampi sähkönjohtokyky kuin vaipan venttiilimetallilla, esim. titaanilla. Ottamalla nämä vaatimukset huomioon tulevat sydänmetallei- 10 78930 na kysymykseen esim. sinkki, alumiini, magnesiumi, tina, antimoni, lyijy» kalsiumi, kupari tai hopea ja vastaavat niiden seokset. Luonnollisesti täytyy sydänmetallin valinnassa ottaa huomioon kulloisenkin metallin talteenottomenetelmän erikoisvaatimukset. Sinkin talteenottoelektrolyysissä sopii sinkki sydänmetalliksi. Sama pätee kuparin talteenotossa, jolloin kuitenkin voidaan käyttää myös alumiinia, magnesiumia tai lyijyä sekä vastaavia seoksia.

Keksinnön mukainen ratkaisu sopii sekä pienempien elektrodimuoto- . . . . 2 jen, joiden elektrodipinta on n. 1.0-1.2 m , että myös ns. jumbo- 2 elektrodien, joiden elektrodipinta on n. 2.6-3.2 m muodostamiseen.

Keksinnön mukaisen elektrodin toteutusesimerkkien rakennetta ja e-tuja selostetaan seuraavassa piirustuksiin viitaten. Kuvat esittävät : kuva 1 perspektiivinen kokonaisesitys keksinnön mukaista rakennetta olevasta pienestä elektrodista, kuva 2 perspektiivinen kokonaisesitys keksinnön mukaista rakennetta olevasta suuresta elektrodista,· kuva 3 suurennettu näkymä keksinnön mukaisen elektrodin laitosrakenteesta virransyöttäjän ja virranjakajan välillä, kuva 4 pitussleikkaus kuvan 3 mukaisesta laitteesta, :: kuva 5 periaatteellinen mahdollisuus liitoselementin sijoittami seksi kuparikiskolle, kuva 6 toinen mahdollisuus liitoselementin yhdistämiselle virran-syöttökiskossa, kuva 7 toinen mahdollisuus liitoselementin sijoittamiseksi virran-syöttökiskolle, kuva 8 poikkileikkaus laitosrakenteen toisesta muotoilusta keksinnön mukaisen elektrodin virransyöttäjän ja virranjakajan välille, kuva 9 pituusleikkaus kuvan 8 mukaisesta laitteesta ja kuva 10 poikkileikkaus laitosrakenteen toisesta toteutusmuodos-·:· ta keksinnön mukaisen elektrodin virransyöttäj än ja virranjakajan välillä.

: Kuvista 1 ja 2 selviää keksinnön mukaisesti päällystettyjen me- tallianodin kahden version periaatteellinen rakenne. Sen mukaaan 11 78930 on virransyötötäjää merkitty 10:llä, virranjakajaa 20:llä ja virranjakajaan yhdistettyä aktiiviosaa, t.s. elektrodin aktiivisesti toimivaa pintaa 30:llä.

Kuva 1 esittää pientä ja tavallisinta versiota metallianodista, . . . . 2 jonka anodipinta on noin 1,0-1,2 m . Tässä pienessä elektrodissa on vain yksi virransyöttäjään 10 liitetty virranjakaja 20, jonka molemmille puolille on sijoitettu rinnan virransyöttäjän kanssa levynmuotoinen elementti 31, jotka yhdessä muodostavat aktiiviosan 30.

Kuvassa 2 on sitävastoin esitetty ns. jumbo-anodi, jonka anodi- 2 pinta on noin 2,6-3,2 m . Tämä elektrodi sisältää kaksi virransyöttäjään liitettyä virranjakajaa 20. Kummankin virranjakajan 20 molemmin puolin on sijoitettu levynmuotoinen elementti 31, niin että yhteensä neljä tällaista levynmuotoista elementtiä muodostaa elektrodin aktiiviosan 30. Molempien sisempien levyn-muotoisten elementtien 31 sivureunat voivat olla välimatkan päässä toisistaan ja olla yhdistettynä keskenään ei esitetyillä sil-te-elementeillä. Mutta molemmat sisemmät levynmuotoiset elementit 31 voidaan esittää myös integraalisena elementtinä.

Kuvista 3 ja ^ selviää liitosrakenne virransyöttäjän 10 ja kulloisenkin virranjakajan 20 välillä ja sen muotoilu sekä aktiivi-osan 30 muotoilu.

Sen mukaan sisältää kokonaisuutena 10:llä merkitty virransyöttä-jä vaakasuorassa olevan kiskon 11, joka on sähköä hyvin johtavaa materiaalia, mieluummin kuparia. Virranjakajan 20 liitoskohtaan on kiskon 11 alasivulle sijoitettu elementti 12, samoin kuparia. Tämän kuparielementin 12 muodostaa levy, jonka leveys vastaa kiskon 11 leveyttä ja jonka pituus on hiukan pienempi kuin virranjakajan 20 vastaava leveys. Kuparielementti 12 on liitetty kis-koon 11 hitsisaumalla 13, joka on tarkoituksenmukaista tehdä ar-! gon-arc-sula-hitsauksella. Täten saadaan sisäinen metallurginen liitos kiskon 11 ja kuparielementin 12 välille, mikä takaa erittäin hyvän virran ylimenon näiden molempien rakenneosien välillä.

is 78930

Kuparielementin 12 alemmalle vapaalle pinnalle on sijoitettu lii-toselementti 14. Tämä liitoselementti on venttiilimetallia, tar-koituksenmukaisimmin titaania, ja se on myös levyn muotoinen. Levyn leveys vastaa kuparielementin 12 leveyttä ja siten kiskon 12 leveyttä. Myös kuparielementin 12 ja liitoselementin 14 pituudet (kiskon 11 kulkusuunnassa) ovat samat. Kuparielementti 12 ja liitoselementti 14 on räjähdyshitsauksella 15 yhdistetty sisäisesti hiiavoimin. Myös tässä on siis erinomainen virran ylimeno ja samalla suuri mekaaninen lujuus.

Virranjakaja 20 käsittää poikkipinnaltaan suorakulmaisen vaipan 21, joka on kokoonpantu tarkoituksenmukaisesti sipivista profiileista, jotka ovat venttiilimetallia, mieluummin titaania. Vaippaan on valettu sydänmetalli 22 sähköä hyvin johtavasta materiaalista. Sydänmetalliin on upotettu kosketinrakenne 25, joka tarkoi-tuksenmukaisimmin muodostuu verkkometallinauhoista ja on yhdistetty lukuisilla hitsauspisteillä virranjakajan 20 vaipan 21 sisäpintaan. Virranjakajan virransyöttäjään 11 päin olevassa päässä on vaippa 21 suljettu venttiilimetallisella sulkulevyllä 24, joka on tarkoituksenmukaista hitsata vaippaan 21 ja toiselta puolen on yhteydessä kosketinrakenteeseen 23, samoin hitsaamalla. Täten on taattu hyvä virran ylimeno liitoslevyn 24 ja sydänmetallin 22 ja virranjakajan 20 kosketinrakenteen 23 välillä. Toisaalta on tämä liitoslevy 24 hitsiliitoksella 25, joka on tarkoituksenmukaista tehdä argon-arc-kannatushitsauksella, metallurgisesti liitetty liitoselementtiin niin, että myös tässä on saavutettu hyvä virran ylimeno.

Virranjakaja 20 kannattaa aktiiviosana, kuten jo on esitetty le-vynmuotoista elementtiä 31· Kuten kuvista 3 ja 4 selvästi käy ilmi, on jokainen levynmuotoinen elementti esitetty aallotettuna verkkometallina. Sähköinen ja mekaaninen liitos jokaisen levynmuo-toisen elementin 31 ja virranjakajan 20 vaipan 21 välillä tapahtuu vastaavasti sijoitetulla hitsisaumalla 32.

Virransyöttäjäkisko 11 on kokonaan vaipan 40 ympäröimä, joka on :: mieluummin lyijyä ja suojaa kiskoa 11 kennon sisällä korroosiol- 13 78930 ta. Virranjakajan liitoskohdan alueella on tämä vaippa 21 vedetty alas virranjakajan 20 vaippaan 40 saakka niin, että vaippa 40 vielä osittain peittää vaipan 21. Tällä tavalla ovat kaikki liitos-rakenneosat hitsisaumat mukaan luettuina samoin suojatut korroosiolta ja tarpeen vaatiessa mekaaniselta vahingoittumiselta.

Kuva 5 esittää liitoselementin 14, kuparielementin 12 ja kiskon 11 muodostelmaa, kuten se kuvissa 3 ja 4 on annettu. Sen mukaan on liitoselementti 14 sijoitettu kuparielementin 12 kautta kiskon 11 alemmalle, läpimenevälle pinnalle.

Kuva 6 kohdistuu kiskon 11 muotoilun toiseen mahdollisuuteen sisältäen liitoselementin 14. Sen mukaan muodostavat liitoselementti 14 ja vastaava kuparielementti 12 osan kiskoa 11, kun taas .toiset osat 11a ovat yksinomaan kuparia.

Kuvan 7 mukaan, joka kohdistuu toiseen mahdollisuuteen, on kiskossa 11 syvennys 11b, joko stanssattuna tai jyrsittynä tai leikattuna, johon on pantu liitoselementti 14 kuparielementin 12 kautta.

Kuvat 8 ja 9 kohdistuvat virransyöttäjän 10 toiseen muotoiluun.

Sen mukaan on kuparikisko 11 kokonaisuutena 50:llä merkityn vent-tiilimetallisen vaipan sisällä, joka on mieluummin titaania. Tämä vaippa (50) on kokoonpantu kolmesta profiilista. Ensiksi on tasainen profiili 51· Toisella profiililla 52 on S-muoto, muodostuu siis portaasta 52a, yhtäältä pitkästä haarasta 52b ja toisaalta lyhyestä haarasta 52c, jotka on käännetty vastakkaisiin suuntiin. Tämä profiili 52 lepää lyhyellä haarallaan 52c tasaisen profiilin 51 alareunan alueella. Tällä alueella on tarkoituksenmukaista yhdistää molemmat profiilit keskenään rullahitsauksella. Vaippa 50 suljetaan U-muotoisella profiililla 53, joka lepää molemmilla haaroillaan 53a profiilien 51 ja 52 yläreunojen sisäpuolella ja tällä alueella tarkoituksenmukaisimmin liitetty profiileihin hitsaamalla. Tämä näin muodostettu vaippa 50 ympäröi vieläkin kupari-elementtiä 12, joka tässä toteutusesimerkissä on kuvan 5 mukaisesti sijoitettu kiskolle 11. Liitoselementin 14 läpäisee aukko 54 profiilin 52 portaassa 52a. Liitoselementin 14 alasivulle on kiin-: nitetty virranjakaja 20 sulkulevynsä 24 kautta ja selostetulla ta- 141 78930 valla.

Ei esitetyllä tavalla voi kiskon 11 ja virransyöttäjän 10 vaipan 50 välissä olla valettuna sydänmetalli, johon voi vielä olla upotettuna kosketinrakenne.

Rakenneosien 11, 12, 14 ja 24 liittäminen voi tapahtua jo selostetulla tavalla.

Lopuksi voi virranjakajan 20 vaippa 21 vielä olla hitsaamalla liitetty virranjakajan vaipan 50 profiilin 52 lyhyeen haaraan 52c mekaanisesti ja sähköä johtavasti.

Kuvasta 10 käy ilmi venttiilimetallisen vaipan 60 hieman yksinkertaisempi rakenne virransyöttäjän 10 kiskoa 11 varten. Sen mukaan on kiskon 11 molemmat sivupinnat peitetty tasaisella profiilia 61, joka on hitsattu liitoskappaleeseen 14. Nämä molemmat profiilit on ylöspäin suljettu U-muotoisella profiililla 62, joka molemmilla haaroillaan 62a ympäröi profiilien 6l yläreunoja ja on tällä alueella hitsattu molempiin profiileihin 6l.

Liitosrakenteen muu rakenne on verrattavissa jo selostettuihin laitteisiin.

Virransyöttäjän 10 kiskoa 11 varten olevan venttiilimetallisen vaipan 50 tai 60 tapauksessa on osoittautunut hyväksi, että kiskon 11 yläsivun ja U-muotoisen sulkuprofiilin 53 tai 62 väliin jää rako 16 niin, että hitsisaumat U-muotoisen profiilin 53 tai 62 ja toisen profiilin 50, 52 tai 61 välillä eivät ole kupari-kiskon 11 välittömällä alueella niin, että hitsattaessa ei seuraa mitään negatiivisia termisiä vaikutuksia kuparikiskolle 11.

Ϊ

Claims (13)

15 78930

1. Elektrodi, erityisesti päällystettyä ven11ii1 imetai1ia o- e1e ktr olyyttistä leva anodi metallien tai metal1ioksidienytaiteenottoa varten, muodostuen vaakasuoraan sijoitetusta virransyöttäjästä, joka on muodostettu kuparikiskosta tai käsittää tällaisen kiskon, ainakin yhdestä tästä kiskosta haarautuvasta virranjakajasta, joka on koottu venttii1imetal1isesta vaipasta ja sen sisään sijoitetusta sähköä hyvin johtavaa metallia olevasta sydämestä, joka on vaipan kanssa sähköä johtavassa yhteydessä ja johon on mielellään upotettu kosketinrakenne, joka on venttii-limetallia ja on lukuisilla hitsauskohdilla yhdistetty vaipan sisäpintaan, ja aktiiviosasta, joka on yhdistetty mekaanisesti ja sähköä johtavasti virranjakajan vaippaan, tunnet-t u siitä, että kuparikisko (11) on virranjakajan (20) liitoskohdan alueella liitetty kuparielementtiin (12), johon on räjähdyshitsauksella (15) hitsattu venttiilimateriaalia oleva 1iitoselementti (14), johon virranjakaja (20) on yhdistetty.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että liitoselementti (14) on muodostettu levystä, jonka liitosmitat oleellisesti vastaavat virranjakajan (20) vastaavia .

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen elektrodi, tunnettu siitä, että liitoselementti (14) on tylpästi pantu kiskon (11) läpimenevälle pinnalle (kuva 5).

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen elektrodi, tunnettu siitä, että liitoselementti (14) muodostaa siihen liittyvän kuparielementin (12) kanssa osan kiskoa (11) (kuva 6) . ____ 5. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen elektrodi, tunnettu siitä, että liitoselementti (14) on sijoitettu six-- · hen liittyvän kuparielementin (12) kanssa niitä vastaavan syvennykseen (11b) kiskossa (11) (kuva 7). 16 78930

6. Jonkin patenttivaatimuksen 2-5 mukainen elektrodi, tunnettu siitä, että kuparie1ementti (12) on liitetty kiskoon argonkaarisulahitsauksella.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen elektrodi, tunnettu siitä, että virranjakajan (20) liitinpää on varustettu venttii1imeta 11ise 11a 1iitos1evy11ä (24) ja virranjakaja (20) on tällä 1 iitos 1 evy11ä (24) yhdistetty venttiilime-talliseen 1iitose1ementtiin (14).

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen elektrodi, tunnettu siitä, että 1 iitose 1 ementin (14) ja virranjakajan (20) 1i i — toslevyn (24) välillä on kanna tushitsi1iitos.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen elektrodi, tunnettu siitä, että virransyöttäjän (10) kiskoa (11) ympäröi ympärivalettu vaippa (40), erikoisesti lyijyä, ja tämä vaippa (40) virranjakajan (20) liitoskohdassa ulottuu ainakin tämän vaippaan (21) saakka (kuvat 3 ja 4).

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen elektrodi, tunnettu siitä, että kisko (11) on sijoitettu vaippaan (50; 60), joka muodostuu venttii1imetal1 isista profiileista (kuvat 8, 9 ja 10).

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen elektrodi, tunnet-t u siitä, että virranjakajan (21) vaippa on yhdistetty vir- ransyöttäjän (50; 60) vaippaan kaasu- ja nestetiiviisti.

12. Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen elektrodi, tunnettu siitä, että virransyöttäjän (50; 60) vaippaan on valettu sydänmeta 11ia.

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen elektrodi, tunnet-t u siitä, että virranjakajaan (50; 60) valettuun sydänme- talliin on upotettu kosketinrakenne. i7 78930