Przedmiotem wynalazku jest element katodowy samonastawny do wytwarzania aluminium na drodze elektrolizy.W komoraob Halla-Heroulta katoda jest wykonana z bloków weglowych zestawionych obok siebie, w które wtopione zostaly metalowe prety, polaczone z kolei przewodami zapewniajacy¬ mi elektryczne polaczenie z nastepnym elektrolizerem w szeregu* Podczas praoy katoda jest stale pokryta plynna warstwa aluminium o grubosci okolo 20 om* W nowoczesnych elektrolizerach pracujacych z natezeniem rzedu 200.000 amperów lub wie¬ cej, nalezy zacbowad co najmniej 40 mm odstep mledzyblegunowy pomiedzy anodami, a powierzch¬ nia plynnej warstwy aluminium, aby uniknac powtórnego porywania w kierunku anody. Porywanie to jest spowodowane falami wytwarzanymi na granicach faz miedzy wytwarzanym metalem, a ka¬ piela elektrolizy, metalicznego aluminium albo sodu, bedacych w stanie czesciowo zredukowa¬ nym, przy czym metaliczny sód lub aluminium ponownie utlenia sie. Powoduje to znaczny dodat¬ kowy spadek napiecia ponad 1,5 V, tzn. ponad 1/3 wartosci aalkowietego spadku napiecia na zaciskach elektrolizera.Sposród wielu sposobów stosowanych w celu powiekszenia zwilzalnosci katody plynnym aluminium i zmniejszaniu powtórnego porywania tegoz plynnego aluminium, na skutek jednoczes¬ nego ruchu metalu i kapieli elektrolizy wazne miejsce zajmuje wykorzystanie ogniotrwalych zwiazków elektroprzewodzacych, zwlaszcza borku tytanu i borku cyrkonu.Materialy ogniotrwale przewodzace prad elektryczny naleza do grupy utworzonej z borków, weglików i azotków metali grup /ukladu okresowego/ 4 A, 5 A i 6 A, lecz do dzis badania przeprowadza sie glównie na dwuborku tytanu TiB? i dwuborku cyrkonu ZrBp* Te ogniotrwale ma¬ terialy elektroprzewodzace, brane oddzielnie lub w polaczeniu, mozna wykorzystac w elektro¬ lizerach typu Halla-Heroulta, o ile posiadaja jednoczesnie trzy nastepujace wlaenoscit re- zystywnosc elektryczna ponizej 1000 u»/lcm, najkorzystniej ponizej 100 uAcm przy 950 - 970°C, dobra zwilzalnosc dla plynnego aluminium oraz obojetnosc fizyczna i chemiczna wobec plynnego aluminium i kapieli elektrolizy.2 134 338 W temperaturze 1000°C borek tytanu ma rezyatywnosc 60 u%acm, a borek cyrkonu 74 u^lcm, tj. odpowiednio 2 i 2,5 raza wieksza niz rezyatywnosc plynnego aluminium, lecz równiez ponad 500 razy mniejsza niz rezystywnosc kapieli elektrolizy, która jest rzedu 450 Ui/lom. Oba borki sa dokladnie zwilzane przez plynne aluminium i dostatecznie obojet¬ ne wobec stopionego kriolitu. Jednak wysoka cena borku tytanu i borku cyrkonu oraz duza podatnosc tych produktów w stanie jednolitym na udary cieplne hamuje produkcje jednoli¬ tych bloków katodowych zbudowanych z obu materialów. Dlatego w praktyce przemyslowej dazy sie do wykorzystania badz okladzin o malej grubosci, otrzymywanych na drodze szere¬ gu procesów, poprzez osadzanie w fazie pary lub dyfuzji w stanie stalym, badz masywnych elementów wtapianych w katode naweglana i wynurzajacych sie z plynnej warstwy wyprodu¬ kowanego aluminium. Sposób ten zostal blizej opisany w dwóch artykulach niemieckiego czasopisma "Aluminium" strona 642 - 648 /pazdziernik 1980/ i 713 - 718 /listopad 1980/ przez K. Billehaug i H.A. 0yet pt. "Inert cathodes faz aluminium electrolysis in Hall- -Heroult cells".Powyzsze okladziny o malej grubosci lub malych rozmiarach wykonane z borku tytanu lub borku cyrkonu zadowalajaco rozwiazuja problem przewodnosci wlasciwej pradu elek¬ trycznego bloków katodowych oraz problem ich zwilzania plynnym aluminium. Niestety bloki sa podatne na stosunkowo szybkie zuzycie poprzez stopniowe rozpuszczanie ich w plynnym aluminium, z którym sa w kontakcie. Szacuje sie, ze zuzycie TiBp moze osiagnac 200 g na tone wytwarzanego aluminium. Poza tym wymiana zuzytych elementów katodowych powoduje calkowite zatrzymanie oraz czesciowy rozbiór elektrolizera, co jest niedopuszczalne w praktyce przemyslowej.Elementy katodowe z borku tytanu do produkcji aluminium sposobem Halla-Heroulta zostaly pierwotnie opisane we francuskich opisach patentowych: 1 195 505f 1 203 015, 1 205 857, 1 227 951, 1 229 537, 1 148 068, 1 149 468, 1 165 136, 2 337 210 i 2 430 464 oraz w opisach patentowych Stanów Zjedn. Amer. nr 4 177 128 i 4 093 524, lecz nie wy¬ daje sie, zeby patenty te wdrozono do produkoji. Równiez opis patentowy francuski nr 2 471 425 opisuje elementy katodowe z dwuborku tytanu majacego postac materialu ziar¬ nistego lub kawalków, wysypanych luzem na dno elektrolizera, przy czym elementy pokryte sa co najmniej 2 mm warstwa plynnego aluminium.W zgloszeniu patentowym francuskim nr 8 104 059 zostalo opisane urzadzenie do wy¬ twarzania aluminium technika Halla-Heroulta, które zawiera podloze weglowe pokryte pew¬ na iloncia elementów z dwuborku tytanu, nie polaczonych z podlozem ani miedzy soba, two¬ rzacych na tym podlozu zloze równomiernej grubosci. Wedlug tego opisu, katoda moze za¬ wierac posredni wspornik weglowy, umieszczony na podlozu weglowym i podpierajacy zloze czastek z dwuborku tytanu.We francuskim opisie nr 8 112 909, zostal opisany element katodowy, zawierajacy posredni wspornik obojetny i czynne elementy z materialu ogniotrwalego przewodzacy prad elektryczny, takiego jak TiBp, sztywno polaczone lecz oddzielone od wspornika, przy czym zespól skladajacy sie z posredniego wspornika obojetnego oraz ozynnych elementów ma wiekszy ciezar wlasciwy niz plynne aluminium w temperaturze elektrolizy.Katodowe elementy z materialu ogniotrwalego elektroprzewodzacego zwilzane plynnym aluminium bedace przedmiotem zgloszenia francuskiego nr 81 04059 i nr 81 12909 posiada¬ ja pewne niedogodnosoi, polegajace na tym, ze grubosc warstwy plynnego metalu, w której zanurzono zloze elementów zwilzalnych, jest mala i miejscami moze stac sie miejscem sil¬ nych poziomych pradów elektrycznych; prady te moga wywolac sily elektromagnetyczne, da¬ zace do przemieszczenia metalu i przesuniecia przewodzacych elementów zwilzalnych, zmie¬ niajac tym samym równomiernosc zloza utworzonego z tych elementów; - obnizajac katode nie mozna spowodowac, aby zetknela sie z warstwa plynnego aluminium, a tym samym nasta¬ pila depolaryzacja plaszczyzny anodowej; w celu okresowego pobierania wytwarzanego me¬ talu, koniecznie nalezy przewidziec w katodzie studzienke lub rynne tworzaca zbiornik, który zbiera metal wyplywajacy ze zloza katodowego. Pojemnosc zbiornika oraz szczególy izolacji elektrycznej moga utrudniac zaprojektowanie dna elektrolizera i powiekszac Je¬ go koszt; w przypadku zamulenia dna elektrolizera osadem tlenku glinowego oraz nieroz- puszozonym elektrolitem cienkie zloze szybko zostanie zakryte osadem a praca komory zos-134338 3 tanie zaklócona; istnieje niebezpieczenstwo uszkodzenia Lub nawet zniszczenia elemen¬ tów obojetnego v\opomika posredniego i elementów z TiB2 w przypadku opadania lub nie¬ kontrolowanego spadania anody.Celem niniejszego wynalazku jest zaprojektowanie elementu samonastawrego, który umieszczony w elektrolizerze zapobiegnie wystapieniu wyzej wymienionych niedogodnosci.Element katodowy samonastawny, wedlug wynalazku, zawiera co najmniej jeden czynny element katodowy wykonany z materialu ogniotrwalego elektroprzewodzacego takiego jak dwuborek tytanu TiB2, który oparty jeet na posrednim grafitowym wsporniku, wyposazonym w elementy kotwiace i ograniczniki wspólpracujace z plytkami kotwiacymi i ogranicznika¬ mi polaczonymi sztywno z katoda weglowa, przy czym stosunek ciezaru czannego elementu katodowego z TiBp do ciezaru posredniego grafitowego wispornika jest tak dobrany, ze sredni ciezar wlasciwy zespolu zlozonego z czynnego elementu katodowego i posredniego grafitowego wspornika jest mniejszy od ciezaru wlasciwego plynnego aluminium w tempera¬ turze elektrolizy.Korzystnie jego sredni ciezar wlasciwy jest mniejszy od ciezaru wlasciwego plynnego aluminium i mniejszy od ciezaru wlasciwego kapieli elektrolitycznej na bazie stopionego kriolitu w normalnych warunkach pracy elektrolizera. Korzystnie jego sredni ciezar wlas¬ ciwy jest zawarty w przedziale miedzy ciezarem wlasciwym plynnego aluminium, a ciezarei wlasciwym kapieli elektrolitycznej na bazie stopionego kriolitu w normalnych warunkach pracy elektrolizera. Korzystnie zawiera szereg czynnyoh elementów katodowych polaczo¬ nych z posrednim grafitowym wspornikiem. Korzystnie kazdy z osobna czynny element kato¬ dowy jest polaczony z obojetnym wspornikiem posrednim.Poza znanymi korzysciami wynikajacymi z zastosowania elementu katodowego z TiBp jako bardzo dobrego przewodnika elektrycznego zwilzalnego plynnym aluminium, niniejszy wynalazek daje wiele innych korzysci, umozliwiajac przemyslowe zastosowanie techniki do tej pory tylko eksperymentalnej. Plytki stykowe z TiBp, ustawione oddzielnie lub zwlasz¬ cza zgrupowane w zespoly, mozna wymieniac, a ich cecha plywalnosci chroni je przed uda¬ rami mechanicznymi podczas eksploatacji.W przykladzie wykonania przedstawionym na fig. 8 w przypadku uderzenia przy wklada¬ niu ma miejsce lub wyjeciu anody, wspornik perforowany moze wsuwac sie w betonowy blok zapewniajacy kotwienie. Nizej lezacy metal mozna utrzymac na dostatecznej wysokosci ce¬ lem utrzymania poziomych pradów i zaklócen elektromagnetycznych na poziomie zadawalaja¬ cej dopuszczalnej wartosci, przy czym okresowego spustu metalu mozna dokonac w klasycz¬ nej komorze elektrolizera.Szlam tlenku glinowego, w przypadku jego powstania, osadza sie na dnie tygla, pod metalem, oszczedzajac tym samym powierzchnie elementów plywajacych na powierzchni meta¬ lu. Taki uklad w prosty sposób przeobraza klasyczne wanny w wanny z elementami z TiBp.Poza tym wynalazek otwiera nowa technike projektowania elektrolizerów, gdzie calosc wy¬ kladziny lacznie z dnem jest wykonana z materialu ogniotrwalego, nieprzewodzacego, a prad elektryczny jest zbierany w plynnej warstwie aluminium przewodem ulozonym w górnej czesci elektrolizera. Poza tym stwierdzono, ze elementy katodowe samonastawnie dzialaja jak prawdziwa przepona miedzy plynna warstwa aluminium a anodami, co wyklucza jakikol¬ wiek niekorzystny wplyw tych ruchów metalu na wydajnosc Faradaya, przeciwstawiajac sie przenoszeniu konwekcyjnemu do anody wszelkich rodzajów substancji metalicznych lub czesciowo redukowanych zwlaszcza aluminium i sodu. W takim ukladzie jak na fig. 15 moz¬ na zyskac znaczna czesc spadku napiecia w klasycznych blokach katodowych /okolo 400 mV/ oraz czesc spadku napiecia /okolo 100 mV/ w przewodach laczacych elektrolizery znacznie skróconych, co powoduje obnizke kosztów tych przewodów.Celem niniejszego wynalazku jest usuniecie wyzej wymienionych niedogodnosci.Wynalazek oparty jest na elementach z elektroprzewodzacego materialu ogniotrwalego zwilzalnego plynnym aluminium, zwlaszcza materialu zawierajacego dwuborek tytanu, nie polaczonych bezposrednio z podlozem katodowym, prowadzonych z ograniczonym stopniem swo¬ body w kierunku pionowym. Elementy te utrzymuja sie wyporowo na granicach faz pomiedzy kapiela elektrolizy, a wytwarzanym aluminium, niezaleznie od wahan tej granicy faz pod¬ czas procesu elektrolizy. Elementy sa podparte posrednim wspornikiem obojetnym o cieza¬ rze wlasciwym mniejszym niz ciezar wlasciwy plynnego aluminium. Poza tym elementy te sa4 134 338 •wymienne w taki Bposób, ze mozna Je wstawic i wymienic bez przerywania elektrolizy, z ewentualnym przejsciem przez komore wstepnego podgrzewania lub chlodzenia pod kontrola, w atmosferze kontrolowanej lub nie* W dalszej czesci opisu przyjeto nastepujaca nomenklature: element katodowy samonas¬ tawny: zespól wykonany ze wspornika posredniczacego obojetnego oraz co najmniej z czyn¬ nego elementu katodowego wymiennego. Charakteryzuje sie srednim ciezarem wlasciwym mniejszym od plynnego aluminium w normalnych warunkach stosowania wanien Halla-Heroulta; element kotwiacy: struktura o ciezarze wlasciwym wiekszym niz ciezar wlasciwy plynnego aluminium w normalnych warunkach wykorzystania wanien Halla-Heroulta? Wykonany z mater¬ ialu ogniotrwalego lub ceramicznego, badz z metalu powlekanego warstwa ochronna. Zawiera co najmniej ogranicznik lub urzadzenie ograniczajace oraz na górze pionowy tor jednego lub kilku elementów katodowych samonastawnych; element prowadzacy: uklad mechaniczny przeznaczony do ograniczania bocznego wychylania jednego lub kilku elementów katodowych samonastawnych, pozostawiajacy im swobode ruchu w kierunku pionowym, przy czym swoboda ta jest ewentualnie ograniczona elementem kotwiacym. Element prowadzacy i element kot¬ wiacy moga byc czesciowo lub calkowicie zastepowane jeden przez drugiego; granice faz: powierzchnia miedzyfazowa pomiedzy warstwa plynnego aluminium uzyskana przez elektrolize a elektrolitem /stopiony kriolit/.Równiez dwuborek tytanu ma ciezar wlasciwy nie wiekszy niz ciezar wlasciwy plynnego aluminium w temperaturze /okolo 960°C/ elektrolizy /okolo 4,5 wzgledem 2,3 do 2,1 - 2,2 dla elektrolitu/. Jego wykorzystanie do wyrobu elementów katodowych samonastawnych, moz¬ na zrealizowac w jednym z trzech nastepujacych wariantów: 1. Ustawiamy elementy na obojetnym podlozu o ciezarze wlasciwym nieco mniejszym niz ciezar wlasciwy plynnego aluminium i ustalamy stosunek: masy biernego podloza do masy TiBp w taki sposób, aby zestaw mial ciezar wlasciwy mniejszy od ciezaru wlasciwego plyn¬ nego aluminium /2,3/» lecz jednoczesnie wyzszy niz ciezar wlasciwy elektrolitu. Zwrot "obojetne podloze" oznacza, ze podloze nie sluzy jako katoda dla osadzania elektroche¬ micznego metalu aluminiowego. 2. Postepujemy jak w pierwszym wariancie, lecz zatrzymujemy elementy na granioach faz za pomoca kotwienia do podloza katodowego z jednym stopniem swobody w kierunku pio¬ nowym. 3. Dodajemy elementom z TiB« plywak grafitowy /ciezar wlasciwy 1,6-2 przy 960°C/ w taki sposób, aby zespól element + plywak mial ciezar wlasciwy mniejszy niz ciezar wlasoiwy elektrolitu /zawarty/ pomiedzy 2,1 i 2,2 w przedziale 930 - 960°C/. Zespoly ply¬ waja ponad granica faz kapieli - metalu. Przewodnosc elektryczna w kierunku katody jest wtedy zapewniona przy pomocy trzonków przewodzacych zanurzonych w warstwie metalu.Przedmiot wykonania zostal uwidoczniony na rysunku, na którym fig.1 przedstawia ele¬ ment katodowy samonastawny wyposazony w kilka elementów czynnych wymiennych z TiBp; fig. 2 i 3 - dwa rodzaje ksztaltek elementów czynnych z TiBp; fig. 4 i 5 - pierwszy przyklad wykonania elementów katodowych samonastawnych wyposazonych w elementy czynne z TiB2 o niepelnym ksztalcie rurowym i srodki kotwiace do podloza; fig. 6 - drugi przyklad wykonania elementu katodowego samonastawnego zakotwionego w gestym ogniotrwalym bloku betonowym; fig. 7 - element bocznego prowadzenia elementu katodowego samonastawnego; fig. 8 - trzeci przyklad wykonania elementu katodowego samonastawnego, z ogranicznikiem górnym i dolnym wbudowany we wspornik ogniotrwaly; fig. 9 - wspornik ogniotrwaly z ogra¬ nicznikami, fig. 10, 11, 12, 13 - kolejne przyklady wykonania jednostkowych elementów katodowych samonastawnych, przy czym kazdy czynny element z TiBp zaopatrzony jest we wlasny plywak; fig. 14 i 15 - przyklad zastosowania elementów katodowych samonastawnych w elektrolizerach z wyjsciami katodowymi od góry, w których prad zbierany jest w warst¬ wie aluminiowej.Na figurze 1 czynny element katodowy 1 wykonany z TiBp ma uksztaltowana plaska lub lekko wypukla glówke i trzonek 2 ustawiony w otworach 3 posredniego, biernego grafito¬ wego wspornika 4. Sredni ciezar wlasciwy zespolu katodowego tak wykonanego jest nizszy od ciezaru wlasciwego plynnego aluminium. Glówki stykowe elementu katodowego 1 w normal¬ nej pracy znajduja sie w poblizu granicy faz warstwy aluminium - elektrolit. Przedsta-134 338 5 wlony na fig. 2 i fig. 3 element katodowy 1 lezy bezposrednio na otworze 3 albo zawiera wystepy 5 albo zeberka 6 tworzace odstep. Dzieki temu odstepowi plynne aluminium w miare tworzenia sie splywa swobodnie.Na figurze 4 15 przedstawiono przyklad wykonania, gdzie element katodowy samonas¬ tawny 7 jest zakotwiony w katodowym podlozu weglowym 8 za pomoca plytek kotwiacych 9.Glówka 10 plytki kotwiacej 9 wspólpracuje z wystepem posredniego wspornika elementu ka¬ todowego tworzacej zderzak 11, który ogranicza ruch do góry. Czynne elementy katodowe 12 wykonane sa z odcinków ksztaltek rurowych 13 o niepelnym przekroju kolowym nalozonych na szyne 14, przy czym wolna przestrzen miedzy nimi wystarczy do splywu gotowego alumi¬ nium. Ksztaltki 13 moga miec przekrój kolowy9 kwadratowy lub inny.W przykladzie przedstawionym na fig. 5 ustalono stosunek masy grafitowej do masy TiBp w taki sposób, aby sredni ciezar wlasciwy zespolu byl mniejszy od ciezaru wlasciwego elektrolitu tzn., ze element katodowy samonastawny 7 zajmuje pormalnie górne polozenie.Droga elementu samonastawnego 7 okreslona polozeniem zderzaka 11 i wysokoscia plytki kot¬ wiacej 9 powinna co najmniej równac sie wahaniom wysokosci warstwy plynnego aluminium podczas elektrolizy i odbioru metalu. Ogólnie mówiac czynne elementy katodowe 12 z TiB2 powinny byc wieksze od granicy faz 15 co najmniej o 10 mm. Poza tym nalezy zwracac uwage na grubosc plyty przewodzacej elementu katodowego samonastawnego 7 tak, aby jej podstawa byla zanurzona w metalu niezaleznie od wahan wysokosci, poniewaz wlasnie to plyta, a nie plytki kotwiace 9 przewodzi prad do katodowego podloza weglowego 8 za posrednictwem warstwy 16 gotowego metalu. Trzeba tu podkreslic, ze w kazdym przykladzie elementy z TiBp pelnia role katody i na nich nastepuje osadzanie aluminium wyprodukowanego na drodze ele¬ ktrolizy.Na figurze 6 przedstawiono drugi przyklad wykonania, gdzie element katodowy samonas¬ tawny sklada sie z grafitowej plytki 17 powleczonej dwuborkiem tytanu w postaci powloki 18 otrzymanej na drodze osadzania chemicznego w fazie lotnej lub na drodze natrysku plazmo- tronem. Plywajaca grafitowa plytka 17 utrzymywana jest na dnie przy pomocy bloku 19 z be¬ tonu ogniotrwalego, o duzym ciezarze wlasciwym, odpornego na dzialanie plynnego alumi¬ nium 16 i lezacego na podlozu katodowym 9« Najkorzystniej blok 19 zaopatrzony jest w kana¬ liki 20 dla zapewnienia przeplywu aluminium oraz pradu.W przykladzie wykonania samonastawnego elementu wedlug fig. 1 lub fig. 6 i 8, ele¬ ment posiada elementy prowadzace takie, jak rolki 21, które wspólpracuja np. z lapami wsporników 22. Rolki 21 zawieraja np. TiBp lub azotek krzemu lub nadtlenoazotek krzemu i aluminium /Sialon/.W przykladzie wykonania na fig. 8 wspornik ogniotrwaly 24 jest wtopiony w metal.Wspornik perforowany 25» " którym znajduja sie glówki 1 z TiB^, ma ciezar wlasciwy mniej¬ szy od kapieli elektrolizy: jest to np. grafit, chroniony ewentualnie cienka warstwa og¬ niotrwala taka jak dwuborek tytynu lub Sialon. Zaleta takiego ukladu jest to, ze zespól: wspornik perforowany 25 i glówki 1 z TiBp moze calkowicie wsunac sie do wspornika ognio¬ trwalego 25 o duzym ciezarze wlasciwym, w przypadku nacisku do dolu /przypadek anody zbyt gleboko zanurzonej/. Musimy zachowac warunek e.^ e2* Jezeli sredni ciezar wlasciwy zespolu wspornika perforowanego 25 oraz glówki 1 z TiB2 jest mniejszy od ciezaru wlasciwego kapieli, to wspornik perforowany 25 pozostaje stale w górnym polozeniu.Jezeli sredni ciezar wlasciwy zawarty jest miedzy ciezarem wlasciwym kapieli i cie¬ zarem wlasciwym metalu, to wspornik perforowany 25 nadaza za zmianami poziomu metalu w czasie elektrolizy.Na figurze 9 przedstawiono szczególowo konstrukcje wspornika obniotrwalego 24 o du¬ zym ciezarze wlasciwym wedlug fig. 8 posiadajacego górne ograniczniki 25 i dolne 26. Jed¬ na ze scianek moze zawierac wymienna przegrode 27* Wstawienie lub wyjmowanie takich prze¬ gród umozliwia ukierunkowanie i kontrole przeplywu metalu i kapieli pod wplywem sil ele¬ ktromagnetycznych.Na figurze 10-13 przedstawiono kolejne przyklady wykonania, w których kazdy ele¬ ment z TiBp jest polaczony z grafitowym plywakiem.6 134 338 Na figurze 10 czynny element katodowy 30 z TiBp jest oeadzony w grafitowym piers¬ cieniu 31. Posredni wspornik 32 z biernego materialu sluzy za górny ogranicznik dla gra¬ fitowego pierscienia 31. Posredni wspornik 32 spoczywa na podlozu katodowym za posred¬ nictwem znanych lap lub podpór /nie pokazanych na rysunku; Na fig. 11 element 33 jest plyta zamocowana wkretem 34 na plywaku grafitowym 35* Zamocowania mozna dokonac dowol¬ nym sposobem.Na figurze 12 i 13 plywak grafitowy 36 zawiera studzienke 37 zamknieta od dolu i napelniona plynnym aluminium. Czynne elementy katodowe 38 z TiB2 oparte sa na grafito¬ wym plywaku za pomoca lopatek lub zeberek 39. Ksztalt "niski" elementu 40 na fig. 13 ulatwia zebranie wyprodukowanego plynnego aluminium oraz jego przeplyw kanalikami 41• Oczywiscie, w kazdym opisanym przykladzie wykonania powinien byc okreslony stosu¬ nek masy elementu z TiB~ do masy elementu grafitowego, przy uwzglednieniu ich ciezarów wlasciwych, celem uzyskania sredniego ciezaru wlasciwego o wartosci zawartej pomiedzy 2,3 a 2,2 lub mniejszej od 2,2 a najkorzystniej 2,1, w przedziale normalnych temperatur od 930 - 960°C. Takie wartosci ciozaru wlasciwego nalezy przyjac, jezeli zastosujemy elektrolit o gestosci rózniacej sie nieco z uwagi na zmieniony sklad. Poza tym dla jas¬ nosci rysunku pominieto uklad anodowy, lecz jest to oczywiste, ze znajduje sie on na¬ przeciwko górnej czesci czynnych elementów z TiBp i odpowiada obecnemu stanowi techniki.Na figurze 14 i 15 przedstawiono schematycznie taka wanne posiadajaca zewnetrzna metalowa skrzynie 42, okladzine cieplna 43, elektrycznie izolowana okladzine ogniotrwa¬ la 44, warstwe plynnego aluminium 45» element katodowy 46 - bedacy przedmiotem wynalaz¬ ku tak jak opisano na fig. 7, elektrolit 47, anody 48 i doprowadzenia pradu anodowe¬ go 49 /kolo wirnikowe/.Prad katodowy zbierany jest przez element 50 zawierajacy pionowy kolektor 51? który jest dobrym przewodnikiem elektrycznym, ewentualnie chronionym przed korozja otulina izolacyjna 52, którego koniec jest zakryty kolpakiem 53 z TiBp. Mozna obawiac sie, ze w tym ukladzie prad poziomy przeplywajacy przez warstwe metalu wywola niedopuszczalne ru¬ chy metalu. Otóz ruchy te sa silnie tlumione sciankami urzadzen kotwiacych i prowadza¬ cych elementów katodowych.Zastrzezenia patentowe 1. Element katodowy samonastawny do wytwarzania aluminium na drodze elektrolizy tlenku glinowego rozpuszczonego w kapieli Btopionego kriolitu w temperaturze 930 - 960^3, miedzy anoda weglowa, a warstwa stopionego aluminium osadzonego na katodzie weglowej, sposobem Halla-Heroulta, znamienny tym, ze zawiera co najmniej jeden czynny element katodowy /1/ wykonany z materialu ogniotrwalego elektroprzewodzacego ta¬ kiego jak dwuborek tytanu TiB2, który oparty jest na posrednim grafitowym wsporniku /4/, wyposazonym w elementy kotwiace /11/ i ograniczniki /25# 26/ wspólpracujace z plytkami Kotwiacymi /9/ i ogranicznikami /10/ polaczonymi sztywno z katoda weglowa /8/, przy czym stosunek ciezaru czynnego elementu katodowego /1/ z TiBp do ciezaru posredniego grafitowego wspornika /4/ jest tak dobrany, ze sredni ciezar wlasciwy zespolu zlozonego z czynnego elementu katodowego /!¦/ i posredniego grafitowego wspornika /4/ jest mniej¬ szy od ciezaru wlasciwego plynnego aluminium w temperaturze elektrolizy. 2. Element wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jego sredni ciezar wlasciwy jest mniejszy od ciezaru wlasciwego plynnego aluminium i mniejszy od ciezaru wlasciwego kapieli elektrolityoznej na bazie stopionego kriolitu w normalnych warunkach, pracy elektrolizera. 3. Element wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze Jego sredni ciezar wlasciwy jest zawarty w przedziale miedzy ciezarem wlasciwym plynnego aluminium, a cie¬ zarem wlasciwym kapieli elektrolitycznej na bazie stopionego kriolitu w normalnych wa¬ runkach pracy elektrolizera.134 338 7. 4. Element wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze zawiera szereg czyn¬ nych elementów katodowych /1 2/ polaczonych z posrednim grafitowym wspornikiem /4/. 5* Element wedlug zastrz. 4, znamienny tym, ze kazdy z osobna ozynny element katodowy /1/ jest polaczony z obojetnym wspornikiem posrednim /4/. 1-4 FIG.2 FIG.3 1,3 12 FIG.4 7/7,. T/77 FIG.5 17 18 v J;_ ^T RM 15 ""ffcf^^ 20 FIG.S ho134 338 3-4 elektrolit anoda \__yj \x 34 15 \*^^WMME?M ^ 5 35 34 FIG.11 37 36 FIG.12 32 1-f-r7frT-r7^rrj-ri-n 37 FIG.13 45 53 43 FIG.14 Pracownia Poligraficzna TJP PRL. Naklad 100 egz.Cena 100 zl FIC.15 PL