BRPI0621553A2 - catodo para células de eletrólise de alumìnio, método para fabricar catodos e células de eletrólise de alumìnio - Google Patents
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Abstract
CATODO PARA CéLULAS DE ELETRóLISE DE ALUMìNIO, MéTODO PARA FABRICAR CATODOS E CéLULAS DE ELETRóLISE DE ALUMìNIO. A presente invenção refere-se a catodos (1) para células de eletrólise de alumínio que consistem em blocos de catodo (4) e em barras coletoras (2) de corrente presas a estes blocos, enquanto que as fendas (3) de catodo (1) que recebem a barra coletora (2) têm uma profundidade mais alta no centro do que em ambas as bordas laterais do bloco de catodo (4). Além disso, a espessura de barra coletora (2) é mais alta no centro do que em ambas as bordas laterais do bloco de catodo (4). Este projeto de catodo (1) provê uma distribuição de corrente mais uniforme e, assim, um tempo de vida útil mais longo de tais catodos (1) e uma produtividade de célula aumentada.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CATODO PARA CÉLULAS DE ELETRÓLISE DE ALUMÍNIO, MÉTODO PARA FA- BRICAR CATODOS E CÉLULAS DE ELETRÓLISE DE ALUMÍNIO".
A presente invenção refere-se a catodos para células de eletróli- se de alumínio que consistem em blocos de catodo e barras coletoras de corrente presas a estes blocos enquanto que as fendas de catodo que rece- bem a barra coletora tem um projeto não-plano. Ainda, o projeto de barra coletora está adaptado a tal projeto de fenda não-plano.
Como um resultado, uma distribuição de corrente mais uniforme ao longo do comprimento de catodo é conseguida. Isto provê um tempo de vida útil mais longo de tais catodos pelo desgaste de catodo reduzido e as- sim uma produtividade de célula aumentada.
O alumínio é convencionalmente produzido pelo processo de Hall-Heroult, pela eletrólise de alumina dissolvida em eletrólitos fundidos ba- seados em criolita a temperaturas até aproximadamente 970 °C. Uma célula de redução de Hall-Heroult tipicamente tem um invólucro de aço provido com um revestimento isolante de material refratário, o qual por sua vez tem um revestimento de carbono que contacta os constituintes fundidos. Barras cole- toras feitas de aço conectadas no pólo negativo de uma fonte de corrente contínua estão embutidas no substrato de catodo de carbono formando o fundo inferior de célula. No projeto de célula convencional, as barras coleto- ras de catodo de aço estendem-se dos barramentos externos através de cada lado da célula eletrolítica para dentro dos blocos de catodo de carbono.
Cada bloco de catodo tem na sua superfície inferior uma ou du- as fendas ou ranhuras que estendem-se entre as extremidades laterais o- postas do bloco para receber as barras coletoras de aço. Estas fendas são usinadas tipicamente em uma forma retangular. Em proximidade estreita com a célula de eletrólise, estas barras coletoras estão posicionadas dentro das ditas fendas e estão presas nos blocos de catodo mais comumente com ferro fundido (denominadas "formação de haste") para facilitar o contato elé- trico entre os blocos de catodo de carbono e o aço. Os blocos de catodo fei- tos de carbono ou de grafite assim preparados são montados no fundo da célula pela utilização de equipamentos pesados tais como guindastes e fi- nalmente unidos com uma mistura de calcamento de antracito, grafite e alca- trão de carvão para formar o fundo inferior de célula. Uma fenda de bloco de catodo pode alojar uma única barra coletora ou duas barras coletoras que faceiam uma à outra no centro de bloco de catodo coincidindo com o centro da célula. No último caso, a folga entre as barras coletoras é preenchida com um material esmagável ou por uma peça de carbono ou por uma mistu- ra de costura socada ou de preferência por uma mistura de tais materiais.
As células de redução de Hall-Heroult são operadas em baixas voltagens (por exemplo 4-5 V) e altas correntes elétricas (por exemplo 100.000-400.000 A). A alta corrente elétrica entra na célula de redução do topo através da estrutura de anodo e então passa através do banho de crioli- ta, através de um bloco metálico de alumínio fundido, entra no bloco de ca- todo de carbono e então é carregada para fora da célula pelas barras coleto- ras.
O fluxo de corrente elétrica através do bloco de alumínio e do catodo flui pelo percurso de menor resistência. A resistência elétrica em uma barra coletora de catodo convencional é proporcional ao comprimento do percurso de corrente do ponto em que a corrente elétrica entra na barra co- letora de catodo até o barramento externo mais próximo. A menor resistência do percurso de corrente que inicia em pontos sobre a barra coletora de cato- do mais próxima do barramento externo faz com que o fluxo de corrente dentro do bloco de alumínio fundido e dos blocos de catodo de carbono seja desviado naquela direção. Os componentes horizontais do fluxo de corrente elétrica interagem com o componente vertical do campo magnético dentro da célula, afetando adversamente uma eficiente operação de célula.
A alta temperatura e a natureza química agressiva do eletrólito combinam para criar um ambiente de operação severo. Com isto, a tecnolo- gia de barra coletora de catodo de célula de Hall-Heroult fica limitada a se- ções de aço doce rolado ou fundido. Em comparação, as alternativas metáli- cas potenciais tais como o cobre ou a prata tem alta condutividade elétrica mas baixos pontos de fusão e alto custo. Até alguns anos atrás, o alto ponto de fusão e o baixo custo do aço superavam a sua baixa condutividade elétrica. A condutividade elétrica do aço é tão baixa em relação ao bloco de alumínio que a terça parte exter- na da barra coletora, mais próxima do lado da panela, carrega a maior parte da carga, por meio disto criando uma distribuição de corrente de catodo mui- to desigual dentro de cada bloco de catodo. Devido às propriedades quími- cas, às propriedades físicas, e, especificamente às propriedades elétricas dos blocos de catodo convencionais baseados em antracito, a baixa conduti- vidade elétrica do aço não apresentava uma limitação de processo severa até recentemente, em vista da condutividade relativamente baixa das barras de aço, o mesmo raciocínio é aplicado em relação à resistência de contato relativamente alta entre o catodo e o ferro fundido que até agora não de- sempenhava um papel predominante nos esforços de aperfeiçoamento de eficiência de célula. No entanto, com a tendência geral na direção de custos de energia mais altos, este efeito torna-se um fato não insignificante para a eficiência de fusão.
Desde então, as células de eletrólise de alumínio tem aumenta- do de tamanho conforme a amperagem de operação aumentou na busca de economias de escala. Conforme a operação de amperagem foi aumentada, os blocos de catodo de grafite com base em coque ao invés de antracito tor- naram-se comuns e adicionalmente a percentagem de grafite em catodos aumentou para aproveitar-se das propriedades elétricas aperfeiçoadas e maximizar as taxas de produção. Em muitos casos, isto resultou em um mo- vimento para os blocos de catodo parcialmente ou totalmente grafitados. A grafitação de blocos de carbono ocorre em uma ampla faixa de temperatura que começa ao redor de 2000 0C estendendo-se até 3000 0C ou mesmo a- lém. Os termos catodo "parcialmente grafitado" ou "totalmente grafitado" re- ferem-se ao grau de ordem dentro dos domínios da estrutura de cristal de carbono. No entanto, nenhuma linha de limite pode ser traçada entre estes estados. Principalmente, o grau de cristalização ou de grafitação, respecti- vamente, aumenta com a temperatura máxima assim como o tempo de tra- tamento no processo de aquecimento dos blocos de carbono. Para a descri- ção desta invenção, resumimos estes termos utilizando os termos "grafite" ou "catodo de grafite" para qualquer bloco de catodo a temperaturas acima de aproximadamente 2000°C. Por sua vez, os termos "carbono" ou "catodo de carbono" são utilizados para os blocos de catodo que foram aquecidos a temperaturas abaixo de 2000°C.
Incentivada pela utilização de catodos de carbono e de grafite que provêem condutividades elétricas mais altas, uma atenção aumentada precisou ser prestada a alguns efeitos técnicos que até o momento não es- tavam em foco:
- desgaste de blocos de catodo
- distribuição de corrente desigual
- perda de energia na interface entre o bloco de catodo e o ferro fundido
Todos os três efeitos estão um tanto interligados e qualquer so- lução técnica deveria idealmente resolver mais do que um único item desta tríade.
O desgaste dos blocos de catodo é principalmente executado por erosão mecânica por turbulência de bloco metálico, reações de consumo de carbono eletroquímicas facilitadas pelas altas correntes elétricas, pela penetração de eletrólito e de alumínio líquido, assim como pela intercalação de sódio, o que causa inchamento e deformação dos blocos de catodo e da mistura de calcamento. Devido a rachaduras resultantes nos blocos de cato- do, os componentes do banho migram na direção das barras condutoras de catodo de aço e formam depósitos sobre a superfície vedante de ferro fundi- do levando à deterioração do contato elétrico e a não uniformidade em dis- tribuição de corrente. Se o alumínio líquido atingir a superfície de ferro, uma corrosão através de formação de liga imediatamente ocorre e um conteúdo de ferro excessivo no metal de alumínio é produzido, forçando um desliga- mento prematuro da célula inteira.
A erosão de bloco de catodo não ocorre uniformemente através do comprimento de bloco. Especialmente na aplicação de blocos de catodo de grafite, o modo de falha dominante é devido à erosão altamente localiza- da da superfície de bloco de catodo próximo de suas extremidades laterais, modelando a superfície em um perfil em W e eventualmente expondo a bar- ra coletora ao metal de alumínio. Em um número de projetos de célula, taxas de erosão de pico mais altas foram observadas para estes blocos de conte- údo de grafite mais alto do que para os blocos de catodo de carbono con- vencionais. A erosão nos catodos de grafite pode até progredir a uma taxa de até 60 mm por ano. O desempenho de operação é portanto trocado por vida de operação.
Existe uma conexão entre a rápida taxa de desgaste, a Iocaliza- ção da área de máximo desgaste, e a não uniformidade da distribuição de corrente de catodo. Os catodos de grafite são mais eletricamente condutores e como um resultado tem um padrão de distribuição de corrente de catodo muito mais não-uniforme e com isto sofrem de desgaste mais alto.
Na Patente U.S. Número 2.786.024 (Wleügel) está proposto su- perar a distribuição de corrente de catodo não-uniforme pela utilização de barras coletoras as quais são dobradas para baixo do centro de célula de modo que a espessura do bloco de catodo entre a barra coletora e o bloco de metal fundido aumente do centro de célula na direção das bordas laterais. Esta proposta requer não somente componentes curvos mas também um projeto de célula significativamente inteiramente modificado sendo adaptado. Estas especificações impedem que esta proposta seja utilizada na prática.
A Patente U.S. Número 4.110.179 (Tschopp) descreve uma célu- la de eletrólise de alumínio com densidade de corrente elétrica uniforme a- través da largura de célula inteira. Isto é conseguido diminuindo gradualmen- te a espessura da camada de ferro fundido entre os blocos de catodo de carbono e as barras coletoras embutidas na direção da borda da célula. Em uma modalidade adicional desta invenção, a camada de ferro fundido é segmentada por espaços não-condutores com tamanho crescente na dire- ção da borda de célula. Na prática no entanto, parece muito desajeitado e custoso incorporar tais camadas de ferro fundido modificadas.
Na Patente U.S. Número 6.387.237 (Hornley et al.) uma célula de eletrólise de alumínio com densidade de corrente elétrica uniforme é rei- vindicada, que compreende barras coletoras com insertos de cobre localiza- dos na área próxima do centro de célula assim provendo uma condutividade elétrica mais alta na região central da célula. Novamente, este método não encontrou aplicação nas células de eletrólise de alumínio devido às comple- xidades técnicas e operacionais acrescentadas e custos na implementação da solução descrita.
Nenhuma proposta da técnica anterior considerou a utilização de blocos de catodo com dimensões externas padrão tendo um projeto de ten- da modificado e barras coletoras adaptadas a tal projeto.
Consequentemente, de modo a realizar totalmente os benefícios de operação de blocos de catodo de carbono e de grafite sem nenhuma ne- gociação com referência a procedimentos operacionais existentes e projetos de célula padrão, existe uma necessidade de diminuir as taxas de desgaste de catodo e aumentar a vida de célula pela provisão dé uma distribuição de corrente de catodo mais uniforme e ao mesmo tempo provendo catodos com dimensões externas padrão.
É portanto um objetivo da presente invenção prover blocos de catodo de carbono ou de grafite com dimensões externas padrão com fen- das de barra coletora, caracterizados pelo fato de que a profundidade de fenda é crescente na direção do centro de bloco de catodo. Em catodos que compreendem tais blocos de catodo e barras coletoras de aço padrão, as linhas de campo elétrico, isto é, a corrente elétrica, são atraídas afastando das bordas de bloco laterais na direção do centro de bloco assim provendo uma distribuição de corrente mais uniforme ao longo do comprimento de blo- co de catodo.
É outro objetivo da presente invenção prover um catodo que compreende um bloco de catodo de carbono ou de grafite com dimensões externas padrão com fendas de barra coletora com profundidade crescente na direção do centro de bloco de catodo e barras coletoras de corrente pre- sas, caracterizado pelo fato de que a espessura da barra coletora de corren- te está crescendo na direção do centro de bloco no lado que faceia a face superior da fenda. Nos respectivos catodos, as linhas de campo elétrico, isto é, a corrente elétrica, são atraídas afastando das bordas de bloco laterais na direção do centro de bloco ainda mais notadamente do que no caso de mu- dar somente o projeto de tenda. Com isto, esta modalidade provê um aper- feiçoamento considerável em distribuição de corrente uniforme ao longo do comprimento de bloco de catodo.
É outro objetivo desta invenção prover um método para fabricar os catodos para as células de eletrólise de alumínio pela fabricação de um bloco de catodo de carbono ou de grafite e prendendo uma barra coletora de aço a tal bloco revestido.
A invenção será agora descrita em mais detalhes com referência aos desenhos acompanhantes nos quais:
a figura 1 é uma vista em corte transversal esquemática de uma célula eletrolítica da técnica anterior para a produção de alumínio que mostra a distribuição de corrente de catodo;
a figura 2 mostra a vista lateral esquemática de um catodo da técnica anterior;
a figura 3 é uma vista lateral esquemática de um catodo de a- cordo com esta invenção;
a figura 4 A, B é uma vista lateral esquemática de duas modali- dades de um bloco de carbono para um catodo de acordo com esta inven- ção;
a figura 5 é uma vista lateral esquemática de um catodo de a- cordo com esta invenção;
a figura 6 é uma vista lateral esquemática de um catodo de a- cordo com esta invenção;
a figura 7 mostra uma vista lateral esquemática de uma célula eletrolítica para a produção de alumínio com um catodo de acordo com esta invenção que mostra a distribuição de corrente de catodo; e
a figura 8 é uma vista de topo tridimensional esquemática do catodo de acordo com esta invenção.
Referindo à figura 1, está mostrado um corte transversal de uma célula eletrolítica para a produção de alumínio, que tem um catodo 1 da téc- nica anterior. A barra coletora 2 tem uma seção transversal retangular e é fabricada de aço doce. Esta está embutida na tenda de barra coletora 3 do bloco de catodo 4 e conectada a este por ferro fundido 5. O bloco de catodo 4 é feito de carbono ou de grafite por métodos bem-conhecidos daqueles versados na técnica.
Não são mostrados o envoltório de aço da célula e a capa feita de aço que definem a câmara de reação de célula revestida no seu fundo e lados com tijolos refratários. O bloco de catodo 4 está em contato direto com um bloco de metal de alumínio fundido 6 e está coberto pelo banho de ele- trólito fundido 7. A corrente elétrica entra na célula através de anodos 8, pas- sa através do banho eletrolítico 7 e do bloco metálico fundido 6, e então en- tra no bloco de catodo 4. A corrente é carregada para fora da célula através do ferro fundido 5 pelas barras coletoras de catodo 2 que estendem-se de barramentos fora da parede de célula. A célula está simetricamente constru- ida como indicado pela linha de centro de célula C.
Como mostrado na figura 1, as linhas de corrente elétrica 10 em uma célula eletrolítica da técnica anterior estão não-uniformemente distribuí- das e mais concentradas na direção das extremidades da barra coletora na borda de catodo lateral. A menor distribuição de corrente é encontrada no meio do catodo 1. Os padrões de desgaste localizados observados sobre o bloco de catodo 4 são mais profundos na área de densidade de corrente elé- trica mais alta. Esta distribuição de corrente não-uniforme é a principal causa para a erosão progredir da superfície de um bloco de catodo 4 até esta atin- gir a barra coletora 2. Este padrão de erosão tipicamente resulta em uma "forma de W" da superfície de bloco de catodo 4.
A figura 2 apresenta um catodo 1 da técnica anterior. A barra co- letora 2 tem uma seção transversal retangular e é fabricada de aço doce. Esta está embutida na fenda de barra coletora 3 do bloco de catodo de car- bono ou de grafite 4 e conectada a este pelo ferro fundido 5. A fenda 3 da técnica anterior tem uma face de topo plana e uma profundidade que varia entre 100 mm e 200 mm. As faces laterais da fenda 3 podem ser planas ou ligeiramente côncavas (forma de rabo de andorinha). Apesar da barra coleto- ra de aço 2 estar presa a tal bloco tipicamente por ferro fundido 5, uma pasta de calcamento ou uma cola de alta temperatura é também apropriadas para prender a barra coletora 2 no bloco de catodo 4.
Afigura 3 apresenta um catodo 1 de acordo com esta invenção.
A barra coletora 2 da técnica anterior tem uma seção transversal retangular e é fabricada de aço doce. Esta está embutida na fenda de barra coletora 3 do bloco de catodo de carbono ou de grafite 4 e conectada a este por ferro fundido 5. A fenda 3 não tem uma face de topo plana mas a sua profundida- de é crescente na direção de seu centro C. A profundidade da fenda 3 no centro de bloco C pode variar entre 10 a 60 mm em relação à profundidade da fenda 3 nas bordas de bloco internas. Levando em conta a profundidade de fenda 3 nas bordas de bloco lateral de 100 a 200 mm, a profundidade total da fenda 3 no centro de bloco C pode variar entre 110 e 260 mm.
Como mostrado nas figura 4 A, B, a fenda 3 pode também ter por exemplo uma forma semicircular ou semi-elíptica e a forma pode com- preender um ou mais degraus.
Também mostrada nas figuras 4 A, B é que a não planicidade da face de topo da fenda 3 pode não necessariamente iniciar diretamente das bordas de bloco laterais mas a fenda 3 pode ter uma face de topo plana ini- ciai em ambas as bordas de bloco laterais estendendo-se além de 10 a 1000 mm de cada borda. Afenda 3 de acordo com esta invenção é usinada dentro do bloco de catodo 2 utilizando o equipamento e os procedimentos de fabri- cação padrão como utilizados para as fendas 3 da técnica anterior.
Nos catodos 1 que compreendem tais blocos de catodos 4 da invenção e as barras coletoras de aço 2 da técnica anterior, as linhas de campo elétrico 10, isto é a corrente elétrica, são atraídas afastando das bor- das de bloco laterais na direção do centro de bloco C assim provendo uma distribuição de corrente mais uniforme ao longo do comprimento de bloco de catodo 4.
A figura 5 apresenta um catodo 1 de acordo com esta invenção. O bloco de catodo 4 tem uma fenda de barra coletora 3 não-plana de acordo com esta invenção, como mostrado na figura 3. A barra coletora de aço 2 tem uma forma triangular ajustada ao desenho da tenda 3. A espessura da barra coletora 2 é crescente na face que faceia a face de topo de fenda 3 na direção de seu centro C.
Apesar de apresentada em forma triangular, a barra coletora 2 pode também ter por exemplo uma forma semicircular ou semi-elíptica. A forma pode compreender um ou mais degraus.
Nos catodos 1 que compreendem os blocos de catodo 4 da in- venção assim como as barras coletoras de aço 2 da invenção, as linhas de campo elétrico 10, isto é, a corrente elétrica, são atraídas afastando das bordas de bloco laterais na direção do centro de bloco C assim provendo uma distribuição de corrente mais uniforme ao longo do comprimento de blo- co de catodo 4.
A figura 6 apresenta uma modalidade de um catodo 1 de acordo com esta invenção, como descrito na figura 5. Nesta modalidade, a barra coletora de aço 2 não consiste em uma única peça mas esta compreende uma barra coletora plana 2 da técnica anterior que tem diversas placas de aço 9 presas a esta na face que faceia a face de topo da fenda 3. Deste mo- do, a forma total não-plana da barra coletora 2 pode ser executada sem a necessidade de prover uma barra coletora não-plana 2 como uma peça úni- ca.
A largura das placas de aço 9 é similar àquela da barra coletora 2. A espessura das placas de aço pode ser escolhida de acordo com o proje- to assim como as considerações de fabricação. O comprimento das placas de aço 9 diminui escalonadamente de acordo com o projeto assim como as considerações de fabricação. As bordas das placas de aço 9 podem ser ar- redondadas ou inclinadas.
Pelo menos uma tal placa de aço 9 está presa na barra coletora 2.
As placas de aço 9 estão fixas na barra coletora 2 assim como umas nas outras por soldagem, colagem, porcas e parafusos ou qualquer outro método comumente conhecido.
De modo a executar a expansão térmica da barra coletora de aço assim como as placas de aço e assegurar um contato elétrico apropria- do, é uma modalidade preferida desta invenção colocar uma película de gra- fite resiliente entre as peças de aço individuais.
Ao invés de aço outros materiais podem ser utilizados, tal como o cobre.
Está também dentro do escopo desta invenção fixar duas barras coletoras curtas 2 simetricamente a um bloco de aço que é mais alto do que as barras coletoras 2 e utilizar tal barra coletora 2 montada para fabricar um catodo 1 de acordo com esta invenção.
A figura 7 mostra uma vista de topo tridimensional esquemática de um catodo 1 de acordo com esta invenção que apresenta o catodo da invenção descrito na figura 6. Nesta figura, o ferro fundido 5 não está mos- trado para simplicidade. A figura 7 ao contrário mostra a preparação do cato- do 1 antes do ferro fundido 5 ser vazado dentro da fenda de barra coletora 3. Nesta modalidade, a barra condutora 2 esta equipada com quatro placas de aço 9, assim provendo uma forma total quase triangular da barra coletora 2.
A figura 8 é uma vista em corte transversal esquemática de uma célula eletrolítica para a produção de alumínio com um catodo 1 de acordo com esta invenção, como mostrado na figura 6. Em comparação com a téc- nica anterior (figura 1), as linhas de distribuição de corrente de célula 10 dis- tribuídas mais uniformemente através do comprimento do catodo 1 devido à forma da invenção da fenda de barra coletora 3 e da barra coletora 2.
Apesar dos desenhos mostrarem os blocos de catodo 4, ou suas partes, tendo uma única fenda de barra coletora 3, esta invenção aplica-se a blocos de catodo 4 com mais do que uma fenda de barra coletora 3 no mesmo modo.
Apesar dos desenhos mostrarem os catodos 1 com barras cole- toras únicas 2 em cada fenda de barra coletora, esta invenção aplica-se a catodos 1 com mais do que uma barra coletora 2 dentro de cada fenda de barra coletora 2 do mesmo modo. Alternativamente, duas barras coletoras curtas 2 podem ser inseridas em uma fenda de barra coletora 3 e unidas no centro C do bloco de catodo 4, ambas as barras coletoras 2 tendo cada uma pelo menos uma placa de aço fixa a estas na extremidade que faceia a outra barra coletora 2.
A invenção está adicionalmente descrita pelos seguintes exem- plos:
Exemplo 1
100 partes de coque de óleo com um tamanho de grão de 12 μm até 7 mm foram misturadas com 25 partes a 150°C em um misturador de lâmina por 40 minutos. A massa resultante foi extrudada em blocos das di- mensões 700 x 500 x 3400 mm (largura x altura x comprimento). Estes as- sim denominados blocos verdes foram colocados dentro de um forno de a- nel, cobertos por coque metalúrgico e aquecidos a 900°C. Os blocos carbo- nizados resultantes foram então aquecidos a 2800°C em um forno de grafi- tação no sentido do comprimento. Posteriormente, os blocos de catodo bru- tos foram aparados para as suas dimensões finais de 650 x 450 x 3270 mm (largura x altura x comprimento). Duas fendas de barra coletora de 135 mm de largura e uma profundidade que cresce de uma profundidade de 165 mm nas bordas laterais até 200 mm de profundidade no centro do bloco foram cortadas de cada bloco. Posteriormente, barras coletoras de aço convencio- nais foram montadas dentro das fendas. Uma conexão elétrica foi feita no modo convencional vazando ferro fundido líquido dentro do espaço entre as barras coletoras e o bloco. Os catodos foram colocados dentro de uma célu- la de eletrólise de alumínio. A distribuição de densidade de corrente resultan- te foi comparada com aquela dos catodos da técnica anterior e provada ser mais homogênea.
Exemplo 2
Blocos de catodo aparados para as suas dimensões finais foram fabricados de acordo com o exemplo 1. Duas fendas de barra coletora de 135 mm de largura e uma profundidade que aumenta de 165 mm de profun- didade nas bordas laterais até 200 mm de facilidade no centro do bloco fo- ram cortadas de cada bloco.
Duas barras coletoras de aço de acordo com esta invenção fo- ram fabricadas soldando uma única placa de aço de 115 mm de largura, 40 mm de espessura e 800 mm de comprimento centradamente a uma barra coletora de aço de 115 mm de largura e 155 mm de altura no seu centro na face que eventualmente faceia a face de topo de fenda.
Tais duas barras coletoras de aço assim fabricadas foram mon- tadas dentro das fendas. Uma conexão elétrica foi feita no modo convencio- nal vazando o ferro fundido líquido dentro do espaço entre as barras coleto- ras e o bloco. Os catodos foram colocados dentro de uma célula de eletrólise de alumínio. A distribuição de densidade de corrente resultante foi compara- da com aquela dos catodos da técnica anterior e provada ser mais homogê- nea.
Tendo assim descrito as modalidades presentemente preferidas da invenção, deve ser compreendido que a invenção pode ser de outro mo- do incorporada sem afastar-se do espírito e do escopo das reivindicações seguintes.
Listagem de Referência
(1)catodo
(2) barra coletora feita de aço
(3) fenda de barra coletora
(4) bloco de catodo de carbono ou de grafite
(5) ferro fundido
(6) bloco metálico de alumínio
(7) banho de eletrólito fundido
(8) anodo
(9) placa de aço
(10) linhas de distribuição de corrente de célula
Claims (14)
1. Catodo (1) para células de eletrólise de alumínio que compre- ende um bloco de catodo de carbono ou de grafite (4) com uma fenda de barra coletora (3) que recebe uma ou duas barras coletoras de corrente fei- tas de aço (2), caracterizado pelo fato de que a profundidade da fenda (3) é mais alta no centro C do que em ambas as bordas laterais do bloco de cato- do (4).
2. Catodo (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fenda de barra coletora (3) tem uma forma triangular, se- micircular ou semi-elíptica.
3. Catodo (1), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracteri- zado pelo fato de que a fenda de barra coletora (3) compreende uma ou mais etapas.
4. Catodo (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a fenda de barra coletora (3) tem uma face de topo plana inicial em ambas as bordas de bloco laterais estendendo- se de 10 a 1000 mm de cada borda.
5. Catodo (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a espessura da uma ou das duas barras coletoras (2) é mais alta no centro C do que em ambas as bordas laterais do bloco de catodo (4).
6. Catodo (1), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a espessura da uma ou das duas barras coletoras (2) é au- mentada exclusivamente na face que faceia a face de topo da fenda (3).
7. Catodo (1), de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracteri- zado pelo fato de que a uma ou as duas barras coletoras (2) têm uma forma triangular, semicircular ou semi-elíptica.
8. Catodo (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, caracterizado pelo fato de que a espessura de uma ou duas barras cole- toras (2) compreende aumentos de uma ou mais etapas.
9. Catodo (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 8, caracterizado pelo fato de que a uma ou as duas barras coletoras (2) tem pelo menos uma placa de aço (9) presa a estas.
10. Catodo (1), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que uma película de grafite resiliente está colocada entre a, pelo menos, uma placa de aço (9) e uma barra coletora de aço (2), assim como entre cada placa de aço (9) subseqüentemente presa.
11. Catodo (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações -1 a 10, caracterizado por possuir mais do que uma fenda de barra coletora (3).
12. Método para fabricar catodos (1) para células de eletrólise de alumínio, caracterizado pelas etapas de - fabricar um bloco de catodo de carbono ou de grafite (4) com dimensões externas padrão, - usinar pelo menos uma fenda de barra coletora (3) com uma profundidade crescente na direção do centro de bloco de catodo C, - montar pelo menos uma barra coletora de aço (2) dentro de cada uma das fendas (3).
13. Método para fabricar catodos (1) para células de eletrólise de alumínio, caracterizado pelas etapas de - fabricar um bloco de catodo de carbono ou de grafite (4) com dimensões externas padrão, - usinar pelo menos uma fenda de barra coletora (3) com uma profundidade crescente na direção do centro de bloco de catodo C, - montar pelo menos uma barra coletora de aço (2) com espes- sura crescente na face que faceia a face superior de fenda de barra coletora (3) na direção de seu centro C dentro de cada uma das fendas (3).
14. Células de eletrólise de alumínio, caracterizadas pelo fato de conterem catodos (1) como definidos em uma das reivindicações 1 a 11.
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