JPS6033904B2 - 電解還元槽 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶融電解質の電解により溶融金属を製造する還
元槽の構造に関する。

電解還元槽で実施される方法の一つの公知例に於て、ア
ルミニウムが弗化物電解質に於けるアルミナの電解によ
り製造され、本発明はこの後その方法に関連し説明され
るが、同様の間素を伴なう同機の電解還元方法が実施さ
れる電解還元槽に応用しうるものである。

従来のアルミニウム製造用電解還元槽に於て、製品金属
より密度の４・さし、溶融電解質が供給材料の凝固クラ
ストの下に含まれる。

槽の陰極は電解質の下に位置し、通常槽の床で構成され
る。製品金属は槽の底に集まり、多くの場合槽の有効陰
極である。製品金属はクラスト中にあげた穴を通して挿
入されたサィフオン管により実施される金属タッピング
作業により時間的に間隔をおいて糟から取出される。従
来の電解還元槽で経験した一つの欠点は溶融金属を通し
て且つ糟に連結した導電体を通して流れる非常に高い電
流に関連する電磁力が溶融金属に波動をひき起す事であ
る。

このような波動の実際的影響は陽極と熔融金属との間の
接触による槽の間欠的短絡を避けるため、陽極と陰極の
基準位置（熔融金属の上面の設計高さ）の間の距離を理
論上必要とするよりも大きく保つ事が必要な事である。
従来の電解還元槽に必要な陽極／陰極間の距離を使用す
る結果、槽の電解質の抵抗にほぼ比例して動力入力を浪
費し、糟が陽極と陰極の間の距離をより短か〈して操作
できれば非常に大きいエネルギーの節約が達成される事
がわかつた。この型の従来の電解還元槽に於ては、檀の
床は長方形で、炭素ブロックで形成され、糟を横断し糟
から突出する鋼製コレクタバーが炭素ブロックに電気接
続関係に埋込まれている。陰極電流は溶融金属中を外方
に糟の側壁へ向って流れる傾向がある。溶融金属が陰極
床ブロックの中央領域を通って下方に且つ槽の中心領域
からコレクタバ−の全長にわたって外側に延びる通路よ
りも抵抗の低い電流通路を与えるからである。熔融金属
の循環運動と波動の原因である磁力を生じるのは、檀に
存在する電磁力と陰極電流の大きな水平構成分との相互
作用である。本発明の目的は溶融金属の陰極電流の水平
成分を相当減らし、同時に波動と金属の循環を制限する
ように電解還元槽を構成する事である。

コレクタバー装置を特殊に構成して、陰極電流の水平成
分を減らす事は、例えば米国特許第４，１９４，９５叫
号明細書に記載された装置により公知である。

本発明により提供される構造はこのような特殊な構造に
代えて、或いはそれに補足して使用されるものである。

本発明はその最も広い概念に於て、槽の床に非導電障壁
部材を設けるもので、この障壁部材は糟の床から溶融ア
ルミニウムの最大高さ（タッピング直前の溶融アルミニ
ウムの高さ）に近似する高さまで上方へ突出する。非導
電障壁部材は溶融金属中の水平電流を減らす電気的障壁
としての作用を主目的とするが、障壁部材横断万向の溶
融金属の流動を阻止する機械的な障壁としても作用する
。本文に関して、非導電性という語は鋼製のコレクタバ
−（＞１．２仏○ｍ）よりも若干電気抵抗の高いどんな
材料にも適用しうるもので、障壁部材がこのような材料
から作られると、水平電流をアルミニゥムプ−ルから鋼
製コレクタバーに効果的に移動させるものである。多く
の場合、障壁部材は長手形槽の長手方向に延在して、コ
レクタバーと平行に外側に流れる水平電流成分を減らす
ように配向される。

この場合、幾つかの障壁部村を槽の長手方向と平行に、
従って電流方向を横断するように酉己向される。隣接し
た障壁部材は２０−１００肌の範囲の距離だけ間隔をお
くのが適当で、個々の障壁部村の厚さは５一２５ｃｍの
範囲であるのが好ましい。障壁部材は好ましくは檀の全
長に延在しているが、糟の端壁には蓬せず、陽極シャド
ー領域の端緑の外方に隣接した位置で終端してもよい。

一つ又はそれ以上の位置で糟横断方向に延在する障壁部
村を設け、溶融金属中の糟長手方向水平電流成分を減ら
し、又熔融金属中の横長手方向波動を減らすのが望まし
い。或いは又特願昭５７−１０９６９１号明細書（特開
昭５８−６９９２号公報参照）に記載されたように槽横
断方向に存在するエネルギー吸収壁部材を少なくとも糟
の側壁に隣接する障壁部材の外側対の間及び／又は外側
障壁部材と槽の側壁との間に配置するのが望ましい。槽
長手方向の波動が溶融金属に存在し、槽の一端近くで溶
融金属の深さが比較的深くなる場合には、槽長手方向に
も水平電流成分がある。

この電流の減少と糟長手方向波動の減少は、好ましくは
槽の全幅に槽横断方向に延在する非導電障壁部材を使用
する事により達成される。障壁部材は、その主機能を果
すために少くともその長手方向に垂直な方向に非導電性
であることが必要である。

それらは又溶融アルミニウムによる侵攻に対し抵抗性が
ある事が要求され、槽に使用される溶融電解質による侵
攻に対しても抵抗性であることが好ましい。障壁部材は
非導電性コアと薄い表面保護被覆で形成され、被覆それ
自身は或程度導電性でよいが、障壁部材の横断方向に大
きな電流漏出を生じる程導電性であってはならない。か
くして、障壁部材はアルミナコアにＴｉＢ２又は炭化チ
タン或し、は窒化チタンのような他の保護材料の薄い保
護層を被覆したものでよい。英国特許第２０６９５３ぴ
言明細書に於て、溶融金属陰極層の中に導雷性セラミッ
ク材料で形成された充填材のベッドを配置して、電解還
元槽に於ける金属の流動を妨げることが提案されている
。ＴｊＢ２その他のセラミック充填材のベッドが本発明
の非導電性障壁部材と共に使用する事ができ、このベッ
ドは全部又は一部の障壁部材の間に配置される。好まし
くはセラミック充填材のベッドの頂面の高さは糟の溶融
アルミニウムの最小高さ（タッピングの後のレベル）に
ほぼ等しくなされ、個々のセラミック充填材は槽の作動
の間溶融アルミニウムに殆んど完全に浸潰されているよ
うにする。充填材ベッドの頂部と障壁部材の頂部との間
の高さの差は好ましくは約１．５ｃので通常タッピング
操作業の間の槽の溶融金属の深さの減少範囲内であり、
従って障壁部材の頂面は通常の２４時間の槽操作サイク
ルを通じて溶融金属からほぼ露出した状態を維持する。

変形構造例に於て、本発明の還元槽は特顔昭５７一１０
９６９び号明細書（特関昭５８一６９９１号公報参照）
に記載された型の一つ又は複数の選択的フィルターを備
えてもよい。

このフィルターは溶融金属を通過させるが、溶融電解質
の通過を阻止しで槽に生成された溶融製品金属を排出す
る事により槽の製品金属の高さをほぼ一定に維持する。
このような選択的フィルターを使用する場合には、セラ
ミック充填材のベッドの頂面は障壁部材の頂面とほぼ等
しい高さにある。第１図に示した電解槽は熱及び電気絶
縁層２で裏打ちされた鋼製のケーシング１を含み槽長手
方向に従釆の間隔で並ぶ炭素ブロック４と鋼製のコレク
タバー５とから形成された在来の床を含んでいる。

槽は二列の焼成陽極６を含む。

この陽極のシャドー領域は第２図の７で点線で示されて
いる。槽は陽極６の列の間に設けられたクラストブレー
カー８を含み、アルミナをホッパ−９から槽電解質１０
へ供給する。Ｔｉ＆保護被覆を備えたアルミナで形成さ
れた障壁部材１１は炭素床ブロック４に挿入されて、こ
の例では５一１０ｃのの距離だけ上方に突出している。

障壁部材１１は陽極６のシャドー領域の両端まで延在す
るが、高さは陽極シャドー領域と糟の端壁１２との間で
は減少している。

陽極シャドー内に位置する障壁部材１１の間にＴｉ＆セ
ラミック充填材その他の溶融金属及び熔融槽電解質の侵
攻に抵抗性のセラミック充填材のベッド１４を備えて、
糟の中の陽極シャドー領域で、溶融金属が糟の横断方向
及び長手方向に流動するのを妨げる。陰極で解放された
製品金属は槽の中に堆積し、槽の一端の凹み１５でサィ
フオン吸出され、障壁部材１１の高さは１１′で局部的
に低くなされ、凹み１５に金属を集積させる。障壁部材
１１の頂面と充填材ベッド１４の頂面との高さの差は、
１回の夕ッピング作業と次回の夕ッピ賄グ作業との間の
金属高さの増加には）、等しい。

金属の高さがタッピング作業の後充填材ベッドの頂面ま
で低下し、充填材ベッドが常時ほ）、完全に金属中に浸
潰されているのが好ましい。

金属高さは次のタッピング作業でほぼ障壁部材の高さま
で上昇するが、その障壁部村の上までには殆ど上昇せず
、槽横断方向の水平電流が流れる溶融金属の糟が障壁部
材に存在しないようにする。非導電障壁部村１１は溶融
金属中の横横断方向電流を制限する事により電解質から
コレクタバ−５へ流れる陰極電流の通路を相当変更する
事が容易に埋解される。

第３図及び第４図に示した変形構造例に於て、非導雷性
槽横断障壁部材１６が長手方向障壁部材と組合わされて
使用され、槽長手方向の水平電流を排除し、金属の槽長
手方向は波動を制限する。

糟横断方向障壁部材は製品金属を非常におそい速度で凹
部１５へ流すような寸法の極めて小さいノッチ又は孔（
図示せず）が形成され、その結果溶融金属中の水平電流
が低い値に維持される。特許請求の範囲の項に於て、「
炭素床」という用語は２ホウ化チタンその他の、溶融材
料による侵攻に低抗性の導電性耐火材料の表面層と鋼製
コレクタバーと接触する下方の炭素層から成る床を含む
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電解還元槽の一形式の図式的横断
面図。 第２図は第１図の檀の陰極の図式的平面図、第３図は糟
長手方向及び檀横断方向の両障壁部材を利用する変形構
成例の図式的横断面図、第４図は第３図に示した槽の図
式的平面図である。１・・・・・・鋼製ケーシング、２
・・・・・・絶縁層、４…・・・炭素床ブロック、５・
・・・・・コレクタバー、６・・・…陽極、７・・・・
・・陽極シャドー領域、１０・・・・・・電解質、１１
，１６・・・・・・障壁部材、１４・・・・・・セラミ
ック充填材ベッド。 〃Ｇ，〆（Ｇ．２ りｏ．３ （Ｇ．◇

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 製品金属より密度の少ない溶融電解質の電解により
   金属を製造する電解還元槽であつて、陰極炭素床を有し
   、該炭素床に鋼製コレクタバーが埋設されている電解還
   元槽に於て、少くとも二つの細長い障壁部材が槽床から
   槽における製品金属の通常の槽作動時の最大高さに近似
   する高さまで上方に突出し、該障壁部材は少くともその
   長さ方向に垂直な方向に非導電性で、少なくとも製品金
   属による侵攻に抵抗性の材料の表面層を有し、該障壁部
   材が陰極槽床上の製品金属中の水平電流の流れを横断す
   る方向に配向されている事を特徴とする電解槽。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の電解槽に於て、多数の
   間隔をおいた障壁部材が槽の長手方向にほぼ平行に配向
   されていることを特徴とする電解槽。 ３ 特許請求の範囲第２項記載の電解還元槽に於て、隣
   接する障壁部材の間隔が２０〜１００ｃｍの範囲にある
   事を特徴とする電解槽。 ４ 特許請求の範囲第２項又は代３項記載の電解還元槽
   に於て、障壁部材が槽床の全長に延在している事を特徴
   とする電解槽。 ５ 特許請求の範囲第２項又は第３項記載の電解還元槽
   に於て、障壁部材の高さは槽の端壁と陽極シヤドー領域
   の隣接端との間で減じられていることを特徴とする電解
   槽。 ６ 特許請求の範囲第２項又は第３項記載の電解還元槽
   に於て、少なくとも一対の隣接する障壁部材の間に溶融
   製品金属および溶融槽電解質による侵攻に抵抗性のセラ
   ミツク充填材ベツドを製品金属の流動を妨げるために備
   えている事を特徴とする電解槽。 ７ 特許請求の範囲第２項記載の電解還元槽に於て、非
   導電障壁部材が二個所以上の位置で槽を横断する方向に
   配向され、該障壁部材が槽の長手方向に配向された障壁
   部材とほぼ同じ高さまで突出していることを特徴とする
   電解槽。 ８ 特許請求の範囲第７項記載の電解還元槽に於て、槽
   横断方向に配向された障壁部材が、隣接する最も外側の
   槽長手方向に配向された障壁部材の槽横方向外側の個所
   まで槽横断方向に延在している事を特徴とする電解槽。 ９ 特許請求の範囲第８項記載の電解還元槽に於て、槽
   横断方向に配向された障壁部材が槽の側壁まで延在し、
   該障壁部材に製品金属を槽の端部の集積凹部に非常にお
   そい流速で流させるような寸法の非常に細い通路が形成
   されている事を特徴とする電解槽。