JPS6256957B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明はアルミニウム製造用電解還元槽に関
し、殊にそのような槽でのカソード集電の問題に
関する。このような電解還元槽は、電解質（電解
液）がアルミナAl₂O₃を溶解して含む溶融氷晶石
Na₃AlF₆であり、そして電気分解が電解液中に懸
架されたアノードと槽の底床にあるカソードとの
間で行なわれる種類のものである。従来の槽にお
いては、底床は炭素製であり、その中には外部電
源へ接続された鋼部材が埋め込まれている。その
炭素ポツトライニング材は電流を鋼接続材に伝え
るが、炭素は可成り劣つた電導体であり、その結
果として槽電圧は一層良好なカソード集電体を用
いた場合に用いられるであろう槽電圧よりも高
い。 従来の技術 米国特許第3093570号（デウエイ）及び英国特
許第2065174号（オデク）の両明細書には、外部
電源への接続用アルミニウム製スラブに装着され
た二硼化チタンTiB₂のカソードが開示されてい
る。TiB₂は炭素よりも良好な電導体であるが、
それは高価であり、かつ成形が困難であり、また
低い機械強度、及び炭素、アルミナ、その他のポ
ツトライニング材料の熱膨張係数よりも極めて大
きい熱膨張係数を有する。これらの理由のため
に、固体TiB₂カソードは今までに有意義な商業
的成功を達成していない。 アルミニウム金属のカソード集電体を使用する
ことは便宜であり、安価であると考えられる。ア
ルミニウムが通常の槽運転温度（950〜980℃）よ
りもはるかに低い温度（660℃）で溶融するとい
うことは、そのような集電体の高温側端部が流動
状態となるが、原理的には集電体を不適当にする
ものではないことを意味する。しかしながら、実
際には、熱的対流及び磁気効果が溶融金属の著し
い撹拌及び液体／固体境界面の下方移行を生じさ
せ、そのような集電体が特別な注意を払わなけれ
ば使用されえないような程度になることが見出さ
れている。 米国特許第3607685号（ジヨンソン）明細書に
は、これらの問題を克服することを意図した種々
の構造のカソード集電体が記載されている。一つ
の構造のものは、溶融アルミニウムで包囲された
平行な複数の耐火物棒体または繊維を収容した外
側耐火物管よりなり、溶融金属の循環を拘束する
ように意図されたそれらの棒体及び繊維はアルミ
ニウム金属で湿潤される材料で作られるかそのよ
うな材料で被覆されうる。別の構造のものは、市
販一次アルミニウムよりも高い融点及び高い粘度
を有するアルミニウム合金を採用している。さら
に別の構造のものは、耐火物管とアルミニウム芯
導体とからなる複数の導体アセンブリを採用する
ものであり、各アセンブリの高温側端部は槽ポツ
トライニングに設けたボウル型凹所の底に配置さ
れている。 槽電解質（液）にはある時間間隔でアルミナが
補充される。この目的のために凝固クラストをあ
る時間間隔で破るので、そのようなクラスト破壊
中に高割合のアルミナを凝固クラストの比較的大
きな塊がしばしば電解浴中に落下する。そのよう
な塊は製品金属アルミニウムの密度に近接したま
たはそれを越えるような密度を有するので、その
ような塊が溶融金属カソード層に入り込むことが
ありうる。そのクラスト塊が溶融するにつれて、
溶融金属よりも下の槽の底にスラツジ層を形成す
る。このようなスラツジは槽の底床上に不連続の
沈積体を形成すると信じられる（なんとなれば、
スラジの電気抵抗は溶融アルミニウムの電気抵抗
よりも極めて高いけれども、従来の槽中にスラツ
ジが存在することによつては槽電圧がわずかに増
大するだけであるからである）。従つてカソード
電流の通過はその床と直接に接している溶融金属
を介してなされるものと信じられる。 アルミニウム製造用の標準的な電解還元槽の実
際の運転においては、槽のスラツジ、含量は実質
上一定のままであることが見出され、従つて、ス
ラツジ中の固体アルミナが電解液中に徐々に溶解
して、凝固電解質（慣用の電解還元槽の槽壁に存
在する）の表面を介して電解液中へ戻るものと信
じられる（なんとなればスラツジの液体成分は凝
固電解質の表面を湿潤しうるからである）。前述
のように、慣用電解還元槽にスラツジが存在して
も著しい運転操作上の問題をもたらさない。 しかしながら、ある種の情況下では、スラツジ
が運転操作上の問題を引き起こすことがありう
る。欧州特許第68782号及び同第69502号明細書に
は、二つのそのような問題が述べられている。欧
州特許第68782号明細書には、電解質よりも優先
して溶融金属によつて湿潤される材料で作られた
製品金属タツピング（引出し）用フイルターであ
つて、溶融金属を流通させるけれども溶融電解質
及びスラツジを通過させずに保留する寸法のフイ
ルター開口を有するものが記載されている。欧州
特許第69502号明細書には、電解質よりも優先し
て溶融金属によつて湿潤される材料の成形物の単
一層を槽の底床上に設け、それらの成形物中また
は成形物の間の開口を、電解質またはスラツジの
侵入を防ぐような寸法とすることが記載されてい
る。 発明が解決しようとする問題点 本発明はもう一つのそのような問題に関してい
る。ポツトライニングに凹部または凹所を設ける
場合に、スラツジはそれらの中に集り易いことが
判明した。カソード集電体を凹所の底に位置させ
たならば、集まつたスラツジが槽の電気抵抗を急
速に増大させるおそれがある。本発明はかかる問
題を解決することを一目的としている。 問題点を解決するための手段 本発明は、ポツトライニングとそのポツトライ
ニング中に埋め込まれた少なくとも１つのカソー
ド集電体とを有するアルミニウム製造用電解還元
槽であつて：その槽の底床が、カソード集電体の
一端部を配置させた少なくとも１つの凹所を有
し；集電体の他端部が外部電源に接続されてお
り；上記凹所が金属で湿潤されうる物体片で満た
されており；それらの物体片の間隙は、槽が運転
状態にあるときには、溶融アルミニウムで満たさ
れるようになつていると共に、電解質またはスラ
ツジの侵入を防ぐような寸法である；ことを特徴
とする上記電解還元槽が、提供される。 カソード集電体は、凹所内に配置されたその端
部にまたはその付近に、規則的に配列したまたは
網目状の固体のアルミニウム湿潤性物質、及びそ
れに重ねられた網目状の少なくとも部分的に流動
性（となる）アルミニウム含有金属を、含んでい
てよい。 添付図面により本発明をさらに説明する。 第１図のアルミニウム製造用電解還元槽は、ア
ノード１０、溶融氷晶石電解液１２、カソードを
なす溶融アルミニウム層１４、及び槽ポツトライ
ニング１６からなり、その全体がアルミニウム金
属の厚いスラブ１８上に乗つている。金属パツド
（カソード）１４は、例えばTiB₂で作られるか、
TiB₂で被覆された、固体の全層湿潤性球体２０
の単一層によつて安定化されていることが図示さ
れている。 槽ポツトライニング１６に設けられた凹所２２
はそのような固体球体で満たされている。カソー
ド集電体の頂端部Ａは、この凹所の底に位置され
ており、溶融アルミニウムによる侵食に耐える電
導性材料、例えばTiB₂、の固体ブロツクまたは
キヤツプ２４から構成されている。 集電体のその次の下の部分（セクシヨン）Ｂ
は、一群の平行な小直径管２８を含む大直径の耐
火物管２６を含んでおり、それらの管内及び管の
間の空隙３０はアルミニウム含有金属で満たされ
ている（第２図）。この部分Ｂの頂端部の方で
は、槽の高い運転温度のために、そのアルミニウ
ム含有金属は少なくとも部分的に流動性となる。
しかしこの部分（セクシヨン）Ｂの下端部の方で
は、その金属は固体でなければならない。 集電体の次の下の部分（セクシヨン）Ｃはアル
ミニウム金属の棒３２であり、これはその頂端部
で部分Ｂにそしてその下端部でアルミニウムスラ
ブ１８（槽の底床をなす）へ電気的に接続されて
いる。 第３図においては、第１図と同等な部品は同じ
番号が付されている。集電体バーの上方部分（セ
クシヨン）は、Al₂O₃の管３６内の一連のTiB₂／
Al複合材製の枚３４を積み重ねたものから構成
されている。個々の板はホツトプレス法で製造で
きる。これらの円板の積重体はAl₂O₃管内でアル
ミニウム金属中に鋳込んで、電気的接続を設ける
ことができる。 第４図においては、第１図及び第３図と同等な
部品は同じ番号が付されている。槽は、金属で湿
潤されたパツキン２０で安定化された溶融金属パ
ツド（カソード）１４を含んでいるように示され
ているが、その溶融金属パツド（カソード）が安
定化されることは必ずしも要件でないことは了解
されよう。凹所２２は、金属で湿潤されたパツキ
ン２０で満たされており、パツキンの間の隙間は
溶融金属で満たされている。その隙間は電解質ス
ラツジが侵入しないような寸法（大きさ）である
べきである。 カソード集電体の頂端部はその凹所の底に位置
されており、二硼化チタンの固体ブロツクまたは
キヤツプ２４から構成されている。集電体の次の
下の部分はTiB₂またはTiB₂／Al複合材の棒体３
８であり、これは950℃の等温線と500℃の等温線
との間に延在している。この棒体の外側は、それ
が金属で湿潤されないようにするため、及び集電
体に沿つて下方へ溶融金属が滲入しないようにす
るために、炭素質コンパウンドによつて塗装され
ている。 棒体３８の下端部４０において固体アルミニウ
ム金属棒３２に溶接されている。槽は鋼製外殻を
有しており、金属棒３２はその外殻を貫通し、空
気シール４３（アルミナのキヤスト可能コンパウ
ンドまたは耐火物繊維ロープ製）を介して、アル
ミニウム母線４４まで延びている。金属棒３２及
び母線４４は、接合部４０を500℃に維持するの
に充分な熱を集電体から取り出すような寸法とさ
れる。ポツトライニングは二つの層として示され
ており、その内側の層１６は板状アルミナ骨材の
層であり、外側の層１７は治金級品位のアルミナ
粉末である。 第５図は槽壁４８で包囲されたアルミニウム製
造用電解還元槽の底床４６の概略平面図である。
２列のアノード（図示せず）が底床の上方に位置
している。アノードの投影図を矩形５０で示す。
底床は９個のカソード集電体５２を２列有し、そ
れらの列はアノードの投影の下に延在している。
各集電体５２は、円形ではなくむしろ楕円形形の
凹所５４の底に配置されている。このようなデザ
インの槽内の磁界の水平成分は、ほぼ楕円状のパ
ターンに従つていることが知られており、従つて
それぞれの楕円形凹所５４の主軸は磁界水平成分
のパターンの楕円線に直角に配列されている。こ
の理由は以下で説明する。 第６図はアノード５６の一部分、電解浴５８、
溶融金属パツド６０、槽底床６２及びカソード集
電体６４を含むアルミニウム用電解還元槽の部分
縦断面図である。槽底床の円形凹所は傾斜壁６６
で限定されており、その傾斜壁は槽底床と６８
で、また集電体と７０で接している。矢印の付い
た線７２はアノードからカソード集電体への電流
の流れ線を示している。凹所は深さＡ及び直径Ｃ
である。寸法Ｂは、もし凹所が電流を収れんさせ
なければ、槽底床の位置（水準）で見られる電流
の拡がりを示す（すなわち、ＣはＢと等しいかそ
れよりも大である）。寸法Ａ及びＢについての好
ましい値は、後で述べる。この図では、電流の流
れ線を明かに示すために金属湿潤性物体片は省略
してある。 第７及び８図は、セラミツク材の３個の矩形ブ
ロツク７４を一列にしたものを、それらの下端部
で単一のアルミニウム金属矩形スラブ７６に接合
してなるカソード集電体の正面図及び側面図をそ
れぞれ示す。集電体は槽底床の表面８２の細長い
凹所８０を有する槽の底床７８に内臓されてお
り、その凹所８０は金属湿潤性物体片８４で満た
されている。三つのブロツク７４の上端部は、凹
所の底よりも高く、しかし槽底床表面８２よりも
低く位置しており、少なくとも一層の物体片８４
で覆われている。 第９及び１０図も上記と同様である。セラミツ
ク材の３個の矩形ブロツク７４がそれらの下端部
で部材８６に接合されている。部材８６は下方向
に細くなつており、その下端部で円形断面のアル
ミニウム棒８８に接合されている。部材８６は、
整列または網目状のアルミニウム湿潤性材料とそ
れに重ねられた連続の網目状の、少なくとも部分
的に流動性の、アルミニウム含有金属とから形成
されている。 上記図示の諸設計には、下記のような種々の変
更が可能である。 本発明のアルミニウム製造用電解還元槽では、
アノード、電解質及びカソードの種類は要件では
なく、従つて従来の槽で用いられたものと同じで
あつてよい。殊にカソードは槽の底床上に溜まつ
た溶融金属によつて構成されうる。磁気による流
動力学的撹乱が金属の渦巻き及び波の形成を引き
起こしうること、及びこれが溶融金属溜中にバツ
フルまたは固体障害体を設けることにより低減で
きること、は知られている。別法として、溶融金
属が生成されるにつれてそれをタツピング（取り
出し）用の溝へ流がして、電解還元槽から溶融金
属を流出させた（乾燥した）状態で固体カソード
を用いて、電解還元槽を運転することもできる。 本発明によるカソード集電体の一利点は、アル
ミナのような非電導性の槽ライニング材料の使用
を可能とすることである。従つて、槽キヤビテイ
のほとんどの部分は、粉末Al₂O₃を可及的に良く
押し固めて満たし、その表面に高密度の板状（結
晶）Al₂O₃の骨材またはレンガの少なくとも一層
を設けることができる。慣用の炭素ライニング材
の場合にも、炭素の比較的低い電導度に依存する
よりも本発明のカソード集電体を用いるのが有利
であろう。 集電体の上端部はポツトライニングに設けた凹
所中に配置される。これは二つの利点をもたら
す。すなわち、集電体が物理的な衝撃から保護さ
れ、また500℃以上の温度で使用される集電体の
部分の長さが短くなる（従つてそのコストが低減
される）。凹所は円形状であつてよい。あるいは
凹所は溶融金属中の磁界に対して直角の方向に細
長くして、溝の形にしてもよい。そのような各溝
は、その中に１個ないし数個の集電体を収めう
る。商業的電解還元槽内の磁界の水平成分は、普
通、槽の中心を通る垂直軸の周囲の溶融金属中の
楕円線に沿うので、１またはそれ以上の溝は該垂
直軸からほぼ半径方向にポツトライニング材中に
延在するようにできる。各溝は、水平磁界に対し
て直角になるように彎曲させ、そしてほぼ等しい
間隔で離して設けることができる。このようにす
ると、各溝は異なる長さを有し、あるものは他の
ものよりも短くなり、全体として槽の側壁から槽
の中心垂直軸へ向けて収れんするような配列パタ
ーンとすることができる。 電流はアノードからカソード表面へ垂直に下向
きに流れ、次いで最寄りの溝への最短経路を進
む。溝が、磁界の水平成分に対して直角な長軸を
有するように配置されていると、電流経路はその
磁線にほぼ平行になる。磁力の強さは電流と磁界
ベクトルとの積に比例するから、その力はそのよ
うな集電体の配列によつて最小化される。カソー
ドとカソード集電体との間の良好な電気接続を確
保するために、溝は溶融アルミニウムで満たささ
れるべきである。溶融アルミニウムを取り出しな
がら（いわば乾燥状態で）運転される電解還元槽
の場合には、溝はタツピング（取り出し）のため
の製品金属を捕集する目的の構能も果す。 あるいは、凹所は第５図に示したように、楕円
形状であつてそれぞれが１個のカソード集電体を
含むようにしてもよい。もちろん、楕円形凹所
は、取り出し用の製品金属を捕集するためには使
用できないが、複数の集電体を含む長い溝形凹所
と異なる利点を有する。金属湿潤性物体片で満た
された凹所は、通常の槽ライニングと比較して高
価であるので、凹所の容積を可及的に小さくする
のが望ましい。一組の楕円状凹所は、全体とし
て、一列の溝よりも小さいが、それにも拘らず槽
内の磁力を減させるのには全く効果的である。 集電体は、アノード（の投影）の下に均等に分
布されても、あるいは何らかの磁界不均衡を打ち
消すように多少位置を変えて設けてもよい。集電
体の数はそれぞれの電流負荷量に依存する。集電
体１個当りの電流負荷は１〜10KA、好ましくは
３〜6KAである。集電体の最適数は、磁気効
果、経済性、そして実用化の場合には現存する母
線配置に依存する。従つて、流がされる最小電流
は経済性（すなわち多数の小さな母線のコスト及
びそれらの機械的一体性）によつて制限される。
流がされる最大電流は局部的な磁気的流動力学的
効果によつて制限される。 例えば、175KAの槽は、第５図のような溝に
18個の集電体の列を二つ有し、１個当り4.9KAの
電流を流がすようにできる。アノードの合計面積
が22m²であれば、それは集電体１個当り0.6m²で
ある。これから0.8KA／m²のアノード電流密度が
推定される。 底から入れた集電体の存在が、磁気効果により
金属表面に隆起を生じさせる限り、金属の隆起が
プレベーク電解槽のアノード間の間隙よりも下に
なるように集電体を配置するのが望ましいであろ
う。そのような隆起はアノード表面をその中間に
おいて凹状よりも凸状とする傾向があり、かくし
てガスを捕捉するよりもガスの放出を促進する。 磁気効果による溶融金属表面の隆起を最小化す
るには凹所の上の開放金属中の水平電流密度を低
く保持するのが望ましいであろう。これは凹所の
形状を慎重に設計することにより達成できる。第
６図に示したように、凹所の深さＡは槽底床の高
さ位置（水準）における電流の拡がり（寸法Ｂで
示される）のために足る大きさとして、水平電流
密度を約10⁵A／m²以下、好ましくは３×10⁴A／
m²以下の安全な値にまで下げるようにしなければ
ならない。他方、その深さＡはこの目的を達成す
るのに必要な値以上であつてはならない。普通
は、深さＡは200mm以下、好ましくは30〜100mmで
ある。 理想的には、凹所の直径ＣはＢよりも小さくて
はならないが、これは必要とされうる多数の凹所
を考慮すると実用的でないことがある。約1mよ
りも大きな直径の凹所が有用であることはないで
あろう。普通、Ｃ：Ａの比は、少なくとも２、好
ましくは４ないし８となろう。凹所が円形でな
く、そして１つの直径を持たずに多様な方向で測
定できる横断面開口を有する場合には、「最小の
横断面開口寸法」：「深さ」の比は、円形凹所の
場合のように、普通少なくとも２、好ましくは４
ないし８となろう。 集電体６４の頂端部が凹所の底７０よりも上に
突き出ているならば、改善された設計が可能であ
る。そのような場合には、電流が集電体に向けて
軸方向と同時に半径方向で入り込むようにされ、
集電体自体によつて作られる磁界との相互作用が
最小化される。金属湿潤性成形体片の少なくとも
一つの層が集電体の頂部を覆うべきであり、これ
を考慮して突出部分の最大高さを決定すべきであ
る。 集電体の頂端部７４が槽底床８２に設けた凹所
８０中へ突き出ているカソード集電体の二つの設
計例が第７〜１０図に示されている。これらの図
面は、集電体がその頂端部においてまたはその全
長にわたつて、細長い形状（横断面で）であつて
よいという概念も示している。要するに、集電体
の横断面形状は要件ではなく、製造するのに容易
でありかつ安価であるかによつて決定しうる。 一つの例として、四つの異なる円形凹所の幾何
学的形態(i)、(ii)、(iii)及び(iv)に関しての水平電流
密
度の計算値を以下に示す。比較のために不定直径
をもつ二つの凹所(i)、(iii)についての結果も示す。

【表】 凹所または溝は固体物体片で満たされ、物体片
間の隙間は溶融金属で占められている。固体物体
片は槽の運転条件下で溶融金属及び電解液よりも
高密度であり、かつそれらによつて侵食されない
材料から作られたものでなければならない。それ
らは寸法が均一であつても不均一であつても、そ
して形状が規則的であつても不規則的であつても
よい。固体物体片は、運転開始前または運転開始
中に凹所がへこむのを防ぎ、また運転中に金属流
の勢を下げるという二つの役割を行なう。 固体物体片は電解液の存在下で金属によつて優
先的に湿潤されるTiB₂のような材料から作られ
るか、そのような材料で被覆されているので、そ
れらはさらに別の機能を果す。商業的運転におい
ては、いく分かのアルミナな不可避的に溶融金属
パツド（カソード）中へ落下し、槽の底床上でス
ラツジを形成する。スラツジが槽中で時間を経る
に従つて、それは結晶化してアルミナ結晶に成長
する。これはスラツジ内で電解質が占めうる間隙
容積を減少させ、液状電解質がスラツジの表面へ
向けて押し出される。このスラツジは、次第に消
散させられ、通常は問題を起こさない。しかし、
もしスラツジまたはそれに同伴した電解質が凹所
または溝に集合すると、それは凹所または溝内の
溶融金属と金属湿潤性、その底のカソード集電体
との間の電気接続を妨害するおそれがある。適当
な寸法の固体物体片は、（我々の欧州特許第68782
号明細書に記載されるように）、表面張力効果に
よつて、電解質またはスラツジが凹所中へ侵入す
るのを防ぐように機能しうるものであり、その問
題を完全に克服できる。 隙間の最小横断面寸法は、電解質またはスラツ
ジが隙間に入り込めるか否かを決定する上で重要
な一因子である。成形体中の隙間または成形体の
間の隙間は非常に複雑な形態となることがあり、
そのような場合には正確に計算することが不可能
であることは明かである。しかしながらそれにも
拘らず、隙間の最も狭い部分を直径ωの円筒とほ
ぼ見做すことによつて許容しうる成形体の寸法の
ある程度の推定をなすことは普通可能である。ω
についての許容しうる値は下記式で決定できる。 ω＜４γ／（△ρ・ｇ・ｈ） 上記式において： γは、金属／電解質界面における界面張力であ
り、ほぼ550ダイン／cmである。 △ρは、Alとスラツジとの密度差であり、ほ
ぼ0.7g／cm³である。 ｇは、重力の加速度であり、980cm／S²であ
る。 ｈは、スラツジ層の最大深さである。 典型的なｈの値＝５cmの場合については： ω＜４×５５０／９８０×０．７×５ ＜約0.6cm 金属湿潤性物体片が球体である場合には、0.5
〜３cmの直径が好ましい。計算によれば、隙間
「直径」（仮定）が0.6cmである充填層状の球体の
直径は約４cmであることが示される。この値は、
５cmのスラツジ層が予期される場合に許容しうる
であろう上限値を表わすものである。MHD駆動
金属循環による物体片の同伴のおそれにより、さ
らに小さい寸法限度が決定される。 球体は使用可能性のある一形状である。しかし
多少異なつた寸法範囲のその他の成形体を用いて
も同じ間隙値を得ることができる。例えば成形体
は細長くして垂直に配列してもよい。 カソード集電体の頂端部（第１図のセクシヨン
Ａ）は、溶融アルミニウムの侵食に耐える電導性
耐火物の固体ブロツクまたはキヤツプによつて構
成できる。適当な材料の一例はTiB₂であり、他
の一例は、運転条件下で固体のままであるように
充分に低割合のAlを含むTiB₂／Al複合材であ
る。 カソード集電体の下方端部は固体電導体であ
り、普通は金属棒体であり、それは銅または鋼で
あつてよいが、好ましくはアルミニウムである。
この棒体の頂（高温部端）は、カソード集電体の
上方部分（セクシヨン）の下（低温）端部に接続
される。カソード集電体の上方部分（セクシヨ
ン）は、整列または網目状の固体のアルミニウム
湿潤性材料からなつている。そのようなセクシヨ
ンが固体材料の周囲にアルミニウムを注ぎ込むこ
とによつて製造される場合、同時に一体のアルミ
ニウム棒体を鋳造するのが便宜である。そのよう
なアルミニウム棒体は集電体の下方端部として使
用できる。あるいは二つのセクシヨン同志を溶接
により接合してもよい。 好ましい一態様において、そのような金属棒は
その下端部において、槽を支持するに充分な厚さ
のアルミニウムスラブに固定される。 このスラブは槽の底（基部）を形成するもので
あり、これには槽温度を制御するための空冷フイ
ンまたはその他の強制冷却装置を備えることがで
きる。そのスラブは母線（電気）として作用する
ものであり、次の槽のアノードに直列に電気接続
される。槽の底床がアルミニウムである場合に、
外壁はアルミニウムまたは鋼であつてよい。ある
いは槽の外殻全体が鋼であつてよく、集電体の下
端部をその外殻にボルト留めしても、あるいはそ
の外殻を貫通させて母線系に接続してもよい。 この明細書では、カソード集電体を垂直状態に
あるとしてその「頂端部」または「上方部分」
（高温側）及び「下端部」または「下方部分」（低
温側）と称している。実際には、集電体は垂直で
ありうるが、それが水平で槽の側壁を貫いて延在
することもあり、あるいは垂直の高温側端部を水
平な金属棒に接合することもある。普通は、集電
体の高温側端部は槽から垂直に下向きに延在する
のが好ましい。その理由はこのようにすると水平
電流及び磁界が減少し金属パツド（カソード）中
での磁気的流動力学的撹乱が低減されるからであ
る。 カソード集電体に沿つてその高温端部における
約950℃からその低温端部におけるおそらく200℃
程度までの温度勾配が必然的に生じる。一槽当り
の集電体の数、及び各集電体の上方部分（セクシ
ヨン）の長さ、直径は、公知の要件に従つて、ポ
ツトライニングの凹所の寸法と関連して設定し
て、最小の資本コストで所望の電導度及び熱損失
を併せ達成するようにすべきである。 TiB₂は比較的高価な材料であるので、それを
含む部分（セクシヨン）の長さを短縮することは
望ましい。しかし、下方端部における金属棒がア
ルミニウムであるならば、それが機械的強度を失
なうような温度に曝されるべきではなく、従つて
金属湿潤性物体片を含む上方部分（セクシヨン）
とその金属棒との間の接合部は500℃を越えては
ならない。熱制御を改善するために、金属棒の横
断面積をその接合部から下方へ向けて大きくする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はカソード集電体を含む本発明のアルミ
ニウム製造用電解還元槽の一例の部分縦断面図で
ある。第２図は第１図の線２―２における断面図
である。第３図及び第４図は第１図と同様な断面
図であるが、それぞれのカソード集電体の構造が
異なるものである。第５図は細長い凹所の配列を
示す槽底床平面図である。第６図は凹所及びカソ
ード集電体の頂端部を含む槽底床の縦断面図であ
る。第７〜１０図は二種の異なる構造のカソード
集電体の正面及び側面断面図である。 １６：ポツトライニング、２４，３２：カソー
ド集電体、２２：凹所、２０：金属湿潤性物体
片。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ポツトライニングとそのポツトライニング中
   に埋め込まれた少なくとも１つのカソード集電体
   とを有するアルミニウム製造用電解還元槽であつ
   て： その槽の底床が、カソード集電体の一端部を配
   置させた少なくとも１つの凹所を有し；集電体の
   他端部が外部電源に接続されており；上記凹所が
   金属で湿潤されうる物体片で満たされており；そ
   れらの物体片の間隙は、槽が運転状態にあるとき
   には、溶融アルミニウムで満たされるようになつ
   ていると共に、電解質またはスラツジの侵入を防
   ぐような寸法である；ことを特徴とする上記電解
   還元槽。 ２ 槽の底床の凹所は溝の形で延在している特許
   請求の範囲第１項に記載の電解還元槽。 ３ 溝は槽の中心の垂直軸からほぼ半径方向に、
   かつ槽内の水平磁界に対して直角に、延在してい
   る特許請求の範囲第２項に記載の電解還元槽。 ４ 槽の底床の凹所は槽内の水平磁界に対して直
   角な方向に延在しており、かつその中に１個のカ
   ソード集電体を配置させている特許請求の範囲第
   １項に記載の電解還元槽。 ５ カソード集電体の上端部はそれが配置された
   凹所の底よりも高く、しかし周囲の槽底床よりも
   低く位置しており、そして該金属湿潤性物体片の
   少なくとも１つの層によつて覆われている特許請
   求の範囲第１〜４項のいずれかに記載の電解還元
   槽。 ６ 運転時の１個のカソード集電体への電流負荷
   が１〜10KAとなるように複数のカソード集電体
   を、槽の底床に分配された凹所中に配置した特許
   請求の範囲第１〜５項のいずれかに記載の電解還
   元槽。 ７ 金属湿潤性物体片が５〜20mmの直径を有する
   球体である特許請求の範囲第１〜６項のいずれか
   に記載の電解還元槽。 ８ 金属湿潤性物体片は二硼化チタン製である特
   許請求の範囲第１〜７項のいずれかに記載の電解
   還元槽。 ９ 槽の底床は非電導性材料製である特許請求の
   範囲第１〜８項のいずれかに記載の電解還元槽。 １０ 槽の底床の凹所は200mmまでの深さを有
   し、凹所の外側端部における横断面開口はその深
   さの少なくとも２倍である特許請求の範囲第１〜
   ９項のいずれかに記載の電解還元槽。 １１ 槽の底床の凹所は30〜100mmの深さを有
   し、その外側端部における横断面開口はその深さ
   の少なくとも２倍である特許請求の範囲第１０項
   に記載の電解還元槽。