TR201906708T4 - Alüminyum üretiminde kullanılan bir elektroliz hücresine yönelik katot elemanı. - Google Patents

Abstract

Bu buluş, alüminyum üretiminde kullanılması amaçlanan bir elektrolitik hücreye ait bir potada kullanılmaya yönelik olan ve yan yüzlerinden biri boyunca en az bir uzunlamasına oluğa sahip, karbonlu malzemeden yapılma bir katot bloğunu (5) ve söz konusu oluğun içinde, söz konusu çubuğun bir parçası bloğun bir ucunda ortaya çıkacak biçimde barındırılan, söz konusu çubuk ile bloğun arasına bir iletken mühürleme malzemesinin yerleştirilmesi yoluyla oluğa mühürlenen ve elektrik iletkenliği söz konusu çeliğin elektrik iletkenliğinden daha yüksek en az bir metal ek parçaya yer veren bir çelik bağlantı çubuğunu (6) içeren bir katot elemanıyla ilgilidir. Buluş uyarınca, ek parça (16) çubuğun içinde uzunlamasına düzenlenmekte ve en azından kısmen, bağlantı çubuğunun potanın dışında yer alacak olan diliminde (19) bulunmakta ve bağlantı çubuğu (6) katot bloğuna, bloğun başındaki oluk ucunda yer alan belirli bir yüzey alanına (S) sahip bir mühürlenmemiş bölgede (17) mühürlenmemektedir. Buluşa uygun bir ek parçanın varlığı, aynı zamanda genel katot voltajında çok büyük bir düşmeyle ve bloğun başındaki akım yoğunluğunda çok güçlü bir azalmayla sonuçlanabilmektedir.

Description

TARIFNAME ALÜMINYUM ÜRETIMINDE KULLANILAN BIR ELEKTROLIZ HÜCRESINE YÖNELIK KATOT ELEMANI Bu bulus, erimis banyo elektrolizi vasrtasyla alüminyum üretimiyle ilgilidir. Bulus özellikle, alüminyum üretimine yönelik elektrolitik hücrelerde kullanuan katot elemanlarLyla ilgilidir. Enerji maliyeti, alüminyum indirgeme tesislerinin isletme maliyetleri içinde önemli bir kalemi olusturmaktadîr. Sonuç olarak, elektrolitik hücrelerin özgül tüketimindeki azalma bu tesisler için çok önemli hale gelmektedir. Bir hücrenin özgül tüketimi, bir ton alüminyum üretilmesi için hücre tarafmdan tüketilen enerjiye esittir. Özgül tüketim kWh/t cinsinden ifade edilmektedir ve sabit bir alen verimliligi söz konusu oldugunda, elektrolitik hücrenin terminallerindeki elektrik voltaj yla dogru orantUldLr. Bir elektrolitik hücrenin elektrik voltajmbirkaç voltaj düsmesine, yani anot voltaj düsmesine, banyodaki voltaj düsmesine, elektrokimyasal voltaja, katot voltaj düsmesine ve hat kayLplarna bölünebilmektedir. Bu bulus, elektrolitik hücrelerin özgül tüketiminin azaltimasi amacFyla katot voltaj düsmesinde saglanan bir azalmayla ilgilidir. Katot voltaj düsmesi, karbonlu bir malzemeden yapIrna bir katot blogunu ve bir veya birkaç metal baglantLçubugunu içeren katot elemanmim elektrik direncine bagILdLn. Katot bloklarirtiîi yapTdgTmalzemeler, içlerinden geçen akITna karsîgiderek daha az elektrik direnciyle kars J<0yacak biçimde zaman içinde degisim göstermistir. Bu, bir yandan sabit bir katot voltaj düsmesi muhafaza edilirken bir yandan da hücreler içinden geçen akThlarTli artmas yla sonuçlanmstm. 1970'Ierde, katot bloklarLantrasitten (amorf karbon) yapLLLyordu. Bu malzeme oldukça yüksek bir elektrik direncini sunmustur. Tesislerin üretimlerini artTlabilmek için alen yogunluklarmüyükseltme yönündeki ihtiyaçlarßlla yüzlesen bu bloklarîti yerini asamalü olarak, 1980ilerden itibaren "yarLgrafit" ad Jverilen bloklar (%30 ile %50 arastndaki oranda grafit içermektedir), daha sonra da %100 oranmda grafit tanelerini barmdjmakla birlikte bu taneler arashdaki baglayßßlît amorf durumda kaldglî'grafit" ad :verilen bloklar almStE. Bu bloklari] grafit taneleri düsük bir elektrik direncine sahip oldugundan, bloklar içlerinden geçen akITna kars"daha düsük bir elektrik direncini ortaya koymakta ve sonuç olarak, sabit yogunluk söz konusu oldugunda katot voltaj düsmesi azalmaktad JJ. Son olarak, bloklarni en yeni nesline "grafitlestirilmis" blok adLverilmektedir. Bu bloklar üzerinde yüksek sßaklrktaki bir graûtlestirme _elli islemi gerçeklestirilmekte, karbonun grafitlestirilmesi yoluyla blogun elektrik iletkenligi artiiImaktad E. Malzemelerin elektrik direncinin azaltTmasiTia dönük bu iyilestirmelerle aynlîzamanda, alüminyum üretimine yönelik alüminyum indirgeme tesislerinde kullanilan akm artmiTarak tesislerin üretiminin artEÜInasE amaçlanmStI (sabit aklIh verimliliginde, bir hücre tarafndan üretilen metalin ton adedi bakmmdan miktar: hücre içinden geçen akmtli yogunluguyla orantmdi). Sonuç olarak, katot voltaj düsmesi (Uc), katot direnci (RC) ile katotta dolasan akLan yogunlugunun (I) çarpana esit oldugundan (Uc = Rcx I), katot voltaj düsmeleri yine yüksek düzeyde ve tipik olarak yaklasiR 300 mV degerinde kalmayî sürdürmektedir. Ayrca, katot bIokIaann özelliklerindeki degisiklikler, örnegin katotlaan aSmlmasUgibi yeni sorunlarin ortaya çikmasîtia yol açmStiTt. Örnegin, katot bloklarTtida barmdmrlan grafitin miktarlartttkça, bunlarm blok basndaki asmma sorunlarna karsjdaha duyarlEhale geldigi gözlenmistir. Ak m yogunlugu potan ni tüm genisligi üzerine esit olarak dagltllmamakta ve blogun her bir ucunda katot yüzeyi üzerinde bir en yüksek akin yogunlugu söz konusu olmaktad JJ. Bu en yüksek akLm yogunlugu katodun yerel olarak asLnmasLna neden olmakta ve bu durum özellikle, blok grafit bakWnmdan zengin oldugu zaman dikkat çekici hale gelmektedir. Bu çok yüksek asnma bölgeleri potann ömrünü sniTIayabilmekte olup bu durum, bir alüminyum indirgeme tesisi için çok büyük bir ekonomik sorundur. Çelik bir parçayi/e genellikle bakm gibi, çelikten daha yüksek bir elektrik iletkenligine sahip bir metalden yapilma bir parçayüçeren kompozit baglant`çubuklarFkullan Flarak katot voltaj düsmesinin (Uc) azaltLlabilecegi bilinmektedir. Patentlerin örnekleri arasnida FR1161632 saymî(Kaiser) Amerikan patentleri ve W002/42525 saymuluslararasi'basvuru (Servico) yer almaktad I. WOO uluslararasEbasvurulardan, katot blogu boyunca akîn dagrlînmîi iyilestirilmesi amaciyla bakl'r ek parçalarîh kullanüabilecegi bilinmektedir. Bu belgeler, çelik baglanti_ çubugu içine bakLt bir ek parçanni konulmasleve ek parça hücre içinde hapsedilerek hücrenin dLsLna LsLiletiminin azaltrlmasmîögretmektedir. U86294067 sayrlîi patent (Alcoa), katodik blok basmda düzenlenmis ayri_ bir oluk içerisine ikincil bir baglantL çubugunun Ilave edilmesini önermektedir. Ne var ki bakm çelikten daha pahalîoldugu ve gündeme gelecek bakir miktarlarîyüksek olabilecegi için, bu çözümler muhtemelen pahalLlolacaktii En sLk kullanman teknolojilerde, elektrolitik pota basina çubuk say's Igenellikle 50 ile 100 aras nidad n. Dolayisiyla, bakin bilesenlerin varlgmdan kaynaklanan fazladan maliyet hâla artabilmektedir. Ayrca, önceki teknikte bilinen konfigürasyonlar tam anlamLyla tatmin edici degildir. Bu konfigürasyonlar genel katot voltaj düsmesinde (yani çubuktaki voltaj düsmesi de dahil olmak üzere), ek yatTti'm maliyetlerinin haklrrrgiîrbrtaya koyamayacak kadar düsük olan 50 mV mertebesindeki azalmalara yol açmakta ve blogun bas nda nispeten yüksek akim yogunlugu tepe noktalarmîi yani yaklask 12 kA/m2 degerinin üzerindeki akim yogunluklarmiÜretmektedir. DolaySlyla basvuru sahipleri, önceki teknigin dezavantajlarlna ve özellikle özgül tüketim sorununa yönelik tatmin edici çözümleri bulmaya çaIFSm stm. Bulusun AçklamasLI Bulusun amaclîl alüminyum üretiminde kullanTmasîamaçlanan bir elektrolitik hücreye ait bir potada kullan ilmaya yönelik olan ve - yan yüzlerinden biri boyunca en az bir uzunlamasLna oluga sahip, karbonlu malzemeden yaptlma bir katot blogunu ve - "harici dilim" olarak adlandIEan en az bir parçasjpotanîji dßmida yer alacak olan, söz konusu olugun içinde, söz konusu çubugun "blok dSLparça" olarak adland iman parçasLlen azindan blogun "blok basi: olarak adlandEIan bir ucunda ortaya çikacak biçimde barmdlüan ve söz konusu çubuk ile blogun arasIJia dökme demir veya iletken macun gibi bir iletken mühürleme malzemesinin yerlestirilmesi yoluyla oluga mühürlenen en az bir çelik baglantnçubugunu Bulusa uygun katot elemanlTtilTli Özelligi, her bir harici dilim için; - baglanti çubugunun belirli bir uzunluga (Lc) sahip olan, elektrik iletkenligi söz konusu çeligin elektrik iletkenliginden büyük olan, çubugun içinde uzunlamasIT'ia düzenlenen ve en aznidan kemen söz konusu dilimin içinde yer alan en az bir metal ek parçayUçermesi ve - baglantEçubugunun katot bloguna, blogun basndaki oluk ucunda yer alan belirli bir yüzey alanma (S) sahip "mühürlenmemis" bölge olarak adlandmilan en az bir bölgede mühürlenmemis olmasldir. Tercihen, ek parça söz konusu harici dilimin ucunun yüzeyiyle aynEhizadadE (tanEnlanmS bir toleransla birlikte). Avantajl_bir durum olmak üzere, söz konusu ek parça veya her bir ek parça bakndan veya balel bazl `bir alasWndan yapmnaktad iT. Bulusa uygun bir ek parçanmt varlEgEaynEzamanda genel katot voltajmda çok büyük bir düsmeyle (Örnegin, tamamen çelik bir çubuktaki 0.3 V degerine kiyasla bakLr bir ek parçaya yer veren bir çubuktaki 0.2 V degeri) ve blogun basmdaki akFm yogunlugunda çok güçlü bir azalmayla (en aanidan %20 mertebesinde) sonuçlanabilmektedir. Basvuru sahibi yaptgEarastEmada, katot voltajmdaki düsmenin büyük bir bölümünün (yaklasik üçte birinin) çubugun blok dFSTia çrkan "blok di'sü parçasnda yer aldrgnîfark etmistir. Gerçekten de, çubuktaki akLm yogunlugu çubugun blok dLsLnda yer alan parçasha dogru artmakta ve çubugun bloktan çrktrgî noktada maksimum degerine ulasmaktad î. Sonuç olarak, çubugun "blok dsnda" yer alan parçasmn tamamrüzerinde küçük bir kesit büyük miktarda akLm tasLmakta, bu da büyük bir voltaj düsmesine yol açmaktadTl. Basvuru sahipleri, katot blogunun basma yakITt mühürlenmemis bir bölge ile baglantî çubugunun her bir harici dilimindeki tercihen dilimin tüm uzunlugu boyunca uzanan en az bir ek parçanTli bir araya getirilmesi seklindeki fikri gelistirmistir. Basvuru sahipleri beklenmedik bir biçimde, bu özelliklerin bir araya getirilen etkisinin blogun basmda, baska bir deyisle blogun uçlarmm yakmmda mevcut olan en yüksek akEn yogunlugunu çok anlamli" ölçüde azalttgîilî bir yandan da katot voltaj düsmesini çok anlamli" ölçüde azalttLgJJiJ gözlemlemistir. Basvuru sahipleri özellikle, mühürlenmemis bölgenin, sLi:t tabaninin en yüksek akm yogunlugu üzerindeki etkisini önemli derecede azaltabildigini fark etmistir. Söz konusu karbonlu malzeme grafit içerdigi zaman, bulus özellikle cazip hale gelmektedir. Bulusa uygun bir katot elemanmda kullanilmasr mümkün bir baglantF çubugunun üretilmesine yönelik bir proses avantajljbir biçimde, bir çelik çubukta söz konusu çelik çubugun bir ucundan baslanIarak uzunlamasma bir oyugun - tipik olarak kör bir deligin - olusturulmasi-31: bir ek parçanmi çubugun yathIJtda kullan man çeliginkinden daha yüksek bir iletkenlige sahip bir malzemeden ve oyugun uzunlugu ve kesitine karsuik gelen bir uzunluk ve kesite sahip olacak biçimde yameasane ardindan ek parçanîi oyugun içine yerlestirilmesini içermektedir. Ek parça ile çubuk arasLndaki BLIJ genlesme farknidan ötürü (çelik diger metallere kiyasla nispeten daha az genlestigi için), ek parça ile çubuk arasmdaki yakin temas genelde pota sEaklgEarttEEça elde edilmektedir. Bulus aerca, bulusa uygun en az bir katot elemanmlLliçeren bir elektrolitik hücreyle de Bulus asagLda ekli sekillere athta bulunularak aerntlJJ_biçimde açLkIanmaktadLiz. Sekil 1, geleneksel bir yarEn potaya ait bir kesit görünüsünü sunmaktad E. Sekil 2, Sekil 1'dekine benzer bir görünüs olup bulusa uygun bir katot elemannüçeren bir hücrenin söz konusu oldugu durumu göstermektedir. Sekil 3, bulusun bir uygulamasDa uygun bir katot elemanmm alttan bir görünüsünü sunmaktadiTi. Sekil 4, bulusun baska bir uygulamasnia uygun bir katot elemanLijiLn alttan bir görünüsünü sunmaktadl. Sekil 5, Sekil 3 veya 4lteki katot blogunun bir ucuna ait perspektif bir görünüsü sunmaktadLiJ. Sekil 6, dairesel bir kesite sahip bir ek parçayla donatums bir baglantJçubuguna ait bir dilimi göstermektedir. Sekil 7, yanal bir olukta dairesel bir kesite sahip bir ek parçayla donatlms bir baglanti çubuguna ait bir dilimi göstermektedir. Sekil 8, bir katot blogu boyunca katot akThFdagTTm egrilerini göstermektedir. Sekil 1'de gösterildigi gibi, bir elektroliz hücresi (1) bir potayL(10) ve en az bir anodu (4) içermektedir. Pota (10), taban ve yan duvarlar] yüksek Büka dayanERlE(refrakter) bir malzemeden yapIan elemanlarla (3 ve 3') kapIEbir pota kovanhü(2) içermektedir. Katot bloklarL(5), tabandaki yüksek leya dayan kl Jelemanlarm (3) üzerinde desteklenmektedir. Genellikle çelikten yamea olan baglantîçubuklarrl(6), katot bloklar-nin (5) alt taraf`liçine mühürlenmektedir. BaglantE çubugu (çubuklar) ile katot blogu (5) arasmidaki mühür, genellikle dökme demir veya iletken macun (7) kullanilarak olusturulmaktad Lr. Sekil 3 ila 5'te gösterildigi gibi, katot bloklarT(5) belirli bir uzunlukla (Lo) birlikte büyük ölçüde paralelyüz biçimlidir ve katot bloklarmm yari yüzlerinden (21) biri, içerisinde baglantJçubuklarmm (6) barmdmllacagleir veya birkaç uzunlamasnia oluga (15) sahiptir. Oluklar (15) blogun basinda açTmakta ve genellikle blogun bir ucundan diger ucuna uzanmaktadLr. Çubugun (6), katot blogundan (5) çkan ve "blok dLSLlparça" (22) olarak adlandîrlan kßmîlin uzunlugu, E'dir. Katot bloklari-!(5) ile baglantFçubukIarF(6), genellikle potanin disinda birlestirilen ve iç astarnLni olusturulmasLlsnasnda potaya ilave edilen katot elemanlarLrlJ(20) meydana getirmektedir. Bir elektrolitik pota (10) tipik olarak, yan yana düzenlenmis yaklasR 10'dan fazla katot elemanFnî(20) içermektedir. Bir katot eleman W20) tipik olarak kenardan kenara blogun içinden geçen bir veya birkaç baglantdçubugunu ya da blogun yalnizca bir bölümü üzerinde uzanan tipik olarak ayn`l hizadaki bir veya birkaç yarTln çubuk çiftini içerebilmektedir. BaglantLçubuklaann (6) islevi, her bir katot blogu (5) içinden geçmis olan akLmLtoplamak ve potanm dl'snda yer alan iletken sebekesine yönlendirmektir. Sekil 1'de gösterildigi gibi, baglantîçubuklarri(6) potann (10) içinden geçmekte ve tipik olarak, çubuklarl'rli potanîli (10) dLsLna çJstan dilim(ler)ine (19) baglanan esnek bir alüminyum baglantLelemanLl(14) vastaswla, genellikle alüminyumdan yapha olan bir baglantU iletkenine (13) baglanmaktad W. ÇaISma sBasIida, pota (10) katot bloklarmm (5) yukarBmda bir sEiEaIüminyum yatagiij (8) ve bir elektrolitik banyoyu (9) badeEmakta ve anotlar (4) banyonun (9) içine batmaktadi'r. Genellikle, yan astarlar (3') üzerinde katnasmîs bir banyo sin-!(12) olusmaktadij. Bu sLrtLni (12) "sLrt taban& olarak adlandLrian bir parçasL(12,), katot blogunun (5) üst yanal yüzeyi (28) üzerine dogru çlk'nit' iyapabilmektedir. Slnt taban',l katodu elektriksel olarak yalttmakta ve blok basmdaki en yüksek akin yogunlugunu artlrmaktad n. Sekil 2, alüminyum üretimine yönelik bir elektrolitik hücreyi (1) göstermekte olup bu sekilde, ayn l'elemanlar yukarHakilerle ayn I'referanslar kullan Flarak isaretlenmistir. Sekil 2'de gösterildigi gibi, baglantLçubugunun (6) her bir ucu, tercihen bakLrdan veya bir bakin alasITnîtidan yapman, belirli bir uzunluk (Lc) üzerinde uzanan ve tipik olarak büyük ölçüde çubugun (6) ucundan veya her bir dß ucundan baslayan bir metal ek parçayla (16) donatlmistln. Ek parça (16) en azlrlidan kSmen, baglanti lçubugunun (6) potan n (10) dâmida yer alacak olan harici dilimi veya her bir harici dilimi (19) içinde yer almaktad Ti. Ek parça veya her bir ek parça (16) tercihen, çubugun (6) içerisinde kör bir deligi meydana getiren bir oyugun içinde barlIidIImnaktad. Bu varyant, ek parçanh olasübanyo veya sýü metal si'z'îttmari'na maruz kalmasl'durumundan kaçnrlmasmîsaglayabilmektedir. Oyuk, Sekil 7'de gösterildigi gibi çubugun bir yan yüzü üzerindeki bir oluk biçiminde olabilmektedir. Bulus uyarmca elde edilen voltaj düsmesindeki azalmanîi optimize edilmesi bakmnmidan, ek parça, içerisinde baand JJlJdLg_baglantI_lçubuguna (6) ait harici dilimin veya her bir harici dilimin (19) uzunlugunun (Le) tercihen en az %90`müsgal etmektedir. Potanm (10) dßlnda yer alacak olan uç yüzeyi (24) genellikle, katot eleman7(20) bir potann içine tesis edildiginde büyük ölçüde düsey durumdad E. Bulusun avantalebir varyantHuyarTiica, ek parça veya her bir ek parça (16), çubugun (6) harici diliminin (19) ucuna ait yüzeyle (24) belirli bir toleransla birlikte büyük ölçüde ayn_l hizadadlT. Söz konusu belirli tolerans tercihen ±1 cm degerinden daha az veya buna Bulusun baska bir avantajlWaryantîuyarmca, her bir ek parçanm (16) harici ucu, çubugun (6) harici diliminin (19) ucuna ait yüzeyden (24) belirli bir mesafe kadar geride düzenlenmektedir. Söz konusu belirli mesafe tercihen 4 cm degerinden az veya buna esittir. Ek parçanrl geride düzenlenmesi yoluyla olusturulan oyuk avantajliîbir biçimde, sniLm ve/veya konveksiyon yoluyla 3_kaybLnuönlemeye yönelik yüksek Lswa dayanUslLbir malzemeyi barlIid Eabilmektedir. Ek parçann (16) uzunlugu (Lc) tipik olarak, çubugun (6) katot blogundan (5) çkan ve içerisinde ek parçanLnt barmd JJUdLgLI'bIok dLSLIparçasmm" (22) uzunlugunun (E) %10'u ile Ek parça ne kadar uzun olursa, katot voltaj düsmesi o kadar düsük olmaktad Ln. Öte yandan basvuru sahibi, ek parça blok dFsHçubuk parçasmm (22) %270'inden daha uzun oldugu zaman, ek parça uzunlugunun artEImasIimt katot voltaj düsmesi degeri üzerinde yalnîtca küçük bir etkiye sahip oldugunu fark etmistir. Sekil 2'de gösterildigi gibi, çubuk (6) ile katot blogu (5) arasinda yer alan en az bir bölge (17), herhangi bir mühürleme malzemesi barmdîmamaktadl. "Mühürlenmemis" bölge olarak adlandlIJIan bu bölge avantajILbir biçimde, tipik olarak fiber veya kumas formundaki yüksek @ya dayaniklîmalzeme gibi elektriksel olarak yalnßrbir malzemeyle tamamen veya kßmen doldurulmakta ve bu malzeme, Sekil 5'te gösterildigi gibi mühürlenmemis bölgede (17) çubuk (6) ile katot blogunun (5) araslia yerlestirilmektedir. Mühürlenmemis bölge veya her bir mühürlenmemis bölge (17), katot blogunun (5) çubugun çiktlgî'blok basi"l olarak adlandlr lan ucuna (25) yak ni olarak konumlandlnlmakta ve belirli bir yüzey alanmrß) kaplamaktadm. Tercihen, mühürlenmemis bölge veya her bir mühürlenmemis bölge (17), çubugun (6) çnîtig`blok basi-nm (25) yüzeyiyle (27) ayni-hizadad Ti. Sekil 3 ve 4, bulusa uygun katot elemannni (20) iki özel uygulamasLniLgöstermektedir. Sekil 3iteki örnekte, katot elemani-kenardan kenara katot blogu içinden geçen iki paralel baglantîçubugunu içermektedir. Bu durumda her bir çubuk, iki adet blok dßîparçayFQZ) ve iki adet harici dilimi (19) içermektedir. Sekil 4'teki örnekte, katot elemanLher biri blogun bir ucunda dLSarJ çJiLrJitL yapan dört baglantLl çubugunu ("yarLm çubuk" olarak da adlandîllfmaktad h) içermektedir. Bu durumda her bir çubuk, tek bir blok dsriparçayî(22) ve tek bir harici dilimi (19) içermektedir. Her iki örnekte de, yüksek LSLya dayanLkLl malzemelerle doldurulmasEmümkün mühürlenmemis bölgelerin (17) bulundugu, blogun (5) uçlarinda yer alan alanlar dFsmidaki kisimlarda, blok (5) ile her bir çubugun (6) arasma iletken bir mühürleme malzemesi (7) yerlestirilmektedir. Her bir baglanti çubugunun (6) mühürlenmemis bölgesine (bölgelerine) (17) ait belirli yüzey(ler)in (8) toplam alanE(A) tipik olarak, çubugun (6) "mühürlenebilir bölge" ad Jlerilen mühürlenmesi mümkün yüzeyinin (So) alanin ni (A0) %0.5'i ile %25'i arasinda, tercihen Mühürlenebilir yüzey (So), çubugun (6) bloktaki (5) olugun (15) iç yüzeylerine bakan parçasnLni (23) yüzeyidir. Sekil 3'te gösterildigi gibi baglantîçubugu veya her bir baglantnçubugu (6) bir kenardan digerine dogru katot blogunun (5) Içinden geçtigi zaman, mühürlenebilir yüzeyin (So) alanî (A0) tipik olarak L0 X (2 H + W) ifadesine esittir ve bu ifadede H çubugun yüksekligi ve W çubugun genisligidir. Bu durumda, her bir baglant`l çubugu (6) her bir uçta (25) bir mühürlenmemis bölgeye (17) sahip oldugundan, toplam alan (A) her bir belirli yüzeyin (S) Sekil 4'te gösterildigi gibi, baglantîçubuklarîaî) aynmhizadaki iki yarirn çubugu meydana getirecek biçimde blogun merkezine dogru kesintiye ugratIdgEzaman, her bir yarîh çubuga ait mühürlenebilir yüzeyin (So) alan Ü(Ao) tipik olarak Li x (2 H + W) ifadesine esittir ve bu ifadede H çubugun yüksekligi ve W çubugun genisligidir. Bu durumda, her bir baglantiyarm çubugu (6) tek bir uçta bir mühürlenmemis bölgeye (17) sahip oldugundan, toplam alan (A) bu mühürlenmemis bölgeye ait belirli yüzeyin (S) alanma esittir. Öte yandan basvuru sahibi, genellikle söz konusu oldugu gibi çubugun blogun merkezine yakn konumdaki süreksizligi nispeten kLSa oldugu zaman, bunun akim ve voltaj düsmesi dagllrmîüzerinde çok az bir etkisinin bulundugunu ve böylece alann (A), çubuklar bir uçtan digerine kadar sürekliymis gibi belirlenmesinin mümkün oldugunu gözlemlemistir. Mühürlenmemis bölgenin (17) olusumunun kolaylastnilmasîbakmnrlidan, belirli yüzey (S) tipik olarak basit bir sekil halindedir. Mühürlenmemis bölgenin (17) blok basnLni (25) yüzeyinden (27) baslanarak belirli bir uzunluk (Ls) üzerinde mühürleme yapMamasJ yoluyla olusturuldugu Sekil 2 ila 4'te gösterilen durumda, belirli yüzeyin (S) alanFtipik olarak Ls x (2H + W) ifadesine esittir. Bu durumda her bir mühürlenmemis bölgenin (17) uzunlugu (Ls), bloga ait yarIn uzunlugun (Lo/2) tercihen %0.5'i ile %25'i araslida, tercihen Ek parçanni (16) kesiti de katot voltaj düsmesindeki azalmayietkilemektedir. AvantajlJbir durum olmak üzere, her bir ek parçanin kesiti çubugun (6) kesitinin %1'i ile %50'si arasmda ve tercihen %51 ile %30`u arasmdadn Toplam kesitin %30'undan büyük ek parça kesiti degerlerinde, ilave iletken miktari! performanslarda çok fazla artis saglamaksiîmi maliyeti önemli ölçüde artTlmaktadiîl. Ek parça (16) tipik olarak bir çubuk formundadît Ek parçanin (16) kesit biçimi serbestçe belirlenebilmekte olup muhtemelen dikdörtgen biçiminde (Sekil 5'te gösterildigi gibi), dairesel biçimde (Sekil 6 veya 7`de gösterildigi gibi) ya da oval veya çokgen biçiminde olabilmektedir. Öte yandan baglantHçubugunun üretiminin ve özellikle söz konusu ek parçanni içinde barndLrltacagLloyugun üretiminin kolaylastLijLlmastakLmLmdan, avantajl_l bir durum olmak üzere dairesel biçime sahiptir. Basvuru sahibi, önceki teknige ve bulusa uygun konfigürasyonlarla elde edilen katot blogunun yüzeyindeki (28) katot akWnlnm dagllrmmif degerlendirmeye yönelik dijital hesaplamalar yapm _stITt Sekil 8, baglantl lçubugunun boyutlar nia ve mevcut elektrolitik hücreler için tipik bir akim yogunluguna karsLle gelen bir hesaplamanLni sonuçlartnlLgöstermektedir. Egriler blogun üst yüzeyindeki (28) akîm yogunluguna (J) karsilik gelmekte olup aleh yogunlugu, blogun ucundan itibaren mesafenin (D) bir fonksiyonu olarak kA/m2 cinsinden ifade edilmektedir. Hücre, Sekil 3'te gösterildigi gibi yan yana düzenlenmis olan ve her biri iki baglantj çubugunu içeren 20 katot elemanma yer vermektedir. Toplam yogunluk 314 kA'dm. BaglantLçubuklaanLn uzunlugu (L) 4.3 m'ye esittir, yüksekligi (H) 160 mm'ye esittir ve genisligi (W) 110 mm'ye esittir. Baglanti'çubuklarnl'rli katot bloklarITidan d"slarruzanan uzunlugu (E), 0.50 m'dir. Önceki teknige uygun olan A egrisi, tamamen çelik bir baglanti'l çubuguna karsTrR gelmektedir. Katot voltaj düsmesi 283 mVidir (svUmetaI yatagLnJJi merkezi ile akLS yönüne göre sonraki konumda yer alan potaya ait anot çerçevesi aras nda). Önceki teknige uygun olan B egrisi, A durumundakiyle ayn`lboyutlara sahip olan, ancak 1.53 m'ye esit bir uzunluga ve 4.13 cm'ye esit bir çapa sahip silindirik bir baki ek parçaya yer veren bir çelik çubuk için geçerlidir. Ek parça çubugun uzunlamasîla simetri ekseni boyunca yerlestirilmekte ve büyük ölçüde çubugun merkezinden (baska bir deyisle büyük ölçüde potanLni merkezi düzleminden (P)) hücrenin kenaana ait astarm (3') kaimiigmmi yaklas k olarak yar's na kadar uzanmaktad n. Katot voltaj düsmesi 229 mdeir. Katot voltaj düsmesindeki azalma A durumundakine klS/asla yaklas] %19 oranmda daha azdI ve en yüksek aklm yogunlugundaki azalma yaklasik %18 oranlndad n. Bulusla ilgili olan C egrisi, A durumundakiyle ayri Wboyutlara sahip olan, ancak 1.30 m"ye esit bir uzunluga (Lc) ve 4.5 cm'ye esit bir çapa sahip silindirik bir bak`ri ek parçaya yer veren bir çelik çubuga karsilik gelmektedir (B durumundakiyle özdes bir bak rl hacmine karsmk gelmektedir). Ek parça çubugun uzunlamasna simetri ekseni boyunca yerlestirilmekte ve Sekil 2`deki gibi, çubugun ds ucundan hücrenin içine dogru uzanmaktadLr. Mühürlenmemis bölgenin uzunlugu 0.18 m'dir ve çubugun normal olarak mühürlenmis üç yüzünü kapsamaktadIT. Katot voltaj düsmesi 190 mV'dir. Katot voltaj düsmesindeki azalma A durumundakine kwasla yaklaslt %32 oranLnida daha azdLn ve en yüksek akEn yogunlugundaki azalma A durumundakine kýasla yaklasEK %37 oranmda daha asz1. Katot akTthtim dagmThmA ve B durumlarmdakine kiyasla önemli ölçüde daha esittir. TR TR TR TR TR TR TR TR

Claims (19)

ISTEMLER

1. Alüminyum üretiminde kullan iinasFamaçlanan bir elektrolitik hücreye (1) ait bir potada (10) kullandmaya yönelik olan ve - yan yüzlerinden (21) biri boyunca en az bir uzunlamasina oluga (15) sahip, karbonlu malzemeden yapLlma bir katot blogunu (5) ve - “harici dilim" (19) olarak adlandEIan en az bir parçasjpotanm (10) dßmda yer alacak olan, söz konusu olugun (15) içinde, söz konusu çubugun “blok dgî parça” olarak adland nilan parças (22) en azindan blogun “blok bas ”I olarak adland rtllan bir ucunda (25) ortaya çkacak biçimde baanldLijian ve söz konusu çubuk ile blogun arasLna dökme demir veya iletken macun gibi bir iletken mühürleme malzemesinin (7) yerlestirilmesi yoluyla oluga (15) mühürlenen en az bir çelik baglantçubugunu (6) içeren katot eleman `(20) olup özelligi, her bir harici dilim (19) için; - baglanti'çubugunun (6) belirli bir uzunluga (Lo) sahip olan, elektrik iletkenligi söz konusu çeligin elektrik iletkenliginden büyük olan, çubugun içinde uzunlamasina düzenlenen ve en azTiidan kßmen söz konusu dilimin (19) içinde yer alan en az bir metal ek parçayF(16) içermesi ve - baglantiçubugunun (6) katot bloguna (5), blogun basndaki oluk (15) ucunda yer alan belirli bir yüzey alanl'na (S) sahip “mühürlenmemis” bölge (17) olarak adlandlT'Tan en az bir bölgede mühürlenmemis olmasu ve her bir baglantL çubugunun (6) mühürlenmemis bölgesine (bölgelerine) (17) ait belirli yüzey(ler)in (8) toplam alanîlm (A), çubugun (6) mühürlenmesi mümkün yüzeyinin (So) alanin-ni (A0) %0.5'i ile %251 arasinda olmasmm.

2. Istem 1'e uygun katot elemanLi(20) olup özelligi, her bir ek parçanLn (16) bakLrJdan veya balei bazi `bir alasWndan yaprimasîilr.

3. Istem 1 veya Z'den herhangi birine uygun katot elemanl'(20) olup özelligi, her bir ek parçanni (16) uzunlugunun (Lo), çubuga (6) ait içerisinde ek parçanm barndLridgL'blok dSFparçanm” (22) uzunlugunun (E) %10'u ile %300,ü arasnda olmasîlm.

4. Istem 1 veya 2`den herhangi birine uygun katot elemani'(20) olup özelligi, her bir ek parçanni (16) uzunlugunun (LC), çubuga (6) ait içerisinde ek parçanm barijidLridgL'blok dSLparçanLn” (22) uzunlugunun (E) %20'si ile %300“ü arasmda olmasdn.

5. Istem 1 veya 2`den herhangi birine uygun katot elemanF(20) olup özelligi, her bir ek parçanîii (16) uzunlugunun (Lc), çubuga (6) ait içerisinde ek parçanm barndßmgûblok dSEparçanm” (22) uzunlugunun (E) %110'u ile %270'i aras Iiida olmasin.

6. Istem 1 ila 5'ten herhangi birine uygun katot elemanF(20) olup özelligi, her bir ek parçanîii (16) kesitinin, çubugun (6) kesitinin %1'I ile %50'si arasinda olmasIE.

7. Istem 1 ila 5'ten herhangi birine uygun katot elemanL(20) olup özelligi, her bir ek parçanîii (16) kesitinin, çubugun (6) kesitinin %5'i ile %30'u arasinda olmaslîiîi.

8. Istem 1 ila 7'den herhangi birine uygun katot elemanL(20) olup özelligi, her bir baglantLl çubugunun (6) mühürlenmemis bölgesine (bölgelerine) (17) ait belirli yüzey(ler)in (8) toplam alannm (A), çubugun (6) mühürlenmesi mümkün yüzeyinin (So) alannmi (A0)

9. Istem 1 ila 8'den herhangi birine uygun katot elemanF(20) olup özelligi, her bir baglantî çubugunun (6) mühürlenmemis bölgesine (bölgelerine) (17) ait belirli yüzey(ler)in (8) toplam alanLriiLn (A), çubugun (6) mühürlenmesi mümkün yüzeyinin (So) alanln'ni (A0) %3”ü

10. Istem 1 ila 9'dan herhangi birine uygun katot elemanL (20) olup özelligi, mühürlenmemis bölgede veya her bir mühürlenmemis bölgede (17) baglantEçubugu (6) ile katot blogu (5) arasma elektrigi yalrfan bir malzemenin yerlestirilmesidir.

11. Istem 1 ila 10'dan herhangi birine uygun katot elemanL(20) olup özelligi, her bir ek parçanTii (16), çubugun (6) harici diliminin (19) ucuna ait yüzeyle (24) belirli bir toleransla birlikte aynîhizada bulunmasEiliI.

12. Istem 11”e uygun katot elemanD(20) olup özelligi, söz konusu belirli toleransn ± 1 cm degerinden daha az veya buna esit olmasdm.

13. Istem 1 ila 10'dan herhangi birine uygun katot elemani“(20) olup özelligi, her bir ek parçanni (16) harici ucunun, çubugun (6) harici diliminin (19) ucuna ait yüzeyden (24) belirli bir mesafe kadar geride düzenlenmesidir.

14. Istem 13'e uygun katot eleman`i(20) olup özelligi, söz konusu belirli mesafenin 4 cm degerinden az veya buna esit olmasiîiî.

15. istem 14”e uygun katot elemanFi(20) olup özelligi, ek parçanm geride düzenlenmesi yoluyla olusturulan oyugun yüksek FsFya dayanmlrbir malzemeyi barFrldFrmasde.

16. Istem 1 ila 15'ten herhangi birine uygun katot elemanl (20) olup özelligi, her bir ek parçan ni (16) kesitinin dairesel olmasLd n.

17. istem 1 ila 16'dan herhangi birine uygun katot elemanE(20) olup özelligi, her bir ek parçanni (16), çubugun (6) içerisinde kör bir deligi olusturan bir oyugun içinde barITidmllmaslîilTl.

18. Istem 1 ila 17'den herhangi birine uygun katot elemanÜ(20) olup özelligi, söz konusu karbonlu malzemenin grafiti içermesidir.

19. Alüminyum üretiminde kullanilmasîamaçlanan elektrolitik hücre (1) olup özelligi, Istem 1 ila 18'den herhangi birine uygun en az bir katot elemanLn_(20) içermesidir.