(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム溶融物（５）で満たされかつ側面棚（６ａ）を有するアルミニウム電解セルの表面形状を特定する装置（１０）であって、
移動可能システム部材（１１）および静止システム部材（１４）を有する位置特定システムと、
前記セルのカソードまたは前記側面棚（６ａ）の表面上まで前記溶融物（５）の中に沈められる耐熱性のランス先端部（１９）を有するランス（１６）と、
を備え、
前記移動可能部材（１１）は、前記ランス（１６）に取り付けられており、前記静止部材（１４）は、前記移動可能部材（１１）の位置を特定することにより前記ランス先端部（１９）の位置を特定するよう適合している、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記ランス先端部（１９）は、前記ランス（１６）の軸（１５）より高温に耐えられる、または前記軸（１５）と少なくとも同じ温度に耐えられる材料を含む、または、少なくとも本質的に該材料で作られていることを特徴とする、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記軸（１５）は、スティール、グラファイトを基礎とした材料、または炭素繊維強化材料を含む、または、少なくとも本質的に該材料で作られていることを特徴とする、
請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記ランス先端部（１９）は、スティール、グラファイトを基礎とした生成物、チタニウム合金、セラミック、炭素繊維強化カーボンまたは炭素繊維強化セラミックを含む、または、少なくとも本質的に該材料で作られていることを特徴とする、
請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
グラファイトを基礎とした前記生成物は、カーボン、グラファイトまたはセミグラファイトからなる群のうち、少なくとも１つの材料を含むことを特徴とする、
請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記ランス先端部（１９）は、ボールエンド（２０）を備えることを特徴とする、
請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記軸（１５）および／または前記ランス先端部（１９）は、パイプを含むことを特徴とする、
請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記移動可能部材（１１）は、前記ランス（１６）に可逆的に取り付けられていることを特徴とする、
請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記位置特定システムは、前記移動可能部材（１１）上の複数の参照点（１２）の位置を特定すること、ならびに、前記複数の参照点（１２）の前記位置に基づいて前記ランス先端部（１９）および／またはボールエンド（２０）の上記位置を計算することにより、前記ランス先端部（１９）および／またはボールエンド（２０）の前記位置を特定するよう適合していることを特徴とする、
請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記静止部材（１４）および前記移動可能部材（１１）は、光学的手段を利用して前記複数の参照点（１２）の前記位置を特定するよう適合していることを特徴とする、
請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置（１０）を用いることによりアルミニウム電解セルの中の表面形状を特定する方法であって、
前記装置（１０）の前記ランス先端部（１９）を前記セルのカソードまたは側面棚の表面（６ａ）上までアルミニウム溶融物（５）の中に沈め、
前記ランス先端部（１９）の前記位置を、前記セルの中のこの位置での前記カソード（１）または前記側面棚（６ａ）の高さとして特定する、
ことを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記ランス先端部（１９）を前記セルの中に沈める前に、前記セルの測定される区域（２１）を覆うアノードブロック（４）を取り去ることを特徴とする、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
いくつかのアノードブロック（４）を取り去り、
それぞれの区域（２１）の測定を行うことを特徴とする、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
単一の区域（２１）の複数の前記測定を１つの完全なセル形状（２２）として提供することにより、前記カソード（１）の損耗形状（２２）を特定することを特徴とする、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記セルのいくつかの区域（２１）のみが測定され、
残りの区域（２１）について外挿を行うことにより、完全な前記セルの前記形状（２２）が特定されることを特徴とする、
請求項１３または１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記セルの区域のうち、少なくとも１／４または少なくとも１／２が測定されることを特徴とする、
請求項１２から１５のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム電解セルにおける表面形状、特にカソードの損耗形状および側面棚の形状、の測定のための装置に関し、さらに、アルミニウム電解セルにおけるこのような表面形状の測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような電解セルは、特にホール・エルー法によって、電気分解でのアルミニウムの生産に用いられる。ホール・エルー法では、酸化アルミニウムと氷晶石とを含む溶融物が電解される。氷晶石は、純粋な酸化アルミニウムの融点２０４５℃を、氷晶石、酸化アルミニウム、および添加物、例えばフッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウム、を含む混合物の融点である約９５０℃まで下げる働きをする。
【０００３】
この方法に用いられる電解セルは、セル底部を有する。セル底部は、カソードを形成する、隣接する複数のカソードブロックで構成されている。セルの側壁と複数のカソードブロックとの間の周辺の継ぎ目だけでなく、隣接する複数のカソードブロックの間の継ぎ目もまた、カソードの一部と見なされる。動作するセル中の熱的条件および化学的条件に耐えるために、通常、複数のカソードブロックは、炭素含有材料から構成されている。複数のカソードブロックの下面には、複数の溝が設けられる。上記複数の溝には、少なくとも１つのカレント・コレクタが配置される。アノードを通って供給される電流は、上記カレント・コレクタを流れる。カソードの上側にある溶融アルミニウムの層から約３ｃｍから５ｃｍ上方に、単一のアノードブロックからなるアノードが設けられている。アノードとアルミニウムの表面との間に、酸化アルミニウムと氷晶石とを含む溶融電解質がある。
【０００４】
図１ａから図１ｃは、ホール・エルー法のための電解セルの原理的な構造を模式的に示す。図１ａは、従来のセルの断面図を示し、図１ｂは、上記セルの側面図を示し、図１ｃは、電解セルの斜視図を示す。
【０００５】
参照符号１は、例えば、グラファイト、無煙炭、またはそれらの混合物から構成され得るカソードを示す。その代替として、コークスをベースとする黒鉛化したカソードを用いることもできる。通常、カソード１は、スティールまたは耐熱性の取り付け台２の中に組み込まれている。カソード１は、一体として構成されていてもよいし、または複数の個々のカソードブロックから構成されていてもよい。
【０００６】
セルの全長に沿って、複数のカレントコレクタ３が、カソード１の中に挿入されている。図１ａは、１つのカレントコレクタ３のみを示す。図１ｃでは、それぞれのカソードブロックについて、例えば２つのカレントコレクタ３が設けられてもよいことが見て取れる。カレントコレクタは、電解プロセスに必要な電流をセルに供給する。カソード１に対向して、典型的にいくつかの角柱のアノード４が設けられる。図１ａでは、２つのアノード４が描かれており、図１ｃでは、電解セルにおける複数のアノードの配置が詳細に示されている。カソード１と複数のアノード４との間に電圧を印加することにより電解している間に、氷晶石に溶解している酸化アルミニウムは、アルミニウムイオンと酸素イオンとに解離する。アルミニウムイオンは、電子を受け取るために、溶融アルミニウム―電気化学的には実際のカソード―に向かって移動する。アルミニウム５は、密度がより大きいため、液相において、酸化アルミニウムと氷晶石との溶融混合物６の下方に集まる。酸素イオンはアノードにおいて酸素に還元される。酸素は、アノードの炭素と反応する。参照符号６ａは、溶融混合物６が固まった外殻を示す。この外殻がセルの側面にある場合、上記外殻は側面棚（サイド・レッジ）と呼ばれる。
【０００７】
参照符号７および８は、電解プロセスに必要な電圧を供給するための電源の、模式的に描かれた負極および陽極を示す。その電圧の値の範囲は、例えば、３．５Ｖから５Ｖの間である。
【０００８】
図１ｂの側面図に示されるように、複数のカレントコレクタ３が取り付け台２の側壁を垂直に通って挿入されているため、取り付け台２およびしたがって電解セル全体は、細長い形状である。典型的には、現在用いられているセルの長手方向の長さは８ｍから１５ｍの間であり、横方向の長さは約３ｍ〜５ｍである。図１ａに示されるカソードは、例えば、ＥＰ１８４５１７４に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ＥＰ１８４５１７４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ホール・エルー法の１つの短所は、必要なエネルギーが大きいことである。１ｋｇのアルミニウムを生産するために、１２から１５ｋＷｈが必要になり、これは生産コストの４０％になる。生産コストを低減するために、可能な限り比消費電力を低減することが望まれる。
【００１１】
電力効率に関する本質的な１つのパラメータは、電解セルの中のアノードの表面と液体アルミニウムとの間の距離である。複数のアノードと複数のカソードブロックとの間でアルミニウムを介した短絡を防ぐために、１つのアノードまたは複数のアノードは、それぞれ、アルミニウムの表面に対して十分な距離を離して配置される必要がある。理論的には、もし液体アルミニウムの表面が平坦であれば、複数のアノードは、液体アルミニウムの表面に対して非常に近くまで移動させることができる。しかしながら、電解の間にカソードに供給される大電流のために、電磁場が発生し、それらの相互作用のせいで、液体アルミニウムに流れと運動が生じる。これらの波の運動は、カソードの損耗を局所的に増大させ、それゆえ、電解セル全体の寿命を短くする。カソードの頂点であるセルの底部を擦り減らす高温の混合物の中に、溶融アルミニウム、電解液、および酸化アルミニウム粒子が存在することによって、この機械的損耗は生じる。高密度の電流の存在下で生じる電気化学的プロセスのせいで、さらにカソードは損耗する。特に、カソードの中の炭素による炭化アルミニウムへの反応によって、カソードは浸食される。通常、不均一な損耗によって、典型的な"Ｗ形状"の損耗形状が生じる。液体アルミニウムとアノードとの間の距離が大きくなるので、このような損耗は、セルのエネルギー効率を低下させる。
【００１２】
現在では、セルの寿命が終わるときにセルを停止した後で、"オートプシー（解剖）"と呼ばれる処理において、損耗形状が特定される。しかしながら、電解セルの寿命の予測をするために、電解セルが運転中である間のその損耗形状の観点から、セルの実際の状態についての情報を得ることが望まれる。
【００１３】
カソードの表面位置を特定し、動作中のセルにおいて、すなわちカソードの上にアルミニウムおよび氷晶石の液体混合物がある状態で、損耗形状を特定するいくつかの試みがあった。通常、超音波を用いる反響陰影方法のような液体中で使用される一般的な測定方法は、液体アルミニウムが超音波を通さないせいで使用できない。また、カソードの表面に測定装置を直接接触させることは、約１０００℃の溶融物の高温のせいで、不可能である。
【００１４】
それゆえ、カソード損耗形状を評価するために機械的方法が利用されてきた。このために、複数のアノードブロックが取り外され、溶融物の中に沈めた棒によって直接カソード表面を触る。溶融物の液位上に突き出た上記棒の長さによって、カソードの損耗が評価される。この方法の短所は、特定された深さの精度が低いこと、およびセルの平面における上記棒の位置が特定されず、評価だけがされる。正確な損耗形状を特定することはできず、むしろ単に深さの最大値および最小値が特定できるだけである。深さの最大値および最小値の正確な分布は得られない。
【００１５】
本発明の目的は、それゆえ、上述した短所を克服し、電解セルの中の表面形状および上記の正確な損耗形状を局所的に特定し、電解セルの中の側面棚の表面形状を局所的に特定する、速く正確な方法を提供すること、および、この方法を実行する装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
"表面形状"という用語は、カソードの表面形状、側壁の表面形状、および側面棚の表面形状を含むと理解されるべきである。
【００１７】
本発明によれば、この目的は、表面形状、特に、アルミニウム溶融物で満たされかつ側面棚を有するアルミニウム電解セルの、カソード損耗形状および上記側面棚の形状、を特定する装置であって、移動可能システム部材および静止システム部材を有する位置特定システムと、上記セルのカソードまたは上記側面棚の表面上まで上記溶融物の中に沈められる耐熱性のランス先端部を有するランスとを備え、上記移動可能部材は、上記ランスに取り付けられており、上記静止部材は、上記移動可能部材の位置を特定することにより上記ランス先端部の位置を特定するよう適合している装置によって達成される。
【００１８】
本発明に係る上記装置は、運転中の電解セルの側面棚の位置およびカソード表面の正確な測定を初めて可能にする。実際に測定が行われる位置、すなわち、移動可能部材の位置と、位置が測定される点とを分けることにより、温度に対してデリケートな機材を用いることができるようになる。約１０００℃の高温は、測定に影響しない。なぜなら、移動可能部材および静止部材は、溶融物から距離を離して配置されているからである。さらに、上記装置は、非常に速い測定を可能にする。これは、上記セルにおいて測定を実行するためにアノードブロックが取り去られなければならない場合、有利である。高速の測定は、電解セルの中の温度バランスが影響を受けないようにすることができる。
【００１９】
上記ランス先端部は、上記ランスの軸より高温に耐えられる、または上記軸と少なくとも同じ温度に耐えられる材料を含む、または、少なくとも本質的に該材料で作られていることが好ましい。上記セルの測定の間、上記軸が上記溶融物または上記側面棚の上方に保持されるのに対して、上記ランス先端部自体は、上記溶融物または上記側面棚の中に沈められるため、これは有利である。このように、上記軸は、温度および侵食耐性に関してそれほど高い品質の材料で構成される必要がない。それゆえ、上記軸にはより安価な材料を選択することができる。
【００２０】
特に好適な実施形態によれば、上記ランス先端部は、スティール、特に、ステンレス鋼、またはグラファイトを基礎とした材料を含む、または、少なくとも本質的に該材料で作られている。溶融物、特に氷晶石は、多くの材質に対して化学的に非常に攻撃的であるといわれている。特にステンレスのスティールは、この環境に容易に耐えることができる。同じことがグラファイトを基礎とした材料にも言える。上記ランス先端部に好適な他の材料は、チタニウム合金、および、酸化物セラミックスまたは窒化物セラミックスのようなセラミックスである。
【００２１】
上記ランスの上記軸は、スティール、特に、ステンレス鋼を含む、または、少なくとも本質的に該材料で作られていることが好ましい。上記軸は、上記溶融物または上記側面棚に直接接触しないが、上記溶融物または上記側面棚に隣接して配置されるため、同様に熱い混合物に対して耐性を有するのは都合がよい。さらに、スティールは、測定の正確性を高める比較的高い剛性を有している。代わりに、上記軸は、グラファイトを基礎とした材料および／または炭素繊維強化材料によって構成されていてもよい。
【００２２】
グラファイトを基礎とした材料は、有利に、カーボン、グラファイト、セミグラファイトからなる群のうち、少なくとも１つの材料を含んでもよい。炭素繊維強化材料は、有利に、炭素繊維強化セラミック、または炭素繊維強化カーボンからなる群のうち、少なくとも１つの材料を含んでもよい。
【００２３】
本発明の好適な実施形態によれば、上記ランス先端部は、ボールエンドを備える。ボールエンドは、上記測定を実行する時、上記カソードの上記表面を傷つけない丸い形状という利点を有する。上記ボールエンドは、上記ランス先端部に固定された別個の部分であってもよい。固定は、溶接によって行われてもよい。代わりに、上記ボールエンドは、上記ランス先端部自体に一体化された丸い形状の端部であってもよい。
【００２４】
本発明の好適な実施形態によれば、上記軸および上記ランス先端部は、ねじのような可逆的なジョイントによって結合されていてもよい。代わりの上記ジョイントは、溶接のような不可逆的なジョイントであってもよい。
【００２５】
本発明の好適な実施形態によれば、上記ランス先端部の長さは、表面が測定される上記カソードの上の上記溶融物の深さまたは上記側面棚の深さと少なくとも同程度である。この長さは、好ましくは少なくとも５０ｃｍであり、さらに好ましくは少なくとも７０ｃｍであり、最も好ましくは８０ｃｍから１００ｃｍの間である。
【００２６】
別の好適な実施形態によれば、上記軸および／または上記ランス先端部は、パイプを含む。パイプは、塊の材料とほぼ同じ剛性を有するが、より軽いため、測定のための上記装置の取り扱いがより簡単である。さらに、パイプは、塊の材料より蓄熱および熱伝導が小さく、高温での取り扱いをより容易にすることにも寄与する。
【００２７】
別の特に好適な実施形態によれば、上記移動可能部材は、可逆的に上記ランスに取り付けられている。これは、上記軸および／または上記ランス先端部が損傷し交換される必要がある場合に、上記ランスの交換を助ける。
【００２８】
さらに、上記位置特定システムは、上記移動可能部材上の複数の参照点の位置を特定すること、ならびに、上記複数の参照点の上記位置に基づいて上記ランス先端部および／またはボールエンドの上記位置を計算することにより、上記ランス先端部および／またはボールエンドの上記位置を特定するよう適合していることが好ましい。このようなシステムにより、移動可能部材自体は、測定のための機器を持ち運ぶことなく、複数の参照点を提供するだけとすることができる。このように、上記移動可能部材を、非常に丈夫に、かつ、上記アルミニウム電解セルの中の上記熱い混合物および熱に対して無感応にすることができる。さらに、そのような位置特定システムは、上記カソードに流れる、かつ上記カソードを通って流れる大電流によって生じる強力な電磁場に近接するまたは上方にある感知可能な測定機器に通常起きる問題を回避することができる。上記セルから距離を離して配置される上記静止部材を、上記カソードの上方に配置される上記移動可能部材上の複数の参照点の位置から分けることにより、電磁場のせいで生じる複数の問題を、本発明によれば回避することができる。
【００２９】
さらに別の好適な実施形態によれば、上記静止部材および上記移動可能部材は、光学的手段を利用して上記複数の参照点の上記位置を特定するよう適合している。これは例えば、上記複数の参照点自体は、複数のカメラおよび他の光感知手段のような上記静止部材の部品によって感知可能な光を出射する、複数の光源であり得ることを意味する。上記複数の参照点の位置を特定する計算装置によって、受け取った信号を計算することができる。また代わりに、上記複数の参照点は、追加の光源から出射された光を反射する複数の鏡であってもよい。
【００３０】
例えば、ＥＰ０８２０７０１Ｂ１、ＥＰ０７００５０６Ｂ１、およびＥＰ０８００６７４Ｂ１では、静止部材を利用して位置特定システムの移動可能部材上の複数の参照点の位置を特定する正確な手続きが開示されている。これらの手続きに関するそれらの内容は、引用によって本明細書に含まれる。
【００３１】
全ての種類の光が本願に適している。好適な実施形態では、複数の参照点として上記移動可能部材上に配置された複数のＩＲ発光ダイオードから、赤外線が出射される。
【００３２】
光学的手段を利用することによる上記位置の上記特定には、上記位置特定システムに可動部を必要としないという利点がある。それゆえ、上記位置特定システムは、機械的な損耗または故障をしにくい。
【００３３】
上記計算は上記静止部材において行われるため、上記熱い溶融物により近い上記移動可能部材は、非常に単純にかつ非常に丈夫に設計することができる。本質的に、上記移動可能部材は、本体と複数の参照点とから構成することができる。上記本体は、例えば軽く高い剛性を有するアルミニウムを基体とすることができる。上記ランスの一端に配置される上記移動可能部材は、上記ランス先端部から遠く離れており、それゆえ測定の間、上記熱い溶融物からも遠く離れている。上記移動可能部材に作用する温度は、比較的低いので、アルミニウムは溶けない。
【００３４】
さらに、本発明の目的は、本発明による装置を用いることによりアルミニウム電解セルの中の表面形状、特に、上記カソード損耗形状および上記側面棚の形状を特定する方法によって達成される。上記方法では、上記装置の上記ランス先端部を上記セルのカソードまたは側面棚の表面上までアルミニウム溶融物の中に沈め、上記ランス先端部の上記位置を、上記セルの中のこの位置での上記カソードまたは上記側面棚の高さとして特定する。
【００３５】
本発明の好適な実施形態によれば、上記ランス先端部を上記セルの中に沈める前に、上記セルの測定される区域を覆うアノードブロックを取り去られる。１つのアノードブロックだけが取り去られた状態で上記セルが動作し続ける点が長所である。上記セルは、上記損耗形状の測定のために動作を停止されなくてよい。
【００３６】
好適には、いくつかのアノードブロックが取り去られ、それぞれの区域の測定が本発明の方法によって測定される。これにより、上記セルのより広い領域の損耗形状を得ることが実現できる。
【００３７】
特に好適な方法によれば、単一の区域の複数の上記測定を１つの完全なセル形状として提供することにより、上記カソードの損耗形状が特定される。
【００３８】
別の好適な実施形態によれば、上記セルのいくつかの区域のみが測定され、残りの区域について推定／外挿を行うことにより、完全な上記セルの上記形状が計算される。
【００３９】
特に好適な実施形態によれば、上記セルの複数の区域のうち、１／２または１／４が測定される。従来のアルミニウム電解セルの高い対称性のために、セルの１／２または１／４の上記損耗形状は、推定された完全な損耗形状に容易に転換することができる。
【００４０】
明確に、本発明は、アルミニウム電解セルがアルミニウム溶融物で満たされていない場合をもカバーする。この場合、溶融物または熱い混合物に沈められずに上記カソードに触れることができる。この目的のために、上述のようにランスが上記移動可能部材に取り付けられていてもよいし、ランス無しで上記移動可能部材が用いられてもよい。後者の場合、上記移動可能部材の脚は上記ランスと同じ機能を有する。明細書、特許請求の範囲、および図面に言及された本発明に係る上記装置および方法の全ての他の特徴は、この代替手段に適用してもよい。本発明は、上記表面形状、特に、アルミニウム電解セルの、上記カソード損耗形状および上記側面棚の形状、を特定する装置であって、移動可能システム部材および静止システム部材を有する位置特定システムと、上記セルのカソード、上記側壁、または上記側面棚に接するランス先端部を有するランスとを備え、上記移動可能部材は、上記ランスに取り付けられており、上記静止部材は、上記移動可能部材の位置を特定することにより上記ランス先端部の位置を特定するよう適合しており、上記ランスは、上記移動可能部材の脚または追加的なランスである装置一般に関する。
【００４１】
さらに、本発明は、上述のような装置を用いることによりアルミニウム電解セルの中の上記表面形状、特に、上記カソード損耗形状および上記側面棚の形状を特定する方法であって、上記装置の上記ランス先端部を上記カソード、上記側壁または上記側面棚に接触させ、上記ランス先端部の上記位置を、上記セルの中のこの位置での上記カソード、上記側壁または上記側面棚の高さとして特定する方法一般に関する。
【００４２】
以下に、図１ａから図３の助けを借りて、限定されない実施形態により、本発明についてより詳しく説明する。図面は以下の事項を示す。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１ａ】従来技術のアルミニウム電解セルの断面図を示す。
【図１ｂ】図１ａによるセルの長手方向の面を示す。
【図１ｃ】アルミニウム電解セルの斜視図を示す。
【図２】本発明に係る装置の模式図を示す。
【図３】１つのアノードブロックが取り外された図１ｃによる従来技術のセルと、上記セルに沈められた本発明に係る装置とを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図１ａから図１ｃは、既に上で説明したアルミニウム電解セルを描いている。
【００４５】
上記従来のセルの中のカソードの損耗を特定するために、本発明に係る装置が使用される。上記装置（器具）１０は、図２に示すように、ライトペンの形をした移動可能システム部材１１を備える。ライトペン１１は、光１３を出射する多くの発光ダイオード１２を備える。光１３は、位置特定システムの静止部材１４によって検出されることができる。ライトペン１１は、ランス（槍）１６の軸であるステンレス鋼パイプ１５に、複数のスティールベルト１７によって留められることにより、ステンレス鋼パイプ１５に取り付けられている。留め付けは、ライトペン１１が挿入されているスティールスリーブ１７を閉じる複数のねじを利用して行われる。図２には、留め付け手段として複数のスリーブ１７のみが示されている。
【００４６】
ライトペン１１から遠く離れたランス１６の先端１８に、ランス先端部１９がランス１６に配置されている。ランス先端部１９は、そこに結合（溶接）されたボールエンド２０を有する。この実施形態では、ボールエンド２０と同様に、軸１５およびランス先端部１９の両方は、ステンレス鋼から作られている。この例では、ステンレス鋼としてＡＩＳＩ５２１００のものが使用されている。これは、従来のスティールよりも、攻撃的な氷晶石に対して非常に高い抵抗性を示す。その代わり、ランス先端部１９およびボールエンド２０のように上記のような高温に耐える必要のない軸１５は、炭素繊維強化ポリマーのような繊維強化材で構成することができる。さらに、軸１５および、ボールエンド２０と同様に特に好適にはランス先端部１９は、炭素繊維強化カーボンまたは炭素繊維強化セラミックで構成することができる。これらの材料は、軽さと高温耐性とを兼ね備えている。
【００４７】
この例におけるランス１６の全長は２．３ｍであり、ランス先端部１９は、約１ｍの長さを有する。軸１５は、外径が２０ｍｍのパイプであり、ランス先端部１９は、同様に２０ｍｍの直径を有する。
【００４８】
測定を開始する前に、位置特定システムのキャリブレーションが行われる。このために、ランス先端部１９のボールエンド２０が、電解セルの傍のある校正位置に置かれる。位置特定システムの、移動可能部材１１としてのライトペン上の複数の参照点１２としてのＩＲ発光ダイオードは光１３を出射する。この光１３は、位置特定システムの静止部材１４の部品としての１つ以上のカメラによって記録され、静止部材の計算部材（図示せず）に渡される。この手続きは、ランス１６を異なる角度に保持して繰り返されるが、ボールエンドは常に同じ位置に置かれる。この方法では、位置特定システムは、ランス１６の長さを認識し、また、既知である複数の参照点１２の位置からボールエンド２０の位置を特定するためにキャリブレーションされる。
【００４９】
その後、セルから１つのアノードブロック４が取り外され、この区域２１において溶融物５、６、６ａが覆われないようにする。カソード１の表面でボールエンド２０が止まるまで、ランス先端部１９は、溶融物５、６、６ａの中に沈められる。静止部材１４によってライトペン１１の複数の参照点１２の位置を特定することにより、ボールエンド２０の３次元の位置が特定される。ボールエンド２０の位置は、カソード１の平面の中でのカソードの位置についての、カソードの高さに対応している。
【００５０】
この方法によれば、アノードブロック４が取り去られ覆われていない区域２１の中の複数の点が特定される。この例では、セルの通常の動作条件下でアノードブロック４の通常の酸化が起こるため、アノードブロック４は取り去られるが、セルは動作し続けていてもよい。約１０から３０分後に、エネルギーおよび効率の理由から、新たなアノードブロック４が、取り去られたアノードブロック４の区域２１に配置される。この具体的な新たなアノードブロックは、再び新たなアノードブロックに置き換えられる前に、３週間持続する（耐える）であろう。第１のアノードブロック４が取り去られ、それぞれの区域２１におけるカソード損耗が測定された後のある日、定期的に別の浸食されたアノードブロック４が取り去られ、新しいアノードブロックに置き換えられる。再び、取り去られたアノードブロック４の区域２１において溶融物が覆われていない（露出された）この機会を使って、この区域２１のカソード表面が上述のように測定される。
【００５１】
この方法では、３週間のうちに、２０個のアノードブロック４を有する従来のアルミニウム電解セルのカソード表面全体が測定される。このように、セルの通常の置換（取り替え）作業の間に簡単に、セルの動作を停止させることなく、セルの完全な損耗形状２２（図１ａの断面図に示すような）を正確に特定することができる。セルの通常動作の間にさらに迅速に特定するためには、複数のアノードブロックの半分のみを取り除き、上述したように半分の損耗形状を特定する。セル全体の損耗形状２２の特定は、まだ測定されていないそれらの区域２１について測定値を外挿することにより行われる。
【００５２】
代わりの方法として、早急に損耗形状２２を得るために、一連の測定を行う中で、全てのアノードブロック４が取り去られる。これは特に、本発明の変形例において行われ、セルの動作を停止させ、アルミニウムおよび氷晶石を含む溶融物が取り去られる状態で行われる。この状態では、セルは冷却され、しかも、ランスにライトペンを取り付ける必要は無いが、カソードの表面の個々の測定された点として見なされる一端として、ライトペンの一端を利用することができる。
【図１ａ】
0005875695.tif 000002
【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２】
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【図３】
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