(57)【要約】  カソードブロックと該カソードブロックに取り付けられた集電バーとから成るアルミニウム電解セル用のカソードにおいて、該集電バーを収容するカソードスロットは、該カソードブロックの両横エッジよりも該カソードブロックの中心において大きい深さを有する。さらに、集電バーの厚さはカソードブロックの両横エッジより該カソードブロックの中心において大きい。このようなカソード構成によって、より均等な電流分布が得られ、ひいては、このようなカソードの有効寿命が長くなり、セル生産性が増大する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つまたは２つの鋼製の集電バー（２）を収容する集電バースロット（３）を有する炭素カソードブロック（４）またはグラファイトカソードブロック（４）を備えたアルミニウム電解セル用のカソード（１）において、
該集電バースロット（３）の深さは、カソードブロック（４）の両横エッジより該カソードブロック（４）の中心（Ｃ）において大きいことを特徴とする、カソード。
【請求項２】
前記集電バースロット（３）は、３角形、半円形または半楕円形の形状を有する、請求項１記載のカソード。
【請求項３】
前記集電バースロット（３）は１つまたは複数の段を有する、請求項１または２記載のカソード。
【請求項４】
前記集電バースロット（３）は両ブロック横エッジにおいて、各ブロック横エッジから１０〜１０００ｍｍにわたって延在する初期の平坦な頂部面を有する、請求項１から３までのいずれか１項記載のカソード。
【請求項５】
前記１つまたは２つの集電バー（２）の厚さは、カソードブロック（４）の両横エッジよりも該カソードブロック（４）の中心（Ｃ）において大きい、請求項１から４までのいずれか１項記載のカソード。
【請求項６】
前記１つまたは２つの集電バー（２）の厚さは、もっぱら前記スロット（３）の頂部面に面する面において増大される、請求項５記載のカソード。
【請求項７】
前記１つまたは２つの集電バー（２）は、３角形、半円形または半楕円形の形状を有する、請求項５または６記載のカソード。
【請求項８】
前記１つまたは２つの集電バー（２）の厚さは、１つまたは複数の段によって増大されている、請求項５から７までのいずれか１項記載のカソード。
【請求項９】
前記１つまたは２つの集電バー（２）には少なくとも１つの鋼プレート（９）が取り付けられている、請求項５から８までのいずれか１項記載のカソード。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの鋼プレート（９）と鋼製の集電バー（２）との間に弾性のグラファイト膜が配置されており、その後に取り付けられた各鋼プレート（９）の間に弾性のグラファイト膜が配置されている、請求項９記載のカソード。
【請求項１１】
１つより多くの集電バースロット（３）を有する、請求項１から１０までのいずれか１項記載のカソード。
【請求項１２】
アルミニウム電解セル用のカソードの製造方法において、
・炭素カソードブロック（４）またはグラファイトカソードブロック（４）を標準的な外寸で製造するステップと、
・少なくとも１つの集電バースロット（３）を、該カソードブロックの中心（Ｃ）の方向に向かって増大する深さで機械加工により形成するステップと、
・該少なくとも１つの集電バースロット（３）それぞれに、少なくとも１つの鋼集電バー（２）を嵌入するステップ
とを有することを特徴とする製造方法。
【請求項１３】
アルミニウム電解セル用のカソードの製造方法において、
・炭素カソードブロック（４）またはグラファイトカソードブロック（４）を標準的な外寸で製造するステップと、
・少なくとも１つの集電バースロット（３）を、該カソードブロックの中心（Ｃ）の方向に向かって増大する深さで機械加工により形成するステップと、
・該少なくとも１つの集電バースロット（３）それぞれに、該集電バースロット（３）の頂部面に面する面に該中心（Ｃ）の方向に向かって増大する厚さを有する少なくとも１つの鋼集電バー（２）を嵌入するステップ
とを有することを特徴とする製造方法。
【請求項１４】
請求項１から１１までのいずれか１項記載のカソード（１）を含むことを特徴とする、アルミニウム電解セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カソードブロックと該カソードブロックに取り付けられた集電バーとから成るアルミニウム電解セル用のカソードに関する。ここでは、集電バーを収容するカソードスロットは非平坦な形態を有する。さらに、集電バーの形態はこのような非平坦なスロット形態に適合されている。このようにして、カソード長さに沿った電流分布がより均質になる。このことにより、このようなカソードの摩耗が低減されてセル生産性が上昇することにより、カソードの有効寿命が長くなる。
【０００２】
アルミニウムは通常、ホール・エルー法によって、氷晶石ベースの溶融電解質に最大約９７０℃の温度で溶解されたアルミナの電解によって生成される。ホール・エルー還元セルは典型的には、耐火材から成る遮断ライニングが設けられた鋼シェルを有し、これは、溶融成分に接触する炭素製のライニングを有する。直流電流源の負極に接続された鋼製の集電バーは、セル底床を成す炭素カソード基板に埋め込まれている。従来のセル構成では鋼カソード集電バーは、外部のブスバーから電解セルの各側を通って炭素カソードブロック内まで延在する。
【０００３】
各カソードブロックは下面に、鋼集電バーを収容するために、該カソードブロックの対向する横端部間に延在する１つまたは２つのスロット、または溝を有する。このようなスロットは、典型的には方形の形状に機械加工される。電解セルに非常に近接して、このような集電バーは上記スロット内に配置されてカソードブロックに取り付けられる。炭素カソードブロックとこの鋼との間の電気的接続を実現するために、鋳造鉄（いわゆる「ロディング」（rodding））によって該カソードブロックに取り付けるのが最も一般的である。このようにして製造された炭素製またはグラファイト製のカソードブロックは、たとえばクレーン等の重機を使用してセルの底部に組み付けられ、最後に無煙炭とグラファイトとコールタールとのラミング混合物に接合されてセル底床を形成する。カソードブロックのスロットは１つの集電バーを収容するか、または、セル中心に一致するカソードブロックの中心で相互に向かい合う２つの集電バーを収容することができる。後者の場合、集電バー間のギャップには圧壊可能な材料が充填されるか、または炭素のピースが充填されるか、またはタンピングされたシームの混合物が充填されるか、または有利にはこのような材料の混合物が充填される。
【０００４】
ホール・エルーアルミニウム還元セルは低電圧（たとえば４〜５Ｖ）と高電流（たとえば１００，０００〜４００，０００Ａ）とで動作する。このような高電流は頂部からアノード構造体を介して還元セルに入った後、氷晶石浴と、溶融されたアルミニウム金属パッドとを通って、炭素カソードブロックに入り、その後に集電バーによってセルから取り出される。
【０００５】
アルミニウムパッドとカソードとを通る電流は、最も低抵抗の経路にしたがって流れる。従来の集電バーの電気的抵抗は、電流がカソード集電バーに入る箇所から最も近い外部バスまでの電流路の長さに比例する。電流路が開始するカソードの箇所が外部バスに近いほど該電流路の抵抗は低くなり、このような抵抗によって、溶融されたアルミニウムパッドと炭素カソードブロックとにおける電流の流れは、この方向に斜めになる。電流の流れの水平方向成分はセル内の磁界の垂直方向成分と相互作用し、効率的なセル動作に影響を及ぼす。
【０００６】
高温と、電解質の攻撃的な化学的特性とが組み合わされると、苛酷な動作環境になる。したがって、既存のホール・エルーセルカソード集電バー技術は、圧延または鋳造された軟鋼の部分に制限されている。それと比較して、たとえば銅または銀等の可能性のある代替的な金属は、高い電気伝導度を有するものの、融点が低くてコストが高い。
【０００７】
数年前までは、鋼の高融点と低コストとが、比較的低い電気伝導度を相殺していた。鋼の電気伝導度はアルミニウム金属パッドと比較して低いので、ポットの側面に最も近い３番目に外側の集電バーが充電量の大部分を通し、各カソードブロック内においてカソード電流分布が非常に不均等になる。無煙炭をベースとする従来のカソードブロックの化学的特性と物理的特性と、とりわけ電気的特性とに起因して、鋼の低い電気伝導度は最近まで、重大な製造上の限界を呈していなかった。鋼バーの比較的低い伝導度の観点では、カソードと鋳造鉄との間の比較的高い接触抵抗に関しても同様の説明が当てはまる。これは今までは、セル効率を改善するための取り組みにおいて重要な意義を有していなかった。しかし、より高いエネルギーコストの一般的な傾向により、この作用は精錬効率に関して無視できない要因となってきている。
【０００８】
それゆえ、動作アンペア数が規模の経済に追従して大きくなるにつれ、アルミニウム電解セルのサイズは大きくなっている。動作アンペア数が上昇すると、無煙炭の代わりにコークスをベースとするグラファイトカソードブロックが一般的になってきており、さらに、改善された電気的特性と最大限化された製造速度とを利用するために、カソード中のグラファイトの割合も増大してきている。このことは、カソードブロックの部分的または完全なグラファイト化への移行になることが多い。炭素ブロックのグラファイト化は、約２０００℃から３０００℃にまで及ぶ幅広い温度範囲で、またはそれより超える温度でも行われる。「部分的にグラファイト化された」カソードまたは「完全にグラファイト化された」カソードという用語は、炭素結晶構造のドメイン内の秩序度に関する用語である。しかし、これらの状態の間に厳密な境界線を引くことはできない。原則的に、結晶化度またはグラファイト化度はそれぞれ、炭素ブロックの加熱工程での最大温度および処理時間とともに上昇する。本発明の説明ではこれらの概念を、約２０００℃を超える温度でのカソードブロックすべてに対して、「グラファイト」または「グラファイトカソード」という用語を使用してまとめる。それに対して「炭素」または「炭素カソード」は、２０００℃を下回る温度まで加熱されたカソードブロックに対して使用される。
【０００９】
より高い電気伝導度を提供する炭素カソードおよびグラファイトカソードを使用することにより、今までは焦点を当てられなかった幾つかの技術的作用に、より大きな注意を払わなければならなくなった。
【００１０】
・カソードブロックの摩耗
・不均等な電流分布
・カソードブロックと鋳造鉄との間の境界におけるエネルギー損失
これら３つの作用はすべて何らかの形で相互に関係し合っており、理想的には、いかなる技術的な解決手段もこれらの３つの組み合わせの１つの項目のみより多くの項目に取り組まなければならない。
【００１１】
カソードブロックの摩耗の主な原因は、金属パッドの乱流による機械的侵食と、高電流によって引き起こされる電気化学的な炭素消費反応と、電解質および液体アルミニウムの浸入と、ナトリウムのインターカレーションとであり、これは、カソードブロックおよびラミング混合物の膨張および変形を引き起こす。その結果としてカソードブロックにひびが生じることにより、浴成分は鋼カソード導体バーの方向にマイグレートして、鋳造鉄シーラント表面上に堆積物を成し、電気的コンタクトの劣化および電流分布の非均質性とを引き起こす。液体アルミニウムが鉄表面に達すると直ちに合金化による腐食が発生し、アルミニウム金属中に余剰鉄含有量が生成され、セル全体の早期の遮断が引き起こされる。
【００１２】
発生するカソードブロックの侵食は、ブロック長さにわたって均等ではない。とりわけグラファイトカソードブロックの使用時には、主な欠陥の形態は、横端部に近接するカソードブロック表面の高度に局在化された侵食を原因とする。このような侵食は、カソードブロック表面をＷ字形プロフィールに成形し、場合によっては、集電バーをアルミニウム金属に接触させる。数多くのセル構成では、従来の炭素カソードブロックよりこのようなグラファイト含有量が高いブロックでは、より高いピーク侵食速度が観測された。グラファイトカソードの侵食は、毎年最大６０ｎｍの速度で進行することさえある。したがって、動作性能は動作寿命と引き換えである。
【００１３】
迅速な摩耗速度と、最大摩耗の領域の位置と、カソード電流分布の不均等性との間には関連性が存在する。グラファイトカソードは電気伝導度が比較的高いがゆえに、カソード電流分布パターンは格段に不均質であり、より大きな摩耗を受けることになる。
【００１４】
ＵＳ２７８６０２４（WIeuegel）では、セル中心から撓曲される集電バーを使用することによって不均質なカソード電流分布を克服することが提案されている。ここでは、集電バーがセル中心から撓曲されることにより、集電バーと溶融金属パッドとの間のカソードブロックの厚さが、該セル中心から横エッジに向かって上昇する。この構成は湾曲したコンポーネントを必要とするだけでなく、適合されるセル構成全体も著しく変更する必要がある。このような必要条件により、このアプローチが実用化されることが妨げれていた。
【００１５】
ＵＳ４１１０１７９（Tschopp）には、セル幅全体にわたって均一な電流密度を有するアルミニウム電解セルが記載されている。このような電流密度は、炭素カソードブロックと埋め込まれた集電バーとの間の鋳造鉄層の厚さをセルのエッジの方向に向かって漸減することによって得られる。この構成の別の実施形態では鋳造鉄層は、セルエッジに向かってサイズが拡大する非導電性のギャップによって分割される。しかし実際には、このような修正された鋳造鉄層を含むことは過度に面倒かつ高コストであると考えられている。
【００１６】
ＵＳ６３８７２３７（Homley et al.）では、電流密度が均等であるアルミニウム電解セルが請求の範囲に記載されている。このアルミニウム電解セルは、セル中心に隣接する領域に配置された銅挿入物を有する集電バーを備えており、これによって、セル中心領域の電気伝導度が高くなる。この手法も、ここに記載された解決手段を実施する場合の技術的および動作上の複雑性およびコストが増大するため、アルミニウム電解セルでは使用されない。
【００１７】
従来技術のどのアプローチも、変更されたスロット形態と該スロット形態に適合された集電バーとを備え標準的な外寸を有するカソードブロックの使用は考慮していなかった。
【００１８】
したがって、既存の動作手順および標準的なセル構成に関するいかなるトレードオフも伴うことなく、炭素カソードブロックおよびグラファイトカソードブロックの動作上の利点をフルに実現するためには、カソード電流分布をより均等にすると同時に、標準的な外寸を有するカソードを提供することにより、カソード摩耗速度を低減し、セル寿命を拡大する必要がある。
【００１９】
それゆえ本発明の対象は、集電バースロットを備え標準的な外寸を有する炭素カソードブロックまたはグラファイトカソードブロックにおいて、スロット深さがカソードブロック中心に向かって増大することを特徴とする炭素カソードブロックまたはグラファイトカソードブロックを提供することである。このようなカソードブロックと標準的な鋼集電バーとを有するカソードでは、電界線すなわち電流は、ブロック横エッジからブロック中心の方向に延在することにより、カソードブロック長さに沿ってより均等な電流分布が得られる。
【００２０】
また本発明の別の対象は、カソードブロック中心の方向に向かって深さが増大する集電バースロットと取り付けられた集電バーとを備え標準的な外寸を有する炭素カソードブロックまたはグラファイトカソードブロックを有するカソードにおいて、該集電バーの厚さはスロット頂部面に面する面で、ブロック中心の方向に向かって増大することを特徴とする炭素カソードブロックまたはグラファイトカソードブロックを有するカソードを提供することでもある。それぞれのカソードでは電界線すなわち電流は、ブロック横エッジからブロック中心に向かって、スロット構成を変更しただけの場合より一層顕著に引かれる。したがってこのような実施形態では、カソードブロック長さに沿った均等な電流分布が著しく改善される。
【００２１】
さらに本発明の別の対象は、炭素カソードブロックまたはグラファイトカソードブロックを製造して鋼集電バーをこのようにライニングされたブロックに取り付けることにより、アルミニウム電解セル用のカソードを製造するための製造方法を提供することである。
【００２２】
ここで本発明を、添付図面を参照してより詳細に説明する。
【００２３】
図１  カソード電流分布が示された、アルミニウム製造用の従来技術の電解セルの概略的な横断面図である。
【００２４】
図２  従来技術のカソードの概略的な側面図である。
【００２５】
図３  本発明によるカソードの概略的な側面図である。
【００２６】
図４Ａ，４Ｂ  本発明によるカソード用のカソードブロックの２つの実施形態の概略的な側面図である。
【００２７】
図５  本発明によるカソードの概略的な側面図である。
【００２８】
図６  本発明によるカソードの概略的な側面図である。
【００２９】
図７  カソード電流分布が示された、本発明によるカソードを有するアルミニウム製造用の電解セルの概略的な側面図である。
【００３０】
図８  本発明によるカソードを上から見た３次元図である。
【００３１】
図１を参照すると、従来技術のカソード１を有するアルミニウム製造用の電解セルの横断面が示されている。集電バー２は方形の横断面を有し、軟鋼から製造される。この集電バー２はカソードブロック４の集電バースロット３に埋め込まれており、鋳造鉄５によって該カソードブロック４に接続されている。カソードブロック４は炭素またはグラファイトから、当業者に周知の手法によって作成される。
【００３２】
耐火性煉瓦を有する底部および側面でライニングされたセル反応室を画定するセル鋼シェルおよび鋼製のフードは示されていない。カソードブロック４は溶融アルミニウム金属パッド６に直接コンタクトしており、この溶融アルミニウム金属パッド６は溶融電解質浴７によって覆われている。電流はアノード８を通ってセルに入り、電解質浴７と溶融金属パッド６とを通過して、カソードブロック４に入る。この電流は鋳造鉄５を介してセルから、セル壁の外側のブスバーから延在するカソード集電バー２によって取り出される。このセルは、セル中心線Ｃによって示されているように対称的に形成されている。
【００３３】
図１に示されたように、従来技術の電解セルの電流線１０はは不均等に分布されており、カソード横エッジにおいて集電バーの端部の方向に向かってより集中される。最も低い電流分布は、カソード１の中間部に見られる。カソードブロック４で観測される局在化された摩耗パターンは、最も高い電流密度の領域で最も深くなる。このような不均等な電流分布は、侵食がカソードブロック４の表面から集電バー２に達するまで進行する主な原因となる。このような侵食パターンは典型的には、カソードブロック４の表面の「Ｗ字形」になる。
【００３４】
図２に従来技術のカソード１が示されている。集電バー２は方形の横断面を有し、軟鋼から製造される。この集電バー２は炭素カソードブロックまたはグラファイトカソードブロック４の集電バースロット３に埋め込まれており、鋳造鉄５によって該カソードブロック４に接続されている。従来技術のスロット３は平坦な頂部面と、１００ｍｍ〜２００ｍｍの間の範囲の深さとを有する。スロット３の側面は、平坦とするかまたは僅かに凸形（鳩尾形）にすることができる。鋼集電バー２はこのようなブロックに、典型的には鋳造鉄５によって固定されるが、集電バー２をカソードブロック４に固定するためにはラミングペーストまたは高温接着材も適している。
【００３５】
図３に、本発明によるカソード１が示されている。この従来技術の集電バー２は方形の横断面を有し、軟鋼から製造される。この集電バー２は炭素カソードブロックまたはグラファイトカソードブロック４の集電バースロット３に埋め込まれており、鋳造鉄５によって該カソードブロック４に接続されている。スロット３は平坦な頂部面を有しておらず、該スロット３の深さは中心Ｃに向かって増大する。ブロック中心Ｃにおけるスロット３の深さは、ブロック横エッジにおけるスロット３の深さと関連して、１０〜６０ｍｍの間の領域内とすることができる。ブロック横エッジにおけるスロット３の深さが１００ｍｍ〜２００ｍｍであることを考慮すると、ブロック中心Ｃにおけるスロット３の全深さは１１０〜２６０ｍｍの間の範囲内にある。図４Ａ，４Ｂに示されたように、スロット３はたとえば半円形または半楕円形の形状を有することもでき、この形状は１つ以上の段を有することができる。図４Ａ，４Ｂに示されているように、スロット３の頂部面の非平坦性はブロック横エッジから直接開始する必要はないが、スロット３は両ブロック横エッジに初期の平坦な頂部面を有することができ、このような頂部面は各エッジから１０〜１０００ｍｍを上回る長さである。本発明によるスロット３は、従来技術のスロット３に対して使用されるような標準的な製造設備および製造手順を使用してカソードブロック４に機械加工によって形成される。このような本発明によるカソードブロック４と従来技術の鋼集電バー２とを有するカソード１では、電界線１０すなわち電流は、ブロック横エッジからブロック中心Ｃの方向に延在し、カソードブロック４の長さに沿ってより均等な電流分布が得られる。
【００３６】
図５に、本発明によるカソード１が示されている。カソードブロック４は本発明によれば、図３に示されているように非平坦な集電バースロット３を有する。鋼集電バー２は、スロット３の形態に適合する３角形の形状を有する。集電バー２の厚さは、スロット３の頂部面に面する面において、中心Ｃの方向に向かって増大する。
【００３７】
３角形に図示したが、集電バー２はたとえば半円形または半楕円形の形状を有することもできる。この形状は、１つ以上の段を有することができる。本発明によるカソードブロック４と本発明による鋼集電バー２とを有するカソード１では、電界線１０すなわち電流は、ブロック横エッジからブロック中心Ｃの方向に延在し、カソードブロック４の長さに沿ってより均等な電流分布が得られる。
【００３８】
図６は、図５に示されたような本発明によるカソード１の１つの実施形態を示す。この実施形態では、鋼集電バー２の構成要素は１つのピースのみではなく、該鋼集電バー２は複数の鋼プレート９を備えた従来技術の平坦な集電バー２を有し、スロット３の頂部面に面する面で取り付けられている。このようにして、非平坦な集電バー２を１つのピースとして設ける必要なく、該集電バー２の全体的な非平坦な形状を実現することができる。
【００３９】
鋼プレート９の幅は集電バー２の幅と同様である。鋼プレートの厚さは、構成と製造上の懸案事項とにしたがって選択することができる。鋼プレート９の長さは、構成と製造上の懸案事項とにしたがって段階的に低減される。鋼プレート９のエッジは、丸めるかまたは斜行させることができる。
【００４０】
集電バー２に取り付けられるこのような鋼プレート９は、少なくとも１つである。
【００４１】
鋼プレート９は、溶接、接着、ナットおよびボルト、または別の任意の周知の手法によって、集電バー２に固定されるかまたは相互に固定される。
【００４２】
鋼集電バーおよび鋼プレートの熱膨張のために適切な電気的コンタクトを保証するためには、本発明の有利な実施形態では、個々の鋼部材間に弾性のグラファイト膜を配置する。鋼の代わりに別の金属を使用することができ、たとえば銅を使用することができる。
【００４３】
２つの短い集電バー２を、該集電バー２より高い鋼製のブロックに対称的に固定し、このように組み立てられた集電バー２を使用して、本発明によるカソード１を製造することも、本発明の範囲内である。
【００４４】
図７に、本発明によるカソード１を上から見た概略的な３次元図が示されており、ここでは、図６で説明された本発明によるカソードが示されている。同図では、簡略化のために鋳造鉄５は示されていない。図７はむしろ、鋳造鉄５が集電バースロット３に注入される前のカソード１の準備段階を示す。この実施形態では、集電バー２には４つの鋼プレート９が装備されることにより、該集電バー２の全体的な形状はほぼ３角形になる。
【００４５】
図８に、図６に示されたような本発明のカソード１を有するアルミニウム製造用の電解セルの概略的な横断面図が示されている。従来技術（図１）と比較して、集電バースロット３および集電バー２の本発明による形状によって、セル電流分布線１０はカソード１の長さにわたってより均等に分布される。
【００４６】
図面には、１つの集電バースロット３のみを有するカソードブロック４または該カソードブロック４の一部分を示したが、本発明は１つより多くの集電バースロット３を有するカソードブロック４にも同様に適用される。
【００４７】
図面には、各集電バースロット３ごとに１つの集電バー２のみが設けられたカソード１を示したが、本発明は各集電バースロット３ごとに１つより多くの集電バー２が設けられたカソード１にも同様に適用される。択一的に、２つの短い集電バー２を集電バースロット３に挿入してカソードブロック４の中心Ｃで接合し、両集電バー２はそれぞれ、他方の集電バー２に面する端部で該集電バー２に固定された少なくとも１つの鋼プレートを有するようにすることができる。
【００４８】
以下の実施例を使用して、本発明を詳細に説明する。
【００４９】
実施例１
１２μｍ〜７ｍｍの粒径を有するガソリンコークスとピッチとを１５０℃で、ブレードミキサで４０分にわたって混合した。ガソリンコークスを１００とすると、ピッチは２５である。このようにして得られた塊体を、７００×５００×３４００ｍｍ（幅×高さ×長さ）の寸法のブロックになるように押出成形した。このいわゆる生ブロックを環状炉内に配置し、冶金コークスで覆い、９００℃まで加熱した。その結果として得られた炭化されたブロックを、長さ方向黒鉛化炉で２８００℃まで加熱した。その後、この生のカソードブロックを６５０×４５０×３２７０ｍｍ（幅×高さ×長さ）の最終寸法にトリミングした。１３５ｍｍの幅と、横エッジでは１６５ｍｍの深さからブロック中心では２００ｍｍの深さまで増大する深さとを有する２つの集電バースロットを各ブロックで切削した。その後、従来の鋼集電バーをスロット内に嵌入した。電気的接続は従来のように、液体鋳造鉄を集電バーとブロックとの間のギャップに注入することによって形成された。カソードは、アルミニウム電解セル内に配置した。このようにして得られた電流密度分布を従来技術のカソードの電流密度分布と比較し、より均質であることが実証された。
【００５０】
実施例２
最終寸法にトリミングされたカソードブロックを、実施例１にしたがって製造した。１３５ｍｍの幅と、横エッジでは１６５ｍｍの深さからブロック中心では２００ｍｍの深さまで増大する深さとを有する２つの集電バースロットを各ブロックで切削した。
【００５１】
１１５ｍｍの幅、４０ｍｍの厚さおよび８００ｍｍの長さの１つの鋼プレートを、１１５ｍｍ幅および１５５ｍｍ高さの鋼集電バーの中心に、場合によってはスロット頂部面に面する面で中心で溶接することにより、本発明による２つの鋼集電バーを製造した。
【００５２】
このように製造された２つの鋼集電バーをスロット内に嵌入した。電気的接続は従来のように、液体鋳造鉄を集電バーとブロックとの間のギャップに注入することによって形成された。カソードは、アルミニウム電解セル内に配置した。このようにして得られた電流密度分布を従来技術のカソードの電流密度分布と比較し、より均質であることが実証された。
【００５３】
以上のように本発明の現在有利な実施形態を説明したが、特許請求の範囲および基本的思想を逸脱することなく、本発明の別の実施形態を実施することが可能であることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】カソード電流分布が示された、アルミニウム製造用の従来技術の電解セルの概略的な横断面図である。
【図２】従来技術のカソードの概略的な側面図である。
【図３】本発明によるカソードの概略的な側面図である。
【図４】本発明によるカソード用のカソードブロックの２つの実施形態の概略的な側面図である。
【図５】本発明によるカソードの概略的な側面図である。
【図６】本発明によるカソードの概略的な側面図である。
【図７】カソード電流分布が示された、本発明によるカソードを有するアルミニウム製造用の電解セルの概略的な側面図である。
【図８】本発明によるカソードを上から見た３次元図である。
【符号の説明】
【００５５】
（１）    カソード
（２）    鋼製集電バー
（３）    集電バースロット
（４）    炭素カソードブロックまたはグラファイトカソードブロック
（５）    鋳造鉄
（６）    アルミニウム金属パッド
（７）    溶融電解質浴
（８）    アノード
（９）    鋼プレート
（１０）  セル電流分布線
【図１】
2009533550.tif 000003
【図２】
2009533550.tif 000004
【図３】
2009533550.tif 000005
【図４Ａ】
2009533550.tif 000006
【図４Ｂ】
2009533550.tif 000007
【図５】
2009533550.tif 000008
【図６】
2009533550.tif 000009
【図７】
2009533550.tif 000010
【図８】
2009533550.tif 000011
【国際調査報告】
2009533550.tif 000012
2009533550.tif 000013
2009533550.tif 000014