JPS6343476B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明の特許権は米国エネルギー省の約定第
DE―AC03―76CS40215号に準拠して、アメリカ
合衆国政府にある。

本発明は溶融氷晶石浴に溶解したアルミナを電
解してアルミニウムを製造するための電極構造体
に関するものであり、更に詳細には、アルミニウ
ム製造用の電解槽に関する電気装置の新規の改良
された配置中の、二ホウ化チタン（TiB₂）及び
他の耐火性硬質金属物質、又はこれらの物質の混
合物、例えば遷移元素、チタン及びジルコニウム
の耐火性炭化物及びホウ化物（以後一まとめにし
てRHMと呼ぶ）から成る陰極に関するものであ
る。更に本発明は予備加熱中、電解槽の設置中、
及び電解槽運転中の電極取替え中の取扱いが容易
な、取替えのできるRHM電極構造体に関するも
のである。

RHM物質は1950年代の初期に初めてアルミニ
ウム還元電解槽の陰極構成体として使用された。
チタン及びジルコニウムのホウ化物、及び炭化物
ホウ化物混合物はこれらの構成体として適切であ
ることがわかり、且つ種々の陰極構成体が英国特
許第784695号明細書、同第784696号明細書、同第
802471号明細書、同第802905号明細書、及び米国
特許第3028324号明細書に開示してある。この
RHM陰極の開発は下記の刊行論文に載つてい
る。

シー、イー、ランスレイ（C.E.Ransley）、「ア
ルミニウム還元電解槽への耐火性炭化物及びホウ
化物の適用（The Application of the
Refractory Carbides and Borides to
Aluminum Reduction Cells）」、アルミニウムの
抽出や金、（Extractive Metallurgy of
Aluminum）、第２巻、第487ページ、インターサ
イエンス・パブリシヤーズ（Interscience
Publishers）、ニユーヨーク（1963年）。純粋な形
態のRHM物質はアルミニウム還元電解槽の中に
ある溶融アルミニウム及び氷晶石には非常に侵さ
れにくく、その上、還元電解槽で使用する通常の
炭素製品よりも一般に電導度が高い。その上、
RHM、特にTiB₂は溶融アルミニウムにたやすく
ぬらされるが、普通使用される炭素製品はそうで
はない。

RHMをアルミニウム還元電解槽に早く使用し
たことは概念的には注目に値する改良であつたけ
れども、このときの使い方には実質的な問題が多
かつたので、結果としてRHM陰極の開発は全く
顕著な工業的な成功を収めなかつた。

作業者がこの領域で直面する主要な問題は還元
電解槽中で使用するRHM成形品中の酸化物の有
害な作用であつた。RHM製品は通常RHM粉末
から加熱圧縮か又は冷間圧縮及び焼結のどちらか
で製造する。しかしながら、RHM粒子の表面は
ある程度酸化され、従つて粉末を圧縮して種々の
成形品にする場合に粒子間、すなわち粒子の境界
で酸化物が高濃度になつた。粒子間の酸化物は溶
融アルミニウムにたやすく侵されることになり、
従つてRHMの細小粒子や粗大粒子は粒子の境界
で溶融アルミニウムの作用を受けた後にはたやす
く除去されることになり、保護のRHM陰極表面
は急速に劣化することになる。RHM陰極物質に
関する初期の開発研究中には、溶融アルミニウム
による粒子間侵食を避けるために、RHM成形品
の酸化物含有量をできるだけ低くしておかなけれ
ばならないことは周知であつた。しかしながら、
当時のRHM製造技術は、いくらかでも注目に価
する時間の間、溶融アルミニウムによる侵食に耐
えることのできる高純度のRHM製品を製造でき
る程の十分な進歩はしていなかつた。理論的には
酸化物を含有していないRHMが最良ではある
が、工業的な方法でこのような物質を得ることは
不可能である。最近数名の製造業者は酸化物含有
量が0.05重量％よりも少ない合理的な大きさの
TiB₂成形品を製造することができるようになつ
たが、この酸化物含有量ではTiB₂成形品は酸化
物の濃縮されがちな粒子の境界でさえも溶融アル
ミニウムに侵されにくくなる。

RHM物質は弾性率が高く、且ポアツソン比
（Poisson′s ratio）が低いので、極めてもろく、
且つ急熱急冷衝撃を被りやすい。一般に、RHM
成形品は熱によるき裂を避けるために200℃より
も大きい温度差を受けさせてはならない。これら
は冷却条件よりも加熱条件に対しての方が耐久力
がある。

RHM陰極表面を使用する特に魅力のあるアル
ミニウム還元電解槽の設計は米国特許第3400061
号明細書に発表してあるが、これではRHMの表
面をぬらす溶融アルミニウムの薄い層だけが残る
ようにRHM陰極表面に傾斜をつけてある。電解
槽の運転中に電解で生成した溶融アルミニウムは
傾斜した表面から電解槽の中央の位置にある谷
間、すなわち深いみぞの中にしたたり落ちる。谷
間の中の溶融アルミニウムは電解回路の一部には
なつていないので、所望によつては除去すること
ができる。RHM陰極表面をぬらしている溶融ア
ルミニウムの薄層だけが電流の搬送にかかわりが
あるので、短い極間距離、すなわち陽極陰極間距
離（ACD）で電解操作をしてもよくなり、電解
質中の電気抵抗が低下するためにエネルギー損失
が少なくなる。エネルギーの著しい節約（約25％
まで）が通常の還元電解槽よりも短いACD、例
えば1.3cm（1/2インチ）で実現されることにな
る。しかしながら、RHM物質を炭素質基体上に
保持しているRHM陰極構成体では、RHM成形
品と電導性の保持炭素質基体との間に極めて大き
い熱膨張差があるという重大な問題がある。熱膨
張係数の差が大きいために（例えば約0.7×10^-6
cm／cm℃対3.15×10^-6cm／cm℃）、室温でRHM成
形品を取付けている間、及びアルミニウム還元電
解槽の運転温度（例えば約975℃）の両方で有効
に働く継ぎ合せを作ることができない。RHMの
板あるいはタイルを取付ける時の室温で作つたど
んな継ぎ合せでも運転温度までの加熱中の熱膨張
のために本質的に破壊された。

特許及び技術文献には、アルミニウム還元電解
槽のか酷な環境でTiB₂及び他のRHMを使用する
時の種々の問題を解決する試みを記載してある参
考文献が沢山ある。米国特許第3400061号明細書
のルイス（Lewis）その他、及び他の人々は
RHM物質の比較的大きい熱膨張を減じるため
に、TiB₂及び他の耐火性硬質金属と少量の炭素
との混合物を使用した。しかしながら、このよう
な複合物は電解浴による侵食を受けやすいため
に、工業的に使用するのに必要な使用寿命にはな
らなかつた。米国特許第2915442号明細書、同第
3081254号明細書、同第3151053号明細書、同第
3161579号明細書、同第3257307号明細書のような
参考文献には種々の位置にあるRHM陰極棒を記
載してある。しかしながら、RHM陰極棒は通常
そのような設計に付随して起る熱によるひずみに
耐えることができなかつたし、RHMのもろさの
ために必然的に破損した。

米国特許第4071420号明細書には最近開発の
RHM陰極の設計を開示してあるが、これでは
板、棒、中空円筒などのような一連のRHM部
品、すなわち成形品は、一方の端は電解槽の炭素
質底部に固定され、すなわち埋められ、他端は氷
晶石浴の中に突き出ており、且つ部品は炭素陽極
の陽極表面の面積の下方に規則正しいパターンで
好ましく配列してある。しかしながら、これらの
配列にも、RHM物質がもろいために、電解槽の
陰極構材の短命という結果になり、電解槽の運転
を早目に休止する必要があるという難点がある。
これが電解槽の重大な生産性中断の原因になつて
いる。

英国特許第2024864号公開公報明細書（1980年、
１月16日）では、交換することのできる炭化チタ
ン製、又は二ホウ化チタン製、又は熱分解グラフ
アイト製のぬらすことのできる陰極要素を開示し
ている。この陰極要素は電解槽の運転中に取替え
ることができるけれども、RHM物質の補助要素
（Sub―element）はとがつた角度とかどとのある
複雑な形状であり、且つねじなどで結合する必要
がある。この提案のような構造体はか酷な電解槽
の環境下ではき裂を受けやすいものである。

ホール・エルー（Hall―Heroult）電解槽のお
もなエネルギー損失は極間距離、すなわち陽極―
陰極間距離（ACD）中の電解質による抵抗損失
によることはずつと前から分つていた。代表的な
電流密度では、この低下は１cm当り約0.39ボルト
（１インチ当り約１ボルト）であつて、これは全
電解槽電圧の20％から25％である。ACDを最小
にするために多大の努力を払つたが、通常の工業
用電解槽は3.8cm（１インチ半）以上で運転しな
ければならない。この必要条件は電流効率と
ACDとの間の非常に強い逆相関関係があるため
である。又ACDが減少して2.5cm（１インチ）に
近くなるにつれて、電圧が不安定になる。これら
の作用は、直接又は間接に、通常の電解槽では陰
極になつている溶融アルミニウムパツドの表面の
動揺に基因している。金属の動くのは電磁力及び
水力学的な力のせいである。後者の力は電極間の
間隙から出てくる陽極ガスが作り出すものであ
る。

アルミニウム還元電解槽用の陰極物質として
RHM物質を使用しようとする先行技術の試み
は、すべてホール・エルー電解槽に工業的に使用
するのを妨げる実質的な欠陥、例えば経済的な長
寿命を得られないとか、RHMに局所的な破損が
生じた場合の基体の破滅的な破損とか、あるいは
RHM陰極構造体の寸法安定性がないためにACD
の空間的な関係を保持することができないとかに
悩まされた。RHM陰極、例えば二ホウ化チタン
陰極を使用するか否かは、関連の投下資本及び高
い材料コストの合計と動力費削減で実現されるコ
スト節約との間の経済的な釣合いに左右される。
アルミニウム還元電解装置にすでに大きな資本投
下をしてある場合には、新規設計の電解槽と取換
えるよりも、電解槽にTiB₂陰極を設備し直す方
が有利である。

従つて、アルミニウム電解環境でのRHM物質
の構造的な弱点を考慮に入れていて、アルミニウ
ム電解槽の運転を休止しないでRHM陰極構材の
交換をすることのできる改良されたRHM陰極構
造体をアルミナ還元用の電解槽用に提供するのが
本発明の主要目的である。換言すれば、RHM陰
極構材の「運転中の交換（hot change）」をたや
すく行うことができる。本発明ではその上、既存
の電解槽にたやすく取付けることができ、予備加
熱、及び運転中のアルミニウム電解槽への運搬、
並びに内部での取付け、及び操作によく耐えるこ
とができ、RHM物質の構造上の弱点を克服する
ように有利に設計してあるモジユールのRHM陰
極構造体を提供する。

本発明は図面に関連して調べれば、更によく理
解され、且つ利点は下記の詳細な説明でいつそう
明白になるであろう。図面では、 第１図は予め焼成（prebaked）した陽極を取
付けてある通常の電解槽の一部を横断面にしてあ
る横断面立面図である。

第２図は本発明による取換えることのできる陰
極モジユールのある電解槽を模式的に示す同様な
横断面立面図である。

第３図はRHM物質の板を使用してある本発明
の陰極モジユールの一部を横断面にしてある部分
透視図である。

第４図はRHM物質の棒を使用してある陰極モ
ジユールの本発明の別の実施態様の部分透視図で
ある。

第５図は浅い充てん床として説明する、RHM
物質の小片を使用してある陰極モジユールの本発
明の別の実施態様の部分透視図である。

第６図はRHM物質の円筒の陰極モジユールを
使用してある本発明の更に別の実施態様の透視図
である。

第７図は基体構材でRHM構材を連結させてあ
る成形品の複数のRHM構材を使用してある陰極
モジユールの本発明の別の実施態様の透視図であ
る。

第８図は第７図に示した実施態様のRHM構材
の透視図である。

第９図はRHM物質の板を使用してある、本発
明の更に別の実施態様の部分透視図である。

本発明を限定するよりも説明するためのもので
ある図面に関しては、図の中の相当する部品には
同一の参照番号を付けてあり、第１図では予め焼
成したタイプの通常のアルミニウム還元電解槽の
一部を横断面にしてある横断面立面図を示してあ
る。還元電解槽１０は底部に配置してある、アル
ミナのような適切な絶縁物質の層１４、及び該絶
縁層１４と並置してある炭素質底部層１６のある
鋼鉄製外側１２から成り、該炭素質層１６は炭素
ペーストを詰め込んで適切に焼成した単一層か、
又はあらかじめ焼成した炭素ブロツクのどちらか
でできている。電解槽１０の側壁１８は一般に炭
素ペーストを詰め込んで作つてあるが、炭化ケイ
素れんがのような他の物質を使用することもでき
る。炭素質の底部層１６と側壁１８とで、溶融し
ているアルミニウム本体、すなわちパツド２４、
及び溶融している電解質本体、すなわち本質的
に、溶解したアルミナを含有している氷解石から
成る電解浴を内蔵するのに適した空洞１９の輪郭
になつている。操作中に、凝固した電解質とアル
ミナとから成る外皮２８が電解質層２６の上一面
にできる。選定した時間割によつて適切な装置
（図にはない）でアルミナを電解槽に仕込む。凝
固した外皮層２８の上にアルミナを投げ込み、且
つ適切な装置（図にはない）で凝固した外皮層を
周期的に破り、アルミナを浴２６の中に流れ込ま
せてアルミナを補給する。鋼鉄製の採集棒３０は
炭素底部層１６の中に埋め込み、且つ電解槽１０
を突き抜けている棒の先端は適当な方法で陰極ブ
ス構材（図にはない）に電気的に連絡させる。電
解槽１０は更に、鋼鉄製スタブ２２によつて電解
質２６中に保持してある複数の炭素陽極２０から
成り、このスタブは適切な通常の装置、例えば陽
極ブス構材（図にはない）に連結してある陽極棒
（図にはない）で電源に機械的にも電気的にも連
結してある。

第２図は模式的に図示してある取換えることの
できる陰極モジユール４０を適合させるように設
備し直した第１図の電解槽１０である。モジユー
ル４０の基部は底部炭素質層１６に載り、且つ金
属パツド２４を貫通して延び、且つモジユール４
０の上方部分は電解質２６の中に延びている。モ
ジユール４０は電解槽１０の運転をはなはだしく
中断しないで、たやすく電解槽に取付けたり、電
解槽からはずしたりすることができる。モジユー
ルは「運転中の交換」で、すなわち電解槽を製造
工程からはずさないで、電解槽に取付けることが
できる。

第３図から第９図までの実施態様に示してある
ように、本発明ではアルミニウム電解用の先行技
術によるRHM陰極の欠点を克服している。その
構想は、複数のRHM構材から成る電導性上部表
面があり、その表面は陽極の底部表面とほぼ同一
寸法であり、且つRHM構材の表面が陽極の底部
表面の投影に入る位置にある陰極モジユールを使
用することである。一般に使用するあらかじめ焼
成してある陽極の底部表面は約38cm×58cm（15イ
ンチ×23インチ）から約89cm×152cm（35インチ
×60インチ）まで変化する。モジユールの上部表
面は二ホウ化チタンのようなRHM物質で実質的
に被覆してあり、且つ上部表面には溶融している
金属層、例えば第２図の２４への導電路がなけれ
ばならない。これは第７図に図示してある陰極モ
ジユールの上部表面と接触している二ホウ化チタ
ンでモジユールの側面の少なくとも一部分を包む
ことによつてか、又は第３図から第６図までに図
示してある二ホウ化チタンペツグを使用すること
によつて行うことができる。モジユールの回りの
何も物のない空間（第２図に溶融金属層２４とし
て図示してある）は陰極表面から流れ出る金属を
ためるところになる。モジユールの側面を包んで
いる二ホウ化チタン被覆（第７図）の広さ、又は
第３図から第６図までに図示した二ホウ化チタン
ペツグの長さは電解槽の運転中に金属を湯出しす
るときの前後の金属液の表面の高さで決める。

本発明による、取り換えることのできる陰極モ
ジユール４０にはアルミニウム還元電解槽に陰極
物質としてRHM物質を使用しようとして以前に
行つた試みよりもすぐれた幾つかの利点があり、
例えば、 (1) RHM物質（TiB₂）の量が最少にしてある。

(2) 既存の電解槽の構造、あるいは材料を変更す
る必要がほとんどない。

(3) モジユールの不規則な破損は別のモジユール
の破損を引き起すことがなく、電解槽の運転低
下が少し起るだけである。

(4) 通常の電解槽で行つているままの湯出し方法
がやはり使える。

(5) あらかじめ集めてあるモジユール及び検査し
てあるモジユールを半熟練工が取付けることが
できる。

(6) 始動操作が非常に平易になつている。

(7) 陰極電流の経路に関する設計に大きな融通性
がある。

(8) 運転中の電解槽で露出している二ホウ化チタ
ンの部分が最小になつている。

(9) こわれたモジユールを「運転中に交換」する
ことができる。

(10) 早くこわれた電解槽のモジユールを利用する
ことができる。

第３図から第９図まででは本発明の陰極モジユ
ール構造体４０の有利な実施態様を示す。RHM
物質のコストが高いので、陰極モジユールを設計
するときに考慮すべき基本的な点は金属の単位生
産量当りの陰極コストを最小にすることである。
単位陰極のコストは材料のコスト及び成形品の製
造コスト及び組立てコスト、並びに予想される使
用寿命から成つている。これらの考慮すべき点を
砕けやすい物質の設計に対する破損力学の方法と
結び付けて考えれば、陰極モジユールには下記の
特徴がなければならない。

(1) TiB₂を陽極の単位面積当り最小にする。

(2) 陰極モジユールを陰極の底部に固定しない。

(3) 陰極モジユールはアルミニウムよりも密度が
大きくなければならない、すなわちモジユール
の重量は溶融アルミニウムで全く浮動しないよ
うでなければならない。

(4) RHM物質（TiB₂）の成形品は単純でなけれ
ばならないし、又成形品、特に板は「無拘束体
（free body）」状態、すなわち及ぼす外力が全
くない、強い圧迫が全くない状態にするべきで
ある。

(5) 陰極モジユールに使用する他の物質の量を最
少にするべきである。

(6) 陰極電圧降下を少くすることがたやすくでき
る。

第３図では、適切な物質、例えば炭化ケイ素
（SiC）から成る保持構材４４で「無拘束体」状
態で保持されているTiB₂板４２から成るモジユ
ール４０を示す。TiB₂板は冷間圧縮と焼結とで
作ることができ、代表的な板は水平の寸法が10cm
×10cm（４インチ×４インチ）か15cm×15cm（６
インチ×６インチ）か又は10cm×15cm（４インチ
×６インチ）あつて、厚さは0.64cm（1/4インチ）
である。電解槽の底部に載つている保持構材４４
は二ホウ化チタンと化合物、窒化ホウ素及び窒化
アルミニウムのうちの少なくとも一種類との混合
物から成る複合物物質の電導性物質であるTiB₂
又はグラフアイトから成つてもよいが、モジユー
ルのコストは過大になる虞がある。板４２とアル
ミニウム金属パツドとの間に電流を通すために
TiB₂のような電導性物質のペツグ４６を設ける。
保持構材４４はSiC製であつてもよい側壁構材４
９に結合させてTiB₂板４２を保持するためのわ
く組にする。

第４図では陰極物質として二ホウ化チタン棒を
使用する陰極モジユール４０を示す。TiB₂棒は
５２で示してあり、寸法は直径が1.3cm（1/2イン
チ）、長さは7.6cm（３インチ）、か15cm（６イン
チ）、あるいはもつと長くてもよい。棒は横断面
を円形として示してあるが、横断面は正方形でも
長四角形でもよい。棒５２は棒を保持するための
側壁５９のあるSiCから成るトレー構材５８の中
に「無拘束体」状態で保持してある。トレー構材
５８は電解槽の底部に載つているSiC物質から成
る保持構材５４で保持する。TiB₂ペツグ５６は
トレー構材５８に連結してあつて、TiB₂棒と電
気的接触があり、棒５４からアルミニウム金属パ
ツドへの電路になつている。

第５図では、TiB₂棒の代りにTiB₂片を使用し
ている外は、第４図の陰極モジユールと非常によ
く似ている陰極モジユール４０を図示する。割れ
の力学で考えれば、破損の公算は小さい部品の方
が長く持ちこたえるようである。充てん床は個個
の片の破損の影響は受けない。TiB₂片は図では
６２としてあつて、TiB₂片６２を抑えておくた
めの側壁６９のあるSiCから成るトレー構材６８
の中に「無拘束体」状態で保持してある。トレー
構材６８は電解槽の底部に載つているSiC物質か
ら成る保持構材６４で保持してある。TiB₂ペツ
グ６６はトレー６８を貫通して伸びて、TiB₂片
６２からアルミニウム金属パツドまでの電路にな
つている。

第６図では中味の充実した円筒か、あるいは一
端の閉じた中空円筒のどちらかのTiB₂構材７２
を使用する陰極モジユール４０を示す。後者の場
合には、閉じた端を陽極の底部表面に向う方向に
据える。円筒はトレーの中の円筒を抑えるための
側壁７９のあるSiCから成るトレー構材７８の中
で、互に接触もしないし束縛も受けないで立つて
いる。トレー７８は電解槽の底部に載つている
SiC物質から成る保持構材７４で保持してある。
TiB₂ペツグ７６はトレー７８を貫通して伸びて、
TiB₂円筒７２からアルミニウム金属パツドへの
電路になつている。

本発明の陰極モジユール４０の別の実施態様を
第７図に示す。モジユール４０には保持構材８４
があり、これはSiCから成る中味の充実したブロ
ツクでもよく、あるいは化合物、窒化ホウ素及び
窒化アルミニウムの少なくとも一種類とTiB₂と
の混合物で作つた中味の充実したブロツクでもよ
い。モジユール４０のRHM部分は第８図に示し
てあるような独特な成形をした複数のTiB₂部品
８２から成り、部品８２には一体にして作つてあ
るなかご、すなわち８６の記号を付けてある突出
部がある。モジユール４０には上部表面に一連の
平行のみぞ８８があり、このみぞはなかご、すな
わち舌８６と密着する輪郭になつている。TiB₂
部品８２を第７図に示してあるようにみぞ８８の
中に入れれば、TiB₂部品８２はTiB₂物質を圧迫
しない位置を占めて適切に保持される。運転中モ
ジユール４０の上部表面のTiB₂部品８２を適切
に保持し、且つ運転中金属パツドに電気的に連絡
させるために、TiB₂片の列をモジユール４０の
末端表面８５と側部表面８７との位置に並べて置
く。末端表面８５にはモジユール４０の上部表面
に平行な平面になつていて、なかご８６の輪郭に
釣合う輪郭のみぞ８９を設けてある。TiB₂片を
みぞ８９の中に入れてあるので、運転中にみぞ８
８の中のTiB₂片８２のはずれるのを防ぐことに
なる。すみのモジユール４０の側面８７には
TiB₂片８２のなかご８６に釣合う輪郭であり、
且つモジユール４０の頂部表面に直角になつてい
るみぞ９１をつけてある。みぞ９１の中の底部
TiB₂片８２は適切な方法で適切に動かなくする
ことができる。第７図に示してあるように、
TiB₂片８２がみぞ８８，８９及び９１の中に適
切に収まつている場合には、TiB₂片８２に外部
から負荷をかけないで、すなわち圧迫しないで
TiB₂片８２を適切に閉じ込め、すなわち連結さ
せ、且つ金属パツトへの電路ができる。

第９図では、陰極モジユール４０の更に別の実
施態様を示す。この実施態様では、炭化ケイ素又
はグラフアイトのような適切な物質から成る台１
０６があり、この中には上部表面に機械加工して
彫つた、垂直なTiB₂保持板１０４を配置するた
めの複数のそぞ１０８がある。みぞ１０８の位置
は四枚一組の保持板１０４が、隣合う板１０４の
間の角度が90゜になるような角度関係になるよう
にしてある。隣接する板１０４の間の角度が90゜
でない配置を使うこともできる。垂直保持板１０
４をみぞ１０８に据える場合には、四枚の組で水
平なTiB₂板１０２に対する「無拘束体」状態に
なつている一個の保持体を作る。板１０２が横方
向に位置を変える、すなわち移動するのを阻止す
るために、みぞ、あるいはみぞの投影の交差する
中心位置があいている空間になるように、四枚一
組になつている垂直板１０４をみぞ１０８の中に
据える。板１０２にはTiB₂ピンを通す、表面を
面取りしてある穴１０９があけてあり、ピンはあ
いている空間に伸びて板１０２を所定の位置に保
持して、横方向の移動、すなわち位置の変化を防
ぐ。

輸送、予備加熱及び電解槽の中での取付け中、
垂直板１０４をみぞ１０８の中に保持するために
は、炭化ケイ素の粗粉を混合してあるリン酸アル
ミニウム セメントでみぞの中に密着させること
ができる。別法としては、ヘリを先太にした垂直
板１０４を作り、物質の膨張を考慮に入れてある
はまりの中に先太のヘリを受入れるための横断面
を設けてあるみぞ１０８に密着させることもでき
る。

急熱急冷による衝撃を防止するために、陰極モ
ジユールは適切な予備加熱炉であらかじめ加熱し
てから電解槽に取付ける。モジユールは電解槽の
温度の約50℃以内まで加熱するべきである。運転
中の移動の間の急冷による衝撃を防止するために
は、モジユールを適切な断熱物質、例えばケイ酸
アルミニウムの耐火性の繊維質物質で包んでもよ
い。これらの物質はたやすく入手することがで
き、代表的な例はフアイバーフラツクス
（Fiberfrax）及びカオウール（Kaowool）であ
り、これらは、それぞれカーボンランダム社
（Carborundum Co.）及びバブコツク・アンド・
ウイルコツクス社（Babcock＆Wilcox Co.）の
登録商標で市販されている。断熱材をモジユール
にかけてから予備加熱炉に入れ、輸送中及びモジ
ユールを電解槽に据付けている間そのままにして
おく。断熱材は電解浴に溶解するが、アルミニウ
ム金属、又は電解槽の運転に影響を及ぼさない。
陰極モジユールは適切な火ばし機構で予備加熱炉
に入れることも、移動することも、電解槽の所定
の位置に据付けることもできる。

本発明の有利な実施態様を図示し、且つ説明し
たが、前記特許請求の範囲から逸脱することな
く、種々の変化及び変更を行うことができること
は自明である。

【図面の簡単な説明】

第１図はあらかじめ焼成した陽極を取付けてあ
る通常のアルミナ還元用電解槽の一部を横断面に
してある横断面立面図であり、第２図は本発明に
よる交換可能の陰極モジユールを据付けてある電
解槽の模式横断面立面図であり、第３図はRHM
板を使用した本発明による陰極モジユールの一部
分の透視図であつて、一部分の横断面をも示して
あり、第４図はRHM棒を使用した本発明による
陰極モジユールの一部分の透視図であり、第５図
はRHM小片を使用した本発明による陰極モジユ
ールの一部分の透視図であり、第６図はRHM円
筒を使用した本発明による陰極モジユールの透視
図であり、第７図はRHM構材を基体構材で連結
した複数のRHM構材を使用した本発明による陰
極モジユールの透視図であり、第８図は第７図に
示したRHM構材の透視図であり、第９図は
RHM板を使用した本発明の別の実施態様の一部
分の透視図であり、 １０は電解槽、１２は外壁、１４は絶縁層、１
６は底部層、１８，４９，５９，６９，７９は側
壁、１９は空洞、２０は陽極、２２はスタブ、２
４はパツド、２６は電解浴、２８は外皮、３０は
採集棒、４０は陰極モジユール、４２，１０２は
TiB₂板、４４，５４，６４，７４，８４，１０
４は保持構材、４６，５６，６６，７６はペツ
グ、５２はTiB₂棒、５８，６８，７８はトレー、
６２，８２はTiB₂片、７２はTiB₂円筒、８５は
末端表面、８６はなかご、８７は側部表面、８
８，８９，９１，１０８はみぞ、１０６は台、１
０９は穴である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 耐火性物質で内張りしてある空洞で、溶融し
   ているアルミニウム本体及びアルミナを溶解含有
   する溶融電解質本体、及び該空洞の中に下がつて
   いる少なくとも一個のあらかじめ焼成した陽極、
   並びに該陽極の下方の該空洞の底部に耐火性硬質
   金属から成る陰極を入れるのに用いられる空洞を
   有し、該陽極と陰極とが電気回路を形成してい
   る、アルミナ還元用電解槽において、複数の耐火
   性硬質金属構材から成る電導性表面を有する陰極
   モジユールが、陽極の下の空腔の底の上に、何ら
   留め具で槽に拘束されることなく乗せられてお
   り、前記陽極の底面と、その下に存在する前記陰
   極モジユールの表面とが本質的に同じ広がりにな
   つており、前記陰極モジユールは前記底から電解
   液中に伸びていることを特徴とするアルミナ還元
   用電解槽。 ２ 陰極モジユールの耐火性硬質金属が本質的に
   二ホウ化チタンから成る上記第１項に記載の電解
   槽。 ３ 陰極モジユールの耐火性硬質金属表面及び陽
   極の底部表面は面積がほぼ等しい、前記第１項に
   記載の電解槽。 ４ 陰極モジユールが耐火性硬質金属構材を保持
   するための基体物質から成る保持構材を包含して
   いる前記第１項に記載の電解槽。 ５ 陰極モジユールの基体物質がSiCである上記
   第４項に記載の電解槽。 ６ 陰極モジユールの基体物質がグラフアイトで
   ある前記第４項に記載の電解槽。 ７ 陰極モジユールの基体物質が二ホウ化チタン
   と、窒化ホウ素又は窒化アルミニウム又はその両
   方との混合物から成る前記第４項に記載の電解
   槽。