JP2023094140A - 電極アセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】電極ブロックと導電棒との接続作業を簡素化することができる電極アセンブリを提供する。【解決手段】電極アセンブリ１０は、アルミニウム製錬用の電解炉で使用される電極アセンブリであって、円柱形状の穴１１ａを有する炭素製の電極ブロック１１と、穴１１ａに挿入された円柱形状の金属製の導電棒１２と、を備え、導電棒１２は、少なくとも先端に、導電棒１２の一部が溝状に切り取られた形状を有する刃部１２ａを有する。【選択図】図８

Description

本発明は、電極アセンブリに関する。

アルミニウム製錬用の電解炉の電極（カソード及びアノード）には、炭素製の電極ブロック（カソードブロック及びアノードブロック）が使用される。

電極ブロックには、金属製の導電棒（カソードブロックに接続されるものは「コレクターバー」と呼ばれ、アノードブロックに接続されるものは「スタブ」と呼ばれる。）を介して電力が供給される。以下、本明細書では、カソードブロックにコレクターバーを接続した組立体を「カソードアセンブリ」と呼び、アノードブロックにスタブを接続した組立体を「アノードアセンブリ」と呼ぶ。また、カソードとアノードとを区別せず、電極ブロックに導電棒を接続した組立体を「電極アセンブリ」と呼ぶ。

電極ブロックと導電棒との接続は、鉄を鋳込むことで行われる。具体的には、電極ブロックに溝又は穴を形成して導電棒をはめ込み、その隙間に約１２５０℃に加熱して溶かした鉄を流し込むことで行われる。

米国特許第３３９００７１号明細書には、アルミニウム製造用の電解還元セルが記載されている。この電解還元セルは、黒鉛製のカソードブロックと、カソードブロックに電気的に接続された無酸素銅製のコレクターピンとを備えている。カソードブロックには、コレクターピンを受け入れるためのソケットが形成されている。

スイス特許第６６３６２４号明細書には、長さ方向に沿って形成された溝を有するカソードブロックと、この溝に室温においてフィットするように挿入された鉄製のカソードバーとを備えたカソードエレメントが記載されている。このカソードブロックの溝には、カソードバーを支持又は固定するように、表面の全体にわたって規則的に微細な突起が設けられている。

米国特許第３３９００７１号明細書 スイス特許第６６３６２４号明細書

上述した鉄を鋳込む方法は、作業負荷が大きいことに加え、鉄を溶かすための加熱や、電極ブロック及び導電棒の予熱にエネルギーコストがかかる。また、予熱温度が高すぎると電極ブロックが酸化するため、予熱温度は４００～５００℃までにしか上げることができず、溶かした鉄を流し込む際にヒートショックによって電極ブロックが割れるリスクがある。

本発明の目的は、電極ブロックと導電棒との接続作業を簡素化することができる電極アセンブリを提供することである。

本発明の一実施形態による電極アセンブリは、アルミニウム製錬用の電解炉で使用される電極アセンブリであって、円柱形状の穴を有する炭素製の電極ブロックと、前記穴に挿入された円柱形状の金属製の導電棒と、を備え、前記導電棒は、少なくとも先端に、前記導電棒の一部が溝状に切り取られた形状を有する刃部を有する。

本発明によれば、電極ブロックと導電棒との接続作業を簡素化することができる。

図１は、アルミニウム製錬用の電解炉の一例の全体の構成を模式的に示す断面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態によるカソードアセンブリ（電極アセンブリ）の構成を模式的に示す斜視図である。 図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。 図４は、図２のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図である。 図５は、図２のカソードアセンブリのコレクターバーの先端近傍の側面図である。 図６は、図５のコレクターバーを先端側から見た正面図である。 図７は、カソードアセンブリの製造方法を説明するための模式図である。 図８は、カソードアセンブリの製造方法を説明するための模式図である。 図９は、カソードアセンブリの製造方法を説明するための模式図である。 図１０は、本発明の第２の実施形態によるカソードアセンブリ（電極アセンブリ）の構成を模式的に示す断面図である。 図１１は、本発明の第３の実施形態によるカソードアセンブリ（電極アセンブリ）の構成を模式的に示す断面図である。 図１２は、本発明の第４の実施形態によるカソードアセンブリ（電極アセンブリ）の構成を模式的に示す断面図である。 図１３は、本発明の第５の実施形態によるカソードアセンブリ（電極アセンブリ）の構成を模式的に示す断面図である。 図１４は、図１３のカソードアセンブリのコレクターバーの先端近傍の側面図である。 図１５は、図１４のコレクターバーを先端側から見た正面図である。 図１６は、本発明の第６の実施形態によるアノードアセンブリ（電極アセンブリ）の構成を模式的に示す斜視図である。 図１７は、図１６のアノードアセンブリのスタブの先端近傍の側面図である。 図１８は、アノードアセンブリの製造方法を説明するための模式図である。 図１９は、アノードアセンブリの製造方法を説明するための模式図である。 図２０は、アノードアセンブリの製造方法を説明するための模式図である。 図２１は、本発明の第７の実施形態によるアノードアセンブリ（電極アセンブリ）の構成を模式的に示す斜視図である。 図２２は、図２１のアノードアセンブリ（電極アセンブリ）の製造途中の構成を模式的に示す分解斜視図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。

［第１の実施形態］
［全体の構成］
まず、本発明による電極アセンブリをカソードアセンブリに適用する場合を説明する。

図１は、アルミニウム製錬用の電解炉の一例である電解炉１の全体の構成を模式的に示す断面図である。

電解炉１は、本発明の第１の実施形態による電極アセンブリであるカソードアセンブリ１０を備えている。カソードアセンブリ１０は、図１の奥行き方向（ｙ方向）に複数並べて配置されている。カソードアセンブリ１０の各々は、炭素製のカソードブロック（電極ブロック）１１と、各々がカソードブロック１１に接続された２本の金属製のコレクターバー（導電棒）１２とを備えている。カソードブロック１１は、電解炉１の炉底を構成している。２本のコレクターバー１２の各々は、一方の端部が電解炉１の外側に引き出されている。

電解炉１は、カソードアセンブリ１０に加えて、アノードアセンブリ９１、シェル９２、ライニング９３等を備えている。電解炉１の内部には、酸化アルミニウムを含む融液９４が収容されている。コレクターバー１２及びアノードアセンブリ９１は、図示しない電源装置に電気的に接続されている。電源装置によって、カソードブロック１１とアノードアセンブリ９１のアノードブロックとの間に電圧が印加される。これによって融液９４中の酸化アルミニウムが還元され、アルミニウム９５が形成される。

［カソードアセンブリ１０の構成］
図２～図４を参照して、カソードアセンブリ１０の構成を詳述する。図２は、カソードアセンブリ１０の構成を模式的に示す斜視図である。図３は図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図であり、図４は図２のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図である。

カソードアセンブリ１０は、既述のとおり、カソードブロック１１と２本のコレクターバー１２とを備えている。カソードブロック１１は炭素製であり、好ましくは黒鉛製である。コレクターバー１２は金属製であり、好ましくは鉄製である。

カソードブロック１１は、直方体形状であり、対向する一対の側面の各々に円柱形状の穴１１ａを有している。コレクターバー１２の各々は、円柱形状であり、カソードブロック１１の穴１１ａに挿入されている。

コレクターバー１２の各々の外周面には、雄ねじ１２１（図４）が形成されている。雄ねじ１２１は、より具体的には、コレクターバー１２の軸方向（図４のｘ方法）のうち、コレクターバー１２の先端から、カソードブロック１１の穴１１ａの内部に位置する部分の近傍までに形成されている。カソードブロック１１の穴１１ａの各々の内周面には、コレクターバー１２の雄ねじ１２１と締結される雌ねじが形成されている。カソードブロック１１とコレクターバー１２の各々とは、カソードブロック１１の雌ねじとコレクターバー１２の雄ねじ１２１とを締結することによって接続されている。これによって、コレクターバー１２の外周面と穴１１ａの内周面とが接している。

カソードブロック１１の穴１１ａの内周面に形成された雌ねじは、後述するように、コレクターバー１２によって加工されたものである。

カソードブロック１１は、穴１１ａに連続して形成され、カソードブロック１１の底面に開口した開口部１１ｂを有している。

コレクターバー１２の雄ねじ１２１のねじ山の各々には、スリット１２１ｂ（図４）が形成されている。スリット１２１ｂは、より具体的には、雄ねじ１２１のうち、コレクターバー１２の先端近傍の幾つかのねじ山を除いたねじ山に形成されている。

図５は、コレクターバー１２の先端近傍の側面図である。図６は、コレクターバー１２を先端側から見た正面図である。コレクターバー１２は、溝付きタッピングねじ、又はねじ切りねじ（Ｔｈｒｅａｄ Ｃｕｔｔｉｎｇ Ｓｃｒｅｗ）と呼ばれる形状を有している。コレクターバー１２は具体的には、少なくとも先端に、コレクターバー１２の一部が溝状に切り取られた形状を有する刃部１２ａを有している。

刃部１２ａは、これに限定されないが、例えば図６に示すように、コレクターバー１２の周方向の１／４の領域が溝状に切り取られた形状を有する。刃部１２ａを構成する溝の幅は、これよりも小さくても大きくてもよい。また、コレクターバー１２が複数の刃部１２ａを有していてもよい。刃部１２ａを構成する溝は、コレクターバー１２の軸方向（図５のｘ方向）と平行である必要はなく、例えばらせん状であってもよい。刃部１２ａを構成する溝は、コレクターバー１２の雄ねじ１２１のねじ溝と交差していることが好ましい。また、刃部１２ａは、コレクターバー１２の先端だけでなく、コレクターバー１２の全長にわたって形成されていてもよい。

コレクターバー１２はまた、先端に向かって外径が小さくなるテーパー形状を有していることが好ましい。テーパー角α（図５）は、これに限定されないが、例えば０～６０°である。テーパー角αの下限は、好ましくは１°であり、さらに好ましくは３°である。テーパー角αの上限は、好ましくは４５°であり、さらに好ましくは４０°である。

［カソードアセンブリ１０の製造方法］
次に、図７～図９を参照して、カソードアセンブリ１０の製造方法の一例を説明する。

まず、図７に示すように、カソードブロック１１に、コレクターバー１２の外径よりも少し小さい外径を有する下穴１１ｃと、開口部１１ｂとを形成する。下穴１１ｃの内周面には、雌ねじは形成しなくてもよい。

次に、図８に示すように、コレクターバー１２を下穴１１ｃにねじ込む。このとき、カソードブロック１１の下穴１１ｃは、コレクターバー１２によって加工され、拡径されるとともに内周面に雌ねじが形成される。

その結果、図９に示すように、内周面に雌ねじが形成された穴１１ａがカソードブロック１１に形成されるとともに、コレクターバー１２がカソードブロック１１に接続される。図示は省略するが、他方のコレクターバー１２も同様にしてカソードブロック１１に接続する。これによって、２本のコレクターバー１２がカソードブロック１１に接続されたカソードアセンブリ１０（図２）が製造される。

［カソードアセンブリ１０の効果］
本実施形態によるカソードアセンブリ１０の構成によれば、カソードブロック１１とコレクターバー１２の各々とは、カソードブロック１１の雌ねじとコレクターバー１２の雄ねじ１２１とを締結することによって接続される。この構成によれば、溶かした鉄を流し込む場合と比較して、カソードブロックとコレクターバーとの接続作業を簡素化することができる。また、鉄を溶かすための加熱や、カソードブロック及びコレクターバーの予熱にかかるエネルギーコストを削減することができる。さらに、ヒートショックによる割れのリスクがないため、製造費用を削減することができる。

カソードブロック１１とコレクターバー１２の各々とは、カソードブロック１１の雌ねじの部分と、コレクターバー１２の雄ねじ１２１の部分とで接触する。これによって、接触面積が大きくなるため、接触抵抗を小さくすることができ、ＣＶＤ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｒｏｐ）を小さくすることができる。

カソードブロック１１の雌ねじとコレクターバー１２の雄ねじ１２１とを別々に加工した場合、加工のバラツキにより、カソードブロック１１の雌ねじとコレクターバー１２の雄ねじ１２１とのギャップにバラツキが生じる可能性がある。これによって、特に低温域（例えば室温から５００℃程度までの温度域）において、接触抵抗にバラツキが生じる可能性ある。電解炉１（図１）では、複数のカソードアセンブリ１０が使用される場合がある。電解炉１は一般的に、電気抵抗加熱（Ｒｅｓｉｓｔｏｒ－Ｂａｋｅ）によって室温から操業温度（例えば９６０℃程度）付近まで昇温される。複数のカソードアセンブリ１０の間で接触抵抗にバラツキがあると、昇温時に接触抵抗の低いカソードアセンブリ１０に電流が集中し、局所的な温度上昇が起こる可能性がある。操業中においても、接触抵抗の低いカソードアセンブリ１０に電流が集中することによる局所的なカソード電解面の損耗や、偏った熱バランスによる操業の不安定化といった不具合の原因となる。

本実施形態によるカソードアセンブリ１０の構成によれば、カソードブロック１１の穴１１ａの内周面に形成された雌ねじは、コレクターバー１２によって加工されたものである。この構成によれば、カソードブロック１１の雌ねじとコレクターバー１２の雄ねじ１２１とを別々に加工した場合と比較して、カソードブロック１１の雌ねじとコレクターバー１２の雄ねじ１２１とのギャップのバラツキを小さくすることができる。これによって、全体的な効率の低下や、局所的な損耗を抑制することができる。

コレクターバー１２は、刃部１２ａを有している。この構成によれば、刃部１２ａが切削刃として機能し、小さいトルクでカソードブロック１１を加工することができる。また、コレクターバー１２の先端がテーパー形状である場合、下穴１１ｃ（図８）へのコレクターバー１２の食いつきがよくなり、カソードブロック１１の加工をより効率的に行うことができる。

カソードブロック１１は、穴１１ａに連続して形成され、カソードブロック１１の底面（穴１１ａが形成された面以外の面）に開口した開口部１１ｂを有している。この構成によれば、コレクターバー１２によってカソードブロック１１を加工する際に発生する切削粉の排出を効率よく行うことができる。

カソードアセンブリ１０は、操業時に高温（例えば９６０℃）に加熱される。金属製のコレクターバー１２の熱膨張率は炭素製のカソードブロック１１の熱膨張率よりも大きいため、カソードブロック１１の雌ねじのねじ山がコレクターバー１２の膨張によって破壊される可能性がある。カソードアセンブリ１０の構成によれば、コレクターバー１２の雄ねじ１２１のねじ山の各々に、スリット１２１ｂ（図４）が形成されている。高温時、スリット１２１ｂが閉じることで、応力が緩和される。これによって、熱膨張によってカソードブロック１１の雌ねじのねじ山が破壊されるのを抑制することができる。

以上、本発明の第１の実施形態によるカソードアセンブリ１０及びその製造方法の一例を説明した。本実施形態によれば、カソードブロック（電極ブロック）とコレクターバー（導電棒）との接続作業を簡素化することができる。

上記の実施形態では、カソードアセンブリ１０が２本のコレクターバー１２を備えている場合を説明した。すなわち、一つのカソードブロック１１に２本のコレクターバー１２が接続されている場合を説明した。しかし、カソードブロック１１に接続されるコレクターバー１２は１本であってもよいし、３本以上であってもよい。また、上記の実施形態では、カソードブロック１１の両側からコレクターバー１２を挿入する場合を説明したが、カソードブロック１１を貫通するようにコレクターバー１２を配置してもよい。

上記の実施形態では、カソードブロック１１が開口部１１ｂを有し、コレクターバー１２の雄ねじ１２１のねじ山の各々にスリット１２１ｂが形成されている場合を説明した。しかし電極ブロックと導電棒との接続作業を簡素化するという課題の解決の観点からはこれらの構成は必須ではなく、省略することも可能である。

［第２の実施形態］
図１０は、本発明の第２の実施形態による電極アセンブリであるカソードアセンブリ２０の構成を模式的に示す断面図である。カソードアセンブリ２０は、カソードアセンブリ１０（図４）のコレクターバー１２に代えて、コレクターバー２２を備えている。

コレクターバー２２は、コレクターバー１２の構成に加えて、コレクターバー２２の芯部に挿入され、コレクターバー２２の本体よりも導電性の高い金属からなる導電部材２２１をさらに備えている。導電部材２２１は、例えば銅製の棒である。

コレクターバー２２の本体よりも導電性の高い導電部材２２１をコレクターバー２２に挿入することで、コレクターバー２２の全体の電気抵抗を低くすることができる。これによって、ＣＶＤを小さくすることができる。

本実施形態では、導電部材２２１は、コレクターバー２２の軸方向（図１０のｘ方向）において、カソードブロック１１の中央側の部分にのみ配置されている。この構成によれば、コレクターバー２２の軸方向において、導電部材２２１が配置された部分、すなわち、カソードブロック１１の中央側の部分の電気抵抗が相対的に低くなる。

一般的なカソードアセンブリでは、カソードブロックの端部付近に電流が集中する傾向がある。本実施形態によるカソードアセンブリ２０の構成によれば、コレクターバー２２の軸方向において、カソードブロック１１の中央側の部分の電気抵抗を低くすることで、カソードブロック１１に流れる電流の分布を均一にすることができる。これによって、全体的な効率の低下や、局所的な損耗を抑制することができる。

もっとも、導電部材２２１は、コレクターバー２２の軸方向の全体に配置してもよい。

［第３の実施形態］
図１１は、本発明の第３の実施形態による電極アセンブリであるカソードアセンブリ３０の構成を模式的に示す断面図である。カソードアセンブリ３０は、カソードアセンブリ１０（図４）のコレクターバー１２に代えて、コレクターバー３２を備えている。

本実施形態では、カソードブロック１１の穴１１ａの内部に位置するコレクターバー３２の外周面のうち、一部にのみ雄ねじ３２１が形成され、残りの部分にはねじが形成されていない。より具体的には、カソードブロック１１の穴１１ａの内部に位置するコレクターバー３２の外周面のうち、軸方向の先端側の途中までの部分に雄ねじ３２１が形成され、軸方向の残りの部分にはねじが形成されていない。コレクターバー３２の他の構成は、コレクターバー１２（図４）と同様である。

コレクターバー３２のねじが形成されていない部分は、ねじが形成されている部分と比較して、カソードブロック１１からの拘束力が小さい。そのため、コレクターバー３２のねじが形成されていない部分は、ねじが形成されている部分と比較して、軸方向（図１１のｘ方向）に自由に膨張することができる。そのため、外周面の全体にねじを形成した場合よりも応力が緩和される。これによって、熱膨張によってカソードブロック１１の雌ねじのねじ山が破壊されるのを抑制することができる。

また、コレクターバー３２のねじが形成されていない部分は、ねじが形成されている部分と比較して、カソードブロック１１との接触面積が小さくなる。そのため、コレクターバー３２の軸方向において、カソードブロック１１の端部側の部分の電気抵抗が相対的に高くなる。

上述のとおり、一般的なカソードアセンブリでは、カソードブロックの端部付近に電流が集中する傾向がある。本実施形態によるカソードアセンブリ３０の構成によれば、コレクターバー３２の軸方向において、カソードブロック１１の端部側の部分の電気抵抗を高くすることで、カソードブロック１１に流れる電流の分布を均一にすることができる。これによって、全体的な効率の低下や、局所的な損耗を抑制することができる。

［第４の実施形態］
図１２は、本発明の第４の実施形態による電極アセンブリであるカソードアセンブリ４０の構成を模式的に示す断面図である。カソードアセンブリ４０は、カソードアセンブリ１０（図４）のコレクターバー１２に代えて、コレクターバー４２を備えている。

コレクターバー４２は、コレクターバー１２（図４）の構成に加えて、コレクターバー４２の軸方向（図１２のｘ方向）と交差する方向に形成された穴４２ａをさらに有している。図１２では、穴４２ａが五つ形成されている場合を図示しているが、穴４２ａの数は任意である。穴４２ａは、一つであってもよい。穴４２ａは、コレクターバー４２を貫通していてもよいし、貫通していなくてもよい。

本実施形態によるカソードアセンブリ４０の構成によれば、高温時、穴４２ａが縮むことによって応力が緩和される。これによって、熱膨張によってカソードブロック１１の雌ねじのねじ山が破壊されるのを抑制することができる。

本実施形態では、穴４２ａは、コレクターバー４２の軸方向において、カソードブロック１１の端部側の部分にのみ配置されている。この構成によれば、コレクターバー４２の軸方向において、穴４２ａが配置された部分、すなわち、カソードブロック１１の端部側の部分の電気抵抗が相対的に高くなる。

上述のとおり、一般的なカソードアセンブリでは、カソードブロックの端部付近に電流が集中する傾向がある。本実施形態によるカソードアセンブリ４０の構成によれば、コレクターバー４２の軸方向において、カソードブロック１１の端部側の部分の電気抵抗を高くすることで、カソードブロック１１に流れる電流の分布を均一にすることができる。これによって、全体的な効率の低下や、局所的な損耗を抑制することができる。

もっとも、穴４２ａは、コレクターバー４２の軸方向の全体に配置してもよい。

［第５の実施形態］
図１３は、本発明の第５の実施形態による電極アセンブリであるカソードアセンブリ５０の構成を模式的に示す断面図である。カソードアセンブリ５０は、カソードブロック５１及びコレクターバー５２を備えている。

カソードブロック５１は、カソードブロック１１（図４）と同様に、コレクターバー５２を接続するための円柱形状の穴５１ａを有している。穴５１ａは、カソードブロック１１の穴１１ａと異なり、内周面にねじが形成されていない。カソードブロック５１はまた、カソードブロック１１と同様に、穴５１ａに連続して形成され、カソードブロック５１の底面に開口した開口部５１ｂを有している。

コレクターバー５２は、コレクターバー１２（図４）と同様に円柱形状であるが、外周面にねじが形成されていない。カソードブロック１１とコレクターバー５２とは、カソードブロック５１の穴５１ａにコレクターバー５２を挿入することによって接続されている。コレクターバー５２は、より具体的には、コレクターバー５２の外周面が穴５１ａの内周面に接するように挿入されている。コレクターバー５２の外径は、室温において、穴５１ａの外径を超えない範囲で穴５１ａの外径にできるだけ近い大きさであることが好ましい。カソードブロック５１の穴５１ａは、後述するように、コレクターバー５２によって加工されたものである。

図１４は、コレクターバー５２の先端近傍の側面図である。図１５は、コレクターバー５２を先端側から見た正面図である。コレクターバー５２は、コレクターバー１２（図５）と同様に、少なくとも先端に、コレクターバー５２の一部が溝状に切り取られた形状を有する刃部５２ａを有している。

コレクターバー５２はまた、コレクターバー１２と同様に、先端に向かって外径が小さくなるテーパー形状を有していることが好ましい。テーパー角αの好ましい範囲は、コレクターバー１２の場合と同様である。

カソードアセンブリ５０は、カソードアセンブリ１０と同様に製造することができる。まず、カソードブロック５１に、コレクターバー５２の外径よりも少し小さい外径を有する下穴と、開口部５１ｂとを形成する。次に、コレクターバー５２を下穴にねじ込む。このとき、カソードブロック５１の下穴は、コレクターバー５２によって加工される。

具体的には、コレクターバー５２の刃部５２ａが切削刃として機能し、カソードブロック５１の下穴を拡径することができる。また、カソードブロック５１に形成された開口部５１ｂによって、切削粉の排出を効率よく行うことができる。

これによって、穴５１ａがカソードブロック５１に形成されるとともに、コレクターバー５２がカソードブロック５１に接続される。

本実施形態によっても、カソードブロック（電極ブロック）とコレクターバー（導電棒）との接続作業を簡素化することができる。また、コレクターバー５２によって穴５１ａを形成することで、カソードブロックに穴５１ａを直接形成する場合と比較して、カソードブロック１１の穴５１ａとコレクターバー５２とのギャップのバラツキを小さくすることができる。

［第６の実施形態］
第１～第５の実施形態では、本発明による電極アセンブリをカソードアセンブリに適用する場合を説明した。次に、本発明による電極アセンブリをアノードアセンブリに適用する場合を説明する。

図１６は、本発明の第６の実施形態による電極アセンブリであるアノードアセンブリ６０の構成を模式的に示す斜視図である。アノードアセンブリ６０は、アノードブロック（電極ブロック）６１と、３本のスタブ（導電棒）６２とを備えている。アノードブロック６１は炭素製である。スタブ６２は金属製であり、好ましくは鉄製である。

アノードアセンブリ６０はさらに、スタブ６２と接続されたヨーク６３及びロッド６４を備えている。ヨーク６３は金属製であり、好ましくは鉄製である。ロッド６４は金属製であり、好ましくはアルミニウム製である。図１６では、ロッド６４がスタブ６２の一つと直接接続されている場合を図示しているが、ロッド６４は、ヨーク６３を介してスタブ６２と接続されていてもよい。

アノードブロック６１は、概略直方体形状であり、円柱形状の穴６１ａを三つ有している。スタブ６２の各々は、円柱形状であり、アノードブロック６１の穴６１ａに挿入されている。

図１７は、スタブ６２の先端近傍の側面図である。スタブ６２の各々の外周面には、雄ねじ６２１が形成されている。雄ねじ６２１は、より具体的には、スタブ６２の軸方向（図１７のｚ方法）のうち、スタブ６２の先端から、アノードブロック６１（図１６）の穴６１ａの内部に位置する部分の近傍までに形成されている。アノードブロック６１の穴６１ａの各々の内周面には、スタブ６２の雄ねじ６２１と締結される雌ねじが形成されている。アノードブロック６１とスタブ６２の各々とは、アノードブロック６１の雌ねじとスタブ６２の雄ねじ６２１とを締結することによって接続されている。これによって、スタブ６２の外周面と穴６１ａの内周面とが接している。

アノードブロック６１の穴６１ａの内周面に形成された雌ねじは、後述するように、スタブ６２によって加工されたものである。

スタブ６２の雄ねじ６２１のねじ山の各々には、スリット６２１ａが形成されている。スリット６２１ａは、より具体的には、雄ねじ６２１のうち、スタブ６２の先端近傍の幾つかのねじ山を除いたねじ山に形成されている。

スタブ６２は、第１の実施形態におけるコレクターバー１２（図５）と同様に、少なくとも先端に、スタブ６２の一部が溝状に切り取られた形状を有する刃部６２ａを有している。スタブ６２はまた、コレクターバー１２と同様に、先端に向かって外径が小さくなるテーパー形状を有していることが好ましい。テーパー角αの好ましい範囲は、コレクターバー１２の場合と同様である。

［アノードアセンブリ６０の製造方法］
次に、図１８～図２０を参照して、アノードアセンブリ６０の製造方法の一例を説明する。

まず、図１８に示すように、アノードブロック６１に、スタブ６２の外径よりも少し小さい外径を有する下穴６１ｂを形成する。下穴６１ｂの内周面には、雌ねじは形成しなくてもよい。

次に、図１９に示すように、スタブ６２を下穴６１ｂにねじ込む。このとき、アノードブロック６１の下穴６１ｂは、スタブ６２によって加工され、拡径されるとともに内周面に雌ねじが形成される。

その結果、図２０に示すように、内周面に雌ねじが形成された穴６１ａがアノードブロック６１に形成されるとともに、スタブ６２がアノードブロック６１に接続される。図示は省略するが、他のスタブ６２も同様にしてアノードブロック６１に接続する。その後、ヨーク６３（図１６）を例えば抵抗溶接によってスタブ６２に接続し、ロッド６４（図１６）を例えば抵抗溶接によってスタブ６２又はヨーク６３に接続する。これによって、アノードアセンブリ６０（図２）が製造される。

本実施形態によるアノードアセンブリ６０の構成によれば、アノードブロック（電極ブロック）とスタブ（導電棒）との接続作業を簡素化することができる。また、スタブ６２によって穴６１ａを形成することで、アノードブロック６１の雌ねじとスタブ６２の雄ねじ６２１とを別々に加工した場合と比較して、アノードブロック６１の雌ねじとスタブ６２の雄ねじ６２１とのギャップのバラツキを小さくすることができる。

上記の実施形態では、アノードアセンブリ６０が３本のスタブ６２を備えている場合を説明した。すなわち、一つのアノードブロック６１に３本のスタブ６２が接続されている場合を説明した。しかし、アノードブロック６１に接続されるスタブ６２は１本又は２本であってもよいし、４本以上であってもよい。

上記の実施形態では、スタブ６２の雄ねじ６２１のねじ山の各々にスリット６２１ｂが形成されている場合を説明した。しかし電極ブロックと導電棒との接続作業を簡素化するという課題の解決の観点からはこの構成は必須ではなく、省略することも可能である。

［第７の実施形態］
図２１は、本発明の第７の実施形態による電極アセンブリであるアノードアセンブリ７０の構成を模式的に示す斜視図である。図２２は、アノードアセンブリ７０の製造途中の構成を模式的に示す分解斜視図である。アノードアセンブリ７０は、二つのアノードブロック（電極ブロック）７１と、４本のスタブ（導電棒）７２と、四つのヨーク７３と、ロッド７４とを備えている。アノードアセンブリ７０では、二つのアノードブロック７１の各々に２本のスタブ７２が接続され、合計４本のスタブ７２がヨーク７３を介してロッド７４に接続されている。

アノードブロック７１の各々は、穴７１ａの数が二つであること以外は、アノードアセンブリ６０（図１６）のアノードブロック６１と同様である。スタブ７２の各々は、外周面に占める雄ねじ７２１（図２２）の長さの割合いが異なる以外は、スタブ６２（図１７）と同様である。雄ねじ７２１は、スタブ７２の外周面のほぼ全体に形成されている。

ロッド７４は、アノードアセンブリ６０（図１６）のロッド６４と同様である。本実施形態では、ヨーク７３の形態が、アノードアセンブリ６０のヨーク６３（図１６）と大きく異なっている。本実施形態では、４本のスタブ７２の各々に対応してヨーク７３が設けられており、ヨーク７３の各々は、貫通孔７３１ａ（図２２）を有するソケット部７３１と、ソケット部７３１とロッド７４とを接続する接続部７３２とを備えている。

ソケット部７３１の貫通孔７３１ａの内周面には、スタブ７２の雄ねじ７２１と締結される雌ねじが形成されている。本実施形態では、スタブ７２とヨーク７３とは、雄ねじ７２１とソケット部７３１の雌ねじとを締結することによって接続されている。

スタブ７２の各々は、ソケット部７３１を貫通し、アノードブロック７１の穴７１ａに挿入されている。本実施形態においても、アノードブロック７１の穴７１ａの各々の内周面には、スタブ７２の雄ねじ７２１と締結される雌ねじが形成されている。アノードブロック７１とスタブ７２の各々とは、アノードブロック７１の雌ねじとスタブ７２の雄ねじ７２１とを締結することによって接続されている。これによって、スタブ７２の外周面と穴７１ａの内周面とが接している。

本実施形態においても、アノードブロック７１の穴７１ａの内周面に形成された雌ねじは、スタブ７２によって加工されたものである。また、スタブ７２は、スタブ６２（図１７）と同様に、少なくとも先端に、スタブ７２の一部が溝状に切り取られた形状を有する刃部７２ａを有している。

［アノードアセンブリ７０の製造方法］
次に、図２２を参照して、アノードアセンブリ７０の製造方法の一例を説明する。まず、アノードブロック７１に、スタブ７２の外径よりも少し小さい外径を有する下穴７１ｂを形成する。下穴７１ｂの内周面には、雌ねじは形成しなくてもよい。

次に、スタブ７２をヨーク７３のソケット部７３１の貫通孔７３１ａにねじ込む。スタブ７２がソケット部７３１を貫通するまでねじ込んだ後、さらにスタブ７２をアノードブロック７１の下穴７１ｂにねじ込む。このとき、アノードブロック７１の下穴７１ｂは、スタブ７２によって加工され、拡径されるとともに内周面に雌ねじが形成される。

その結果、内周面に雌ねじが形成された穴７１ａ（図２１）がアノードブロック７１に形成されるとともに、スタブ７２がアノードブロック７１に接続される。このとき、スタブ７２はヨーク７３とも接続される。

これらの工程を、４本のスタブ７２の各々について行う。ヨーク７３とロッド７４とは、スタブ７２を接続する前に予め接続しておいてもよいし、スタブ７２を接続した後に接続してもよい。ヨーク７３とロッド７４とは、これに限定されないが、例えば抵抗溶接によって接続することができる。これによって、アノードアセンブリ７０が製造される。

本実施形態によっても、アノードブロック（電極ブロック）とスタブ（導電棒）との接続作業を簡素化することができる。

上記の実施形態では、アノードアセンブリ７０が二つのアノードブロック７１を備え、さらに、二つのアノードブロック７１の各々に２本のスタブ７２が接続されている場合を説明した。しかし、アノードブロック７１の数は一つであってもよいし、三つ以上であってもよい。また、各々のアノードブロック７１に接続されるスタブ７２は１本であってもよいし、３本以上であってもよい。

以上、本発明についての実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態のみに限定されず、発明の範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、第２～第４の実施形態は、任意に組み合わせて実施することが可能である。また、第５の実施形態で説明したコレクターバー５２（図１３）に、第２の実施形態で説明した導電部材２２１（図１０）を組み合わせたり、第４の実施形態で説明した穴４２ａ（図１２）を組み合わせたり、これらの両方を組み合わせたりしてもよい。

また、第６及び第７の実施形態で説明したスタブに、第２の実施形態で説明した導電部材を設けてもよい。

１ 電解炉
１０、２０、３０、４０、５０ カソードアセンブリ（電極アセンブリ）
１１、５１ カソードブロック（電極ブロック）
１１ａ、５１ａ 穴
１１ｂ、５１ｂ 開口部
１２、２２、３２、４２、５２ コレクターバー（導電棒）
１２１、３２１ 雄ねじ
１２ａ、５２ａ 刃部
１２１ｂ スリット
６０、７０ アノードアセンブリ（電極アセンブリ）
６１、７１ アノードブロック（電極ブロック）
６１ａ、６１ａ 穴
６２、７２ スタブ（導電棒）
６２１、７２１ 雄ねじ
６２１ａ スリット
６２ａ、７２ａ 刃部
６３、７３ ヨーク
７３１ ソケット部
７３２ 接続部
６４、７４ ロッド
９１ アノードアセンブリ
９２ シェル
９３ ライニング
９４ 融液
９５ アルミニウム

Claims (5)

1. アルミニウム製錬用の電解炉で使用される電極アセンブリであって、
   円柱形状の穴を有する炭素製の電極ブロックと、
   前記穴に挿入された円柱形状の金属製の導電棒と、を備え、
   前記導電棒は、少なくとも先端に、前記導電棒の一部が溝状に切り取られた形状を有する刃部を有する、電極アセンブリ。
2. 請求項１に記載の電極アセンブリであって、
   前記導電棒の外周面に雄ねじが形成されており、
   前記穴の内周面に前記雄ねじと締結される雌ねじが形成されている、電極アセンブリ。
3. 請求項２に記載の電極アセンブリであって、
   前記雄ねじのねじ山にスリットが形成されている、電極アセンブリ。
4. 請求項１に記載の電極アセンブリであって、
   前記穴の内周面及び前記導電棒の外周面にねじが形成されていない、電極アセンブリ。
5. 請求項１～４のいずれか一項に記載の電極アセンブリであって、
   前記電極ブロックは、前記穴に連続して形成され、前記電極ブロックの前記穴が形成された面以外の面に開口した開口部を有する、電極アセンブリ。

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