NO343609B1 - Katodeelement for en elektrolysecelle beregnet på produksjon av aluminium, og elektrolysecelle beregnet på produksjon av aluminium. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører produksjon av aluminium ved smelteelektrolyse. Den vedrører nærmere bestemt katodeelementer som brukes i elektrolysecellene beregnet på aluminiumsproduksjon.

Energikostnadene er en viktig utgiftspost i elektrolyseanleggenes driftskostnader. Derfor blir reduksjonen av elektrolysecellenes spesifikke forbruk en hovedsak for disse anleggene. En celles spesifikke forbruk svarer til energien som cellen forbruker for å produsere ett tonn aluminium. Forbruket uttrykkes i kWh/t, og ved konstant Faraday-ytelse er det direkte proporsjonalt med den elektriske spenningen på klemmene til elektrolysecellen.

Den elektriske spenningen til en elektrolysecelle kan deles inn i flere spenningsfall: det anodiske spenningsfallet, spenningsfallet i badet, den elektrokjemiske spenningen, det katodiske spenningsfallet og ledningstapene. Denne oppfinnelsen gjelder reduksjon av det katodiske spenningsfallet med sikte på en reduksjon av elektrolysecellenes spesifikke forbruk.

Det katodiske spenningsfallet avhenger av den elektriske motstanden til katodeelementet, som omfatter en katodeblokk av karbonholdig materiale og en eller flere koblingsstenger av metall.

Materialene som utgjør katodeblokkene har etter hvert utviklet seg til å gi stadig mindre motstand mot strømgjennomgangen. Dette har gjort det mulig å øke strømstyrken for gjennomløp i cellene, samtidig som et konstant katodisk spenningsfall opprettholdes.

I 1970-årene var katodeblokkene av antrasitt (amorft karbon). Dette materialet ga for høy elektrisk motstand. Med utgangspunkt i anleggenes behov for å øke strømstyrken med sikte på produksjonsøkning ble disse blokkene etter hvert skiftet ut, fra 1980-årene og utover, med såkalte "halvgrafittiske" blokker (som inneholder grafittmengder fra 30 til 50 %) og såkalte "grafittiske" blokker, som inneholder 100 % grafittkorn, men der bindemiddelet som forbinder disse kornene forblir amorft. Da disse blokkenes grafittkorn gir liten motstand, yter blokkene en mindre motstand mot strømgjennomgang, og ved konstant strømstyrke synker dermed katodespenningsfallet.

De siste generasjonene av blokker er de såkalte "grafittiserte" blokkene. Disse blokkene gjennomgår en varmebehandling for grafittisering ved høy temperatur, hvilket gjør det mulig å øke blokkens elektriske ledningsevne ved grafittisering av karbonet.

Parallelt med disse fremskrittene med hensyn til reduksjon av materialenes elektriske motstand har elektrolyseanleggene for aluminiumsproduksjon økt strømstyrke for å øke produksjonen (ved konstant Faraday-ytelse er antallet tonn metall som produseres av en celle proporsjonalt med strømstyrken til strømmen som gjennomløper denne). Følgelig, da det katodiske spenningsfallet Uc er lik produktet av den katodiske motstanden Rc og strømstyrken I til strømmen som passerer gjennom katoden (Uc = Rc x I), er dagens katodiske spenningsfall også høye, dvs. vanligvis rundt 300 mV.

I tillegg har utviklingen av katodeblokkenes egenskaper ført med seg nye problemer, f.eks. katodeerosjon. Det konstateres f.eks. at jo mer grafitt katodeblokkene inneholder, desto mer følsomme er de for erosjonsproblemer i blokkhodet. Strømtettheten fordeles ikke homogent over hele karets bredde, og på katodens overflate når den en topp på hver ende av blokken. Denne strømtetthetstoppen medfører lokal erosjon av katoden, og jo mer grafitt det finnes i blokken, desto sterkere er erosjonen. Disse feltene med svært sterk erosjon kan begrense karets levetid, og dette er en stor økonomisk ulempe for et elektrolyseanlegg.

Det er kjent å redusere det katodiske spenningsfallet Uc ved hjelp av sammensatte koblingsstenger, med en del av stål og en andre av et metall med høyere elektrisk ledningsevne enn stål, vanligvis kobber. Det kan her nevnes den franske patentsøknaden FR 1161632 (Pechiney), US- patentene 2846388 (Pechiney) og

3 551319 (Kaiser), samt den internasjonale søknaden WO 02/42525 (Servico).

Det er også kjent fra US 5976333 (Pate) og US 2004/0050714 (Sercvico A.S.) og fra de internasjonale søknadene WO 01/63014 (Comalco) og WO 01/27353 (Alcoa) at bruk av kobberinnlegg bedre fordeler strømmen langs katodeblokken. Disse dokumentene angir at man lukker et kobberinnlegg inne i koblingsstangen av stål og isolerer det inne i cellen for å redusere varmeledningen mot utsiden av cellen. US 6294067 (Alcoa) foreslår å tilføye en sekundær koblingsstang i en avgrenset rille plassert i katodeblokkhodet.

Disse løsningene er kostbare, da kobber er dyrere enn stål og mengdene som brukes kan være store. I de mest brukte teknikkene ligger antallet stenger per elektrolysekar vanligvis mellom 50 og 100. Den samlede ekstrakostnaden forbundet med at det foreligger komponenter av kobber kan altså øke svært raskt.

I tillegg er de kjente utførelser ikke fullt ut tilfredsstillende. Disse utførelsene fører til en reduksjon av det samlede katodiske spenningsfallet (ved at spenningsfallet inkluderes i stangen) på 50 mV, som er en for liten verdi til at ekstrainvesteringene kan lønne seg, og strømtetthetstoppene på blokkhodet forblir ganske høye, dvs. over ca.12 kA/m<2>.

Søkeren har derfor søkt etter tilfredsstillende løsninger av ulempene ved den kjente teknikk på området, særlig problemet med spesifikt forbruk.

Oppfinnelsen gjelder et katodeelement for utrustning av et kar med elektrolysecelle beregnet på aluminiumsproduksjon, omfattende:

- en katodeblokk av karbonholdig materiale som har minst én rille i lengderetningen på en av sideflatene;

- minst én koblingsstang av stål, hvorav minst en del kalt "ytterseksjon" skal befinne seg på utsiden av karet; denne ytterseksjonen er lagt inn i nevnte rille, slik at en del av stangen kalt "blokkekstern del" stikker ut av minst en av blokkens ender kalt "blokkhode" og som er forankret i rillen ved at et ledende forankringsmateriale, f.eks. ledende støpejern eller masse, legges inn mellom stangen og blokken.

Oppfinnelsens katodeelement karakteriseres ved følgende, for hver ytterseksjon:

- koblingsstangen omfatter minst ett innlegg av metall, med lengden Lc, som har en elektrisk ledningsevne høyere enn for stål, som er anbrakt i lengderetningen inne i stangen og som finnes i nevnte ytterseksjon, i hvert fall delvis;

- koblingsstangen er ikke forankret i katodeblokken i minst ett felt kalt "ikke-forankringsfelt" på den definerte flaten S, som befinner seg på enden av blokkhodets rille;

- totalarealet A av den(de) definerte flaten(e) S eller ikke-forankringsfeltet(-ene) (17) for hver koblingsstang (6) ligger mellom 0,5 og 25 % av arealet Ao til flaten So på stangen (6) som skal forankres.

Særlig foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen er angitt i kravene 2-18-

Innlegget skal helst være i flukt med overflaten på endestykket til nevnte ytterseksjon, med et definert avvik.

Fortrinnsvis er innlegget(-ene) av kobber eller av kobberbasert legering.

Nærværet av et innlegg gjør det mulig å oppnå en sterk reduksjon av det samlede katodiske spenningsfallet (f.eks.0,2 V for en stang med et innlegg av kobber, mot 0,3 V for en stang som helt er av stål), samtidig med en sterk reduksjon av strømtettheten i blokkhodet (minst i området 20%).

I løpet av sine undersøkelser fant søkeren at en viktig del av det katodiske spenningsfallet (ca. en tredjedel) skjer i den såkalte "blokkeksterne" delen av stangen som rager ut av blokken. Jo nærmere man kommer stangens blokkeksterne del, desto mer øker strømtettheten i stangen - den når sin maksimalverdi i den blokkeksterne delen. Over hele stangens blokkeksterne del overfører altså et lite tverrsnitt en stor mengde strøm, og dette gir et sterkt spenningsfall.

Søkeren fant på å kombinere et ikke-forankringsfelt nær katodeblokkens hode og minst ett innlegg i hver seksjon utenfor koblingsstangen, som helst strekker seg over hele seksjonens lengde. Søkeren var overrasket over å konstatere at den kombinerte virkningen av dette gjør det mulig å oppnå en svært omfattende reduksjon av strømtetthetstoppen i blokkhodet, dvs. nær blokkens endestykker, samtidig som det katodiske spenningsfallet også reduseres vesentlig. Søkeren la spesielt merke til at ikkeforankringsfeltet gjør det mulig å oppnå en betydelig minskning av virkningen av skråningsfoten på strømtetthetstoppen.

Oppfinnelsen er spesielt gunstig når nevnte karbonholdige materiale inneholder grafitt.

En fremgangsmåte for fabrikasjon av en koblingsstang, som kan brukes i et katodeelement i henhold til oppfinnelsen, omfatter med fordel dannelse av et langsgående hulrom - vanligvis et ikke-gjennomgående hull - i en stålstang fra stangens endestykke, fabrikasjon av et innlegg av et materiale som er mer ledende enn stålet som utgjør stangen og som har en lengde og en diameter som svarer til hulrommets, samt påfølgende innføring av innlegget i hulrommet.

Tett kontakt mellom innlegget og stangen oppnås vanligvis ved at temperaturen i karet stiger takket være den forskjellige termiske ekspansjonen av innlegget og stangen (stålet ekspanderer relativt lite i forhold til andre metaller).

Oppfinnelsen vedrører også en elektrolysecelle som omfatter minst ett katodeelement i henhold til oppfinnelsen.

Oppfinnelsen er beskrevet i detalj nedenfor, ved hjelp av vedføyde figurer.

Figur 1 er en snittegning av et klassisk halvkar.

Figur 2 er et snitt av samme type som figur 1, for en celle som omfatter et katodeelement i henhold til oppfinnelsen.

Figur 3 viser et katodeelement sett fra undersiden i henhold til en av oppfinnelsens

utforminger.

Figur 4 viser et katodeelement sett fra undersiden i henhold til en annen av oppfinnelsens utforminger.

Figur 5 er en perspektivtegning av et endestykke av katodeblokken i figur 3 eller 4.

Figur 6 viser en seksjon av koblingsstangen utrustet med et innlegg med sirkulært tverrsnitt.

Figur 7 viser en seksjon av koblingsstangen utrustet med et innlegg med sirkulært tverrsnitt i en siderille.

Figur 8 viser fordelingskurvene for katodestrømmen langs en katodeblokk.

Som vist i figur 1 omfatter en elektrolysecelle 1 et kar 10 og minst én anode 4. Karet 10 omfatter en kasse 2 der bunnen og sideveggene er dekket av elementer av varmemotstandsdyktig materiale 3 og 3'. Katodeblokkene 5 hviler på de varmemotstandsdyktige elementene i bunnen 3. Koblingsstenger 6, vanligvis av stål, er forankret i nedre del av katodeblokkene 5. Forankringen av koblingsstangen(-stengene) 6 og katodeblokken 5 utføres vanligvis med ledende støpejern eller masse 7.

Som vist i figur 3-5 har katodeblokkene 5 en tilnærmet parallellepipedisk form, med lengden Lo, der en av sideflatene 21 har en eller flere lengderiller 15 som er beregnet på å inneholde koblingsstengene 6. Rillene 15 munner ut i blokkhodet, og strekker seg vanligvis ut mellom blokkens endestykker. Den såkalte "blokkeksterne" delen 22 på stangen 6 som rager ut over katodeblokken 5, har lengden E.

Katodeblokkene 5 og koblingsstengene 6 danner katodeelementene 20, som vanligvis monteres utenfor karet og tilføyes dette når det indre belegget formes. Et elektrolysekar 10 inneholder vanligvis over ti katodeelementer 20, som anbringes ved siden av hverandre. Et katodeelement 20 kan omfatte en eller flere koblingsstenger, som gjennomløper hele blokken, eller et eller flere par halvstenger, vanligvis stilt inn etter hverandre. Halvstengene strekker seg bare over en del av blokken.

Koblingsstengene 6 har til oppgave å samle opp strømmen som har gjennomløpt hver katodeblokk 5, og sende den videre ut i nettet av ledere som befinner seg utenfor karet. Som vist i figur 1 gjennomløper koblingsstengene 6 karet 10 og er vanligvis koblet til en forbindelsesleder 13, vanligvis av aluminium, med et mykt koblingsstykke av aluminium 14 som er koblet til seksjonen(-e) 19 til stengene som rager ut over karet 10.

Under drift inneholder karet 10 et lag flytende aluminium 8 og et elektrolyttbad 9 over katodeblokkene 5, og anodene 4 er neddykket i badet 9. Det dannes vanligvis en skråning 12 med stivnet bad på sidebeleggene 3'. En del 12' av denne skråningen 12, den såkalte "skråningsfoten", kan gå inn over den øvre sideflaten 28 til katodeblokken 5.

Skråningsfoten isolerer katoden elektrisk, og øker strømtetthetstoppen på blokkhodet. Figur 2 viser en elektrolysecelle 1 for fabrikasjon av aluminium, der de samme elementene er angitt med samme tall som ovenfor.

Som vist i figur 2 er hver ende av koblingsstangen 6 utrustet med et innlegg av metall 16, helst av kobber eller kobberlegering, som strekker seg over en lengde Lc, vanligvis omtrent fra ytterenden eller hver ytterende av stangen 6. Minst en del av innlegget 16 befinner seg i ytterseksjonen eller hver ytterseksjon 19 av koblingsstangen 6 som skal befinne seg utenfor karet 10.

Innlegget eller hvert innlegg 16 skal helst ligge i et hulrom som utgjør et ikkegjennomgående hull inne i stangen 6. Denne varianten gjør det mulig å unngå å utsette innlegget for eventuell innsiving fra bad eller flytende metall. Hulrommet kan eventuelt være en rille på en sideflate av stangen, som vist i figur 7.

Innlegget skal helst dekke minst 90 % av lengden Le av ytterseksjonen eller hver ytterseksjon 19 av koblingsstangen 6 der innlegget ligger, for å optimere senkningen av spenningsfallet som oppnås med oppfinnelsen.

Endeflaten 24, som skal være utenfor karet 10, er vanligvis svakt vertikal når katodeelementet 20 er installert i et kar.

I henhold til en fordelaktig variant av oppfinnelsen er innlegget eller hvert innlegg 16 tilnærmet i flukt, dvs. med et definert avvik, med flaten 24 på enden av ytterseksjonen 19 på stangen 6. Nevnte definerte avvik skal helst være under eller lik ± 1 cm.

I henhold til en annen fordelaktig variant av oppfinnelsen er ytterenden av hvert innlegg 16 tilbaketrukket, med en definert avstand, i forhold til flaten 24 til enden av ytterseksjonen 19 på stangen 6. Nevnte definerte avstand skal helst være lik eller under 4 cm. Hulrommet som dannes av innleggets tilbaketrekking, kan med fordel inneholde et varmemotstandsdyktig materiale for å unngå varmetap ved stråling og/eller konveksjon.

Lengden Lc til innlegget 16 ligger vanligvis mellom 10 og 300 %, helst mellom 20 og 300 %, og aller helst mellom 110 og 270 % av lengden E til delen kalt "blokkekstern" del 22 til stangen 6 som rager utover katodeblokken 5 der innlegget ligger.

Jo lengre innlegget er, desto mer minker det katodiske spenningsfallet. Søkeren har imidlertid konstatert at økningen av det katodiske spenningsfallets verdi blir liten når innlegget har en lengde på mer enn 270 % av stangens blokkeksterne del 22.

Som vist i figur 2 inneholder minst ett felt 17 mellom stangen 6 og katodeblokken 5 ingen forankringsmaterialer. Dette feltet, det såkalte "ikke-forankringsfeltet", fylles med fordel av et elektrisk isolerende materiale, f.eks. et varmemotstandsdyktig materiale, vanligvis i form av fibre eller vev. Dette materialet legges inn mellom stangen 6 og katodeblokken 5, i ikke-forankringsfeltet 17, som vist i figur 5. Ikke-forankringsfeltet(-ene) 17 befinner seg nær enden 25 av katodeblokken 5, det såkalte "blokkhodet" - stangen kommer ut herfra og dekker en bestemt flate S. Ikke-forankringsfeltet(-ene) 17 er i flukt med flaten 27 til blokkhodet 25 som stangen 6 går ut fra.

Figur 3 og 4 viser to spesielle utforminger av katodeelementet 20 i henhold til oppfinnelsen. I eksemplet i figur 3 inneholder katodeelementet to parallelle koblingsstenger som løper gjennom hele katodeblokken. Hver stang inneholder altså to blokkeksterne deler 22 og to ytterseksjoner 19. I eksemplet i figur 4 har katodeelementet fire tilkoblingsstenger (også kalt "halvstenger"), som hver munner ut i et endestykke av blokken. Hver stang inneholder altså en enkelt blokkekstern del 22 og en enkelt ytterseksjon 19. I de to eksemplene legges et ledende forankringsmateriale 7 inn mellom blokken 5 og hver stang 6, unntatt i feltene i endene av blokken 5, der det finnes ikkeforankringsfelter 17 som kan fylles av varmemotstandsdyktige materialer.

Totalarealet A til det definerte området eller områdene S til ikke-forankringsfeltet 17 for hver koblingsstang 6 ligger mellom 0,5 og 25 %, foretrukket mellom 2 og 20 %, og særlig foretrukket mellom 3 og 15 % av arealet Ao av flaten So til stangen 6 - denne flaten skal normalt forankres og kalles derfor "forankringsflate". Forankringsflaten So svarer til flatene av delen 23 på stangen 6 - flatene står foran de innvendige flatene til rillen 15 i blokken 5.

Når koblingsstangen(-stengene) 6 gjennomløper hele katodeblokken 5, som vist i figur 3, er arealet Ao til forankringsflaten So vanligvis lik Lo x (2 H W), der H er stangens høyde og W er stangens bredde. I dette tilfellet, da hver tilkoblingsstang 6 har et ikkeforankringsfelt 17 i hver ende 25, er totalarealet A lik summen av arealene til hver definerte flate S.

Når koblingsstengene 6 stanses mot blokkens midtpunkt for å danne to halvstenger som justeres etter hverandre, som vist i figur 4, er arealet Ao til forankringsflaten So for hver halvstang vanligvis likt Li x (2 H W), der H er stangens høyde og W er stangens bredde.

I dette tilfellet, da hver tilkoblingshalvstang 6 har et ikke-forankringsfelt 17 i en enkelt ende 25, er totalarealet A lik området til den definerte flaten S til dette ikke-forankringsfeltet. Søkeren har imidlertid konstatert at når stangens avbrudd nær blokkens midtpunkt er forholdsvis kort, slik det vanligvis skjer, hadde det liten innvirkning på fordelingen av strøm og spenningsfall, slik at arealet A kunne defineres som om stengene gikk uavbrutt mellom de to endene.

Den definerte flaten S har vanligvis enkel form, for å lette dannelsen av ikkeforankringsfeltet 17. I såfall, når ikke-forankringsfeltet 17 dannes av manglende forankring på en lengde Ls, som vist i figur 2-4, fra flaten 27 til blokkhodet 25, er det definerte flatearealet S vanligvis lik Ls x (2 H W). Da er lengden Ls til hvert ikke-forankringsfelt 17 gjerne mellom 0,5 og 25 %, helst mellom 2 og 20 % og aller helst mellom 3 og 15 % av blokkens halve lengde Lo/2.

Tverrsnittet til innlegget 16 virker også inn på reduksjonen av det katodiske spenningsfallet. Tverrsnittet av hvert innlegg ligger med fordel mellom 1 og 50 % og helst mellom 5 og 30 % av tverrsnittet av stangen 6. Ved over 30 % av det totale tverrsnittet i innlegget fører tilleggsmengden med ledere til en betydelig kostnadsøkning med svak økning av ytelsen.

Innlegget 16 er vanligvis i form av en stang. Formen på tverrsnittet til innlegget 16 kan velges fritt, den kan være rektangulær (som vist i figur 5), sirkulær (som vist i figur 6 eller 7), eggformet eller polygonal, osv. Den er imidlertid med fordel sirkulær for å lette fabrikasjonen av tilkoblingsstangen, særlig utførelsen av hulrommet der innlegget skal legges.

Søkeren har utført beregninger for å evaluere fordelingen av katodestrømmen på flaten 28 til katodeblokken oppnådd med tidligere teknikk i sammenligning med oppfinnelsen.

Figur 8 viser resultatene av en beregning som svarer til typiske dimensjoner for koblingsstang og typisk strømstyrke for de eksisterende elektrolysecellene. Kurvene svarer til tettheten til strømmen J på blokkens øvre flate 28, uttrykt i kA/m<2>, som en funksjon av avstanden D fra blokkens ende.

Cellen inneholder 20 katodeelementer montert ved siden av hverandre. Hvert element inneholder to koblingsstenger, som vist i figur 3. Den totale strømstyrken er 314 kA.

Koblingsstengene har en lengde L lik 4,3 m, en høyde H lik 160 mm og en bredde W lik 110 mm. Lengden E til koblingsstengene som stikker ut av katodeblokkene er 0,50 m.

Kurven A, som viser tidligere teknikk, svarer til en koblingsstang som i sin helhet er av stål. Det katodiske spenningsfallet er 283 mV (mellom midtpunktet til det flytende metallaget og den anodiske rammen av kurven nedstrøms).

Kurven B, som også gjelder tidligere teknikk, svarer til en stålstang med samme dimensjoner som i tilfellet A, men som omfatter et sylinderformet innlegg av kobber med en lengde lik 1,53 m og en diameter lik 4,13 cm. Innlegget legges langs stangens symmetriske lengdeakse og brer seg ut omtrent fra stangens midtpunkt (dvs. tilnærmelsesvis fra kurvens midtplan P), til ca. halvparten av tykkelsen av belegget på cellens side 3'. Det katodiske spenningsfallet er 229 mV. I forhold til tilfellet A er reduksjonen av det katodiske spenningsfallet ca.19 %, og reduksjonen av strømtetthetstoppen er ca.18 %.

Kurven C, som gjelder oppfinnelsen, svarer til en stålstang med samme dimensjoner som i tilfellet A, men som omfatter et sylinderformet innlegg av kobber med en lengde Lc lik 1,30 m og en diameter lik 4,5 cm (tilsvarende et kobbervolum som er lik volumet i tilfellet B). Innlegget legges langs stangens symmetriske lengdeakse og brer seg, som på figur 2, ut fra stangens ytre ende til cellens innside. Ikke-forankringsfeltet har en lengde på 0,18 m, og gjelder de tre flatene som stangen normalt er forankret i. Det katodiske spenningsfallet er 190 mV. I forhold til tilfellet A er reduksjonen av det katodiske spenningsfallet ca.32 %, og reduksjonen av strømtetthetstoppen er ca.37 %. Fordelingen av katodestrømmen er langt mer homogen enn i tilfellene A og B.

Claims (19)

PATENTKRAV

1. Katodeelement (20) for utrustning av et kar (10) med elektrolysecelle (1) beregnet på produksjon av aluminium, omfattende:

- en katodeblokk (5) av karbonholdig materiale med minst én lengderille (15) på en av sideflatene (21);

- minst én koblingsstang (6) av stål, hvorav minst én del kalt "ytterseksjon" (19) skal befinne seg på utsiden av karet (10); denne ytterseksjonen er lagt inn i nevnte rille (15), slik at en del (22) av stangen kalt "blokkekstern del" stikker ut av minst én ende (25) av blokken kalt "blokkhode" og som er forankret i rillen (15) ved at et ledende forankringsmateriale (7), f.eks. ledende støpejern eller masse, legges inn mellom stangen og blokken,

k a r a k t e r i s e r t v e d at, for hver ytterseksjon (19),

- koblingsstangen (6) omfatter minst ett metallinnlegg (16), med lengden Lc, der den elektriske ledningsevnen er over ledningsevnen til nevnte stål og der minst én del befinner seg i nevnte seksjon (19);

- koblingsstangen (6) er ikke forankret i katodeblokken (5), i det minste i ett "ikkeforankringsfelt" (17) på den definerte flaten S, som befinner seg på enden av rillen (15) i blokkhodet;

- idet totalarealet A av den(de) definerte flaten(e) S eller ikke-forankringsfeltet(-ene) (17) for hver koblingsstang (6) ligger mellom 0,5 og 25 % av arealet Ao til flaten So på stangen (6) som skal forankres.

2. Katodeelement (20) i henhold til krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at hvert innlegg (16) er av kobber eller kobberbasert legering.

3. Katodeelement (20) i henhold til et av kravene 1-2, k a r a k t e r i s e r t v e d at lengden Lc av hvert innlegg (16) ligger mellom 10 og 300 % av lengden E til den blokkeksterne delen (22) av stangen (6) der innlegget er lagt.

4. Katodeelement (20) i henhold til et av kravene 1-2, k a r a k t e r i s e r t v e d at lengden Lc av hvert innlegg (16) ligger mellom 20 og 300 % av lengden E til den blokkeksterne delen (22) av stangen (6) der innlegget er lagt.

5. Katodeelement (20) i henhold til et av kravene 1-2, k a r a k t e r i s e r t v e d at lengden Lc av hvert innlegg (16) ligger mellom 110 og 270 % av lengden E til den blokkeksterne delen (22) av stangen (6) der innlegget er lagt.

6. Katodeelement (20) i henhold til et av kravene 1-5, k a r a k t e r i s e r t v e d at tverrsnittet av hvert innlegg (16) ligger mellom 1 og 50 % av tverrsnittet til stangen (6).

7. Katodeelement (20) i henhold til et av kravene 1-5, k a r a k t e r i s e r t v e d at tverrsnittet av hvert innlegg (16) ligger mellom 5 og 30 % av tverrsnittet til stangen (6).

8. Katodeelement (20) i henhold til et av kravene 1-7, k a r a k t e r i s e r t v e d at totalarealet A av den(de) definerte flaten(e) S eller ikke-forankringsfeltet(-ene) (17) for hver koblingsstang (6) ligger mellom 2 og 20 % av arealet Ao til flaten So på stangen (6) som skal forankres.

9. Katodeelement (20) i henhold til et av kravene 1-8, k a r a k t e r i s e r t v e d at totalarealet A av den(de) definerte flaten(e) S eller ikke-forankringsfeltet(-ene) (17) for hver koblingsstang (6) ligger mellom 3 og 15 % av arealet Ao til flaten So på stangen (6) som skal forankres.

10. Katodeelement (20) i henhold til et av kravene 1-9, k a r a k t e r i s e r t v e d at et elektrisk isolerende materiale er lagt mellom koblingsstangen (6) og katodeblokken (5) i ikke-forankringsfeltet(-ene) (17).

11. Katodeelement (20) i henhold til et av kravene 1-10, k a r a k t e r i s e r t v e d at hvert innlegg (16) med et definert avvik er i flukt med flaten (24) til endestykket til ytterseksjonen (19) av stangen (6).

12. Katodeelement (20) i henhold til krav 11, k a r a k t e r i s e r t v e d at nevnte definerte avvik er under eller lik ± 1 cm.

13. Katodeelement (20) i henhold til et av kravene 1-10, k a r a k t e r i s e r t v e d at ytterenden av hvert innlegg (16) er tilbaketrukket, med en definert avstand, i forhold til flaten (24) til endestykket til ytterseksjonen (19) av stangen (6).

14. Katodeelement (20) i henhold til krav 13, k a r a k t e r i s e r t v e d at nevnte definerte avstand er under eller lik 4 cm.

15. Katodeelement (20) i henhold til krav 14, k a r a k t e r i s e r t v e d at hulrommet dannet av tilbaketrekkingen av innlegget inneholder et varmemotstandsdyktig materiale.

16. Katodeelement (20) i henhold til et av kravene 1-15, k a r a k t e r i s e r t v e d at tverrsnittet til hvert innlegg (16) er sirkulært.

17. Katodeelement (20) i henhold til et av kravene 1-16, k a r a k t e r i s e r t v e d at hvert innlegg (16) ligger i et hulrom som danner et ikke-gjennomgående hull inne i stangen (6).

18. Katodeelement (20) i henhold til et av kravene 1-17, k a r a k t e r i s e r t v e d at nevnte karbonholdige materiale inneholder grafitt.

19. Elektrolysecelle (1) beregnet på produksjon av aluminium, k a r a k t e r i s e r t v e d at den omfatter minst ett katodeelement (20) i henhold til et av kravene 1-18.