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FOUR A ELECTROLYSE
La présente invention a pour objet un four à
électrolyse, destiné en particulier à la production de
l'aluminium.
Les fours et plus spécialement les fours à
5 électrolyse destinés à la production d'aluminium, sont
généralement réalisés sous la forme de constructions
massives, c'est-à-dire construits sur place avec des
matériaux solides tels que briques et béton. Les brigues
réfractaires forment la structure de base solide des éléments
10 du four. De telles constructions massives sont nécessaires,
- avec les fours connus, pour supporter les efforts importants
provoqués par la dilatation. Les dilatations créent des
efforts énormes en ra~son des températures élevées, de plu8
de 900 degrés et nécessitent des dimensions imposantes des
15 fours qui peuvent mesurer plus de dix mètres de longueur.
Même avec ces structures massives, il est fréquent que la
dilatation provoque des fissures dans les éléments du four.
L'apparition de ces fissures est incontrôlable et celles-ci
peuvent appara~tre aussi bien après quelques jours qu'après
20 quelques mois à partir de la première mise en service. Ces
, fissures rendent les installations inutilisables et les
! réparations nécessitent généralement un démontage complet du
1~ four. Ces demontages sont difficiles de par le fait que les
¦ structures sont fabriquées en matériaux solides qu'il faut
25 démolir.
Lors de réparations les immobilisations des
installations sont longues et se traduisent par des pertes
d'exploitation correspondantes. Les fours à électrolyse
utilisent énormément d'énergie pour fonctionner. Pour éviter
30 de perdre inutilement de l'énergie il est important que les
isolations soient efficaces.
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;. ,.~
Les matériaux qui sont utilisés pour former la
structure des cuves, par exemple les briques réfractaires,
ont des facteurs d'isolation qui sont assez faibles, ce qui
se traduit par des pertes importantes d'énergie thermique.
Un autre inconvénient important des installations
- existantes concerne l'efficacité des contacts électriques
entre les éléments de carbone et les barres m~talliques
J . conductrices qui apportent le courant. Des ouvertures,
correspondant aux dimensions exactes des barres, sont
lo pratiquées dans les éléments de carbone, et les barres
métalliques y sont introduites. En raison des dilatations
importantes de fours, des déformations interviennent qui
modifient la géométrie des surfaces en contact et par
,;l, endroit le contact n'est plus parfait, ce qui se traduit par
des pertes importantes d'énergie électrique.
Le but de l'invention est de remédier aux défauts
des installations connues.
i. La présente invention vise un four à électrolyse
~ pour la production de l'aluminium, comportant une cuve
;¦ 20 cathodique dont la surface intérieure du fond est recouverte
par des éléments de carbone, servant de cathode, alimentés
en courant par des barres métalliques transversales,
caractérisé en ce que le fond et les parois de la cuve
cathodique sont constitués par une pluralité d'éléments de
béton réfractaire posés sur des supports, ces éléments étant
~ maintenus solidaires les uns des autres par compression au
i~ moyen d'organes de compression élastiques exerçant une force
' parallèle à l'axe longitudinal du four, et en ce que les
surfaces de contact électrique entre lesdits éléments de
carbone et lesdites barres métalliques cathodiques sont
maintenues solidaire par compression au moyen d'organes
~ élastiques exerçant une force de compression également
`;~ - dirigée selon l'axe longitudinal du four, ainsi que par
, l'action du poids des éléments de carbone.
"
.;~ . ~,
,;
2 a 1 3 3 2 3 7 5
Les éléments de béton réfractaire et les éléments
de carbone étant maintenus ensemble par des organes
élastiques, il en résulte que toutes les tensions provoquées
par la dilatation sont absorbées par les organes élastiques.
Les structures massives des cuves ne sont plus nécessaires.
Les dilatations étant absorbées, les risques de fissures
sont /-
, /
/
' / ~
/
.. /
.. . . .
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pratiquement éliminés. Si un défaut de matière du béton
réfractaire, par exemple, provoquait une flssure, les
réparations sont très faciles par simple remplacement du seul
élément concerné.
De préférence, l'assemblage des élements de béto~ réfractaire, d'une
part, et l'assembla~e des éléments de carbone et des barres
métalliques conductxices, d'autre part, peuvent être réalisés
par l'action d'organes élastlques séparés.
De préférence, l'assemblage des él ients de béton réfractalre peut
10 par exemple être réalisé à l'aide de tiges flottantes
traversant librement les éléments en béton réfractaire, un
écrou de réglage étant monté à au moins l'une des extrémités
de chaque tige, ladite extrémité comportant un ressort de
compression et une plaque flottante insérés entre l'élément
1....... 15 en béton réfractaire d'extrémité et l'écrou, l'ensemble étant
agencé de façon que le ressort soit comprimé entre la plaque
j et l'élément en béton réfractaire d'extrémité par l'action de
J serrage de l'écrou- L'assemblage des éléments de carbone et
des barres métalliques conductrices est par exemple réalisé à
20 l'aide de tiges poussoirs comportant chacune une collerette
située entre l'élément de carbone extérieur et la plaque
flottante, de façon à maintenir un ressort en compression
entre la collerette et la plaque flottante.
~ De préférence, l'ensemble peut être monté dans une cuve, tout
i`3j 25 l'espace vide entre les éléments de béton réfractaire et la
!3` structure de la cuve pouvant être rempli avec un matériau -
isolant en matière synthétique légère et de haute valeur
d'isolation, comme par exemple de la mousse synthétique
flexible d'isolation, ce qui réduit considérablement les
30 pertes thermiques. La structure des supports peut par exemple
être simplement formée de deux rails.
....
~, De préférence, selon un mode d'exécution les surfaces de contact
..
.~,, ' ~ .
.
.,
. .
. .
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électrigue entre les éléments de carbone et les barres
métalliques conductrices sont maintenues en contact par
pression, par l'action des organes élastiques de compression
et par l^action du poids des éléments de carbone.
De préférence, le four peut co~rter des a~odes inertes ou des
anodes bipolairesO Elles peuvent être choisies combustibles
ou incombustibles.
,
De préférence la surface des él ~ nts de carbone dirigée vers
l'lntérieur de la cuve peut être recouverte d'une couche
10 mouillable d'aluminium.
;`
~n autre avantage important consiste dans le fait que
les organes élastiques maintiennent par pression les éléments
de carbone et les barres métalliques, ce qui garantit un
contact électrique parfait et indépendant des dilatations.
i i
'7 15 Avec le principe de l'invention il est possible de
produire différents éléments en pré-fabrication standardisée,
ce qui permet de réduire considérablement les coûts de
~ construction des fours et une interchangeabilité très rapide
`, des éléments.
~ .,
, ,- .
, . .
Le principe de l'invention permet aussi de modifier
, facilement des fours traditionnels existants pour les adapter
-~ selon les caractéristiques de l'invention.
: ,
D'autres avantages et caractéristiques favorables du
four selon l'invention ressortiront de la description qui
25 suit d'un exemple de four selon l'invention, et en se
référant aux dessins où :
.... .
'' la fig. 1 est une coupe longitudinale de l'ensemble de la
;, partie cathodique d'un four, représentée
schématiquement,
"
. ., .
,' ~:,.",, - - , ~, ~-,; ~:, ." " "" , ,~
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la fig. 2 est une coupe transversale selon B-B du four de la
figure 1,
la fig~ 3 est une coupe longitudinale du système
d'assemblage des éléments en béton réfractaire,
5 la fig. 4 est une coupe longitudinale du système
d'assemblage des éléments de carbone, et
la fig. 5 est une vue de la plaque flottante qui maintient
les organes élastiques.
En référence à la figure 1, des éléments de béton
10 refractaire 1 sont disposés les uns à côté des autres sur des
rails 5. Les rails sont montés dans une cuve 6. Les éléments
de béton réfractaire 1 sont pressés les uns contre les autres
par des ressorts de compression 7 qui agissent en opposition
contre les parois extérieures des deux éléments de beton
15 réfractaire 1 gui sont placés à chaque extrémité du four, et
contre des plaques flottantes 12. Les plaques flottantes sont
retenues latéralement par des écrous 10 gui collaborent avec
des tiges 9 qui traversent de part en part les éléments de
béton réfractaire 1. Des éléments de carbone 2 sont posés sur
20 les éléments de béton refractaire 1 et sur des barres
métalliques conductrices 3. Les éléments de carbone 2 et les
barres métalliques 3 sont pressés latéralement les uns contre
- les autres par la pression des ressorts 8 qui agissent en
opposition contre les plaques flottantes 12 et des poussoirs
25 11. Les poussoirs 11 agissent sur les éléments de carbone.
Des isolations 4 sont placées entre la cuve 6 et les éléments
de béton réfractaire 1.
La figure 2 montre une coupe transversale du four.
Les rails 5 sont placés dans la cuve 6. Les isolations 4
30 remplissent les espaces vides, entre les éléments de béton 1,
la cuve 6 et 1es rai1s S. Les barres métalliques 3 traversent
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le four sur toute la largeur. Des trous 9' sont pratiqués
dans les parois des éléments de béton 1 pour permettre le
passage des tiges 9.
Le système d'assemblage des éléments de béton
5 réfractaire 1 est montré en détail à la figure 3. Des tiges 9
qui sont filetées aux extrémités, traversent les éléments de
béton réfractaire 1 et les parois de la cuve Ç, librement.
Des écrous 10 sont montés collaborant avec les filetages des
tiges 9, et maintiennent latéralement les plaques flottantes
10 12. Des ressorts de compression 7 sont montés flottants sur
les tiges 9 entre les plaques flottantes 12 et des douilles
13 montées flottantes sur les tiges 9. Le~ douilles 13
s'appuient contre les parois latérales extérieures des
. éléments de béton réfractaire 1. En vissant les écrous 10,
15 ceu~-ci poussent les plaques flottantes 12 vers l'intérieur,
ce qui comprime les ressorts de compression 7 contre les
l éléments de béton réfractaire 1 par l'intermédiaire des
: douilles 13. La valeur de la pression d'assemblage des
- éléments de béton réfractaire 1 est réglable par le
3 20 déplacement des écrous 10, de façon à comprimer plus ou moins
.3 les ressorts de compression 7. Selon une variante
d'exécution, les ressorts de compression 7 peuvent être
~ montés à l'extérieur de la plaque 12, entre la plaque et les
:. écrous 10.
~ 25 Le système d'assemblage des éléments de carbone 2 et
;. des barres métalliques conductrices 3 est montré en détail à
la figure 4. Des tiges poussoirs 11 sont montées coulissantes
.~ dans les parois extérieures latérales des éléments de béton
' réfractaire 1 et dans les plaques flottantes 12. Les
. 30 extrémités intérieures des tiges poussoirs 11 agissent contre
~ . les parois extérieures latérales des éléments de carbone 2.
j Des ressorts de compression 8 sont placés entre les plaques
flottantes 12 et les collerettes 11' des tiges poussoirs 11.
Le déplacement vers l'intérieur des plaques flottantes 12
~,
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,~
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.~. '~,.'1 ' ': . ., : . . : : , :
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sous l'action du vissage des écrous 10 comprime les ressorts
8, de la même manière que les ressorts 7. Selon une variante
d'exécution, les tiges poussoirs 11 sont munies d'écrous de
serrage montés à leurs extrémités, les ressorts de
5 compression 8 étant alors disposés à l'extérieur de la plaque
12, entre la plaque et les écrous.
L'assemblage des éléments de carbone 2 et des barres
métalliques 3 est obtenu par la pression des tiges poussoirs
11 contre les parois latérales des éléments de carbone 2,
¦ lO extérieurs. Cette pression maintient latéralement les
¦ éléments de carbone 2 contre les barres métalliques 3, et
garantit un contact électrique parfait. La pression de
Z contact entre les faces horizontales des barres métalliques 3
et les éléments de carbone 2 est obtenue par le poids des
15 éléments de carbone 2 qui sont posés sur les barres
métalliques 3.
La figure 5 montre une vue d'une plaque flottante 12
et le positionnement transversal des tiges 9, des écrous 10
et des tiges poussoirs 11.
De nombreuses variantes d'exécution du four peuvent
être réalisées. En particulier, les éléments de béton
réfractaire peuvent 8tre disposés sur tous autres supports
que des rails, pour autant que ces supports leur permettent
- un déplacement par glissement (ou équivalent, comme par
25 exemple roulement) longitudinal et/ou latéral. La présence
~, d'une cuve dans laquelle sont disposés les supports n'est pas
indispensable, ceux-ci pouvant aussi être directement posés
i sur le sol.
.~ .
¦ Dans un mode d'exécution simplifié, les t~ges 9
30 destinées à l'assemblage des élément~ de béton réfractaire
, peuvent aussi être montées à l'extérieur desdits éléments et
~ non les traverser.
i~
,'~ . .
