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WO 2007/080264 PCT/FR2006/002730
PROCEDE PERMETTANT D'ENLEVER LES RESTES D'ANODES ACCROCHES AUX
ANODES USEES PROVENANT DES SERIES D'ELECTROLYSE IGNEE
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention concerne la production d'aluminium par électrolyse ignée. Elle
concerne plus particulièrement un procédé permettant d'enlever les blocs
carbonés et les douilles métalliques accrochés aux tiges des anodes en vue de
réutiliser les tiges et pieds d'anodes ainsi nettoyés et de recycler les
matériaux
io enlevés. Ce procédé concerne essentiellement l'enlèvement des restes
d'anodes des anodes usées mais il peut également concerner le
dévêtissement d'anodes neuves défectueuses.
ETAT DE LA TECHNIQUE
L'aluminium est produit industriellement par électrolyse ignée, c'est-à-dire
par
électrolyse de l'alumine en solution dans un bain de cryolithe fondue, appelé
bain d'électrolyte, selon le procédé Hall-Héroult. Le bain d'électrolyte est
2o contenu dans des cuves d'électrolyse qui comprennent un caisson en acier
revêtu intérieurement de matériaux réfractaires et/ou isolants et un ensemble
cathodique situé au fond de la cuve. Des anodes, typiquement en matériau
carboné, sont fixées à une superstructure pourvue de moyens qui permettent
de les déplacer verticalement, lesdites anodes étant consommées
progressivement au cours du processus d'électrolyse. L'ensemble formé par
une cuve d'électrolyse, ses anodes et le bain d'électrolyte est appelé cellule
d'électrolyse. Les anodes comprennent une tige en métal conducteur,
associée à un dispositif d'accrochage sur ladite superstructure et à un
dispositif
de connexion électrique, et un bloc en matériau carboné qui constitue le
3o corps de l'anode et qui est introduit à l'intérieur du bain d'électrolyte.
La liaison
entre la tige d'anode et le corps en matériau carboné se fait par
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l'intermédiaire d'un pied, typiquement en acier, solidaire de la base de la
tige
et qui a en général une forme de candélabre retourné, chaque branche du
candélabre étant associée à une extrémité cylindrique dont l'axe est parallèle
à la tige et que l'on appelle "rondin". En général, ces rondins sont
introduits à
l'intérieur d'évidements réalisés sur la face supérieure du bloc en matériau
carboné et les interstices existant entre les rondins et les alésages sont
comblés
en coulant un métal en fusion, typiquement de la fonte. Les douilles
métalliques
ainsi réalisées - appelées également timbales - permettent d'assurer un bon
accrochage mécanique et une bonne liaison électrique entre la tige et le bloc
io en matériau carboné.
En fonctionnement, une usine d'électrolyse nécessite le remplacement régulier
des anodes qui sont consommées tout au long de la production d'aluminium.
La régénération d'une anode usée est une opération économique impérative
1s qui consiste à enlever le bain d'électrolyte refroidi resté collé sur le
mégot
d'anode (bloc de carbone résiduel), à enlever ensuite le mégot et les timbales
pour les recycler, et enfin à nettoyer, et redresser si nécessaire, l'ensemble
constitué par la tige et le pied d'anode en vue de l'associer à un nouveau
bloc
en matériau carboné et obtenir ainsi une nouvelle anode. D'autre part,
2o certaines anodes nouvelles (typiquement 1 à 2 % d'entre elles) peuvent
présenter des défauts, par exemple un bloc de carbone fissuré, tels qu'elles
doivent être mises de côté pour être directement retournées et recyclées avec
les anodes usées, sans avoir été introduites dans les cellules d'électrolyse.
25 Jusqu'à présent, les timbales et les mégots étaient, en règle générale,
enlevés à
l'aide de dévêtisseurs agissant de haut en bas, l'anode étant maintenue en
position verticale. Les pieds d'anode étaient plus ou moins directement soumis
aux efforts du dévêtisseur et leur durée de vie était très courte.
3o En général, les dévêtisseurs étaient spécialisés, les uns pour n'enlever
que le
bloc de carbone ("dégrafeuses"), les autres pour n'enlever que les timbales
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("défonteuses"). Par exemple, la demande de brevet allemand DE 41 28 522
décrit une dégrafeuse dans laquelle le dévêtisseur et un dispositif d'appui
sont
introduits entre le reste d'anode et les branches transversales du pied
d'anode,
le dispositif d'appui étant placé au contact de la face inférieure desdites
branches transversales et protégeant celles-ci lorsque le dévêtisseur est
actionné vers le bas pour fragmenter le mégot d'anode. La dégrafeuse décrite
par la demande DE 41 28 522 comprend également un dispositif en forme de
couteau qui est actionné du bas vers le haut en fin de dégrafage pour
fragmenter et enlever les derniers morceaux du reste d'anode encore
io accrochés aux rondins. La demande internationale WO01 /57291 décrit une
défonteuse dans laquelle le dévêtisseur se présente sous la forme d'un
ensemble de poinçons élancés, placés sous les rondins et dans leur alignement,
de diamètre inférieur à celui des rondins et agissant vers le haut, la face
supérieure des timbales étant bloquée par une paroi de butée de sorte que,
1s lors de la remontée des poinçons, les timbales se déforment et se détachent
des rondins, tout en restant piégées par les poinçons élancés.
La demande de brevet GB 1 269 809 décrit un système comportant un
dévêtisseur hydraulique agissant vers le bas et des dispositifs de serrage
latéral
2o hydrauliques, Ce système présente l'avantage de proposer l'enlèvement des
blocs de carbone (dégrafage) et celui des timbales (défontage) en une seule
opération avec la même machine. Le dévêtisseur particulier de cette
demande consiste en un bélier qui frappe le mégot pour le fragmenter, ledit
bélier étant muni d'un racloir qui, passant au voisinage du rondin, permet de
25 déformer et détacher les timbales.
La demande de brevet W096/25536 reprend l'idée du dégrafage et du
défontage effectués avec la même machine proposée dans GB 1 269 809 et
celle du mouvement de l'outillage d'attaque du bloc carboné du bas vers le
30 haut déjà proposé dans DE 41 28 522. Placé entre une plaque fixe et
l'outillage
d'attaque, le reste d'anode est soumis à des contraintes telles qu'il se
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fragmente puis se détache du pied d'anode. Mais les fragments de mégot et
les timbales sont évacués en vrac et il faut effectuer un tri ultérieur des
déchets.
De plus, la plaque fixe joue un rôle de butée inégalement répartie suivant les
rondins, et, en particulier lors de l'enlèvement des timbales, il se crée des
efforts
latéraux importants susceptibles d'endommager gravement les pieds, voire les
tiges d'anodes.
La demande de brevet allemand DE 44 10 599 reprend également l'idée du
io dégrafage et du défontage effectués avec la même machine. Elle propose,
pour chaque rondin concerné, un dispositif de butée qui entoure au moins
partiellement ledit rondin et un poinçon de dévêtissement, le dispositif de
butée et le poinçon étant mobiles par rapport au rondin et pouvant se
déplacer l'un vers l'autre au moyen d'un actionneur. Grâce à un évidement qui
est ménagé dans le dispositif de butée et qui entoure le rondin avec un
diamètre supérieur à celui de la timbale, le poinçon fragmente d'abord le
mégot, évacue les fragments de mégot puis déforme et détache les timbales.
Ce dernier procédé présente l'avantage de réaliser avec une seule machine
2o les étapes dégrafage et de défontage tout en récupérant séparément les
blocs fragmentés de mégot et les timbales. Il présente toutefois deux
inconvénients:
a) il faut autant de dispositifs de ce type que de rondins et ceci pose un
réel
problème d'encombrement, en particulier avec le système revendiqué où le
dispositif de butée et le poinçon sont placés aux extrémités de bras porte-
outils
substantiellement horizontaux et pivotant l'un vers l'autre autour d'un axe
horizontal commun, tels les bras d'une énorme pince;
b) au cours du dégrafage, les efforts sont tels que de gros blocs de matériau
carboné peuvent se détacher en entraînant avec eux des timbales, si bien
so que, les dispositifs de broyage utilisés pour le recyclage du matériau
carboné
étant fragiles, il est quand même nécessaire d'effectuer un contrôle sur les
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fragments de mégot récupérés, de reconnaitre et isoler les gros blocs
contenant des timbales, de les extraire du lot pour reprendre leur
fragmentation et récupérer la ou les timbales.
L'invention a pour but de définir un procédé de dégrafage et de défontage
des anodes usées (ou neuves rebutées) qui utilise un dispositif unique mais ne
présente pas les inconvénients présentés ci-dessus, en particulier qui permet
de
faire un tri efficace des déchets pour éviter l'emploi d'équipements lourds et
coûteux tels que des broyeurs spécifiques et/ou des déferreurs magnétiques.
DESCRIPTION DE L'INVENTION
Un premier objet selon l'invention est un procédé permettant d'extraire le
mégot d'anode et les timbales accrochés à une anode usée, comprenant les
1s étapes suivantes:
a) mise en place du mégot de l'anode usée entre un dispositif de butée et un
dispositif d'attaque, ledit dispositif d'attaque pouvant être déplacé à l'aide
d'un actionneur en direction dudit dispositif de butée, ledit dispositif de
butée entourant, au moins partiellement, chaque rondin du pied de la tige
d'anode et présentant une première butée bloquant l'avance du mégot,
ledit dispositif de butée étant pourvu, autour de chaque rondin, d'un
évidement présentant une deuxième butée qui bloque l'avance desdites
timbales;
b) déplacement de l'anode usée jusqu'à ce que le mégot soit bloqué par la
première butée;
c) déplacement du dispositif d'attaque en direction du dispositif de butée de
sorte qu'il arrive en contact avec ledit mégot d'anode et impose sur ledit
mégot des efforts tels que ce dernier se fragmente et que les fragments se
détachent du mégot;
3o d) évacuation des fragments de mégot;
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e) poursuite du déplacement du dispositif d'attaque de sorte que les timbales
sont bloquées par la deuxième butée et sont détachées des rondins;
f) arrêt et retrait du dispositif d'attaque;
ledit procédé étant caractérisé en ce que la distance axiale entre ladite
première butée et ladite deuxième butée est supérieure ou substantiellement
égale à la hauteur desdites timbales.
Lorsque le mégot est suffisamment fragmenté et ne peut plus être retenu par la
première paroi, les rondins avancent sous l'effet de l'avancée du dispositif
io d'attaque à l'intérieur desdits évidements en entraînant des portions de
mégot
encore accrochées aux timbales. Ainsi, en fin de dégrafage, les timbales
peuvent se déplacer de la première butée à la deuxième butée, recouvertes
par une sorte de manchon en matière carbonée. Pendant toute cette
remontée, d'autant plus longue que la hauteur de l'évidement est grande, la
75 timbale est peu sollicitée mécaniquement alors que les derniers fragments
de
carbone tombent. Ceci permet de séparer aisément les deux phase de
dévêtissement et facilite ainsi la réception séparée des fragments carbonés et
des timbales.
2o De préférence, l'évidement a une forme générale qui s'appuie sur un
cylindre
coaxial au rondin. Son diamètre excède typiquement celui de la timbale d'une
vingtaine de millimètres. La paroi latérale de l'évidement peut présenter un
état de surface tel qu'elle peut retenir le matériau carboné (reliefs ménagés
dans l'alésage, tels que stries, bourrelets, typiquement en forme d'hélices,
25 etc...) et générer ainsi un cisaillement susceptible de terminer la
fragmentation
des bouts du mégot encore accrochés sur le rondin.
De préférence également, le dispositif d'attaque est muni de moyens
d'attaque qui comprennent au moins des protubérances axiales qui, lorsque le
3o mégot n'est plus retenu par la première butée - c'est-à-dire en fin de
dégrafage et au cours du défontage - se présentent substantiellement dans
l'alignement de chaque rondin. De la sorte, les efforts engendrés par le
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dispositif d'attaque sont substantiellement axiaux et les timbales risquent
moins
de se détacher des rondins, tant qu'elles ne sont pas bloquées par la deuxième
butée.
Le procédé selon l'invention est mis en oeuvre après un premier nettoyage de
l'anode usée qui consiste à enlever le bain d'électrolyte qui reste accroché
sur
le mégot. On dirige ensuite l'anode usée vers la machine de dégrafage et de
défontage où l'on place le mégot entre un dispositif de butée et un dispositif
d'attaque.
Le dispositif d'attaque peut être déplacé à l'aide d'au moins un actionneur,
typiquement un vérin hydraulique. Le déplacement peut être, comme dans
WO96/25536, une simple translation ou, comme dans DE 44 10 599, une rotation
autour d'un axe horizontal. En fait, le déplacement s'effectue suivant une
direction quelconque substantiellement constante, globalement définie par le
couple formé par la position relative du dispositif d'attaque par rapport au
dispositif de butée, l'attaque devant être effectuée de façon
substantiellement
frontale. Par la suite, les déplacements effectués dans cette direction seront
nommés "axiaux". Dans la pratique, on choisit la direction verticale, ce qui
2o permet d'éviter l'installation d'un dispositif supplémentaire de
manutention des
anodes. En effet, l'anode usée est transportée en général à l'aide d'un
convoyeur aérien, à la verticale, c'est-à-dire accrochée au convoyeur par
l'extrémité supérieure de sa tige. Une fois placée dans ladite machine, sa
tige
est maintenue par des moyens de maintien, typiquement des pinces de
centrage, qui autorisent un déplacement axial de la tige, le pied de tige
devant avoir la possibilité de se déplacer dans cette direction lorsqu'il est
atteint par le dispositif d'attaque. De façon à permettre ledit déplacement
axial, les moyens de maintien sont avantageusement munis, au contact avec
la tige, de patins à faible coefficient de frottement. Le choix d'une
direction
3o verticale permet d'autre part d'utiliser la gravité pour récupérer les
déchets.
Dans ce cas, le dispositif d'attaque est avantageusement actionné par un
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ensemble de vérins situés en dehors de la zone de chute et de réception des
déchets.
Le dispositif d'attaque possède avantageusement des protubérances axiales
qui, au moins en fin de dégrafage et au cours du défontage, se présentent
substantiellement dans l'alignement de chaque rondin. De préférence, le
dispositif d'attaque selon l'invention sera muni de deux moyens différents:
a) des protubérance pointues, typiquement en forme de pyramides ou de
couteaux, qui ne sont pas placées dans l'axe des rondins de façon à attaquer
io en début de dégrafage le mégot dans les zones éloignées des rondins et
b) des poinçons qui finissent le dégrafage en ce sens qu'ils achèvent la
fragmentation des restes de mégot accrochés au voisinage des rondins et
servent ensuite au défontage. Avantageusement, lesdits poinçons présentent
une extrémité arrondie avec un diamètre inférieur à celui des rondins. Ils
sont
placés dans l'axe desdits rondins au moment où ils arrivent à leur contact. De
préférence, ils sont tronconiques et de faible élancement.
De préférence, les protubérances pointues, ou couteaux, sont agencées
suivant un ou plusieurs plans de symétrie de la configuration géométrique
2o constituée par la disposition des rondins, ce qui permet une attaque du
mégot
bien répartie spatialement et évite ainsi la formation d'efforts latéraux
susceptibles de déformer le pied de tige. De préférence, les poinçons sont en
forme de tronc de cône et présentent un faible élancement (rapport
hauteur/diamètre moyen typiquement inférieur à 1). De la sorte, ils sont plus
robustes et ne piègent pas les timbales une fois que celles-ci sont détachées
des rondins. La conicité de la paroi latérale permet de faire "éclater" les
timbales au fur et à mesure de l'avancée du poinçon vers la seconde butée.
Cet éclatement peut également être favorisé en équipant cette paroi latérale
tronconique d'arêtes vives en saillie radiale qui favorisent la fracturation.
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Ledit dispositif de butée entoure les rondins au moins partiellement avec un
jeu:
en particulier sous l'effet du déplacement du dispositif d'attaque, il est
impératif
que la tige, le pied de tige et les rondins puissent se déplacer axialement
alors
que le mégot et/ou les timbales sont bloqués. Ledit dispositif de butée
entoure
au moins partiellement chaque rondin; il présente une première butée
agencée de telle sorte qu'elle bloque l'avance axiale du mégot et une
deuxième butée décalée axialement de la première et agencée de telle sorte
qu'elle bloque l'avance axiale des timbales. En général, la première et
deuxième butée n'entourent que partiellement les rondins, de façon à ce que
7o le dispositif de butée puisse laisser passer librement les branches
transversales
du pied de la tige d'anode en forme de candélabre inversé. Toutefois, les
efforts engendrés au cours du défontage étant très élevés, il est avantageux
de réaliser un dispositif qui, tout en laissant passer librement les branches
transversales du pied de la tige d'anode, se voit muni, au moins pendant le
défontage, d'une deuxième butée qui entoure complètement le rondin. Le
dispositif décrit dans l'exemple ci-après est muni d'une deuxième butée qui
entoure complètement le rondin dès le début du dégrafage.
Le dispositif de butée selon l'invention peut être réalisé en une seule pièce,
2o comme la plaque décrite dans DE 41 28 522 et qui comprend autant
d'échancrures qu'il y a de rondins. Autreme'nt dit, ce peut être une plaque
épaisse dont une face, correspondant à la première butée, est munie
d'évidements entourant les rondins et dont le fond correspond à la deuxième
butée. Toutefois, une telle plaque serait, selon l'invention, très épaisse
puisque,
à elle seule, la différence des niveaux entre la première et la deuxième butée
est sensiblement égale à la hauteur des timbales, qui est typiquement de
l'ordre de 130 mm, On peut avantageusement utiliser une plaque de moindre
épaisseur mais suffisamment solide pour résister aux efforts engendrés par le
dévêtissement, cette plaque offrant une face faisant office de deuxième
3o butée et sur laquelle sont fixées, autour des encoches réservées aux
rondins, et
entourant au moins partiellement lesdits rondins, des parois axiales,
typiquement en forme de cylindre ou de prisme, dont la hauteur est
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sensiblement égale à la hauteur des timbales et dont l'extrémité libre fait
office
de première butée.
Mais le dispositif de butée peut également être constitué, comme dans
DE 44 10 599, de dispositifs individualisés, ou unités, qui assurent un appui
spécifique et indépendant autour de chaque rondin, car de tels ensembles
engendrent moins d'efforts latéraux dommageables pour le pied d'anode. Le
dispositif présenté dans l'exemple détaillé ci-après est constitué de
dispositifs
individualisés, moins encombrants que ceux de DE 44 10 599. Il présente
io également la particularité d'avoir une première butée constituée en fait
d'un
ensemble de facettes disposées régulièrement autour de chacun des rondins.
Dans l'exemple qui suit, ces facettes, de très faible superficie, sont placées
aux
extrémités d'ergots disposés régulièrement autour d'une couronne, la face
supérieure de la base de cette couronne servant également de butée axiale
75 intermédiaire. Lesdits ergots n'étant pas alignés avec les moyens du
dispositif
d'attaque, des efforts de flexion sont générés dans le bloc carboné, ce qui
facilite la fragmentation du mégot.
Dans l'exemple exposé ci-après, ladite unité comprend un manchon externe et
2o un manchon interne qui peut se déplacer à l'intérieur dudit manchon
externe,
l'extrémité supérieure dudit manchon externe étant solidaire du châssis de la
machine, l'extrémité inférieure dudit manchon externe entourant partiellement
le rondin associé et présentant une face jouant le rôle de première butée,
ledit
manchon interne possédant une paroi d'extrémité qui, lorsque ledit manchon
25 interne arrive en butée axiale contre une paroi solidaire du châssis de la
machine, joue le rôle de ladite seconde butée. De plus, l'extrémité inférieure
du
manchon externe est munie d'ergots axiaux dont la face d'extrémité joue le
rôle
de première butée. D'autre part, ledit manchon interne est constitué d'un
couple de mâchoires que l'on peut ouvrir pour laisser passer les bras
3o transversaux du pied d'anode.
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L'anode usée (ou l'anode neuve rebutée) est déplacée, soit par le dispositif
d'attaque, soit par un actionneur spécifique, jusqu'à ce que le mégot arrive
en
butée axiale contre la première butée. Le dispositif d'attaque impose un
déplacement à la partie inférieure du mégot d'anode alors que sa partie
supérieure est bloquée. Ceci engendre sur ledit mégot des efforts tels que ce
dernier se fragmente et que les fragments se détachent les uns après les
autres
du mégot. Comme indiqué plus haut, cette première phase de fragmentation
du mégot est avantageusement assurée avec des moyens particuliers,
typiquement des couteaux, qui sont par exemple disposés dans un ou plusieurs
plans de symétrie de la configuration spatiale des rondins.
Pour faciliter la fragmentation du mégot dans une zone éloignée du rondin, le
dispositif de butée est avantageusement muni d'ergots axiaux orientés vers le
bas et disposés régulièrement autour des rondins. La face d'extrémité de ces
ergots peut constituer ladite première butée.
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Lorsque l'essentiel du mégot est fragmenté et détaché, il reste des portions
encore accrochées à proximité des rondins qui, de ce fait, ne sont pas
immobilisées par la première butée. Le dispositif d'attaque continuant à
avancer, les protubérances axiales finissent par arriver au contact du mégot
résiduel et, agissant dans l'axe des rondins, imposent à ceux-ci un
déplacement
axial. Tant que les timbales ne sont pas immobilisées par la deuxième butée,
le
mégot résiduel est soumis à des efforts de cisaillement essentiellement dus au
frottement contre la paroi latérale de l'évidement. On achève ainsi la
io fragmentation des restes de mégot accrochés au voisinage du rondin. On peut
remarquer à ce stade du procédé l'avantage d'un décalage axial important
entre la première butée et la deuxième butée qui permet que la finition du
dégrafage se réalise sans risque de détachement des timbales. Selon
l'invention, on choisit un décalage axial qui est supérieur ou
substantiellement
égal à la hauteur des timbales, c'est-à-dire typiquement supérieur à la moitié
de la hauteur desdites timbales et de préférence au moins égal à ladite
hauteur.
Ce décalage permet également de définir un laps de temps au cours duquel
2o on peut décider d'arrêter l'avance et même effectuer un léger recul,
typiquement sur une distance de l'ordre de la moitié de la hauteur des
timbales, pour faciliter le détachement et permettre la réception des derniers
fragments de mégot ainsi que leur évacuation vers les dispositifs de broyage
et
l'installation de fabrication des blocs en matière carbonée. Une fois ces
déchets évacués de la zone de réception, le dispositif d'attaque est à nouveau
mis en mouvement: il poursuit son déplacement axial de sorte que les timbales
finissent par être bloquées par la deuxième butée.
Lorsque la timbale est immobilisée par la deuxième paroi, la protubérance
axiale du dispositif d'attaque continuant à avancer, il se produit un effort
de
cisaillement important agissant directement à la frontière entre rondin et
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timbale et ladite timbale finit par se détacher du rondin, La protubérance
axiale étant conçue pour ne pas retenir la timbale, celle-ci tombe vers la
zone
de réception qui vient d'être débarrassée des fragments de mégots et il suffit
d'évacuer lesdites timbales qui sont fragmentées, grenaillées puis dirigées
vers
les fours de fusion.
Ainsi, avec le décalage axial entre la première butée et la deuxième butée, on
finit le dégrafage en imposant des cisaillements faibles et on évite tout
risque
de détachement intempestif des timbales. On sépare ainsi plus facilement
io l'étape de fragmentation du mégot d'anode et l'étape d'arrachage des
timbales, en étant plus sûr de ne récupérer que des fragment de carbone lors
de la première étape. De plus, un décalage axial important entre les deux
butées permet d'éviter l'emploi de poinçons élancés, donc fragiles, ou de
dispositifs supplémentaires, de type électro-aimants pour retenir les
timbales.
Avec le procédé selon l'invention, il n'est pas besoin d'utiliser d'autre
moyen
que la gravité pour éloigner les déchets lorsqu'ils se détachent du reste
d'anode, La séparation des déchets est effectuée d'office par la séparation
temporelle effective entre les deux opérations: dégrafage puis défontage. Il
est
alors possible de concevoir un dispositif de tri peu coûteux, et simple de
2o conception: on peut soit diriger les déchets au cours de leur chute vers
une
destination spécifique à la nature des déchets en train de tomber, soit
utiliser
une zone de réception commune et lui associer au moins un moyen
d'évacuation qui dirige lesdits déchets vers une destination spécifique à la
nature des déchets réceptionnés.
On peut par exemple placer sous le reste d'anode, de préférence sous le
dispositif d'attaque, une paroi oblique qui barre la chute des déchets
carbonés
et les fait rebondir dans une direction donnée. Lorsque la première opération
(dégrafage) est terminée, on fait pivoter ladite paroi oblique de sorte que
les
timbales sont projetées dans une direction différente, de préférence opposée,
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Une modalité préférée de l'invention présente un dispositif de dégrafage et de
défontage avec un dispositif de tri intégré comprenant une soie de réception
commune qui permet de collecter les déchets carbonés et les timbales et sur
laquelle on fait circuler un racleur en va-et-vient qui suit le cycle suivant:
a) après la première opération (dégrafage), le racleur est animé d'un
mouvement transversal pour pousser les déchets carbonés vers une première
zone de transfert qui se trouve en dehors de la zone de réception des déchets
et où les fragments de mégot sont amenés vers l'atelier de préparation des
blocs de carbone, typiquement via un convoyeur à bande circulant à
70 proximité, par exemple le long d'une face latérale de la machine;
b) pendant la deuxième opération (défontage), le racleur reste immobile dans
cette première zone de transfert
c) après la deuxième opération, le racleur est animé d'un mouvement
transversal opposé au précédent pour franchir à nouveau la zone de réception
75 des déchets et pousser les timbales vers une deuxième zone de transfert,
qui se
trouve en dehors de la zone de réception des déchets et où les timbales sont
emportées vers les fours de fusion, typiquement via un convoyeur à bande
circulant à proximité, par exemple le long de l'autre face latérale de la
machine;
2o d) le racieur reste immobile dans cette deuxième zone de transfert pendant
la
première opération (dégrafage) du cycle suivant.
Avantageusement, la table de réception est constituée d'un châssis ancré
dans le sol, lequel reçoit sur sa partie supérieure une table robuste. Ces
deux
25 parties sont fixées l'une à l'autre par l'intermédiaire de moyens de
liaison
élastique, typiquement des plots amortisseurs en caoutchouc, qui permettent
l'absorption des chocs lors de la chute des déchets. De préférence également,
l'ensemble du dispositif est muni d'un réseau de dépoussiérage, en particulier
la
zone de dévêtissement des anodes, la zone de réception des déchets et les
3o zones de chute sur les convoyeurs d'évacuation qui sont entièrement
capotées
et connectées audit réseau de dépoussiérage.
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Un autre objet de l'invention est une machine de dégrafage et de défontage
permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention décrite supra,
apte à dévêtir autant les anodes usées que les anodes neuves rebutées,
comprenant un dispositif de butée et un dispositif d'attaque, ledit dispositif
d'attaque pouvant être déplacé à l'aide d'un actionneur en direction dudit
dispositif de butée, ledit dispositif de butée entourant, au moins
partiellement,
chaque rondin du pied de la tige d'anode et présentant une première butée
bloquant l'avance du mégot, ledit dispositif de butée étant pourvu, autour de
io chaque rondin, d'un évidement présentant une deuxième butée qui bloque
l'avance desdites timbales, ladite machine étant caractérisée en ce que la
distance axiale entre ladite première butée et ladite deuxième butée est
supérieure ou substantiellement égale à la hauteur desdites timbales.
75 Cette machine peut présenter les caractéristiques supplémentaires ou les
variantes décrites ci-dessus et dans l'exemple ci-après, en particulier le
dispositif
de butée comprenant des unités composées d'un manchon externe et d'un
manchon interne coulissant dans le manchon externe, le dispositif d'attaque
possédant des couteaux disposés dans au moins un plan de symétrie des
2o rondins et des poinçons disposés dans l'alignement des rondins, le
dispositif
d'attaque mû par un ensemble d'actionneurs non situés dans la zone de
réception des déchets et le dispositif de tri intégré à ladite machine,
comprenant un racieur actionné en va-et-vient.
FIGURES
La figure 1 représente schématiquement, en une perspective de contre-
plongée, l'intérieur d'une machine particulière permettant de mettre en oeuvre
3o le procédé selon l'invention, illustré au moment où l'anode usée - ou
l'anode
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neuve rebutée (illustrée ici) - est mise en place dans la machine, entre le
dispositif d'attaque et le dispositif de butée.
La figure 2 détaille schématiquement, en une perspective de plongée, une
unité du dispositif de butée de la machine illustrée en figure 1. La tige et
le pied
d'anode font l'objet d'une représentation filaire, sauf le rondin associé à
ladite
unité. Deux étapes différentes du procédé sont représentées:
(2a) la phase de démarrage, avant que l'anode usée arrive en butée axiale
contre la première butée et
io (2b) le début de la phase de défontage, lorsque les timbales arrivent en
butée
axiale contre la deuxième butée.
La figure 3 illustre schématiquement, en une perspective de contre-plongée, le
même dispositif à une phase antérieure à celle de la figure 2b), le dispositif
75 d'attaque étant cette fois-ci représenté. Cette phase antérieure correspond
au
début de la montée des rondins munis de leur manchon ou "gangue" de
matériau carboné (non représenté) à l'intérieur des évidements du dispositif
de
butée.
2o La figure 4 illustre en vue de face un dispositif intégré à la précédente
machine
qui permet, à l'aide d'un racleur, d'évacuer séparément les fragments de
mégot et les timbales.
25 Exemple (Figures 1 à 4)
Le procédé selon l'invention est décrit ici en s'appuyant sur une machine
particulière, illustrée figures 1 à 4, utilisée pour le mettre en oeuvre.
so L'anode usée 100 comprend une tige 120 en métal conducteur et un mégot
110 en matériau carboné. La liaison entre la tige et le corps en matériau
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carboné se fait par l'intermédiaire d'un pied 121 en acier, solidaire de la
base
de la tige et qui est en général en forme de candélabre retourné, chaque
branche 123 du candélabre étant associée à un rondin 122. Dans le cas
particulier de cet exemple, le corps carboné est fixé à la tige par
l'intermédiaire
de 4 rondins 122. La liaison mécanique et électrique entre le corps carboné et
chaque rondin est assurée par une timbale en fonte 130.
L'anode usée 100 est introduite en position verticale dans la machine de
dégrafage et de défontage. Le mégot 110 et le pied d'anode 120 sont
io introduits entre un dispositif de butée 200 et un dispositif d'attaque 300.
Le dispositif d'attaque 300 est animé par un ensemble de vérins (non
représentés) agissant verticalement. Pour éviter d'encombrer la table de
réception, les vérins sont décalés et agissent sur une épaisse poutre 310 dont
la
longueur est supérieure à celle du mégot 110. Cette poutre 310 est actionnée
par deux vérins agissant à chaque extrémité de ladite poutre (non illustrés),
ménageant ainsi un espace libre et sans obstacle sous ladite poutre, apte à
recueillir les déchets qui ont été détachés du reste d'anode et sont tombés.
2o Le dispositif d'attaque possède des poinçons 320 qui se présentent
substantiellement dans l'alignement de chaque rondin 122. II y a ici deux
moyens d'attaque différents: des protubérances pointues et des couteaux 330
qui ne sont pas placées dans l'axe des rondins et lesdits poinçons 320 qui se
présentent sous la forme de troncs de cône peu élancés, avec une extrémité
arrondie 321 qui a un diamètre d'attaque inférieur à celui des rondins 122.
Lorsque le mégot est suffisamment fragmenté, ces poinçons arrivent au
voisinage de la base des rondins, dans l'alignement de ces derniers. Ils font
remonter les rondins et leurs gangues résiduelles de matériau carboné dans
l'alésage ménagé dans les manchons externes 210 du dispositif de butée. Les
3o manchons internes 220 sont entraînés par les rondins, via les timbales,
jusqu'à ce
qu'ils soient immobilisés par une paroi fixe 400, associée au châssis de la
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machine. La paroi inférieure 221 des manchons internes fait alors office de
seconde butée 225.
Les protubérances pointues sont agencées suivant un plan de symétrie de la
configuration géométrique constituée par la disposition des quatre rondins
122,
ce qui permet une attaque régulièrement répartie du mégot et évite la
formation d'efforts latéraux susceptibles de déformer le pied de tige 121,
voire
la tige d'anode 120.
1o Le dispositif de butée 200 est ici un ensemble de quatre unités
individualisées
(200.1, 200.2, 200.3, 200.4), chacune d'entre elles entourant partiellement un
rondin 122 de telle sorte que ledit rondin et le bras transversal 123 du pied
de
tige qui lui est associé puissent se déplacer librement suivant la direction
verticale.
Chaque unité est composée d'un manchon externe 210 dont l'extrémité
supérieure est solidaire du châssis de la machine et dont l'extrémité
inférieure
216 est en forme de couronne entourant partiellement le rondin 122 associé.
Cette extrémité inférieure est munie d'ergots 215 dont la face inférieure
2o constitue une partie de la première butée 211 qui bloque l'avance du mégot
110. Typiquement, l'ensemble des faces inférieures des ergots occupent une
surface qui représente entre 10 et 20% de la surface de l'extrémité inférieure
216. Une échancrure axiale ménagée sur le manchon externe 210 et
s'étendant jusqu'à ladite première butée permet au bras transversal 123 du
pied d'anode de se déplacer librement dans le sens vertical.
Chaque unité comprend également un manchon interne 220, constitué d'un
couple de mâchoires 2201 et 2202. Le manchon interne 220 peut se déplacer à
l'intérieur du manchon externe 210 sur une distance H au moins égale à la
3o hauteur des timbales. Lorsque le manchon interne 220 arrive en butée axiale
contre la paroi 400, la paroi d'extrémité 221 joue le rôle de seconde butée
225.
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Dans cette dernière configuration géométrique, l'intérieur du manchon externe
210 constitue un évidement 230 qui présente une seconde butée 225.
Lors de la mise en place du mégot d'anode 110 entre le dispositif d'attaque
300
et le dispositif de butée 200 (figure 2a), les mâchoires 2201 et 2202 sont
ouvertes
de façon à laisser passer les bras transversaux 123 du pied d'anode. Lorsque
les
mâchoires 2201 et 2202 se referment, elles forment un deuxième manchon ou
manchon interne 220, dont le diamètre interne est légèrement supérieur à celui
du rondin 122. Ce manchon interne 220 possède également une échancrure
io axiale 223 qui permet à la branche transversale 123 du pied d'anode de se
déplacer librement. Mais, ici, les mâchoires 2201 et 2202 voient leurs
extrémités
basses réunies, formant une paroi inférieure 221 qui entoure complètement le
rondin 122 et qui présente un alésage dont le diamètre interne, voisin de
celui
du diamètre des rondins, est nettement inférieur au diamètre externe des
timbales. De la sorte, les timbales entraînent le manchon interne 220 au cours
de leur remontée. Les mâchoires 2201 et 2202 pivotent autour d'axes
horizontaux Al et A2, solidaires d'une tige 410 qui peut coulisser avec un jeu
substantiel à l'intérieur de la paroi 400. L'ensemble des mâchoires 2201 et
2202
et de la tige 410 constitue un assemblage souple qui permet le centrage
2o individualisé et l'alignement du manchon interne 220 dans l'axe de chaque
rondin 122.
Lorsque le manchon interne finit par être bloqué par la paroi 400, la paroi
inférieure 221 du manchon interne 220 joue le rôle de seconde butée 225, en
immobilisant les timbales 130. Le poinçon 320 continue à entraîner le rondin
122
vers le haut. L'interface timbale/rondin est alors fortement sollicitée en
cisaillement.
Avec cet ensemble d'unités de butée indépendantes (200.1, 200.2, 200.3,
3o 200.4), il y a moins de risque de création d'efforts transversaux dus au
fait que
les faces inférieures des rondins ne se trouvent pas exactement au même
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niveau. De plus, dans un tel cas, les rondins associés aux timbales qui ne
sont
pas encore immobilisées axiaiement, sont encore libres de se déplacer
axialement vers la deuxième butée mais ils sont protégés par le manchon
interne 220 qui leur est associé et qui les empêche de pivoter ou de se
cisailler
sous l'effet desdits efforts latéraux.
La résistance du manchon interne 220 aux efforts de défontage est encore
améliorée si on empêche l'ouverture radiale des mâchoires 2201 et 2202. Pour
cela, la paroi extérieure desdites mâchoires est munie de plots 229 qui
arrivent
io en butée radiale contre des ergots 219 placés sur la paroi interne du
manchon
externe 210 (voir la zone entourée Z en figure 2b).
Sur la figure 1, on ne constate pas un décalage axial significatif entre la
première butée 211 et la paroi inférieure 221, car le manchon interne 220 se
75 trouve dans cette configuration en partie passe. La paroi inférieure 221 ne
joue
alors pas le rôle d'une butée. Le manchon interne 220 est lui-même libre de se
déplacer à l'intérieur du manchon externe 210 sur une hauteur H, jusqu'à ce
que son extrémité supérieure 222 rencontre la paroi fixe 400, solidaire du
châssis
de la machine. Lorsque ladite extrémité supérieure 222 rencontre la paroi fixe
2o 400, le décalage axial entre la première butée 211 et la deuxième butée 225
est légèrement supérieur à la hauteur de la timbale 130 (130 mm en
l'occurrence).
Ces unités individualisées, constituées d'un manchon interne coulissant à
25 l'intérieur d'un manchon externe solidaire du châssis de la machine
permettent
une réaction axiale adaptée aux efforts imposés au voisinage du rondin qui
leur est associé. Ceci présente l'avantage d'engendrer moins d'efforts
latéraux
dommageables pour la tige et le pied d'anode. L'ensemble de ces unités
permet d'avoir un dispositif de butée peu encombrant.
Le dévêtissement se produit de la manière suivante:
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> l'anode usée (ou l'anode neuve rebutée) est déplacée verticalement
par un actionneur indépendant qui agit directement sur la tige d'anode
jusqu'à ce que le mégot 110 arrive en butée axiale contre la première
butée 211; les mâchoires 2201 et 2202 sont ouvertes pour laisser passer
les bras transversaux 123 des pieds d'anode puis elles sont refermées;
- le dispositif d'attaque 300 impose un déplacement à la partie inférieure
du mégot 110 alors que sa partie supérieure est bloquée. Ceci engendre
sur ledit mégot des efforts tels que ce dernier se fragmente et que les
fragments se détachent les uns après les autres du mégot;
70 - la première phase de fragmentation du mégot est assurée par les
couteaux 330; pour faciliter la fragmentation du mégot, l'extrémité
inférieure 216 du manchon externe 210 est avantageusement munie
d'ergots axiaux 215 orientés vers le bas et régulièrement répartis. La
première butée 211 est constituée de l'ensemble des faces inférieures
75 des ergots 215, qui présentent une faible superficie. Lesdits ergots ne
sont
pas alignés avec les moyens d'attaque 330 et 320 et des efforts de
flexion sont générés dans le bloc carboné, ce qui facilite la
fragmentation du mégot;
- l'extrémité inférieure 216 du manchon externe 210 peut servir également
20 de butée axiale intermédiaire au cours de la fragmentation du mégot;
- lorsque l'essentiel du mégot est fragmenté et détaché, il reste des
portions encore accrochées à proximité des rondins 122 qui, de ce fait,
ne sont pas immobilisées par la première butée;
- le dispositif d'attaque continuant à avancer, les poinçons 320 finissent
25 par arriver au contact du mégot résiduel et, agissant dans l'axe des
rondins, forcent ceux-ci à s'introduire dans l'évidement constitué par
l'alésage du manchon externe 210 et à entraîner avec eux le manchon
interne 220. Tant que les timbales ne sont pas immobilisées, le mégot
résiduel est soumis à des efforts de cisaillement qui continuent à le
30 fragmenter mais ces efforts, essentiellement dus au frottement contre
l'alésage du manchon externe 210, sont relativement peu intenses et le
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risque d'arrachage des timbales est faible. On achève ainsi la
fragmentation des restes de mégot accrochés au voisinage du rondin,
- on arrête l'avance du dispositif d'attaque 300 approximativement au
moment où le manchon interne 220 arrive en butée axiale contre la
paroi fixe 400 et où, par conséquent, les timbales 130 finissent par être
bloquées par la paroi inférieure 221 qui joue alors le rôle de deuxième
butée 225. Typiquement, l'arrêt est commandé lorsque, à l'aide d'un
capteur de déplacement, on constate que l'extrémité supérieure 222 du
manchon interne 220 est à quelques millimètres de la butée 400. On
70 effectue un léger recul pour permettre le détachement et la réception
des derniers fragments de mégot; l'ensemble des déchets carbonés est
évacué;
- le dispositif d'attaque est à nouveau mis en mouvement; il se produit un
effort de cisaillement important agissant directement à la frontière entre
le rondin 122 et la timbale 130; la timbale se déforme, se déchire et finit
par se détacher du rondin et tombe vers la zone de réception qui vient
d'être débarrassée des fragments de mégots;
- on évacue les timbales vers les fours de fusion.
2o La machine utilisée dans le cadre de ce procédé présente également un
dispositif 500 de tri intégré comprenant une sole de réception 510 permettant
de collecter les déchets et sur laquelle on fait circuler un racleur 520 en va-
et-
vient dans une direction perpendiculaire la poutre d'attaque 310:
a) après la première opération (dégrafage), le racleur 520 est animé d'un
mouvement transversal pour pousser les déchets carbonés vers une première
zone de transfert 530 où les fragments de mégot sont déposés sur un
convoyeur à bande 531 placé le long d'une face latérale de la machine;
b) pendant la deuxième opération (défontage), le racieur reste immobile dans
cette première zone de transfert 530;
c) après la deuxième opération, le racieur 520 est animé d'un mouvement
transversal opposé aü précédent pour franchir à nouveau la zone de la sole de
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réception 510 des déchets et pousser les timbales vers une deuxième zone de
transfert 540, où les timbales sont versées sur un convoyeur à bande 541 placé
le long de l'autre face latérale de la machine;
d) le racieur 520 reste immobile dans cette deuxième zone de transfert 540
pendant la première opération (dégrafage) du cycle suivant.
La table de réception est constituée d'un châssis 511 ancré dans le sol,
lequel
reçoit sur sa partie supérieure une table robuste. Ces deux parties sont
fixées
l'une à l'autre par l'intermédiaire des plots amortisseurs 513 en caoutchouc.
L'ensemble du dispositif est muni d'un réseau de dépoussiérage 550. En
particulier la zone de dévêtissement des anodes, la zone de réception des
déchets et les zones de chute sur les convoyeurs d'évacuation sont
entièrement capotées et connectées au réseau de dépoussiérage.
75 Le racieur 520 est guidé par deux fois deux galets roulant dans deux fers
en U
situés de part et d'autre du racleur. Il glisse sur la surface supérieure de
la sole
de réception et est animé par un système cabestan à deux chaînes,
actionnées par un moto-réducteur installé à une extrémité du châssis fixe de
la
table.
