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WO 2015/110901 PCT/1B2015/000068
CUVE D'ELECTROLYSE COMPORTANT UN DISPOSITIF DE LEVAGE
D'ENSEMBLES ANODIQUES
Domaine technique
La présente invention concerne le domaine technique général de la production
d'aluminium par électrolyse dans une cuve d'électrolyse contenant un bain à
base de
cryolithe (dénommé ci-après bain cryolithaire ).
Elle concerne plus précisément une cuve d'électrolyse comprenant une pluralité
de
dispositifs de levage d'ensembles anodiques contenus dans la cuve
d'électrolyse, chaque
ensemble anodique comportant au moins une anode carbonée de type précuite.
Présentation de l'art antérieur
L'aluminium est essentiellement produit par électrolyse d'alumine dissoute
dans un bain
cryolithaire.
Actuellement, la production d'aluminium à l'échelle industrielle est mise en
oeuvre dans
une cuve d'électrolyse composée d'un caisson en acier ouvert dans sa partie
supérieure,
et dont le fond est recouvert de matériau réfractaire sur lequel s'étend une
cathode
surmontée par plusieurs ensembles anodiques plongés dans le bain cryolithaire
porté à
une température comprise entre 930 et 980 C.
Chaque ensemble anodique comporte une structure anodique ¨ composée d'une tige
d'anode et de moyens d'accrochage ¨ montée sur au moins une anode, plus
particulièrement un bloc carboné précuit.
L'application d'un courant électrique entre les ensembles anodiques et la
cathode permet
d'initier la réaction d'électrolyse.
Les températures usuelles de fonctionnement d'une cuve étant comprises entre
930 et
980 C, l'aluminium produit est liquide. Il se dépose par gravité sur la
cathode qui est
étanche. Régulièrement l'aluminium produit, ou une partie de l'aluminium
produit, est
aspiré par une poche de coulée, et transvasé dans des fours de fonderie.
Les anodes carbonées sont consommées progressivement durant la réaction
d'électrolyse. Une fois l'un des ensembles anodiques usé, celui-ci est
remplacé par Lin
ensemble anodique neuf.
Une répartition de courant aussi régulière que possible entre les différents
ensembles
anodiques est essentielle pour l'obtention d'un bon rendement de production
d'aluminium.
C'est pourquoi la position d'un plan anodique ¨ défini par les faces
inférieures des anodes
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des ensembles anodiques ¨ doit être contrôlée avec précision.
Or, la position du plan anodique qui fait face à la nappe cathodique
d'aluminium liquide
doit être périodiquement ajustée pour tenir compte de la variation de
paramètres tels que:
- la hauteur de la nappe d'aluminium, qui augmente régulièrement puis
baisse
brusquement lors du soutirage du métal,
- l'usure progressive du plan anodique.
Le positionnement du plan anodique est typiquement réalisé au moyen d'un
système de
vérin et d'embiellage qui entraîne en déplacement un cadre anodique et la
pluralité
d'ensembles anodiques qui sont fixés et connectés à ce cadre anodique.
Un tel système de vérin et d'embiellage déplaçant un cadre anodique disposé au-
dessus
de la cuve présente l'inconvénient de générer un encombrement important au-
dessus de
la cuve. La hauteur, et donc le coût, du bâtiment dans lequel sont disposées
les cuves,
dépend de la hauteur des cuves de sorte que cette solution n'est pas
satisfaisante.
Par ailleurs, le déplacement d'un cadre anodique auquel est fixé une pluralité
d'ensemble
anodique n'autorise pas un réglage fin et individualisé de la position des
ensembles
anodiques qui peut permettre de palier à:
- un emballement de la cuve lié à des effets d'anodes en détectant ces
derniers à leur
apparition par l'enregistrement des tensions anodiques et en les corrigeant
directement en relevant uniquement l'ensemble anodique sous lequel débute
l'effet
d'anode,
- l'inégalité de répartition du courant entre les différents ensembles
anodiques,
- des hétérogénéités locales de température ou de composition du bain,
- des changements de forme de l'interface bain-métal par suite des
variations de la
carte des courants électriques dans le bain et dans le métal.
On connait par ailleurs du document de brevet US3575827 un dispositif de
levage
comprenant un vérin formé d'un corps et d'une tige, le corps de vérin étant
disposé contre
une paroi latérale longitudinale du caisson de la cuve et l'extrémité libre de
la tige servant
de structure porteuse pour les ensembles anodiques. Un inconvénient d'un tel
dispositif
est que la paroi latérale longitudinale du caisson, notamment au niveau des
liquides, est
très chaude et rayonne de sorte que le fonctionnement et la durée de vie du
vérin peuvent
être dégradés. Aussi, le positionnement du vérin gène les échanges thermiques
au niveau
de la paroi latérale longitudinale du caisson, lesquels doivent pouvoir être
régulés pour
contrôler la dimension du talus formé dans la cuve, par exemple par soufflage
d'air tel que
connu de la publication brevet W099/54526. De plus, comme la hauteur d'usure
des
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blocs anodiques carbonés est importante dans les cuves actuelles, la course du
vérin doit
être importante de sorte que l'encombrement, notamment longitudinal du vérin
est
problématique pour son positionnement contre la paroi, du fait notamment de
l'espace
restreint laissé dans l'espace inter-cuves par les diverses conducteurs
électriques du
courant d'électrolyse. Le dispositif de levage ne participe par ailleurs pas à
l'amenée du
courant d'électrolyse jusqu'à l'ensemble anodique de sorte que lorsqu'un
ensemble
anodique est changé, le conducteur électrique d'alimentation doit être
manipulé en sus
pour être reconnecté à l'ensemble anodique neuf.
Un but de la présente invention est de proposer une cuve comprenant un système
de
levage dont la configuration permet de palier, au moins en partie aux
inconvénients
énoncés ci-dessus.
Résumé de l'invention
A cet effet l'invention propose une cuve d'électrolyse utilisable pour la
production
d'aluminium, comportant un caisson incluant un fond et des parois latérales
transversales
et longitudinales, le caisson étant recouvert d'un revêtement intérieur
destiné à recevoir
un bain cryolithaire et une pluralité d'ensembles anodiques incluant chacun
une structure
anodique et au moins une anode plongeant dans le bain cryolithaire, la cuve
comprenant
en outre une pluralité de dispositifs de levage s'étendant le long des parois
latérales
longitudinales du caisson pour déplacer les ensembles anodiques, les
dispositifs de
levage comprenant un vérin composé d'un corps et d'une tige de vérin
s'étendant le long
d'un axe longitudinal B-B', et un récepteur anodique destiné à recevoir une
extrémité de la
structure anodique, le vérin étant couplé au récepteur anodique pour l'animer
d'un
mouvement de translation le long d'un axe de translation T-T' entre une
position rétractée,
et une position déployée, caractérisée en ce que l'axe longitudinal B-B' du
vérin est
parallèle et distinct de l'axe de translation T-T' du récepteur anodique.
Le fait de positionner les dispositifs de levage à la périphérie de la cuve
d'électrolyse ¨ et
plus précisément le long de ses parois latérales longitudinales ¨ permet
l'absence
d'obstacle à une course verticale des ensembles anodiques. Ceci permet un
remplacement des ensembles anodiques par le haut de la cuve d'électrolyse,
sans
nécessiter la mise en oeuvre d'une cinématique de déplacement complexe des
ensembles
anodiques. Les dispositifs de levage ne s'étendent pas au-dessus des anodes,
de
préférence pas au-dessus du bain cryolithaire et de préférence encore pas au-
dessus du
caisson. Le terme au-dessus doit être compris comme au-dessus de l'élément
auquel il se
rapport et dans un volume formé par translation verticale de la surface
obtenue par
projection de cet élément dans un plan horizontal. Les dispositifs de levage
ne font ainsi
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pas obstacle à une course verticale des ensembles anodiques.
Les dispositifs de levage servent à déplacer verticalement en translation les
ensembles
anodiques dans la cuve d'électrolyse pour ajuster le positionnement du plan
anodique au
cours du fonctionnement de la cuve d'électrolyse et font partie intégrante de
la cuve
d'électrolyse.
Les ensembles anodiques sont de type précuits destinés à être changés
périodiquement
après usure des anodes les constituant. La structure anodique permet de
supporter
mécaniquement les anodes qui sont des blocs carbonés précuits et d'assurer la
connexion électrique de l'ensemble anodique à chaque changement d'ensemble
anodique. On entend, dans le cadre de la présente invention, par axes
parallèles et
distincts , deux axes parallèles et non confondus, c'est-à-dire espacés d'une
distance
non nulle
Le fait que l'axe longitudinal B-B' du vérin soit parallèle et distinct de
l'axe de translation
T-T' permet de déporter le récepteur anodique par rapport au vérin. On obtient
ainsi un
dispositif de levage qui peut présenter d'une part une hauteur minimale (i.e.
dimension du
dispositif selon l'axe longitudinal du vérin), et qui d'autre part peut être
mieux et plus
facilement agencé dans le faible espace laissé disponible entre deux cuves
adjacentes
pour un positionnement à la périphérie d'une cuve d'électrolyse. Cette
amélioration
d'agencement rendue possible du fait du déport du récepteur anodique par
rapport au
vérin permet de limiter la hauteur des cuves d'électrolyse et/ou de diminuer
l'espace entre
deux cuves adjacentes.
Pour permettre un déport du récepteur anodique par rapport au vérin, les
dispositifs de
levage peuvent comprendre une poutrelle de liaison transversale entre la tige
de vérin et
le récepteur anodique, ladite poutrelle de liaison s'étendant de préférence le
long d'un axe
transversal perpendiculaire à l'axe longitudinal B-B' du vérin et à l'axe de
translation T-T'.
L'ensemble composé de la tige de vérin, de la poutrelle de liaison et du
récepteur
anodique peut former une structure en U de sorte que le corps de vérin s'étend
en regard
du récepteur anodique. Par en regard >, on entend qu'au moins un plan
perpendiculaire
à l'axe longitudinal du vérin passe par le corps de vérin et le récepteur
anodique. Ceci
permet de limiter la hauteur des dispositifs de levage.
Avantageusement, la poutrelle de liaison est montée solidaire sur la tige de
vérin et la
poutrelle de liaison est montée solidaire du récepteur anodique. Ceci permet
de
transmettre les mouvements de la tige au récepteur anodique.
Dans un mode de réalisation, le récepteur anodique peut comprendre un barreau
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s'étendant le long de l'axe de translation T-T'. Avantageusement, ce barreau
comprend
un logement à l'une de ses extrémités, ledit logement étant destiné à recevoir
l'extrémité
de la structure anodique. Ce barreau permet un maintien mécanique de la
structure
anodique au-dessus du bain cryolithaire. Il peut permettre en outre la
conduction du
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courant électrique pour l'alimentation des ensembles anodiques. Pour ce faire,
une
portion du barreau est connectée électriquement à des moyens de conduction
électrique
flexibles. L'ensemble anodique est notamment alimenté électriquement via le
logement, et
plus particulièrement les surfaces en contact de la structure anodique et du
logement. Un
système de fixation peut être prévu pour solidariser la structure anodique au
logement.
Ceci permet d'éviter un dégagement de la structure anodique hors du logement
durant les
déplacements en translation de la structure anodique. Ce système de fixation
peut
comprendre des moyens de placage de la structure anodique contre le logement
pour
garantir la conduction du courant entre le logement et la structure anodique.
Le barreau peut être de section rectangulaire ou carrée pour améliorer sa
tenue
mécanique. Il peut en outre comporter un squelette en acier et des portions en
cuivre
logées dans ou autour du squelette pour l'acheminement d'énergie électrique
vers les
ensembles anodiques.
Comme indiqué précédemment, les dispositifs de levage peuvent comprendre des
moyens de guidage du récepteur anodique pour guider le déplacement du
récepteur
anodique le long de l'axe de translation T-T'. Dans certaines variantes de
réalisation, les
moyens de guidage entourent au moins partiellement le récepteur anodique et
définissent
un chemin de guidage à coulissement pour le récepteur anodique. Par exemple,
les
moyens de guidage peuvent comprendre deux anneaux espacés d'une distance non
nulle
le long de l'axe de translation T-T', chaque anneau entourant une portion du
récepteur
anodique. De préférence, chaque anneau peut comporter une fente pour le
passage de la
poutrelle de liaison lors du déplacement du récepteur anodique entre les
positions
rétractée et déployée. Ceci permet de maximiser la distance entre les anneaux
afin
d'éviter un éventuel jeu angulaire du barreau dans les moyens de guidage. On
garantit
ainsi un déplacement en translation verticale du récepteur anodique.
Les dispositifs de levage sont fixés à la cuve d'électrolyse de sorte que
l'axe de
translation T-T' de chaque récepteur anodique (et donc l'axe longitudinal du
vérin) soit
vertical.
Les cuves d'électrolyse actuelles présentant de grandes dimensions, chaque
cuve
d'électrolyse comprend une pluralité d'ensembles anodiques. Chaque structure
anodique
s'étend transversalement dans la cuve et est associée à une paire respective
de
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dispositifs de levage disposés le long de parois latérales longitudinales
opposées du
caisson et portant chacun l'une des extrémités de la structure anodique. La
cuve
comprend avantageusement un contrôleur connecté aux dispositifs de levage pour
commander le déplacement synchrone des dispositifs de levage de chaque paire.
Ceci
permet d'assurer un déplacement en translation verticale de chaque ensemble
anodique.
Dans certains modes de réalisation, la cuve d'électrolyse peut comprendre une
enceinte
de confinement en appui sur le caisson, l'enceinte incluant des parois
latérales
transversales et longitudinales, et étant destinée à définir un volume de
confinement des
gaz au-dessus du bain cryolithaire. Chaque dispositif de levage peut
avantageusement
être fixé à l'une des parois latérales longitudinales de l'enceinte de
confinement.
Notamment, chaque dispositif de levage peut être fixé à un bord supérieur de
l'enceinte
de confinement opposé au caisson de sorte que le corps du vérin de chaque
dispositif de
levage soit positionné à une altitude supérieure à l'altitude du bain
cryolithaire. Ceci
permet de limiter l'exposition du corps de vérin au rayonnement thermique
émanant de
façon prépondérante sur le caisson en face du bain cryolithaire dont la
température de
fonctionnement est de l'ordre de 1000 C, l'exposition du corps à de telles
températures
pouvant dégrader le fonctionnement du vérin. En plaçant le corps de vérin au-
dessus du
bain cryolithaire, on augmente la fiabilité et la durabilité de celui-ci.
De préférence, chaque dispositif de levage est fixé au bord supérieur de
l'enceinte de
confinement par une extrémité libre du vérin de sorte que ladite extrémité
libre est plus
éloignée du fond du caisson que la tige de vérin.
De préférence, les parois latérales de l'enceinte de confinement sont décalées
vers
l'extérieur par rapport aux parois latérales du caisson de sorte que lesdites
parois
latérales de l'enceinte s'étendent autour et au-dessus des parois latérales du
caisson, les
parois latérales du caisson et de l'enceinte de confinement étant reliées
mécaniquement
par un replat annulaire, les récepteurs anodiques des dispositifs de levage
s'étendant à
travers des ouvertures ménagées dans le replat. Ceci permet d'améliorer
l'étanchéité de
la cuve en limitant les dimensions des ouvertures aux dimensions des
récepteurs
anodiques.
L'axe de translation T-T' est préférentiellement vertical, les récepteurs
anodiques étant
aptes à se déplacer en translation verticale à travers les ouvertures ménagées
dans le
replat. Dans certaines variantes de réalisation, les récepteurs anodiques
traversent
l'enceinte de confinement au travers de joints annulaires d'étanchéité
dynamique. Ceci
permet d'améliorer encore l'étanchéité de la cuve.
Pour maximiser le volume utile à la production d'aluminium à l'intérieur de la
cuve et pour
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limiter les risques de dégradation des dispositifs de levage, les vérins des
dispositifs de
levage peuvent s'étendre à l'extérieur de la cuve.
La cuve d'électrolyse peut également comprendre un dispositif de collecte de
gaz incluant
au moins une gaine de captation de gaz comportant des trous d'aspiration pour
l'aspiration de gaz, chaque dispositif de levage étant fixé sur ladite gaine
de captation.
Chaque gaine de captation du dispositif de collecte de gaz peut s'étendre le
long du bord
supérieur des parois latérales longitudinales de l'enceinte, chaque dispositif
de levage
étant fixé à ladite gaine de captation par une extrémité libre du vérin de
sorte que ladite
extrémité libre est plus éloignée du fond du caisson que la tige de vérin.
On forme ainsi une gaine de captation qui, outre sa fonction première
d'acheminement
des gaz, peut être utilisée notamment en tant que:
-
ceinture de cerclage pour l'ensemble composé du caisson et de l'enceinte, et
en tant
que
-
support de fixation pour différents éléments de la cuve d'électrolyse tels que
les
dispositifs de levage.
Le fait d'associer plusieurs fonctions à la gaine de captation permet ainsi de
limiter
l'encombrement de la cuve et de faciliter sa fabrication.
Brève description des figures
D'autres avantages et caractéristiques du dispositif de levage selon
l'invention ressortiront
encore de la description qui va suivre de plusieurs variantes d'exécution,
données à titre
d'exemples non limitatifs, à partir des dessins annexés sur lesquels :
- les
figures 1 et 2 sont des vues en coupes longitudinale et transversale d'un
exemple
de cuve d'électrolyse,
- les
figures 3 et 4 sont des vues en perspective d'un dispositif de levage de la
cuve
d'électrolyse.
Description détaillée
On va maintenant décrire un exemple de cuve d'électrolyse incluant un
dispositif de
levage pour le déplacement d'un cadre anodique. Dans ces différentes figures,
les
éléments équivalents portent les mêmes références numériques.
On utilisera dans la suite du texte les expressions paroi latérale , fond
, ouverture
supérieure , en référence à un parallélépipède rectangle.
Le lecteur appréciera que l'on entend, dans le cadre de la présente invention,
par:
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- fond , une paroi horizontale d'un parallélépipède rectangle située
à proximité du
sol,
- ouverture supérieure une ouverture ménagée dans une paroi
horizontale d'un
parallélépipède rectangle opposée au fond,
- face/paroi latérale , une face/paroi verticale d'un parallélépipède
rectangle
s'étendant dans un plan perpendiculaire au fond,
- faces/parois longitudinales , des faces/parois verticales d'un
parallélépipède
rectangle dont au moins une dimension est supérieure aux dimensions des autres
faces/parois latérales,
- faces/parois transversales , des
faces/parois verticales s'étendant
perpendiculairement aux faces/parois longitudinales.
Par ailleurs, on utilisera les termes dessus , dessous par rapport à un
axe vertical.
En référence à la figure 1, on a illustré un exemple de cuve d'électrolyse
selon l'invention.
La cuve d'électrolyse de forme parallélépipédique rectangle comprend un
caisson 1, une
enceinte de confinement 2, une pluralité d'ensembles anodiques 3, une cathode
4, un
dispositif de collecte de gaz 5 et des dispositifs de levage 6.
Cette cuve est utilisable pour la production d'aluminium. Elle peut être
associée à une
pluralité d'autres cuves d'électrolyse, éventuellement identiques, les
différentes cuves
étant disposées à la suite les unes des autres, deux cuves d'électrolyses
successives
étant adjacentes au niveau de l'une de leurs parois latérales longitudinales,
comme
illustré à la figure 2 où deux cuves successives Cl, C2 sont représentées.
Le caisson 1 est de forme globalement parallélépipédique rectangle. Il
comprend un fond
10 et des parois latérales transversales 11 et longitudinales 12. Le fond 10
et les quatre
parois latérales 11, 12 sont recouverts d'un matériau réfractaire 13
permettant de
calorifuger le caisson 1. Le caisson 1 peut être métallique, par exemple en
acier.
Le caisson 1 est ouvert dans sa partie supérieure. Il est destiné à recevoir
un bain
cryolithaire 14 dans lequel sont plongés les ensembles anodiques 3.
L'enceinte de confinement 2 définit un volume fermé au-dessus du bain
cryolithaire 14
dans lequel les ensembles anodiques 3 sont déplacés.
L'enceinte de confinement 2 est en appui sur les bords supérieurs du caisson
1. Elle
comprend deux parois latérales transversales 21 et deux parois latérales
longitudinales
22 fixées au caisson 1.
Les parois latérales 21, 22 de l'enceinte de confinement 2 sont décalées vers
l'extérieur
par rapport aux parois latérales 11, 12 du caisson 1 de sorte que lesdites
parois latérales
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21, 22 de l'enceinte 2 s'étendent autour et au-dessus des parois latérales 11,
12 du
caisson 1. Ainsi, les plans dans lesquels s'étendent les parois latérales 21,
22 de
l'enceinte 2 entourent les parois latérales 11, 12 du caisson 1.
Les bords supérieurs du caisson 1 et/ou les bords inférieurs de l'enceinte de
confinement
2 peuvent former un replat pour relier mécaniquement les parois latérales 11,
12, 21, 22
du caisson 1 et de l'enceinte 2, de sorte que l'enceinte 2 définit avec le
caisson 1 un
volume libre au-dessus du bain cryolithaire 14.
L'enceinte de confinement comprend également un capotage amovible 23 pour
coiffer
l'ouverture supérieure définie par les quatre parois latérales 21, 22 de
l'enceinte 2. Le
capotage 23 peut être composé d'un assemblage de panneaux ou capots s'étendant
globalement dans un plan, et être en appui sur les bords supérieurs 24 des
parois
latérales 21, 22 de l'enceinte 2.
Chaque ensemble anodique 3 comprend au moins une anode 31 et une structure
anodique 32. Durant la réaction d'électrolyse, l'anode 31 plongée dans le bain
cryolithaire
14 se consomme. Les ensembles anodiques 3 doivent donc être remplacés
périodiquement.
L'anode 31 est de type précuite, c'est-à-dire un bloc de matériau carboné
précuit avant
introduction dans la cuve d'électrolyse.
La structure anodique 32 permet d'une part de supporter et manipuler l'anode
31, et
d'autre part de l'alimenter en courant électrique. Chaque structure anodique
32 forme un
support indépendant pour sa ou ses anode(s) 31 associées.
Comme illustré sur les figures 1 et 2, les ensembles anodiques 3 s'étendent
transversalement dans la cuve, et la cuve comprend une pluralité d'ensembles
anodiques
disposés côte à côte le long de la cuve selon un axe longitudinal de la cuve.
Chaque structure anodique 32 s'étend transversalement dans la cuve entre les
bords
latéraux longitudinaux 22 de l'enceinte 2. Dans le mode de réalisation
illustré aux figures
1 et 2, chaque structure anodique 32 comporte une poutre s'étendant
transversalement
entre les bords latéraux longitudinaux 22 de l'enceinte 2.
La structure anodique 32 peut comprendre une armature 332 constituée dans un
métal
présentant une bonne tenue mécanique, tel que de l'acier, et des tronçons 331
constitués
dans un métal présentant une bonne conductivité électrique tel que du cuivre.
Cette
armature 332 permet à la structure anodique 32 d'assurer le maintien en
suspension des
anodes 31, tandis que les tronçons 331 permettent d'assurer l'acheminement de
courant
électrique pour l'alimentation électrique des anodes 31.
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La cathode 4 est composée d'un (ou plusieurs) bloc(s) de matériau carboné. Les
blocs
cathodiques sont connectés électriquement à des conducteurs cathodiques
sortant de la
cuve d'électrolyse en vue de l'acheminement du courant électrique vers la cuve
d'électrolyse suivante. La cathode 4 peut être de tout type connu de l'homme
du métier et
5 ne sera pas décrite plus en détail dans la suite.
Le dispositif de collecte de gaz 5 permet de récupérer les gaz polluants
générés lors de la
réaction d'électrolyse.
Le dispositif de collecte de gaz 5 comprend une (ou plusieurs) gaine(s) de
captation sur
laquelle (lesquelles) des trous d'aspiration pour l'aspiration des gaz sont
réparties.
10 La (ou les) gaine(s) de captation est (sont) associée(s) à un (ou
plusieurs) dispositif(s)
d'aspiration (non représentés). Elle(s) s'étend(ent) sur les parois latérales
longitudinales
22 de l'enceinte 2, et éventuellement sur les parois latérales transversales
21 de
l'enceinte 2. La présence de trous d'aspiration le long des parois
longitudinales 23 de
l'enceinte 2 permet d'améliorer l'efficacité de collecte des gaz polluants 5.
Avantageusement, chaque gaine de captation peut être de section carrée ou
rectangulaire, et être réalisée dans un matériau présentant une forte
robustesse
mécanique, tel que de l'acier. Ceci permet d'augmenter la rigidité et la
solidité de la gaine
d'aspiration. On forme ainsi une gaine de captation qui, outre sa fonction
première
d'acheminement des gaz, peut être utilisée notamment en tant que ceinture de
cerclage
pour l'ensemble composé du caisson 1 et de l'enceinte 2, et en tant que
support de
fixation pour différents éléments de la cuve d'électrolyse tels que les
dispositifs de levage
ou des dispositifs de perçage. Le fait d'associer plusieurs fonctions à la
gaine de captation
permet ainsi de limiter l'encombrement de la cuve et de réaliser des gains
structurels.
Les dispositifs de levage 6 permettent la manipulation des structures
anodiques 32
auxquelles sont suspendues les anodes 31. Plus précisément les dispositifs de
levage 6
permettent de déplacer verticalement en translation les ensembles anodiques 3
pour
ajuster le positionnement du plan anodique au cours du fonctionnement de la
cuve
d'électrolyse.
Chaque structure anodique 32 est associée à deux dispositifs de levage
respectifs sur
chacun desquels reposent une de ses extrémités. Ainsi, le déplacement de
chaque
structure anodique 32 est indépendant du déplacement des autres structures
anodiques
32 et ensembles anodiques contenues dans la cuve. Il est ainsi possible de
déplacer
verticalement les ensembles anodiques 3 indépendamment les uns des autres.
Chaque dispositif de levage 6 est en contact avec une extrémité respective de
la structure
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anodique 32. Deux dispositifs de levage 6 associés à une structure anodique 32
sont
connectés à un contrôleur (non représenté) pour commander leur actionnement de
manière synchrone. Ceci permet d'assurer un déplacement simultané des
extrémités de
la structure anodique 32 afin de la maintenir sensiblement horizontale lors de
son
déplacement. Le contrôleur peut également être programmé pour commander la
vitesse
et le sens de déplacement de la structure anodique 32. Ceci permet de faire
varier la
vitesse de déplacement de la structure anodique 32 en fonction du type
d'opération mise
en oeuvre. Par exemple, dans le cas d'un remplacement d'un ensemble anodique 3
usé
par un ensemble anodique neuf, la vitesse de déplacement de la structure
anodique 32
peut être supérieure à la vitesse de déplacement de la structure anodique 32
dans le cas
d'un ajustement du plan anodique en cours d'électrolyse, un tel ajustement
nécessitant
des réglages fins.
Chaque dispositif de levage 6 comprend un vérin 61 et un récepteur anodique
62.
Le vérin 61 permet de déplacer verticalement en translation le récepteur
anodique 62
selon un axe de translation T-T'. Le vérin 61 comporte un corps 611 et une
tige 612
s'étendant le long d'un axe longitudinal B-6'. Avantageusement, le vérin 61
peut être de
type pneumatique ou électrique pour résister aux hautes températures régnant à
proximité de la cuve.
Le récepteur anodique 62 comporte un barreau 621 de section rectangulaire
s'étendant
selon un axe longitudinal confondu avec l'axe de translation T-T'. L'extrémité
supérieure
du barreau 621 comprend un logement 622 destiné à recevoir l'extrémité de la
structure
anodique 32 et dont la forme est complémentaire à celle-ci.
Notamment, le logement 622 peut être une structure en U composée d'une base
6221
s'étendant dans un plan perpendiculaire à l'axe de translation T-T' et de deux
panneaux
verticaux 6222 s'étendant perpendiculairement à la base 6221, l'extrémité de
la structure
anodique 32 étant destinée à être en appui sur la base 6221, entre les
panneaux
verticaux 6222.
Le dispositif de levage peut également comprendre un système de fixation. Ce
système
de fixation permet de solidariser la structure anodique 32 au logement 622. Le
système
de fixation comprend par exemple une tige éventuellement filetée destinée à
être insérée
dans des alésages traversants ménagés dans les panneaux verticaux 6222 les
alésages
étant agencés dans les panneaux verticaux 6222 de sorte que la tige s'étend au-
dessus
la structure anodique 32, transversalement à celle-ci lorsque la tige est
montée sur le
logement 622.
Le système de fixation peut comprendre des moyens de placage pour plaquer la
structure
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anodique 32 contre une surface du logement 622, de préférence contre la base
6221 du
logement 622. Par exemple, le système de fixation peut comprendre un boulon
destiné à
être boulonné à travers un trou et un taraudage ménagés respectivement dans la
structure anodique 32 et dans la base 6221 du logement 622. La venue en butée
d'une
tête du boulon contre la structure anodique 32 assure son placage contre la
base 6221 du
logement 622.
Ce système de fixation permet d'éviter que la structure anodique 32 ne se
dégage du
logement 622 lorsque la structure anodique 32 est déplacée verticalement vers
le fond 10
du caisson 1. En effet la production d'aluminium par électrolyse entraîne la
formation
d'une croûte solidifiée à la surface du bain cryolithaire 14. Les anodes 31
sont figées dans
cette croûte solidifiée.
Lors d'un déplacement vertical de la structure anodique 32 vers le fond 10 du
caisson 1
pour faire descendre les anodes 31, les contraintes ¨ notamment les forces de
frottement
¨ exercées par la croûte sur les anodes 31 peuvent être supérieures à la
gravité,
entrainant un risque de dégagement de la structure anodique du logement.
La présence d'un système de fixation permet de limiter ce risque, notamment
par
l'application de forces de traction sur la structure anodique 32 tendant à
maintenir celle-ci
à l'intérieur du logement 622 au cours du déplacement vertical des anodes 31
vers le fond
10 du caisson 1.
Avantageusement, comme cela est visible sur les figures 2 et 4, une portion
6211 (par
exemple l'extrémité la plus proche du fond du caisson 12, ou encore
l'extrémité
supérieure ou logement 622) du barreau est connectée électriquement à des
moyens de
conduction électrique flexibles 7 pour permettre l'alimentation électrique des
ensembles
anodiques 3, via le logement 622.
Avantageusement, le récepteur anodique 62 est agencé de sorte que l'axe de
translation
T-T' soit distinct (i.e. non confondu) et parallèle à un axe longitudinal B-B'
du vérin 61.
Ceci permet de déporter le récepteur anodique 62 par rapport au vérin 61 de
sorte à
limiter la hauteur du dispositif de levage 6. On obtient ainsi un dispositif
de levage 6 qui
peut présenter d'une part une hauteur minimale (i.e. dimension du dispositif
selon l'axe
longitudinal du vérin), et qui d'autre part peut être mieux et plus facilement
agencé dans le
faible espace laissé disponible entre deux cuves adjacentes pour un
positionnement à la
périphérie d'une cuve d'électrolyse.
Un tel dispositif de levage 6 peut alors être positionné à la périphérie de la
cuve
d'électrolyse.
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On offre ainsi la possibilité de changer des ensembles anodiques 3 par le haut
de la cuve
d'électrolyse sans que les dispositifs de levage 6 ne fassent obstacle à la
course verticale
du changement des ensembles anodiques 3, ce qui permet d'envisager des gains
structurels importants. Par ailleurs, le fait de déporter le vérin 61 par
rapport au récepteur
anodique 62 permet de positionner le vérin 61 à l'extérieur de l'enceinte de
confinement
tandis que le récepteur anodique 62 se trouve à l'intérieur de l'enceinte de
confinement.
On réduit ainsi les risques de dégradation du vérin 61 en limitant son
exposition aux gaz
et au rayonnement thermique. Le vérin peut avantageusement être logé dans un
espace
libre ménagé entre des berceaux de renfort du caisson 1 pour réduire
l'encombrement du
dispositif de levage à l'intérieur de l'enceinte.
Différentes solutions peuvent être envisagées pour rendre l'axe de translation
T-T' non
confondu et parallèle à l'axe longitudinal B-6'.
Par exemple, le vérin 61 peut être connecté au récepteur anodique 62 par
l'intermédiaire
d'une poutrelle de liaison transversale 63. Cette poutrelle de liaison
transversale 63
s'étend de préférence perpendiculairement à la tige 612 et au barreau 621. La
poutrelle
de liaison 63 est montée solidaire du barreau 621 et de la tige 612 du vérin
61. Un
système de boulonnage agencé pour solidariser la tige 612 à la poutrelle de
liaison
transversale 63 permet de compenser les éventuels défauts de parallélisme
entre le vérin
61 et le récepteur anodique 62.
Des moyens de guidage 64 permettent d'assurer le déplacement vertical du
récepteur
anodique 62 selon l'axe de translation T-T'. Les moyens de guidage peuvent
comprendre
deux anneaux 641, 642 espacés d'une distance non nulle selon l'axe de
translation T-T',
chaque anneau entourant partiellement le barreau 621 pour permettre son
coulissement
vertical entre :
- une position rétractée ou basse où le logement 622 est proche de la
surface du bain
cryolithaire 14, et
- une position déployée ou haute où le logement 622 est éloigné de la
surface du bain
cryolithaire 14.
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 4, chaque anneau 641,642 est
fendu pour
permettre le passage de la poutrelle transversale 63 lors du coulissement du
barreau 621
entre les positions rétractée et déployée.
Le vérin 61 est fixé au caisson tête en haut . Plus précisément, le corps
611 de vérin
61 est monté sur le caisson 1 de sorte que son extrémité libre 613 est plus
éloignée du
fond 10 du caisson 1 que la tige 612. L'extrémité libre 613 du corps 611 de
vérin 61 est de
préférence fixée au bord supérieur de l'enceinte de confinement et
avantageusement sur
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la gaine de captation du dispositif de collecte de gaz 5. Ainsi, le corps 611
de vérin 61
s'étend contre la paroi latérale longitudinale 22 de l'enceinte de confinement
2, à une
hauteur supérieure à celle du bain cryolithaire. Ceci permet de limiter le
risque de
dégradation du vérin par exposition du corps 611 à de trop fortes
températures. En effet,
la température des parois latérales 11, 12 du caisson 1 est généralement
supérieure à la
température des parois latérales 21, 22 de l'enceinte 2 du fait de la présence
à proximité
du bain cryolithaire 14 dont la température de fonctionnement est de l'ordre
de 1000 C.
Le principe de fonctionnement des dispositifs de levage est le suivant. On
suppose les
anodes 31 plongées dans le bain cryolithaire.
Pour déplacer verticalement l'ensemble anodique 3, le contrôleur commande
l'actionnement synchronisé des deux dispositifs de levage 6 sur lesquels
repose la
structure anodique 32 de l'ensemble anodique 3.
Chaque vérin 61 applique une force sur sa tige 612 tendant à la déplacer entre
:
-
une position dégagée où la tige 612 s'étend principalement à l'extérieur du
corps 611,
et
- une position ramassée où la tige 612 s'étend principalement à
l'intérieur du corps 611
de vérin 61.
Le déplacement de la tige entre les positions dégagée et ramassée est transmis
au
récepteur anodique 62 par l'intermédiaire de la poutrelle transversale de
liaison 63.
Le récepteur anodique 62 de chaque vérin coulisse à l'intérieur des moyens de
guidage
64 et se déplace de la position rétractée à la position déployée.
Ainsi, l'association des ensembles anodiques à des dispositifs de levage
respectifs
permet de déplacer les ensembles anodiques 3 indépendamment les uns des
autres. Par
ailleurs, le fait de déporter le récepteur anodique par rapport au vérin
permet un
positionnement des dispositifs de levage à la périphérie de la cuve
d'électrolyse, sans
former des obstacles au déplacement des ensembles anodiques au-dessus des
cuves, et
facilement insérable à la périphérie de la cuve sans contraintes sur les
circuits de
conducteurs électriques passant sous et entre les cuves grâce à leur compacité
augmentée.
Le lecteur aura compris que de nombreuses modifications peuvent être apportées
au
dispositif de levage décrit ci-dessus sans sortir matériellement des nouveaux
enseignements présentés ici.
Par ailleurs, les formes des différentes pièces constituant le dispositif de
levage ¨ tel que
la forme du barreau ou du logement etc. ¨ peuvent varier.
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Egalement, dans les modes de réalisations illustrés aux figures 1 à 4, le
vérin 61, le
récepteur anodique 62 et la structure anodique 32 sont alignés, c'est à dire
qu'ils
s'étendent sensiblement dans un même plan. En variante, le vérin 61 peut être
décalé par
rapport au plan contenant le récepteur anodique 62 et la structure anodique
32.
