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CAISSON DE CUVE D'ELECTROLYSE
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 (appelé ci-après bain cryolithaire ).
Elle concerne plus précisément un caisson de cuve d'électrolyse destiné à
contenir un tel
bain cryolithaire. Les anodes sont plus particulièrement en carbone de type
précuites.
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 notamment :
- d'un caisson parallélépipédique en acier incluant un fond et des
parois latérales, le
caisson étant ouvert dans sa partie supérieure,
- d'un revêtement intérieur réfractaire recouvrant le fond et les parois
latérales du
caisson,
- d'une cathode à base de blocs cathodiques en matériau carboné
disposée dans le
caisson et reliée à des conducteurs électriques servant à l'acheminement du
courant
d'électrolyse.
La cuve d'électrolyse comporte également un bain cryolithaire contenu dans le
caisson et
constitué notamment de cryolithe et d'alumine dissoute.
Un bloc carboné précuit constituant l'anode d'un ensemble anodique est plongé
dans le
bain cryolithaire et consommé au fur et à mesure de la réaction d'électrolyse
produisant
l'aluminium.
Une superstructure traversante est montée sur le caisson de la cuve
d'électrolyse. Cette
superstructure est par exemple posée sur le caisson et s'étend au droit au-
dessus de
l'ouverture du caisson. La superstructure permet de supporter différents
éléments de la
cuve d'électrolyse disposés au droit au-dessus de l'ouverture du caisson tels
que:
- des moyens de levage prévus pour descendre l'anode dans la cuve
d'électrolyse au
fur et à mesure de sa consommation,
- des moyens d'alimentation en réactifs prévus pour permettre
l'introduction dans le
bain cryolithaire des réactifs consommés durant la réaction d'électrolyse,
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- un dispositif de collecte des gaz polluants prévu pour éviter
l'émission dans
l'atmosphère des gaz polluants générés lors de la réaction d'électrolyse ¨
tels que du
dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, du dioxyde de soufre et du
fluorure
d'hydrogène gazeux.
Enfin, la cuve comprend généralement, un capotage constitué d'une série de
capots
posés entre les bords supérieurs du caisson et la superstructure. Le capotage
est prévu
pour coiffer la partie supérieure ouverte entre le caisson et la
superstructure afin de
confiner les gaz polluants à l'intérieur de la cuve.
Au fond de la cuve d'électrolyse se forme une couche d'aluminium liquide
évacuée
périodiquement par aspiration ou siphonage.
Un inconvénient de ce type de cuve d'électrolyse concerne les risques
d'échappement de
gaz polluants vers l'extérieur. Ces risques d'échappement de gaz peuvent avoir
différentes origines.
Notamment, différents produits utilisés lors de la réaction d'électrolyse ¨
tels que du
produit de couverture ¨ peuvent s'accumuler sur les bords du caisson contre
lesquels les
capots prennent appui. Cette accumulation de produits peut empêcher le
positionnement
correct des capots. Ceci induit l'apparition de fuites de gaz polluants au
niveau du bord
supérieur du caisson et entre les capots disposés sur chaque côté de la cuve.
Egalement, des tiges anodiques des ensembles anodiques traversent le capotage.
Ces
tiges anodiques sont associées à des moyens d'étanchéité dynamiques prévus
pour
éviter l'échappement de gaz à travers les jonctions entre le capotage et les
tiges
anodiques. Toutefois les moyens d'étanchéité dynamiques peuvent être
endommagés,
notamment lors de la manipulation des tiges anodiques pour changer une anode
usée par
une anode neuve. L'endommagement des moyens d'étanchéité dynamiques induit
l'apparition de fuites de gaz polluants au niveau des jonctions entre le
capotage et les
tiges anodiques.
Un autre inconvénient de ce type de cuve d'électrolyse concerne la cinématique
de
déplacement des ensembles anodiques lors du remplacement d'une anode usée par
une
anode neuve. En effet, la présence de la superstructure au-dessus de
l'ouverture du
caisson génère un obstacle au déplacement vertical des ensembles anodiques. Il
est
donc nécessaire de mettre en uvre une cinématique de déplacement complexe des
ensembles anodiques autour de cette superstructure pour permettre leur
extraction de la
cuve d'électrolyse.
Un but de la présente invention est de proposer une cuve d'électrolyse
permettant de
pallier au moins l'un des inconvénients précités. Notamment, un but de la
présente
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invention est de proposer une cuve d'électrolyse présentant une étanchéité
améliorée aux
gaz polluants et dans laquelle l'extraction des ensembles anodiques est
facilitée.
Résumé de l'invention
A cet effet, l'invention propose une cuve d'électrolyse utilisable pour la
production
d'aluminium, comportant un caisson recouvert d'un revêtement intérieur et
incluant un
fond et des parois latérales, le caisson étant destiné à recevoir un bain
cryolithaire,
caractérisé en ce que la cuve comprend en outre une enceinte de confinement
incluant
des parois latérales s'étendant au-dessus des parois latérales du caisson, au
moins une
des parois latérales de l'enceinte étant décalée vers l'extérieur du caisson
par rapport une
des parois latérales du caisson, et en ce que les parois latérales décalées du
caisson et
de l'enceinte sont reliées mécaniquement par un épaulement incluant au moins
une
fenêtre à travers laquelle passe un élément respectif de cuve se déplaçant en
translation
selon un axe T-T' traversant la fenêtre.
Dans le cadre de la présente invention, une paroi latérale de l'enceinte est
considérée
comme décalée par rapport à une paroi latérale du caisson lorsque le bord
inférieur de la
paroi latérale de l'enceinte est décalé horizontalement par rapport au bord
supérieur de la
paroi latérale du caisson. Vers l'extérieur du caisson signifie du côté opposé
à l'intérieur
du caisson par rapport à la paroi latérale.
L'épaulement s'étend avantageusement entre le bord inférieur de la paroi
latérale décalée
de l'enceinte de confinement et le bord supérieur de la paroi latérale du
caisson.
L'épaulement est plus particulièrement une paroi physique assurant
l'étanchéité entre les
parois latérales décalées de l'enceinte de confinement et du caisson qu'il
relie
mécaniquement. L'épaulement peut en outre avantageusement supporter et assurer
la
tenue mécanique de l'enceinte de confinement.
La cuve comprend un (ou plusieurs) épaulement(s) entre le caisson et
l'enceinte. Chaque
épaulement comprend une (ou plusieurs) fenêtre(s) à travers laquelle
(lesquelles)
passe(nt) un élément (des éléments) déplaçable(s) en translation selon un axe
de
translation T-T' traversant la (les) fenêtre(s), notamment perpendiculairement
au plan
dans lequel s'étend(ent) ladite (lesdites) fenêtre(s).
Cet agencement particulier (i.e. ensemble épaulement/fenêtre pour le passage
d'un
élément respectif de cuve se déplaçant en translation selon un axe T-T'
traversant la
fenêtre) permet de limiter les dimensions de la (des) fenêtre(s) de sorte à
éviter les
échappements de gaz polluants vers l'extérieur de la cuve d'électrolyse au
travers de
celle(s)-ci.
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Cet agencement particulier permet en outre de disposer les éléments mobiles
d'une cuve
d'électrolyse ¨ tels que des dispositifs de levage ou de perçage ¨ à la
périphérie du
caisson, contrairement aux cuves d'électrolyse de l'art antérieur où les
dispositifs de
levage et/ou les dispositifs de perçage mobiles sont généralement positionnés
au droit
d'une ouverture définie par les parois du caisson. Le fait de positionner les
dispositifs de
levage et/ou les dispositifs de perçage à la périphérie du caisson permet
l'absence
d'obstacle à une course verticale des ensembles anodiques. Ceci permet de
faciliter la
réalisation d'une enceinte de confinement étanche et un remplacement des
ensembles
anodiques par le haut de la cuve d'électrolyse, sans nécessiter la mise en
uvre d'une
cinématique de déplacement complexe des ensembles anodiques.
L'enceinte de confinement permet de confiner les gaz de cuve pour faciliter
leur captation
et traitement. L'enceinte de confinement comporte avantageusement un système
de
capotage amovible fermant une ouverture formée par les portions supérieures
des parois
latérales de l'enceinte de confinement de sorte à réaliser sans gêne un
changement
d'ensemble anodique par le haut de la cuve d'électrolyse. Une ouverture est
réalisée dans
le système de capotage amovible pour l'extraction ou l'insertion d'un ensemble
anodique
dans l'enceinte de confinement.
Des aspects préférés mais non limitatifs de la cuve d'électrolyse selon
l'invention sont les
suivants.
De préférence, le caisson inclut des première et deuxième parois latérales
transversales
et des première et deuxième parois latérales longitudinales, l'enceinte de
confinement
inclut des première et deuxième parois latérales transversales s'étendant au-
dessus des
première et deuxième parois latérales transversales du caisson, et des
première et
deuxième parois latérales longitudinales s'étendant au-dessus des première et
deuxième
parois latérales longitudinales du caisson, la première paroi latérale
longitudinale de
l'enceinte étant décalée vers l'extérieur du caisson par rapport à la première
paroi latérale
longitudinale du caisson et les premières parois latérales longitudinales du
caisson et de
l'enceinte étant reliées mécaniquement par un épaulement incluant au moins une
fenêtre
au travers de laquelle passe un élément respectif de cuve se déplaçant en
translation
selon un axe T-T' traversant la fenêtre.
L'épaulement est avantageusement réalisé sur au moins un côté longitudinal de
la cuve
d'électrolyse le long duquel peuvent être alors répartis des dispositifs de
levage et/ou des
dispositifs de perçage.
En outre, plus particulièrement, les première et deuxième parois latérales
longitudinales
de l'enceinte sont décalées vers l'extérieur du caisson par rapport aux
première et
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deuxième parois latérales longitudinales respectives du caisson, les première
et
deuxième parois latérales longitudinales respectives du caisson et de
l'enceinte étant
reliées mécaniquement par des épaulements, chaque épaulement incluant au moins
une
fenêtre au travers de laquelle passe un élément respectif de cuve se déplaçant
en
5 translation selon un axe T-T' traversant la fenêtre.
Les première et deuxième parois latérales longitudinales du caisson s'étendent
entre et
en-dessous des première et deuxième parois latérales longitudinales de
l'enceinte.
Un épaulement est alors avantageusement réalisé sur les deux côtés
longitudinaux
opposés de la cuve d'électrolyse de sorte à pouvoir rendre symétrique des
dispositifs de
levage et/ou des dispositifs de perçage, classiquement associés chacun à un
dispositif
d'alimentation en alumine.
La cuve peut encore comprendre quatre épaulements périphériques s'étendant
entre les
bords supérieurs des parois latérales du caisson et les bords inférieurs des
parois
latérales de l'enceinte. Ceci permet notamment de disposer des éléments
mobiles en
translation entre les quatre parois latérales du caisson et les quatre parois
latérales de
l'enceinte.
Chaque épaulement peut faire partie du caisson et/ou de l'enceinte. Par
exemple :
- le caisson peut comprendre deux épaulements périphériques s'étendant
vers
l'extérieur du volume définit par le caisson, le long des bords supérieurs des
première
et deuxième parois latérales longitudinales du caisson, l'enceinte étant
dépourvue
d'épaulement et étant posée sur les épaulements du caisson,
- l'enceinte peut comprendre deux épaulements périphériques s'étendant vers
l'intérieur du volume définit par l'enceinte, le long des bords inférieurs des
première et
deuxième parois latérales longitudinales de l'enceinte, le caisson étant
dépourvu
d'épaulement, et l'enceinte étant posée sur les bords supérieurs des parois
latérales
du caisson,
- le caisson et l'enceinte peuvent comprendre respectivement deux
épaulements
périphériques, les épaulements du caisson s'étendant vers l'extérieur du
volume
définit par le caisson le long des bords supérieurs des première et deuxième
parois
latérales longitudinales du caisson, et les épaulements de l'enceinte
s'étendant vers
l'intérieur du volume définit par l'enceinte le long des bords inférieurs des
première et
deuxième parois latérales longitudinales de l'enceinte ; le fait que le
caisson et
l'enceinte comprennent chacun des épaulements permet de faciliter la mise en
appui
de l'enceinte sur le caisson et permet d'améliorer la stabilité de
l'empilement
composé du caisson et de l'enceinte,
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- le caisson et l'enceinte peuvent encore être un seul et même élément
monobloc
comprenant également le ou les épaulements.
Le caisson et l'enceinte de confinement sont chacun de préférence de forme
parallélépipédique. La cuve a alors avantageusement une forme de deux
parallélépipèdes
posés l'un sur l'autre, le parallélépipède supérieur (enceinte de confinement)
étant
légèrement plus large que le parallélépipède inférieur (caisson).
De préférence, chaque fenêtre s'étend dans un plan perpendiculaire à l'axe de
translation
T-T'. L'axe de translation T-T' peut être vertical (ou sensiblement vertical).
Dans ce cas,
chaque fenêtre s'étend dans un plan horizontal. De même, chaque épaulement
peut être
sensiblement horizontal. L'étanchéité entre la fenêtre de l'épaulement et
l'élément de
cuve en translation est alors facilitée.
Dans une variante de réalisation, chaque fenêtre est de forme complémentaire à
la forme
en section de l'élément respectif de cuve passant à travers ladite fenêtre,
plus
particulièrement de forme homothétique. Ceci permet de minimiser les
dimensions de
l'interstice entre la fenêtre et l'élément déplaçable de sorte à limiter les
risques
d'échappement de gaz polluants à travers ledit interstice. Dans certaines
variantes de
réalisation, chaque élément traverse une fenêtre respective au travers d'un
joint
d'étanchéité dynamique, notamment annulaire. Chaque joint est par exemple
monté à la
périphérie d'une fenêtre, autour de l'élément en translation. Ceci permet
d'améliorer
encore l'étanchéité de la cuve. De préférence, chaque fenêtre est isolée
électriquement
de l'élément la traversant.
Selon une variante de réalisation, l'épaulement comprend au moins un créneau
en saillie
dans une direction opposée au fond du caisson, une fenêtre étant formée dans
le au
moins un créneau.
La fenêtre réalisée dans le partie supérieure du créneau est donc surélevée
par rapport à
la hauteur du bain cryolithaire de sorte à limiter l'exposition des éléments
se déplaçant en
translation à travers la fenêtre à la chaleur dégagée par le bain
cryolithaire, aux gaz et au
produit de couverture.
Différents types d'élément déplaçable en translation peuvent être associés à
une fenêtre.
Par exemple, lorsque la cuve comprend au moins un ensemble anodique supporté
par
des récepteurs anodiques déplaçables en translation selon l'axe T-T' pour
plonger ou
extraire l'ensemble anodique du bain cryolithaire, des fenêtres de
l'épaulement peuvent
être associées auxdits récepteurs anodiques, chaque fenêtre permettant le
passage d'un
récepteur anodique respectif.
Selon un mode de réalisation préféré, l'ensemble anodique traverse la cuve
d'une paroi
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latérale longitudinale à l'autre de l'enceinte de confinement et repose sur
deux récepteurs
anodiques traversant des fenêtres de deux épaulements disposés sur des côtés
longitudinaux opposés de la cuve d'électrolyse. L'ensemble anodique repose
alors sur
des moyens de support et de mise en translation parfaitement stable et sans
impact sur
l'étanchéité de l'enceinte de confinement.
Bien sûr les fenêtres (ou d'autres fenêtres) peuvent être associées à d'autres
types
d'élément se déplaçant en translation tels qu'un dispositif de conduction
électrique de
courant pour alimenter l'anode en courant électrique, ou encore un dispositif
de perçage.
Notamment dans un mode de réalisation, la cuve comprend un dispositif de
perçage
destiné à créer un trou dans une croûte se formant à la surface du bain
cryolithaire pour
permettre une alimentation, notamment en alumine du bain cryolithaire,
l'épaulement
comprenant au moins une fenêtre au travers de laquelle passe le dispositif de
perçage,
plus particulièrement une pièce (une barre) du dispositif de perçage se
déplaçant en
translation.
Les fenêtres associées aux dispositifs de perçage sont donc surélevées par
rapport à la
hauteur du bain cryolithaire de sorte à limiter l'exposition des dispositifs
de perçage à la
chaleur dégagée par le bain cryolithaire, aux gaz et au produit de couverture.
De préférence, chaque épaulement comprend au moins un dispositif d'accrochage
sur
une face de l'épaulement opposée au fond, par exemple une plaque comportant un
orifice
traversant et formant un point d'accroche, pour la manutention du caisson.
Ceci permet
de faciliter le déplacement de la cuve à l'aide d'une unité de manutention
comportant
typiquement un pont roulant, un chariot apte à être déplacé sur le pont
roulant
connectable de manière amovible au caisson en utilisant par exemple des
palonniers.
Chaque épaulement peut s'étendre sur toute la longueur de la paroi latérale
longitudinale
(respectivement transversale) du caisson et/ou de l'enceinte. Ceci permet de
disposer les
éléments déplaçables en translation selon l'axe T-T' sur toute la longueur
(respectivement
la largeur) de la cuve.
Avantageusement, les parois latérales de l'enceinte de confinement et du
caisson
peuvent servir de point de fixation à la périphérie de la cuve d'électrolyse
pour des
équipements fixés généralement au-dessus de l'ouverture du caisson dans l'art
antérieur.
Ainsi, la cuve peut comprendre des moyens de levage d'ensembles anodiques, des
dispositif de perçage, un système de collecte de gaz et un dispositif
d'alimentation en
alumine qui sont fixés sur des parois latérales de l'enceinte de confinement
et/ou sur des
parois latérales du caisson.
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De préférence, le caisson, le ou les épaulements et l'enceinte sont monobloc.
Ceci
permet de limiter les risques de fuite à la jonction entre le caisson, le ou
les épaulements
et l'enceinte qui pourraient être liés à des problèmes de dilatation
thermique. En variante,
le caisson, le ou les épaulements et l'enceinte peuvent être en deux (ou plus
de deux)
parties.
Brève description des figures
D'autres avantages et caractéristiques de la cuve d'électrolyse 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 :
- la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une cuve d'électrolyse,
- la figure 2 est une vue en coupe transversale de deux cuves
d'électrolyse adjacentes,
- la figure 3 est une vue partielle d'une cuve d'électrolyse comportant
un dispositif de
perçage,
- la figure 4 est une représentation schématique en perspective d'un
caisson d'une
cuve d'électrolyse,
- la figure 5 est une vue en perspective d'une cuve d'électrolyse.
Description détaillée
On va maintenant décrire un exemple de cuve d'électrolyse selon l'invention.
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:
- 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.
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En référence aux figures 1 à 3, on a illustré un exemple de cuve d'électrolyse
selon
l'invention.
La cuve d'électrolyse de forme sensiblement 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, un (ou plusieurs) dispositif
(s) de perçage 6,
et plusieurs dispositifs de levage 7.
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.
En référence à la figure 4, le caisson 1 est de forme globalement
parallélépipédique. Il
comprend un fond 10, des première et deuxième parois latérales transversales
11, et des
première et deuxième parois latérales longitudinales 12. Le caisson 1 comprend
également des berceaux 13 s'étendant sur les faces externes du fond 10 et des
parois
latérales 11, 12. Ces berceaux 13 permettent de renforcer mécaniquement le
caisson 1.
Le caisson 1 peut être métallique, par exemple en acier. Les faces internes du
fond 10 et
des parois latérales 11, 12 du caisson 1 sont recouvertes de blocs
réfractaires 14
permettant de calorifuger le caisson 1. Les blocs 14 peuvent comporter par
exemple des
briques réfractaires et/ou des blocs carbonés.
L'enceinte 2 définit un volume fermé de confinement des gaz au-dessus du bain
cryolithaire 19 dans lequel les ensembles anodiques 3 sont déplacés.
L'enceinte 2 est en appui sur les bords supérieurs du caisson 1. Elle comprend
des
première et deuxième parois latérales transversales 21 et des première et
deuxième
parois latérales longitudinales 22 fixées au caisson 1.
De préférence, les parois latérales 21, 22 de l'enceinte 2 sont décalées vers
l'extérieur
par rapport aux parois latérales 11, 12 du caisson 1 de sorte que lesdites
parois latérales
21, 22 de l'enceinte 2 s'étendent autour et au-dessus des parois latérales 11,
12 du
caisson 1, les parois latérales 11, 12, 21, 22 du caisson 1 et de l'enceinte 2
étant reliées
mécaniquement par des épaulements 16, 17 qui seront décrits plus en détails
dans la
suite.
L'enceinte 2 comprend également un capot amovible 23 pour coiffer l'ouverture
supérieure définie par les quatre parois latérales 21, 22 de l'enceinte 2. Le
capot 23 peut
être composé d'un assemblage de panneaux s'étendant globalement dans un plan,
et
être en appui sur les bords supérieurs des parois latérales 21, 22 de
l'enceinte 2, et plus
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particulièrement sur des gaines de collecte de gaz s'étendant au niveau des
bords
supérieurs de l'enceinte 2.
Le caisson 1 est ouvert dans sa partie supérieure 15. La cuve comprend un (ou
plusieurs)
épaulement(s) périphérique(s) 16, 17 entre les bords supérieurs des parois
latérales du
5 caisson et les bords inférieurs des parois latérales de l'enceinte.
Chaque épaulement périphérique 16, 17 s'étend en saillie vers l'extérieur du
caisson 1
(respectivement vers l'intérieur de l'enceinte), parallèlement au fond 10 du
caisson 1. Les
épaulements peuvent faire partie du caisson 1 et/ou de l'enceinte 2.
Chaque épaulement 16, 17 est associé à une paroi latérale 11, 12
(respectivement 21,
10 22) du caisson 1 (respectivement de l'enceinte).
Plus précisément dans le mode de réalisation illustré à la figure 4, le
caisson comprend
quatre épaulements périphériques 16, 17 s'étendant le long d'un des bords
supérieurs
des parois latérales 11, 12 du caisson 1 :
- deux épaulements périphériques longitudinaux 16, chaque épaulement
périphérique
longitudinal 16 s'étendant le long d'un bord supérieur d'une paroi latérale
longitudinale 12 respective du caisson 1,
- deux épaulements périphériques transversaux 17, chaque épaulement
périphérique
transversal 17 s'étendant le long d'un bord supérieur d'une paroi latérale
transversale
11 respective du caisson 1.
En variante, le caisson 1 (et/ou l'enceinte) peut (peuvent chacun) comprendre
:
- un unique épaulement périphérique longitudinal 16, ou
- deux épaulements périphériques longitudinaux 16, ou
- un (deux) épaulement(s) périphérique(s) longitudinal (longitudinaux) 16 et
un
épaulement périphérique transversal 17.
Chaque épaulement 16, 17 peut comprendre une (ou plusieurs) fenêtre(s) 18a au
travers
de laquelle passe un élément de la cuve se déplaçant en translation selon un
axe de
translation T-T' au cours du fonctionnement de la cuve. Cet élément de la cuve
peut être
une pièce d'un dispositif de levage 7 se déplaçant en translation selon l'axe
de translation
T-T' tel qu'un récepteur anodique 72 d'un dispositif de levage 7 qui sera
décrit plus en
détail dans la suite.
Ainsi, chaque fenêtre 18a est associée à un élément de cuve respectif la
traversant, ledit
élément de cuve étant déplaçable en translation selon l'axe de translation T-
T' entre deux
positions extrêmes.
Avantageusement, chaque fenêtre 18a s'étend dans un plan perpendiculaire à
l'axe de
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translation T-T'. Ceci permet de réduire les dimensions des fenêtres 18a en
les rendant
indépendantes de la course des éléments se déplaçant en translation selon
l'axe de
translation T-T'.
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 2, chaque fenêtre 18a est
associée à un
récepteur anodique 72 respectif se déplaçant en translation verticale selon
l'axe de
translation T-T'. Dans ce cas, les fenêtres 18a s'étendent dans un plan
horizontal. Il en va
de même pour chaque épaulement 16, 17.
La forme de chaque fenêtre 18a peut être complémentaire de la forme en section
(selon
un plan perpendiculaire à l'axe de translation T-T') de l'élément passant à
travers ladite
fenêtre. Ceci permet de minimiser les dimensions de la fenêtre de sorte à
limiter les
risques d'échappement de gaz polluants vers l'extérieur de la cuve
d'électrolyse. En
référence à la figure 4, chaque fenêtre 18a est de forme rectangulaire
complémentaire de
la forme rectangulaire en section de leurs récepteurs anodiques 72 associés.
Avantageusement, chaque fenêtre 18a du caisson 1 peut comprendre un joint
d'étanchéité s'étendant sur ses bords, de sorte que le joint d'étanchéité
entoure l'élément
déplaçable en translation associé à la fenêtre. Ceci permet d'améliorer
l'étanchéité de la
cuve de sorte à limiter les risques d'échappement de gaz polluants à travers
les fenêtres.
Le joint d'étanchéité peut être destiné à coopérer avec une portion
d'étanchéité agencée
sur l'élément coulissant. Dans ce cas, la portion d'étanchéité s'étend le long
de la zone de
l'élément coulissant au travers du joint d'étanchéité lors du déplacement en
translation de
l'élément entre ses positions extrêmes. Ainsi, l'étanchéité de la cuve est
assurée en dépit
du mouvement en translation de l'élément.
Le joint d'étanchéité dynamique, typiquement annulaire autour de la portion
d'étanchéité,
peut également servir d'isolant électrique si l'élément coulissant n'est pas
au même
potentiel électrique que les bords de la fenêtre traversée.
Chaque (ou certains) épaulement(s) 16, 17 peut (peuvent) également comprendre
une
(ou plusieurs) fenêtre(s) 18b au travers de laquelle passe une pièce d'un
dispositif de
perçage 6 qui sera décrit plus en détail dans la suite.
La forme de chaque fenêtre 18b peut être complémentaire de la forme en section
(selon
un plan perpendiculaire à l'axe de translation T-T') de la pièce passant à
travers ladite
fenêtre18b pour limiter les risques d'échappement de gaz polluants vers
l'extérieur de la
cuve d'électrolyse. En référence à la figure 5, chaque fenêtre 18b est de
forme circulaire
complémentaire de la forme cylindrique de la pièce de dispositif de perçage 6
qui lui est
associée.
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Un joint d'étanchéité peut être prévu sur les bords de chaque fenêtre 18b, de
sorte que le
joint d'étanchéité entoure la pièce déplaçable en translation du dispositif de
perçage 6.
Le joint d'étanchéité peut être destiné à coopérer avec une portion
d'étanchéité agencée
sur la pièce du dispositif de perçage 6, cette portion s'étendant sur toute la
zone de la
pièce coulissant au travers du joint d'étanchéité lors du déplacement en
translation de la
pièce entre ses positions extrêmes.
Les fenêtres 18a et 18b peuvent s'étendre dans des plans confondus.
En variante et comme illustré à la figure 5, les fenêtres 18a et 18b peuvent
s'étendre dans
des plans distincts.
Notamment dans le mode de réalisation illustré à la figure 5, chaque
épaulement 16, 17
comprend des créneaux en saillie dans une direction opposée au fond 10 du
caisson 1.
Chaque créneau comprend un plateau horizontal dans lequel est ménagée une
fenêtre
18b respective de sorte que les fenêtres 18b s'étendent à une hauteur
supérieure à la
hauteur des fenêtres 18a.
Avantageusement, les parois latérales 21, 22 de l'enceinte 2 peuvent être en
appui avec
les bords supérieurs du caisson 1 au niveau des extrémités libres des
épaulements 16,
17. Il en résulte que la surface de l'ouverture définie par les bords
inférieurs des parois
latérales 21, 22 de l'enceinte 2 est sensiblement égale à la somme de:
- la surface des épaulements 16, 17 et de
- la surface de l'ouverture supérieure définie par les bords supérieurs des
parois
latérales 11, 12 du caisson 1.
De préférence, le caisson 1 le ou les épaulements 16, 17 et l'enceinte 2 sont
monobloc.
Ceci permet de limiter les risques de fuite à la jonction entre le caisson et
l'enceinte. Ces
risques sont sinon importants du fait que le caisson 1 et l'enceinte auront un
comportement différent par rapport à la dilation engendrée par les hautes
températures
de fonctionnement d'une cuve d'électrolyse.
En variante, le caisson le ou les épaulements 16, 17 et l'enceinte peuvent
être en deux
(ou plus de deux) parties. Dans un mode de réalisation, le caisson 1 et
l'enceinte 2
comprennent chacun des épaulements s'étendant :
- pour les épaulements du caisson 1, sur un (des) bord(s) supérieur(s)
d'une (des)
paroi(s) latérale(s) longitudinale(s) (et transversales) du caisson,
- pour les épaulements de l'enceinte 2, sur un (des) bord(s)
inférieur(s) d'une (des)
paroi(s) latérale(s) longitudinale(s) (et transversales) de l'enceinte.
Le (ou les) épaulement(s) s'étend(ent) de préférence perpendiculairement aux
parois
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latérales du caisson 1 et de l'enceinte 2, chaque épaulement de l'enceinte 2
pouvant venir
en contact avec un épaulement périphérique respectif du caisson 1.
La présence d'épaulements à la fois sur les parois latérales du caisson 1 et
de l'enceinte
2 permet de faciliter la mise en appui de l'enceinte 2 sur le caisson 1 et
permet
d'améliorer la stabilité de l'empilement composé du caisson 1 et de l'enceinte
2.
Comme indiqué précédemment, chaque épaulement peut s'étendre sur toute la
longueur
de la paroi latérale de l'enceinte 2 (respectivement du caisson 1), les
épaulements de
l'enceinte 2 et du caisson 1 comprenant chacun une (ou plusieurs) fenêtre(s) à
des
positions coïncidant lorsque l'enceinte 2 est posée sur le caisson 1.
Chaque ensemble anodique 3 comprend une anode 31 et une structure anodique 32.
La
structure anodique 32 permet d'une part de manipuler l'anode 31, et d'autre
part de
l'alimenter en courant électrique. Durant la réaction d'électrolyse, l'anode
31 plongée dans
le bain cryolithaire se consomme. Les ensembles anodiques 3 doivent donc être
remplacés périodiquement.
L'anode 31 est de préférence un bloc de matériau carboné de type précuit.
Les ensembles anodiques 3, et plus particulièrement la structure anodique 32
de chaque
ensemble anodique 3, s'étendant transversalement dans la cuve entre les bords
latéraux
longitudinaux 22 de l'enceinte 2. La structure anodique comporte notamment une
poutre
transversale. La cuve comprend une pluralité d'ensembles anodiques 3 répartis
selon un
axe longitudinal de la cuve.
La structure anodique peut comprendre une armature constituée dans un métal
présentant une bonne tenue mécanique, tel que de l'acier. Ceci permet à la
structure
anodique d'assurer le maintien en suspension des ensembles anodiques. Elle
peut
également comprendre des tronçons constitués dans un métal présentant une
bonne
conductivité électrique tel que du cuivre ou de l'aluminium. Ceci permet à la
structure
anodique d'assurer l'acheminement de courant électrique pour l'alimentation
électrique
des ensembles anodiques.
La cathode 4 peut comporter une pluralité de blocs cathodiques en matériau
carboné.
La cathode 4 est reliée dans sa partie inférieure à des moyens de conduction
électrique
du courant d'électrolyse 41 formés notamment d'un ou plusieurs conducteurs.
Plus
particulièrement, chaque bloc cathodique comporte au moins un évidement dans
sa partie
inférieure à l'intérieur duquel est disposé un moyen de conduction électrique
41.
Une bonne connexion physique et électrique est réalisée dans l'évidement entre
le bloc
cathodique 4 et le moyen de conduction électrique 41 à l'aide de fonte coulée.
Le
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conducteur traverse le caisson 1 au niveau d'orifices ménagés dans le caisson
1, plus
particulièrement le fond 10 ou les parois latérales longitudinales 12.
Le conducteur collecte le courant électrique à la cathode pour permettre son
acheminement d'une cuve d'électrolyse à une autre.
Le dispositif de collecte de gaz 5 permet de récupérer pour traitement 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 ouvertures pour l'aspiration des gaz sont réparties.
La (ou les) gaine(s) de captation est (sont) associée(s) à un (ou plusieurs)
dispositif(s)
d'aspiration (non représenté(s)). 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 d'ouvertures le long des parois longitudinales 22 de
l'enceinte 2
permet d'améliorer l'efficacité de collecte des gaz polluants.
Avantageusement, le nombre d'ouvertures du dispositif de collecte 5 peut être
égal à un
nombre de dispositifs de perçage 6 fixés à la cuve d'électrolyse. Dans ce cas,
chaque
ouverture peut être associée à un dispositif de perçage 6 respectif et être
positionnée à
proximité de celui-ci.
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
perçage 6 ou les dispositifs de levage 7.
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.
Les dispositifs de perçage 6 permettent de former des trous dans une croûte
d'alumine et
de bain solidifié se formant à la surface du bain cryolithaire 19 lors de la
réaction
d'électrolyse.
Ces trous sont formés régulièrement pour permettre l'ajout de divers composés
¨ tels que
de l'alumine, de la cryolithe (Na3AIF6) ou du fluorure d'aluminium (AIF3) ¨
afin de
stabiliser les paramètres de fonctionnement de la cuve d'électrolyse.
Le dispositif de perçage comporte un vérin 61 et un organe de perçage 62.
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L'organe de perçage 62 est destiné à être positionné au-dessus de la croûte à
percer. Le
vérin 61 permet d'animer l'organe de perçage 62 d'un mouvement vertical de va-
et-vient
pour percer la croûte par l'intermédiaire d'une structure 63 en U composée de
première et
deuxième ailes reliées à une âme transversale.
5 La
première aile est solidaire d'une tige du vérin 61 et s'étend dans le
prolongement de
celle-ci le long d'un axe T-T' de translation de la tige. La deuxième aile est
solidaire de
l'organe de perçage 62.
Une pièce thermiquement isolante peut être fixée entre la première aile et la
tige pour
limiter les risques de propagation de chaleur jusqu'au vérin 61, une
augmentation trop
10 importante de la température du vérin 61 pouvant le dégrader.
Des moyens de guidage à coulissement de la tige de vérin 61 peuvent être
prévus pour la
(ou les) fenêtre(s) associée(s) au(x) dispositif(s) de perçage 6. Ces moyens
de guidage
permettent de guider le déplacement en translation de l'ensemble composé de la
tige de
vérin 61, de l'organe de perçage 62, et de la structure en U 63.
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Par exemple, chaque fenêtre 18b associée à un dispositif de perçage 6 peut
comprendre
un canal 64 entourant la première aile et formant les moyens de guidage pour
coulissement. Ce canal 64 s'étend sur les bords de la fenêtre 18b, et fait
saillie, de
préférence perpendiculairement sur une face extérieure de l'épaulement 16a,
17a en
regard du fond 10 du caisson 1 (i.e. face de l'épaulement opposée au volume
fermé défini
par l'enceinte 2), de sorte à minimiser la hauteur de l'âme transversale au-
dessus de
l'épaulement 16a, 17a.
Les dispositifs de levage 7 permettent la manipulation des structures
anodiques 32, et par
conséquent des ensembles anodiques 3. Plus précisément les dispositifs de
levage 7
permettent de déplacer verticalement en translation les ensembles anodiques 3.
Chaque ensemble anodique 3 est associé à deux dispositifs de levage 7
respectifs sur
chacun desquels reposent une de ses extrémités. Ainsi, le déplacement de
chaque
ensemble anodique 3 est indépendant du déplacement des autres ensembles
anodiques
3 contenus dans la cuve.
Chaque dispositif de levage 7 comprend un vérin 71 et un récepteur anodique
72.
Le vérin 71 permet de déplacer verticalement en translation le récepteur
anodique 72
selon un axe de translation T-T'.
Le récepteur anodique 72 comporte un barreau de section rectangulaire
s'étendant selon
un axe longitudinal confondu avec l'axe de translation T-T'. Une portion (par
exemple
l'extrémité la plus proche du fond du caisson) du barreau est connectée
électriquement à
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des moyens de conduction électrique flexibles pour permettre l'alimentation
électrique des
ensembles anodiques. L'extrémité supérieure du barreau comprend un logement
destiné
à recevoir l'extrémité de la structure anodique 32 et dont la forme est
complémentaire à
celle-ci.
Des moyens de guidage permettant d'assurer un déplacement vertical selon l'axe
de
translation T-T' du récepteur anodique 72 peuvent être prévus au niveau des
fenêtres 18a
associées aux récepteurs anodiques.
Ces moyens de guidage peuvent comprendre un (ou plusieurs) anneau(x) entourant
partiellement le barreau pour permettre son coulissement vertical entre :
- une position rétractée où le logement est proche de la surface du bain
cryolithaire, et
- une position déployée où le logement est éloigné de la surface du
bain cryolithaire.
Le dispositif de levage est avantageusement isolé électriquement du caisson 1
et de
l'enceinte 2.
Le lecteur aura compris que de nombreuses modifications peuvent être apportées
à
l'invention décrite ci-dessus sans sortir matériellement des nouveaux
enseignements
décrits ici.
Par exemple dans les modes de réalisation décrits précédemment, les fenêtres
18a
étaient associées à des dispositifs de levage 7, et les fenêtres 18b étaient
associées à
des dispositifs de perçage 6. Il est bien évident pour l'homme du métier que
les fenêtres
18a et 18b peuvent être associées à tout autre élément de cuve se déplaçant en
translation selon un axe de translation T-T'. Egalement et à l'inverse de ce
qui est
présenté ci-dessus, les fenêtres 18a peuvent être associées à des dispositifs
de perçage
6 et les fenêtres 18b à des dispositifs de levage 7.
Par ailleurs, dans la description qui précède, la (ou les) fenêtre(s)
correspondaient à des
ouvertures bidimensionnelles. Dans le cas d'ouvertures tridimensionnelles, la
(ou les)
fenêtre(s) correspondent à la projection dans un plan desdites ouvertures
= tridimensionnelles, cette projection définissant une région de passage
pour l'élément de
cuve qui lui est associé.
