Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 02938716 2016-08-02
WO 2015/132479 PCT/FR2015/000034
1
SYSTEME POUR LA REALISATION D'OPERATIONS LIEES A L'EXPLOITATION DE
CELLULES D'UNE INSTALLATION DE PRODUCTION D'ALUMINIUM
PAR ELECTROLYSE
La présente invention concerne un système pour la réalisation d'opérations
liées à
l'exploitation de cellules d'une installation de production d'aluminium par
électrolyse
ignée.
L'invention concerne aussi une unité pour l'exploitation de cellules d'une
telle installation,
l'unité comportant un tel système, ainsi qu'une installation de production
d'aluminium par
électrolyse ignée.
L'invention concerne également un procédé d'intervention sur une cellule d'une
telle
installation.
L'aluminium est produit industriellement par électrolyse ignée dans des
cellules
d'électrolyse suivant le procédé bien connu de Hall-Héroult. La demande de
brevet
français FR 2 806 742 (correspondant au brevet américain US 6 409 894) décrit
les
installations d'une usine d'électrolyse destinée à la production d'aluminium.
Les réactions d'électrolyse, les réactions secondaires et les hautes
températures
d'opération entraînent la production d'effluents gazeux, qui contiennent
surtout du dioxyde
de carbone et des produits fluorés. Le rejet de ces effluents dans
l'atmosphère est
sévèrement contrôlé et réglementé, non seulement en ce qui concerne
l'atmosphère
ambiante de la salle d'électrolyse, pour des raisons de conditions de travail
du personnel
opérant à proximité des cellules, mais également en ce qui concerne la
pollution
atmosphérique. Les réglementations de plusieurs Etats en matière de pollution
imposent
des limites aux quantités d'effluents rejetées dans l'atmosphère.
Il existe aujourd'hui des solutions qui permettent d'extraire, de récupérer et
de traiter ces
effluents de manière fiable et satisfaisante. Une solution largement répandue
consiste à
munir les cellules d'électrolyse d'un dispositif de captage des effluents. Ce
dispositif
couvre les cuves d'électrolyse et comprend des moyens de confinement, qui
incluent
notamment un dispositif de capotage, et des moyens d'aspiration et de
traitement
chimique des effluents.
Le dispositif de capotage comprend des capots amovibles qui permettent
d'accéder à
l'intérieur de la cellule, notamment lors du remplacement d'une anode usée par
une
anode neuve. L'accès à l'intérieur de la cellule peut également être
nécessaire lors
d'autres interventions, comme l'enlèvement du métal liquide, la couverture de
bain ou
diverses opérations de maintenance.
CA 02938716 2016-08-02
WO 2015/132479 PCT/FR2015/000034
2
Selon un premier procédé connu, les capots sont enlevés de la cellule et remis
en place
manuellement, un à un, par un opérateur au sol. L'opérateur est alors exposé à
des
risques liés à la proximité de la cellule d'électrolyse et à la présence
d'outils de
manutention. En particulier, la position de prise et de dépose des capots
oblige l'opérateur
à se pencher vers la cellule. Comme les capots reposent sur des surfaces
réduites, le
mauvais positionnement d'un capot peut entraîner une mauvaise mise en appui de
celui-ci
sur la cellule, déséquilibrer l'opérateur et risquer de le faire tomber dans
la cuve. D'autre
part, le retrait des capots réduit l'efficacité du dispositif de captage et
expose l'opérateur
aux effluents de la cellule, ce qui l'oblige à porter des masques de
protection.
Selon un deuxième procédé connu, décrit par exemple dans le brevet français
FR 2 879 582 (correspondant au brevet américain US 8 273 223) les capots sont
enlevés
de la cellule et remis en place par un système qui comprend :
- un support destiné à être monté sur une unité mobile de
l'installation pour pouvoir
être déplacé au-dessus des cellules ;
- et un premier bras articulé monté sur le support et muni d'un dispositif
de préhension
d'au moins un capot.
Avant de remettre en place un capot sur la cellule, il est nécessaire de
nettoyer la surface
de la cellule sur laquelle le capot va reposer. En effet, des morceaux de bain
durci ont pu
tomber sur cette surface lors du changement d'anode, et la présence de ces
morceaux
empêcherait un repositionnement correct du capot. Pour réaliser cette
opération de
nettoyage, le système du document FR 2 879 582 comprend un second bras
articulé
monté sur le support et pourvu d'un outil de nettoyage tel qu'une brosse.
Ainsi, un capot
présent sur une cellule est ôté par le premier bras muni du dispositif de
préhension, puis
le deuxième bras muni de l'outil de nettoyage réalise l'opération de nettoyage
tandis que
le capot reste connecté au premier bras, puis le premier bras vient remettre
en place le
capot sur la cellule.
Un tel système donne généralement satisfaction. Toutefois, il présente un
certain nombre
d'inconvénients. En particulier, il possède une structure relativement
complexe et
encombrante, ce qui peut avoir des conséquences négatives sur sa mise en
oeuvre et sur
sa maintenance. En outre, ce système s'avère relativement figé, dans la mesure
où il est
difficile de l'adapter à différentes sortes de capots et de cellules, et de le
faire évoluer
pour qu'il puisse réaliser d'autres opérations sur les cellules.
La présente invention vise à remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus.
A cet effet, et selon un premier aspect, l'invention concerne un système pour
la réalisation
d'opérations liées à l'exploitation de cellules d'une installation de
production d'aluminium
CA 02938716 2016-08-02
WO 2015/132479 PCT/FR2015/000034
3
par électrolyse ignée, dont des opérations de manutention de capots des
cellules, le
système étant destiné à être monté sur une unité mobile de l'installation pour
pouvoir être
déplacé au-dessus des cellules, le système comprenant :
- un support destiné à être monté sur l'unité ;
- un bras articulé monté sur le support ;
- un dispositif de préhension d'au moins un capot conçu pour pouvoir
être couplé à une
première extrémité du bras ;
- et, en outre, un dispositif de stockage temporaire d'au moins un
capot, ledit dispositif
de stockage, monté sur le support, étant apte à recevoir au moins un capot
apporté
par le bras équipé du dispositif de préhension et à permettre audit bras
équipé du
dispositif de préhension de reprendre au moins un capot préalablement placé
dans le
dispositif de stockage.
Grâce à la présence du dispositif de stockage monté sur le support, le bras
articulé n'est
pas contraint de tenir en permanence les capots pendant que sont réalisées les
opérations ayant nécessité le retrait des capots (en particulier le
remplacement d'une ou
plusieurs anodes) et les opérations préalables à la remise en place des capots
(en
particulier le nettoyage de certaines zones de la cellule). De ce fait, le
bras articulé, libéré
des capots, peut être utilisé pour réaliser d'autres opérations, puis
reprendre les capots
placés dans le dispositif de stockage pour les remettre en place sur la
cellule.
Ainsi, dans la mesure où ce bras peut réaliser différentes opérations, le
système peut
gagner en compacité et en coût de fabrication et de maintenance.
Notamment, selon une réalisation possible, il peut être envisagé que le
système
comprenne un unique bras articulé monté sur le support. Le gain en compacité
est alors
encore accru.
Ce bras peut être dédié aux opérations de manutention des capots et au
nettoyage des
zones de la cellule sur lesquelles les capots sont placés. Il pourrait de plus
être conçu
pour réaliser d'autres opérations, augmentant ainsi la polyvalence du système
avec une
compacité sensiblement inchangée.
En variante, on pourrait prévoir que le système comprenne un bras additionnel
pour
réaliser des opérations autres que la manutention des capots et le nettoyage
précité,
notamment si ces autres opérations nécessitent une structure ou des
fonctionnalités
spécifiques du bras qui les réalise.
Selon une réalisation possible, le système comprend en outre un dispositif
d'entreposage
d'outils dont au moins le dispositif de préhension et un outil de nettoyage,
le dispositif
CA 02938716 2016-08-02
WO 2015/132479 PCT/FR2015/000034
4
d'entreposage, monté sur le support, étant agencé pour pouvoir recevoir au
moins un outil
apporté par le bras et pour permettre audit bras de prendre l'un des outils
placé dans le
dispositif d'entreposage.
Grâce à cette disposition, le bras peut être équipé uniquement de l'outil
nécessaire à la
réalisation de l'opération en cours, le ou les autres outils étant placés dans
le dispositif
d'entreposage pendant ce temps. En particulier, le nettoyage peut être
effectué par le
bras ne portant pas le dispositif de préhension, ce qui permet de gagner en
praticité et en
efficacité lors de l'opération de nettoyage.
De plus, la présence du dispositif d'entreposage permet d'obtenir une
polyvalence du
système dans de très bonnes conditions d'utilisation. En effet, les outils
restent situés sur
le système et ne sont pas par exemple déposés sur le sol de l'installation, ce
qui évite
l'encombrement au sol, le déplacement non souhaité de l'outil et la difficulté
à le localiser
pour que le bras puisse le reprendre.
Le support peut comprendre une embase sur laquelle sont montés, de façon fixe
: le bras,
le dispositif de stockage temporaire d'au moins un capot, et le dispositif
d'entreposage
d'outils, lorsqu'il est présent. Le bras, le dispositif de stockage et le
dispositif
d'entreposage sont ainsi situés dans le même référentiel, si bien qu'il n'est
pas nécessaire
de prévoir un dispositif de détection pour que le bras puisse prendre ¨ ou
reprendre ¨
correctement un ou plusieurs capots stockés ou un outil entreposé.
On peut prévoir que la première extrémité du bras soit munie de premiers
moyens de
couplage et que le dispositif de préhension, ou tout autre outil susceptible
d'être couplé à
la première extrémité du bras, soit muni de seconds moyens de couplage conçus
pour
coopérer, de façon amovible, avec les premiers moyens de couplage. En
particulier, les
seconds moyens de couplage peuvent être identiques sur tous les outils, de
sorte qu'on
obtient un système de couplage c< universel >. Le couplage s'entend d'un
point de vue
mécanique ¨ pour assurer la tenue de l'outil sur le bras ¨ mais également
électrique et/ou
pneumatique ou hydraulique ¨ pour la transmission de l'énergie et des ordres
d'actionnement.
De préférence, les seconds moyens de couplage sont accessibles lorsque l'outil
est situé
dans le dispositif d'entreposage, pour pouvoir être approchés par la première
extrémité du
bras et venir coopérer avec les premiers moyens de couplage.
Le dispositif de stockage temporaire d'au moins un capot peut être conçu pour
recevoir
plusieurs capots disposés sensiblement dans un même plan vertical, avec leurs
bords
latéraux sensiblement horizontaux, les capots étant superposés de façon
sensiblement
jointive le long de la direction verticale. Ceci permet, par la gravité, de
supprimer les jeux
CA 02938716 2016-08-02
WO 2015/132479 PCT/FR2015/000034
qui pouvaient exister entre les capots avant que ceux-ci ne soient ôtés de la
cellule. En
conséquence, l'encombrement global de l'ensemble de capots est moins important
que
l'espace dans lequel cet ensemble doit être replacé, ce qui facilite la remise
en place des
capots.
5 Selon une réalisation possible, le dispositif de stockage temporaire d'au
moins un capot
comprend un organe mobile entre une position ouverte permettant la mise en
place ou le
retrait d'au moins un capot dans/depuis ledit dispositif de stockage, et une
position fermée
dans laquelle le ou les capots sont maintenus dans ledit dispositif de
stockage.
Le système peut en outre comporter un dispositif de détection ,apte à
déterminer la
position précise d'un capot sur une cellule avant sa préhension par le bras,
et apte à
détecter un élément voisin de l'emplacement de la cellule où un capot doit
être
repositionné par le bras, afin de permettre un repositionnement approprié
dudit capot. Ces
deux fonctions peuvent être assurées par un même organe de détection ou par
deux
organes distincts du dispositif de détection. Par exemple, le dispositif de
détection peut
comporter au moins un système de télémesure, par exemple un télémètre laser.
Le support peut comprendre au moins une partie qui est mobile sensiblement
verticalement, en fonctionnement, et sur laquelle est fixé le bras. Cette
partie mobile ¨ par
rapport à l'unité sur laquelle est montée le support ¨ peut typiquement être
l'embase. Le
bras est par exemple fixé en partie inférieure du support par sa deuxième
extrémité.
Ainsi, ladite partie mobile du support peut être remontée afin que le système,
et en
particulier le bras, ne gêne pas les autres opérations qui doivent être
réalisées sur la
cellule et/ou qu'il ne heurte pas une partie de la cellule (montée positive,
superstructure,
etc.) lorsque l'unité doit se déplacer.
Selon un deuxième aspect, l'invention concerne une unité pour l'exploitation
de cellules
d'une installation de production d'aluminium par électrolyse ignée, l'unité
comportant :
- un pont roulant qui comporte deux poutres s'étendant transversalement
et qui est
conçu pour se déplacer selon une direction longitudinale au-dessus des
cellules ;
- un chariot monté mobile transversalement sur les deux poutres du pont
roulant ;
- et un système tel que précédemment décrit, le support du système
étant monté sur le
chariot.
Selon un troisième aspect, l'invention concerne une installation de production
d'aluminium
par électrolyse ignée, comprenant :
- un bâtiment dans lequel sont situées plusieurs cellules, chaque
cellule s'étendant
selon une direction transversale, les cellules étant disposées les unes à côté
des
CA 02938716 2016-08-02
WO 2015/132479 PCT/FR2015/000034
6
autres selon une direction longitudinale ;
- une unité telle que précédemment décrite, le pont roulant étant
monté mobile
longitudinalement sur des rails longitudinaux ménagés au voisinage de deux
parois
d'extrémité transversales du bâtiment.
Selon un quatrième aspect, l'invention concerne un procédé d'intervention sur
une cellule
d'une installation de production d'aluminium par électrolyse ignée, comprenant
dans cet
ordre les étapes consistant à:
a) prendre au moins un capot présent sur une cellule, au moyen d'un bras
articulé
monté sur un support et muni d'un dispositif de préhension d'au moins un capot
;
b) au moyen dudit bras, placer le ou les capots dans un dispositif de stockage
temporaire d'au moins un capot monté sur le support, puis séparer le
dispositif de
préhension et le ou les capots, de sorte à libérer le bras ;
c) au moyen dudit bras, reprendre au moins un capot préalablement placé dans
le
dispositif de stockage ;
d) replacer ledit ou lesdits capots sur la cellule au moyen dudit bras.
Ainsi, après l'étape b), le bras est libéré des capots et peut donc réaliser
d'autres
opérations.
Le procédé peut en outre comporter, entre les étapes b) et c), et dans cet
ordre, les
étapes consistant à:
- au moyen dudit bras, c'est-à-dire le bras qui réalise les opérations a) à
d) de
manutention des capots, placer le dispositif de préhension dans un dispositif
d'entreposage d'outils monté sur le support ;
- coupler audit bras un outil autre que le dispositif de préhension
présent dans le
dispositif d'entreposage ;
- réaliser une opération avec ledit outil ;
- replacer ledit outil dans le dispositif d'entreposage ;
- coupler à nouveau le dispositif de préhension audit bras.
Typiquement, ledit outil autre que le dispositif de préhension peut être un
outil de
nettoyage, tel qu'une brosse, l'opération réalisée avec ledit outil étant
alors une opération
de nettoyage d'au moins une zone de la cellule.
On décrit à présent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation
possible de
l'invention, en référence aux figures annexées :
CA 02938716 2016-08-02
WO 2015/132479 PCT/FR2015/000034
7
La figure 1 est une vue schématique en section d'une installation de
production
d'aluminium par électrolyse comportant un système selon l'invention ;
La figure 2 est une vue schématique en section d'une cellule d'électrolyse de
l'installation ;
La figure 3 représente, vue en perspective, une partie de la cellule de la
figure 2;
La figure 4 est une vue en perspective du système selon un mode de réalisation
de
l'invention ;
Les figures 5 et 6 sont des vues d'un dispositif de stockage temporaire de
capots de
cellule appartenant au système de la figure 4, respectivement en perspective
et en vue de
dessus, le dispositif de stockage étant vide ;
Les figures 7 et 8 sont des vues similaires à la figure 5, le dispositif de
stockage recevant
respectivement un et trois capots ;
Les figures 9 à 16 illustrent des étapes successives du procédé d'intervention
sur une
cellule selon l'invention au moyen du système de la figure 4.
La figure 1 représente une installation 1 de production d'aluminium par
électrolyse, et plus
particulièrement une salle d'électrolyse d'une telle installation 1.
L'installation 1 comprend un bâtiment 2 dans lequel sont situées plusieurs
cellules 3
d'électrolyse. Chaque cellule 3 s'étend selon une direction transversale Y, et
les cellules 3
sont disposées les unes à côté des autres selon une direction longitudinale X.
Comme illustré sur les figures 2 et 3, chaque cellule 3 comprend une cuve 20,
une
structure de support 30 appelée superstructure et une pluralité d'anodes
40, 40'.
La cuve 20 comprend un caisson 21 en acier, un revêtement intérieur 22 qui est
généralement formé par des blocs en matériaux réfractaires, et un ensemble
cathodique
qui comprend des blocs en matériau carboné, appelés blocs cathodiques 23,
et des
barres de raccordement métalliques 24 auxquelles sont fixés les conducteurs
électriques
45, 46, 47 servant à l'acheminement du courant d'électrolyse.
Chaque anode 40 est munie d'une tige métallique 41 qui est typiquement fixée à
l'anode
40 par l'intermédiaire d'un multipode 42. Les anodes 40 sont fixées de manière
amovible
à un cadre métallique mobile 25, appelé cadre anodique , par un connecteur
amovible
26. Le cadre anodique 25 est porté par la superstructure 30 et fixé à des
conducteurs
électriques 47, appelés montées positives , servant à l'acheminement du
courant
d'électrolyse.
Généralement, plus d'une centaine de cellules 3 sont disposées les unes à côté
des
CA 02938716 2016-08-02
WO 2015/132479 PCT/FR2015/000034
8
autres, en rangées ou files, selon la direction X. Les cellules 3 d'une rangée
sont
raccordées électriquement en série à l'aide de conducteurs de liaison 45, 46,
47. Les
cellules 3 sont disposées de manière à dégager une allée de circulation 48 le
long de
l'installation 1 et une voie d'accès 49 entre les cellules 3.
Chaque cellule 3 est munie d'un système de capotage. Celui-ci comprend une
série de
capots 33 amovibles qui sont typiquement métalliques, et plus typiquement en
alliage
d'aluminium. Le système de capotage confine les effluents à l'intérieur 29 de
la cellule 3 et
est relié à des moyens (non illustrés) pour évacuer les effluents et les
diriger vers un
centre de traitement.
io Les capots 33 sont typiquement insérés dans une rainure de guidage 35
aménagée le
long de la cellule 3 (selon la direction Y) et sont mis en appui sur un rebord
31 de la
superstructure 30. Les capots 33 sont posés côte à côte sur une cellule 3, le
long de la
direction Y. Il peut exister un jeu entre les bords latéraux 36 de deux capots
33 adjacents,
de l'ordre de 2 à 5 mm environ. D'autre part les capots peuvent être
positionnés avec un
défaut angulaire de quelques degrés autour des axes Y et X. A titre d'exemple,
les
dimensions d'un capot 33 peuvent être les suivantes : largeur (selon Y) de 685
mm et
hauteur de 1535 mm. Les capots 33 peuvent être sensiblement plans ou bombés.
Les
capots 33 sont maintenus en position sous l'effet de leur propre poids, sans
dispositif de
verrouillage. A titre d'exemple, le poids d'un capot 33 peut être de l'ordre
de 12 kg. Les
capots 33 sont généralement munis d'une poignée 34 destinée à leur manutention
par
des opérateurs.
La tige 41 des anodes 40 émerge typiquement du système de capotage par des
ouvertures 32 aménagées à cet effet dans le système de capotage.
Selon la technologie la plus répandue, les anodes 40 sont en matériau carboné
précuit.
La consommation progressive des anodes 40 lors des réactions de réduction
électrolytique de l'aluminium nécessite des interventions sur les cellules 3
parmi
lesquelles figure, notamment, le remplacement des anodes usées 40' par des
anodes
neuves 40.
L'installation 1 comprend une unité 4 dite unité de service pour
l'exploitation des
cellules 3, c'est-à-dire pour effectuer des opérations sur les cellules 3
telles que les
changements d'anode ou le remplissage des trémies d'alimentation en bain broyé
et en
AlF3 des cellules 3. L'unité 4 peut également servir à manutentionner des
charges
diverses, telles que des éléments de cuve, des poches de métal liquide ou des
anodes.
Comme illustré sur la figure 1, l'unité 4 comprend un pont roulant 5 qui
comporte deux
poutres 6 s'étendant transversalement et qui est conçu pour se déplacer selon
la direction
CA 02938716 2016-08-02
WO 2015/132479 PCT/FR2015/000034
9
longitudinale X au-dessus des cellules 3. Plus précisément, le pont roulant 5
est monté
mobile longitudinalement sur des rails longitudinaux 7 ou chemins de roulement
qui
peuvent être ménagés au voisinage de deux parois d'extrémité transversales 8
du
bâtiment 2.
L'unité 4 comporte en outre un chariot 9 monté mobile transversalement sur les
deux
poutres 6 du pont roulant 5. Le chariot 9 appartient à une machine de service
10 qui
comporte également un module de service 11 équipé de plusieurs organes de
manutention et d'intervention 12. La machine de service 10 peut également
comporter
une cabine de pilotage.
Sur les machines de service 10 utilisées pour les opérations de changement
d'anode, ces
organes de manutention et d'intervention 12 incluent des outils, à savoir
typiquement un
piqueur, une pelle à godets, un organe de préhension d'anode (appelé pince à
anodes >) et une trémie munie d'un conduit escamotable. Le piqueur sert à
briser la
croûte d'alumine et de bain solidifié qui couvre généralement tout ou partie
des anodes 40
de la cellule 3; la pelle à godets sert à dégager l'emplacement de l'anode 40,
après le
retrait de l'anode usée, par enlèvement des matières solides (telles que des
morceaux de
croûte et de l'alumine) qui s'y trouvent ; la pince à anodes sert à saisir et
à manipuler les
anodes 40 par leur tige 41, notamment pour l'enlèvement des anodes usées d'une
cellule
3 et la mise en place d'anodes 40 neuves dans la cellule 3; le conduit
escamotable sert à
introduire de l'alumine et/ou du bain broyé dans la cellule 3, de manière à
reformer une
couche de revêtement, après la mise en place d'une anode neuve. Le piqueur, la
pelle à
godets et la pince à anodes sont typiquement montés à l'extrémité inférieure
d'un organe
de guidage, tel qu'un mât ou un bras télescopique.
De plus, l'unité 4 comporte un système 50 pour la réalisation d'opérations
liées à
l'exploitation des cellules 3 de l'installation 1, en particulier des
opérations de manutention
de capots 33 des cellules 3 et de nettoyage d'au moins une zone de la cellule
3.
Comme illustré sur la figure 4, le système 50 comprend un support 51 qui est
monté sur
l'unité 4, et plus précisément sur le chariot 9, pour pouvoir être déplacé au-
dessus des
cellules 3. Le système 50 comprend de plus un bras 52 articulé monté sur le
support 51.
Par exemple, le bras 52 comprend une première extrémité 53 libre et une
deuxième
extrémité 54 fixée en partie inférieure du support 51. Il peut s'agir d'un
robot
anthropomorphe à six axes. Le bras 52 peut être l'unique bras articulé monté
sur le
support 51.
Généralement, le support 51 peut être conçu pour que le bras 52 puisse être
déplacé
sensiblement verticalement, en fonctionnement. Ceci permet d'amener le bras 52
près
CA 02938716 2016-08-02
WO 2015/132479 PCT/FR2015/000034
d'une cellule 3 lorsqu'une opération doit être réalisée sur la cellule 3, et
de relever le bras
52 le reste du temps, afin qu'il ne gêne pas les autres interventions, ou que
le
déplacement de l'unité 4 portant le système 50 ne soit pas entravé par le fait
que le bras
52 pourrait heurter une partie de la cellule 3, telle qu'une montée positive
47 ou la
5 structure de support 30. A cet effet, on peut prévoir que le support 51
comprenne un mât
télescopique selon une direction sensiblement verticale Z.
Le système 50 comprend en outre un dispositif de stockage 55 temporaire d'au
moins un
capot 33, monté sur le support 51 ainsi que, dans la réalisation représentée,
un dispositif
d'entreposage 56 d'outils également monté sur le support 51.
10 Dans la réalisation représentée sur la figure 4, le support 51 comprend
une embase 57
sur laquelle sont montés, de façon fixe : le bras 52, le dispositif de
stockage 55 temporaire
d'au moins un capot, et le dispositif d'entreposage 56 d'outils. Plus
précisément, l'embase
57 peut être montée en partie inférieure du support 51 et être mobile
verticalement par
rapport à la portion supérieure du support 51, ce mouvement vertical étant
actionné par
un vérin 58. En outre, l'embase 57 peut comporter une aile 65 portant le
dispositif de
stockage 55 et une aile 66 portant le dispositif d'entreposage 56 d'outils.
Dans le dispositif d'entreposage 56 d'outils, on peut trouver différents
outils pouvant être
manipulés par le bras 52, et en particulier :
- un dispositif de préhension 60 d'au moins un capot 33, comportant par
exemple un
corps pourvu de branches portant des organes de préhension 59 tels que des
ventouses, par exemple activées par un système pneumatique ;
- et un outil de nettoyage 63, telle qu'une brosse, une racle ou un
moyen de soufflage.
Le dispositif d'entreposage 56 d'outils est agencé pour pouvoir recevoir au
moins un outil
60, 63 apporté par le bras 52 et pour permettre audit bras 52 de prendre l'un
des outils
60, 63 placé dans le dispositif d'entreposage 56. Outre le dispositif de
préhension 60 et
l'outil de nettoyage 63, le dispositif d'entreposage 56 peut recevoir par
exemple un
capteur de jaugeage, des outils de mesure, des outils de brossage d'autres
parties de la
cellule (cadre anodique, tiges d'anode), des outils de dépose du bain, etc.
A cet effet, la première extrémité 53 du bras 52 peut être munie de premiers
moyens de
couplage 61, tandis que chacun des outils susceptible d'être couplé à la
première
extrémité 53 du bras 52 ¨ en particulier le dispositif de préhension 60 et
l'outil de
nettoyage 63 ¨ peut être muni de seconds moyens de couplage 62 conçus pour
coopérer,
de façon amovible, avec les premiers moyens de couplage 61. Dans une version
avantageuse de l'invention, les seconds moyens de couplage 62 sont identiques
pour
tous lesdits outils, pour créer un système de couplage universel.
CA 02938716 2016-08-02
WO 2015/132479 PCT/FR2015/000034
11
Les moyens de couplage 61, 62 sont conçus pour assurer une liaison démontable
entre la
première extrémité 53 du bras 52 et les outils, en particulier le dispositif
de préhension 60
et l'outil de nettoyage 63, et pour assurer la connexion automatique des
énergies
pneumatiques et électriques entre le bras 52 et les outils. Dans le cas d'un
système de
couplage universel, les moyens de couplage 61, 62 doivent de préférence
disposer de
connexions suffisantes pour chacun des outils à connecter au bras 52. En
outre, les
moyens de couplage 61, 62 sont de préférence conçus pour garantir le maintien
des outils
en cas de coupure d'énergie.
La fonction du dispositif d'entreposage 56 d'outils est de permettre le
stockage des outils
non utilisés à un moment donné. Ces outils non utilisés sont de préférence
verrouillés sur
le dispositif d'entreposage 56, par exemple au moyen de vérins. Le dispositif
d'entreposage 56 peut comporter plusieurs éléments 64 solidaires de l'aile 66
reliée à
l'embase 57, chacun de ces éléments 64 servant de base sur laquelle un outil
non utilisé
peut être placé voire verrouillé.
Le dispositif de stockage 55 temporaire d'au moins un capot est conçu pour
pouvoir
recevoir au moins un capot 33 apporté par le bras 52 équipé du dispositif de
préhension
60, et pour permettre audit bras 52 équipé du dispositif de préhension 60 de
reprendre au
moins un capot 33 préalablement placé dans le dispositif de stockage 55.
Le dispositif de stockage 55 va à présent être décrit plus précisément en
référence aux
figures 5 à 8.
Dans la réalisation représentée, le dispositif de stockage 55 comprend une
base 70
sensiblement horizontale, un premier montant latéral 71 et un deuxième montant
latéral
73 sensiblement verticaux et fixes par rapport à la base 70. Le premier et le
deuxième
montant latéral 71, 73 peuvent être connectés par l'aile 65 reliant le
dispositif de stockage
55 à l'embase 57 du support 51.
De plus, au voisinage du deuxième montant latéral 73, est prévu un volet 72
sensiblement
vertical. Le volet 72 est mobile par rapport au deuxième montant latéral 73
entre une
position ouverte permettant la mise en place ou le retrait d'au moins un capot
33
dans/depuis ledit dispositif de stockage 55, et une position fermée dans
laquelle le ou les
capots 33 sont maintenus dans ledit dispositif de stockage 55, en position de
stockage.
Dans une variante non illustrée, on peut également prévoir un volet mobile au
voisinage
du premier montant latéral 71.
Le dispositif de stockage 55 est de préférence dépourvu de paroi avant, pour
permettre la
mise en place, par l'avant, d'un ou de plusieurs capots 33, ainsi que leur
retrait, par le
bras 52. Par ailleurs, le dispositif de stockage 55 peut être dépourvu de
traverse
CA 02938716 2016-08-02
WO 2015/132479 PCT/FR2015/000034
12
supérieure : en d'autres termes, il est ouvert en partie supérieure. En outre,
le dispositif de
stockage 55 peut être dépourvu de paroi arrière pleine, l'aile 65 constituant
l'unique
élément situé à l'arrière du dispositif de stockage 55.
Le volet 72 peut être écarté ou rapproché du deuxième montant latéral 73, de
sorte qu'un
ou plusieurs capots 33 puissent être emprisonnés entre le deuxième montant
latéral 73 et
le volet 72, plus spécifiquement l'extrémité libre du volet 72. Dans cette
position de
stockage, les capots 33 sont donc maintenus entre les deux montants 71, 73, au
moyen
du volet 72.
Ainsi, lorsque le volet 72 est en position écartée du deuxième montant 73,
c'est-à-dire
lorsqu'il est en position ouverte (figures 5 à 8), il est possible de mettre
en place ou de
retirer au moins un capot 33 dans/depuis le dispositif de stockage 55. A
l'inverse, lorsque
le volet 72 est en position rapprochée du deuxième montant 73, c'est-à-dire
lorsqu'il est
en position fermée (figure 4), le ou les capots 33 sont maintenus dans le
dispositif de
stockage 55.
Dans la réalisation représentée, le dispositif de stockage 55 comprend un
organe
d'actionnement conçu pour pouvoir déplacer l'organe mobile ¨ à savoir le volet
72 ¨ entre
ses positions ouverte et fermée. Comme illustré sur la figure 6, cet organe
d'actionnement
se présente par exemple sous la forme d'au moins un vérin 75. Le vérin 75 peut
être lié à
une patte 76 solidaire du volet 72 et articulée autour d'un axe 77
sensiblement vertical et
fixe par rapport au deuxième montant 73. Ainsi, le déplacement du volet 72
entre ses
positions ouverte et fermée consiste en une rotation du volet 72 autour de
l'axe 77. Un
détecteur de fin de course peut en outre être prévu sur le vérin 75.
En outre, le premier montant 71 ¨ et éventuellement le deuxième montant 73
et/ou le
volet 72 ¨ peut présenter une gorge 74 sensiblement verticale et ouverte vers
le
deuxième montant 73 ¨ ou plus généralement le montant opposé ¨ dans laquelle
est
destiné à venir se loger un bord d'au moins un capot 33. Typiquement, la ou
les gorges
74 reçoivent un bord supérieur et/ou inférieur du capot 33, les termes
inférieur et
,c supérieur se référant à la position qu'occupe un capot 33 sur une cellule
3. En
pratique, ce montant 71 peut présenter une section transversale en forme de V,
comme
illustré sur la figure 6. Cette disposition améliore la qualité du
positionnement et du
maintien des capots 33 dans le dispositif de stockage 55.
Lorsqu'un seul capot 33 est en position de stockage dans le dispositif de
stockage 55, il
repose sur la base 70 et est maintenu entre les deux montants 71, 73, grâce au
volet 72,
comme illustré sur la figure 7, ses bords latéraux 36 étant sensiblement
horizontaux.
CA 02938716 2016-08-02
WO 2015/132479 PCT/FR2015/000034
13
Lorsque plusieurs capots 33 (jusqu'à trois dans la réalisation illustrée sur
la figure 8) sont
en position de stockage dans le dispositif de stockage 55, le capot 33
inférieur repose sur
la base 70. De plus, les capots 33 sont disposés sensiblement dans un même
plan
vertical et superposés de façon sensiblement jointive le long de la direction
verticale Z. En
outre, lorsqu'ils sont placés sur une cellule 3, les capots 33 ont des bords
latéraux 36 qui
sont situés sensiblement dans un plan (X, Z), comme on le voit sur la figure
3. En
revanche, en position de stockage, comme sur les figures 7 et 8, les capots 33
ont leurs
bords latéraux 36 sensiblement horizontaux, c'est-à-dire qu'ils ont été
tournés de 900 par
rapport à la position qu'ils occupent lorsqu'ils sont placés sur une cellule
3.
En outre, le système 50 peut comporter des moyens de détection de la présence
d'au
moins un capot 33 dans le dispositif de stockage 55. Comme on le voit sur la
figure 5
notamment, ces moyens de détection peuvent comporter un ou plusieurs doigts 78
ménagés sur la base 70 du dispositif de stockage 55, ces doigts 78 faisant
saillie vers le
haut et pouvant être enfoncés sous le poids d'un ou plusieurs capots 33 placés
dans le
dispositif de stockage 55.
Le dispositif de stockage 55 temporaire d'au moins un capot 33 est de
préférence
sécurisé, c'est-à-dire conçu pour garantir le maintien du ou des capots 33
même en cas
de coupure d'énergie, empêchant ainsi leur chute accidentelle.
Le bras 52 peut être équipé d'une chaine porte câbles 80 (voir notamment la
figure 9)
dans laquelle seront installés l'ensemble des câbles et tuyaux nécessaire au
fonctionnement du système 50. De plus, le système 50 comprend un ou plusieurs
boîtiers
79 contenant divers systèmes de commande informatique et/ou pneumatique,
notamment
pour la commande du verrouillage des capots 33 dans le dispositif de stockage
55 (par
déplacement du volet 72 vers sa position fermée et maintien dans cette
position) et du
verrouillage des outils 60, 63 dans le dispositif d'entreposage 56 d'outils.
Les systèmes
logés dans le boîtier 79 peuvent également permettre la communication avec
l'automate
de la machine de service 10, pour l'acquisition des commandes et la remontée
des
informations.
On se réfère à présent aux figures 9 à 16 qui illustrent des étapes
successives d'un
procédé d'intervention sur une cellule 3 de l'installation 1 nécessitant le
retrait puis la
remise en place de capots 33 de la cellule 3. En particulier, lors du
remplacement d'une
anode 40' usée par une anode 40 neuve, les capots 33 situés devant l'anode 40'
usée
doivent être enlevés, puis remis en place une fois l'anode 40 neuve fixée.
Comme représenté sur la figure 9, le support 51 porté par l'unité 4 est
déplacé à proximité
de la cellule 3 sur laquelle l'intervention doit avoir lieu, au moyen du pont
roulant 5 et du
CA 02938716 2016-08-02
WO 2015/132479 PCT/FR2015/000034
14
chariot 9. Puis le bras 52 est déplacé vers le bas, au moyen du vérin 58 du
support 51
télescopique dans la réalisation représentée, jusqu'à ce que la première
extrémité 53 du
bras 52 soit située à proximité du ou des capots 33 à retirer. A cette
première extrémité
53 est couplé le dispositif de préhension 60. Le dispositif d'entreposage 56
d'outils
contient au moins l'outil de nettoyage 63 en attente.
Le bras 52 muni du dispositif de préhension 60 prend alors au moins un capot
33 présent
sur une cellule 3, comme illustré sur la figure 10. Plus précisément, le
dispositif de
préhension 60 peut être conçu pour pouvoir prendre simultanément trois capots,
ou deux
capots et un demi capot (les demi capots pouvant être agencés par exemple aux
extrémités transversales des cellules 3). Généralement, il peut être prévu de
trois à quatre
organes de préhension 59 par capot 33.
Pour ce faire, le système peut comprendre un dispositif de détection apte à
déterminer la
position précise d'un capot 33 sur une cellule 3 avant sa préhension par le
bras 52. En
effet, comme indiqué précédemment, les capots 33 peuvent être positionnés avec
un jeu
variable entre eux et/ou avec un défaut angulaire de quelques degrés autour
des axes Y
et X. La détection de la position réelle du capot 33 garantit un excellent
positionnement
des organes de préhension 59 sur le capot 33 et donc une préhension en toute
sécurité,
sans risque de chute.
La position précise d'un capot 33 peut par exemple être déterminée par la
détection de la
poignée 34 du capot 33 au moyen du dispositif de détection.
Le bras 52 portant les capots 33 via le dispositif de préhension 60 vient
alors placer
l'ensemble de ces capots 33 dans le dispositif de stockage 55, comme illustré
sur la figure
11. A cet effet, les capots 33 ¨ ici au nombre de trois, ceci n'étant qu'un
exemple ¨ sont
tournés de 900 par rapport à leur position sur une cellule 3, leurs bords
latéraux 36 se
retrouvant ainsi sensiblement horizontaux, puis sont placés par le bras 52
dans le
dispositif de stockage 55 par sa partie avant ouverte.
Les capots 33 sont placés dans le dispositif de stockage 55 entre les deux
montants 71,
73, le volet 72 étant en position ouverte pour permettre la mise en place des
capots 33
(figure 11).
Puis le volet 72 est déplacé vers sa position fermée, de façon que les capots
33 soient
bien maintenus entre les montants 71, 73 et le volet 72 (figure 12). Le
dispositif de
préhension 60 peut alors être déconnecté des capots 33 sans risque de chute de
ceux-ci.
Les capots 33 ayant été ôtés de la cellule 3, la machine de service 10 peut
intervenir sur
la cellule 3 pour réaliser différentes interventions, en particulier mais non
exclusivement le
changement d'anode. Pendant ces interventions, les capots 33 sont maintenus en
CA 02938716 2016-08-02
WO 2015/132479 PCT/FR2015/000034
position effacée, et ne constituent donc pas une entrave à ces interventions.
Plus
généralement le bras 52 et l'ensemble du système 50 sont positionnés de façon
à ne pas
entraver ces interventions. De façon concrète, le système 50 peut être relevé
(au moyen
du support 51 télescopique dans la réalisation décrite), et il sera rabaissé
ultérieurement
5 lorsqu'il devra à nouveau être utilisé pour la réalisation d'autres
opérations.
Le bras 52 n'ayant pas à maintenir les capots 33, il peut être utilisé pour
réaliser d'autres
opérations, généralement au moyen d'autres outils. Ainsi, dans un premier
temps, le bras
52 va se libérer du dispositif de préhension 60 en le plaçant dans le
dispositif
d'entreposage 56, typiquement sur l'élément 64 correspondant.
10 Puis le bras 52 va se connecter à un outil ¨ autre que le dispositif de
préhension 60 ¨
présent dans le dispositif d'entreposage 56 par coopération entre les premiers
moyens de
couplage 61 ménagés à la première extrémité 53 du bras 52 et les seconds
moyens de
couplage 62 ménagés sur l'outil. Le bras 52 peut alors réaliser avec cet outil
une
opération liée à l'exploitation de la cellule 3 mais autre que la manutention
des capots 33.
15 Dans la réalisation représentée sur la figure 13, cet outil est l'outil
de nettoyage 63, qui est
utilisé pour une opération de nettoyage d'au moins une zone de la cellule 3,
comme
illustré sur la figure 14.
De façon concrète, après le changement d'anode, et avant de remettre les
capots 33 en
place sur la cellule 3, la rainure de guidage 35 doit être nettoyée, sur toute
la longueur
dégagée par le retrait des capots 33, pour éliminer tous les morceaux ¨ à
savoir les débris
de bain durci et de bain broyé ¨ qui auraient pu tomber lors du changement
d'anode 40.
Pour nettoyer la rainure de guidage 35, l'outil de nettoyage 63 peut
typiquement remettre
ces morceaux à l'intérieur de la cuve 20. Le bras 52 doit de préférence être
conçu pour
permettre le nettoyage sous les montées positives 47 gauche et droite sans se
retourner.
Une fois l'opération de nettoyage achevée, l'outil de nettoyage 63 peut être
replacé dans
le dispositif d'entreposage 56, sur l'élément 64 correspondant, puis le bras
52 peut être
déconnecté de l'outil de nettoyage 63.
Le bras 52 peut alors être connecté à un autre outil présent dans le
dispositif
d'entreposage 56 pour la réalisation d'une autre opération.
Comme illustré sur la figure 15, le bras 52 peut reprendre le dispositif de
préhension 60
qu'il a précédemment temporairement placé dans le dispositif d'entreposage 56,
par
coopération entre les premiers moyens de couplage 61 ménagés à la première
extrémité
53 du bras 52 et les seconds moyens de couplage 62 ménagés sur le dispositif
de
préhension 60.
CA 02938716 2016-08-02
WO 2015/132479 PCT/FR2015/000034
16
Le bras 52 ainsi équipé du dispositif de préhension 60 peut alors reprendre un
ou
plusieurs capots 33 préalablement placés dans le dispositif de stockage 55.
Cette
opération ne nécessite pas de dispositif de détection de la position précise
des capots 33
puisque ceux-ci sont restés dans le même référentiel que le bras 52 depuis
leur mise en
place dans le dispositif de stockage 55. Il s'ensuit un gain en temps et en
fiabilité.
Une fois les organes de préhension 59 associés aux capots 33 de façon
appropriée, le
volet 72 du dispositif de stockage 55 peut être déplacé vers sa position
ouverte pour
permettre le retrait des capots 33 hors du dispositif de stockage 55.
Ensuite, comme illustré sur la figure 16, le bras 52 est déplacé pour qu'il
puisse replacer
le ou les capots 33 qu'il porte sur la cellule 3. Afin de permettre un
repositionnement
approprié des capots 33, le système 50 peut comprendre un dispositif de
détection apte à
détecter un élément voisin de l'emplacement de la cellule 3 où les capots 33
doivent être
repositionnés par le bras 52. Cet élément voisin peut par exemple être un
capot 33
adjacent déjà en place sur la cellule 3, ou, dans le cas où les capots à
repositionner sont
des capots situés à une extrémité transversale de la cellule 3, une paroi
d'extrémité de la
cellule 3.
Le bras 52 vient insérer les capots 33 dans la rainure de guidage 35 qui a été
préalablement nettoyée, et les placer en appui sur le rebord 31 de la
superstructure 30.
Dans la mesure où les capots 33 ont été stockés de façon superposée selon Z,
avec leurs
bords latéraux 36 sensiblement horizontaux, les éventuels jeux qui pouvaient
exister entre
deux capots 33 adjacents, avant leur retrait de la cellule 3, ont été éliminés
par gravité.
Ainsi, l'encombrement global ¨ selon Y ¨ de l'ensemble de capots 33 à remettre
en place
sur la cellule 3 est moins important que l'encombrement de cet ensemble de
capots 33
avant leur retrait de la cellule 3. En d'autres termes, l'emplacement
disponible sur la
cellule 3 pour remettre en place les capots 33 est plus grand que la dimension
selon Y de
cet ensemble de capots 33. La remise en place des capots 33 sur la cellule
s'en trouve
grandement facilitée.
Le procédé qui vient d'être décrit peut être réalisé de façon automatique, le
système 50
fonctionnant de façon autonome après une consigne de lancement du cycle donnée
par la
machine de service 10 positionnée au-dessus de la cellule 3 considérée.
En variante, en particulier pour procéder à des réglages, on pourrait
envisager un
fonctionnement manuel, la conduite pouvant se faire par un opérateur agissant
sur les
organes de commande présents dans la cabine de pilotage de la machine de
service 10.
CA 02938716 2016-08-02
WO 2015/132479 PCT/FR2015/000034
17
Ainsi, le système selon l'invention permet de manutentionner les capots et de
réaliser les
autres opérations (nettoyage, etc.) dans l'environnement très encombré des
cellules
d'électrolyse, avec la précision requise.
De par sa modularité, le système permet en outre d'arriver à un temps de cycle
considérablement réduit, par exemple inférieur à 100 s (pour la prise des
capots, le
nettoyage et la remise en place des capots).
Etant compact, le système peut réaliser certaines opérations en temps masqué,
dans la
mesure où elles n'engendrent pas de risque de collision avec un élément de la
machine
de service. Tel est le cas en particulier du changement d'outil entre le
dispositif de
préhension et l'outil de nettoyage, qui peut être effectué pendant que la
machine de
service 10 intervient sur la cellule 3 pour casser la croûte du bain, enlever
une anode
usée ou remettre une anode neuve.
Outre l'impact financier, la réduction du temps de cycle est avantageuse en
termes de
sécurité et d'environnement, car le temps pendant lequel les capots sont
enlevés des
cellules est plus limité.
Il va de soi que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit
ci-dessus à titre
d'exemple mais qu'elle comprend tous les équivalents techniques et les
variantes des
moyens décrits ainsi que leurs combinaisons.
