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SÉRIE DE CELLULES D'ÉLECTROLYSE POUR LA PRODUCTION D'ALUMINIUM
COMPORTANT DES MOYENS POUR ÉQUILIBRER LES CHAMPS MAGNÉTIQUES
EN EXTRÉMITÉ DE FILE
Domaine de l'invention
L'invention concerne la production d'aluminium par électrolyse ignée, à savoir
par
électrolyse de l'alumine en solution dans un bain de cryolithe fondue, appelé
bain
d'électrolyte, selon le procédé bien connu de Hall-Héroult. L'invention
concerne tout
particulièrement l'équilibrage du champ magnétique des séries de cellules
d'électrolyse, typiquement de forme rectangulaire et disposées
transversalement.
Etat de la technique
Les usines de production d'aluminium par électrolyse ignée contiennent un
grand
nombre de cellules d'électrolyse ¨ typiquement plusieurs centaines ¨ disposées
en
ligne, et raccordées électriquement en série à l'aide de conducteurs de
liaison, de
manière à former deux ou plusieurs files parallèles qui sont électriquement
liées entre
elles par des conducteurs de raccordement. Les cellules, qui sont de forme
rectangulaire, peuvent être orientées soit longitudinalement (c'est-à-dire de
façon à ce
que leur grand axe soit parallèle à l'axe longitudinal des files), soit
transversalement
(c'est-à-dire de façon à ce que leur grand axe soit perpendiculaire à l'axe
longitudinal
des files).
Un grand nombre d'arrangements de cellules et de conducteurs de liaison a été
proposé afin, d'une part, de limiter les pertes par effet Joule et, d'autre
part, de réduire
l'impact des champs magnétiques produits par les conducteurs de liaison et les
cellules voisines sur le processus d'électrolyse. Par exemple, la demande de
brevet
français FR 2 552 782 (correspondant au brevet américain US 4 592 821), au nom
d'Aluminium Pechiney, décrit une file de cellules d'électrolyse disposées
transversalement pouvant fonctionner industriellement à des intensités
supérieures à
300 kA. Selon ce brevet, la stabilité magnétique des cellules est assurée par
la
configuration des conducteurs de liaison, notamment ceux passant sous la cuve.
Aussi, la demande de brevet français FA 2 425 482 (correspondant au brevet
américain US 4 169 034) au nom d'Aluminium Pechiney, décrit une aluminerie
comportant au moins deux files voisines parallèles de cellules dans laquelle
le champ
magnétique généré par le courant circulant dans la file voisine de cellules
est
compensé au moyen d'au moins un conducteur de correction indépendant passant
sur
le côté des cuves, le long de toutes les cellules de la série et traversé par
un courant
continu de correction.
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Par ailleurs, la demande de brevet français FR 2 583 069 (correspondant au
brevet
américain US 4 713 161), également au nom d'Aluminium Pechiney, décrit une
file de
cellules d'électrolyse disposées transversalement pouvant fonctionner à des
intensités
pouvant atteindre 500 à 600 kA. Selon ce brevet, les coûts de construction et
de mise
en place des circuits sont minimisés grâce à l'utilisation de conducteurs de
liaison
aussi petits et aussi directs que possible, alors que la stabilité magnétique
et le
rendement Faraday sont maximisés grâce à l'utilisation de conducteurs de
correction
indépendants, disposés parallèlement à chaque file et de chaque côté de celle-
ci.
La disposition en file des cellules d'électrolyse présente l'avantage de
simplifier la
/o configuration des conducteurs de liaison et d'uniformiser la carte des
champs
magnétiques. Toutefois, la présence de conducteurs de raccordement entre les
files
perturbe l'uniformité de la carte des champs magnétiques des cellules
d'extrémité de
chaque file.
Les brevets américains US 3 775 280 et US 4 189 368 proposent des arrangements
de
conducteurs de raccordement pour des séries de cellules disposées
longitudinalement
destinés à limiter les perturbations provoquées par ces conducteurs de
raccordement.
En outre, les intensités de ce type de cellules n'excèdent généralement pas
100 kA.
Les demandes de brevet européen EP 0 342 033 et chinois CN 2 477 650 décrivent
des arrangements de conducteurs de raccordement applicables aux séries de
cellules
disposées transversalement destinés à limiter les perturbations provoquées par
ces
conducteurs de raccordement. Ces documents concernent des séries de cellules
d'électrolyse munies de cuves destinées à des intensités de l'ordre de 300 kA.
Le brevet FR 2 868 436 (correspondant au brevet américain US 7 513 979) au nom
d'Aluminium Pechiney décrit une série de deux files de cellules disposées
transversalement et munie d'au moins un conducteur de correction le long du
côté
intérieur des files, avec un arrangement particulier du conducteur de
correction
consistant à réaliser un tronçon transversal longeant dans sa longueur la
première
cellule d'extrémité de la file à une distance déterminée et traversé par un
courant
circulant depuis le côté intérieur vers le côté extérieur des files de
cellules. Un tel
arrangement permet de compenser de façon satisfaisante le champ magnétique
généré par les conducteurs de raccordement dans un faible nombre de cellules
d'extrémité (environ 1 à 3) alors qu'un plus grand nombre de cellules
d'extrémité
(environ 1 à 10) sont perturbées par le champ magnétique généré par les
conducteurs
de raccordement. Par conséquent un nombre important de cellules d'extrémité de
file
restent instables et difficiles à opérer.
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La demanderesse a donc recherché des solutions économiquement et techniquement
satisfaisantes pour équilibrer les champs magnétiques des cellules d'extrémité
des
files, et notamment de séries de cellules formées de cellules rectangulaires
longues,
disposées transversalement.
Description de l'invention
A cet effet, l'invention a pour objet une série de cellules d'électrolyse
destinée à la
production d'aluminium par électrolyse ignée selon le procédé Hall-Héroult,
comportant :
- au moins une première et une deuxième files rectilignes et parallèles
l'une à l'autre
de cellules d'électrolyse raccordées électriquement en série,
- un conducteur de raccordement entre une première cellule d'extrémité de
la
première file et la première cellule d'extrémité correspondante de la deuxième
file,
et caractérisée en ce que la série comprend au moins un circuit d'équilibrage
magnétique des cellules d'extrémité de file comportant un premier conducteur
électrique d'équilibrage magnétique des cellules d'extrémité de file
s'étendant le long
d'une première file de cellules uniquement en regard d'une portion d'extrémité
de la
première file de cellules.
La demanderesse a noté que, en l'absence de circuit d'équilibrage magnétique
des
cellules d'extrémité de file tel que défini ci-dessus, les cellules
d'extrémité des files sont
surtout affectées par un champ magnétique vertical moyen supplémentaire ABz,
quand
les cellules de la portion centrale des files sont correctement équilibrées
magnétiquement. L'invention vise ainsi à maintenir le champ vertical
supplémentaire
ABz dans une fourchette limitée par une valeur minimale et une valeur maximale
autour d'une valeur visée proche de zéro.
La demanderesse a eu l'idée de disposer ledit premier conducteur électrique à
proximité des cellules d'extrémité notoirement instables de la file de
cellules afin de
pouvoir faire circuler dans ledit premier conducteur électrique un courant
électrique
permettant de compenser le champ magnétique produit notamment par les
conducteurs de raccordement entre les files, et équilibrer les champs
magnétiques au
niveau des cuves des cellules d'électrolyse d'extrémité.
Le premier conducteur électrique s'étendant le long de la file de cellules
s'étend
parallèlement ou sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal de la file de
cellules.
Par les termes le long de la file de cellules , la demanderesse entend que
le
conducteur s'étend à proximité directe de la file de cellules, pour que son
impact sur le
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champ magnétique dans les cellules à proximité soit maximisé, et typiquement à
une
distance inférieure à 5 mètres et avantageusement inférieure à 3 mètres.
Cette configuration permet en particulier de limiter sensiblement le champ
magnétique
vertical Bz dans ces cellules d'extrémité. L'utilisation d'un tel circuit
d'équilibrage
magnétique des cellules d'extrémité de file permet en outre un ajustement fin
de
l'équilibrage magnétique grâce aux paramètres ajustables complémentaires qu'il
procure.
Le premier conducteur électrique est parcouru lors du fonctionnement de la
série par
un courant continu d'équilibrage magnétique des cellules d'extrémité de file.
Le premier conducteur électrique s'étend continûment le long d'une pluralité
de cellules
adjacentes de la portion d'extrémité pour lesquelles un déséquilibre du champ
magnétique vertical dû à la présence du conducteur de raccordement est
constaté.
Une telle portion d'extrémité de la première file de cellules comporte
typiquement de 3
à 10 cellules, et de préférence de 6 à 8 cellules.
Pour que l'impact stabilisant sur le champ magnétique des cellules d'extrémité
de file
soit adéquat et viable économiquement, le premier conducteur électrique
d'équilibrage
magnétique s'étend avantageusement sur une longueur au moins égale à trois
fois
l'entraxe entre deux cellules (l'entraxe entre deux cellules étant la distance
entre les
axes longitudinaux médians de deux cellules d'électrolyse adjacentes,
correspondant
typiquement à 5 à 10 mètres).
Le conducteur de raccordement ne constitue plus un élément déstabilisant pour
les
cellules d'électrolyse disposées au-delà de la dixième cellule en partant de
la première
cellule d'extrémité, du fait de la distance importante entre ces cellules et
le conducteur
de raccordement.
Pour le cas de séries de cellules d'électrolyse existantes, des moyens
d'équilibrage
magnétiques des cellules d'extrémité connus peuvent avoir déjà été installés
et
équilibrent correctement la première cellule d'extrémité. Auquel cas, le
premier
conducteur électrique d'équilibrage magnétique peut ne pas s'étendre le long
de cette
première cellule d'extrémité.
L'invention a également pour objet une méthode d'utilisation d'une série de
cellules
d'électrolyse. En fonctionnement, les files de cellules d'électrolyse et le
conducteur de
raccordement sont parcourus par un courant d'électrolyse et le premier
conducteur
électrique d'équilibrage magnétique est parcouru par un courant électrique
d'équilibrage :
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circulant dans le même sens que le courant d'électrolyse circulant dans la
première file de cellules si le premier conducteur électrique d'équilibrage
magnétique se situe le long de la première file de cellules du côté de la
deuxième
file de cellules d'électrolyse ;
5 - circulant
dans le sens opposé par rapport au courant d'électrolyse circulant dans la
première file de cellules si le premier conducteur électrique d'équilibrage
magnétique se situe le long de la première file de cellules du côté opposé à
la
deuxième file de cellules d'électrolyse.
Ainsi, au niveau des cellules d'extrémité de file le long desquelles le
premier
conducteur électrique s'étend, le courant électrique d'équilibrage génère en
passant
dans le premier conducteur électrique un champ magnétique vertical opposé au
champ
magnétique vertical généré par le courant d'électrolyse en passant dans le
conducteur
de raccordement.
Selon un mode de réalisation, le circuit d'équilibrage magnétique des cellules
d'extrémité de file comporte un deuxième conducteur électrique parallèle au
premier
conducteur électrique d'équilibrage magnétique des cellules d'extrémité de
file. Ce
deuxième conducteur électrique parallèle participe à la fermeture du circuit
d'équilibrage magnétique et potentiellement à la réalisation d'un circuit
d'équilibrage
magnétique comportant une pluralité de boucles en série. Aussi, ce deuxième
conducteur électrique est parcouru par le courant électrique d'équilibrage
circulant en
sens inverse par rapport au courant électrique d'équilibrage circulant dans le
premier
conducteur électrique. Ce deuxième conducteur électrique est disposé
avantageusement de manière à améliorer la configuration magnétique des
cellules
d'extrémité de la première file ou de la deuxième file, et à minima de manière
à ce que
son éventuel impact négatif sur l'équilibrage magnétique des cellules
d'extrémité soit
minimisé et inférieur à l'impact positif du premier conducteur électrique.
Selon un mode de réalisation particulier, le deuxième conducteur électrique
s'étend le
long de la première file de cellules uniquement en regard de la portion
d'extrémité de la
première file de cellules, le premier et le deuxième conducteur électrique
s'étendant le
long de côtés opposés de la première file de cellules. Le champ magnétique
vertical
généré par la circulation du même courant électrique d'équilibrage, en sens
inverse, de
l'autre côté de la file de cellule, dans le deuxième conducteur électrique
s'additionne
alors au champ magnétique vertical généré par la circulation d'un courant
électrique
d'équilibrage dans le premier conducteur électrique pour contrer le champ
magnétique
vertical déstabilisant généré par le courant circulant dans le conducteur de
raccordement.
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Selon un autre mode de réalisation particulier, le deuxième conducteur
électrique
s'étend du même côté de la première file de cellules que le premier conducteur
électrique, la distance entre le premier conducteur électrique et la première
file de
cellules étant plus petite que la distance entre le deuxième conducteur
électrique et la
première file de cellules. Ainsi, comme le deuxième conducteur électrique est
du même
côté mais plus éloigné de la première file de cellules d'électrolyse que le
premier
conducteur électrique, les champs magnétiques verticaux générés par la
circulation du
courant électrique d'équilibrage en sens inverse dans les premier et deuxième
conducteurs électriques s'opposent, mais avec une intensité moindre pour le
champ
magnétique vertical généré par la circulation du courant électrique
d'équilibrage dans
le deuxième conducteur électrique que dans le premier conducteur électrique,
au
niveau des cellules d'extrémité de file le long desquelles le premier
conducteur
électrique s'étend.
Avantageusement, le deuxième conducteur électrique est plus éloigné des
cellules
d'électrolyse de la première file que le premier conducteur électrique de
telle sorte que
le rapport des valeurs du champ magnétique vertical généré par le même courant
d'équilibrage circulant dans le deuxième conducteur électrique et dans le
premier
conducteur électrique est inférieur à 0.5 et de préférence inférieur à 0.3, au
niveau des
cellules d'extrémité de file le long desquelles le premier conducteur
électrique s'étend.
Selon un mode de réalisation particulier, le deuxième conducteur électrique
s'étend le
long de la deuxième file de cellules uniquement en regard d'une portion
d'extrémité de
la deuxième file de cellules. Ainsi, le circuit d'équilibrage magnétique
permet
d'équilibrer magnétiquement à la fois les cellules d'extrémité de la première
file de
cellules et les cellules d'extrémité correspondantes de la deuxième file de
cellules.
Selon un mode de réalisation préféré, le circuit d'équilibrage magnétique est
connecté
à une station d'alimentation électrique spécifique. L'intensité du courant
circulant dans
le circuit d'équilibrage magnétique peut avantageusement être facilement
contrôlée et
ajustée. Par station d'alimentation électrique spécifique, on entend que cette
station
d'alimentation électrique n'alimente pas en courant le circuit d'électrolyse
(conducteurs
de liaison), ou des conducteurs de correction destinés à réaliser une
correction
magnétique sur l'ensemble des cellules de la série.
Selon un mode de réalisation préféré, le circuit d'équilibrage magnétique des
cellules
d'extrémité de file comporte deux extrémités qui sont connectées à des
conducteurs
reliant électriquement des cellules d'électrolyse entre elles. Le circuit
d'équilibrage
magnétique des cellules d'extrémité de file est alors alimenté par au moins
une partie
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du courant d'électrolyse circulant dans les cellules et forme une partie du
circuit
d'électrolyse au travers duquel circule le courant d'électrolyse de la série.
Selon un mode de réalisation préféré, le circuit d'équilibrage magnétique est
connecté
aux conducteurs reliant électriquement des cellules d'électrolyse entre elles
en
parallèle avec un ou plusieurs conducteurs électriques dits parallèles. Ainsi
une partie
seulement du courant d'électrolyse circule dans le circuit d'équilibrage
magnétique.
Avantageusement, le circuit d'équilibrage magnétique des cellules d'extrémité
de file
forme une partie du conducteur de raccordement. L'équilibrage électrique entre
les
conducteurs électriques dits parallèles et le circuit d'équilibrage magnétique
est ainsi
facilité.
Selon un mode de réalisation préféré, la série de cellules d'électrolyse
comporte un
circuit de correction comportant au moins un premier conducteur de correction,
s'étendant le long de la première file, un deuxième conducteur de correction
s'étendant
le long de la deuxième file, et au moins un conducteur de correction de
raccordement
entre les premier et deuxième conducteurs de correction, et dans laquelle le
circuit
d'équilibrage magnétique des cellules d'extrémité de file comporte deux
extrémités qui
sont connectées au circuit de correction.
Tel que présenté en préambule, certaines séries comportent un ou plusieurs
circuits de
correction s'étendant le long de l'ensemble des cellules d'électrolyse de la
série pour
corriger les champs magnétiques déstabilisant générés par les courants de
forte
intensité circulant dans les circuits de conducteurs de cellule à cellule ou
dans la file de
cellules voisine. Le circuit de correction fait partie intégrante de la série
et est alimenté
en courant électrique. Cette solution est donc particulièrement avantageuse
car elle ne
nécessite pas l'installation d'une station d'alimentation spécifique qui
représente un
coût d'équipement important et peut en outre s'avérer difficile à installer du
fait de
l'encombrement nécessaire.
Avantageusement, le circuit d'équilibrage magnétique des cellules d'extrémité
de file
est connecté en série entre deux portions du circuit de correction. Comme les
premier
et deuxième conducteurs de correction s'étendent le long de l'ensemble des
cellules
d'électrolyse, il suffit de connecter le circuit d'équilibrage magnétique des
cellules
d'extrémité de file en série en un point intermédiaire du circuit de
correction à un
endroit approprié le long des files de cellule. Le courant de correction
circulant dans le
circuit de correction passe également dans le circuit d'équilibrage magnétique
et
devient dans ce circuit d'équilibrage magnétique le courant d'équilibrage
magnétique.
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Selon un mode de réalisation préféré, le premier conducteur de correction
s'étend le
long de la première file du côté de la deuxième file, et le deuxième
conducteur de
correction s'étend le long de la deuxième file du côté de la première file de
cellules. Le
premier conducteur et le deuxième conducteur du circuit d'équilibrage
magnétique
connecté au circuit de correction sont avantageusement disposés à l'extérieur
des
deux files de cellules. Le côté extérieur des files de cellules, opposé au
circuit de
correction, est moins encombré que le côté intérieur et la mise en place du
circuit
d'équilibrage magnétique facilitée. Un tel circuit d'équilibrage magnétique
peut
notamment être mis en place sur une série existante comportant déjà un circuit
de
correction disposé à l'intérieur des deux files de cellules.
Selon un mode de réalisation particulier, le conducteur de raccordement
comporte un
conducteur d'équilibrage magnétique de la première cellule d'extrémité
longeant la
première cellule d'extrémité perpendiculairement à l'axe longitudinal de la
file de
cellules, et le premier conducteur électrique ne s'étend pas le long de la
première
cellule d'extrémité. La première cellule d'extrémité est déjà équilibrée
magnétiquement
via le conducteur d'équilibrage magnétique de la première cellule d'extrémité,
de sorte
que modifier son champ magnétique au moyen du premier conducteur électrique
aurait
pour conséquence de la déstabiliser.
Selon un mode de réalisation particulier, le circuit d'équilibrage magnétique
des
cellules d'extrémité de file comporte un conducteur transversal reliant
électriquement le
circuit de correction au premier conducteur électrique, le conducteur
transversal
s'étendant sous la file de cellules.
Selon un mode de réalisation, le circuit d'équilibrage magnétique des cellules
d'extrémité de file forme une pluralité de boucles et le premier conducteur
électrique
d'équilibrage magnétique est formé par une pluralité de brins de boucle
s'étendant côte
à côte le long de la première file de cellules uniquement en regard de la
portion
d'extrémité de la première file de cellules. Le courant circule dans le même
sens dans
chacun des brins de boucle du premier conducteur électrique et l'impact sur le
champ
magnétique du courant circulant dans le premier conducteur électrique est la
somme
de l'impact sur le champ magnétique du courant circulant dans chacun des brins
de
boucle formant le premier conducteur électrique.
Selon un mode de réalisation préféré, les cellules sont disposées
transversalement par
rapport aux files de cellules.
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Les cellules d'électrolyse sont typiquement raccordées électriquement en série
au
moyen de conducteurs électriques de liaison reliant la cathode d'une cellule
d'électrolyse à l'anode de la cellule d'électrolyse suivante.
L'invention est décrite en détail ci-après à l'aide des figures annexées.
La figure 1 représente, de manière simplifiée et en coupe transversale, deux
cellules
d'électrolyse successives (n ; n+1) typiques d'une file de cellules.
Les figures 2 à 4 illustrent, de manière schématique, différents modes de
réalisation
d'une série de cellules d'électrolyse selon l'invention comportant deux files
et des
circuits d'équilibrage magnétique des cellules d'extrémité.
La figure 5 illustre, de manière schématique, un mode de réalisation de
l'invention dans
lequel une partie du courant d'électrolyse de la série est utilisée pour
alimenter des
circuits d'équilibrage magnétique des cellules d'extrémité.
La figure 6 illustre, de manière schématique, une série de cellules
d'électrolyse selon
l'état de l'art comportant deux files et un circuit de correction.
La figure 7 illustre, de manière schématique, une extrémité de série de
cellules
d'électrolyse selon l'invention comportant deux files et des circuits
d'équilibrage
magnétique des cellules d'extrémité connectés à un circuit de correction.
La figure 8 illustre, de manière schématique, une extrémité de série dans
laquelle
chaque circuit d'équilibrage magnétique forme deux boucles.
La figure 9 illustre, de manière schématique, une extrémité de série de
cellules
d'électrolyse selon l'invention comportant deux files, un agencement
particulier du
conducteur de raccordement permettant d'équilibrer magnétiquement la première
cellule d'extrémité et des circuits d'équilibrage magnétique des cellules
d'extrémité
connectés à un circuit de correction.
L'invention concerne une série 1 de cellules d'électrolyse comprenant, comme
le
montre les figures 2 à 5, 7 et 8, une pluralité de cellules d'électrolyse 100,
100' de
forme sensiblement rectangulaire, qui sont agencées de manière à former au
moins
deux files F, F' de cellules sensiblement rectilignes, parallèles et ayant
chacune un axe
longitudinal A, A'.
Les cellules 100 sont typiquement disposées transversalement (c'est-à-dire de
façon à
ce que leur axe principal ou côté long soit perpendiculaire à l'axe
longitudinal A, A'
desdites files) et situées à la même distance les unes des autres. Les
cellules
d'électrolyse 100 ont typiquement un côté long supérieur à 3 fois leur côté
court.
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Les files F, F' sont séparées d'une distance dépendant de choix technologiques
qui
tiennent compte notamment de l'intensité lo du courant d'électrolyse de la
série et de la
configuration des circuits de conducteurs. La distance D entre les deux files
est
typiquement comprise entre 30 et 100 m pour les séries récentes.
5 Tel qu'illustré à la figure 1, chaque cellule d'électrolyse 100 de la
série 1 comprend
typiquement une cuve 3, des anodes 4 supportées par les moyens de fixation
comportant typiquement une tige 5 et un multipode 6 et reliées mécaniquement
et
électriquement à un cadre anodique 7 à l'aide de moyens de raccordement 8. La
cuve
3 comprend un caisson métallique, habituellement renforcé par des raidisseurs,
et un
/o creuset formé par des matériaux réfractaires et des éléments cathodiques
disposés à
l'intérieur du caisson. Le caisson comporte généralement des parois latérales
verticales. En fonctionnement, les anodes 4, typiquement en matériau carboné,
sont
partiellement immergées dans un bain d'électrolyte (non illustré) contenu dans
la cuve.
La cuve 3 comprend un ensemble cathodique 9 muni de barres cathodiques 10,
typiquement en acier, dont une extrémité 11 sort de la cuve 3 de manière à
permettre
un raccordement électrique aux conducteurs de liaison 12 à 17 entre cellules.
Les conducteurs de liaison 12 à 17 sont raccordés aux dites cellules 100 de
façon à
former une série électrique, qui constitue le circuit électrique d'électrolyse
de la série
de cellules d'électrolyse. Les conducteurs de liaison comprennent typiquement
des
conducteurs flexibles 12, 16, 17, des conducteurs de liaison amont 13 et des
montées
14, 15. Les conducteurs de liaison, notamment amont, peuvent, en tout ou
partie,
passer sous la cuve et/ou la contourner.
La figure 2 illustre de façon schématique un mode de réalisation comprenant
une série
composée de deux files F, F' de cellules 100 d'électrolyse orientées
transversalement
par rapport à l'axe longitudinal A, A' des files. Les files sont rectilignes
et disposées
parallèlement entre elles. Les files, et plus particulièrement les premières
cellules
d'extrémité 100' correspondantes des deux files F, F', sont liées
électriquement entre
elles par des conducteurs de raccordement 20. Les conducteurs de raccordement
20
sont formés seulement de conducteurs électriques ou de conducteurs électriques
associés à une station d'alimentation électrique.
Avantageusement la série comporte en outre quatre circuits électriques
d'équilibrage
magnétique 21 des cellules d'extrémité. Ainsi un circuit d'équilibrage
magnétique 21
équilibre le champ magnétique au niveau de chacune des deux extrémités des
deux
files F, F'. Ces circuits d'équilibrage magnétique sont disposés au niveau des
cellules
d'extrémité des files à l'extérieur des files F, F' de cellules, c'est-à-dire
hors de l'espace
entre les deux files F, F' de cellules.
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Chaque circuit d'équilibrage magnétique 21 comporte un premier conducteur
électrique
22 d'équilibrage magnétique des cellules d'extrémité qui s'étend le long d'une
file F, F'
de cellules uniquement en regard d'une portion d'extrémité P de ladite file F,
F' de
cellules.
Par cellules d'extrémité, on entend les n cellules d'extrémité adjacentes en
partant de
la première cellule d'extrémité 100' d'une file de cellules qui sont impactées
magnétiquement par la circulation du courant d'électrolyse lo dans le
conducteur de
raccordement 20. Typiquement, n est compris entre 3 et 10. La portion
d'extrémité P
de la file de cellules en regard de laquelle s'étend le premier conducteur
électrique 22
/o se limite donc à un segment de la file longeant les cellules
d'extrémité.
Chaque circuit d'équilibrage magnétique 21 comporte en outre un deuxième
conducteur électrique 23 sensiblement parallèle au premier conducteur
électrique 22
d'équilibrage magnétique des cellules d'extrémité et disposé à une distance
plus
importante de la file de cellules que le premier conducteur électrique 22.
Les premier et deuxième conducteurs électriques 22, 23 sont connectés
électriquement ensemble au moyen de conducteurs transversaux 24 pour former un
circuit électrique fermé autour d'une station d'alimentation électrique 30
connectée
avantageusement en un point du deuxième conducteur électrique 23.
Le premier conducteur électrique 22, qui s'étend le long de la file F, F'
devant les
cellules d'extrémité, permet de limiter sensiblement le champ magnétique
vertical Bz
dans les cellules d'extrémité lorsqu'il est parcouru par un courant
d'équilibrage
magnétique des cellules d'extrémité d'intensité l et de sens opposé au courant
d'électrolyse lo circulant dans les cellules d'extrémité de la file F, F'
devant laquelle il
s'étend. Le deuxième conducteur électrique 23 est plus éloigné des cellules
d'extrémité
que le premier conducteur électrique 22 de sorte que le champ magnétique qu'il
génère impact peu la stabilité des cellules d'extrémité. Du fait de leur
éloignement et
de leur faible longueur, les conducteurs transversaux 24 impactent peu la
stabilité des
cellules d'extrémité.
Avantageusement, pour une série parcourue par un courant d'électrolyse lo
compris
entre 300kA et 600kA avec des files de cellules distantes de 30 à 80 mètres :
- le
premier conducteur électrique 22 longeant la file de cellules s'étend à une
distance du bord des cellules d'extrémité inférieure à 5 mètres,
avantageusement
inférieure à 3 mètres ;
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- le deuxième conducteur électrique 23 est disposé à une distance du
bord des
cellules d'extrémité supérieure à 7 mètres, avantageusement supérieure à 10
mètres ;
- le courant d'équilibrage I des cellules d'extrémité est compris entre
30 et 150kA.
L'intensité du courant d'équilibrage I, et donc l'équilibrage magnétique
résultant, peut
être facilement contrôlé et ajusté du fait de l'utilisation d'une station
d'alimentation
électrique spécifique.
La figure 3 illustre de façon schématique un autre mode de réalisation dans
lequel
chaque circuit d'équilibrage magnétique 21 entoure les cellules d'extrémité de
la file de
/o cellules. Chaque circuit d'équilibrage magnétique comporte :
- un premier conducteur électrique 22 d'équilibrage magnétique des
cellules
d'extrémité qui s'étend le long d'une file F, F' de cellules uniquement en
regard
d'une portion d'extrémité P de ladite file F, F' de cellules, côté extérieur
par rapport
aux deux files de cellules ;
- un deuxième conducteur électrique 23' d'équilibrage magnétique des
cellules
d'extrémité et s'étendant le long de la même file F, F' de cellules que le
premier
conducteur électrique 22 uniquement en regard d'une portion d'extrémité P de
la
file F, F' de cellules, côté intérieur par rapport aux deux files de cellules,
c'est-à-
dire entre les deux files F, F' de cellules ;
- des conducteurs transversaux 24 connectant électriquement les premier et
deuxième conducteurs électriques 22, 23' pour former un circuit électrique
fermé
autour d'une station d'alimentation électrique 30 connectée en un point du
deuxième conducteur électrique 23'.
Les premier et deuxième conducteurs électriques 22, 23', qui s'étendent le
long de la
file F, F' devant les cellules d'extrémité, permettent de limiter sensiblement
le champ
magnétique vertical Bz dans les cellules d'extrémité lorsqu'ils sont parcourus
par un
courant d'équilibrage magnétique des cellules d'extrémité d'intensité l, de
sens
opposé au courant d'électrolyse lo circulant dans les cellules d'extrémité de
la file F, F'
devant laquelle il s'étend pour le premier conducteur électrique 22 et de sens
identique
au courant d'électrolyse lo circulant dans les cellules d'extrémité de la file
F, F' devant
laquelle il s'étend pour le deuxième conducteur électrique 23'. Dans ce mode
de
réalisation, les premier et deuxième conducteurs électriques 22, 23' ont un
impact
magnétique bénéfique cumulatif.
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Les conducteurs transversaux 24 peuvent notamment passer sous les files F, F'
de
cellules. Du fait de leur faible longueur, les conducteurs transversaux 24
impactent peu
la stabilité des cellules d'extrémité.
Avantageusement, pour une série parcourue par un courant d'électrolyse lo
compris
entre 300kA et 600kA avec des files de cellules distantes de 30 à 80 mètres :
- les premier et deuxième conducteurs électriques 22, 23' longeant la file
de cellules
s'étendent à une distance du bord des cellules d'extrémité inférieure à 5
mètres,
avantageusement inférieure à 3 mètres ;
- le courant d'équilibrage l des cellules d'extrémité est compris entre 15
et 75kA.
La figure 4 illustre de façon schématique un autre mode de réalisation d'une
série de
deux files F, F' de cellules comportant deux circuits électriques
d'équilibrage
magnétique 21 des cellules d'extrémité, dans lequel chaque circuit
d'équilibrage
magnétique 21 est disposé entre les deux files F, F' de cellules. Chaque
circuit
d'équilibrage magnétique comporte :
- un premier conducteur électrique 22 d'équilibrage magnétique des cellules
d'extrémité qui s'étend le long de la première file F de cellules uniquement
en
regard d'une portion d'extrémité P de ladite file F de cellules, côté
intérieur par
rapport aux deux files de cellules ;
- un deuxième conducteur électrique 23" d'équilibrage magnétique des
cellules
d'extrémité et qui s'étend le long de la deuxième file F' de cellules
uniquement en
regard d'une portion d'extrémité P' de ladite file F' de cellules, côté
intérieur par
rapport aux deux files de cellules ;
- des conducteurs transversaux 24 connectant électriquement les premier et
deuxième conducteurs électriques 22, 23" pour former un circuit électrique
fermé
autour d'une station d'alimentation électrique 30 connectée en un point d'un
des
conducteurs transversaux 24.
Les premier et deuxième conducteurs électriques 22, 23", qui s'étendent
respectivement le long des files F et F' devant les cellules d'extrémité,
permettent de
limiter sensiblement le champ magnétique vertical Bz dans les cellules
d'extrémité. de
la file devant laquelle ils s'étendent lorsqu'ils sont parcourus par un
courant
d'équilibrage magnétique des cellules d'extrémité d'intensité l, de sens
identique au
courant d'électrolyse lo circulant dans les cellules d'extrémité de la file F,
F' devant
laquelle ils s'étendent. Dans ce mode de réalisation, les premier et deuxième
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conducteurs électriques 22, 23" ont un impact magnétique bénéfique sur les
cellules
d'extrémité des deux files F et F' de cellules qu'ils longent respectivement.
Les conducteurs transversaux 24, de longueur conséquente entre les deux files
F, F'
impactent seulement légèrement négativement la stabilité des cellules, du fait
que le
courant I circulant dans les conducteurs transversaux 24 est d'intensité
moindre que le
courant d'électrolyse lo circulant dans les conducteurs de raccordement 20.
L'impact
négatif de ces conducteurs transversaux 24 est bien inférieur à l'impact
positif des
premier et deuxième conducteurs qui sont positionnés au plus près des cellules
d'extrémité.
/o Avantageusement, pour une série parcourue par un courant d'électrolyse
lo compris
entre 300kA et 600kA avec des files de cellules distantes de 30 à 80 mètres :
- les premier et deuxième conducteurs électriques 22, 23" s'étendent à
une distance
du bord des cellules d'extrémité inférieure à 5 mètres, avantageusement
inférieure
à 3 mètres ;
- le courant d'équilibrage l des cellules d'extrémité est compris entre 30
et 150kA.
La figure 5 illustre de façon schématique une extrémité d'une série comportant
des
circuits électriques d'équilibrage magnétique 21 des cellules d'extrémité
reprenant les
mêmes principes d'équilibrage magnétique que ceux présentés en référence à la
figure
2. La méthodologie d'alimentation en courant électrique de ce circuit
d'équilibrage
magnétique diffère. Au lieu d'être alimenté en courant électrique au moins
d'une station
d'alimentation électrique spécifique, chaque circuit d'équilibrage magnétique
21 est
alimenté à partir du courant d'électrolyse lo circulant dans les cellules
d'électrolyse de
la série.
Le circuit d'équilibrage magnétique 21 comporte un premier conducteur
électrique 22,
un deuxième conducteur électrique 23 et des conducteurs transversaux 24
reliant
électriquement les premier et deuxième conducteurs électriques entre eux ou
reliant
électriquement les premier et deuxième conducteurs électriques à des
conducteurs
reliant électriquement entre elles les cellules d'électrolyse d'extrémité 100'
correspondantes des deux files voisines.
Les conducteurs transversaux 24 forment deux extrémités du circuit
d'équilibrage
magnétique qui sont connectées à des conducteurs reliant électriquement deux
cellules d'électrolyse entre elles. Le circuit d'équilibrage magnétique des
cellules
d'extrémité forme une partie du circuit d'électrolyse, et plus
particulièrement du
conducteur de raccordement 20, au travers duquel circule le courant
d'électrolyse de la
série.
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Le circuit d'équilibrage magnétique est connecté aux conducteurs reliant
électriquement les cellules d'électrolyse d'extrémité 100' en parallèle d'un
conducteur
électrique dit parallèle 25. Ainsi, en opération, une partie du courant
d'électrolyse 10,
correspondant au courant d'équilibrage magnétique l, circule dans le circuit
5 d'équilibrage magnétique. Une autre partie du courant d'électrolyse 10,
d'intensité égale
à10 - li, circule dans le conducteur électrique dit parallèle 25.
Ce mode de réalisation présente l'avantage d'éliminer le besoin d'utiliser une
station
d'alimentation spécifique.
La figure 6 illustre, de façon schématique, une série de cellules
d'électrolyse selon
10 l'état de l'art comportant deux files F, F' de cellules et un circuit de
correction 26
disposé entre les deux files de cellules. Ce circuit de correction 26 comporte
deux
conducteurs de correction 27 s'étendant le long de chacune des files F, F' de
cellules
entre les deux files F, F', des conducteurs de correction de raccordement 28
entre les
deux conducteurs de correction 27 et une station d'alimentation électrique 31
du circuit
15 de correction. Un tel circuit de correction permet notamment de
compenser au niveau
d'une file le champ magnétique généré par le courant d'électrolyse 10
circulant dans la
file voisine. Les conducteurs de correction sont typiquement parcourus par un
courant
de correction 12 circulant dans le même sens que le courant d'électrolyse 10
circulant
dans la file qu'ils longent.
Pour une série parcourue par un courant d'électrolyse 10 compris entre 300kA
et 600kA
avec des files de cellules distantes de 30 à 80 mètres, le courant de
correction 12 est
typiquement compris entre 30 et 150kA.
La figure 7 illustre de façon schématique une extrémité d'une série comportant
des
circuits électriques d'équilibrage magnétique 21 des cellules d'extrémité et
un circuit de
correction tel que présenté en référence à la figure 6. Les circuits
d'équilibrage
magnétique 21 des cellules d'extrémité reprennent les mêmes principes
d'équilibrage
magnétique que ceux présentés en référence aux figures 2 et 5. Par contre, la
méthodologie d'alimentation en courant électrique de ce circuit d'équilibrage
magnétique diffère. Chaque circuit d'équilibrage magnétique 21 est alimenté à
partir du
courant de correction 12 circulant dans les conducteurs 27, 28 du circuit de
correction
26.
Le circuit d'équilibrage magnétique 21 comporte un premier conducteur
électrique 22,
un deuxième conducteur électrique 23 et des conducteurs transversaux 24
reliant
électriquement les premier et deuxième conducteurs électriques entre eux ou
reliant
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électriquement les premier et deuxième conducteurs électriques à des
conducteurs 27,
28 du circuit de correction 26.
Les conducteurs transversaux 24 forment ainsi deux extrémités du circuit
d'équilibrage
magnétique qui sont connectées aux conducteurs 27, 28 du circuit de correction
26. Le
circuit d'équilibrage magnétique 21 des cellules d'extrémité forme alors une
partie du
circuit de correction 26 au travers duquel circule le courant de correction.
Le circuit d'équilibrage magnétique est plus particulièrement connecté aux
conducteurs
27, 28 du circuit de correction en série entre deux portions du circuit de
correction.
Ainsi, en opération, la totalité du courant de correction 12 circule dans le
circuit
d'équilibrage magnétique. Ainsi, l'intensité du courant d'équilibrage
magnétique 11 est
égale à l'intensité du courant de correction 12.
Ce mode de réalisation présente l'avantage d'éliminer le besoin d'utiliser une
station
d'alimentation spécifique pour le circuit d'équilibrage magnétique 21 des
cellules
d'extrémité. Comme les conducteurs 27, 28 du circuit de correction s'étendent
le long
des files F, F' sur toute la longueur des files, le raccordement électrique du
circuit
d'équilibrage magnétique 21 est aisé et réalisable en tout point considéré
approprié. Le
positionnement du circuit d'équilibrage magnétique 21 du côté opposé de la
file F, F'
par rapport au conducteur de correction 27 correspondant est avantageux pour
des
raisons d'encombrement et car l'insertion des cellules d'extrémité entre le
premier
conducteur électrique 22 et le conducteur de correction 27 est
particulièrement
stabilisant pour ces cellules d'extrémité.
La figure 8 illustre de façon schématique une extrémité d'une série comportant
des
circuits électriques d'équilibrage magnétique 21 des cellules d'extrémité et
un circuit de
correction. Le circuit d'équilibrage magnétique 21 des cellules d'extrémité de
file forme
deux boucles et le premier conducteur électrique 22 d'équilibrage magnétique
est
formé par les deux brins de boucle 29 du circuit d'équilibrage magnétique
s'étendant
côte à côte le long de la file de cellules uniquement en regard de la portion
d'extrémité
P de la file de cellules.
Le courant circule dans le même sens dans chacun des brins de boucle 29
s'étendant
côte à côte pour former le premier conducteur électrique 22 et l'impact sur le
champ
magnétique du courant circulant dans le premier conducteur électrique est la
somme
de l'impact sur le champ magnétique du courant circulant dans chacun des brins
de
boucle 29 formant le premier conducteur électrique 22.
Comme le circuit d'équilibrage magnétique est connecté en série aux
conducteurs 27,
28 du circuit de correction la totalité du courant de correction 12 circule
dans chacun
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des brins de boucle 29 du circuit d'équilibrage magnétique 21. Ainsi,
l'intensité du
courant d'équilibrage magnétique l circulant dans le premier conducteur
électrique 22
est égale à deux fois l'intensité du courant de correction 12.
La figure 9 illustre de façon schématique une variante du mode de réalisation
de la
figure 7 dans lequel le conducteur de raccordement 20 comporte un conducteur
40
d'équilibrage magnétique de la première cellule d'extrémité 100' longeant
cette
première cellule d'extrémité 100' perpendiculairement à l'axe longitudinal de
la file F, F'
de cellules. Au moins une partie du courant d'électrolyse lo circule dans le
conducteur
40 dans un sens opposé au sens de circulation du courant d'électrolyse lo dans
la
lo branche principale du conducteur de raccordement 20 s'étendant entre les
deux files
F, F'. L'impact magnétique négatif engendré par le conducteur de raccordement
20 est
ainsi contré au niveau de la première cellule d'extrémité 100' longée par le
conducteur
40. Il n'est donc pas nécessaire d'équilibrer magnétiquement cette première
cellule
d'extrémité 100' au moyen du circuit 21 d'équilibrage magnétique des cellules
d'extrémité de file. La portion d'extrémité P de la file en regard de laquelle
s'étend le
premier conducteur électrique 22 du circuit d'équilibrage magnétique 21 des
cellules
d'extrémité de file ne comprend alors avantageusement pas la première cellule
d'extrémité 100'. Le premier conducteur électrique 22 s'étendant le long de la
file
F, F' de cellules uniquement en regard d'une portion d'extrémité P ne longe
pas la
première cellule d'extrémité.
Le conducteur transversal 24 reliant électriquement les conducteurs 27, 28 du
circuit
de correction 26 au premier conducteur électrique 22 s'étend sous la file F,
F' de
cellules et plus particulièrement sous la première cellule d'extrémité 100'.
Il est ainsi possible d'améliorer la stabilité des cellules d'extrémité d'une
série
d'électrolyse existante comprenant un arrangement d'équilibrage magnétique de
la
première cellule d'extrémité du type connu des demandes de brevet européen
EP 0 342 033 ou chinois CN 2 477 650.
Comme représenté sur les figures, le courant d'électrolyse lo parcoure les
files F, F' de
cellules d'électrolyse 100 et le conducteur de raccordement 20 et le premier
conducteur électrique 22 d'équilibrage magnétique est parcouru par un courant
électrique d'équilibrage :
- circulant dans le même sens que le courant d'électrolyse lo circulant
dans la file
F, F' de cellules qu'il longe si le premier conducteur électrique 22
d'équilibrage
magnétique se situe le long de la file F, F' du côté de l'autre file de
cellules
d'électrolyse de la série ;
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-
circulant dans le sens opposé par rapport au courant d'électrolyse lo
circulant dans
la file F, F' de cellules qu'il longe si le premier conducteur électrique 22
d'équilibrage magnétique se situe le long de la file F, F' de cellules du côté
opposé
à l'autre file de cellules d'électrolyse de la série. Le deuxième conducteur
électrique 23 d'équilibrage magnétique est également parcouru par le courant
électrique d'équilibrage l mais circulant dans le sens inverse du courant
électrique
d'équilibrage l circulant dans le premier conducteur électrique 22
d'équilibrage
magnétique.
