Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
11436~5
La présente invention concerne un nouveau disposi-tif
et un nouveau procédé pour la suppression des perturbations
magnétiques néfastes au bon fonctionnement des cuves d'electro-
lyse à très haute intensité plc~cees en travers. Ces cuves sont
destinées à la production d'aluminium par electrolyse de l'alu-
mine dissoute dans les bains de fluorures d'aluminium et de
sodium. L'invention s'applique à la reduction des forces magne-
tiques appliquees au mé-tal liquide contenu dans ces cuves. Ces
forces sont dues à l'action conjuguee des couran-ts horizontaux
apparaissant dans le métal et du champ magnétique cree par les
conducteurs d'une cuve et de ses voisines d'une même file,
ainsi que par les conducteurs des cuves des files adjacentes.
Les cuves sont, en effet disposées en serie selon un certain
nombre de files adjacentes, de façon à assurer le retour du
courant à sa source.
L'invention ne s'applique qu'à l'equilibrage du champ
magnetique cree par les conducteurs de la cuve et de ses voisi-
nes de la même file. L'influence d'une ou plusieurs files
adjacentes, lorsque celles-ci se trouvent à une distance relati-
vement proche de la file consideree, fait l'objet de brevets
separes: brevet français 2 333 060 et son certificat d'addition
2 343 826 et demande de brevet canadien n 327.387 déposee le
10 mai 1979.
On sait que, pour réduire les investissements et
diminuer les coûts d'exploitation, la tendance est d'augmenter
la taille des unites de pxoduction, ce qui entraine un accrois-
sement de l'intensite traversant chaque cuve. La gamme d'inten-
sité des nouvelles cuves, qui se situait recemment en-dessous
de 200.000 A, est actuellement comprise dans la fourchette
200.000 à 300.000 A.
A ces intensites, les effets magnetiques prennent une
telle amplitude que, si l'on ne prenait pas de dispositions
- -
6~5
particulières pour en atténuer les effets, le rendement de
cellules d'~lectrolyse s'en trouverait fortement diminué et, .
à la limite, tout fonctionnement normal pourrait devenir
impossible.
Ces perturbations se manifestent par plusieurs effets:
- d~ormation permanente de la nappe de métal avec, d'une part,
une dénivellation globale, pente pouvant atteindre, dans
certains ca9, une valeur supérieure à la distance anode-métal et,
d'autre part, une déformation en dôme symétrique ,
- existence de mouvements permanents du bain et du métal dont
la configuration peut être pluq ou moins favorable au bon
déroulement de l'électrolyse ;
- existence de mouvements périodi~ues de l'interface bain/métal,
néfastes au rendement de l'électrolyse (instabilités), et
pouvant aller, dans certains cas, jusqu'à l'expulsion de
métal hora de la cuve,
Pour supprimer les perturbations magnétiques, on
peut soit agir sur les courants horizontaux, ~oit agir sur le
champ magnétique, soit sur les deux ; la présente in~ention
est basée sur ce dernier cas.
Par convention, dans tout ce qui suit, on d~signe par
Bx, By et Bz les composantes du champ magnétique selon les
axes Ox, Oy et Oz, dans un trièdre direct dont l'origine 0 est
le centre du plan cathodique de la cuve. Ox ~tant l'axe
transversal de la cuve dirigé dans le sens de la circulation
du courant dan~ la file des cuves, Oy l'axe longitudinal de
la cuve et Oz l'axe vertical dirig~ vers le haut.
Les cotés de la cuve sont appelés "petits côtés" et
"grands côtés", ces derniers étant, dans le cas de séries de
cuves en travers, perpendiculaires à l'axe de la s~rie ;
l'expression "tête"est utilisée pour d~signer les extr~mit~s,
--2--
~3~5
sur les petits côt~s, aussi bien de la cuve ~ue du système
anodique. De la fa,con habituelle, on parlera pour chaque
cuve de côté amont et de côté aval par référence au sens
conventionnel du courant dans la série.
Enfin, on conviendra d'appeler "cuve considérée" celle
dont on extrait le courant par la cathode, "cuve précédente"
celle qui alimente, à partir de ses sorties cathodiques, le
système anodique de la cuve consid~rée, et "cuve suivante" celle
dont le croisillon anodique est alimenté en courant à partir
des sorties cathodiques de la cuve considérée.
Toutes les valeurs des champs magnétiques sont données
en "Tesla" (T) ( 1 T = 10 4 Gauss).
L'objet de l'invention est un dispositif pour la
suppression des perturbations magnétiques dans les séries de
cuves d'électrolyse ignée destinées à la production d'aluminium
à partir d'alumine dissoute dans la cryolithe fondue,
fonctionnant sous une intensité pouvant atteindre 200.000
300.000 ampères, les dites cuves comportant un caisson
parallélépipédique supportant des blocs cathodiques dans
lesquels sont scellées les sorties de courant cathodique (dites
"sorties cathodiques"), et un ~ystème anodique (qui peut être
du type S~derberg à autocuisson, ou du type à anodes multiples
précuites)- suspendu à un croisillon, les cuves étant
connectées électriquement en série par les conducteurs reliant
les sorties cathodiques d'une cuve donnée au croisillon de 1
cuve suivante dans la série, les cuves étant, en outre,
disposées en travers par rapport à l'axe de la série, dispo~itif
dans lequel les sorties cathodiques sont constituées par
une pluralité d'éléments conducteurs, le plus souvent
métalliques, sortant verticalement par le fond du caisson, et
dans lequel, en outre, une partie des conducteurs de liaison
--3--
36~S
entre cuves sont disposés, sur au moins une partie de leur
trajet, à l'extérieur des deux plans verticaux passant par
les extrémités du système anodique.
Un autre objet de l'invention est un procédé pour
la suppre~sion des perturbations magnétiques dans les séries
de cuves d'électrolyse ignée, destinées à la production d'alu-
minium, à partir d'alumine dissoute dans de la cryolithe fondue,
fonctionnant sous une intensité pouvant atteindre 200.000 à
300~000 ampères, les dites cuves comportant un caisson
parallélépipédique supportant des blocs cathodiques en carbone
dans lesquels sont scellées les sorties de courant cathodique
et un système anodique suspendu à un croisillon t les cuves
étant connectées électriquement en ~rie par des conducteurs
reliant les sorties cathodiques d'une cuve au croisillon de
la cuve suivante, et étant disposée~ en travers par rapport
à l'axe de la s~rie, procédé dans lequel le courant cathodi~ue
est extrait par une pluralité d'éléments conducteurs scellés
dans les blocs cathodiques et sortant verticalement par le
fond du caisRon et dan3 lequel une fraction du courant total
circulant dans les conducteurs de liaison entre les cuves,
fraction comprise entre 30 et 5~ % est dérivée dans des
conducteurs disposés, sur au moins une partie de leur trajet, à
l'extérieur des deux plans verticaux passant par les extrémites
du système anodique.
La répartition de ce courant dérivé peut être
symétrique par rapport à l'axe de la série, et se répartir
également sur chaque côté des cuves, ou être dissymétrique,
et se répartir inégalement sur chaque côté des cuves.
Le croisillon d'une cuve considérée est alimenté en
courant à partir des sorties cathodiques de la cuve précédente
par une pluralité de montées verticales qui peuvent Re raccorder
soit en totalité sur le coté amont du dit croisillon, soit ~ la
3~S
fois sur le côté amont et sur le caté aval, une partie du
courant pouvant, en outre, ~tre amenée ~ l'une e~ ou ~ l'autre
des tête3 du dit croisillon.
La figure 1 représente les deux systèmes de sorties
cathodiques dessinées, par simplification, sur la même cuve :
sorties latérales et sorties par le fond.
La figure 2 représente schématiquement la coupe
d'une cuve, sur latluelle apparaissent les trois axes de
coordonnées utilisés pour définir la direction des composantes
du champ magnétique.
La figure 3 représente la répartition de la moyenne
de la composante verticale Bz du champ magnétique sur les
quatre quadrants de la cuve.
La figure 4 schématise la position des conducteurs
de liaison, selon l'invention, par rapport au plan vertical zz'
passant par l'extrémité du système anodique.
Les figures 5, 6, 7 indiquent, de façon schémati~ue,
les diverses variantes des trajets ~ue peuvent suivre les
conducteurs de liaison, dans le cadre de l'invention.
La figure ~ indique comment seraient constituées
les liaisons entre cuve, en mettant en oeuvre les connaissances
de l'art antérieur.
Les figures 9 à 13 représentent la mise en oeuvre
de l'invention sous cinq variantes différentes, ~ui font
chacune l'objet d'exemple de mise en oeuvre.
La figure 14 est le schéma d'une réalisation
pratique et la figure lS, une coupe, dans le sens de l'axe de la
série, de cette même réalisation, indiquant la position réelle
des conducteurs.
Sur ces différentes figures, le sens du courant ira
du bas vers le haut de chaque de~sin et sera indiqué par une
flèche. De même, les memes éléments sont déQignés par les
6~5
mêmes repères numériques. (1) désigne les sorties cathodiques
latérales selon l'art antérieur, (2) les sorties cathodiques
par le fond du caisson, (3) le caisson, (4) le contour des
blocs anodiques, (5) le système anodique, (6) le bain
d'électrolyse, (7) la nappe d'aluminium liquide ~ormée sur
la cathode, (8) le conducteur (ou groupe de conducteurs) de
dérivation, (9) le croisillon.
Dansles cuves classiques, les courants horizontaux sont
principalement générés par le mode de collecte du courant
cathodique. Le courant est extrait par des barres cathodiques (1)
latérales c1ui ont l'inconvénient de concentrer le courant qur les
deux grands côtés de la cathode. Quand on augmente la taille de la
cuve, on est amené à élargir la cathode, ce qui a pour ef~et
d'accroftre les courants horizontaux dans le métal liquide.
Dans la pr~sente invention, le courant est extruit
de la cathode de carbone par des sortie~ verticales (2) que
nous désignerons dans la suite de l'exposé par le terme de
sorties par le fond. Ce procédé permet de réduire
considérablement les courants horizontaux dans le métal tout en
obtenant un gain de l'ordre de 0,1 V sur la chute cathodique.
Cette amélioration de la chute cathodique se traduit par une
réduction de 300 K ~ t de l'énergie spécifique consommée par la
cuve.
Du fait des sorties par le fond, nous ne distinguerons
plus le courant cathodique extrait par l'amont de celui extrait
par l'aval, comme il était d'usage de le faire dans le cas de
cuves à sorties cathodiques latérales, puis~ue l'ensemble du
courant sort par le dessous de la cuve. La définition du
nombre, de la position et du dispositif d'ancrage dans la
cathode de carbone des ~orties verticales par le fond, sera
considérée comme connue de l'homme de l'art.
L'idée des sorties par le fond a été décrite
dans plusieurs brevets anciens , trois d'entre eux ne font
appel qu'aux sorties par le fond, à l'exclusion de toute
description de~ conducteurs de liaison : FR. 953 374, IT. 451
183 et F~. 1 125 949. Le premier ne concerne que les cuves à
l'intensité relativement faible, voisine de 100.000 A. Deux
autres brevet~, ne s'appliquant également qu'aux cuves
d'intensité voisine de 100.000 A, décrivent des disl~ositions
coûteuses des conducteurs conduisant à un équilibrage
sommaire sur le plan du champ magnétique:N0. 83 883 et FR.
1 079 131 et son additif no 65 320. Les trajets des
conducteurs de liaison sont longs, entrafnant un inve~tissement
important en conducteurs et des chutes de tension en ligne
élevées. L'invention permet de supprimer les perturbations
magnétiques sur ces cuves par la suppression des courants
horizontaux et par l'équilibrage du champ magnétique.
En ce qui concerne le champ magnétique, on conviendra
d'appeler "antisymétriclue" par rapport à un plan donné, une
composante, lorsqu'à tout couple de points symétriques par
rapport à ce plan correspondent deux valeurs opposées de la
composante.
~ ans les cuves en travers, en l'absence de l'e~fet
de files voisine~, les composantes Bx et Bz sont, par
construction, antisymétriques par rapport au plan x o z.
En ce qui concerne l'équilibrage du champ
magnétique, qui préside au choix de la disposition des
conducteurs de liaisons, nous avons adopté les deux critères
suivants :
- Un critère principal appliqué à la composante verticale
consistant en l'égalité des moyennes de Bz par quart de cuve.
La num~rotation des quadrants de cuve est définie sur la figure 3.
- .
~1~3695
L'éyalité des moyennes s'écrit :
Bzl = -Bz
Cette égalité, compte tenu de l'antisymétrie,
entrainera, en l'absence de files voisines :
Bzl = -B~4 = BZ3 Bz2
De plu8, les valeurs ponctuelles de Bz devront 8tre
faibles. Le champ sera calculé en prenant en compte l'effet
des pièces ferromagnétiques de la cuve et de son environnement.
- Un crit~re secondaire consistant en la réduction de la valeur
maximale de la composante horizontale Bx. La valeur maximale
sera g~néralement située ~ l'extrémité du plan anodique, sur les
petits côtés de la cuve.
L'in~-ention consiste, pour les cuves en tra-~ers,
d'intensité comprise entre 200,000 A et 300.000 A, en une
combinaison des sorties par le fond et d'une dérivation d'une
partie du courant dans des conducteurs disposés à l'ex~erieur
des deux plans verticaux passant par les extrémités du
système anodique.
En réalité, cette définition de l'emplacement deq
conducteurs de dérivation doit être pr~cisée, car elle englobe
une partie du caisson, et il est évident que les conducteurs de
liaison ne peuvent pas passer à l'intérieur du caisson :
En pratique, les conducteurs de dérivation sont donc
placés dans la ~one hachurée ABCDEF de la figure 4. Cette
zone est délimitée côt~ caisson, par la paroi verticale AB du
petit côté du caisson et, au-dessous du caisson, par le fond
jusqu'~ l'aplomb de l'extrémité du système anodique (BC).
Néanmoins, le conducteur sera légèrement écarté de la paroi
du caisson, à une distance compatible avec les exige~ces de
la sécurité électrique. Côt~ opposé à la paroi du caisson,
il n'y a pas de limite théorique de la zone. Cependant, afin
de ne pas allonger inconsidérément le trajet des conducteurs,
-8-
36~5
on ne s'écartera pas au-delà d'un plan EF situé à un mètre
environ de la paroi du caisson. La hauteur de la zone est
théoriquement illimit~e, mais, pour des raisons d'économie de
trajet et afin que le conducteur de dérivation ne gêne pas
les opérations sur la cuve, la hauteur de la zone sera
délimitée, en sa partie supérieure, par le haut du caisson (FA)
et, en sa partie inférieure, par une fronti~re ED située à
un m~tre environ en-dessous du caisson.
Les figures 5, 6 et 7 permettent de mieux préciser
le terme de "conducteur de dérivation".
Sur la figure 5, le courant cathodique collecté sous
la cuve considérée, circule dans le conducteur (10) et est
dérivé par les têtes de la cuve considérée (à l'extérieur du
plan vertical passant par l'extrémité du système anodique)(4)
par le conducteur de dérivation ~11) qui contourne les deux
angles amont et aval de l'extrémité ~12) du plan anodi~ue.
Le conducteur de dérivation (11) passe sous le caisson (3)
de la cuve considérée et qe raccorde au croisillon de la cuve
suivante par la montée (13).
Sur la figure 6, le courant cathodique collecté
sous la cuve considérée, circule dans le conducteur (14) et est
d~riv~ par les têtes de la cuve suivante par le conducteur de
dérivation (15) qui contourne les deux angles amont et aval de
l'extrémité (12) du plan anodi~ue de la cuve suivante (à
l'ext~rieur du plan vertical passant par l'extr~mité du dit
système anodique). Le conducteur de dérivation (15) longe
le caisson (3) de la cuve suivante sur son petlt côt~.
Sur la figure 7, une partie du courant cathodi~u~
collecté sous la cuve considérée, circule dans le conducteur (16)
et est d~riv~e par les têteR de la cuve consid~rée par le
conducteur de dérivation (17) qui contourne les deux angle~
amont et aval de l'extrémité (12) du plan anodi~ue de la cuve
_g_
-
6~5
considérée. Le conducteur de dérivation (17) longe le
caisson (3) de la cuve considérée sur son petit côté. Une
autre partie du courant cathodique, collecté sous la cuve
considérée, circule dans le conducteur (18) et est dérivée
par les têtes de la cuve suivante par le même conducteur de
dérivation (19) ~ui contourne les deux angles amont et aval
de l'extrémité (12~ du plan anodique de la cuve suivante. Le
conducteur de dérivation (19) longe le caisson (3) de la cuve
sur son petit côté.
La partie du courant qui est dérivée par chacune des
têtes de la cuve est comprise entre 15 % et 27 % de la
totalité du courant de la cuve. Plus précisément :
- dans le cas où le conducteur de dérivation alimente le
croisillon de la cuve suivante par une montée positive située
sur le grand côté amont de la cuve suivante, la fraction de
courant dérivé par chacune des têtes de la cuve considérée sera
comprise entre 15 % et 27 % de l'intensité totale ,
- dans le cas où le conducteur de dérivation alimente,le
croisillon de la cuve suivante par une rnontée positive situ~e
sur le grand côté aval de la cuve suivante, la fraction de
courant dérivé par chacune des têtes de la cuve suivante sera
comprise entre 15 % et 27 % de l'intensité totale.
Dans ces fourchettes, on ne prend pas en compte la
compensation de l'effet d'une ou plusieurs files voisines
adjacentes à la file considérée.
Pour les cuves ~ haute intensité, le nombre de
montées positives sera généralement supérieur ou égal à ~uatre.
Néanmoins, dans le cas où l'invention est appliqu~e à des
CUVeQ d'intensité inférieure ~ 200.000 A, on pourra se cont~nter
de moins de quatre montées positives.
--10--
6~35
Illustrons sur un exemple l'importance d'un choix
judicieux des conducteurs de liaisons pour une cuve ~ sorties
par le fond :
En reliant directement les sorties par le fond au
plan anodique de la cuve suivante à l'aide de cinq montées
positives d'égale intensité, réparties sur le grand c~té d'une
cuve 250.000 ampères ~figure 8), comme on le ferait en
appliquant les connaissances de l'art antérieur, on ~btient un
champ magnétique vertical croissant du centre de la cuve vers
les têtes, avec des valeurs moyennes par quadrant, d~duction
faite de l'effet des pièces ferromagnétiques :
30.10 4 T -30.10 4 T
s~ moyen : 0 Bz moyen :
~, ~
~ ~ 30.10 T -30.10 4 T
La condition :
E~Z1 = - BZ2
n'est absolument pas vérifiée puisque l'on a au contraire :
BZ1 = 2
Ce circuit, bien yue présentant l'avantage du trajet
électrique le plus court, ne permet pas l'équilibrage du champ
magnétique d'une cuve à sorties par le fond.
Nous fournissons ci-après des exemples d'application
de 1'invention qui montrent 1'amélioration obtenue sur
l'~quilibrage du champ magnétique. Sur les figures 9 et 13,
par 80UCi de clarté nous ne représentons très schématiquement
que les conducteurs reliant les sorties cathodiques (2~ de lal
cuve consid~rée au croisillon ~9) alimentant les anode~ de la
cuve suivante. En pratique, les conducteurs de liaison passent
au-dessous du niveau du plan de travail, et rejoignent ensuite
les croisillons par des montées verticales ou légèrement obliques.
.
,
~436~5
Dans tous les exemples présentés, chaque bloc
cathodique disposé parallèlement ~ l'axe Ox, présente trois
sorties verticales. Mais, bien entendu, le nombre réel de
sorties peut être différent sans sortir du cadre de l'invention.
EXEMPLE 1 - Cu~es à sortleq par le fond, ~ cinq montées posi-
tives, dont le courant dérivé par les têtes de la
.
cuve suivante alil;lente cette dernière ~ar le qrand
côté aval ~figure 9).
Le courant prélevé aux deux extrémités de la cathode
est dérivé par les têtes de la cuve suivante pour aller alimenter
son croisillon par l'aval par deux montées positives situées
aux ~ 4 et y 4. La fraction de courant parcourant chacun des
deux conducteurs de dérivation est égale aux ~ 16, soit 18,75 %,
de l'intensité totale. Le reste du courant alimente le
croisillon de la cuve suivante ~ l'amont, selon trois montées
positives, l'une située selon l'axe Ox de la cuve et les deux
autres aux t~tes du croisillon. Ces derni~res montéeq peuvent
être indifféremment placées sur le grand ou sur le petit caté
de la cuve.
Le champ vertical moyen par quadrant de cette cuve
à 250.000 A, et compte tenu de l'effet des pièces ferromagné-
tiques est : ~
. .
~3~10 4 T _ 3.10 4 T
Y ~ - Bz moyen :o Bz moyen
-3.10 4 T+ 3.10 4 T
Le champ horizontal Bx maximum est de 60.10 4.
EXEMPLE 2 : Cuves à sorties Dar le fond, ~ six montées positives,
dont le cour~nt dérivé par les têtes de la CUV(3
suivante est collecté dans l'espace intercuve ~t est
.
envoyé à l'aval du croisillon de la cuve suivante
(fiqure 101.
--12-
Le courant prélevé aux deux extrémités de la
cathode est collecté de part et d'autre de la cuve consid~rée
dans l'espace intercuve. Une partie de ce courant est dérivée
sur le~ têtes de la cuve considér~e. Le conducteur de
r` dérivation longe ensuite les têtes de la cuve suivante et
alimente son croisillon, par l'aval aux 1/4 et 3/ 4 du grand
c~té. Chacun des conducteurs de dérivation par les têtes de
la cuve suivante est traversé par ~5 du courant total. Le
reste du courant cathodiclue alimente par l'amont le croisillon
de la cuve suivante par quatre montées positive~ situées aux
8, 3/~ 5/8 et 1~-
Le champ vertical moyen par quadrant de cette cuve
à 250.000 A, et compte tenu de l'effet des pièces ferromagnétiques
est: x
._
~ 10 4 T - 10 4 T
Y < sz moyen _ O Bz moyen:
- 10 4 T + 10 T
.,
Le champ horizontal Bx maximum e~t de 25.10 4 T.
EXEMPLE 3 - Cuve à sorties par le fond à cinq montées positives
dont le courant dérivé par les têtes de la cuve
considérée est prélevé aux y 4 et 3/4 de la cathode
~iqure 11).
Le courant pr~levé aux 1~4 et 3/4 de la cathode
rejoint le long du grand côté amont de la cuve considérée le
conducteur de déri~ation circulant sur les têtes de la cuve
considérée avant d'alisnenter par l'amont les t~tes du croisillon
de la cuve suivante par une montée positive de part et d'aut~e
de la cuve. Les montées peuvent être indifféremment plac~es sur
le grand côté ou sur le petit côté de la cuve.
-13-
'
65~5
Chacun des conducteurs de dérivation par les têtes
de la cuve considérée est parcouru par 3/16, soit 18,75%,de
l'intensité totale. Le reste du courant cathodique alimente
directement par l'amont, comme indi~lué sur la ~igure 11, le
croisillon de la cuve suivante par trois montées positives
situées aux 1/4, y 2 et 3/4 du grand côté.
Le champ vertical moyen ~uadrant de cette cuve
250.000 A, et compte tenu de l'ef~et des pièces ferromagnétiques
est : , x
.~ _ _~
+ 2.10 4 T - ~.10 4 T
Y ~ Bz moyen : O Bz moyen -
- 10 T + 10 T
Le champ hori~ontal Bx maxin~um est de 40.10 4 T.
~MPLE 4 - Cuve ~ sorties par le fond, ~ cinq montées positives,
dont le courant dérivé par les têt~s de la cuve
considérée est prélevé aux deux extrémités de la
cathode (figure 12).
Le courant pr~levé aux deux extrémités de la cathode
rejoint le long du grand coté amont de la cuve considérée le
conducteur de dérivation circulan~ sur les têtes de la cuve
considérée avant d'alimenter l'extrémité amont du croisillon
de la cuve suivante par une montée positive de part et d'autre
de la cuve. Les montées peuvent être indifféremment placées
sur le grand côté ou sur le petit côt~. Chacun des conducteurs
de dérivation par les t8tes de la cuve considérée est parcouru
par ~ 4 de l'intensité totale. Le reste du courant cathodique
alimente directement par l'amont le croisillon de la cuve
suivante par trois montées positives ~ituées aux 1/4, y 2 e1:
3/4 du grand côté.
Le champ vertical moyen par quadrant de cette cuve
-14-
-
~14369S
250.000 A, et compte tenu de l'effet des pièces ferromagnétiques
est : , ~ ~
__ _ __.__
S.lO T _ 5.10 4 T
. y , Bz moyen : ~ Bz moyen :
_
- 4.10 4 T ~ 4.10 T
Le champ horizontal Bx maximum est de 48.10 T.
EXEMPLE 5 - Cuve à sortie~ par le fond, ~ quatre montées
posltives, dont le courant dérivé par les têtes de
la cuve considérée est collecté dans l'espace
intercuve amont de la cuve considérée (figure 13)
_ . _ . ,
Ce collecteur alimente le conducteur de dérivation
par les têtes de la cuve considérée. Le courant dériv~
alimente ensuite le croisillon amont de la cuve suivante par
deux montées positives situées aux ~ 8 et 7/ 8 du grand c8té.
Chacun des conducteurs de dérivation par les têtes de la cuve
considérée est parcouru par l/4 de l'intensité totale. Le
reste du courant cathodique alimente par l'amont le croisillon
de la cuve suivante par deux rnontées positives situées aux
~8 et 5/8 du grand caté.
Le champ vertical moyen par quadrant de cette cuve
250.000 A, et compte tenu de l'effet des pièces ferromagnétilues
est : , ~ .
~ + 2.10 T - 2.10 T
Y , Bz moyen : o Bz moyen :
__
- 3.10 4 T + 3.10 4 T
Le champ horizontal Bx maximum est de 22.10 4 T.
Nous avons réalisé une série de cuves suivant l'in~
vention dont l'intenqité de fonctionnement a été fixée
250.000 A.
-15-
~1~36~5
La figure 14 donne schématiquement la disposition de
l'ensemble des conducteurs de liaison entre la cuve considérée
et la cuve ~uivante.
La figure 15 est une coupe transversale selon un
a~e parallèle à Ox de la cuve considérée et de la cuve suivante.
La numérotation des éléments est commune aux deux figures. Sur
la figure lS, le dispositif d'alimentation en alurnine, la
superstructure, les anodes et leur ~ystème de suspen3ion ont
été soit supprimés, soit représentés très schémati~uement pour
la clarté du de~sin. Ils sont, dans la réalité, conformes à
l'art antérieur.
Les sorties cathodiques par les fonds (20) sont
reliées à plusieurs collecteurs négatifs (21). Le courant
collecté aux deux e~trémités de la cathode est raccordé par les
conducteurs (22) aux conducteurs de dérivation (8) par les
têtes de la cuve suivante et alimente ensuite le croisillon (9)
de cette cuve par les montées (23) situées sur le côté aval
au ~ 4 et au 3/4.
Chacun des conducteurs de dérivation par les têtes
est traversé par 3/16, soit 18,75 %, de l'intensité totale.
La cote selon Oz de ces conducteurs est déterrninée de façon
à assurer l'~quilibrage du champ magnéti~ue~ La zone de
localisation de ces conducteurs a été définie précédemment
(figure 4).
Le courant collecté au centre de la cathode est
raccordé par les conducteurA (24) à trois montées verticales,
reliées aux têtes et au milieu du croisillon, du côté amont.
- Chacun des conducteurs alimentant les têtes du croisillon est
traversé par 1/4 de l'intensité totale et le conducteur
alimentant le centre du croisillon est traversé par 1/8 de
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~36~5
l'intensité totale.
Les cuves de la série construite selon l'invention
ont les caractéristiques suivantes :
surface anodique : 348.000 cm2
dimension intérieure du cai~son : 13,6~ x 4,15
(en mètres)
Au cours de leur fonctionnement, le~ r~sultats
suivants ont ~té obtenus :
intensité moyenne : 252.000 A
rendement Faraday : 92,5 %
tension moyenne : 3,94 V
La consommation spécifique d'énergie correspondante
est de 12.690 KWhytonne Al, ce qui constitue une valeur
raccord avec des cuves fonctionnant à une intensit~ aus~i
élevée. Ce gain obtenu entre autres par un abaissement de
la chute cathodique qui s'est situ~e en moyenne à 0,25 V.
Bien que l'invention s'applique plus particuli~rement
aux s~ries de cuves d'électrolyse fonctionnant sous de~
intensités comprises entre 200 et 300.000 ampères, elle peut
s'appliquer également à des ~éries de cuves fonctionnant à
des intensités plus faibles co~prises, par exemple, entre
100.000 et 200.000 ampères.
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