Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
L'invention concerne un procede et un dispositif
pour l'echange des cuves d'electrolyse usees et pour leur
transfert ~ l'emplacement o~ sera effectuee la refection.
Les cuves pour la production d'aluminium par
electrolyse par le procede Hall-~eroult ont une durée de
vie moyenne de plusieurs années. Dans la majorité des
cas, elles sont mises hors d'usage par les infiltrations
de l'electrolyte à base de cryolithe fondue, -et aussi par
des infiltrations de métal-, dans les garnissages lateraux
et, surtout, au travers des blocs carbones qui forment la
cathode.
L'imprégnation progressive du garnissage calori-
fuge dégrade ses proprietés isolantes et entralne des dé-
formations du caisson métallique qui peut finir par percer
et laisser échapper l'electrolyte et le ~letal. Il est
donc necessaire, a intervalles périodiques, d'arreter les
cuves endommagees, et de les remettre en etat de marche.
Une série comportant fréquemment de 150 à 200 cuves, il
est courant qu'il y ait, a tout moment, une ou plusieurs
cuves en cours de refection.
Il est possible de proceder a la refection sur
le site. Mais cette operation est penible -et parfois
dangereuse- en raison de l'exiguite du site, due a la
proximite des autres cuves de la serie qui restent sous
tension electrique, et elle apporte des nuisances certai-
nes dans la salle d'electrolyse : poussières, circulation
de personnel et d'engins, bruits, odeurs, etc... Enfin,
si le caisson a été fortement déformé, sa remise en etat
est tres difficile.
Aussi cherche-t-on a enlever les cuves usees et
a les transporter a un emplacement situé hors de l'emprise
des cuves en fonctionnement et a les remplacer immediate-
ment par une cuve neuve ou reparée. Pour cela, on debran-
che les connexions 81ectriques, anodique et cathodique, et
-- 1 --
.. ' . ~
. .
.
~-~q3~ r3~
on rétablit la continuité du circuit electrique de la série,
on démonte la plus grande partie du système anodique pour
réduire le poids de l'ensemble, on deconnecte les diffé-
rents circuits electriques, hydrauliques, pneumatiques,
l'alimentation en alumine, les conduites d'evacuation des
gaz de cuves, et on lève la cuve usee par un pont-roulant,
à une hauteur telle qu'on puisse passer au-dessus de la
serie de cuves en fonctionnement, pour amener la cuve usee
au bout de la salle d'electrolyse. Cette facon de proce-
der à deux inconvenients majeurs : d'une part, elle impli-
que que la hauteur et la resistance mecanique de la char-
pente du bâtiment rendent ce levage possible, d'autre part,
elle necessite un pont-roulant capable de lever un poids
important puisqu'on evalue, tres grossièrement, le poids
lS d'une cuve usee, debarrassee du système anodique, à envi-
ron 1 tonne par 1000 amperes de courant d'electrolyse nor-
mal, soit au moins 150 tonnes pour une cuve de 150.000
ampères. En outre, pendant le levage et le transfert, la
partie correspondante de la salle d'electrolyse n'est plus
accessible aux autres ponts-roulants ou semi-portiques qui
assurent le service des cuves.
Pour eviter ces inconvenients, et pour reduire
le cout de l'equipement necessaire, on utilise parfois
des portiques roulants automoteurs, qui viennent se placer
au-dessus de la file contenant la cuve usee, et en assurent
le levage et le transport, en passant au-dessus des autres
cuves de la file. Cette solution est plus satisfaisante,
mais elle se heurte parfois à la hauteur insuffisante du
batiment, et à la presence de tremies d'alimentation en
alumine et des canalisations evacuant les gaz produits par
l'electrolyse vers les systèmes d'épuration.
On a egalement propose de descendre les cuves
usees dans le sous-sol du batiment, qui existe presque
toujours sous la dalle principale, et qui abrite, notamment,
les conducteurs de liaison entre les cuves successives de
chaque file, et permet d'assurer la ventilation des parois
externes des caissons. La cuve est alors descendue et posée
sur un chariot puis évacuée vers le bout du bâtiment. Cette
façon de procéder, décrite dans le brevet CH-A-341 003,
implique toutefois une hauteur suffisante du sous-sol, une
disposition convenable des conducteurs de liaison, et une
absence d'autres obstacles tels que piliers ou canalisa-
tions, et ces deux conditions sont rarement remplies dans
la plupart des installations actuellement en service.
Plus récemment, on a proposé (demande de brevet
DE-OS 31 27 859) de munir chaque caisson de la série de
rouleaux capables de supporter le poids total de la cuve
en service, et coopérant avec des rails scellés dans la
dalle de béton, de fason que la cuve a réparer soit, apres
debranchement de toutes les connexions, dégagée de la série,
lateralement, par une ouverture pratiquée dans la paroi du
bâtiment, et chargée sur une plate-forme basse, munie d'un
chemin de roulement placé a la même hauteur que celui qui
supporte la cuve en service, et mobile sur une voie ferrée
disposee le long du bâtiment. Cette solution n'exige plus
de sous-sol important ni de pont-roulant, mais elle impli-
que des investissements assez lourds ~rouleaux et chemins
de roulement pour chaque cuve de la série, voie ferrée),
et certaines servitudes pour les liaisons électriques entre
cuves et pour le service des cuves.
Enfin, dans la demande DE-OS 28 55 103, on décrit
un procede analogue, dans lequel la cuve usée est degagée
latéralement et sans chagement de niveau, le chemin de rou-
lement étant placé sous le fond de chaque caisson, supporté
par des pilliers, et le véhicule de transport étant muni
de roues à hauteur réglable~ Ce procéde implique l'existence
d'un sous-sol sous la dalle principale. Comme dans la
demande DE-OS 31 27 ~59, ce procédé ne peut pas s'appliquer
. ~
au cas, courant dans la pratique, ou des obstacles inamovi-
bles (génie civil, barres de courant, etc...) empêchent
la sortie de la cuve du bâtiment sans en changer le niveau
de fa~on importante.
Le problème de l',évacuation d'une cuve usée
sans perturber la marche de l'atelier, n'exigeant ni un
pont-roulant de 200 tonnes ou plus , ni une charpente mé-tal-
lique renforcée pour le supporter, ni un bâtiment de hauteur
excessive, ni des investissements lourds majorant le coût
de chaque cuve, reste donc posé.
La presente invention permet de résoudre ce
problème dans des conditions satisfaisantes, et elle s'adapte
sans modification notable à la plupart des installations
existantes.
Selon la présente invention, il est prévu un
procédé d'échange d'une cuve usée dans une série de cuves
d'électrolyse pour la production d'aluminium par le procédé
Hall-Héroult entre un système anodique et une cathode carbonée,
les cuves étant disposées sur une dalle en béton dans un
bâtirnent, en travers par rapport à l'axe de la série, et
comportant un caisson métallique autoporteur, supporté par
des piliers placés dans une fosse située au-dessous du niveau
d'une dalle principale, qui constitue le plan de travail
correspondant sensiblement au niveau du bain d'électrolyse,
caractérisé en ce que, après avoir assuré la continuité
électrique de la série, débranché les différentes connexions
de la cuve, et éventuellement enlevé tout ou partie de l'alu-
minium, de l'électrolyte et du système anodique:
a) on soulève la cuve jusqu'à ce que le fond
du caisson soit plus haut que la dalle principale,
b) on glisse SOIIS la cuve, au-dessus de la fosse,
une poutre de transfert comportant d'une part des moyens
aptes à assurer son propre déplacement sous la cuve dans
une direction perpendiculaire à l'axe de la série, et
- 4 -
.. .. .. . ..
d'autre part un plancher qui recouvre la fosse et va per-
mettre la manoeuvre c),
c) on avance, sur le plancher, un vehicule de
transport que l'on positionne sous la cuve,
d) on assure l'appui de la cuve sur le véhicule,
et on la désolidarise ainsi de la poutre de transfert qui
reste en appui sur les rebords de la fosse,
e) on recule le véhicule charge de la cuve per-
pendiculairement à l'axe de la serie jusqu'à ce qu'il soit
hors de l'emprise de la serie, la poutre de transfert res-
tant en place,
f) on conduit le vehicule a l'emplacement amenage
pour la refection de la cuve,
g) on remet en place une cuve neuve ou reparee.
Selon la presente invention, il est prevu un
dispositif pour l'échange d'une cuve usée, comprenant
d'une part une poutre de transfert comportant des moyens
de translation horizontale de la cuve qui coopèrent avec
des moyens de translation disposés sur le caisson de la
-cuve, et d'autre part un vehicule de transport, muni de
moyens de déplacement dans au moins deux directions per- ;
pendiculaires.
Un mode de réalisation preferentiel va être
maintenant decrit a titre d'exemple non limitatif en se
referant aux dessins attaches, dans lesquels:
Les figures 1 à 4 illustrent la mise en oeuvre de
l'invention.
La figure 1 montre, en coupe, sur sa partie
droite (figure lA) une cuve en position de travail, et
sur sa partie gauche (figure lB) une cuve levee et repo-
sant sur la poutre de transfert.
La figure ~ montre, en vue de côté, la cuve re-
posant sur la poutre de transfert.
La figure 3 montre, en vue de côte, une cuve por-
-- 5 --
~3~ 3~
tee par le véhicule de transport sorti du b~timent.
La figure 4 montre, en vue de dessus, le véhicule
de transport.
Le caisson 1 de la cuve 2 est supporté par les
piliers 3, qui s'appuient sur la dalle bétonnée inferieure
4. Dans le cas presente, le caisson 1 repose sur les che-
vêtres 5 qui peuvent, soit etre libres, et dans ce cas, il
faut les assujettir au caisson 1 au moment du levage de
la cuve, soit etre soudes au caisson 1 a la construction,
et, dans ce dernier cas, ils contribuent a la rigidifier
mais aussi à l'alourdir et à augmenter-son prix. Ces che-
vêtres 5 serviront ensuite de chemin de roulement pour des
galets lors de la translation de la cuve.
La dalle betonnee principale 6 constitue le plan
de travail qui, en general, se trGuve sensiblement au
niveau superieur de l'electrolyte contenu dans la cuve 2.
Dans certains cas, il peut y avoir une difference de niveau
entre le plan de travail qui entoure les cuves, et les
allees 6A qui longent la (ou les) serie(s), les allees
etant parfois un peu plus basses. Mais la difference de
niveau reste relativement faible et ne modifie pas de
façon significative les conditions de mise en oeuvre de
l'invention.
La cuve est fermee par le capotage 7. On a sim-
plifie la representation des superstructures de la cuvepour ne pas alourdir le dessin. Les anodes (non visibles)
sont suspendues par les tiges 8 au croisillon anodique 9
alimenté en courant par les montees 10.
Avant d'enlever une cuve usee, on assure la
continuite electrique de la serie, de façon connue, par
court-circuitage de la cuve, puis on debranche toutes les
connexions electriques, hydrauliques, pneumatiques, les
dispositifs d'alimentation en alumine, d'evacuation des gaz,
etc... On peut, en cas de necessite, enlever la plus grande
- 6 -
3~
partie du système anodique et procéder a un premier net-
toyage de la cathode (enlèvement de l'électrolyte, de
l'alumine, etc...) Il est toutefois genéralement consideré
comme très avantageux de ne procéder à ces operations qu'en
dehors de la serie dans un atelier specialise.
Cela etant fait, on lève la cuve usee 2 au-dessus
du niveau de la dalle superieure 6 par des verins 11 à
grande course (de l'ordre de 3 à 4 mètres) que l'on bride
sur le caisson 1, dans les angles, et qui viennent en appui
sur des semelles 12 scellees dans les piliers 3 de la
dalle inferieure 4. Le nombre de verins est determine par
le poids et les dimensions de la cuve.
Lorsque la cuve est en position haute (figure lB),
on glisse sous le caisson 1 une poutre de transfert 14,
formee par un cadre rigide comportant deux profiles prin-
cipaux 14A, 14B reliés par un plancher 16 dont le rôle
sera explicite un peu plus loin.
Les profiles principaux comportent une serie de
galets 17 qui cooperent avec les chevêtres 5 du caisson
1, pour assurer la translation de la poutre de transfert 14.
La translation pourrait être également assurée par des
patins coopérant avec une surface de glissement, avec
interposition eventuelle de dispositifs ou de mat~riau
antifriction.
La poutre de transfert 14 est enfilee par l'extre-
mite de la cuve la plus accessible, en règle generale, par
l'extremite faisant face à la paroi latérale du bâtiment
18, de façon que les galets 17 soient engagés sur le che-
vêtre 5 formant chemin de roulement. La poutre est engagée
à fond par un moyen qui sera précisé dans la suite de la
description jusqu'à ce qu'elle vienne en butee en 19 et
repose sur l'appui 20 de la dalle supérieure 6.
Pour proc~der au degagement latéral de la cuve
2 on utilise un véhicule bas 25 automoteur ou remorqué,
:
~_~;38;3~;2J~
monté sur une pluralité de roues ~ pneumatiques ou bandages
caoutchoutés 26, dont le nombre et la surface d'appui sont
calculés pour supporter le poids de la cuve usée et de la
poutre de transfert. Le véhicule 25 vient se placer dans
l'axe de la cuve à enlever, et avance, sur le plancher 16,
de façon à se placer exactement sous la cuve.
A ce moment là, par un légermouvement ascensionnel,
réalisé hydrauliquement, le véhicule 25 prend la cuve en
charge par décollage des galets de transfert 17, de leur
appui sur les chevêtres 5. Cela implique que le diamètre
extérieur des galets 17 soit inférieur à l'espace disponi-
ble entre les ailes supérieure 5A et inférieure 5B du
chevêtre 5. Ce mouvement est obtenu, par exemple, par des
vérins hydrauliques tels que 27 placés au centre et aux
extrémités du véhicule 25.
Les vérins 11 qui soutenaient la cuve sont alors
remontes et le véhicule 25 supportant maintenant la cuve,
peut reculer hors de l'emprise de la série jusqu'à l'exté-
rieur du bâtiment par une ouverture ménagée entre deux
poteaux 28, 29.
Grâce à un jeu de roues auxiliaires 30, la re-
morque peut également fonctionner en ~plaque tournante~
autour de son axe 31~ Pour cela on relève hydrauliquement
le châssis supportant les roues principales 26, ou, ce qui
revient au même, on abaisse les trains de roues auxiliaires
30 et le vérin central 27 jusqu'a ce que ces dernières
seules soient en appui: Une ou plusieurs de ces roues 30
étant motrices, on procède alors à une rotation de 90~
de façon que l'axe longitudinal de la remorque soit paral-
lèle a l'axe de la série, donc du bâtiment.
Le véhicule 25 est alors conduit au bâtimentd'entretien. Dans ce bâtiment, une aire de réception,
équipée d'un plancher identique ~ celui qui a servi à
obturer la fosse de la cuve lors de l'enlèvement, permet
-- 8 --
~.
" ~ ~3~3~
a la remorque de se libérer de la cuve ~ reparer qui peut
alors subir les opérations de démolition et de reconstruc~
tion. La mise en place d'une cuve neuve s'effectue exacte-
ment selon le même processus, en sens inverse : la cuve
neuve munie ou non de son syst~me anodique est posée sur le
véhicule 25 que l'on ramene en face de la fosse, puis,
après rotation à 90~, le véhicule 25 est placé sur le plan-
cher 16 de la poutre de transfert 14. La cuve est alors
soulevée de façon ~ ne plus être en appui sur le véhicule,
puis on désolidarise la cuve du véhicule, (soit en abaissant
la plate-forme du véhicule, soit en soulevant légerement
la cuve), ce qui permet de retirer le véhicule. La cuve
est alors en appui sur la poutre de transfert 14. On peut
alors soulever la cuve -par exemple au moyen de vérins-
puis degager la poutre 14 latéralement et la transférer surle vehicule 25 qui est ainsi prêt a intervenir pour enlever
une autre cuve usée. Il ne reste plus qu'a abaisser la
cuve neuve jusqu'a ce qu'elle vienne en appui sur les
piliers 3 de la fosse, et a commencer la procédure de dé-
marrage, de façon connue.
Une cuve neuve étant sensiblement moins lourdequ'une cuve usee, il est également possible, dans certains
cas, de la mettre en place par un moyen different, par
exemple avec un pont-roulant ou un portique, si leurs carac-
teristiques le permettent, et apres avoir prealablementenleve la poutre de transfert. Le chemin de roulement
peut, par exemple, avoir ete renforce localement, pour
tenir compte de la surcharge. Le vehicule 25 peut être
tracte par un engin autonome ou être lui-même automoteur,
par exemple grâce a un groupe genérateur hydraulique non
représente qui assuxe le déplacement en translation, la
rotation en aplaque tournante~ par le moteur 32 et la
transmission 33 par exemple, et fournit les moyens de trac-
tion ou de poussée pour la pose du plancher 16, le déplace-
_ g _
.
- .
' .
~3~
ment de la cuve sur les galets 17 ainsi que l'alimentation
et la commanae des différents vérins~
En outre, la rotation des roues principales 26
peut etre utilisee pour la mise en place et le retrait de
la poutre de transfert 14. En effet, lorsque le véhicule
25 a étê amene, charge de la poutre de transfert 14, en
face de la cuve à enlever, on peut relever le chassis
supportant les roues principales 26 de façon qu'elles ne
soient plus en appui au sol, (les roues auxiliaires 30
servant alors d'appui), puis les mettre en rotation. Elles
se trouvent alors au contact de la face inferieure du plan-
cher 16, ce qui a pour effet d'entralner, par friction,
la poutre de transfert 14 en direction de la cuve 2 et
d'assurer ainsi l'engagement des galets 17 dans les che-
vêtres 5 de la cuve.
L'operation inverse permet, lors de la remise enplace d'une cuve neuve ou reparee, de procéder à l'enlève-
ment de la poutre de transfert.
Bien que l'on ait décrit le moyen de déplacement
du véhicule comme etant constitué par des roues, il n'est
pas exclu de le realiser par des moyens equivalents tels
qu'un ~coussin d'air~, qui implique toutefois que l'etat
de surface des pistes de circulation ait ete étudie dans
ce but.
La mise en oeuvre de l'invention permet l'echange
d'une cuve usee dans un temps relativement court, sans
apporter de perturbation à l'exploitation de la serie, et
sans imposer de contrainte, à aucun moment, sur la char-
pente du batiment.
- 10 -
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