Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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PINCE DE MANUTENTION D'UNE MACHINE DE SERVICE DE
CELLULES D'ELECTROLYSE POUR LA PROD1LTCTION D'ALUMINIUM
Domaine de l'invention
L'invention concerne les usines de production d'aluminium par électrolyse
ignée
selon le procédé de Hall-Héroult. Elle concerne plus particulièrement les
appareils de
manutention utilisés dans lesdites usines.
Etat de la technique
L'aluminium métal est produit industriellement 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-Hércmlt. Le bain
d'électr~lyte est
contenu dans des cuves, dites ee cuves d'électrolyse », comprenant un caisson
en
acier, qui est revêtu intérieurement de matériaux réfractaires et/ou isolants,
et un
ensemble cathodique situé au fond de la cuve. Des anodes, typiquement en
matériau
carboné, sont partiellement immergées dans le bain d'électrolyte. L'ensemble
forané
par une cuve d'électrolyse, ses anodes et le bain d'électrolyte est appelé une
cellule
d'électrolyse.
Les usines contiennent un grand nombre de cellules d'électrolyse disposées en
ligne,
dans des bâtiments appelés halls ou salles d'électrolyse, et raccordées
électriquement
en série à l'aide de conducteurs de liaison, de façon à optimiser l'occupation
au sol
des usines. Les cellules sont généralement disposées de manière à former deux
ou
plusieurs files parallèles qui sont électriquement liées entre elles par des
conducteurs
d'extrémité. Le courant d'électrolyse passe ainsi en cascade d'une cellule à
la
suivante.
En fonctionnement, une usine d'électrolyse nécessite de" interventions sur les
cellules
d'électrolyse parmi lesquelles figurent notamment le remplacement des anodes
usées
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par des anodes neuves, le prélèvement de métal liquide des cellules et les
prélèvements ou ajouts d'électrolyte. Les usines les plus modernes sont
équipées
d'une unité de levage et de manutention comportant un pont roulant, qui peut
être
translaté au-dessus des cellules d'électrolyse et le long de celles-ci, et un
chariot
muni de plusieurs organes de manutention et d'intervention (souvent appelés
« outils »), tels que des pelles et des palans.
L'organe de manutention qui est destiné à la manutention et au déplacement de
charges telles que des anodes comporte une pince apte à saisir la charge,
appelée
"pince de manutention". Par exemple, lors des opérations de manutention des
anodes,
cette pince est placée à proximité de la tige de (anode destine à être saisie,
puis
fermée sur la tige de manière suffisante pour permettre de soulever l'anode.
L'anode
est ensuite déplacée, puis positionnée ou dépose à l'endroit souhaité.
~r, il peut arriver que la charge puisse tomber de manière accidentelle,
typiquement
parce qu'elle a été relâchée accidentellement en cours de manutention, par
exemple à
cause d'une ouverture intempestive de la pince (provenant typiquement d'une
commande d'ouverture erronée).
La demanderesse a donc recherché des pinces de manutention qui permettent
d'éviter
ces inconvénients tout en restant fiables, simples et d'encombrement réduit.
Deseripti0n de l'inventi~n
L'invention a pour objet une pince de manutention destinée à l'industrie de la
production d'aluminium par électrolyse ignée, apte à saisir une charge par un
organe
de prise (appelé "tige" par la suite) fixé à ladite charge, et comportant des
moyens de
verrouillage aptes à interdire l'ouverture de la pince lorsque la charge est
suspendue
par celle-ci.
Plus précisément, la pince de manutention selon l'invention, qui est destinée
à saisir
une charge munie d'une tige, comporte
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- au moins un organe de préhension mobile, typiquement une mâchoire, possédant
une position ouverte et une position fermée,
- un système d'actionnement pour déplacer le ou les organes de préhension
entre la
position ouverte et la position fermée,
- des moyens de liaison aptes à limiter les déplacements axiaux de la tige
dans la
pince entre une première position dite "basse" et une deuxième position dite
"haute"
lorsque le ou les organes de préhension sont en position fermée,
- au moins un système de verrouillage, de préférence mécanique, apte à bloquer
le ou
les dits organes de préhension en position fermée lorsqu'il est verrouillé (ou
"enclenché"), ledit système de verrouillage étant verrouillé lorsque la tige
est en
position basse et déverrouillé ("désenclenché") lorsque la tige est en
position haute.
La demanderesse a eu l'idée de munir la pince d'un système de verrouillage qui
est
verrouillé ou déverTOUillë par le seul déplacement de la tige dans la pince.
Lorsqu'il
est verrouillé, le système de verrouillage bloque le ou les organes de
préhension en
position fermée, interdisant ainsi l'ouverture de la pince et la libération de
la tige. Le
verrouillage est donc contrôlé par la présence et la position de la tige dans
la pince,
ce qui évite les chutes intempestives de la charge en cas de défaillance des
moyens
d'actionnement du ou des organes mobiles de préhension de la pince.
L'invention a également pour objet l9utilisation de la pince de manutention
selon
l'invention dans une usine de production d'aluminium par électrolyse ignée,
notamment pour la manutention d'anodes en matériau carboné ou autre.
L'invention a encore pour objet une unité de levage et de manutention
comportant au
moins un organe de manutention de charges (typiquement des anodes) muni d'une
pince de manutention selon l'invention.
L' invention sera mieux comprise à l' aide de la description détaillée de
modes de
réalisation préférés de celle-ci qui sont éxposés ci-dessous et qui sont
illustrés à
l'aide des figures annexées.
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La figure 1 illustre une salle d'électrolyse typique, vue en section, destinée
à la
production d'aluminium.
La figure 2 illustre, en vue de profil, une pince de manutention selon
l'invention.
La figure 3 illustre, en vue de profil, les éléments mobiles d'une pince de
manutention selon l'invention.
La figure 4 illustre une pince de manutention selon l'invention, vue en
section
longitudinale selon deux plans perpendiculaires (plans A-A et B-B).
La figure 5 illustre le fonctionnement du système de verrouillage de la pince
de
manutention selon l'invention à l'aide d'un exemple particulier.
Les usines d'ëlectrolyse destinées à la production d'aluminium comprennent une
zone de production d'aluminium liquide qui comprend ime ou plusieurs salles
d'électrolyse (1). Tel qu'illustrë à la figure 1, chaque salle d'électrolyse
(1) comporte
des cellules d'électrolyse (2) et au moins une unitë de levage et de
manutention, ou
"machine de service", (6, 7, 8, q, 10). Les cellules d'électrolyse (2) sont
normalement
disposëes en rangées ou files (typiquement c~te-à-c~te ou tète-à-tëte), chaque
rangée
ou file comportant typiquement une ou plusieurs centaines de cellules.
Lesdites
cellules (2) compremlent une série d'anodes (3) munies d'une tige métallique
(4)
destinëe à la fixation et au raccordement ëlectrique des anodes à un cadre
anodique
métallique (non illustré). La tige d'anode (4) est typiquement de section
sensiblement
rectangulaire ou carrée.
L'unité de levage et de manutention (6, 7, 8, 9, 10) sert à effectuer des
opérations sur
les cellules telles qu'un changement d'anode ou le remplissage des trémies
d'alimentation en bain broyé et en A1F3 des cellules d'électrolyse. Elle peut
également servir à manutentionner des charges diverses, telles que des
éléments de
cuve, des poches de métal liquide ou des anodes. Ladite unité (6, 7, 8, 9, 10)
comprend typiquement un pont roulant (6), un chariot (7) apte à se déplacer
sur le
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pont roulant (6), et des organes de manutention et d'intervention (souvent
appelés
« outils » ) (8, 9, 10), tels qu'une cabine (8) pour (opérateur, une pelle ou
pince à
croûte (non illustrée), un piqueur (non illustré) ou un organe de manutention
(9)
muni d'une pince de préhension ou pince de manutention (10). Ce dernier organe
est
5 tout particulièrement destiné à la manutention des anodes (3), bien qu'il
puisse
également être utilisé pour la manutention d'autres charges.
Le pont roulant (6) repose et circule sur des chemins de roulement (11, 12)
disposés
parallèlement l'un à l'autre et à l'axe principal - et typiquement
longitudinal - du
hall (et de la file de cellules). Le pont roulant (6) peut ainsi être déplacé
le long de la
salle d'électrolyse (1).
Selon l'invention, la pince de manutention (10), qui est destinée à saisir une
tige (4)
fixée à une charge (3) - typiquement une anode - et manie d'au moins un moyen
de
liaison (5, 5a, Sb), typiquement une cavité, comporte
- au moins un organe de préhension mobile (100a, 100b:), typiquement une
màchoire,
ayant une position ouverte apte à former une ouverture. typiquement tournée
vers le
bas en utilisation, dans laquelle la tige (4) peut étre insérée, et une
position fermëe
apte à retenir la tige (4),
- un système d'actiob~nement (110) pour déplacer le ou ~~haque organe de
préhension
(100a, 100b) entre les positions ouverte et fennée,
- au moins un moyen de liaison (1 Ola, lOlb) apte à coopérer avec le ou les
moyens
de liaison (5, Sa, Sb) correspondants de la tige (4) de manière à limiter les
déplacements axiaux de la tige (4) dans la pince (10) entre une position dite
"basse"
et une position dite "haute" lorsque le ou chaque organe de préhension (100a,
100b)
est en position fermée,
- au moins un système de verrouillage (120) apte à bloquer le ou chaque organe
de
préhension (100a, 100b) en position fermée lorsqu'il est verrouillé, et apte à
être
verrouillé lorsque la tige (4) est en position basse et deverrouillé lorsque
la tige (4)
est en position haute.
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En position ouverte, le ou Ies organes de préhension dégagent un espace
suffisant
pour permettre l'insertion de la tige dans la pince.
Le ou chaque organe de préhension (100a, 100b) est avantageusement apte à
pivoter
autour d'un axe (105).
La pince (10) comporte typiquement deux organes de préhension (100a, 100b),
qui
sont avantageusement aptes à pivoter autour d'un axe (105) propre à chaque
organe
de préhension ou commun aux deux organes de préher.~sion. La pince (10) est
alors
typiquement symëtrique par rapport à un axe C, dit "axe central", qui peut
coïncider
avec l'axe de la tige (4). Le ou les axes (105) sont de préférence
sensiblement
perpendiculaires à Taxe C, de manière à être sensiblement horizontaux en
utilisation.
Les moyens de liaison (lOla, lOlb) de la pince (10) comprennent typiquement
une
saillie sur le ou chaque organe de préhension (100a, 100b) et le ou les moyens
de
liaison correspondants (5, Sa, Sb) de la tige (4) comprennent au moins une
cavité. La
ou les saillies (lOla, lOlb) du ou de chaque organe de -préhension (100x,
100b) sont
aptes à coopérer avec la ou les cavitës correspondantes (5, Sa, Sb) de la tige
(4) de
maniére à 111111ter les déplacements axiaux de la, tige (4) entre lesdites
positions basse
et haute lorsque le ou chaque organe de préhension (100a, 100b) est en
position
fermée. Les dimensions des moyens de liaison (lOla, lOlb, 5, Sa, Sb) sont
telles que,
lorsqu'ils sont enclenchés, la tige (4) peut encore être déplacée entre la
position
haute, dans laquelle le système de verrouillage (120) est déverrouillé (tel
qu'illustré à
la figure 5(E)), et la position basse, dans laquelle le systwme de
verrouillage (120) est
verrouillé (tel qu'illustré à la figure 5(F)). Ceci peut être obtenu en
aménageant une
ou des cavités (5, Sa, Sb) avec un jeu suffisant pour pennettre ces
déplacements.
Les moyens de liaison (lOla, lOlb) de la pince (10) et le ou les moyens de
liaison
correspondants (5, Sa, Sb) de la tige (4) sont avantageusement tels qu'ils
limitent
sensiblement - et empêchent éventuellement - la rotation de la tige (4) autour
de son
axe A, ce qui permet d'assurer un positionnement précis de la charge fixée à
la tige,
généralement une anode.
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Typiquement, la pince comporte en outre un corps de pince (109) et un moyen de
fixation (108). Ce dernier permet notamment de fixer :1a pince (10) à un
organe de
manutention (9).
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le système de verrouillage
(120)
comporte au moins un élément de verrouillage (102a, 102b), tel qu'une dent ou
un
crochet, fixé à chaque organe de préhension (100a, 100b), et au moins un
verrou
mobile (121) ayant au moins une première position dite "de verrouillage" et
une
deuxième position dite "de déverrouillage", ledit verrou (121) étant
- apte à se déplacer de la position de déverrouillage à la position de
verrouillage
lorsque le ou chaque organe de préhension (100a, 100b) est en position fermée
et que
la tige (4) est en position basse,
- apte à coopérer avec le ou chaque élément de verrouillage (102x, 102b) de
marnière
à permettre le mouvement du ou de chaque organe de préhension (100x, 100b)
1~rsqu'il est en position de déverr~uillage et à maintenir le ou chaque organe
de
préhension (100x, 100b) en position fermée lorsqu'il est en position de
verrouillage,
- et apte à être déplacé de la position de verrouillage à la position de
déverrouillage
par aa1 déplacement axial de la tige (4) de la positi~n basse à la, p~sition
haute.
Dans ce mode de réalisation, le système de verrouillage (120) de la pince (10)
est
verrouillé (ou "enclenché") lorsque, en même temps, le ou les organes de
préhension
(100a, 100b) sont en position fermée et la tige (4) est en position basse, ce
qui se
produit typiquement lorsque la charge est suspendue par la pince (10), et il
est
déverrouillé lorsque la tige (4) est en position haute, ce qui se produit
typiquement
lorsque la pince (10) exerce une poussée sur la tigre (4). La pince (10) selon
l'invention permet ainsi un verrouillage ou un déverrouillage dudit système de
verrouillage (120) par un simple déplacement relatif de la tige (4) par
rapport à la
pince (et typiquement dans la pince).
En utilisation, la position de verrouillage du verrou (121) est typiquement
une
position basse et la position de déverrouillage est typiquement une position
haute, ce
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ô
qui permet le verrouillage du système de verrouillage (120) par l'effet de la
gravité.
Dans ce cas, le verrou (121) est avantageusement apte à être déplacé selon un
axe de
symétrie central C de la pince (10).
Afin de permettre le verrouillage, le verrou (121) est typiquement muni d'au
moins
une cavité (126a, 126b), telle qu'un cran ou une mortaise, apte à coopérer
avec le ou
chaque élément de verrouillage (102a, 102b) de façon à interdire le
déplacement du
ou de chaque organe de préhension (100a, 100b) de la position fermée à la
position
ouverte.
De préférence, le verrou (121) possède une position d'attente - qui est
typiquement
ladite position de verrouillage mais qui peut être différente de celle-ci - et
est situé
dans la pince de manière à ce que la tige (4) puisse le déplacer de la
position d'attente
à la position de déverrouillage lors de son introduction dans la pince. bans
ce but, le
verrou (121) peut comporter un organe de poussée (124;1, tel qu'un téton, et
est apte à
être déplacé de la position d'attente à ladite position de déverrouillage par
une
poussée de la tige (4) - et plus précisément (extrémité (4') de la tige (4~) -
sur ledit
organe de poussée (124). Ledit organe de poussée (124) est typiquement situé à
proximité de l'extrémité (127) du verrou (121) située du c~té de l'ouverture
de la
pince.
La pince (10) peut comprendre en outre au moins une pièce de guidage (122,
123)
apte à guider le déplacement du verrou (121) lors de ses déplacements entre
ses
différentes positions. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 4, la
pince (10)
comporte une première pièce de guidage (122) apte à coulisser à l'intérieur du
verrou
(121) et une deuxième pièce de guidage (123) apte à guider (extrémité "basse"
(127)
du verrou (121). La première pièce de guidage (122) est typiquement fixée à
une
rotule ou un axe transversal ou axial. Dans l'exemple de la figure 4, la
deuxième
pièce de guidage (123) agit également comme butée.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le système de verrouillage
(120)
comprend en outre au moins un moyen de rappel, tel qu'un élément élastique,
(125)
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apte à provoquer le déplacement du verrou (12I) de Ia position de
déverrouillage à la
position de verrouillage, et apte à le maintenir dans cette; dernière
position, lorsque le
ou chaque organe de préhension (100a, 100b) est en position fermée et que la
tige (4)
est en position basse. Le moyen de rappel (125), qui es,t typiquement un
ressort, est
avantageusement intégré dans le verrou (121) afin de 1"isoler de
l'environnement et,
éventuellement, de le lubrifier, afin de maintenir ~;on élasticité et d'éviter
sa
détérioration. Dans ce but, le moyen de rappel (125) est avantageusement situé
dans
un évidement à l'intérieur du verrou (121) et/ou dans un évidement à
l'intérieur d'une
pièce de guidage (122) du verrou. Dans l'exemple de la figure 4, le moyen de
rappel
(125) est situé en partie dans un évidement à l'intérieur du verrou (121) et
en partie
dans un évidement à l'intérieur d'une pièce de guidage (122) du verrou.
Selon une variante avantageuse de l'invention, le système de verrouillage
(120)
comporte en outre au moins un moyen, dit de blocage, apte à maintenir le ou
chaque
organe de préhension (100a, 100b) en position ouverte lorsque le verrou (121)
est en
position de verrouillage ou en position d'attente, tel qu'illustré aux figures
5(~), 4(~)
et 4(C). Ces moyens de blocages permettent d'interdire mécaniquement la
fermeture
de la pince lorsque la tige n'est pas placée correctement dans celle-ci,
notamment
lorsque la tige n'est pas placée dans la pince de manière: à permettre
l'enclenchement
des moyens de liaison (lOla, lOlb, 5, Sa, 5b) entre la tige et la pince. Cette
variante
permet également une insertion sans entrave de la tige ..ans la pince. Lesdits
moyens
de blocage sont avantageusement formés par Ie verrou (121) et les éléments de
verrouillage (102a, 102b) qui sont alors tels que lesdits éléments s'appuient
sur le
verrou lorsque celui-ci est en position d'attente (typiquement la position de
verrouillage), de façon à interdire la fermeture du ou des organes de
préhension.
Tel qu'illustré aux figures 4 et 5, la pince (10) peut en outre comprendre une
ou
plusieurs pièces de guidage (103, 104) de la tige (4) pour assurer un
positionnement
satisfaisant de celle-ci entre les organes de préhension (100a, 100b) de la
pince.
L'enfoncement de Ia tige (4) dans la pince peut évenhiellement être limité par
une
butée (123).
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Les organes de préhension (100a, 100b) et/ou la ou les pièces de guidage (103,
104)
définissent de préférence une cavité qui épouse la forme de la tige de façon à
en
limiter, voire empêcher, la rotation.
5 Les organes de préhension (100a, 100b) de la pince peuvent être actionnés
par
différents moyens. Les figures 3 et 4 illustrent une pince (10) dans laquelle
le
système d'actionnement (110) comprend deux bielles (114a, 114b) et un
actionneur
(112), qui est typiquement un vérin. L'actionneur (112) et les bielles (114a,
114b)
sont typiquement reliés par un axe d'actionnement (1.13) commun fixé à la tige
10 d'actionnement (111) de l'actionneur. Cette variante pré~;ente l'avantage
d'étre simple,
fiable et efficace.
La pince selon l'invention comporte avantageusement deux organes de préhension
mobiles (100a, 100b) et le verrou (121) se situe de préf~:rence entre ces deux
organes
de préhension. Cette configuration permet une construction compacte et protège
le
verr~u des chocs avec des éléments extérieurs.
Le système de verrouillage (120) est de préférence entièrement mécanique, tel
que
celui illustré aux f gares 3 à 5, afin d'éviter les modes de défaillance liés
à des
éléments électriques ou électromécaniques.
Le fonctionnement du système de verrouillage (120) de la pince de manutention
(10)
selon l'invention est illustré à (aide de l'exemple particulier de la figure
5. Le
système d'actionnement (110) de la pince n'est pas représenté afin de
simplifier la
figure.
Lorsque le verrou (121) est en position de déverrouillage (figure 5(17)), les
organes
de préhension (100a, 100b) peuvent pivoter librement autour de leur axe
respectif
(ou commun) (105) et permettre, notamment, le positionnement du ou des
éléments
de verrouillage (102a, 102b) en face de chaque cavité (126a, 126b)
correspondante et
l'enclenchement des moyens de liaison (lOla, lOlb, 5, Sa, Sb), typiquement par
introduction des saillies (lOla, lOlb) dans les cavités (5, Sa, Sb)
correspondantes de
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la tige (4). Les organes de préhension (100a, 100b) sont verrouillés lorsque
la pince
(10) est tractée vers le haut et que la tige (4) descend sous (effet de son
propre poids
et de celui de la charge (figure 5(E)). La descente de :la tige (4) est
arrêtée par les
moyens de liaison (lOla, lOlb, 5, Sa, Sb). Lorsque le verrou (I2I) est en
position de
verrouillage, le ou les éléments de verrouillage ( 102a, .l 02b) sont insérés
dans la ou
les cavités (126a, 126b) correspondantes et coopèrent avec celles-ci de façon
à
interdire l'ouverture des organes de préhension (100a, 100b) de la pince (10)
(figure
5(F)). Le verrouillage est effectif tant que la charge est suspendue. Le
système de
verrouillage est déverrouillé en remontant la tige dans la pince, ce qui est
typiquement obtenu en appuyant sur la charge. LTn tel système présente
l'avantage de
ne pas nécessiter des actionneurs supplémentaires et d'augmenter ainsi la
fiabilité du
dispositif. Tl présente également (avantage d'assurer une action de
verrouillage
indépendamment du poids de la charge et de la force de friction entre les
moyens de
liaison (lOla, lOlb, 5, Sa, Sb).
Dans l'exemple illustré à la figure 5, le verrou (121) co:rnporte une position
d'attente
(figures 5(A) et 5(B)) qui se confond avec la position de verrouillage (figure
5(F)).
Dans ce cas, les éléments de verrouillage (102a, 102b) coopèrent avec le
verrou
(121), en s'appuyant sur ce deaxiier, de maniére à interdire la fermeture de
la pince
tant que la tige (4~) n'est pas suffisamment enfoncée pour permettre
falignernent des
saillies (lOla, lOlb) et des cavités (5, Sa, Sb). Les éléments de verrouillage
(102x,
102b) coopèrent avec le verrou (121) par un effet de came. Lors de son
introduction
entre les organes de~préhension de la pince, la tige (4) pousse le verrou
(121) vers le
haut, en s'appuyant sur l'organe de poussée (124), jusqu'à ce que le mouvement
des
éléanents de verrouillage ne soit plus entravé par le verrou (figure 5(C)).
Cette
variante présente (avantage d'empêcher simplement la préhension de la charge
tant
que le système de verrouillage n'est pas susceptible d'être enclenché.
L'invention a également pour objet une unité de levage et de manutention (6,
7, 8, 9,
10) comportant au moins un organe de manutention de charges (telles que des
anodes) (9) muni d'une pince de manutention (10) selon l'invention.
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L'invention permet d'éviter les systèmes à double;-commande. Elle présente
également l'avantage d'être pratiquement insensible aux accélérations durant
la
manutention.
Liste des repères numériques
1 Salle d'lectrolyse
2 Cellule d'lectrolyse
3 Charge, typiquement une anode
4 Tige, typiquement une tige d'anode
4' Extrmit de la tige, typiquement la tte
de la tige d'anode
5, Sa, Moyens de liaison de la tige, typiquement:
Sb des cavits
6 Pont roulant
7 Chariot
Cabine
9 ~rgane de manutention
10 Pince de manutention
11, 12 Chemins de roulement
100a, 100b~rganes de prhension de la pince
101 a, Moyens de liaison de la pince, typiquement
l Olb des saillies
102x, 102blments de verrouillage
103, 104 Pices de guidage de la tige
105 Axe de rotation des organes de prhension
l OS Moyen de fixation
109 Corps de pince
110 Systme d'actionnement
111 Tige d'actionnement
112 Actionneur (vrin)
113 Axe d'actionnement
114a, 114bBielles
120 Systme de verrouillage
CA 02517267 2005-08-25
WO 2004/079046 PCT/FR2004/000430
13
121 Verrou mobile
122 Pice de guidage du verrou
123 Pice de guidage du verrou,
Bute
124 Organe de pousse du verrou
125 Moyen de rappel
126a, 126b Cavités
127 Extrémité du verrou
