Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
CA 02577921 2007-02-22
WO 2006/030092
PCT/FR2005/002188
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PROCÉDÉ DE CHANGEMENT D'ANODE DANS UNE CELLULE DE
PRODUCTION D'ALUMINIUM PAR ÉLECTROLYSE INCLUANT UN
AJUSTEMENT DE LA POSITION DE L'ANODE ET DISPOSITIF POUR LE
METTRE EN OEUVRE
Domaine de l'invention
L'invention concerne la production d'aluminium par électrolyse ignée selon le
procédé de Hall-Héroult. Elle concerne plus particulièrement les changements
d'anode et les unités de service destinées à effectuer les changements d'anode
dans
les usines de production d'aluminium.
Etat de la technique
L'aluminium est produit industriellement par électrolyse ignée dans des
cellules
d'électrolyse suivant le procédé bien connu de Hall-Héroult. La demande de
brevet
français FR 2 806 742 (correspondant au brevet américain US 6 409 894) décrit
des
installations d'une usine d'électrolyse destinée à la production d'aluminium.
Selon la technologie la plus répandue, les cellules d'électrolyse comportent
une
pluralité d'anodes dites "précuites" en matériau carboné qui sont consommées
lors
des réactions de réduction électrolytique de l'aluminium. La consommation
progressive des anodes nécessite des interventions sur les cellules
d'électrolyse
parmi lesquelles figure, notamment, le remplacement des anodes usées par des
anodes neuves.
Afin de limiter la perturbation du fonctionnement d'une cellule d'électrolyse
lors d'un
changement d'anode, il est préférable de placer l'anode neuve de manière à ce
que sa
surface inférieure soit au même niveau que celle des autres anodes de la
cellule.
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Il est connu d'opérer comme suit pour assurer une mise à niveau correcte des
anodes
neuves. La tige de l'anode usée est marquée d'un trait de craie à un endroit
correspondant à un repère déterminé sur le cadre anodique. L'anode usée est
extraite
de la cellule et déposée sur une surface de référence, qui est typiquement un
plateau
métallique. Le niveau du trait de craie sur la tige est relevé, l'anode usée
est retirée et
une anode neuve est placée sur la surface de référence. Un trait de craie est
tracé sur
la tige de l'anode neuve au niveau relevé. L'anode neuve est placée sur le
cadre
anodique de façon à ce que le trait de craie soit situé au niveau du repère
déterminé
sur le cadre anodique. Ces opérations, essentiellement manuelles, nécessitent
l'intervention d'un opérateur dans la zone d'action des outils de manutention
des
anodes et l'exposent aux risques inhérents à ces opérations, tels que les
risques de
décrochement de la charge et les projections de métal liquide.
Il est également connu de munir l'outil de manutention des anodes d'un capteur
de
position. Dans ce cas, on mesure la distance parcourue par l'outil lors de la
prise de
l'anode usée, on dépose l'anode usée sur une surface de référence et on mesure
la
distance parcourue par l'outil au moment où l'anode repose sur la surface de
référence. On retire l'anode usée, on dépose une anode neuve sur la surface de
référence et on mesure la distance parcourue par l'outil au moment où l'anode
repose
sur la surface de référence. L'écart entre les deux dernières distances
mesurées est
ajouté à la première distance mesurée afin de déterminer la distance à faire
parcourir
à l'outil de manutention lors du positionnement de l'anode neuve dans la
cellule
d'électrolyse.
Ces différentes façons de procéder nécessitent de multiples manipulations
d'anode et
le déplacement de la surface de référence d'une zone de travail à une autre.
Le temps
passé à ces opérations allonge considérablement les temps de cycle
d'intervention sur
les cellules d'électrolyse et la période de temps pendant laquelle les capots
des cuves
restent ouverts, ce qui réduit l'efficacité des moyens de captation des
effluents
produits par les cellules d'électrolyse.
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La demanderesse a donc recherché une procédure et des moyens qui permettent
d'éviter ces inconvénients.
Description de l'invention
L'invention a pour objet un procédé de changement d'anode d'une cellule de
production d'aluminium par électrolyse ignée comportant une pluralité
d'anodes,
ladite cellule contenant un bain électrolytique et comprenant au moins un bloc
cathodique, chaque anode comprenant au moins un bloc anodique et une tige
métallique et étant fixée de manière amovible à un cadre métallique mobile par
des
moyens de fixation mécaniques, chaque bloc anodique possédant une surface de
référence, procédé par lequel on remplace au moins une anode usée déterminée
par
une anode de remplacement en utilisant au moins un outil de manutention
d'anode
comprenant un organe de positionnement, un organe de préhension et un capteur
de
position verticale de l'organe de préhension, et dans lequel on utilise le
capteur de
position du ou de chaque outil de manutention d'anode pour mesurer les
distances
parcourues verticalement par le ou chaque organe de préhension par rapport à
un
niveau de référence N, caractérisé en ce qu'on produit au moins un faisceau
d'ondes
sonores ou électromagnétiques dans un axe ou un plan de référence déterminé,
et en
ce que, pour chaque anode usée déterminée :
- on place un organe de préhension en position de saisie de la tige métallique
de
l'anode usée et on mesure la distance verticale A parcourue par l'organe de
préhension pour atteindre ladite position ;
- on retire l'anode usée de la cellule d'électrolyse, on fait passer le bloc
anodique de
cette anode à travers ledit faisceau en un mouvement vertical et on mesure la
distance verticale B parcourue par l'organe de préhension au moment où la
surface de
référence de cette anode traverse ledit faisceau ;
- on saisit la tige métallique d'une anode de remplacement à l'aide d'un
organe de
préhension, on fait passer le bloc anodique de cette anode à travers ledit
faisceau en
un mouvement vertical et on mesure la distance verticale C parcourue par
l'organe de
préhension au moment où la surface de référence de cette anode traverse ledit
faisceau ;
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-.on détermine la"position verticale de l'anode dé reinplâceinent dans la
cellule à
." partir des valeurs obtenues pour lesdites distances parconrues A, B et
C, et, on place
,
, :l'anode de remplacement à cette Position dans l'emplacement
initialement occupe par :
l'anode usée,..;.: , .
L'invention permet d'effectuer les mesures nécessaires au positionnement d'une
anode de remplacement : lors des mouvements : dé manutention nécessaires au
remplacement d'une: anode (à savoir typiquement la. prise d'une anode usée sur
une ,
cellule d'électrolyse, le dépôt de l'anode usée sur une palette ou un
véhicule; la prisé
d'une anode de remplacement sûr une palette ôû un véhicule et: la Mise en
place de
l'anode de remplacement dans la cellule), ce v qui présente :l'avantage de ne
pas
nécessiter des 'Mouvements de manutention .spppléMentaires. , L'invention
permet
' ainsi d'éviter, notamment, un , allongement du , temps d'ouverture
d'une, cellule
' d'électrolyse15
,
Le ou les faisceau* d'ondes sonores ou électromagnétiques sont
avantageusement,
préalablement placés à un endroit qui permet le passage d'une anode usée ou
d'une. .
anode de remplacement an travers du ou dés faisceau* lors des mouvements dé
7"-manutntizî nciririal& d ces anédéS",--pai 'ékérriplé au-dégeis
d'électrolyse, d'une palette ou d'un véhicule. =
=
Les prises' de mesure peuvent être manuelles, c'est-à-dire qu'un opérateur
enregistre
les données obtenues à chaque étape du procédé,' ou automatisées en tout ou
partie; ,
c'est-à-dire qu'un appareil informatisé effectue de 'manière automatique tout
ou partie
des mesures.
L'invention a aussi pour objet un système de mesure comprenant un capteur de
position pour mesurer les distances verticales parcourues par un organe de
préhension d'anode, un générateur de faisceau d'ondes sonores ou
électromagnétiques, apte à produire au moins un faisceau d'ondes sonores ou
électromagnétiques dans un axe ou un plan de référence déterminé, au moins un
détecteur d'ondes sonores ou électromagnétiques apte à détecter le passage
d'une
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partie déterminée d'une anode à travers ledit faisceau et au moins un organe
de positionnement
auquel est fixé ledit générateur et/ou ledit détecteur.
L'invention a encore pour objet une machine de service destinée aux opérations
de changement
d'anode d'une série de cellules de production d'aluminium par électrolyse
ignée, ladite machine
5 comportant au moins un outil de manutention d'anode comprenant un organe
de positionnement,
un organe de préhension et un capteur de position verticale de l'organe de
préhension, et étant
caractérisée en ce qu'elle comporte en outre ledit système de mesure.
L'invention a encore pour objet une unité de service d'une usine de production
d'aluminium par
électrolyse ignée comprenant un pont mobile et au moins une machine de service
selon
l'invention.
L'invention est décrite plus en détail ci-après à l'aide des figures annexées.
La figure 1 illustre, vue en section, une salle d'électrolyse typique destinée
à la production
d'aluminium et comprenant une unité de service représentée de manière
schématique.
La figure 2 illustre, vue en section transversale, une cellule d'électrolyse
typique destinée à la
production d'aluminium.
La figure 3 représente, de manière schématique, une machine de service vue de
côté.
Les figures 4 à 7 illustrent un mode de réalisation du procédé de changement
d'anode selon
1 ' invention.
Les figures 8 à 10 représentent, de manière schématique, des modes de
réalisation des moyens de
détection de la position d'une anode selon l'invention.
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Les usines d'électrolyse destinées à la production d'aluminium comprennent une
=
zone de production d'aluminium liquide qui comprend une ou plusieurs salles
d'électrolyse (1). Tel qu'illustré à la figure 1, chaque salle d'électrolyse
(1) comporte
des cellules d'électrolyse (2) et au moins une unité de service (4). 'Les
unités de
service `sont souvent appelées "machines de service électrolyse" ou "M.E.E"
("PTA" ,
ou "Pot Tending Assembly" ou "PTM" ou "Pot Tending Machine" en langue
atigliPe); .
Les cellules d'électrolyse (2) sont normalement disposées en rangées ou files,
chaque
=
, rangée ou file comportant typiquement plus d'une centaine de cellules, et
raccordées "
électriquement en série à l'ai' de de conducteurs de liais'on. Les cellules
(2) sont
disposées de manière à dégager des voies de circulation (3) entre les cellules
et le
' long de la salle d'électrolyse (1). ' ' ,
====
1,5 Tel qu'illustré à la figure 2, chaque cellule d'électrolyse (2)
comprend une cuve (2'), õ.
une structure de support (35) appelée "superstructure" et une pluralité
d'anodes (20: '
20'). La cuve (2') comprend un caisson (26) en acier, un revêtement intérieur
(27,
r 28), qui est généralement formé par des blocs en matériaux
réfractaires, et un
= --- -- ensemble- cathodique (29, 30); qui comprenddes blocs en matériau-
carboné.' (29); - -
appelés "blocs cathodiques", et des barres de raccordement métalliques (30)
auxquelles sont fixés les' conducteurs électriques (31) servant à
l'acheminement du
' courant d'électrolyse. Les anodes (20, 20') comportent au moins un bloc
anodique õ
' (21, 21') en matériau carboné précuit et une tige métallique (22, 22').
Les blocs
anodiques (21, 21') ont typiquement une forme parallélépipédique. La tige (22,
22')
est typiquement fixée au(x) bloc(s) anodique(s) (21, 21') par l'intermédiaire
d'un
élément de fixation (22a, 22a'), généralement appelé "multipode", qui est
ancré dans
le(s) bloc(s) anodique(s) (typiquement à l'aide de fonte). Les anodes (20,
20') sont
fixées de manière amovible à un cadre métallique mobile (23), appelé "cadre
anodique", par des moyens de fixation mécaniques (24, 25) comprenant
typiquement
un connecteur (24) et des crochets (25). Le cadre mobile (23) est porté par la
superstructure (35) et fixé à des conducteurs électriques (non illustrés)
servant à
l'acheminement du courant d'électrolyse.
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Une cellule d'électrolyse (2) comporte généralement un système de capotage
(36),
comprenant typiquement une série de capots, pour confiner les effluents à
l'intérieur
de la cellule, et des moyens (non illustrés) pour évacuer les effluents et les
diriger
vers un centre de traitement.
Le revêtement intérieur (27, 28) et les blocs cathodiques (29) forment, à
l'intérieur de
la cuve (2'), un creuset apte à contenir le bain d'électrolyte (33) et une
nappe de métal
liquide (32) lorsque la cellule est en fonctionnement. En général, une
couverture
d'alumine et de bain solidifié (34) recouvre le bain d'électrolyte et tout ou
partie des
anodes.
Les anodes (20, 20'), et plus précisément des blocs anodiques (21, 21'), sont
partiellement immergées dans le bain d'électrolyte (33), qui contient de
l'alumine
dissoute. La surface inférieure (21a, 21a') des anodes est typiquement
essentiellement
plane et parallèle à la surface supérieure (29') des blocs cathodiques (29),
qui est
généralement horizontale. La distance entre la surface inférieure des anodes
et la
surface supérieure des blocs cathodiques, dite "distance anode-cathode", est
un
paramètre important dans la régulation des cellules d'électrolyse. La distance
anode-
cathode est généralement contrôlée avec une grande précision.
Les blocs anodiques (21, 21') sont progressivement consommés en utilisation.
Afin
de compenser cette usure, il est de pratique courante d'abaisser
progressivement les
anodes (20, 20') en déplaçant régulièrement le cadre mobile (23) vers le bas.
En
outre, tel qu'illustré à la figure 2, les blocs anodiques (21, 21') sont
généralement à
des degrés d'usure différents. Par conséquent, la position de l'anode de
remplacement
(20"), communément appelé "anode neuve", par rapport au cadre mobile (23) est
généralement ajustée à chaque changement d'anode. Plus précisément, la
position des
anodes est ajustée de façon à mettre sur un plan commun la surface dite
"inférieure"
(21a, 21a', 21a") des blocs anodiques (21, 21', 21"), c'est-à-dire la surface
des blocs
anodiques qui est destinée à être immergée dans le bain électrolytique (33)
contenu
dans la cellule d'électrolyse (2) et à être parallèle à la surface supérieure
(29') du ou
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des blocs cathodiques (29). En pratique, l'anode de remplacement (20") est
placée de
manière à ce que, après avoir atteint sa température de fonctionnement, sa
surface
inférieure (21a") se situe au niveau de la surface inférieure (21a') de
l'anode usée
(20') qu'elle remplace. Ladite surface inférieure (21a, 21a', 21a") des blocs
anodiques
(21, 21', 21") est généralement essentiellement plane.
L'unité de service (4) sert à effectuer des opérations sur les cellules (2)
telles que les
changements d'anode ou le remplissage des trémies d'alimentation en bain broyé
et
en AlF3 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.
Tel qu'illustré aux figures 1 et 3, l'unité de service (4) comprend un pont
mobile (5)
qui peut être translaté au-dessus des cellules d'électrolyse (2) et une
machine de
service (6). La machine de service (6) comporte un chariot mobile (7) et un
module
de service (8) équipé de plusieurs organes de manutention et d'intervention
(10), tels
que des outils (pelles, clés, piqueurs,...). Tel qu'illustré à la figure 3, le
module de
service (8) comporte typiquement une tourelle (8') montée sur le chariot (7)
de
manière à pouvoir pivoter autour d'un axe vertical V en utilisation. Les
organes de
manutention et d'intervention (10) sont typiquement fixés à la tourelle. Le
module de
service (8) peut également comporter une cabine de contrôle (16) pour les
opérateurs.
Le pont mobile (5) repose et circule sur des chemins de roulement (9, 9')
disposés
parallèlement l'un à l'autre et à l'axe principal du hall (et de la file de
cellules). Le
pont mobile (5) peut ainsi être déplacé le long de la salle d'électrolyse (1).
Le chariot
mobile (7) peut être déplacé le long du pont mobile (5).
Tel qu'illustré à la figure 3, les machines de service (6) utilisées pour les
opérations
de changement d'anode sont équipées d'un ensemble déterminé d'outils (10), à
savoir
typiquement un piqueur (11a), une pelle à godets (12a), un organe de
préhension
d'anode (appelé "pince à anodes") (13a) et une trémie (14) munie d'un conduit
escamotable (15). Le piqueur (11a) sert à briser la croûte d'alumine et de
bain
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solidifié (34) qui couvre généralement tout ou partie des anodes de la cellule
; la
pelle à godets (12a) sert à dégager l'emplacement de l'anode, après le retrait
de
l'anode usée, par enlèvement des matières solides (telles que des morceaux de
croûte
et de l'alumine) qui s'y trouvent ; la pince à anodes (13a) sert à saisir et à
manipuler
les anodes par leur tige, notamment pour l'enlèvement des anodes usées d'une
cellule
d'électrolyse et la mise en place d'anodes neuves dans la cellule
d'électrolyse ; le
conduit escamotable (15) sert à introduire de l'alumine et/ou du bain broyé
dans la
cellule d'électrolyse, de manière à reformer une couche de revêtement, après
la mise
en place d'une anode neuve. Le piqueur (11a), la pelle à godets (12a) et la
pince à
anodes (13a) sont typiquement montés à l'extrémité inférieure d'un organe de
positionnement (11 b, 12b, 13b), tel qu'un mât ou un bras télescopique.
L'expression
"outil de manutention d'anode" (13) désigne l'ensemble comprenant un organe de
préhension d'anode (13a) et un organe de positionnement (13b).
Pour la mise en oeuvre de l'invention, la machine de service (6) comporte au
moins
un outil de manutention d'anode (13) muni d'un organe de positionnement (13b),
d'un
organe de préhension (13a) et d'un capteur de position verticale (13c) de
l'organe de
préhension.
Le procédé de changement d'une anode d'une cellule (2) de production
d'aluminium
par électrolyse comportant une pluralité d'anodes (20, 20) comporte
typiquement les
étapes de base suivantes :
- on place une machine de service à proximité de l'anode usée déterminée
(20') ;
- on retire les capots (36) situés à proximité de l'anode usée (20') ;
- on immobilise le cadre mobile (23) auquel sont fixées les anodes (20, 20') ;
- on saisit la tige métallique de l'anode usée (20') à l'aide d'un outil de
manutention
d'anode (13), et plus précisément à l'aide d'un organe de préhension (13a) ;
- on défait la fixation mécanique (24) de l'anode usée ;
- on retire l'anode usée (20') de la cellule d'électrolyse à l'aide dudit
outil de
manutention (13) ;
- on dépose l'anode usée (20') dans un endroit déterminé ;
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- on saisit une anode de remplacement (20") à l'aide d'un outil de manutention
(13),
généralement le même outil que celui qui a servi à manutentionner l'anode usée
;
- on détermine une position verticale pour l'anode de remplacement (20") ;
- on place l'anode de remplacement (20") à la position verticale déterminée
dans
5 l'emplacement initialement occupé par l'anode usée ;
- on fixe l'anode de remplacement (20") sur le cadre mobile (23) à l'aide d'un
moyen fixation mécanique (24).
Selon l'invention, on détermine une position verticale pour l'anode de
remplacement
10 (20") à l'aide de mesures effectuées lors de la manutention des anodes.
Ces mesures
portent, d'une part, sur la position de l'outil de manutention d'anode et,
d'autre part,
sur le passage des anodes à travers un axe déterminé ou un plan déterminé hors
de la
cellule d'électrolyse. A cette fin, d'une part, on crée un axe ou un plan de
référence
immatériel, délimités par des ondes sonores ou électromagnétiques, et on
détecte le
passage des anodes à travers cet axe ou ce plan à l'aide d'un système de
détection
d'ondes sonores ou électromagnétiques. D'autre part, on utilise un outil de
manutention d'anode (13) comprenant un capteur de position verticale (13c) de
l'organe de préhension (13a), et on mesure les déplacements de l'organe de
préhension au cours des opérations de manutention des anodes. On détermine la
position verticale de l'anode de remplacement à partir des mesures de
déplacement de
l'organe de préhension à des moments déterminés, à savoir la prise de l'anode
usée, le
passage de l'anode usée à travers l'axe ou le plan déterminé et le passage de
l'anode
de remplacement à travers l'axe ou le plan déterminé.
Dans le mode de réalisation de l'invention qui est illustré aux figures 4 à 7,
on
procède comme suit :
- on produit au moins un faisceau d'ondes sonores ou électromagnétiques (51)
dans
un axe déterminé ou un plan de référence déterminé (50) (figure 4) ;
- on positionne un outil de manutention d'anodes (13) comportant un capteur de
position verticale (13c) de l'organe de préhension (13a) au niveau d'une anode
usée
déterminée (20') et on place un organe de préhension (13a) en position de
saisie de la
tige métallique (22') de cette anode (20') (figure 4) ;
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- on saisit la tige métallique (22') d'une anode usée déterminée (20') à
l'aide de
l'organe de préhension (13a) d'un outil de manutention d'anode (13) et, à
raide du
capteur de position, on mesure une première distance verticale A parcourue par
l'organe de préhension (figure 4) ;
- on défait la fixation mécanique (24) de l'anode usée (20'), on retire
l'anode usée
(20') de la cellule d'électrolyse à l'aide dudit outil de manutention (13), on
fait passer
le(s) bloc(s) anodique(s) (21') de cette anode à travers ledit faisceau en un
mouvement vertical et, à l'aide dudit capteur de position, on mesure une
deuxième
distance verticale B parcourue par l'organe de préhension au moment où la
surface de
référence (21a') de l'anode traverse ledit faisceau (figure 5) ;
- on saisit la tige métallique (22") d'une anode de remplacement (20") à
l'aide d'un
organe de préhension (13a), on fait passer le(s) bloc(s) anodique(s) (21") de
cette
anode à travers ledit faisceau en un mouvement vertical et, à l'aide dudit
capteur de
position, on mesure une troisième distance verticale C parcourue par l'organe
de
préhension au moment où la surface de référence (21a") de l'anode traverse
ledit
faisceau (figure 6) ;
- on détermine la position verticale de l'anode de remplacement (20") dans la
cellule à partir des valeurs obtenues pour lesdites première, deuxième et
troisième
distances parcourues (A, B et C), et on place l'anode de remplacement (20") à
cette
position verticale dans l'emplacement initialement occupé par l'anode usée
(figure
7) ;
- on fixe l'anode de remplacement (20") sur le cadre mobile (23) à l'aide d'un
moyen fixation mécanique (24).
Lesdites mesures de distance peuvent être effectuées pendant les manipulations
normales de remplacement des anodes usées. L'invention permet ainsi de limiter
sensiblement les opérations de manutention requises pour déterminer la
position de
l'anode de remplacement.
De préférence, on utilise le même organe de préhension (13a) pour
manutentionner
une anode usée déterminée (20') et l'anode de remplacement (20") destinée à la
remplacer. Cette variante permet d'éviter un étalonnage des capteurs d'outils
distincts
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et les différences de mesure de distance inhérentes à l'utilisation d'outils
distincts.
Dans ce cas, on dépose l'anode usée (20') dans un endroit déterminé avant de
saisir la
tige métallique (22") de l'anode de remplacement (20") avec l'organe de
préhension
(13a).
Ladite première distance (A) peut être mesurée avant ou après avoir saisi la
tige (22')
de l'anode usée (20'). Cette distance est de préférence mesurée après avoir
saisi la
tige (22') et après avoir mis l'outil de manutention (13) sous tension
mécanique, afin
de rattraper les éventuels jeux mécaniques et d'améliorer la précision de la
mesure.
La surface de référence (21a, 21a', 21a") des anodes est de préférence la
surface dite
"inférieure" du (des) bloc(s) anodique(s) (21, 21', 21").
Afin de limiter les mouvements de manutention des anodes, on mesure de
préférence
ladite distance verticale B lors d'un mouvement vers le bas d'une anode usée
(20'),
typiquement lors du dépôt de l'anode dans l'endroit déterminé, qui est
généralement
une palette ou un véhicule (40, 40') destinés à son évacuation. Dans ce but,
ledit
faisceau est disposé à une hauteur déterminée au-dessus dudit endroit
déterminé.
Afin de limiter les mouvements de manutention des anodes, on mesure de
préférence
ladite distance verticale C lors d'un mouvement vers le haut d'une anode de
remplacement (20"), typiquement lors de l'enlèvement de l'anode d'un endroit
de
stockage temporaire, qui est généralement une palette ou un véhicule (40, 40")
utilisés pour sa fourniture. Dans ce but, ledit faisceau est disposé à une
hauteur
déterminée au-dessus dudit endroit de stockage.
La position verticale d'une anode de remplacement (20") correspond à une
distance
verticale A' parcourue par l'organe de préhension (13a) lors de la mise en
place de
l'anode de remplacement dans l'emplacement initialement occupé par une anode
usée
déterminée. En pratique, lors de la mise en place de l'anode de remplacement,
on
stoppe le mouvement de descente de l'organe de préhension lorsque la distance
parcourue par celui-ci est égale à A'. La distance verticale A' est
typiquement donnée
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par la relation A' = A ¨ B + C + D, où D est un terme de correction pour
prendre en
compte la mise en régime de fonctionnement de l'anode de remplacement dans la
cellule.
Selon un mode de réalisation du procédé selon l'invention, on remplace les
anodes
usées (20') une à une par des anodes de remplacement (20").
Selon un autre mode de réalisation du procédé selon l'invention, on remplace
au
moins deux anodes usées (20') à la fois par des anodes de remplacement (20").
Dans
ce cas, lesdites distances A, B et C sont mesurées, et ladite distance A'
déterminée,
pour chacun des couples anode usée (20') / anode de remplacement (20"). Ce
mode
de réalisation de l'invention est avantageusement mis en oeuvre en utilisant
une
machine de service (6) comportant un nombre d'outils de manutention d'anode
(13)
au moins égal au nombre des anodes usées qui sont remplacées simultanément.
Le capteur de position (13c) sert à mesurer la distance parcourue
verticalement par
l'organe de préhension (13a) lors des manutentions d'anodes. Les distances
sont
données par rapport à un niveau de référence N, qui peut être quelconque. Le
niveau
de référence N est de préférence le même pour toutes les mesures de distance
lors
d'un même changement d'anode afin de simplifier les calculs et d'éviter
d'introduire
des incertitudes dans la détermination de la position finale de l'anode de
remplacement.
Le capteur de position (13c) peut-être, par exemple, un encodeur à câble ou un
télémètre laser. Le capteur de position est avantageusement intégré à l'outil
de
manutention d'anode (13). Typiquement, le capteur de position (13c) est fixé
rigidement à la partie fixe de l'organe de positionnement (13b) de l'outil de
manutention d'anode (13) ; il permet de mesurer la distance relative d'un
point
déterminé solidaire de l'organe de préhension. Par exemple, le capteur de
position
peut être fixé au coulissant d'un bras ou mât télescopique auquel est fixé
l'organe de
préhension.
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Afin de compenser les jeux éventuels entre les composants de l'outil de
manutention
d'anode (13) et entre l'organe de préhension d'anode (13a) et une tige d'anode
(22,
22'), il est avantageux d'effectuer ladite première mesure de distance
parcourue A en
traction, c'est-à-dire après avoir mis en tension la chaîne cinématique de
l'outil (avant
desserrement du connecteur (24) qui maintient la tige de l'anode sur le cadre
mobile
(23)), car les autres mesures de distance sont faites en traction dans le
cadre de
l'invention (l'axe ou le plan de référence étant immatériels et l'anode de
remplacement étant suspendue à l'organe de préhension lors de l'ajustement de
sa
position dans la cellule). Afin de pouvoir tenir compte desdits jeux, il est
avantageux
de munir l'outil de manutention d'anode (13) d'un moyen de mesure de la
tension
dans l'outil, tel qu'un dynamomètre axial, qui permet de connaître le moment
où la
chaîne cinématique de l'outil est en traction et de déterminer le moment où
les jeux
mécaniques sont tous repris dans le même sens.
Lesdites ondes sonores sont typiquement des ondes ultrasonores.
Lesdites ondes électromagnétiques sont typiquement de la lumière visible, des
infrarouges ou des ondes radio. Il est avantageux de générer ledit faisceau
(51) à
l'aide d'un laser.
La surface inférieure (21a, 21a', 21a") des anodes, notamment des anodes
usées,
peuvent posséder des irrégularités qui proviennent notamment de défauts de
surface,
d'une usure irrégulière des anodes ou de dépôts de matière (telle que de
l'alumine)
lors de l'utilisation des anodes. Afin d'éviter les fausses mesures de
distance
parcourue provenant d'irrégularités de la surface de référence (21a, 21a',
21a"), on
génère de préférence deux ou plusieurs (typiquement trois) faisceaux d'ondes
sonores
ou électromagnétiques (51) de façon à former un plan de référence déterminé
(50).
Cette variante de l'invention est typiquement mise en oeuvre à l'aide d'un
générateur
comportant deux ou plusieurs sources d'ondes sonores ou électromagnétiques,
c'est-
à-dire que chaque faisceau (51) est généré par une source d'ondes distincte
(dans le
cas des ondes électromagnétiques, chaque source est typiquement un laser).
Dans
cette variante, les distances parcourues (B et C) sont avantageusement données
par la
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moyenne des distances parcourues mesurées pour chacun des faisceaux (après
avoir
éventuellement éliminé une ou des valeurs jugées aberrantes).
Ledit axe déterminé ou le plan de référence déterminé (50) est de préférence
5 sensiblement horizontal. L'angle entre l'horizontale et ledit axe ou plan
de référence
déterminé (50) est de préférence inférieur à environ 100, et de préférence
encore
inférieur à environ 50
.
Le moment où la surface de référence (21a', 21a") d'une anode traverse ledit
faisceau
10 peut être déterminé de différentes manières. Selon une manière
avantageuse de
procéder, qui peut être aisément informatisée, on utilise un générateur (ou
émetteur)
d'ondes sonores ou électromagnétiques pour produire ledit faisceau et un
détecteur
(ou récepteur) pour détecter ledit faisceau. Selon un premier mode de
réalisation de
cette manière de procéder, qui est représenté schématiquement à la figure 8,
on
15 dispose un détecteur d'ondes sonores ou électromagnétiques (54) en
regard d'un
générateur de faisceau d'ondes sonores ou électromagnétiques (52) de manière à
ce
que le détecteur puisse détecter le faisceau produit par le générateur (figure
8a). On
détecte le moment où la surface de référence (21a', 21a") d'une anode (20',
20")
traverse ledit faisceau lorsque le bloc anodique (21', 21") interrompt la
transmission
dudit faisceau au détecteur (figure 8b).
Selon un autre mode de réalisation de cette manière de procéder, qui est
représenté
schématiquement à la figure 9, on dispose un détecteur d'ondes sonores ou
électromagnétiques (54) et un générateur de faisceau d'ondes sonores ou
électromagnétiques (52) en regard d'une surface réfléchissante (55), tel qu'un
miroir,
de manière à ce que le détecteur puisse détecter le faisceau produit par le
générateur
et réfléchi par la surface réfléchissante (55) (figure 9a). Ces éléments
peuvent être
disposés en triangle de manière à former un plan. On détecte le moment où la
surface
de référence (21a', 21a") d'une anode (20', 20") traverse ledit faisceau
lorsque le bloc
anodique (21', 21") interrompt la transmission dudit faisceau au détecteur
(figure 9b).
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Selon encore un autre mode de réalisation de cette manière de procéder, qui
est
représenté schématiquement à la figure 10, on dispose un détecteur d'ondes
sonores
ou électromagnétiques (54) et un générateur de faisceau d'ondes sonores ou
électromagnétiques (52) de manière à ce que le détecteur puisse détecter le
faisceau
produit par le générateur et réfléchi par le bloc anodique (21', 21") (figure
10a). On
détecte le moment où la surface de référence (21a', 21a") d'une anode (20',
20")
traverse ledit faisceau lorsque le bloc anodique (21', 21") réfléchit tout ou
partie dudit
faisceau vers le détecteur (figure 10b). Des essais ont montré que la
réflectivité de la
surface d'une anode neuve ou usée était suffisante pour permettre un
fonctionnement
satisfaisant de ce mode de réalisation. Ce mode de réalisation présente
l'avantage de
permettre de regrouper aisément le détecteur et le générateur sur un même
organe de
positionnement (53).
Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre à l'aide d'un système de
mesure
comprenant un capteur de position (13c) pour mesurer les distances verticales
parcourues par un organe de préhension (13a) d'un outil de manutention d'anode
(13), un générateur de faisceau d'ondes sonores ou électromagnétiques (52),
apte à
produire au moins un faisceau d'ondes sonores ou électromagnétiques (51) dans
un
axe ou un plan de référence déterminé (50), au moins un détecteur d'ondes
sonores
ou électromagnétiques (54) apte à détecter le passage d'une partie déterminée
(21a,
21a', 21a") d'une anode (20, 20', 20") à travers ledit faisceau et au moins un
organe
de positionnement (53) auquel est fixé ledit générateur et/ou ledit détecteur.
Le
capteur de position (13c) est de préférence intégré à l'outil de manutention
d'anode
(13). Le générateur (52) comporte typiquement une source pour chaque faisceau
d'ondes sonores ou électromagnétiques (52). Dans la variante de l'invention où
les
faisceaux sont formés d'ondes électromagnétiques, le générateur comporte
avantageusement au moins un laser.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le ou chaque organe de
positionnement
(53) du système de mesure est, directement ou indirectement, fixé à une voie
de
circulation (3) ou posé sur celle-ci.
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Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le système de mesure est
intégré à
une unité de service (4) destinée aux opérations de changement d'anodes. Ce
mode
= de réalisation de l'invention facilite le déplacement et le
positionnement du système
de mesure. Il permet en outre d'effectuer les mesures nécessaires au
positionnement
d'une anode de remplacement lors des mouvements de manutention normaux d'une
anode usée et d'une anode de remplacement. Le système de mesure selon
l'invention
est de préférence intégré à la machine de service (6) de ladite unité de
service (4), et
de préférence encore au module (8) de ladite machine de service (6). Dans ces
cas, le
capteur de position verticale (13c) de l'organe de préhension (13a) du système
de
mesure est typiquement celui dont est muni l'outil de manutention d'anode
(13). Dans
ces variantes, le ou chaque organe de positionnement (53) du système de mesure
est,
directement ou indirectement, fixé à une unité de service (4), à une machine
de
service (6) ou à un module de service (8).
Le ou chaque organe de positionnement (53) du système de mesure est
typiquement
un bras ou un mât télescopique. Lorsque le système de mesure est intégré à une
unité
de service (4), le générateur (52) et/ou le détecteur (54) sont typiquement
fixés dans
la partie basse de l'organe de positionnement (53).
Les mesures de distance parcourue (A, B, C, A') peuvent être effectuées avec
ou sans
l'intervention d'un opérateur. Par exemple, le détecteur peut émettre un
signal
électrique, lumineux ou sonore lorsque la surface de référence déterminée
d'une
anode traverse le ou les dits faisceaux et un opérateur peut enregistrer la
valeur de
distance parcourue par l'organe de préhension donnée par le capteur de
position au
moment de l'émission dudit signal. La détermination de la distance A'
correspondant
à la position de l'anode de remplacement peut également être effectuée par un
opérateur à l'aide des valeurs obtenues pour les première, deuxième et
troisième
distances parcourues (A, B et C). Afin d'alléger la tâche des opérateurs et
d'éviter les
erreurs de calcul, la mesure des dites distances (A, B, C, A') est
avantageusement
effectuée en tout ou partie de manière informatique. Par exemple, le passage
de la
surface de référence (21a, 21a', 21a") des anodes à travers ledit faisceau
peut
déclencher électriquement ou électroniquement la mesure du capteur de position
et
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l'enregistrement de la distance correspondante. Le système de mesure comporte
avantageusement un dispositif pour enregistrer les mesures effectuées et pour
déterminer ladite position verticale de l'anode de remplacement (20").
Le générateur (52) et le détecteur (54) peuvent se situer sur un même organe
de
positionnement (53) ou sur des organes de positionnement distincts. Le
générateur
(52) et détecteur (54) peuvent éventuellement être intégrés dans un même
dispositif.
