Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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CUVE D'ÉLECTROLYSE A PLANCHER CRÉNELÉ
La présente invention concerne une cuve d'électrolyse destinée à la production
d'aluminium, et une aluminerie comprenant cette cuve d'électrolyse.
L'aluminium est classiquement produit dans des alumineries, par électrolyse,
selon le
procédé de Hall-Héroult. A cet effet, on prévoit une cuve d'électrolyse
comprenant un
caisson et un revêtement intérieur en matériau réfractaire. La cuve
d'électrolyse
comprend également des blocs cathodiques agencés sur le revêtement intérieur
en
matériau réfractaire au fond du caisson, parcourus par des barres conductrices
destinées
à collecter le courant d'électrolyse pour le conduire à une cuve d'électrolyse
suivante, et
des blocs anodiques suspendus à un cadre anodique et plongés partiellement
dans un
bain électrolytique, au-dessus des blocs cathodiques. Une nappe d'aluminium
liquide,
recouvrant les blocs cathodiques, se forme au fur et à mesure de la réaction.
Une aluminerie comprend traditionnellement plusieurs centaines de cuves
d'électrolyse
connectées en série et parcourues par un courant d'électrolyse. Ce courant
d'électrolyse,
dont l'intensité peut atteindre plusieurs centaines de milliers d'Ampère, est
à l'origine d'un
champ magnétique important. La composante verticale de ce champ magnétique,
combinée aux variations des lignes de courant parcourant la nappe d'aluminium,
met
cette dernière en mouvement. Sous l'effet de ce champ magnétique, la nappe
d'aluminium tend à se déplacer sous la forme de vagues. On parle
d'instabilités
magnétohydrodynamiques (MHD).
Ce mouvement de vague de la nappe d'aluminium impose une distance minimale
entre
anode et cathode (distance interpolaire). Or, plus cette distance interpolaire
est
importante, plus la consommation énergétique est élevée, et donc le rendement
faible.
Des solutions visant à briser la vague d'aluminium ont été conséquemment
développées.
L'une d'entre elles, connue notamment du document de brevet U55683559,
consiste à
usiner la surface supérieure des blocs cathodiques, de manière à créer des
créneaux, ou
alternance de protubérances et de rainures, sensiblement parallèles pour
former obstacle
au déplacement des vagues d'aluminium afin d'en réduire les amplitudes.
Cependant, cette solution est coûteuse, à la fois en raison de l'opération
d'usinage
proprement dite et en raison de la perte de matière résultant de cette
opération d'usinage.
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De plus, cette conception crénelée des blocs cathodiques complique les
opérations de
nettoyage. En effet, la faible largeur relative des rainures formées entre les
protubérances
favorise l'accumulation de matériaux issus de l'opération des cuves,
typiquement appelés
boues, obstruant ces rainures, sans permettre pour autant leur dégagement par
des outils
conventionnels de nettoyage, comme une pelle à croûte relativement large, car
généralement sensiblement de la largeur des blocs anodiques. Il existe en
outre un risque
de casser les protubérances formées entre deux rainures adjacentes, compte-
tenu de la
faible largeur de ces protubérances.
Le document de brevet US2012/0279054 propose d'alterner des blocs cathodiques
de
différentes épaisseurs pour diminuer les instabilités de l'interface bain
électrolytique/
nappe d'aluminium.
Cependant, on comprendra aisément que cette surépaisseur engendre un surcoût
matière pour les blocs cathodiques faisant office de protubérances, qui est
non
négligeable compte-tenu du nombre de blocs cathodiques par cuve et du nombre
de
cuves (généralement plusieurs centaines) par aluminerie.
Aussi, la distribution électrique entre les barres conductrices traversant les
blocs
cathodiques de plus faible épaisseur et les blocs cathodiques de plus forte
épaisseur n'est
pas équilibrée, du fait de la longueur plus importante de matériau cathodique,
typiquement carboné, à traverser par le courant d'électrolyse dans les blocs
cathodiques
de plus forte épaisseur.
En outre, on note l'existence de pics de densité de courant pouvant apparaître
sur
certaines parties des blocs cathodiques de plus forte épaisseur qui engendrent
une
érosion rapide de ces blocs cathodiques, en particulier de leurs flancs où
tendent à se
concentrer les lignes de courant, si bien que le brise-vague ainsi proposé
présente une
durée de vie relativement faible.
Aussi la présente invention vise à pallier en tout ou partie ces
inconvénients, en proposant
une cuve d'électrolyse ayant une meilleure distribution électrique entre les
barres
conductrices, à coûts de fabrication et d'entretien contenus, facilitant les
opérations de
nettoyage, et résistante à l'érosion électrique, tout en limitant les
instabilités MHD.
A cet effet, la présente invention a pour objet une cuve d'électrolyse,
destinée à la
production d'aluminium, comprenant un caisson et présentant un plancher sur
lequel est
agencée une pluralité de blocs cathodiques, de préférence en matériau carboné,
chaque
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bloc cathodique étant traversé par au moins un conducteur électrique
longitudinal destiné
à collecter le courant d'électrolyse en vue de son acheminement hors du
caisson et vers
une cuve d'électrolyse distincte, caractérisée en ce que le plancher présente
des
premières surfaces de support des blocs cathodiques, et des deuxièmes surfaces
de
support des blocs cathodiques, les premières surfaces étant alternées avec les
deuxièmes surfaces dans une direction longitudinale de la cuve d'électrolyse,
chaque
première surface étant agencée à une hauteur supérieure à celle de la ou des
deuxièmes
surfaces adjacentes, de sorte que les blocs cathodiques supportés par les
premières
surfaces sont surélevés par rapport aux blocs cathodiques supportés par les
deuxièmes
surfaces, les blocs cathodiques ainsi surélevés présentant une portion
émergente
s'étendant au-dessus d'une surface supérieure du ou des blocs cathodiques
adjacents
supportés par les deuxièmes surfaces.
Ainsi, la cuve d'électrolyse selon l'invention présente, selon une vue en
coupe
perpendiculaire à une direction transversale de la cuve, c'est-à-dire
perpendiculaire à la
direction dans laquelle s'étendent les blocs cathodiques, un plancher crénelé,
ce qui
permet de surélever des blocs cathodiques, et plus particulièrement leur base,
afin de
faire émerger au dessus d'autres blocs cathodiques une portion capable de
briser des
vagues d'aluminium générées par les instabilités MHD, et ce sans usinage des
blocs
cathodiques et sans surcoût matière.
De plus, avec des blocs cathodiques d'une hauteur identique ou sensiblement
identique,
l'équilibrage électrique est correct et facilité. Les blocs cathodiques,
qu'ils soient surélevés
ou non, sont effectivement similaires en dimensions. Seule la hauteur du
plancher sur
lequel ils reposent les distingue.
Selon un mode de réalisation, la cuve d'électrolyse comporte, notamment en
fonctionnement, une nappe d'aluminium liquide recouvrant les blocs cathodiques
et ayant
une surface à une hauteur comprise entre 3 cm et 25 cm au dessus d'une surface
supérieure des blocs cathodiques surélevés supportés par les premières
surfaces.
Selon un mode de réalisation, la portion émergente présente au moins un flanc
recouvert
par des moyens d'isolation électrique.
Cette caractéristique offre l'avantage d'augmenter la durée de vie de la
portion
émergente, donc du système brise-vague, en prévenant leur érosion à cause de
pics de
densité de courant localisés au niveau des flancs de la portion émergente.
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Selon un mode de réalisation avantageux, chaque bloc cathodique non surélevé
présente, sur un bord de sa surface supérieure, une protubérance latérale
agencée en
regard dudit au moins un flanc de la portion émergente d'un bloc cathodique
surélevé
adjacent, de sorte que les moyens d'isolation électrique sont interposés entre
la
protubérance latérale et ledit au moins un flanc de la portion émergente du
bloc
cathodique surélevé adjacent.
Cette caractéristique offre l'avantage d'offrir une protection des moyens
d'isolation
électrique, notamment contre une abrasion par l'aluminium liquide en
mouvement, donc
d'augmenter davantage encore la durée de vie des portions émergentes.
Par bloc cathodique non surélevé on entend bloc cathodique reposant sur l'une
des
deuxièmes surfaces. Par bloc cathodique surélevé, on entend bloc cathodique
reposant
sur l'une des premières surfaces.
De manière avantageuse, la protubérance latérale présente une surface
supérieure
agencée sensiblement à la même hauteur que la surface supérieure du bloc
cathodique
surélevé adjacent.
Selon un mode de réalisation particulier, la distance Dl la plus courte entre
ledit au moins
un conducteur électrique des blocs cathodiques non surélevés et le coin formé
par la
protubérance latérale et la surface supérieure des blocs cathodiques non
surélevés est
sensiblement identique à la distance D2 la plus courte entre ledit au moins un
conducteur
électrique du ou des blocs cathodiques surélevés adjacents et l'un des bords
longitudinaux de la surface supérieure de ce ou ces blocs cathodiques
surélevés
adjacents.
Cette caractéristique dimensionnelle contribue à obtenir une distribution
électrique
optimale avec une surface cathodique efficace maximisée.
Selon un mode de réalisation, les blocs cathodiques surélevés et les blocs
cathodiques
non surélevés sont identiques.
Selon un mode de réalisation, les blocs cathodiques surélevés sont monoblocs.
Selon un autre mode de réalisation, les blocs cathodiques surélevés sont
formés
conjointement d'un bloc supérieur, de préférence en matériau carboné, rapporté
et collé
sur un bloc inférieur, de préférence en matériau carboné et reposant sur l'une
des
premières surfaces.
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Avantageusement, le bloc supérieur est collé sur le bloc inférieur par
l'intermédiaire d'une
pâte électriquement conductrice.
De manière avantageuse, le bloc supérieur correspond à la portion émergente.
Selon un mode de réalisation, la portion émergente comprend au moins un bord
de
5 recouvrement agencé pour recouvrir une partie de la surface supérieure
d'un bloc
cathodique non surélevé adjacent, ledit au moins un bord de recouvrement étant
collé à la
surface supérieure de ce bloc cathodique non surélevé adjacent par une pâte
électriquement isolante.
Ce mode de réalisation permet avantageusement de supprimer les courants
pouvant
apparaître sur les flancs du bloc cathodique surélevé afin de prévenir son
érosion, donc
allonger la durée de vie du système brise-vague.
De préférence, ledit au moins un bord de recouvrement recouvre ledit bloc
cathodique
non surélevé adjacent sur une distance sensiblement identique à la hauteur de
la portion
émergente.
Selon un mode de réalisation, la cuve d'électrolyse comprend une pluralité de
blocs
anodiques, chaque bloc anodique étant agencé en totalité soit au-dessus d'une
portion
émergente de blocs cathodiques surélevés, soit au-dessus d'une surface
supérieure de
blocs cathodiques non surélevés afin que chaque bloc anodique puisse reposer
sur une
surface de cathode sensiblement plane au-dessus de laquelle il est agencé.
Cela permet avantageusement de poser les blocs anodiques à plat sur des
surfaces de
cathode sensiblement planes pour le démarrage, et plus particulièrement le
préchauffage,
de la cuve d'électrolyse. Il en résulte une meilleure homogénéité du
préchauffage.
Selon une possibilité, la distance E2 la plus courte entre la surface
supérieure des blocs
cathodiques surélevés et ledit au moins un conducteur électrique de ces blocs
cathodiques surélevés est inférieure à la distance F2 la plus courte entre un
flanc de la
portion émergente et ledit au moins un conducteur électrique de ces blocs
cathodiques
surélevés.
Ce dimensionnement contribue aussi à lutter contre l'apparition de pics de
densité de
courant au niveau des flancs de la portion émergente.
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Selon une possibilité avantageuse, la distance El la plus courte entre la
surface
supérieure du ou des blocs cathodiques non surélevés et ledit au moins un
conducteur
électrique de ces blocs cathodiques non surélevés est inférieure à la distance
F2 la plus
courte entre un flanc de la portion émergente du ou de l'un des blocs
cathodiques
surélevés adjacent et ledit au moins un conducteur électrique de ce bloc
cathodique
surélevé.
Selon une forme d'exécution, la distance E2 la plus courte entre la surface
supérieure des
blocs cathodiques surélevés et ledit au moins un conducteur électrique de ces
blocs
cathodiques surélevés est sensiblement identique à la distance El la plus
courte entre la
surface supérieure du ou des blocs cathodiques adjacents non surélevés et
ledit au moins
un conducteur électrique de ces blocs cathodiques non surélevés.
On obtient ainsi une distribution électrique équilibrée entre les conducteurs
électriques
des blocs cathodiques surélevés et non surélevés.
Selon un mode de réalisation, la largeur des blocs cathodiques surélevés est
de l'ordre de
0,8 à 1,2 fois la largeur des blocs cathodiques non surélevés, et la hauteur
des blocs
cathodiques surélevés est de l'ordre de 0,8 à 1,2 fois la hauteur des blocs
cathodiques
non surélevés.
L'invention concerne également une aluminerie comprenant au moins une cuve
d'électrolyse ayant les caractéristiques précitées.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront
clairement de
la description ci-après d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non
limitatif, en
référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une cuve
d'électrolyse selon un mode
de réalisation de l'invention,
- la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une cuve d'électrolyse
selon un mode
de réalisation de l'invention,
- la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'une cuve
d'électrolyse selon un mode
de réalisation de l'invention,
- la figure 4 est une vue en coupe longitudinale d'une cuve
d'électrolyse selon un mode
de réalisation de l'invention,
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- la figure 5 est une en perspective, de dessus, de blocs cathodiques
d'une cuve
d'électrolyse selon un mode de réalisation de l'invention,
- la figure 6 est une vue en coupe longitudinale d'une cuve
d'électrolyse selon un mode
de réalisation de l'invention,
- la figure 7 est une vue en coupe longitudinale d'une cuve d'électrolyse
selon un mode
de réalisation de l'invention,
- la figure 8 est une vue schématique de deux blocs anodiques et deux
blocs
cathodiques d'une cuve d'électrolyse selon un mode de réalisation de
l'invention,
avec les anodes positionnées pour le démarrage de la cuve,
- la figure 9 est une vue schématique d'une opération de nettoyage d'une
partie d'une
cuve d'électrolyse selon un mode de réalisation de l'invention.
La figure 1 montre une cuve 1 d'électrolyse selon un mode de réalisation de
l'invention.
La cuve 1 d'électrolyse est destinée à la production d'aluminium selon le
procédé de Hall-
Héroult.
On précise que la description est réalisée par rapport à un référentiel
cartésien lié à la
cuve 1 d'électrolyse, l'axe X étant orienté dans une direction longitudinale
de la cuve 1
d'électrolyse, l'axe Y étant orienté dans une direction transversale de la
cuve 1
d'électrolyse, et l'axe Z étant orienté dans une direction verticale de la
cuve d'électrolyse.
Les orientations, directions, plans et déplacements longitudinaux,
transversaux, verticaux
sont ainsi définis par rapport à ce référentiel.
La cuve 1 d'électrolyse comprend un caisson 2, un plancher 4 sur lequel est
agencée une
pluralité de blocs 6, 7 cathodiques, de préférence en matériau carboné, chacun
traversé
par un ou plusieurs conducteurs 8 électriques longitudinaux (deux par blocs 6,
7
cathodiques selon la figure 2), comme des barres en acier ou en composite
acier/cuivre,
destinés à collecter le courant d'électrolyse en vue de son acheminement hors
du caisson
2 et vers une cuve d'électrolyse distincte.
Le caisson 2 peut être en acier, et son fond peut être garni par un revêtement
10 intérieur
en matériaux réfractaires et/ou isolants. Le cas échéant, la surface
supérieure de ce
revêtement 10 peut former le plancher 4 destiné à supporter les blocs 6, 7
cathodiques.
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Le plancher 4 présente des premières surfaces 40 de support de certains des
blocs
cathodiques, et des deuxièmes surfaces 42 également destinées à supporter
certains des
blocs cathodiques. Les premières surfaces 40 et les deuxièmes surfaces 42
peuvent être
sensiblement rectangulaires.
Comme cela est visible sur la figure 1, les premières surfaces 40 sont
alternées avec les
deuxièmes surfaces 42 dans une direction longitudinale X de la cuve 1
d'électrolyse.
En outre, chaque première surface 40 est agencée à une hauteur supérieure à
celle de la
ou des deuxièmes surfaces 42 qui lui sont adjacentes. Ainsi, les blocs 6
cathodiques, et
plus particulièrement les bases de ces blocs 6 cathodiques, supportés par les
premières
surfaces 40 sont surélevés par rapport aux blocs 7 cathodiques, plus
particulièrement
leurs bases, supportés par les deuxièmes surfaces 42.
La différence de hauteur entre les premières surfaces 40 et les secondes
surfaces 42
peut être par exemple comprise entre 3 à 20 cm, et plus particulièrement
comprise entre 5
et 15 cm.
Pour la suite de la description, on parlera donc de blocs 6 cathodiques
surélevés pour
désigner les blocs cathodiques reposant sur une première surface 40, et de
blocs 7
cathodiques non surélevés pour désigner les blocs cathodiques reposant sur une
deuxième surface 42. On peut alternativement les désigner par blocs hauts et
blocs bas.
Du fait de la surélévation de leur base, les blocs 6 cathodiques surélevés
présentent une
portion 60 émergente s'étendant au-dessus d'une surface 70 supérieure du ou
des blocs
7 cathodiques non surélevés adjacents. Ainsi, les portions 60 émergentes
forment un
système brise-vague, permettant de stabiliser la nappe 14 d'aluminium liquide
lors du
fonctionnement de la cuve 1 d'électrolyse.
Les figures, et notamment la figure 5, montrent que les blocs 6 cathodiques
s'étendent en
longueur selon la direction transversale Y de la cuve 1 d'électrolyse et
qu'ils sont alignés
les uns à côté des autres selon la direction longitudinale X de la cuve 1
d'électrolyse.
On précise que lors du fonctionnement de la cuve 1 d'électrolyse, les portions
60
émergentes sont destinées à être recouvertes en permanence par la nappe 14
d'aluminium liquide formée au fond de la cuve d'électrolyse. Il en est bien
évidemment de
même pour la surface 70 supérieure des blocs 7 cathodiques non surélevés. De
préférence, la nappe 14 d'aluminium a une épaisseur de plusieurs centimètres
ou
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dixaines de centimètres et une surface à une hauteur comprise entre 3 et 25 cm
au
dessus de la surface supérieure 64 de la portion 60 émergente.
De fait, la cuve 1 d'électrolyse correspond à une cuve d'électrolyse non
drainée.
Autrement dit, la surface 64 supérieure des blocs 6 cathodiques, correspondant
à la
surface supérieure des portions 60 émergentes, est dépourvue d'un revêtement
mouillable à l'aluminium, par exemple un revêtement en diborure de titane,
comme c'est
le cas pour les cuves d'électrolyse drainées fonctionnant avec une fine couche
d'aluminium de quelques millimètres sur la surface mouillable de la cathode.
Ainsi, lors du
fonctionnement de la cuve d'électrolyse selon l'invention, tous les blocs 6, 7
cathodiques
sont recouverts par la nappe 14 d'aluminium.
Comme cela apparaît sur la figure 1, les premières surfaces 40 peuvent être
sensiblement
coplanaires entre elles. De même, les deuxièmes surfaces 42 peuvent être
sensiblement
coplanaires entre elles. En d'autres termes, toutes les premières surfaces 40
peuvent être
agencées à la même hauteur et toutes les deuxièmes surfaces 42 peuvent être
agencées
à la même hauteur.
Les premières et deuxièmes surfaces 40, 42 s'étendent parallèlement les unes
aux
autres, selon une direction transversale Y de la cuve 1 d'électrolyse, c'est-à-
dire le long
des blocs 6 cathodiques.
Selon un mode de réalisation préféré, les blocs 6 cathodiques surélevés et les
blocs 7
cathodiques non surélevés sont identiques. Ainsi, la distance E2 la plus
courte entre la
surface supérieure 64 des blocs 6 cathodiques surélevés et le ou l'un des
conducteurs 8
électriques de ces blocs 6 cathodiques surélevés est similaire à la distance
la plus courte
El entre la surface 70 supérieure du ou des blocs 7 cathodiques adjacents non
surélevés
et l'un des ou le conducteur 8 électrique de ces blocs 7 cathodiques non
surélevés. On
obtient ainsi une distribution électrique équilibrée entre les conducteurs 8
électriques des
blocs 6 cathodiques surélevés et des blocs 7 cathodiques non surélevés. La
hauteur de la
portion 60 émergente est alors identique au décalage vertical entre les
premières
surfaces 40 et les secondes surfaces 42. La hauteur des portions 60 émergentes
est de
préférence comprise entre 3 et 15 cm, et plus particulièrement entre 6 et 12
cm.
L'utilisation de blocs 6 cathodiques surélevés et de blocs 7 cathodiques non
surélevés
identiques permet avantageusement de faciliter la fabrication des cuves et de
limiter les
coûts, notamment en standardisant les blocs 6, 7 cathodiques à approvisionner
et en
minimisant les coûts matières.
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De préférence, les blocs 6 cathodiques sont formés de façon monobloc, pour des
raisons
de conductivité ou de facilité de fabrication, mais des modes de réalisation
dans lesquels
les blocs 6 cathodiques sont formés par collage de blocs ne sont pas exclus,
comme on le
verra plus loin en référence aux figures 6 et 7.
5 Selon le mode de réalisation illustré sur la figure 4, la portion 60
émergente présente deux
flancs 62 recouverts par des moyens d'isolation électrique. Les moyens
d'isolation
électrique permettent de protéger les flancs 62 de l'érosion électrique due à
la densité de
courant électrique, en évitant que les lignes de courant électrique se
concentrent au
niveau des flancs 62.
10 Par moyen d'isolation électrique, on entend tout moyen permettant
d'assurer par ses
caractéristiques d'épaisseur et de résistivité que la résistance électrique
entre un point de
la nappe 14 d'aluminium et un des conducteurs 8 électrique soit supérieure en
passant
par le moyen d'isolation et un flanc 62 de la portion 60 émergente, que par
une surface
supérieure 64 d'un bloc 6 cathodique.
Les moyens d'isolation électrique peuvent correspondre à une couche 12 de pâte
électriquement isolante, par exemple une pâte carbonée ayant une conductivité
électrique
bien inférieure à la conductivité du 6 bloc cathodique surélevé adjacent,
notamment au
moins trois fois inférieure.
De plus, chaque bloc 7 cathodique non surélevé peut présenter, sur un bord de
sa
surface 70 supérieure, une protubérance 72 latérale agencée en regard d'un
flanc 62 de
la portion 60 émergente d'un bloc 6 cathodique surélevé adjacent. Ainsi, les
moyens
d'isolation électrique, notamment la couche 12 de pâte électriquement
isolante, sont
interposés entre cette protubérance 72 latérale et le flanc 62 adjacent. Cette
protubérance
72 permet notamment de maintenir les moyens d'isolation électrique lors du
montage de
la cathode de la cuve et de les protéger de l'érosion par abrasion due aux
mouvements
de la nappe 14 d'aluminium.
Comme on le constate sur la figure 4, les protubérances 72 latérales peuvent
présenter
une surface 74 supérieure agencée sensiblement à la même hauteur que la
surface 64
supérieure de la portion 60 émergente adjacente. Autrement dit, la surface 64
supérieure
de la portion 60 émergente des blocs 6 cathodiques surélevés et celle du ou
des
protubérances 72 latérales adjacentes sont sensiblement coplanaires. Cela
facilite en
outre l'introduction et le tassage de la pâte électriquement isolante.
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On notera que les protubérances 72 peuvent s'étendre en longueur selon la
direction
transversale Y de la cuve 1 d'électrolyse, comme cela est visible sur la
figure 5. Elles
peuvent être agencées le long de l'un des, ou des deux, bords longitudinaux
des blocs 7
cathodiques non surélevés. Les protubérances 72 peuvent soit faire partie
intégrante des
blocs 7 cathodiques non surélevés, auquel cas une opération d'usinage est
nécessaire,
soit correspondre à un bloc en matériau carboné rapporté et par exemple collé
sur le bloc
7 cathodique correspondant.
Selon le mode de réalisation illustré aux figures 4 et 5, la distance Dl la
plus courte entre
le ou l'un des conducteurs 8 électriques des blocs 7 cathodiques non surélevés
et le coin
formé par la protubérance 72 latérale et la surface 70 supérieure peut être
sensiblement
identique à la distance D2 la plus courte entre le ou l'un des conducteurs 8
électriques du
ou des blocs 6 cathodiques surélevés adjacents et l'un des bords longitudinaux
(donc
s'étendant selon la direction transversale Y de la cuve 1 d'électrolyse) de la
surface
supérieure 64 de ce ou ces blocs 6 cathodiques surélevés.
En outre, quelque soit le mode de réalisation, la distance E2 la plus courte
entre la
surface supérieure 64 des blocs 6 cathodiques surélevés et le ou l'un des
conducteurs 8
électriques de ces blocs 6 cathodiques surélevés peut être sensiblement
identique à la
distance El la plus courte entre la surface 70 supérieure du ou des blocs 7
cathodiques
adjacents non surélevés et l'un des ou le conducteur 8 électrique de ces blocs
7
cathodiques non surélevés. On obtient ainsi une distribution électrique
équilibrée entre les
conducteurs 8 électriques des blocs 6 cathodiques surélevés et non surélevés.
Par ailleurs, quelque soit le mode de réalisation, la distance E2 la plus
courte entre la
surface 64 supérieure des blocs 6 cathodiques surélevés et le ou l'un des
conducteurs 8
électriques de ces blocs 6 cathodiques surélevés peut être inférieure à la
distance F2 la
plus courte entre l'un des flancs 62 de la portion 60 émergente et le ou l'un
des
conducteurs 8 électriques de ces blocs 6 cathodiques surélevés. En outre, la
distance El
est avantageusement également inférieure à la distance F2.
Ces dimensionnements permettent une distribution électrique optimale pour
lutter contre
l'apparition de pics de densité de courant au niveau des flancs 62 de la
portion 60
émergente, comme cela est par exemple représenté sur la figure 3 ou sur la
figure 7, où
les zones 16 de passage préférentiel du courant ont été représentées. Ainsi,
sur la figure
3, on constate que la densité de courant au niveau des flancs 62 est
relativement limitée,
ce qui limite l'érosion de ces flancs 62 et augmente conséquemment la durée de
vie du
système brise-vague de la cuve 1 d'électrolyse selon l'invention.
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De plus, quelque soit le mode de réalisation et toujours dans une optique de
distribution
électrique optimale pour limiter l'érosion, la largeur des blocs 6 cathodiques
surélevés
peut être de l'ordre de 0,8 à 1,2 fois la largeur des blocs 7 cathodiques non
surélevés, et
la hauteur des blocs 6 cathodiques surélevés peut être de l'ordre de 0,8 à 1,2
fois la
hauteur des blocs 7 cathodiques non surélevés.
Selon le mode de réalisation illustré sur les figures 6 et 7, le bloc
cathodique 6 surélevé
est formé de deux parties. La portion 60 émergente est un bloc 601 supérieur
en matériau
carboné rapporté et collé, par exemple par l'intermédiaire d'une pâte 20
électriquement
conductrice, sur un bloc 602 inférieur également en matériau carboné, pour
former
conjointement le bloc cathodique 6 surélevé. La portion émergente 60, pouvant
correspondre au bloc 601 supérieur, présente plus particulièrement une largeur
supérieure à celle du bloc 602 inférieur la supportant. La portion 60
émergente comprend
de fait au moins un (ici deux) bord 66 de recouvrement, chaque bord 66 de
recouvrement
étant destiné à recouvrir une partie de la surface 70 supérieure du bloc 7
cathodique non
surélevé adjacent. En outre, chaque bord 66 de recouvrement est jointé et
collé à la
surface 70 supérieure du bloc cathodique 7 non surélevé adjacent au moyen
d'une pâte
18 électriquement isolante.
Une telle configuration permet de prévenir l'apparition de zones de passage de
courant au
niveau des flancs 62 des portions 60 émergentes, comme illustré sur la figure
7. La
portion 60 émergente et le bloc 602 inférieur qui la supporte pourraient
également être
formés de façon monobloc. Autrement dit, la portion 60 émergente peut faire
partie
intégrante du bloc 6 cathodique surélevé correspondant.
On remarquera que lorsque la portion 60 émergente correspond à un bloc
rapporté, la
surface supérieure des blocs inférieurs et la surface 70 supérieure du ou des
blocs 6
cathodiques non surélevés adjacents sont agencées avantageusement à la même
hauteur. Autrement dit, elles sont sensiblement coplanaires. On facilite ainsi
la
construction d'une telle cuve, notamment le jointage et le collage des
différents blocs.
Comme cela est visible sur les figures, à l'exception de la figure 5, la cuve
1 d'électrolyse
comprend une pluralité de blocs 22 anodiques.
Le système brise-vague est formé d'une alternance de larges surfaces
cathodiques
basses (c'est-à-dire surface 70 supérieure de bloc 7 cathodique non surélevé
moins
éventuellement la ou les surfaces recouvertes par un bord 66 de recouvrement
ou des
protubérances 72 latérales) et de larges surfaces cathodiques hautes (c'est-à-
dire surface
CA 02919332 2016-01-25
WO 2015/017925 PCT/CA2014/050723
13
64 supérieure de bloc 6 cathodique surélevé plus éventuellement la surface 74
de
protubérances 72 latérales), si bien que le système brise-vague de la cuve 1
d'électrolyse
selon l'invention résiste particulièrement bien à l'érosion due aux mouvements
de la
nappe d'aluminium et aux opérations de nettoyage.
Avantageusement, les largeurs desdites surfaces cathodiques basses et desdites
surfaces cathodiques hautes sont identiques, et sensiblement égales à la
largeur d'un
bloc anodique 22 (ou plusieurs blocs 22 anodiques si un même ensemble anodique
est
constitué de plusieurs blocs 22 anodiques disposés côte-à-côte). Les blocs 22
anodiques
peuvent être en outre disposés au droit d'une surface cathodique basse ou
haute, c'est-à-
dire à l'intérieur du volume fictif obtenu par projection verticale de la
surface cathodique
basse ou haute correspondante. Ainsi, comme visible sur la figure 8, chaque
bloc
anodique 22 peut reposer entièrement lors du démarrage et préchauffage de la
cuve soit
sur une surface cathodique basse, soit sur une surface cathodique haute.
Aussi, les outils
conventionnels de nettoyage, comme une pelle à croûte 100, ont typiquement la
largeur
d'un bloc anodique et sont utilisés lors d'un changement d'anode dans la cuve.
Par
conséquent, les surfaces cathodiques basses et hautes, qui ont sensiblement la
même
largeur que les blocs anodiques et sont disposées au droit de ces blocs
anodiques
peuvent être facilement nettoyées au moyen notamment d'une pelle à croute 100,
comme
cela est visible sur la figure 9. Les accumulations de boues sur la cathode,
et notamment
sur les surfaces cathodiques basses formant rainures du brise vague, peuvent
ainsi être
empêchées.
Quelque soit le mode de réalisation, on notera que chaque conducteur 8
électrique peut
comprendre une partie principale dans un premier matériau et un insert dans un
deuxième matériau de conductivité électrique supérieure à celle du premier
matériau.
Cela permet des ajustements de la distribution électrique dans le bloc
cathodique
correspondant afin de prévenir une érosion prématurée. L'insert peut par
exemple être en
cuivre, et la partie principale du conducteur 8 électrique en acier. Les
conducteurs 8
électriques comportent chacun une partie électriquement conductrice pouvant
sortir du
caisson par le côté de la cuve ou par le dessous de la cuve.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation
décrits ci-
dessus, ces modes de réalisation n'ayant été donné qu'a titre d'exemples. Des
modifications sont possibles, notamment du point de vue de la constitution des
divers
éléments ou par la substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour
autant du
domaine de protection de l'invention.
