CA1179975A

CA1179975A - Dispositif amovible d'alimentation ponctuelle en alumine d'une cuve d'electrolyse pour la production d'aluminium

Info

Publication number: CA1179975A
Application number: CA000428973A
Authority: CA
Inventors: Jean-Louis Gerphagnon; Claude Wolter
Original assignee: Aluminium Pechiney SA
Current assignee: Rio Tinto France SAS
Priority date: 1982-05-27
Filing date: 1983-05-26
Publication date: 1984-12-27
Also published as: NZ204312A; GB2121438A; OA07442A; JPS58210186A; IN159845B; NL191946C; US4437964A; GR78139B; YU43176B; DE3318542A1; JPS6210314B2; GB8314407D0; GB2121438B; NL191946B; ES8403168A1; NL8301817A; FR2527647B1; ES522733A0; AU1495883A; AU551556B2

Abstract

PRECIS DE LA DIVULGATION:
Dispositif amovible d'alimentation ponctuelle en alumine d'une cuve pour la production d'aluminium comprenant une trémie fixe qui est intégrée aux poutres métalliques horizontales qui constituent, au moins partiellement, ses parois latérales. La trémie est munie d'un orifice inférieur pour la sortie de l'alumine et comporte un fourreau métalli-que étanche dont la partie supérieure est ouverte et arrive sensiblement au niveau de la partie supérieure de la trémie et dont la partie inférieure comporte deux branches sensible-ment parallèles, la première branche débouchant à l'extrémité
de la trémie, et le deuxième branche débouchant, à sa partie inférieure, à l'intérieur de la trémie à proximité immédiate et dans l'axe de l'orifice de sortie de l'alumine.

Description

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La présente invention concerne un dispositif amovible d'alimentation ponc-tuelle en alumine d'une cuve d'electrolyse pour la production d'aluminium par le procede Hall-Heroult.
Au cours de ces dernieres annees, on a progressi-vement automatise le fonctionnement des cuves de production d'aluminium, tant pour en améliorer le bilan énergetique et la regularite de marche, ~ue pour limiter les inter~entions humaines et ameliorer le rendement de captage des effluents fluores.
Un des facteurs essentiels, pour assurer la regu-larite de marche d'une cuve de production d'aluminium par electrolyse d'alumine dissoute dans la cryolithe fondue, est la cadence d'introduction de l'alumine dans le bain.
Jusqu'a une epoque recente, l'alimentation en alumine etait effectuee en deposant l'alumine sur la croûte d'electrolyse figee recouvrant la cuve et en brisant perio-- diquement cette croûte au moyen de piqueurs, ce qui entra1-nait la chute de l'alumlne dans le bain en quantite impor-tantes et mal contrôlees.
De tels procedes ont ete décrits, par exemple, dans les brevets francais 1 245 598, 1 526 766, 2 036 396 au nom de PECHINEY (correspondant respectivement aux brevets américains US. 3 216 918, 3 372 106, 3 679 557).
-25 On tend maintenant a effectuer l'alimentation en alumine de façon contrôlee et reguliere, de façon a maintenir en permanence la concentration en alumine de l'electrolyte dans une fourchette predéterminee, en vue d'obtenir le meil-leur rendement possible.
-30 Pour cela, l'alumine est introduite en doses suc-dessives, de poids contrôle, dans un ou plusieurs orifices maintenus ouverts en-permanence dans la croûte d'électrolyte (syst~me dit d'alimentation ponctuelle>~).
De tels systèmes ont éte decrits, en particulier, , .

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dans les brevets Eran~ais n 2 099 ~3~ (~LCOA)j 2 26~ 098 (NIPPON LI~,HT METALS) et dans les brevets américains US.
3 400 062 (ALCOA), US. 3 689 229 (ALCOA) et FR. 2 465 016 ~ALUSUISSE), 2 ~83 964 et 9~5 au nom d'ALUMINIUM DE GRECE
et 2 487 386 au nom d'ALUMINIUM PEC~INE~. Ils sont genéra-lement constitués par un moyen de stockage et par un moyen de distribution de l'alumine sur les cuves, en un ou plu-sieurs points, le moyen de distribution de l'alumine étant souvent combiné avec le moyen de perçage de la croûte d'électrolyte figé.
Le moyen de stockaye peut être du type centralisé
avec distribution sur chaque cuve par aéroglissière, trans-port pneumatique, ou fluidisé, ou du t~pe locall avec une ou plusieurs trémies par cuve, que l'on vient réalimenter périodiquemen-t.
L'inconvénient de ces systemes, surtout lorsque la trémie est fixe, réside dans la difficule accessibilité
des dispositifs de perçage de la croûte et de dosage et dis-tribution d'alumine qui, en raison du caractere abrasif de ce produit, necessitent des operations d'entretien relative-ment fréquentes, que l'on est obligé d'effectuer directement sur la cuve, dans des conditions tres difficiles, en raison de la chaleur, des émana-tions de gaz fluorés et du potentiel electrique sur les superstructures, et des champs magnéttques élevés qui provoquent des collages des outils et des manipu-lations difficiles.
Pour resoudre ce problème, on a proposé de rendre amovible, ou mobile sur un rail intégre à la superstructure, la trémie ou l'ensemble de la trémie du piqueur et du doseur.
Mais, le systeme de tremie amovible presente de nombreux inconvenients. Il coûte cher à réaliser car il oblige a assurer l'interchanyeabilite de pièces de grandes dimensions, d'où la necessite de tolérances de fabrication tres etroites. Il faut prévoir, hors des cuves, le stockage : . .. . .

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de tremies de rechange et des trémies en cours de répara-tion, ce qui necessite des supports appropries et occupe de la place dans les bâtiments.
En outre, l'acier de la tremie ne participe pas à
la résistance de la superstructure des cuves ni a la réali-sation des hottes d'aspiration des gaz. La capacité des trémies amovibles est réduite tres sensiblement (jusqu'a 30 %) par les jeux nécessaires au~ opérations d'échange.
Les opérations de remplissage des trémies son~ donc fré-quentes et la sécurité de fonctionnement moindre.
Au moment de l'échan~e d'une trémie hors d'usage, ou du démontage d'une trémie pour accéder aux dispositifs de piquage et de dosage, il faut vider l'alumine, puis rem-plir d'alumine la tremie mise en place pour qu'elle entre en service. Ces transvasements d'alumine provoquent des envo-lements préjudiciables au bon fonctionnement des mécanismes de cuve et aux conditions de travail. Ils augmentent la durée de l'intervention, donc du manque d'alimentation en alumine de la cuve.
En outre, la liaison entre la trémie amovible et la superstructure de la cuve doit être aussi étanche que - possible aux gaz de cuve pour améliorer le rendement de captage. Cette étanchéité est délicate à réaliser sur des pièces d'aussi grandes dimensions.
Enfin, le concept de trémie amovible a pour con-sequence inévitable la presence d'alumine dans l'atelier d'entre~ien, car la vidange parfaite des trémies n'est pas possible. Il faut donc s'entourer de précautions particu-lières pour éviter de contaminer par l'alumine, très abra-sive, les outillages, les machines et les pieces dont on assure l'entretien.
La présente invention permet de surmonter tous ces inconvénients. Elle a pour objet un dispositif amovihle d'alimentation ponctuelle en alum1ne d'une cuve pour la pro-.:
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duction d'aluminium par électrolyse d'alumine dissoute dans de la cryolithe fondue, comportant une trémie métalli-que fixe supportee par des poutres metalliques horizontales formant la superstructure de la cu~e, un moyen de per~age d'un orifice dans la croûte d'electrolyte figé qui, en fonctionnement normal, recouvre la surface de la cuve et un moyen d'alimentation dans l'orifice, de doses contrôlees dlalumine, caractérise en ce que la tremie fixe est integree aux poutres metalliques hoxizontales qui constituent, au mo.ins partiellement, ses parois latérales et en ce qu'elle est munie d'un orifice inferieur pour la sortie de l'alumine et comporte un fourreau metallique etanche dont la partie superieure est ouverte et arrive sensiblement au niveau de la partie supérieure de la tremie et dont la partie infe-rieure comporte deux branches sensiblement parallèles, la premiere branche debouchant a l'exterieur de la trémie, et la deuxieme branche debouchant, a sa partie inferieure, a l'interieur de la tremie a proximite immediate et dans l'axe de l'orifice de sortie de l'alumine.
De preference, le moyen de perçage est place de façon amovible dans la premiere branche du fourreau et le moyen d'alimentation en alumine est place de façon amovible dans la deuxieme branche du fourreau.
De preference, le moyen de perçage et le moyen d'alimentation en alumine sont fixes, a la partie superieure, a un support qui vient en appui sensiblement etanche sur l'ouverture superieure du fourreau metallique.
De preference, le support est commun au moyen d'alimentation et au moyen de perçage et l'orifice de sortie de la tremie se prolonge par un moyen tubulaire qui debouche à proximite immediate et au-dessus de l'orifice de la croute d'electrolyte.
De preference, le moyen de dosage de l'alumine est du type volumetrique et comporte un corps tubulaire de . ~ - 4 -, .

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volume predetermine, muni, ~ sa partie superieure et a sa partie inferieure, de moyens d'obturation commandes, la partie supexieure du corps tubulaire debouchant au niveau de l'espace situe entre l'extxemite inférieure de la deuxième branche du fourreau et l'orifice de sortie de la trémie, la partie inferieure du corps tubulaixe deboucharlt dans le moyen tubulaire - - . . . ..

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fixé audit orifice de sortie.
Les figures 1 à 3 illustrent la mise en oeuvre de l'invention. La figure 1 est une coupe verticale, en travers, de la trémie. La figure 2 est une coupe verticale du doseur proprement dit. La fiyure 3 est une coupe en long de la trémie, comportant le dispositif amovible de perçage et d'alimentation ponctuelle objet de l'invention.
La trémie 1 de stockage de l'alumine est intégrée ` aux poutres horizontales 2 formant la superstructure de la cuve, les deux faces internes 3 des poutres 2 constituant les parois latérales de la trémie. Les poutres 2 supportent, en particulier, les anodes et leur systeme de réglage de hauteur et d'alimentation électrique.
La trémie 1 comporte un fourreau 4 en tole d'acier qui la traverse de haut en bas. Le fourreau peut etre dispose vers le centre de la trémie et, de préfërence, au-dessus du point le plus bas. I1 peut également s'appuyer sur une des parois.
La partie supérieure 5 du fourreau est raccordée a un chassis 6 qui sert de support, pour la fixation sur la cuve ou pour la manutention, au piqueur, au doseur et aux dis-tributeurs de commande des vérins. Il réalise, de plus, l'étanchéité entre la partie supérieure 5 du logement et .l'intérieur de la tremie 1.
La partie inférieure 7 est ramifiée en deux branches paral-leles 8 et 9. La premiere 8 reçoit le moyen de per~age de la croûte. C'est un simple tube, étanche par rapport a la trémie 1, qui permet le passage du piqueur 10 entierement assemblé. La seconde 9 re~oit le distributeur-doseur ll.
Elle se termine à proximité immédiate et dans l'axe de ` l'orifice de sortie 12 de la trémie. Cet espace 13 de quel-ques centimetres a pour fonction de laisser passer l'alumine : de la trémie vers l'entrée 14 du doseur 15. A la sortie 16 du doseur est soudé un tube 17 dont le niveau supérieur . - .
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depasse un peu le fond de la trémie. La base de ce tube debouche dans une goulotte lB qui dirige l'alumine vers le trou fore dans les croutes par le piqueur 10.
L'ensemble distributeur-doseur 11 compor-te:
- un verin pneumatique 19 fixé sur son fond arrière par l'intermédiaire d'un ressort 20 sur le chassis 6. Le ressort assure une liaison elastique du doseur sur le chassis, et permet de comprimer le doseur sur le fond de la tremie;
- une rallonge 21 qui porte les clapets 22, 23 du doseur et qui sert aussi d'évent;
- un pot de dosage volumëtrique 15, consti-tue par un corps tubulaire 26 dans lequel coulisse une tige 27 actionnee par le verin 19.
- Cette tige est munie de deux obturateurs coniques 22, 23 qui coopèrent avec deux portees coniques 28, 29 sur lesquelles ils peuvent alternativement venir en appui de façon sensiblement etanche.
Le corps tubulaire 26 et le corps superieur 9 sont reunis coaxialement par une pluralite de nervures 30 laissant ~ntre elles de larges espaces entre lesquels l'alumine s'écoule spontanement par gravite lorsque l'obturateur 23 est en position haute, de façon à remplir le corps tubulaire dont la capacite correspond à une dose unitaire d'alumine.
Sous l'action du verin 9, la tige centrale 27 amène l'obturateur 23 en position basse, sur la portee 29, tandis que l'obturateur 22 quitte sa portée 28 et permet, ainsi à la dose d'alumine de s'ecouler par l'intermediaire du tube 17 et de la goulotte de distribution 18 directement dans l'orifice foré dans une croûte d'electrolyte par le perceur 36.
Le pot de dosage L5 compor-te une collerette 31 qui sert d'appui du doseur sur le rebord interne 32 de l'orifice 12 de la tremie et qui réalise une chicane pour . . , , ~ . . ~ .

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3'75 éviter le passage d'alumine lorsque le doseur est en place.
Le piqueur 10 comporte:
- un vérin pneumatique 33 fixé par son fond arriere sur le chassis 6 au moyen d'un boulonnage isolan-t 3~, - une rallonge de tige 35 qui porte un outil 36 de perfora-tion de la croûte, - un guide de la rallonge 35, qui porte un patin isolant 38 et le râcleur 39 qui permet, lors de la remontée de l'outil de per~oration 36 de détacher les croutes d'électrol~te qui auraient pu y adhérer.
La centrale pneumatique de commande des vérins est placée dans un lo~ement 40 aménagé au sommet du disposi-tif.
Les liaisons des distributeurs au piqueur et au doseur sont internes au dispositif.
Une queue de raccordements pneumatique et électrique de la centrale à la cuve est disposée sur le côté de la cuve, de façon à etre manoeuvrée sans monter sur la cuve.
L'échappement de l'air.comprimé se fait dans le logement 40 au moyen d'un silencieux 41.
Enfin, la trémie 1 possède, à sa partie supérieure, un orifice de remplissage obturable, non represente, par lequel elle est realimentée périodiquement en alumine, à partir d'un stockage central, soit par un transport pneumatique ou fluidisé, du type aéroglissiere, soit à partir d'un conte-neur amené par un pont roulant, de façon habituelle.
Le dispositif, objet de l'invention, fonctionne de la façon suivante: Lorsqu'on veut proceder a l'echange d'un ensemble piqueur-doseur, le dispositiE en place sur la cuve est mis hors service, les commandes électriques sont interrompues, l'alimentation en air comprimé est déconnectee.
Un palonnier spécial vient se positionner sur la cuve au-dessus du dispositif concerné, et un encliquetage automati-- que se verrouille sur un anneau 42 aménagé sur le chassis ~.. J . - 7 , .. ._ . .
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support. Ce palonnier porte aussi une clé pneumatique qui desserre le verrouillage ~u dispositif sur la superstructure.
Un opérateur ouvre un capot de la cuve en ~ace du dispositif d'alimentation en alumine concerné. Au moyen d'une rallonge, il place sous la goulotte d'alumine 18 un récipient qui peut être maintenu sous cet-te goulotte par un accrochage sommaire.
Le dispositif de piquage et d'alimentation peut alors être enlevé. L'alumine slécoule alors par l'orifice 12 du ~ond de trémie et la goulotte, jusqu'a ce que le réci-pient placé sous la goulotte soit plein. Il se crée alors un siphon d'alumine qui stoppe naturellement son ëcoulement.
La trémie d'alumine reste aussi pleine.
Le dispositif défectueux est entreposé sur un ratelier spécial pour être acheminé a l'atelier d'entretien.
Un dispositif en état de marche est saisi par le même palonnier. Il est introduit dans le logement vide jusqu'à
ce que la base du doseur bute sur l'alumine qui se trouve alors a la base de la trémie dans l'orifice du doseur.
On enleve alors le récipient placé sous la goulotte. L'alu-mine commence a s'écouler et, simultanément, le distributeur-doseur 11 prend sa place dans l'orifice 12 à la base de la trémie. Le poids de l'ensemble du dispositif comprime alors par l'intermédiaire du ressort 20 le doseur 11 sur son siege 32, et l'écoulement d'alumine cesse. On a ainsi laissé
s'écouler dans la cuve entre 2 et 5 kg d'alumine au maximum.
On resserre le verrouillage du dispositif. Les connexions pneumatiques et électriques sont rétablies. Le systeme est remis en service. La perturbation apportee a la cuve d'élec-trolyse par cet échange peut être consideree comme insigni-fiante.
La mise en oeuvre de l'invention présente un autre avantage; 11 est possible de prévoir, par exemple a la partie ;~
supérieure de la tremie, un étranglement ~3 qui forme, avec - :~, ,: ; ,.

3~t~'5 la paroi interne des poutres horizontales 2, une gaine 44 que l'on peut utiliser comme collecteur princ.ipal des yaz émis par la cuve. On economise ainsi la moitié de la tole d'acier necessaire à la réalisatio:n de ce collec-teur.

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Claims

Les réalisations de l'invention, au sujet des-quelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Dispositif amovible d'alimentation ponctuelle en alumine d'une cuve pour la production d'aluminium par électrolyse d'alumine dissoute dans de la cryolithe fondue, comportant une trémie métallique fixe supportée par des pou-tres métalliques horizontales formant la superstructure de la cuve, un moyen de perçage d'un orifice dans la croûte d'électrolyte figé qui, en fonctionnement normal, recouvre la surface de la cuve et un moyen d'alimentation dans l'ori-fice, de doses contrôlées d'alumine, caractérisé en ce que la trémie fixe est intégrée aux poutres métalliques horizon-tales qui constituent, au moins partiellement, ses parois latérales et en ce qu'elle est munie d'un orifice inférieur pour la sortie de l'alumine et comporte un fourreau métalli-que étanche dont la partie supérieure est ouverte et arrive sensiblement au niveau de la partie supérieure de la trémie et dont la partie inférieure comporte deux branches sensible-ment parallèles, la première branche débouchant à l'extérieur de la trémie, et la deuxième branche débouchant, à sa partie inférieure, à l'intérieur de la trémie à proximité immédiate et dans l'axe de l'orifice de sortie de l'alumine.

2. Dispositif selon la revendication 1, caracté-risé en ce que le moyen de perçage est place de façon amovible dans la première branche du fourreau et en ce que le moyen d'alimentation en alumine est placé de façon amovible dans la deuxième branche du fourreau.

3. Dispositif selon la revendication 2, caracté-risé en ce que le moyen de perçage et le moyen d'alimentation en alumine sont fixés, à la partie supérieure, à un support qui vient en appui sensiblement étanche sur l'ouverture supé-rieure du fourreau métallique.

4. Dispositif selon la revendication 3, caracté-risé en ce que le support est commun au moyen d'alimentation et au moyen de perçage.

5. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 4, caractérisé en ce que l'orifice de sortie de la trémie se prolonge par un moyen tubulaire qui débouche à proximité
immédiate et au-dessus de l'orifice de la croûte d'électro-lyte.

6. Dispositif selon la revendication 1, caracté-risé en ce que le moyen de dosage de l'alumine est du type volumétrique et comporte un corps tubulaire de volume pré-déterminé, muni, à sa partie supérieure et à sa partie inférieure, de moyens d'obturation commandés, la partie supérieure du corps tubulaire débouchant au niveau de l'es-pace situé entre l'extrémité inférieure de la deuxième branche du fourreau et l'orifice de sortie de la trémie, la partie inférieure du corps tubulaire débouchant dans le moyen tubulaire fixé audit orifice de sortie.

7. Dispositif selon la revendication 6, caracté-risé en ce que le corps tubulaire comporte une collerette externe qui est maintenue en appui sur le rebord interne de l'orifice de sortie de la trémie par un moyen élastique.

8. Dispositif selon la revendication 1, caracté-risé en ce que la partie supérieure de la trémie comporte un étranglement qui forme, avec la paroi interne des poutres horizontales, une gaine étanche utilisable comme collecteur des gaz émis par la cuve d'électrolyse.