CA2101660C - Superstructure de cuve d'electrolyse de tres haute intensite pour la production d'aluminium - Google Patents
Superstructure de cuve d'electrolyse de tres haute intensite pour la production d'aluminiumInfo
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- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
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Abstract
14 SUPERSTRUCTURE DE CUVE D'ELECTROLYSE DE TRES HAUTE INTENSITE POUR LA PRODUCTION D'ALUMINIUM Superstructure de cuve d'électrolyse â très haute intensité pour la production d'aluminium selon le procédé Hall-Héroult, la cuve étant constituée par un caisson métallique calorifugé de forme parallélépipédique allongée, ladite superstructure comportant au moins une poutre rigide disposée selon la grande longueur du caisson, reposant sur des appuis et supportant notamment le cadre anodique auquel sont connectées d'une part les montées de courant venant de la cuve précédents dans la série et d'autre part les tiges d'anodes, caractérisée en ce que chaque poutre rigide repose uniquement sur des appuis placés entre ses extrémités appelés portiques intermédiaires, et en ce que chaque cadre anodique associé à chaque poutre rigide comporte des moyens de connexion électrique et mécanique ou connecteurs d'anode entièrement solidaires dudit cadre et assurant le contact et le serrage de chaque tige d'anode contre celui-ci après engagement latéral et positionnement de chaque tige dans le connecteur correspondant.
Description
SUPERSTRUCTURE DE CUVE D'ELECTROLYSE DE TRES HAUTE INTENSITE
POUR LA PRODUCTION D'ALUMINIUM
DOMAINE.TECNNIQUE.DE.L'INI/ENTION
La présente invention concerne une superstructure de cuve de très haute intensité pour la production d'aluminium selon le procédé Hall-Héroult par électrolyse d'alumine dans de la cryolithe fondue. Cette superstructure de cuve est destinëe à supporter, dans le plus faible valume possible et avec un encombrement minimum, les différents dispositifs annexes indispensables au fonctionnement de la cuve donc nécessairement placés dans son environnement immédiat.
ETAT.DE.LA.TECNNIQUE.ACTUELLE
La superstructure d'une cuve d'électrolyse moderne est constituée par une ou plusieurs poutres horizontales en acier appuyées sur des pieds à leurs extrémitës et supportant les dispositifs annexes.dont les montées de courant anodique et le cadre anodique formé par des barres d'aluminium auxquelles sont connectées les anodes, les systèmes d'alimentatian en cryolithe et alumine (réservoir d'alumine, brise-croûte, distributeur-doseur), les mécanismes de commande de montée-descente des anodes; et très souvent, les canalisations de captage des effluents, gaz et poussières, émis par la cuve.
POUR LA PRODUCTION D'ALUMINIUM
DOMAINE.TECNNIQUE.DE.L'INI/ENTION
La présente invention concerne une superstructure de cuve de très haute intensité pour la production d'aluminium selon le procédé Hall-Héroult par électrolyse d'alumine dans de la cryolithe fondue. Cette superstructure de cuve est destinëe à supporter, dans le plus faible valume possible et avec un encombrement minimum, les différents dispositifs annexes indispensables au fonctionnement de la cuve donc nécessairement placés dans son environnement immédiat.
ETAT.DE.LA.TECNNIQUE.ACTUELLE
La superstructure d'une cuve d'électrolyse moderne est constituée par une ou plusieurs poutres horizontales en acier appuyées sur des pieds à leurs extrémitës et supportant les dispositifs annexes.dont les montées de courant anodique et le cadre anodique formé par des barres d'aluminium auxquelles sont connectées les anodes, les systèmes d'alimentatian en cryolithe et alumine (réservoir d'alumine, brise-croûte, distributeur-doseur), les mécanismes de commande de montée-descente des anodes; et très souvent, les canalisations de captage des effluents, gaz et poussières, émis par la cuve.
2 difficile car celle-ci doit posséder une rigidité suffisante pour - supporter avec son propre poids les anodes et taus les dispositifs annexes énumérés précédemment, - supporter l'effort nécessaire pour rompre ies croûtes d'électrolyte solidifié s'opposant aux déplacements verticaux des anodes, - assurer la constance de la distance anode-cathode (environ 40 mm) sur toute la longueur de la cuve car le processus de régulation des cuves exige un positionnement extrêmement précis du plan anodique par rapport au plan cathodique horizontal formé par la nappe d'aluminium liquide.
Pour ce faire on est conduit à augmen~er l'épaisseur et la hauteur des poutres et par conséquent leur masse. Par ailleurs l'augmentation de hauteur se répercute sur celle des bâtiments. donc sur leur coût. On est par conséquent rapidement limité dans cette voie.
Pour les cuves. de grande intensité fonctionnant néanmoins à des intensités inférieures â 300 kA, une solution est apportée par l'adjonction, entre les pieds d'extrémité supportant les poutres horizontales de points d'appui ou portiques intermédiaires tels que préconise EP-A-0210111 (US 4 720 333) pour former une superstructure à supports multiples ou structure multipalée. ' Pour les cuves de trës haute intensitë fonctionnant à plus de 300 kA, cette solution devient quasiment inapplicable en raison de l'impossibilité
2' de réaliser certaines manoeuvres, notamment lors des changements d'anodes et des risques d'accïdent résultant du trop grand encombrement des grands côtés de cuve.
En effet, avec 1°augmentation du nombre des anodes. mais surtout de leurs dimensions et par conséquent de leur masse unitaire qui dépasse 2 tonnes, de nouvelles difficultés sont apparues pour assurer une bonne exploitation des cuves, remettant notamment en cause la superstructure multipalée avec pieds d'extrémité et portiques intermédiaires telle que décrite précédemment. De fait cette superstructure s'est avérée incompatible avec certains dispositifs intégrés en rendant par exemple inaccessibles les systëmes de connexion électrique et mécanique, ou connecteurs, des tiges d'anode au cadre anodïque.
' 3 Ainsi, les connecteurs habituellement en service sur les cuves d'électrolyse de moyenne et grande intensité (I < 300 kA) sont des connecteurs à "entrée droite" tels que décrits par exemple dans le document US 3627670 (FR-A-2039543) pour lesquels le positionnement avant serrage de la tige d'anode sur le cadre anodique est réalisé par déplacement dé cette tige, maintenue verticale, vérs son emplacement dans le connecteur selon un plan perpendiculaire au plan du cadre anodique.
Or, avec l'augmentation des dimensions des anodes, cette manoeuvre d'approche des connecteurs situés prês des points d'appui, c'est-à-dire des pieds d'extrémité et des portiques intermédiaires, devient impossible puîsque ces points d'appui sont placés sur la trajectoire des anodes.
Par ailleurs, ces connecteurs à "entrée droite" comportent une partie fixe solidaire du cadre anodique assurant le centrage de la tige d'anode et une i5 partie amovible assurant le serrage et le blocage contre le cadre anodique de la tige une fois positionnée. S'agissant maintenant de tenir des anodes dont la masse dépasse 2 tonnes, la qualité du contact et du serrage de la tige d'anode contre le cadre anodique doit rester excellente pour limiter la chuté de tension à l'interface tige/cadre mais aussi pour éviter tout glissement de l'anode et par suite toute perturbation due à une variation ~
locale de'la distance anodelcathode. Pour ce faire la. pression de serrage, donc la taille des connecteurs, et notamment de leur partie amovible, doivent être considérablement augmentées. Pendant les opérations de Changement d'anode, il convient alors de prévoir des moyens d'accrochage 25- pour retenir temporairement ces parties amovibles dont la masse peut atteindre 30 ou 40 kg; augmentant donc les risques de chute et d'encombrement dans la zone de travail.
Compte tenu de ces inconvénients la demanderesse a été amenée à mettre au point, pour les cuves d'êlectrolyse de très haute intensité, une nouvelle superstructure en combinaison avec un autre type de connecteur d'anode afin:
- de conserver une rigidité suffisante aux poutres horizontales en dépit de l'augmentation du poids des anodes et de certains dispositifs annexes; et cela sans surdimensionnement en hauteur de la superstructure qui nécessiterait une surëlévatïon des bâtiments.
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.~~,:5.~ .~..v.,.. . : .'. .':, .,... ~. ;. .. .' ... ,., kr ~i..l' . i ' 4 - de réaliser les changements d'anode sans difficultë résultant d'une part de l'encombrement et des risques de chute causés par les parties amovibles des connecteurs, d'autre part de l'inadaptation de la superstructure multipalée avec le mode de connexion des tiges d'anode et cela sans allongement de la superstructure ni augmentation de l'entraxe entre cuve, donc sans modification des dimensions au sol des bàtiments.
OBJET DE L'INVENTION
I1 est apparu lors des essais, que le rôle des portiques intermédiaires pouvait étre privilégié par rapport à celui des pieds d'extrémité et que 3 voire Z portiques judicieusement placës entre les extrémités de chaque poutre centrale suffisaient, en l'absence de pieds d'extrémité, pour conserver à la superstructure une rigidité suffisante dês l'instant où la contrainte de flexion et donc de déformation restait acceptable pour chaque palée.
Grâce à la limitation du.nombre de palées, et donc de l'encombrement des grands côtés de cuve, l'accessibilité des connecteurs aux grandes anodes a ~ëté améliorée mais il convenait de régler simultanément le problëme de l'approche du connecteur par la tige d'anode au niveau des portiques intermédiaires.
Celui-ci a trouvé une solution par l'adoption d'un nouveau mode de connexion par engagement latéral des tiges d'anode dans leur connecteur respectif selon un plan parallèle au cadre anodique, chaque connecteur restant par ailleurs entièrement solidaire du cadre anodique éliminant ~ w tout risque de chute des éléments de serrage rendus inamovibles. w uniquement sur des appuis placés entre ses extrémités, de préférence à
plus de 50 cm des extrémités, appelés portiques intermédiaires, et en ce que chaque cadre anodique, associé à chaque poutre rigide, comporte des moyens de connexion électrique et mécanique ou connecteur d'anode entièrement solidaires dudit cadre et assurant le contact et le serrage de chaque tige d'anode contre celui-ci après engagement latéral et positionnement de chaque tige dans le connecteur correspondant.
DESCRIPTION-DES.FIGURES
~a figure 1 rappelle la structure en coupe transversale d'une cuve d'ëlectrolyse et la figure 2 représente un exemple de superstructure de cuve de haute puissance selon l'art antérieur. Les figures 3 et 4 représentent les variantes les plus usuelles de superstructure de cuve selon l'invention alors que les figures 5, 6A et 6B représentent un type de connecteur d'anode à engagement latéral qui, en combinaison avec la nouvelle superstructure, constitue l'invention. Pour respecter les proportions (lar°geur/longueur du caisson) une partie de la longueur des superstructures a été tronquée sur les figures 2, 3 et 4.
Sur la figure 1 on a souligné les organes essentiels de la cuve ~ d'ëlectrolyse: le caisson métallique 1 le garnissage interne 2, la cathode
Pour ce faire on est conduit à augmen~er l'épaisseur et la hauteur des poutres et par conséquent leur masse. Par ailleurs l'augmentation de hauteur se répercute sur celle des bâtiments. donc sur leur coût. On est par conséquent rapidement limité dans cette voie.
Pour les cuves. de grande intensité fonctionnant néanmoins à des intensités inférieures â 300 kA, une solution est apportée par l'adjonction, entre les pieds d'extrémité supportant les poutres horizontales de points d'appui ou portiques intermédiaires tels que préconise EP-A-0210111 (US 4 720 333) pour former une superstructure à supports multiples ou structure multipalée. ' Pour les cuves de trës haute intensitë fonctionnant à plus de 300 kA, cette solution devient quasiment inapplicable en raison de l'impossibilité
2' de réaliser certaines manoeuvres, notamment lors des changements d'anodes et des risques d'accïdent résultant du trop grand encombrement des grands côtés de cuve.
En effet, avec 1°augmentation du nombre des anodes. mais surtout de leurs dimensions et par conséquent de leur masse unitaire qui dépasse 2 tonnes, de nouvelles difficultés sont apparues pour assurer une bonne exploitation des cuves, remettant notamment en cause la superstructure multipalée avec pieds d'extrémité et portiques intermédiaires telle que décrite précédemment. De fait cette superstructure s'est avérée incompatible avec certains dispositifs intégrés en rendant par exemple inaccessibles les systëmes de connexion électrique et mécanique, ou connecteurs, des tiges d'anode au cadre anodïque.
' 3 Ainsi, les connecteurs habituellement en service sur les cuves d'électrolyse de moyenne et grande intensité (I < 300 kA) sont des connecteurs à "entrée droite" tels que décrits par exemple dans le document US 3627670 (FR-A-2039543) pour lesquels le positionnement avant serrage de la tige d'anode sur le cadre anodique est réalisé par déplacement dé cette tige, maintenue verticale, vérs son emplacement dans le connecteur selon un plan perpendiculaire au plan du cadre anodique.
Or, avec l'augmentation des dimensions des anodes, cette manoeuvre d'approche des connecteurs situés prês des points d'appui, c'est-à-dire des pieds d'extrémité et des portiques intermédiaires, devient impossible puîsque ces points d'appui sont placés sur la trajectoire des anodes.
Par ailleurs, ces connecteurs à "entrée droite" comportent une partie fixe solidaire du cadre anodique assurant le centrage de la tige d'anode et une i5 partie amovible assurant le serrage et le blocage contre le cadre anodique de la tige une fois positionnée. S'agissant maintenant de tenir des anodes dont la masse dépasse 2 tonnes, la qualité du contact et du serrage de la tige d'anode contre le cadre anodique doit rester excellente pour limiter la chuté de tension à l'interface tige/cadre mais aussi pour éviter tout glissement de l'anode et par suite toute perturbation due à une variation ~
locale de'la distance anodelcathode. Pour ce faire la. pression de serrage, donc la taille des connecteurs, et notamment de leur partie amovible, doivent être considérablement augmentées. Pendant les opérations de Changement d'anode, il convient alors de prévoir des moyens d'accrochage 25- pour retenir temporairement ces parties amovibles dont la masse peut atteindre 30 ou 40 kg; augmentant donc les risques de chute et d'encombrement dans la zone de travail.
Compte tenu de ces inconvénients la demanderesse a été amenée à mettre au point, pour les cuves d'êlectrolyse de très haute intensité, une nouvelle superstructure en combinaison avec un autre type de connecteur d'anode afin:
- de conserver une rigidité suffisante aux poutres horizontales en dépit de l'augmentation du poids des anodes et de certains dispositifs annexes; et cela sans surdimensionnement en hauteur de la superstructure qui nécessiterait une surëlévatïon des bâtiments.
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OBJET DE L'INVENTION
I1 est apparu lors des essais, que le rôle des portiques intermédiaires pouvait étre privilégié par rapport à celui des pieds d'extrémité et que 3 voire Z portiques judicieusement placës entre les extrémités de chaque poutre centrale suffisaient, en l'absence de pieds d'extrémité, pour conserver à la superstructure une rigidité suffisante dês l'instant où la contrainte de flexion et donc de déformation restait acceptable pour chaque palée.
Grâce à la limitation du.nombre de palées, et donc de l'encombrement des grands côtés de cuve, l'accessibilité des connecteurs aux grandes anodes a ~ëté améliorée mais il convenait de régler simultanément le problëme de l'approche du connecteur par la tige d'anode au niveau des portiques intermédiaires.
Celui-ci a trouvé une solution par l'adoption d'un nouveau mode de connexion par engagement latéral des tiges d'anode dans leur connecteur respectif selon un plan parallèle au cadre anodique, chaque connecteur restant par ailleurs entièrement solidaire du cadre anodique éliminant ~ w tout risque de chute des éléments de serrage rendus inamovibles. w uniquement sur des appuis placés entre ses extrémités, de préférence à
plus de 50 cm des extrémités, appelés portiques intermédiaires, et en ce que chaque cadre anodique, associé à chaque poutre rigide, comporte des moyens de connexion électrique et mécanique ou connecteur d'anode entièrement solidaires dudit cadre et assurant le contact et le serrage de chaque tige d'anode contre celui-ci après engagement latéral et positionnement de chaque tige dans le connecteur correspondant.
DESCRIPTION-DES.FIGURES
~a figure 1 rappelle la structure en coupe transversale d'une cuve d'ëlectrolyse et la figure 2 représente un exemple de superstructure de cuve de haute puissance selon l'art antérieur. Les figures 3 et 4 représentent les variantes les plus usuelles de superstructure de cuve selon l'invention alors que les figures 5, 6A et 6B représentent un type de connecteur d'anode à engagement latéral qui, en combinaison avec la nouvelle superstructure, constitue l'invention. Pour respecter les proportions (lar°geur/longueur du caisson) une partie de la longueur des superstructures a été tronquée sur les figures 2, 3 et 4.
Sur la figure 1 on a souligné les organes essentiels de la cuve ~ d'ëlectrolyse: le caisson métallique 1 le garnissage interne 2, la cathode
3 et la barre cathodique 4, la nappe d'Al liquide 5, le bain de cryolithe fondue 6 recouvert d'une croûte solidifiée 7, les anodes 8 suspendues par les tiges 9 et fixées au cadre anodique 10 au moyen des connecteurs 14 ainsi que la superstructure formée par les deux poutres rigides 11 qui supportent, notamment, le cadre anodique 10, l'ensemble des anodes 8, le distributeur doseur d'alumine 12 dont le silo de stockage local 13 est souvent placé entre les deux poutres 11 de même que les canalisations de captage d'effluents non représentées.
Sur la figure 2 reprësentative d'une superstructure de cuve de l'art antërieur,,on a schématisé le contour du rebord supérieur 15 du caisson 1 ainsi que les poutres rigides 11 qui forment la superstructure, dont les extrémitës s'appuient sur les pieds 32 disposés à chaque tête de la cuve alors que leur milieu s'appuie sur un portique central 17 comportant lui-m'erre 2 ou 4 pieds 18 reposant sur le rebord supérieur 15 du caisson dans sa partie-centrale.
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. ....'.; .' _ y.., ..;::.,. : :' On notera aussi le mode de connexion des tiges d'anode par un connecteur 14 enserrant 1a tige 9 d'anode contre le cadre anodique 10 aprës approche et positionnement de ladite tige maintenue verticale dans un plan perpendiculaire au cadre anodique passant par le connecteur 14.
La figure 3 représente un exemple de superstructure selon l'invention comportant 2 poutres rigides 11 en profilé en forme de I posées sur au moins 2 portiques intermédiaires 17 comportant chacun une poutre d'appui transversale 19 reposant sur au moins 2 pieds 18. La poutre d'appui transversale représentêe sous forme de profilé tubulaire de section carrée peut aussi ëtre constituée par tout profi lé plein par exemple en I, en T
ou en U. bains l e cas présent l es pi eds 18 des 2 portiques i ntermédi ai res s'appuient sur le rebord 15 supérieur du caisson dont ils sont isolés électriquement. Ce système d'appui doit tenir compte de la dilatation du caisson métallique en cours de service en particulier dans le sens transversal, de ce fait il ne constitue pas véritablement un point d'appui fixe. I1 faut donc prévoir une liberté de mouvement de cet appui dans la direction de dilatation du caisson, c'est-à-dire dans la direction générale du courant circulant dans la file de cuves disposées en travers par rapport à l'axe de la file. Pour réaliser cette protection il est donc nécessaire de prévoir des moyens autorisant le déplacement relatif de l'appui par rapport au caisson au niveau du plat bord 15 tels que des appuis glissants ou roulants 32 comme des patins ou des roulements à
rouleaux. I1 est également possible de, réaliser cette protection par un système articulé, représenté à la figure 4 comportant pour chaque portique 17, d'un côté un pied articulé 18A sur le plat bord 15 autour d'un axe fixe parallèle au grand axe A-A' de la cuve, de l'âutre côté un pied mobile constitué par une biellette 18B articulée à une de ses extrémités sur le plat bord 15 autour d'un axe fixe également parallële au grand axe de la cuve et à son autre extrémité autour d'un axe mobile commun avec l'extrêmitë de la poutre d'appui transversale 19 du portique.
L'appui des pieds 18 du portique peut encore s'effect.uer à l'extérieur du caisson sur des éléments s écialisês, P par exemple un massif ou des piliers en béton armé. Cette disposition permet de s'affranchir des problèmes d'isolation électrique. et de dilatation transversale du caisson mais réduit l'espace entre les cuves.
Si dans sa version la plus usuelle les poutres rigides 11 longitudinales sont des profilés en I, il est possible de remplacer avantageusement chaque profil en I par un assemblage mécano-soudé de 2 profilés tubulaires 11A, 11B de section carrée, rectangulaire ou circulaire maintenus parallèles par des entretoises faisant aussi office dé pieds supports 11C
en profilé plein ou tubulaire, de section carrée, rectangulaire ou circulaire. Cette configuration représentée â la figure 4, tout en assurant une excellente rigidité offre l'avantage de laisser des ouvertures 27 entre les pieds supports (11C) pour ie passage des liaisons mécaniques et ëlectriques notamment des traverses équipotentielles 28 destinées à assurer un ëquilibrage électrique et mécanique rigoureux entre les cadres anodiques 10 amont et aval d'une mëme cuve.
L'invention concerne également la réalisation de superstructure avec poutres longitudinales rigides 11 discontinues c'est-à-dire formées d'au moins 2 tronçons distincts reposant chacun sur au moins 2 portiques intermédiaires 17. Cette configuration (non représentée) permet de limiter les contraintes de flexion que supportent les poutres rigides 11 de grande longueur mais surtout de simplifier la fabrication, le transport et la mise en~place de ces poutres. Par ce moyen la superstructure peut méme ëtre réalisée par assemblage d'éléments modulaires.
D'une façon générale 1°appui des parties longitudinales 11, 118, continues ou discontinues sur les portiques intermédiaires 17 est réalisé par un moyen permettant d'absorber les légers mouvements relatifs des appuis des poutres sur le portique. Une solution simple consiste à laisser reposer librement les faces d'appui des poutres longitudinales 11 sur les poutres d'appui transversales 19 des portiques intermédiaires.
Du point de vue maintenant de la position des circuits électriques dans la superstructure, et notamment des cadres anodiques l0, il est avantageux que ces derniers soient placës au-dessus des portiques intermédiaires comme reprësenté sur les figures 3 et 4 plutôt que logës dans les poutres transversales des portiques intermédiaires comme représenté sur la figure 2, A noter que, comme les poutres longitudinales rigides 11, les cadres anodiques ld de grande longueur peuvent ëtre constitués en 2 parties de façon à répartir les dilatations de part et d°autre du centre de la superstructure. On dispose alors entre les 2 parties un joint de dilatation assurant 1e contact électrique par exemple une boucle en feuillards d'aluminium ou tout autre moyen ëquivalent.
Concernant par ailleurs les montées de courant 29 venant de la cuve amont, il est très préférable de les disposer au droit des portiques intermédiaires 17 c'est-à-dire dans le mëme plan vertical que celui des portiques, les clinquants souples 30 qui assurent la liaison ëlectrique entre la montée 29 et le cadre anodique 10 étant raccordé sur le cadre dans la zone hachurée 31 de façon à libérer le maximum d'espace pour les manoeuvres de changement d'anode le long des grands côtés de cuve.
Ces amënagements des principaux éléments de la superstructure destinës à
assurer une desserte efficace des cuves de très haute intensité doivent ëtre complétés obligatoirement par une modification du mode de connexion électrique et mécanique des tiges 9 des anodes au cadre anodique 10 en raison de l'inadaptation des connecteurs aux opérations de positionnement et de maintien par serrage des anodes de grande dimension. Le nouveau connecteur 14, permettant un positionnement des tiges 9 d'anodes par 2p engagement latéral dans le logement du connecteur prévu à cet effet et entièrement solidaire du cadre anodique intégré à la nouvelle superstructure, a permis de résoudre efficacement les problèmes de positionnement et de serrage des tiges de grosses anodes.
Selon la figure 5 ce connecteur i4 est constitué notamment d'un chassis mëtaliique 16 rendu solidaire,du cadre anodique 10 par boulonnage ou tout autre moyen de fixation rigide 21. Ce chassis délimité par 2 plaques parallèles 16A, 16B et leurs entretoises 16C comporte un évidement latéral formant avec le cadre anodique 10 le logement 24 dans lequel vient se placer la tige 9 d'anode. Celle-ci, maintenue verticale, est d'abord déplacée selon un plan perpendiculaire au cadre anodique et distant d'au moins une 1/2 largeur d'anode du bord du portique intermédiaire le plus proche, puis dëplacée selon un plan parallële au cadre anodique vers le logement latéral 24 du connecteur où elle est ensuite abaissée vers le bain et positionnée au niveau requis par le plan anodique. La tige d'anode est ensuite serrée contre le cadre anodique à l'aide d'un moyen de serrage 26 approprié fixé dans le chassis 16 de sorte que l'ensemble chassis-moyen v.
. , de serrage constituant le connecteur 14 est entièrement solidaire du cadre anodique.
Un moyen de serrage 26 particulièrement approprié, tel que représenté sur les figures 5, 6A et 6B, est constitué notamment par 2 biellettes 22 articulées sur un axe commun 20 fixé aux entretoises 16C du chassis et dont l'écartement est réglé à leurs extrémité libre au moyen de 2 écrous 22A, 22B et une vis filetée 23 à pas inverse par mise en rotation de la tëte de vis 25. Chaque tëte de biellette du côté de l'axe fixe 20 est munie d'une piêce de serrage ou traverse 22C, 22D qui vient appuyer sur toute 1 a 1 argeur de 1 a bi el 1 ette contre 1 a t i ge d' anode 1 orsqu' on écarte les biellettes selon la position représentée à la figure 6A.
En revanche le rapprochement des biellettes tel que représenté à la figure 6B provoque le dégagement des traverses 22C, 22D et le desserrage de la tige d'anode. A noter que l'axe de rotation 20 des biellettes étant fixe, l'éloignement de la vis filetée à pas inverse de l'axe de rotation lors du rapprochement des biellettes ne doit pas étre contrarié et pour ce faire, il est nécessaire de prévoir aux extrémités libres des biellettes, des orifices de forme oblongue au passage de la vis filetëe à pas inverse et de ses écrous qui se déplacent en translation.
de ia poutre introduit une flèche. Si cette flèche est incompatible avec la régulation de la cuve, on est conduit â réduire ce gradient thermique.
Un bon contrôle de la dilatation permet de simplifier les appuis du portique sur le caisson si les dilatations sont semblables.
Pour cela on peut mettre en oeuvre l'une ou plusieurs des solutions suivantes qui agissent sur les différents facteurs provoquant la flèche:
a) Matériau: il est possible, pour constituer la poutre, d'utiliser des aciers au nickel qui présentent une dilatation inférieure de moitié à
celle de l'acier ordinaire.
b) Evacuation des calories par circulation d'air: les calories peuvent être évacués par une circulation d'air à l'intérieur et/ou autour de la poutre.
c) Evacuation des calories par Caloduc: des tubes fermés contenant un fluide à la limite de la température de vaporisation sont placés au contact de la partie inférieure de la poutre à une extrémité et à
l'extérieur de la cuve à l'autre extrémité. La chaleur de la partie exposée de la poutre vaporise le liquide, ce gaz monte dans le tube et v se condense dans la partie extérieure en libérant des calories.
d) Equilibrage des températures: un pont thermique peut être installé
entre la partie inférieure de la poutre et sa partie supérieure. I1 doit être constitué en matériau bon conducteur thermique tel que 1°aluminium.
e) Ecran thermique: un écran réfléchissant et/ou isolant thermique, installé autour de la poutre, la protège du rayonnement thermique occasionnel lors d'un changement d'anode.
L'invention, dans les différents modes de mise en oeuvre qui ont été
décrits, lève un des plus sérieux obstacles à la réalisation de cuves de plus de 300 kA dont les avantages techniques et économiques sont très attractifs.
Sur la figure 2 reprësentative d'une superstructure de cuve de l'art antërieur,,on a schématisé le contour du rebord supérieur 15 du caisson 1 ainsi que les poutres rigides 11 qui forment la superstructure, dont les extrémitës s'appuient sur les pieds 32 disposés à chaque tête de la cuve alors que leur milieu s'appuie sur un portique central 17 comportant lui-m'erre 2 ou 4 pieds 18 reposant sur le rebord supérieur 15 du caisson dans sa partie-centrale.
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La figure 3 représente un exemple de superstructure selon l'invention comportant 2 poutres rigides 11 en profilé en forme de I posées sur au moins 2 portiques intermédiaires 17 comportant chacun une poutre d'appui transversale 19 reposant sur au moins 2 pieds 18. La poutre d'appui transversale représentêe sous forme de profilé tubulaire de section carrée peut aussi ëtre constituée par tout profi lé plein par exemple en I, en T
ou en U. bains l e cas présent l es pi eds 18 des 2 portiques i ntermédi ai res s'appuient sur le rebord 15 supérieur du caisson dont ils sont isolés électriquement. Ce système d'appui doit tenir compte de la dilatation du caisson métallique en cours de service en particulier dans le sens transversal, de ce fait il ne constitue pas véritablement un point d'appui fixe. I1 faut donc prévoir une liberté de mouvement de cet appui dans la direction de dilatation du caisson, c'est-à-dire dans la direction générale du courant circulant dans la file de cuves disposées en travers par rapport à l'axe de la file. Pour réaliser cette protection il est donc nécessaire de prévoir des moyens autorisant le déplacement relatif de l'appui par rapport au caisson au niveau du plat bord 15 tels que des appuis glissants ou roulants 32 comme des patins ou des roulements à
rouleaux. I1 est également possible de, réaliser cette protection par un système articulé, représenté à la figure 4 comportant pour chaque portique 17, d'un côté un pied articulé 18A sur le plat bord 15 autour d'un axe fixe parallèle au grand axe A-A' de la cuve, de l'âutre côté un pied mobile constitué par une biellette 18B articulée à une de ses extrémités sur le plat bord 15 autour d'un axe fixe également parallële au grand axe de la cuve et à son autre extrémité autour d'un axe mobile commun avec l'extrêmitë de la poutre d'appui transversale 19 du portique.
L'appui des pieds 18 du portique peut encore s'effect.uer à l'extérieur du caisson sur des éléments s écialisês, P par exemple un massif ou des piliers en béton armé. Cette disposition permet de s'affranchir des problèmes d'isolation électrique. et de dilatation transversale du caisson mais réduit l'espace entre les cuves.
Si dans sa version la plus usuelle les poutres rigides 11 longitudinales sont des profilés en I, il est possible de remplacer avantageusement chaque profil en I par un assemblage mécano-soudé de 2 profilés tubulaires 11A, 11B de section carrée, rectangulaire ou circulaire maintenus parallèles par des entretoises faisant aussi office dé pieds supports 11C
en profilé plein ou tubulaire, de section carrée, rectangulaire ou circulaire. Cette configuration représentée â la figure 4, tout en assurant une excellente rigidité offre l'avantage de laisser des ouvertures 27 entre les pieds supports (11C) pour ie passage des liaisons mécaniques et ëlectriques notamment des traverses équipotentielles 28 destinées à assurer un ëquilibrage électrique et mécanique rigoureux entre les cadres anodiques 10 amont et aval d'une mëme cuve.
L'invention concerne également la réalisation de superstructure avec poutres longitudinales rigides 11 discontinues c'est-à-dire formées d'au moins 2 tronçons distincts reposant chacun sur au moins 2 portiques intermédiaires 17. Cette configuration (non représentée) permet de limiter les contraintes de flexion que supportent les poutres rigides 11 de grande longueur mais surtout de simplifier la fabrication, le transport et la mise en~place de ces poutres. Par ce moyen la superstructure peut méme ëtre réalisée par assemblage d'éléments modulaires.
D'une façon générale 1°appui des parties longitudinales 11, 118, continues ou discontinues sur les portiques intermédiaires 17 est réalisé par un moyen permettant d'absorber les légers mouvements relatifs des appuis des poutres sur le portique. Une solution simple consiste à laisser reposer librement les faces d'appui des poutres longitudinales 11 sur les poutres d'appui transversales 19 des portiques intermédiaires.
Du point de vue maintenant de la position des circuits électriques dans la superstructure, et notamment des cadres anodiques l0, il est avantageux que ces derniers soient placës au-dessus des portiques intermédiaires comme reprësenté sur les figures 3 et 4 plutôt que logës dans les poutres transversales des portiques intermédiaires comme représenté sur la figure 2, A noter que, comme les poutres longitudinales rigides 11, les cadres anodiques ld de grande longueur peuvent ëtre constitués en 2 parties de façon à répartir les dilatations de part et d°autre du centre de la superstructure. On dispose alors entre les 2 parties un joint de dilatation assurant 1e contact électrique par exemple une boucle en feuillards d'aluminium ou tout autre moyen ëquivalent.
Concernant par ailleurs les montées de courant 29 venant de la cuve amont, il est très préférable de les disposer au droit des portiques intermédiaires 17 c'est-à-dire dans le mëme plan vertical que celui des portiques, les clinquants souples 30 qui assurent la liaison ëlectrique entre la montée 29 et le cadre anodique 10 étant raccordé sur le cadre dans la zone hachurée 31 de façon à libérer le maximum d'espace pour les manoeuvres de changement d'anode le long des grands côtés de cuve.
Ces amënagements des principaux éléments de la superstructure destinës à
assurer une desserte efficace des cuves de très haute intensité doivent ëtre complétés obligatoirement par une modification du mode de connexion électrique et mécanique des tiges 9 des anodes au cadre anodique 10 en raison de l'inadaptation des connecteurs aux opérations de positionnement et de maintien par serrage des anodes de grande dimension. Le nouveau connecteur 14, permettant un positionnement des tiges 9 d'anodes par 2p engagement latéral dans le logement du connecteur prévu à cet effet et entièrement solidaire du cadre anodique intégré à la nouvelle superstructure, a permis de résoudre efficacement les problèmes de positionnement et de serrage des tiges de grosses anodes.
Selon la figure 5 ce connecteur i4 est constitué notamment d'un chassis mëtaliique 16 rendu solidaire,du cadre anodique 10 par boulonnage ou tout autre moyen de fixation rigide 21. Ce chassis délimité par 2 plaques parallèles 16A, 16B et leurs entretoises 16C comporte un évidement latéral formant avec le cadre anodique 10 le logement 24 dans lequel vient se placer la tige 9 d'anode. Celle-ci, maintenue verticale, est d'abord déplacée selon un plan perpendiculaire au cadre anodique et distant d'au moins une 1/2 largeur d'anode du bord du portique intermédiaire le plus proche, puis dëplacée selon un plan parallële au cadre anodique vers le logement latéral 24 du connecteur où elle est ensuite abaissée vers le bain et positionnée au niveau requis par le plan anodique. La tige d'anode est ensuite serrée contre le cadre anodique à l'aide d'un moyen de serrage 26 approprié fixé dans le chassis 16 de sorte que l'ensemble chassis-moyen v.
. , de serrage constituant le connecteur 14 est entièrement solidaire du cadre anodique.
Un moyen de serrage 26 particulièrement approprié, tel que représenté sur les figures 5, 6A et 6B, est constitué notamment par 2 biellettes 22 articulées sur un axe commun 20 fixé aux entretoises 16C du chassis et dont l'écartement est réglé à leurs extrémité libre au moyen de 2 écrous 22A, 22B et une vis filetée 23 à pas inverse par mise en rotation de la tëte de vis 25. Chaque tëte de biellette du côté de l'axe fixe 20 est munie d'une piêce de serrage ou traverse 22C, 22D qui vient appuyer sur toute 1 a 1 argeur de 1 a bi el 1 ette contre 1 a t i ge d' anode 1 orsqu' on écarte les biellettes selon la position représentée à la figure 6A.
En revanche le rapprochement des biellettes tel que représenté à la figure 6B provoque le dégagement des traverses 22C, 22D et le desserrage de la tige d'anode. A noter que l'axe de rotation 20 des biellettes étant fixe, l'éloignement de la vis filetée à pas inverse de l'axe de rotation lors du rapprochement des biellettes ne doit pas étre contrarié et pour ce faire, il est nécessaire de prévoir aux extrémités libres des biellettes, des orifices de forme oblongue au passage de la vis filetëe à pas inverse et de ses écrous qui se déplacent en translation.
de ia poutre introduit une flèche. Si cette flèche est incompatible avec la régulation de la cuve, on est conduit â réduire ce gradient thermique.
Un bon contrôle de la dilatation permet de simplifier les appuis du portique sur le caisson si les dilatations sont semblables.
Pour cela on peut mettre en oeuvre l'une ou plusieurs des solutions suivantes qui agissent sur les différents facteurs provoquant la flèche:
a) Matériau: il est possible, pour constituer la poutre, d'utiliser des aciers au nickel qui présentent une dilatation inférieure de moitié à
celle de l'acier ordinaire.
b) Evacuation des calories par circulation d'air: les calories peuvent être évacués par une circulation d'air à l'intérieur et/ou autour de la poutre.
c) Evacuation des calories par Caloduc: des tubes fermés contenant un fluide à la limite de la température de vaporisation sont placés au contact de la partie inférieure de la poutre à une extrémité et à
l'extérieur de la cuve à l'autre extrémité. La chaleur de la partie exposée de la poutre vaporise le liquide, ce gaz monte dans le tube et v se condense dans la partie extérieure en libérant des calories.
d) Equilibrage des températures: un pont thermique peut être installé
entre la partie inférieure de la poutre et sa partie supérieure. I1 doit être constitué en matériau bon conducteur thermique tel que 1°aluminium.
e) Ecran thermique: un écran réfléchissant et/ou isolant thermique, installé autour de la poutre, la protège du rayonnement thermique occasionnel lors d'un changement d'anode.
L'invention, dans les différents modes de mise en oeuvre qui ont été
décrits, lève un des plus sérieux obstacles à la réalisation de cuves de plus de 300 kA dont les avantages techniques et économiques sont très attractifs.
Claims (17)
1. Superstructure de cuve d'électrolyse à très haute intensité pour la production d'aluminium selon le procédé Hall-Héroult, la cuve étant constituée par un caisson métallique (1) calorifugé de forme parallèlépipédique allongée, ladite superstucture comportant au moins une poutre rigide (11) disposée selon la grande longueur du caisson reposant sur des appuis et supportant notamment le cadre anodique (10) auquel sont connectées d'une part les montées de courant (29) venant de la cuve précédente clans la série et d'autre part les tiges (9) d'anodes caractérisée en ce que chaque poutre rigide (11) repose uniquement sur des appuis placés entre ses extrémités, appelés portiques intermédiaires (17) et en ce que chaque cadre anodique (10) associé à chaque poutre rigide comporte des moyens de connexion électrique et mécanique ou connecteurs (14) d'anode entièrement solidaires dudit cadre et assurant le contact et le serrage de chaque tige (9) d'anode contre celui-ci après engagement latéral et positionnement de chaque tige dans le connecteur correspondant.
2. Superstructure selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque portique intermédiaire (17) comporte une poutre d'appui transversale (19) reposant sur au moins 2 pieds (18).
3. Superstructure selon la revendication 2, caractérisée en ce que la poutre d'appui transversale (19) ainsi que les pieds (18) sont des profilés tubulaires de section carrée, rectangulaire ou circulaire.
4. Superstructure selon la revendication 2, caractérisée en ce que la poutre d'appui transversale (19) ainsi que les pieds (18) sont des profilés pleins en I, en T ou en U.
5. Superstructure selon l'une quelconque des revendication 2 à 4, caractérisée en ce que les pieds (18) de chaque portique intermédiaire prennent appui sur un plat bord (15) du caisson par des moyens autorisant un déplacement relatif de l'appui par rapport au caisson.
6. Superstructure selon la revendication 5, caractérisée en ce que les moyens autorisant un déplacement relatif de l'appui par rapport au caisson sont des appuis roulants ou glissants (31).
7. Superstructure selon la revendication 5, caractérisée en ce que les moyens autorisant un déplacement relatif de l'appui par rapport au caisson sont un système articulé comportant d'un côté un pied articulé 18A sur le plat bord (15) autour d'un axe fixe et de l'autre côté un pied mobile constitué par une biellette 18B
articulée à une extrémité sur le plat bord (15) autour d'un axe fixe et à son autre extrémité autour d'un axe mobile commun avec l'extrémité de la poutre d'appui transversale (19).
articulée à une extrémité sur le plat bord (15) autour d'un axe fixe et à son autre extrémité autour d'un axe mobile commun avec l'extrémité de la poutre d'appui transversale (19).
8. Superstructure selon la revendication 2, 3 ou 4, caractérisée en ce que l'appui des pieds (18) de chaque portique intermédiaire est réalisé à l'extérieur du caisson sur des éléments spécialisés.
9. Superstructure selon la revendication 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caractérisée en ce que les poutres rigides (11) longitudinales sont des profilés pleins en I.
10. Superstructure selon la revendication 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caractérisée en ce que chaque poutre rigide (11) longitudinale est constituée par 2 profilés (11A, 11B) pleins ou tubulaires de section carrée, rectangulaire ou circulaire maintenus parallèles par des entretoises ou pieds supports (11C) en profilé plein ou tubulaire de section carrée, rectangulaire ou circulaire.
11. Superstructure selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que les poutres rigides (11) longitudinales sont discontinues et constituées par au moins 2 tronçons reposant chacun sur au moins 2 portiques intermédiaires (17).
12. Superstructure selon la revendication 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ou 11, caractérisée en ce qu'il comprend des clinquants souples (30) assurant la liaison entre les montées de courant (29) et le cadre anodique (10), et en ce que les montées de courant (29) venant de la cuve en amont ainsi que lesdits clinquants souples (30) sont placés dans le plan vertical P perpendiculaire au grand axe AA' de la cuve passant par chaque portique intermédiaire (17).
13. Superstructure selon la revendication 1, caractérisée en ce que les connecteurs d'anode (14) entièrement solidaires du cadre anodique (10) sont constitués notamment par un chassis métallique (16) solidaire du cadre anodique, à l'intérieur duquel est fixé un moyen de serrage (26) des tiges d'anode.
14. Superstructure selon la revendication 13, caractérisée en ce que le chassis (16) rendu solidaire du cadre anodique par un moyen de fixation rigide (21) délimité
par 2 plaques parallèles (16A, 16B) et leurs entretoises (16C), comporte un évidement latéral formant avec le cadre anodique un logement (24) de la tige d'anode.
par 2 plaques parallèles (16A, 16B) et leurs entretoises (16C), comporte un évidement latéral formant avec le cadre anodique un logement (24) de la tige d'anode.
15. Superstructure selon la revendication 13 ou 14, caractérisée en ce que le moyen de serrage (26) est constitué par 2 biellettes (22) articulées sur un axe commun (20) fixé aux entretoises (16C) du chassis dont les têtes du côté de l'axe fixe (20) sont munies de pièces de serrage ou traverses (22C, 22D) venant s'appuyer contre la tige (9) d'anode lorsque l'on écarte lesdites biellettes.
16. Superstructure selon la revendication 15, caractérisée en ce que l'écartement des biellettes est réglé à leur extrémité libre (22A, 22B) au moyen de 2 écrous (22A, 22B) et d'une vis filetée (23) à pas inverse.
17. Superstructure selon la revendication 2, 3 ou 4, caractérisée en ce que la poutre d'appui transversale (19) de chaque portique intermédiaire comporte au moins un moyen de protection contre le rayonnement thermique du bain d'électrolyse.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9210272 | 1992-08-20 | ||
| FR9210272A FR2694945B1 (fr) | 1992-08-20 | 1992-08-20 | Superstructure de cuve d'électrolyse de très haute intensité pour la production d'aluminium. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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