Procédé et dispositif pour le réglage automatique d'une cellule d'électrolyse. La présenle invention a pour objet un pro- (-Mé permettant d'obtenir le réglage automa tique de la position des électrodes d'une cel- l0e d'électrolyse et un dispositif'pour la réali sation de ce procédé.
Le procédé selon l'invention consiste<B>à</B> uti- fiser, pour l'actionnement de l'or,,,ane moteur les déplacements de chaque élec trode, un relais de contrôle de la résistance du hain de<B>la</B> cellule et des relais de contrôle de la répartition du courant entre les électrodes. G,I. aetionnement petit n'avoir lieu que lorsque les valeurs de la. résistance de la cellule et de l'intensité sur chaque électrode s'écartent c't'iiiit# valeur déterminée à l'avance.
Le réglage i-i-alisé peut également tenir compte des effets (Vanodes en permettant la prédétermination (i(# ces effets.
Dans les dessins schématiques annexés: Lit fig. <B>1</B> représente un premier exemple (1 V exécution du dispositif suivant l'invention., jwriiiettant la régulation automatiqué totale Tiine cellule d'électrolyse et, en partieulier, mw eulliile d'électrolyse d'aluminium,
Fac- lion fles relais sur les électrodes n'ayant lieu iliw lorsque les valeurs de la résistance et de <B>1</B> iffleitsité sur chaque électrode s'écartent de I#, valeur de consigne.
l'a fi-,,.<B>-1</B> représente un deuxième exemple (Vexéciition du dispositif suivant. l'invention perinpltaiit d'obtenir, outre, la régulation auto- wali(pici totale d'une cellule d'électrolyse et, en particulier, d'une cellule d'électrolyse d'aluminium, une alimentation automatique par descente progressive de l'alumine dans la cellule.
La fig. <B>3</B> représente,<B>à</B> titre d'exemple, un troisième dispositif<B>à</B> électrode pilote.
Dans le dispositif représenté fig. <B>1,</B> cha cune -des électrodes est munie d'un vérin coin- mandé chacun par un moteur<B>1, 2,</B> etc., qui peuvent être soit des moteurs<B>à</B> air comprimé, soit des moteurs<B>à</B> courant continu, soit des moteurs asynchrones<B>à</B> cage, soit asynchrones à rotor<B>à</B> bagues, ces derniers permettant une synchronisation tour par tour au moyen de<B>la</B> mise en série des bobinages rotoriques.
Dans le cas représenté, on a supposé l'uti lisation de moteurs asynchrones synchronisés entre eux, une seule phase du rotor étant re présentée. La. résistance nécessaire<B>à</B> l'obten tion du couple de démarrage est insérée dans chaque rotor, comme indiqué sur la fig. <B><I>1,</I></B> les contacteurs<B>3</B> et 4, etc. permettant- de désyn chroniser un moteur quelconque des autres. tout en laissant insérée la résistance de démar rage de la partie. du rotor ainsi désynchro nisée, le nombre voulu de résistances étant toujours en service sur les autres rotors.
Dans le cas de moteurs à air comprimé, on peut utiliser sur chaque vérin un moteur pour chaque sens de rotation et des électro vannes<B>de</B> commande, les bobines de ceux-ci remplaçant les bobines<B>de</B> contacteurs dans le schéma. considéré.
La synchronisation tour par tour permet, lors d'une action manuelle ou avec l'utilisation dun schéma dans lequel on n'utilise pas de réglage automatique individuel<U>des</U> électrodes, d'agir manuellement ou automatiquement sur l'ensemble des électrodes d'une même cellule, de manière qu'elles conservent toujours une distance interpolaire égale entre elles, quels que soient les couples résistants appliqués ïï chaque vérin, la désynchronisation permettant, le cas échéant, d'agir manuellement ou auto- rnatiquement sur l'une d'elles pour rattraper un écart qui serait constaté.
Lorsqu'il s'agit d'une cellule d'électrolyse subissant l'effet d'anodes. le dispositif com porte un relais voltmétrique <B>5</B> branché aux bornes de la. cellule qui coupe le courant sur les circuits automatiques lors des effets d'anodes.
Le relais<B>6</B> est un relais<B>a,</B> minimum -d'in tensité coupant le courant sur le dispositif automatique lors de manque de courant sur lô, cellule.
<B>-</B> Le relais<B>5</B> est un relais d'impulsion syn chrone qui ferme et ouvre son contact pério diquement et permet de donner<B>à</B> la régulation un asservissement convenable au moyen d'un système<B>à</B> impulsion<B>déjà</B> connu.
Le relais<B>8</B> constitue le relais différentiel ou<B>à</B> cadre croisé mentionné dans le brevet suisse No 251450. Ce relais contrôle en per manence la résistance de la cellule.<B>Il</B> ferme par exemple son contact de ga-uche lorsque <B>la</B> cellule a une trop faible résistance et qu'il faut lever les électrodes, ou son contact de droite dans le cas inverse lorsqu'il faut faire baisser les électrodes, ce qui provoque la fer meture, suivant le cas, des contacteurs<B>9</B> (mon tée) ou<B>10</B> (descente). Ces deux contacteurs alimentent deux lignes<B>15</B> et<B>16</B> avec un ordre de phase inversé.
En période normale, tous les moteurs d'électrodes tels que<B>1,</B> 2, etc. ont leurs con- tacteur,s <B>11,</B> 12,<B>13,</B> 14 fermés en permanence sur les lignes d'ordre<B>15</B> et<B>16,</B> ce qui permet de, faire démarrer en même temps, clans un sens on dans l'autre, Pensemble, des moteurs d'électrodes lors de la fermeture des contac teurs<B>9 ou 10.</B>
En cas d'utilisation de moteurs asyn chrones avec rotor synchronisé, les contacteur.,; <B>3,</B> 4, etc. sont hors de tension et leur contaci ouvert, ce qui permet la synchronisation des rotors.
<B>Il</B> est entendu que les contacteurs<B>9</B> et<B>P</B> peuvent être actionnés soit par le relais<B>8.</B> soit par une commande, manuelle par bou- tons-poussoirs non représentés sur la. figure.
Les appareils<B>17, 18,</B> etc. sont, constitué.,; soit par des relais différentiels, soit par des relais<B>à</B> cadre mobile, soit par des circuits magnétiques, mentionnés dans le brevet suisse No <B>255480.</B> Ces relais contrôlent en perma nence la valeur du rapport entre<B>le-</B> courant dans l'électrode considérée et le courant total.
Dans la disposition représentée, ces appa reils<B>1.7, 18</B> ferment leur contact de droite quand l'électrode est trop haute et qu'il faut la baisser et leur contact de gauche dans<B>le</B> cas inverse, ce qui met sous tension les con tacteurs inverseurs<B>19,</B> 20 pour le moteur<B>1</B> et<B>21, 22</B> pour le moteur<B>2,</B> etc.
Normalement-, ces contacteurs inverseurs <B>19 à</B> 22 ferment par leur position de repos un contact permet-tant la fermeture permanente des contacteurs<B>11,</B> 12,<B>13,</B> 14 qui connectent les moteurs<B>1, 22,</B> etc. sur les lignes d'ordre <B>15-16.</B> Lorsque l'un des contacteurs<B>19,</B> 20, etc. a sa bobine mise sous tension, il ouvre les contacteurs correspondants<B>11</B> et 12, ou<B>1.3</B> et 14 (suivant le moteur) et ferme un con tact mettant sous tension<B>23</B> ou 24,<B>25</B> ou<B>26</B> suivant le moteur.
Si, par exemple, une électrode est trop basse, c'est le contact de gauche du relais<B>17</B> qui se ferme Wil s'agit de l'électrode corres pondant au moteur<B>1)</B> provoquant ainsi la mise sous tension -de<B>19,</B> d'où l'ouverture de<B>11</B> et- de 12, et la rupture de la liaison du moteur<B>1</B> avec les lignes d'ordre<B>15</B> et<B>16,</B> ainsi que la fermeture de<B>23,</B> ce qui met sous tension<B>le</B> moteur<B>1</B> par l'intermédiaire de la, ligne omni bus<B>27</B> et permet la rotation du moteur di, vérin dans le sens de la montée.
Mî-nie qération, mais en sens inverse, si J'électrode est trop haute. ce qui provoque la fermeture du contact de droite du relais<B>17.</B> Toutefois, un tel ordre ne sera reçu par les contacteurs<B>23</B> ou 2-1 pour le moteur<B>1</B> et<B>25</B> oii <B>26</B> pour le moteur 2, que si les contac- 1rurs <B>9</B> ci: <B>10</B> sont eux-mêmes au repos, autre- iiient dit si la résistance de la cellule a la valeur clé eoilsio-ne.
Si <B>la</B> résistance de la cellule est trop forte el (lue, de ce fait, le contacteur<B>1.0</B> est fermé, seuls les ordres individuels de descente seront les ordres individuels de montée ne pas sant pas. Pour une électrode qui recevrait un ordre individuel de montée, c'est-à-dire qui serait trop basse, son moteur serait désolida- 114, des lignes<B>15</B> et<B>16</B> et resterait immo- 1.,ile. Autrement dit, si le relais de mesure de résistance de la cellule donne un ordre de des- centp -énérale,
cet ordre ne sera pas reçu par iiii(- électrode qui. serait<B>déjà</B> trop basse, et iiiversement en cas d'ordre de montée.
Il est<B>c ,</B> onnu que la répartition du courant entre<B>les</B> électrodes devient très mauvaise peu avant l'effet d'anodes par suite d'une polari sation transitaire et on coneate sur les élec- liodes respectives des différences très grandes <B>(le</B> courant.
Avec, le schéma de la, fio, <B>1 '</B><I><U>les</U></I> écarts sont enregistrés par les relais de répar- f louble 17, jeu de 18, contacts, etc. Si on ceux-ci pourra. possèdent se -servir un du deuxième jeu pour couper,
<B>à</B> ce moment-là,<B>la</B> regulation et prévenir ainsi qu'un effet d'anodes est en voie de préparation.
Si, pour des raisons de construction de re lais, on préfère, passer par un deuxième jeu de relais (ce qui est le cas des fi-.<B>1</B> et<B>3,</B> relais <B>28),</B> tous les contacts de ces relais seront mis en série et eouperont, lors d'une baisse acci dentelle d'intensité sur une électrode<B>-</B> donc lors d'une polarisation partielle annonçant un prochain effet d'anodes<B>-</B> le relais intermé- cl'âtire <B>30</B> qui sera ou non temporisé.
Dans le (-ts <B>de</B> la fig. <B>1,</B> cette temporisation est obte- mie avec un condensateur<B>31.</B> Ce relais<B>30</B> est normalement sous tension et alimente l'ensem ble des circuits automatiques. Lorsqu'un clés relais<B>-28, 29,</B> etc. ouvre son contact, c'est- à-#dire lors d'une polarisation partielle, le re lais<B>30</B> s'ouvre, coupe la régulation automa tique et met en service un signal sonore<B>32.</B>
Chaque électrode est munie d'un jeu de boutons-poussoirs non représenté, permettant d'agir individuellement sur elle lors d'une ma- n#uvre volontaire. Lors de cette manceuvre volontaire ou de la manceuvre automatique sur une seule électrode, les contacteurs<B>3</B> et 4 sont alimentés, ce qui rompt la mise en série des rotors pour le moteur considéré, tout en lais sant la résistance de démarrage en service.
La régulation automatique peut être sup primée sur une électrode par l'ouverture des interrupteurs<B>33</B> ou 34, ce qui court-circuite en même temps les relais<B>'28</B> ou '29, cette ac tion étant nécessaire lorsqu'une électrode neuve, venant d'être mise en place dans -une cellule, n'a pas encore, pris le courant cor respondant<B>à</B> sa profondeur d'immersion.
Dans le dispositif suivant la fig. 2, comme caractéristique essentielle, les électrodes sont en constant mouvement de montée et de descente de manière<B>à</B> réaliser une descente progressive de l'alumine dans la cellule et obtenir ainsi une alimentation automatique.<B>A</B> ce sujet, il convient de remarquer que le<B>dé-</B> bit normal d'alumine dépend du rendement que l'on ne connaît pas exactement<B>à</B> tout instant. Dans le cas d'une alimentation trop forte, il se produirait une accumulation d'alu mine dans la, cellule d'électrolyse, ce qui nui rait au bon fonctionnement de la cellule.
Il est donc préférable de régler le mouvement des électrodes de telle sorte que l'alimenta tion en alumine boit, systématiquement infé rieure au débit normal d'alumine, de façon <B>à</B> laisser parfois apparaître l'effet d'anodes qui indique que la cellule d'électrolyse consommé toute son alumine.
La période et l'élongation de chaque mou vement permet de régler<B>à</B> volonté le débit continu -de l'alumine.
Lorsque la résistancede la cellule devient trop grande, c'est-à-dire quand il faut baisser les électrodes, on supprimé les mouvements clé montée et on ne laisse passer que les mou- vements de descente des électrodes jusqu'au moment où l'équilibre voulu est<B>à</B> nouveau ob tenu. De même, si une électrode a. une immer sion plus forte que les autres, elle ne recevra plus ses ordres de descente tant qu'elle se trouvera plus basse que celles-ci.
Dans la fig. 2, le relais 41 doit être utilisé lorsqu'il s'agit d'une cellule pouvant subir l'effet d'anodes. Ce relais voltinétrique est branché aux bornes de la cellule et coupe le courant sur le dispositif automatique en cas d'élévation anormale de la tension aux bornes de la cellule. Le relais 49,<B>à</B> minimum d'in tensité, est un relais qui coupe le courant du circuit automatique en cas -de manque de cou rant sur la cellule. Le relais 43 est un relais <B>à</B> impulsion qui peut, être ou non utilisé sui- -vant que l'on désire que les électrodes aient des oscillations permanentes suivies ou non de périodes de repos.
Le relais 44 est uif relais<B>à</B> impulsions inversant périodiquement son con tact afin de donner<B>à</B> la régulation la stabilité nécessaire, en alimentant alternativement les contacteurs 45 et 46 qui provoquent le mou vement de montée ou de descente des élec trodes.
Le relais 47 contrôle en permanence la résistance -de la cellule.<B>Il</B> est conçu de telle sorte que ses deux contacts sont formés lorsque <B>la.</B> cellule possède une résistance égale<B>à</B> la va leur de consio-ne. Danq le cas de la figure, le relais 47 ouvrira, son contact de gauche lors qu'il faudra supprimer la montée des élec trodes, c'est-à-dire lorsque la cellule aura une résistance trop forte, et inversement. Les mo teurs<B>1, 2,</B> etc. -de abaque électrode sont con nectés directement-. aux lio-nes d'ordre 48 et 49 par l'intermédiaire des contacteurs<B>50, 51,</B> <B>52, 53</B> qui, normalement, sont fermés en per manence.
Les relais 54 et<B>55</B> contrôlent le rapport entre l'intensité traversant chaque électrode et l'intensité totale. Normalement, lorsque chaque électrode est traversée par une inten sité égale<B>à</B> la valeur de consigne, les deux contacts du relais sont fermés, ce qui, ensup- posant les interrupteurs<B>56</B> et<B>57</B> fermés (cas de la marche automatique), provoque la, fer- meture permanente de<B>50, 51,</B> 52,<B>53.</B> Si une des électrodes est trop basse, c'est le contact de droite (dans le cas de la figure) qui s'ou vrira, provoquant l'ouverture des contacteurs <B>50</B> ou 52 suivant le moteur considéré.
De ce fait, le moteur de l'électrode considérée ne recevra que les ordres de montée jusqu'aii rétablissement de l'équilibre. Dans le même temps, les contacteurs<B>58</B> ou<B>59</B> (suivant If- moteur) ne seront plus alimentés, ce qui pro voquera la fermeture de leurs contacts et la désynchronisation du moteur considéré.<B>Il</B> faut en effet éviter, lorsqu'un moteur est<B>à</B> l'arrêt. que son rotor reste en série avec, les autres rotors.
Comme dans la fig. <B>1,</B> la polarisation par tielle d'une électrode est contrôlée soit par les contacts supplémentaires<B>à</B> monter sur les re lais 54 et<B>55,</B> soit, comme dans le cas de la figure, par les relais supplémentaires<B>60</B> et <B>61</B> dont tous les contacts sont mis en série et alimentent tous le relais intermédiaire<B>62</B> tem porisé Gu non par le condensateur<B>63.</B>
Ce relais intermédiaire temporisé possède un eontact d'ouverture et un contact de fer meture. Le contact de fermeture ferme le courant sur la régulation automatique, alors que le contact d'ouverture actionne le signal d'alarme 64. Normalement, le relais temporisé <B>62</B> est toujours sous tension, et c'est une ou verture prolongée des relais<B>60</B> et<B>61</B> qui in terrompt la régulation et donne l'alarme, en signe d'effets d'anodes.
Comme dans le premier dispositif, on peut augmenter l'intensité traversant une des élec trodes, de façon que l'effet d'anodes s'y maili- faste avant de se généraliser sur l'ensembl-, des électrodes de la, cellule. La régulation automatique peut être supprimée sur une élec trode par Pouverture des interrupteurs<B>56</B> on <B>57,</B> ce qui court-cirertite en même temps los relais<B>60</B> ou<B>61.,</B> cet-te action étant nécessaire lorsqu'une électrode neuve, venant d'être mise en place dans une cellule, n'a pas encore pris le courant correspondant<B>à</B> sa profondeur d'immersion.
Dans les deux dispositifs ci-dessus, les re- lai#s de réglage de la résistance de la cellule, le#, équations ci-dessus restant toutefois sans ehangement.
Pour la détection des différentes réparti- lions, on utilise des relais différentiels<B>23</B> de principe connu, se composant de deux cadres mobiles se déplaçant dans l'entrefer d'un aimant permanent.
L'un des cadres,<B>25,</B> est soumis ù, une différence de. potentiel propor- tionnelle <B>à</B> la tension 111, U. au u. suivant le relais considéré, celle-ci ayant été redressée par des redresseurs<B>29.</B> Les deuxièmes cadres -16 de tous les relais<B><U>93</U></B> sont mis en série et .1011111is -â la différence de potentiel U redres <B>sée</B> au moyen des redresseurs 24.
Deux ressorts antagonistes font que le eouple antagoniste est nul' lorsque l'équipage du relais est dans une position médiane. D'autre part, leur couple moteur est positif on né-,atif et l'équipage d'une bobine du relais -)3 vient fermer<B>le</B> contact<B>27</B> ou<B>28</B> Silivant que les ampères-tours de la bobine 2.3 sont supérieurs ou inférieurs<B>à</B> ceux de, la ljol)iiie <B>26.</B>
Dans; ces conditions, le fonctionnement du relais est le suivant: soit<I>a,</I> les ampères-tours<B>de</B> la bobine<B>25,</B> soit<U>a.,</U> les air.pères-tours de la bobine<B>26,</B> et,<I>u</I> # <I>ai</I><B>-</B> a2.
En considérant la première électrode<B>10,</B> on aura:
EMI0005.0025
#i étant lr# nombre d'électrodes de la cellule #l'i#lf-etrolyse considérée. D'où:
EMI0005.0029
_Maîs, par construction, on aura: <I>K,<B>=</B><U>K.</U><B>=</B> K</I> <I>(Poil:</I>
EMI0005.0031
L'équipage du relais sera donc en équili- n bre et le., contacts<B>27</B> et<B>28</B> ouverts lorsque:
EMI0005.0036
Mais,<B>à</B> ce, moment-là:
EMI0005.0037
f,, représentant la fonction liant u,, au courant I, traversant l'électrode considérée et au cou rant alternatif i circulant dans le bobinage de tous les circuits.
Si tous les circuits magnétiques sont sem blables, on aura: <B><I>h = A</I></B> = f. <B><I>f</I></B> comme, d'autre. part: u,# <B>+</B> U2 <B>+</B> U. IT on aura: <B><I>f (il,</I></B> i) <B><I>+ f</I></B> (II#I i) <B><I>+ f</I></B> (I., i) Comme le courant i est le même pour tous les circuits et comme, s'il<B>y</B> a équilibre,
EMI0005.0051
On aura:
<B><I>f</I></B> (I, i) =: <B><I>f</I></B> (12, i) <B><I>f</I></B> (I.., i) et, par conséquent,<B>à</B> ce moment-là:
EMI0005.0059
Autrement dit, le relais sera en équilibre lorsque le courant continu traversant l'élec trode est égal au quotient du courant total par le nomb# d'électrodes.
D'autre part, l'un des contacts sera fermé si
EMI0005.0061
et l'autre contact, si
EMI0005.0062
et cela quelle que soit la valeur dueourant alternatif i et la fonction<B>f,</B> <B>,à</B> l'a condition que l'on ait bien: <B><I>fi. = f2</I></B> # fn # <B><I>f</I></B> et que<B>f</B> soit linéaire, dans les limites co#nsi- dérées.
On pourra utiliser les contacts<B>27</B> ou<B>28</B> sait pour une simple signalisation des écarts, soit pour un réglage automatique des élèc-. trodes.
Les dispositifs précédemment décrits per mettent de prédéterminer les, effets d'anodes en disposant des contacts de signalisation dans une position telle que l'on sait alerté pour un écart déterminé entre le courant normal devant parcourir cliaque, électrode et un courant très largement inférieur<B>à</B> ce cou rant normal.
Dans les cellules d'électrolyse, subissant l'effet d'anodes et comportant plusieurs élec- trodes, il a été remarqué que l'effet d'anodes n'apparaissait pas d'une façon simultanée sur toutes les électrodes<B>à</B> la fois, mais qu'au contraire, peu -de temps avant que l'effet d'anodes total ne se produise, on constatait l'apparition de l'effet d'anodes sur l'une ou l'autre des électrodes.
Les dispositifs suivant l'invention per mettent la prédétermination des effets d'anodes en les munissant<B>dé</B> deux séries de contacts, la première série étant fermée par des écarts faibles autour de la position d'équi libre et servant ainsi au réglage automati que Gu non de la pro-fondeur d'immersion, alors que la seconde série signalera une di minution impartante, du courant sur une électrode quelconque, ce qui est l'annonce d'un effet d'anodes en préparation.
On peut utiliser soit des appareils avec les deux jeux de contacts décrits ci-dessus, soit deux appareils par électrodes, l'un réglé de façon<B>à</B> fermer ses contacts pour des écarte trop faibles, l'autre de façon<B>à</B> fermer ses contacts pour une -diminution importante du courant sur une électrode en vue de la constatation de l'effet d'anodes recberché.
On peut également ne disposer cette deuxième série de contacts ou ce second appa reil que sur une seule électrode en ayant soin -de régler celle-ci de façon<B>à,</B> ce que le courant la traversant soit en permanence plus élevé que le courant traversant chaeune des.autres électrodes, ce qui provoque, une électrolyse plus rapide de la zone de bain correspondante et permet d'obtenir plus tôt l'apparition de l'effet d'anodes sur l'électrode considérée.