EP1838901A2 - Procede de changement d'anode dans une cellule de production d'aluminium par electrolyse incluant un ajustement de la position de l'anode et machine de service pour le mettre en oeuvre - Google Patents

Procede de changement d'anode dans une cellule de production d'aluminium par electrolyse incluant un ajustement de la position de l'anode et machine de service pour le mettre en oeuvre

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Publication number
EP1838901A2
EP1838901A2 EP05809168A EP05809168A EP1838901A2 EP 1838901 A2 EP1838901 A2 EP 1838901A2 EP 05809168 A EP05809168 A EP 05809168A EP 05809168 A EP05809168 A EP 05809168A EP 1838901 A2 EP1838901 A2 EP 1838901A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
anode
handling tool
changing
replacement
determined
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05809168A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Alain Van Acker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fives ECL SAS
Original Assignee
ECL SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ECL SAS filed Critical ECL SAS
Publication of EP1838901A2 publication Critical patent/EP1838901A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
    • C25C7/06—Operating or servicing

Definitions

  • the invention relates to the production of aluminum by igneous electrolysis according to the Hall-Héroult method. It relates more particularly to anode changes and service units intended to effect anode changes in aluminum production plants.
  • Aluminum is produced industrially by igneous electrolysis in electrolysis cells according to the well-known Hall-Héroult process.
  • French patent application FR 2 806 742 (corresponding to US Pat. No. 6,409,894) describes installations of an electrolysis plant intended for the production of aluminum.
  • the electrolysis cells comprise a plurality of so-called "precooked" anodes of carbonaceous material which are consumed during the electrolytic reduction reactions of aluminum.
  • the gradual consumption of the anodes requires interventions on the electrolysis cells, including, in particular, the replacement of the spent anodes with new anodes.
  • the new anode In order to limit the disturbance of the operation of an electrolysis cell during an anode change, it is preferable to place the new anode so that its lower surface is at the same level as that of the other anodes of the anode. the cell. Correct leveling of the new anodes is usually done using essentially manual operations.
  • the rod of the spent anode is marked with a chalk line at a location corresponding to a specific reference on the anode frame.
  • the spent anode is extracted from the cell and deposited on a reference surface, which is typically a metal tray.
  • the level of the chalk line on the rod is raised, the spent anode is removed and a new anode is placed on the reference surface.
  • a chalk line is drawn on the stem of the new anode at the raised level.
  • the new anode is placed on the anode frame so that the chalk line is located at the determined mark on the anode frame.
  • the anode handling tool with a position sensor capable of measuring its elongation during anode change operations.
  • the elongation of the tool is measured when the worn anode is taken, the worn anode is deposited on a reference surface and the elongation of the tool is measured at the moment when the anode is rests on the reference surface.
  • the spent anode is removed, a new anode is deposited on the reference surface and the elongation of the tool is measured at the moment when the anode rests on the reference surface.
  • the difference between the last two elongations measured is added to the first elongation measured to determine the elongation to be subjected to the handling tool during positioning of the new anode in the electrolysis cell.
  • the invention relates to an anode-change method of an igneous electrolysis aluminum production cell comprising an anode frame and a plurality of anodes each provided with a metal rod, wherein, using at least one anode handling tool comprising a positioning member and a gripping member, replacing at least one spent anode determined by at least one replacement anode and positioning the replacement anode in a determined position in the electrolysis cell .
  • the position of the replacement anode is determined from a determined set of measurements of the position of a fixed point Po located on at least one anode handling tool with respect to a given set.
  • reference points ⁇ P ⁇ located on specific objects separated from the anode handling tool and associated with determined reference positions of the anode handling tool.
  • anode changing method according to the invention is characterized in that:
  • a fixed point Po is chosen solidarily connected to said tool; selecting a determined set of intermediate reference positions of an anode handling tool and associating at each position of said set an intermediate reference point located on specific objects separated from the anode handling tool;
  • a final reference position of an anode handling tool corresponding to said determined position of the replacement anode is chosen and this reference position is associated with a final reference point PF determined on a specific object separated from the anode handling tool; placing an anode handling tool in each of said intermediate reference positions and, for each position, measuring the relative position of the fixed point Po of the tool relative to the corresponding intermediate reference point;
  • the position of the replacement anode is adjusted using at least one measurement of the relative position of the fixed point Po of a handling tool with respect to the final reference point P F in order to position said tool in said final relative position.
  • Said measurements are preferably made by telemetry, typically optical, acoustic or radio telemetry, and preferably by laser telemetry.
  • Optical telemetry can use visible or invisible light.
  • the Applicant has had the idea of using the anode handling tool as a reference element to determine the position of the anodes during the anode changes, which makes it possible to carry out the measurements necessary for this determination during the manipulations. normal replacement of used anodes.
  • the invention thus makes it possible to substantially limit the handling operations required to determine the position of the replacement anode.
  • the same anode handling tool is preferably used to perform said measurements of the relative position, which makes it possible to have a single fixed point Po.
  • the invention also relates to a service machine for the anode change operations of a series of igneous electrolysis aluminum production cells comprising a plurality of anodes each provided with a metal rod, said machine comprising at least one anode handling tool comprising a positioning member and a gripping member, characterized in that it comprises a device for measuring the position of a fixed point Po situated on the anode handling tool with respect to at least one determined reference point P located on a specific object separate from the anode handling tool.
  • the anode changing process is advantageously carried out using the service machine according to the invention.
  • the invention also relates to a service unit of an igneous electrolysis aluminum production plant comprising a mobile bridge and at least one service machine according to the invention.
  • Figure 1 illustrates, in section, a typical electrolysis room for the production of aluminum and comprising a service unit shown schematically.
  • Figure 2 illustrates, in cross-sectional view, a typical electrolysis cell for the production of aluminum.
  • Figure 3 shows, schematically, a service machine viewed from the side.
  • Figure 4 schematically illustrates the measurement of the position according to a preferred embodiment of the invention.
  • FIGS 5 to 8 illustrate an embodiment of the anode changing method according to the invention.
  • Electrolysis plants for aluminum production include a liquid aluminum production zone that includes one or more electrolysis rooms (1). As illustrated in Figure 1, each electrolysis room (1) comprises electrolysis cells (2) and at least one service unit (4). Service units are often referred to as “electrolysis service machines” or “MSEs"("PTAs") or “Pot Tending Assembly” or “PTM” or “Pot Tending Machine” in English).
  • the electrolysis cells (2) are normally arranged in rows or rows, each row or line typically having more than one hundred cells, and electrically connected in series using connecting conductors.
  • the cells (2) are arranged to clear a circulation aisle (3) along the electrolysis room (1).
  • each electrolysis cell (2) comprises a tank (2 '), a support structure (35) called a "superstructure” and a plurality of anodes (20, 20').
  • the vessel (2 ') comprises a steel box (26), an inner liner (27, 28), which is generally formed of blocks of refractory materials, and a cathode assembly (29, 30), which comprises carbonaceous material (29), referred to as “cathode blocks", and metal connecting bars (30) to which the electrical conductors (31) for conveying the electrolysis current are fixed.
  • the anodes (20, 20 ') comprise at least one anode block (21, 21') of precured carbon material and a metal rod (22, 22 ').
  • the anode blocks (21, 21 ') typically have a parallelepiped shape.
  • the rod (22, 22 ') is typically attached to the anode block (s) (21, 21') via a fastener (22a, 22a '), generally referred to as a "multipode” which is anchored in the anode block (s) (typically using cast iron).
  • the anodes (20, 20 ') are removably attached to a movable metal frame (23), referred to as the "anode frame", by mechanical fastening means (24, 25) typically comprising a connector (24) and hooks ( 25).
  • the anode frame (23) is carried by the superstructure (35) and attached to electrical conductors (not shown) for routing the electrolysis current.
  • An electrolysis cell (2) generally comprises a hood system (36), typically comprising a series of hoods, for confining effiuents within the cell, and means (not shown) for evacuating the effiuents and direct to a treatment center.
  • the inner lining (27, 28) and the cathode blocks (29) form, inside the tank (2 '), a crucible adapted to contain the electrolyte bath (33) and a sheet of liquid metal (32). ) when the cell is in operation.
  • a cover of alumina and solidified bath (34) covers the electrolyte bath and all or part of the anodes.
  • the anodes (20, 20 '), and more precisely anode blocks (21, 21'), are partially immersed in the electrolyte bath (33), which contains dissolved alumina.
  • the bottom surface (21a, 21a ') of the anodes is typically substantially planar and parallel to the top surface (29 1 ) of the cathode blocks (29), which is generally horizontal.
  • the distance between the lower surface of the anodes and the upper surface of the cathode blocks, called “anode-cathode distance" is an important parameter in the regulation of the electrolysis cells.
  • the anode-cathode distance is generally controlled with great precision.
  • the anode blocks (21, 21 ') are gradually consumed in use. In order to compensate for this wear, it is common practice to gradually lower the anodes (20, 20 ') by regularly moving the anode frame (23) downwards. In addition, as illustrated in FIG. 2, the anode blocks (21, 21 ') are generally at different degrees of wear. Therefore, the position of the replacement anode (20 "), commonly referred to as" new anode ", relative to the anode frame (23) is generally adjusted at each anode change, more specifically, the position of the anodes is adjusted.
  • the so-called “lower” surface (21a, 21a ', 21a ") of the anode blocks (21, 21', 21") that is to say the surface of the anode blocks which is intended to be immersed in the electrolytic bath (33) contained in the electrolysis cell (2) and to be parallel to the upper surface (29 1 ) of the cathode block (s) (29)
  • the replacement anode (20 ) is placed so that, after reaching its operating temperature, its lower surface (2Ia") is located at the lower surface (21a 1 ) of the spent anode (20 ') than it replaces said lower surface (21a, 21a ', 21a ") of the anode blocks (21, 21', 21") is generally substantially planar .
  • the service unit (4) is used to carry out operations on the cells (2) such as the anode changes or the filling of the ground bath supply hoppers and the AlF 3 of the electrolysis cells. It can also be used to handle various loads, such as tank elements, pockets of liquid metal or anodes.
  • the service unit (4) comprises a movable bridge (5) which can be translated over the electrolysis cells (2) and a service machine (6).
  • the service machine (6) comprises a mobile carriage (7) and a service module (8) equipped with several handling and intervention devices (10), such as tools (shovels, keys, stitches, etc.). ).
  • the service module (8) typically comprises a turret (8 ') mounted on the carriage (7) so as to be pivotable about a vertical axis A in use.
  • the handling and intervention members (10) are typically attached to the turret.
  • the service module (8) may also include a control cabin (16) for the operators.
  • the movable bridge (5) rests and circulates on raceways (9, 9 ') arranged parallel to each other and to the main axis of the hall (and the queue of cells).
  • the mobile bridge (5) can thus be moved along the electrolysis room (1).
  • the movable carriage (7) can be moved along the movable bridge (5).
  • the service machines (6) used for the anode change operations are equipped with a set of tools (10), typically a picker (11a), a shovel bucket (12a), an anode gripping member (called “anode gripper”) (13a) and a hopper (14) provided with a collapsible duct (15).
  • a set of tools (10 typically a picker (11a), a shovel bucket (12a), an anode gripping member (called “anode gripper”) (13a) and a hopper (14) provided with a collapsible duct (15).
  • the piercer (11a) serves to break the crust of alumina and solidified bath (34) which generally covers all or part of the anodes of the cell;
  • the bucket shovel (12a) serves to clear the location of the anode, after removal of the spent anode, by removal of solids (such as pieces of crust and alumina) therein ;
  • the anode clamp (13a) serves to grip and manipulate the anodes by their rod, in particular for the removal of spent anodes from a cell electrolysis and the placement of new anodes in the electrolysis cell;
  • the retractable duct (15) is used to introduce alumina and / or ground bath in the electrolysis cell, so as to reform a coating layer, after the establishment of a new anode.
  • the breaker (11a), the bucket shovel (12a) and the anode clamp (13a) are typically mounted at the lower end of a positioning member (Hb, 12b, 13b), such as a mast or a telescopic arm.
  • a positioning member Hb, 12b, 13b
  • the expression “anode handling tool” (13) denotes the assembly comprising an anode gripping member (13a) and a positioning member (13b).
  • the method of changing an anode of an electrolytic aluminum production cell (2) having a plurality of anodes (20, 20 ') typically comprises the following basic steps:
  • a service machine is placed near the determined spent anode (20 ');
  • the covers (36) are removed near the worn anode (20 '); the anode frame (23) is immobilized to which the anodes (20, 20 ') are fixed;
  • the metal rod of the spent anode (20 ') is grasped with the aid of an anode handling tool (13), and more precisely with the aid of a gripping member (13a);
  • the used anode (20 ') is removed from the electrolysis cell by means of said handling tool (13);
  • the used anode (20 ') is deposited in a determined location
  • a position is determined for the replacement anode (20 "); the replacement anode (20") is placed at the determined position in the location initially occupied by the spent anode;
  • the replacement anode (20 ) is fixed on the anode frame (23) by means of a mechanical fixing means (24).
  • a position is determined for the replacement anode (20 ") from a determined set of measurements of the position of a given fixed point Po located on the anode handling tool (13). ) relative to reference points P determined on specific objects separated from the anode handling tool (13). Said measurements are made during the handling of the anodes, and preferably at certain times during the anode changing operations, such as taking the spent anode (20 '), depositing the spent anode in a determined location (40 '), typically a pallet, and taking the replacement anode from a specific location (40 "), typically a pallet, thus having the advantage of not requiring handling movements additional, which avoids, in particular, an elongation of the opening time of an electrolysis cell.
  • the reference points P are typically located on surface elements of small dimensions compared to the distances separating the fixed point Po and each reference point P during relative position measurements.
  • the reference points P are preferably located on reflecting surfaces (preferably metal surfaces).
  • the fixed point Po is located on the gripping member (13a) or on an element of the handling tool integral with the gripping member. This makes it possible to determine more precisely the position of the anode. Indeed, as the gripping member (13 a) moves relative to the other components (13b) of the anode handling tool (13) and relative to the service unit (4) during the anode handling, this arrangement avoids the measurement uncertainties related to the relative positions, and any gaps, between the gripping member (13a) and the other components (13b) of the anode handling tool (13) or the service unit (4).
  • the method according to the invention typically comprises, for the spent anode (20 ') and the replacement anode (20 "), at least one measurement of the relative position of the fixed point Po with respect to a connected reference point. to the electrolysis cell (2) and at least one measurement of the relative position of the fixed point Po relative to a reference point separated from the electrolysis cell (2) .
  • the reference point connected to the cell electrolysis which serves to determine the position of an anode in the cell, is typically located on an anode frame (23) (point PA and PF in Figures 5 and 8);
  • the separate reference point of the electrolysis cell, which serves for gauging the anodes is typically located on an anode transport pallet (40) (points PB and Pc in Figures 6 and 7).
  • the relative position measurements include:
  • This measurement is preferably performed when the gripping member (13a) is in the position of gripping the metal rod (22 1 ) of the spent anode (20 ') in the electrolysis cell;
  • This measurement is preferably performed when the gripping member (13a) is in the gripping position of the metal rod (22 ') of the spent anode (20') and the anode rests on the first reference object determined. (40 '); a third relative position measurement of a fixed point Po with respect to a third intermediate reference point Pc separated from the electrolysis cell (2), corresponding to the length of the replacement anode (20 ").
  • measurement is preferably performed when the gripping member (13a) is in the position of seizing the metal rod (22 ") of the replacement anode (20") and that the anode rests on the second reference object determined (40 ").
  • Said measure of the final relative position of a fixed point Po when adjusting the position of the replacement anode (20 ") in the electrolysis cell is preferably performed when the gripping member (13a) is in the gripping position of the metal rod (22 ") of the replacement anode and that the anode is placed in the electrolysis cell.
  • the following is more specifically carried out as follows:
  • the gripping member (13a) of an anode handling tool (13) is placed in a first reference position A with respect to the metal rod (22').
  • a first relative position of the fixed point Po of the tool is measured with respect to a first intermediate reference point PA determined on the electrolysis cell (2), preferably on the anode frame ( 23) ( Figure 5).
  • the gripping member (13a) of a tool is placed anode handling apparatus (13) in a second reference position B with respect to the metal rod (22 ') of the spent anode (20') and measuring a second relative position of the fixed point Po of the tool by relative to a second intermediate reference point P B determined at a specific location relative to the reference object (40 ') ( Figure 6).
  • the gripping member (13a) of an anode handling tool is placed (13) in a third reference position C with respect to the metal rod (22 ") of the replacement anode
  • said determined set of intermediate reference positions comprises:
  • a first reference position A with respect to the metal rod (22 ') of the spent anode (20') before removing it from the electrolysis cell (2).
  • This position corresponds to the initial position of the determined spent anode (20 ');
  • a second reference position B with respect to the metal rod (22 ') of the spent anode (20') after having removed it from the electrolysis cell (2) and placed it on a reference object (40 '). This position makes it possible to gauge the used anode (20 ');
  • This position is used to gauge the replacement anode (20 ").
  • said first and second reference positions are gripping positions of the metal rod (22 ') of the spent anode (20') and said third reference position is a gripping position of the metal rod (22 "). ) of the replacement anode (20 ").
  • the relative position measurements are made after grasping said metal rod (22 ', 22 ") by means of the gripping member (13a) of the anode handling tool (13).
  • said final reference position is a gripping position of the metal rod (22 ") of the replacement anode (20").
  • the intermediate reference point PA associated with the first reference position A is preferably located on the electrolysis cell (2), and preferably still located on the anode frame (23).
  • the final reference point P F determined is preferably the same as the intermediate reference point PA associated with the first reference position A.
  • the intermediate reference point PB associated with the second reference position B is typically located on a first reference object (40 ') located outside the electrolysis cell.
  • the reference object (40 ') is typically a transport pallet of the anodes or a part thereof.
  • the intermediate reference point Pc associated with the third reference position C is typically located on a second reference object (40 ") located outside the electrolysis cell
  • the second reference object (40") which may be the even that the first reference object is typically an anode transport pallet or part thereof.
  • Said second and third intermediate reference points (P B and Pc) are preferably at substantially the same level in order to avoid having to take into account a possible difference in level between these two points.
  • Said reference planes are preferably at the same level; they may be at different levels if the difference in level is known.
  • Said final reference position F is preferably an input position of the replacement anode (20 ") to facilitate adjustment of its position in the electrolysis cell.
  • the reference positions relative to the metal rod (22 ', 22 ") are preferably identical in order to avoid having to take into account the differences between these positions in the determination of the final position (F).
  • the final relative position corresponding to the determined position of the replacement anode (20 ") when it is placed in the initially occupied location by the spent anode is determined by calculation from the values obtained for the relative positions A, B and C.
  • reference points P which serve as markers for determining the position of the anode handling tool, are not necessarily located just below the fixed point Po, that is, that is, they can be offset from the vertical V of the fixed point Po.
  • the positions A, B, C and F correspond to three-dimensional position vectors which, as illustrated in FIG. be given by a direction ( ⁇ , ⁇ ) and a distance D between the reference point P and the point Po.
  • the direction ( ⁇ , ⁇ ) can be given, for example, by an angle ⁇ with respect to a given vertical axis V (typically passing through the fixed point Po) and an angle ⁇ with respect to a given horizontal axis H.
  • Said relative positions are advantageously given by a distance D between a fixed point Po and a reference point and the spatial orientation S of the reference point with respect to the fixed point Po.
  • the Applicant has found that it is sufficient to choose the reference points so that at least one of the two angles ⁇ and ⁇ is substantially the same for all the reference points.
  • the angle ⁇ of the reference point is generally the same for the spent anode (20 ') and the replacement anode (20 "), while the angle ⁇ and the distance D are different.
  • the angle ⁇ of the reference points P B and Pc which are typically situated at equivalent places on a reference object (40), is not involved in the determination of the relative position that is to say that only the angle ⁇ and the distance D measured for the spent anode (20 ') and the replacement anode (20 ") must be taken into account.
  • the two angles ⁇ and ⁇ are substantially the same for all the reference points, which limits the measurement of the position to the sole measurement of the distance D between the fixed point Po and the reference points.
  • the reference positions (typically A, B, C and F) and the corresponding reference points are chosen so that said spatial orientation S is substantially the same for all relative position measurements.
  • the distances (D A , DB and Dc) are measured between the fixed point Po and the intermediate reference point (PA, PB and Pc) corresponding to each of the intermediate measurement positions (A, B and C). ), determining said final relative position from the measured distances (DA, D B and Dc), and adjusting the position of the replacement anode (20 ") using at least one measurement of the distance Dp corresponding to the final relative position.
  • the same anode handling tool (13) is used to handle the spent anode (20 ') and the replacement anode (20 ") and to carry out said measurements of the relative position.
  • the use of a single fixed point Po avoids a calibration of measuring devices related to different tools and differences in distance measurement inherent in the use of separate tools.
  • the method according to the invention has the advantage of allowing to correct a change in the position of an anode caused by certain unpredictable events.
  • the method of the invention allows the anode to be placed. at the correct height relative to the other anodes when the reference point is on the anode frame, similarly, if an anode moves unexpectedly relative to the other anodes (which typically occurs when connector (24) does not sufficiently serve the anode rod (22)), the method according to the invention makes it possible to replace the anode at the correct height relative to the other anodes when the reference point is located on the frame anodic.
  • the method of changing the anode according to the invention can be implemented using a service machine (6) provided with a device (13c) for measuring the position of a fixed point Po located on the anode handling tool (13) with respect to at least one determined reference point P located on a specific object separate from the anode handling tool (13).
  • the measuring device (13c) preferably comprises a range finder for carrying out said measurement.
  • the rangefinder is typically selected from optical, acoustic or radio rangefinders.
  • the rangefinder is advantageously a laser rangefinder.
  • the distance between the range finder and a reference point P is typically determined from a measurement of the round trip travel time of a sound or ultrasonic wave (if the range finder is acoustic) or electromagnetic (if the range finder is optical or radio) between the range finder and the reference point.
  • Said wave is typically in the form of a beam, which is schematically represented by dashed lines in FIGS. 4 to 8.
  • the measuring device (13c) is preferably fixed on the gripping member (13a) or an element integral with the latter.
  • the measuring device (13c) comprises a transmitter of sound or electromagnetic wave beams and a sound or electromagnetic wave detector. These electromagnetic waves are typically visible light, infrared or radio waves.
  • the transmitter is advantageously a laser.
  • the transmitter and / or the detector are typically arranged close to each other and the fixed point Po is located close to them, which simplifies the determination of the position of Po relative to the reference points. P (in particular avoiding having to take into account the distances between the transmitter, the detector and the fixed point Po).
  • a beam of sound or electromagnetic waves (50) is emitted in the direction of a reference point P determined by means of the transmitter and the relative position of this reference point is determined at from the measurement of the sound or electromagnetic waves reflected by this reference point made using the detector and the relative position of the detector relative to the transmitter.
  • the position of a fixed point Po with respect to a determined reference point P is typically given by a direction ( ⁇ , ⁇ ) and a distance D between the fixed point Po and the reference point P.
  • direction ( ⁇ , ⁇ ) can be determined from the measurement of the orientation of a directional detector.
  • the distance D is typically determined from a measurement of the travel time of the sound or electromagnetic waves between the emission and the detection and of the relative position of the detector with respect to the transmitter, in particular the distance between the transmitter and the transmitter. the detector and the angular difference between the beam emission direction and the beam detection direction.
  • the emitter and the detector are preferably fixed integrally to one another or to a common rigid support.
  • the emitter and / or the detector are typically fixed on the gripping member (13a) or a member secured thereto. So advantageously, the transmitter and the detector are arranged side by side, that is to say that the distance between them is very small compared to the distance D.
  • anode handling tool (13) In order to compensate for any gaps between the components of the anode handling tool (13) and between the anode gripping member (13a) and an anode rod (22, 22% it is advantageous to perform relative position measurements always in tension, that is to say after having tensioned the kinematic chain of the tool (before loosening of the connector (24) which holds the anode rod on the anode frame (23)), in order to take account of said clearances, it is advantageous to provide the anode handling tool (13) with a means for measuring the tension in the tool, such that a axial dynamometer, which allows to know when the kinematic chain of the tool is in tension or in compression and to determine the moment when the mechanical games are all taken in the same direction.
  • the measurements of intermediate relative positions (A, B and C) can be performed with or without the intervention of an operator.
  • the measurements can be manual, ie an operator records the data obtained at each stage of the process, or automated in whole or in part, that is to say that a computerized device carries out automatically all or some of the measurements. Determination of the final relative position corresponding to the determined position of the replacement anode can also be performed by an operator using the values obtained for the intermediate position measurements (A, B and C).
  • said position measurements (A, B, C, F) are advantageously carried out wholly or partly in a computer manner.
  • the measuring device (13c) advantageously comprises a system for recording the measurements made and for determining said position F corresponding to the replacement anode (20 ").

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Abstract

L'invention a pour objet un procédé de changement d'anode d'une cellule de production d'aluminium par électrolyse ignée (2) dans lequel on utilise au moins un outil de manutention d'anode (13) comportant un organe de positionnement (13b) et un organe de préhension (13a), et caractérisé en ce que, lors des opérations de remplacement d'une anode usée déterminée (20') par une anode de remplacement (20"), on détermine la position de l'anode de remplacement (20") à partir d'un ensemble déterminé de mesures de la position d'un point fixe Po situé sur au moins un outil de manutention d'anode (13) par rapport à un ensemble déterminé de points de référence P situés sur des objets déterminés séparés de l'outil de manutention d'anode. L'invention a également pour objet une machine de service permettant de mettre en oevre le procédé. L'invention permet de limiter sensiblement les opérations de manutention requises pour déterminer la position de l'anode de remplacement.

Description

PROCÉDÉ DE CHANGEMENT D'ANODE DANS UNE CELLULE DE
PRODUCTION D'ALUMINIUM PAR ÉLECTROLYSE INCLUANT UN
AJUSTEMENT DE LA POSITION DE L'ANODE ET MACHINE DE
SERVICE POUR LE METTRE EN OEUVRE
Domaine de l'invention
L'invention concerne la production d'aluminium par électrolyse ignée selon le procédé de Hall-Héroult. Elle concerne plus particulièrement les changements d'anode et les unités de service destinées à effectuer les changements d'anode dans les usines de production d'aluminium.
Etat de la technique
L'aluminium est produit industriellement par électrolyse ignée dans des cellules d'électrolyse suivant le procédé bien connu de Hall-Héroult. La demande de brevet français FR 2 806 742 (correspondant au brevet américain US 6 409 894) décrit des installations d'une usine d'électrolyse destinée à la production d'aluminium.
Selon la technologie la plus répandue, les cellules d'électrolyse comportent une pluralité d'anodes dites "précuites" en matériau carboné qui sont consommées lors des réactions de réduction électrolytique de raluminium. La consommation progressive des anodes nécessite des interventions sur les cellules d'électrolyse parmi lesquelles figure, notamment, le remplacement des anodes usées par des anodes neuves.
Afin de limiter la perturbation du fonctionnement d'une cellule d'électrolyse lors d'un changement d'anode, il est préférable de placer l'anode neuve de manière à ce que sa surface inférieure soit au même niveau que celle des autres anodes de la cellule. La mise à niveau correcte des anodes neuves est généralement effectuée à l'aide d'opérations essentiellement manuelles. Typiquement, la tige de l'anode usée est marquée d'un trait de craie à un endroit correspondant à un repère déterminé sur le cadre anodique. L'anode usée est extraite de la cellule et déposée sur une surface de référence, qui est typiquement un plateau métallique. Le niveau du trait de craie sur la tige est relevé, l'anode usée est retirée et une anode neuve est placée sur la surface de référence. Un trait de craie est tracé sur la tige de l'anode neuve au niveau relevé. L'anode neuve est placée sur le cadre anodique de façon à ce que le trait de craie soit situé au niveau du repère déterminé sur le cadre anodique. Ces opérations nécessitent l'intervention d'un opérateur dans la zone d'action des outils de manutention des anodes et l'exposent aux risques inhérents à ces opérations, tels que les risques de décrochement de la charge et les projections de métal liquide.
Il est également connu de munir l'outil de manutention des anodes d'un capteur de position apte à mesurer son allongement lors des opérations de changement d'anode. Dans ce cas, on mesure l'allongement de l'outil lors de la prise de l'anode usée, on dépose l'anode usée sur une surface de référence et on mesure l'allongement de l'outil au moment où l'anode repose sur la surface de référence. On retire l'anode usée, on dépose une anode neuve sur la surface de référence et on mesure l'allongement de l'outil au moment où l'anode repose sur la surface de référence. L'écart entre les deux derniers allongements mesurés est ajouté au premier allongement mesuré afin de déterminer l'allongement à faire subir à l'outil de manutention lors du positionnement de l'anode neuve dans la cellule d'électrolyse.
Ces différentes façons de procéder nécessitent de multiples manipulations d'anode et le déplacement de la surface de référence d'une zone de travail à une autre. Le temps passé à ces opérations allonge considérablement les temps de cycle d'intervention sur les cellules d'électrolyse et la période de temps pendant laquelle les capots des cuves restent ouverts, ce qui réduit l'efficacité des moyens de captation des effiuents produits par les cellules d'électrolyse. La demanderesse a donc recherché une procédure et des moyens qui permettent d'éviter ces inconvénients.
Description de l'invention
L'invention a pour objet un procédé de changement d'anode d'une cellule de production d'aluminium par électrolyse ignée comportant un cadre anodique et une pluralité d'anodes munies chacune d'une tige métallique, dans lequel, utilisant au moins un outil de manutention d'anode comportant un organe de positionnement et un organe de préhension, on remplace au moins une anode usée déterminée par au moins une anode de remplacement et on positionne l'anode de remplacement dans une position déterminée dans la cellule d'électrolyse.
Selon l'invention, on détermine la position de l'anode de remplacement à partir d'un ensemble déterminé de mesures de la position d'un point fixe Po situé sur au moins un outil de manutention d'anode par rapport à un ensemble déterminé de points de référence {P} situés sur des objets déterminés séparés de l'outil de manutention d'anode et associés à des positions de référence déterminées de l'outil de manutention d'anode.
Plus précisément, le procédé de changement d'anode selon l'invention est caractérisé en ce que :
- pour au moins un outil de manutention d'anode, on choisit un point fixe Po solidairement lié audit outil ; - on choisit un ensemble déterminé de positions de référence intermédiaires d'un outil de manutention d'anode et on associe à chaque position dudit ensemble un point de référence intermédiaire situé sur des objets déterminés séparés de l'outil de manutention d'anode ;
- on choisit une position de référence finale d'un outil de manutention d'anode correspondant à ladite position déterminée de l'anode de remplacement et on associe à cette position de référence un point de référence final PF déterminé situé sur un objet déterminé séparé de l'outil de manutention d'anode ; - on place un outil de manutention d'anode dans chacune desdites positions de référence intermédiaires et, pour chaque position, on mesure la position relative du point fixe Po de l'outil par rapport au point de référence intermédiaire correspondant ;
- à partir desdites mesures de position relative, on détermine une position relative finale du point fixe Po d'un outil de manutention par rapport au point de référence final PF déterminé correspondant à ladite position déterminée de l'anode de remplacement dans la cellule d'électrolyse ;
- on ajuste la position de l'anode de remplacement à l'aide d'au moins une mesure de la position relative du point fixe Po d'un outil de manutention par rapport au point de référence final PF de manière à positionner ledit outil dans ladite position relative finale.
Lesdites mesures sont de préférence effectuées par télémétrie, typiquement par télémétrie optique, acoustique ou radioélectrique, et de préférence par télémétrie laser. La télémétrie optique peut utiliser de la lumière visible ou invisible.
La demanderesse a eu l'idée d'utiliser l'outil de manutention d'anode comme élément de référence pour déterminer la position des anodes lors des changements d'anode, ce qui permet d'effectuer les mesures nécessaires à cette détermination pendant les manipulations normales de remplacement des anodes usées. L'invention permet ainsi de limiter sensiblement les opérations de manutention requises pour déterminer la position de l'anode de remplacement.
On utilise de préférence le même outil de manutention d'anode pour effectuer lesdites mesures de la position relative, ce qui permet d'avoir un seul point fixe Po.
L'invention a aussi pour objet une machine de service destinée aux opérations de changement d'anode d'une série de cellules de production d'aluminium par électrolyse ignée comportant une pluralité d'anodes munies chacune d'une tige métallique, ladite machine comportant au moins un outil de manutention d'anode comprenant un organe de positionnement et un organe de préhension, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif pour mesurer la position d'un point fixe Po situé sur l'outil de manutention d'anode par rapport à au moins un point de référence P déterminé situé sur un objet déterminé séparé de l'outil de manutention d'anode.
Le procédé de changement d'anode est avantageusement mis en oeuvre à l'aide de la machine de service selon l'invention.
L'invention a encore pour objet une unité de service d'une usine de production d'aluminium par électrolyse ignée comprenant un pont mobile et au moins une machine de service selon l'invention.
L'invention est décrite plus en détail ci-après à l'aide des figures annexées.
La figure 1 illustre, vue en section, une salle d'électrolyse typique destinée à la production d'aluminium et comprenant une unité de service représentée de manière schématique.
La figure 2 illustre, vue en section transversale, une cellule d'électrolyse typique destinée à la production d'aluminium.
La figure 3 représente, de manière schématique, une machine de service vue de côté.
La figure 4 illustre schématiquement la mesure de la position selon un mode de réalisation préféré de l'invention.
Les figures 5 à 8 illustrent un mode de réalisation du procédé de changement d'anode selon l'invention.
Les usines d'électrolyse destinées à la production d'aluminium comprennent une zone de production d'aluminium liquide qui comprend une ou plusieurs salles d'électrolyse (1). Tel qu'illustré à la figure 1, chaque salle d'électrolyse (1) comporte des cellules d'électrolyse (2) et au moins une unité de service (4). Les unités de service sont souvent appelées "machines de service électrolyse" ou "M.S.E" ("PTA" ou "Pot Tending Assembly" ou "PTM" ou "Pot Tending Machine" en langue anglaise).
Les cellules d'électrolyse (2) sont normalement disposées en rangées ou files, chaque rangée ou file comportant typiquement plus d'une centaine de cellules, et raccordées électriquement en série à l'aide de conducteurs de liaison. Les cellules (2) sont disposées de manière à dégager une allée de circulation (3) le long de la salle d'électrolyse (1).
Tel qu'illustré à la figure 2, chaque cellule d'électrolyse (2) comprend une cuve (2'), une structure de support (35) appelée "superstructure" et une pluralité d'anodes (20, 20'). La cuve (2') comprend un caisson (26) en acier, un revêtement intérieur (27, 28), qui est généralement formé par des blocs en matériaux réfractaires, et un ensemble cathodique (29, 30), qui comprend des blocs en matériau carboné (29), appelés "blocs cathodiques", et des barres de raccordement métalliques (30) auxquelles sont fixés les conducteurs électriques (31) servant à l'acheminement du courant d'électrolyse. Les anodes (20, 20') comportent au moins un bloc anodique (21, 21') en matériau carboné précuit et une tige métallique (22, 22'). Les blocs anodiques (21, 21') ont typiquement une forme parallélépipédique. La tige (22, 22') est typiquement fixée au(x) bloc(s) anodique(s) (21, 21') par l'intermédiaire d'un élément de fixation (22a, 22a'), généralement appelé "multipode", qui est ancré dans le(s) bloc(s) anodique(s) (typiquement à l'aide de fonte). Les anodes (20, 20') sont fixées de manière amovible à un cadre métallique mobile (23), appelé "cadre anodique", par des moyens de fixation mécaniques (24, 25) comprenant typiquement un connecteur (24) et des crochets (25). Le cadre anodique (23) est porté par la superstructure (35) et fixé à des conducteurs électriques (non illustrés) servant à l'acheminement du courant d'électrolyse.
Une cellule d'électrolyse (2) comporte généralement un système de capotage (36), comprenant typiquement une série de capots, pour confiner les effiuents à l'intérieur de la cellule, et des moyens (non illustrés) pour évacuer les effiuents et les diriger vers un centre de traitement. Le revêtement intérieur (27, 28) et les blocs cathodiques (29) forment, à l'intérieur de la cuve (2'), un creuset apte à contenir le bain d'électrolyte (33) et une nappe de métal liquide (32) lorsque la cellule est en fonctionnement. En général, une couverture d'alumine et de bain solidifié (34) recouvre le bain d'électrolyte et tout ou partie des anodes.
Les anodes (20, 20'), et plus précisément des blocs anodiques (21, 21'), sont partiellement immergées dans le bain d'électrolyte (33), qui contient de l'alumine dissoute. La surface inférieure (21 a, 21 a') des anodes est typiquement essentiellement plane et parallèle à la surface supérieure (291) des blocs cathodiques (29), qui est généralement horizontale. La distance entre la surface inférieure des anodes et la surface supérieure des blocs cathodiques, dite "distance anode-cathode", est un paramètre important dans la régulation des cellules d'électrolyse. La distance anode- cathode est généralement contrôlée avec une grande précision.
Les blocs anodiques (21, 21') sont progressivement consommés en utilisation. Afin de compenser cette usure, il est de pratique courante d'abaisser progressivement les anodes (20, 20') en déplaçant régulièrement le cadre anodique (23) vers le bas. En outre, tel qu'illustré à la figure 2, les blocs anodiques (21, 21') sont généralement à des degrés d'usure différents. Par conséquent, la position de l'anode de remplacement (20"), communément appelé "anode neuve", par rapport au cadre anodique (23) est généralement ajustée à chaque changement d'anode. Plus précisément, la position des anodes est ajustée de façon à mettre sur un plan commun la surface dite "inférieure" (21a, 21a', 21a") des blocs anodiques (21, 21', 21"), c'est-à-dire la surface des blocs anodiques qui est destinée à être immergée dans le bain électrolytique (33) contenu dans la cellule d'électrolyse (2) et à être parallèle à la surface supérieure (291) du ou des blocs cathodiques (29). En pratique, l'anode de remplacement (20") est placée de manière à ce que, après avoir atteint sa température de fonctionnement, sa surface inférieure (2Ia") se situe au niveau de la surface inférieure (21a1) de l'anode usée (20') qu'elle remplace. Ladite surface inférieure (21a, 21a', 21a") des blocs anodiques (21, 21', 21") est généralement essentiellement plane. L'unité de service (4) sert à effectuer des opérations sur les cellules (2) telles que les changements d'anode ou le remplissage des trémies d'alimentation en bain broyé et en AlF3 des cellules d'électrolyse. Elle peut également servir à manutentionner des charges diverses, telles que des éléments de cuve, des poches de métal liquide ou des anodes.
Tel qu'illustré aux figures 1 et 3, l'unité de service (4) comprend un pont mobile (5) qui peut être translaté au-dessus des cellules d'électrolyse (2) et une machine de service (6). La machine de service (6) comporte un chariot mobile (7) et un module de service (8) équipé de plusieurs organes de manutention et d'intervention (10), tels que des outils (pelles, clés, piqueurs,...). Tel qu'illustré à la figure 3, le module de service (8) comporte typiquement une tourelle (8') montée sur le chariot (7) de manière à pouvoir pivoter autour d'un axe vertical A en utilisation. Les organes de manutention et d'intervention (10) sont typiquement fixés à la tourelle. Le module de service (8) peut également comporter une cabine de contrôle (16) pour les opérateurs.
Le pont mobile (5) repose et circule sur des chemins de roulement (9, 9') disposés parallèlement l'un à l'autre et à l'axe principal du hall (et de la file de cellules). Le pont mobile (5) peut ainsi être déplacé le long de la salle d'électrolyse (1). Le chariot mobile (7) peut être déplacé le long du pont mobile (5).
Tel qu'illustré à la figure 3, les machines de service (6) utilisées pour les opérations de changement d'anode sont équipées d'un ensemble déterminé d'outils (10), à savoir typiquement un piqueur (lia), une pelle à godets (12a), un organe de préhension d'anode (appelé "pince à anodes") (13a) et une trémie (14) munie d'un conduit escamotable (15). Le piqueur (l ia) sert à briser la croûte d'alumine et de bain solidifié (34) qui couvre généralement tout ou partie des anodes de la cellule ; la pelle à godets (12a) sert à dégager l'emplacement de l'anode, après le retrait de l'anode usée, par enlèvement des matières solides (telles que des morceaux de croûte et de l'alumine) qui s'y trouvent ; la pince à anodes (13a) sert à saisir et à manipuler les anodes par leur tige, notamment pour l'enlèvement des anodes usées d'une cellule d'électrolyse et la mise en place d'anodes neuves dans la cellule d'électrolyse ; le conduit escamotable (15) sert à introduire de l'alumine et/ou du bain broyé dans la cellule d'électrolyse, de manière à reformer une couche de revêtement, après la mise en place d'une anode neuve. Le piqueur (l ia), la pelle à godets (12a) et la pince à anodes (13a) sont typiquement montés à l'extrémité inférieure d'un organe de positionnement (Hb, 12b, 13b), tel qu'un mât ou un bras télescopique. L'expression "outil de manutention d'anode" (13) désigne l'ensemble comprenant un organe de préhension d'anode (13a) et un organe de positionnement (13b).
Le procédé de changement d'une anode d'une cellule (2) de production d'aluminium par électrolyse comportant une pluralité d'anodes (20, 20') comporte typiquement les étapes de base suivantes :
- on place une machine de service à proximité de l'anode usée déterminée (20') ;
- on retire les capots (36) situés à proximité de l'anode usée (20') ; - on immobilise le cadre anodique (23) auquel sont fixées les anodes (20, 20') ;
- on saisit la tige métallique de l'anode usée (20') à l'aide d'un outil de manutention d'anode (13), et plus précisément à l'aide d'un organe de préhension (13a) ;
- on défait la fixation mécanique (24) de l'anode usée ;
- on retire l'anode usée (20') de la cellule d'électrolyse à l'aide dudit outil de manutention (13) ;
- on dépose l'anode usée (20') dans un endroit déterminé ;
- on saisit une anode de remplacement (20") à l'aide d'un outil de manutention (13), généralement le même outil que celui qui a servi à manutentionner l'anode usée ;
- on détermine une position pour l'anode de remplacement (20") ; - on place l'anode de remplacement (20") à la position déterminée dans l'emplacement initialement occupé par l'anode usée ;
- on fixe l'anode de remplacement (20") sur le cadre anodique (23) à l'aide d'un moyen fixation mécanique (24).
Selon l'invention, on détermine une position pour l'anode de remplacement (20") à partir d'un ensemble déterminé de mesures de la position d'un point fixe déterminé Po situé sur l'outil de manutention d'anode (13) par rapport à des points de référence P déterminés situés sur des objets déterminés séparés de l'outil de manutention d'anode (13). Lesdites mesures sont effectuées lors de la manutention des anodes, et de préférence à des moments déterminés durant les opérations de changement d'anode, tels que la prise de l'anode usée (20'), le dépôt de l'anode usée dans un endroit déterminé (40'), typiquement une palette, et la prise de l'anode de remplacement d'un endroit déterminé (40"), typiquement une palette. L'invention présente ainsi l'avantage de ne pas nécessiter des mouvements de manutention supplémentaires, ce qui permet d'éviter, en particulier, un allongement du temps d'ouverture d'une cellule d'électrolyse.
Afin d'obtenir une précision satisfaisante de la position du point Po, tout en permettant un repérage efficace des points de référence P, ces derniers se situent typiquement sur des éléments de surface de petites dimensions par rapport aux distances qui séparent le point fixe Po et chaque point de référence P lors des mesures de position relative. Afin de faciliter les mesures, les points de référence P sont de préférence situés sur des surfaces réfléchissantes (de préférence des surfaces métalliques).
De préférence, le point fixe Po est situé sur l'organe de préhension (13a) ou sur un élément de l'outil de manutention solidaire de l'organe de préhension. Ceci permet de déterminer plus précisément la position de l'anode. En effet, comme l'organe de préhension (13 a) se déplace par rapport aux autres composants (13b) de l'outil de manutention d'anode (13) et par rapport à l'unité de service (4) lors de la manutention des anodes, cette disposition évite les incertitudes de mesure liées aux positions relatives, et aux éventuels jeux, entre l'organe de préhension (13a) et les autres composants (13b) de l'outil de manutention d'anode (13) ou l'unité de service (4).
Le procédé selon l'invention comporte typiquement, pour l'anode usée (20') et pour l'anode de remplacement (20"), au moins une mesure de la position relative du point fixe Po par rapport à un point de référence relié à la cellule d'électrolyse (2) et au moins une mesure de la position relative du point fixe Po par rapport à un point de référence séparé de la cellule d'électrolyse (2). Le point de référence relié à la cellule d'électrolyse, qui sert à la détermination de la position d'une anode dans la cellule, est typiquement situé sur un cadre anodique (23) (point PA et PF sur les figures 5 et 8) ; le point de référence séparé de la cellule d'électrolyse, qui sert au jaugeage des anodes, est typiquement situé sur une palette de transport (40) d'anode (points PB et Pc sur les figures 6 et 7).
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les mesures de position relative comprennent :
- une première mesure de position relative d'un point fixe Po par rapport à un premier point de référence intermédiaire PA situé sur la cellule d'électrolyse (2), correspondant à la position initiale de l'anode usée (20'). Cette mesure est de préférence effectuée lorsque l'organe de préhension (13a) est en position de saisie de la tige métallique (221) de l'anode usée (20') dans la cellule d'électrolyse ;
- une deuxième mesure de position relative d'un point fixe Po par rapport à un deuxième point de référence intermédiaire PB séparé de la cellule d'électrolyse (2), correspondant à la longueur de l'anode usée déterminée (20'). Cette mesure est de préférence effectuée lorsque l'organe de préhension (13a) est en position de saisie de la tige métallique (22') de l'anode usée (20') et que l'anode repose sur le premier objet de référence déterminé (40') ; - une troisième mesure de position relative d'un point fixe Po par rapport à un troisième point de référence intermédiaire Pc séparé de la cellule d'électrolyse (2), correspondant à la longueur de l'anode de remplacement (20"). Cette mesure est de préférence effectuée lorsque l'organe de préhension (13a) est en position de saisie de la tige métallique (22") de l'anode de remplacement (20") et que l'anode repose sur le deuxième objet de référence déterminé (40").
Ladite mesure de la position relative finale d'un point fixe Po lors de l'ajustement de la position de l'anode de remplacement (20") dans la cellule d'électrolyse est de préférence effectuée lorsque l'organe de préhension (13a) est en position de saisie de la tige métallique (22") de l'anode de remplacement et que l'anode est placée dans la cellule d'électrolyse. Dans le mode de réalisation de l'invention qui est illustré aux figures 5 à 8, on procède plus précisément comme suit :
Avant de retirer une anode usée déterminée (20'), on place l'organe de préhension (13a) d'un outil de manutention d'anode (13) dans une première position de référence A par rapport à la tige métallique (22') de l'anode usée et on mesure une première position relative du point fixe Po de l'outil par rapport à un premier point de référence intermédiaire PA déterminé situé sur la cellule d'électrolyse (2), de préférence sur le cadre anodique (23) (figure 5).
Après avoir retiré l'anode usée (20') et posée celle-ci sur un objet de référence (40'), qui comporte de préférence un plan de référence déterminé, on place l'organe de préhension (13a) d'un outil de manutention d'anode (13) dans une deuxième position de référence B par rapport à la tige métallique (22') de l'anode usée (20') et on mesure une deuxième position relative du point fixe Po de l'outil par rapport à un deuxième point de référence intermédiaire PB déterminé situé à un endroit déterminé par rapport à l'objet de référence (40') (figure 6).
Après avoir posé une anode de remplacement (20") sur un objet de référence (40"), qui comporte de préférence un plan de référence déterminé, on place l'organe de préhension (13a) d'un outil de manutention d'anode (13) dans une troisième position de référence C par rapport à la tige métallique (22") de l'anode de remplacement
(20") et on mesure une troisième position relative du point fixe Po de l'outil par rapport à un troisième point de référence intermédiaire déterminé Pc situé à un endroit déterminé par rapport à l'objet de référence (40") (figure 7).
Ainsi, dans ce mode de réalisation de l'invention, ledit ensemble déterminé de positions de référence intermédiaires comprend :
- une première position de référence A par rapport à la tige métallique (22') de l'anode usée (20') avant de la retirer de la cellule d'électrolyse (2). Cette position correspond à la position initiale de l'anode usée déterminée (20') ; - une deuxième position de référence B par rapport à la tige métallique (22') de l'anode usée (20') après l'avoir retirée de la cellule d'électrolyse (2) et l'avoir posée sur un objet de référence (40'). Cette position permet de jauger l'anode usée (20') ;
- une troisième position de référence C par rapport à la tige métallique (22") d'une anode de remplacement (20") après l'avoir posée sur un objet de référence (40").
Cette position permet de jauger l'anode de remplacement (20").
De préférence, lesdites première et deuxième positions de référence sont des positions de saisie de la tige métallique (22') de l'anode usée (20') et ladite troisième position de référence est une position de saisie de la tige métallique (22") de l'anode de remplacement (20"). De préférence, on effectue les mesures de position relative après avoir saisi ladite tige métallique (22', 22") à l'aide de l'organe de préhension (13a) de l'outil de manutention d'anode (13).
De préférence, ladite position de référence finale est une position de saisie de la tige métallique (22") de l'anode de remplacement (20").
Le point de référence intermédiaire PA associé à la première position de référence A est de préférence situé sur la cellule d'électrolyse (2), et de préférence encore situé sur le cadre anodique (23). Afin de simplifier la détermination de la position finale de l'anode de remplacement (20"), le point de référence final PF déterminé est de préférence le même que le point de référence intermédiaire PA associé à la première position de référence A.
Le point de référence intermédiaire PB associé à la deuxième position de référence B est typiquement situé sur un premier objet de référence (40') situé hors de la cellule d'électrolyse. L'objet de référence (40') est typiquement une palette de transport des anodes ou une partie de celles-ci.
Le point de référence intermédiaire Pc associé à la troisième position de référence C est typiquement situé sur un deuxième objet de référence (40") situé hors de la cellule d'électrolyse. Le deuxième objet de référence (40"), qui peut être le même que le premier objet de référence, est typiquement une palette de transport des anodes ou une partie de celles-ci.
Lesdits deuxième et troisième points de référence intermédiaires (PB et Pc) se situent de préférence sensiblement au même niveau afin d'éviter d'avoir à prendre en compte une éventuelle différence de niveau entre ces deux points.
Lesdits plans de référence sont préférablement au même niveau ; ils peuvent être à des niveaux différents si la différence de niveau est connue.
Utilisant les résultats obtenus pour lesdites mesures de position relative dans lesdites première, deuxième et troisième positions (A, B, C), on détermine une position finale (F) du point fixe Po d'un outil de manutention d'anode (13) par rapport à un point de référence final PF déterminé, qui est de préférence ledit premier point de référence PA, correspondant à la position de l'anode de remplacement (20") dans la cellule d'électrolyse (20') lorsque l'organe de préhension (13a) de l'outil de manutention (13) est dans ladite position de référence finale F, on place l'anode de remplacement (20") à cette position dans l'emplacement initialement occupé par l'anode usée (20') et on ajuste la position de l'anode de remplacement par au moins une mesure de la position du point fixe Po de l'outil qui porte l'anode par rapport au point de référence final PF (figure 8).
Ladite position de référence finale F est de préférence une position de saisie de l'anode de remplacement (20") afin de faciliter l'ajustement de sa position dans la cellule d'électrolyse.
Les positions de référence par rapport à la tige métallique (22', 22") sont préférablement identiques afin d'avoir à éviter de prendre en compte les écarts entre ces positions dans la détermination de la position finale (F).
La position relative finale correspondant à la position déterminée de l'anode de remplacement (20") lors de sa mise en place dans l'emplacement initialement occupé par l'anode usée est déterminée par calcul à partir des valeurs obtenues pour les positions relatives A, B et C. Afin de placer l'anode de remplacement (20") de manière à ce que sa surface inférieure (2Ia") se situe au niveau de la surface inférieure (21a1) de l'anode usée (20') qu'elle remplace, on ajuste la position finale F de l'anode de remplacement (20") par rapport au point de référence PF de telle sorte que la distance verticale Ep entre le point fixe Po et le point de référence final Pp obéit à la relation EF = EA - EB + Ec + Δ, où EA, EB et Ec sont respectivement les distances verticales E entre le point fixe Po et le point de référence correspondant (PA, PB et Pc) dans les positions A, B et C et où Δ est un terme de correction pour prendre en compte la mise en régime de fonctionnement de l'anode de remplacement dans la cellule.
Comme le montre la figure 4, les points de référence P, qui servent de repères pour la détermination de la position de l'outil de manutention d'anode, ne sont pas nécessairement situés juste en dessous du point fixe Po, c'est-à-dire qu'ils peuvent être décalés par rapport à la vertical V du point fixe Po. Les positions A, B, C et F correspondent à des vecteurs de position en trois dimensions qui, tel qu'illustré à la figure 4, peuvent être donnés par une direction (θ, φ) et une distance D entre le point de référence P et le point Po. La direction (θ, φ) peut être donnée, par exemple, par un angle θ par rapport à un axe vertical déterminé V (passant typiquement par le point fixe Po) et un angle φ par rapport à un axe horizontal déterminé H. Lesdites positions relatives sont avantageusement données par une distance D entre un point fixe Po et un point de référence et l'orientation spatiale S du point de référence par rapport au point fixe Po.
La demanderesse a constaté qu'il était suffisant de choisir les points de référence de façon à ce qu'au moins un des deux angles φ et θ soit sensiblement le même pour tous les points de référence. En particulier, l'angle φ du point de référence est généralement le même pour l'anode usée (20') et l'anode de remplacement (20"), alors que l'angle θ et la distance D sont différents. D'autre part, l'angle φ des points de référence PB et Pc, qui sont typiquement situés à des endroits équivalents sur un objet de référence (40), n'intervient pas dans la détermination de la position relative finale, c'est-à-dire que seuls l'angle θ et la distance D mesurées pour l'anode usée (20') et l'anode de remplacement (20") doivent être pris en compte. Dans ces conditions, la position relative finale du point Po par rapport au point de référence PF, correspondant à la position déterminée de l'anode de remplacement (20"), sera donnée par les relations ψF = ΦA et DF COS ΘF = DA COS OA - DB COS OB + Dc cos Oc + Δ, où Δ est un terme de correction pour prendre en compte la mise en régime de fonctionnement de l'anode de remplacement dans la cellule.
Ces variantes simplifiées de l'invention limitent le nombre de coordonnées à mesurer et évitent les incertitudes de détermination de la position de l'anode de remplacement provenant de la mesure de plusieurs coordonnées.
De préférence, les deux angles φ et θ sont sensiblement les mêmes pour tous les points de référence, ce qui limite la mesure de la position à la seule mesure de la distance D entre le point fixe Po et les points de référence. Ainsi, dans un mode de réalisation préféré de l'invention, on choisit les positions de référence (typiquement A, B, C et F) et les points de référence correspondants de façon à ce que ladite orientation spatiale S soit sensiblement la même pour toutes les mesures de position relative. Dans ce mode de réalisation, on mesure les distances (DA, DB et Dc) entre le point fixe Po et le point de référence intermédiaire (PA, PB et Pc) correspondant à chacune des positions de mesure intermédiaires (A, B et C), on détermine ladite position relative finale à partir des distances mesurées (DA, DB et Dc), et on ajuste la position de l'anode de remplacement (20") à l'aide d'au moins une mesure de la distance Dp correspondant à la position relative finale.
De préférence, on utilise le même outil de manutention d'anode (13) pour manutentionner l'anode usée (20') et l'anode de remplacement (20") et pour effectuer lesdites mesures de la position relative. Cette variante conduit à l'utilisation d'un seul point fixe Po et permet ainsi d'éviter un étalonnage des dispositifs de mesure liés à des outils distincts et les différences de mesure de distance inhérentes à l'utilisation d'outils distincts. Dans ce cas, on dépose l'anode usée (20') avant de saisir l'anode de remplacement (20") avec l'organe de préhension (13a). Compte tenu de la présence d'un repère absolu Po sur l'outil de manutention des anodes, le procédé selon l'invention présente l'avantage de permettre de corriger une modification de la position d'une anode provoquée par certains événements imprévisibles. Par exemple, si le cadre anodique (23) est déplacé durant les opérations de changement d'anode (ce qui survient typiquement suite à la détection d'un effet d'anode), le procédé selon l'invention permet de placer l'anode de remplacement (20") à la hauteur correcte par rapport aux autres anodes lorsque le point de référence est situé sur le cadre anodique. De façon similaire, si une anode se déplace intempestivement par rapport aux autres anodes (ce qui survient typiquement lorsqu'un connecteur (24) ne sert pas suffisamment la tige de l'anode (22)), le procédé selon l'invention permet de replacer l'anode à la hauteur correcte par rapport aux autres anodes lorsque le point de référence est situé sur le cadre anodique.
Le procédé de changement d'anode selon l'invention peut être mis en oeuvre à l'aide d'une machine de service (6) munie d'un dispositif (13c) pour mesurer la position d'un point fixe Po situé sur l'outil de manutention d'anode (13) par rapport à au moins un point de référence P déterminé situé sur un objet déterminé séparé de l'outil de manutention d'anode (13).
Le dispositif de mesure (13c) comporte de préférence un télémètre pour effectuer ladite mesure. Le télémètre est typiquement choisi parmi les télémètres optique, acoustique ou radioélectrique. Le télémètre est avantageusement un télémètre laser. La distance entre le télémètre et un point de référence P est typiquement déterminée à partir d'une mesure du temps de parcours aller-retour d'une onde sonore ou ultrasonore (si le télémètre est acoustique) ou électromagnétique (si le télémètre est optique ou radioélectrique) entre le télémètre et le point de référence. Ladite onde est typiquement sous forme d'un faisceau, qui est représenté schématiquement par des lignes pointillées sur les figures 4 à 8. Afin d'éviter l'influence des jeux intermédiaires sur la précision des mesures de position, le dispositif de mesure (13c) est de préférence fixé sur l'organe de préhension (13a) ou un élément solidaire de celui-ci.
Typiquement, le dispositif de mesure (13 c) comporte un émetteur de faisceaux d'ondes sonores ou électromagnétiques et un détecteur d'ondes sonores ou électromagnétiques. Les dites ondes électromagnétiques sont typiquement de la lumière visible, des infrarouges ou des ondes radio. L'émetteur est avantageusement un laser. L'émetteur et/ou le détecteur sont typiquement disposés à proximité l'un de l'autre et le point fixe Po est situé à proximité de ceux-ci, ce qui simplifie la détermination de la position de Po par rapport aux points de référence P (en évitant notamment d'avoir à prendre en compte les distances entre rémetteur, le détecteur et le point fixe Po).
Ainsi, selon l'invention, on émet un faisceau d'ondes sonores ou électromagnétiques (50) en direction d'un point de référence P déterminé à l'aide de l'émetteur et on détermine la position relative de ce point de référence à partir de la mesure des ondes sonores ou électromagnétiques réfléchies par ce point de référence effectuée à l'aide du détecteur et de la position relative du détecteur par rapport à l'émetteur.
Comme indiqué plus haut, la position d'un point fixe Po par rapport à un point de référence P déterminé est typiquement donnée par une direction (θ, φ) et une distance D entre le point fixe Po et le point de référence P. La direction (θ, φ) peut être déterminée à partir de la mesure de l'orientation d'un détecteur directionnel. La distance D est typiquement déterminée à partir d'une mesure du temps de parcours des ondes sonores ou électromagnétiques entre l'émission et la détection et de la position relative du détecteur par rapport à l'émetteur, notamment la distance entre l'émetteur et le détecteur et l'écart angulaire entre la direction d'émission du faisceau et la direction de détection du faisceau. Afin d'augmenter la précision de la mesure, l'émetteur et le détecteur sont de préférence fixés de manière solidaire l'un à l'autre ou sur un support rigide commun. L'émetteur et/ou le détecteur sont typiquement fixés sur l'organe de préhension (13a) ou un élément solidaire de celui-ci. De manière avantageuse, l'émetteur et le détecteur sont disposés côte à côte, c'est-à-dire que la distance qui les sépare est très faible par rapport à la distance D.
Afin de compenser les jeux éventuels entre les composants de l'outil de manutention d'anodes (13) et entre l'organe de préhension d'anode (13a) et une tige d'anode (22, 22% il est avantageux d'effectuer les mesures de position relative toujours soit en traction, c'est-à-dire après avoir mis en tension la chaîne cinématique de l'outil (avant desserrement du connecteur (24) qui maintient la tige de l'anode sur le cadre anodique (23)), soit en compression. Afin de pouvoir tenir compte desdits jeux, il est avantageux de munir l'outil de manutention des anodes (13) d'un moyen de mesure de la tension dans l'outil, tel qu'un dynamomètre axial, qui permet de connaître le moment où la chaîne cinématique de l'outil est en traction ou en compression et de déterminer le moment où les jeux mécaniques sont tous repris dans le même sens.
Les mesures de positions relatives intermédiaires (A, B et C) peuvent être effectuées avec ou sans l'intervention d'un opérateur. Les prises de mesure peuvent être manuelles, c'est-à-dire qu'un opérateur enregistre les données obtenues à chaque étape du procédé, ou automatisées en tout ou partie, c'est-à-dire qu'un appareil informatisé effectue de manière automatique tout ou partie des mesures. La détermination de la position relative finale correspondant à la position déterminée de l'anode de remplacement peut également être effectuée par un opérateur à l'aide des valeurs obtenues pour les mesures de position intermédiaires (A, B et C). Afin d'alléger la tâche des opérateurs et d'éviter les erreurs de calcul, lesdites mesures de position (A, B, C, F) sont avantageusement effectuées en tout ou partie de manière informatique. Le dispositif de mesure (13c) comporte avantageusement un système pour enregistrer les mesures effectuées et pour déterminer ladite position F correspondant à l'anode de remplacement (20").

Claims

REVENDICATIONS
Procédé de changement d'anode d'une cellule de production d'aluminium par électrolyse ignée (2) comportant un cadre anodique (23) et une pluralité d'anodes (20) munies chacune d'une tige métallique (22), dans lequel, utilisant au moins un outil de manutention d'anode (13) comportant un organe de positionnement (13b) et un organe de préhension (13 a), on remplace au moins une anode usée déterminée (20') par au moins une anode de remplacement (20") et on positionne l'anode de remplacement (20") dans une position déterminée dans la cellule d'électrolyse (2), ledit procédé étant caractérisé en ce que :
- pour au moins un outil de manutention d'anode (13), on choisit un point fixe Po solidairement lié audit outil ; - on choisit un ensemble déterminé de positions de référence intermédiaires d'un outil de manutention d'anode (13) et on associe à chaque position dudit ensemble un point de référence intermédiaire situé sur des objets déterminés séparés de l'outil de manutention d'anode (13) ;
- on choisit une position de référence finale d'un outil de manutention d'anode (13) correspondant à ladite position déterminée de l'anode de remplacement
(20") et on associe à cette position de référence un point de référence final PF déterminé situé sur un objet déterminé séparé de l'outil de manutention d'anode
(13) ;
- on place un outil de manutention d'anode (13) dans chacune desdites positions de référence intermédiaires et, pour chaque position, on mesure la position relative du point fixe Po de l'outil par rapport au point de référence intermédiaire correspondant ;
- à partir desdites mesures de position relative, on détermine une position relative finale du point fixe Po d'un outil de manutention (13) par rapport au point de référence final PF déterminé correspondant à ladite position déterminée de l'anode de remplacement (20") dans la cellule d'électrolyse (2) ; - on ajuste la position de l'anode de remplacement (20") à l'aide d'au moins une mesure de la position relative du point fixe Po d'un outil de manutention (13) par rapport au point de référence final PF de manière à positionner ledit outil dans ladite position relative finale.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le point de référence final PF est situé sur la cellule d'électrolyse (2).
3. Procédé de changement d'anode selon la revendication 2, caractérisé en ce que le point de référence final PF est situé sur le cadre anodique (23) de la cellule d'électrolyse (2).
4. Procédé de changement d'anode selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite position relative finale est une position de saisie de la tige métallique (22") de l'anode de remplacement (20").
5. Procédé de changement d'anode selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit ensemble déterminé de positions de référence intermédiaires comprend : - une première position de référence A par rapport à la tige métallique (22') de l'anode usée (20') avant de la retirer de la cellule d'électrolyse (2) ;
- une deuxième position de référence B par rapport à la tige métallique (22') de l'anode usée (20') après l'avoir retirée de la cellule d'électrolyse (2) et l'avoir posée sur un objet de référence (40') ; - une troisième position de référence C par rapport à la tige métallique (22") d'une anode de remplacement (20") après l'avoir posée sur un objet de référence (40").
6. Procédé de changement d'anode selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdites première et deuxième positions de référence sont des positions de saisie de la tige métallique (22') de l'anode usée (20') et ladite troisième position de référence est une position de saisie de la tige métallique (22") de l'anode de remplacement (20").
7. Procédé de changement d'anode selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le point de référence intermédiaire PA associé à la première position de référence A est situé sur la cellule d'électrolyse (2).
8. Procédé de changement d'anode selon la revendication 7, caractérisé en ce que le point de référence intermédiaire PA est situé sur le cadre anodique (23).
9. Procédé de changement d'anode selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que ledit point de référence final PF déterminé est le même que le point de référence intermédiaire PA associé à la première position de référence A.
10. Procédé de changement d'anode selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que le point de référence intermédiaire PB associé à la deuxième position de référence B est situé sur un premier objet de référence (40') situé hors de la cellule d'électrolyse.
11. Procédé de changement d'anode selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'objet de référence (40') est une palette de transport des anodes.
12. Procédé de changement d'anode selon l'une quelconque des revendications 5 à 11, caractérisé en ce que le point de référence intermédiaire Pc associé à la troisième position de référence C est situé sur un deuxième objet de référence (40") situé hors de la cellule d'électrolyse.
13. Procédé de changement d'anode selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'objet de référence (40") est une palette de transport des anodes.
14. Procédé de changement d'anode selon l'une quelconque des revendications 1 à
13, caractérisé en ce qu'on utilise le même outil de manutention d'anode (13) pour manutentionner l'anode usée (20') et l'anode de remplacement (20") et pour effectuer lesdites mesures de la position relative.
15. Procédé de changement d'anode selon l'une quelconque des revendications 1 à
14, caractérisé en ce que lesdites positions relatives sont données par une distance D entre un point fixe Po et un point de référence et l'orientation spatiale S du point de référence par rapport au point fixe Po.
16. Procédé de changement d'anode selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'on choisit les positions de référence et les points de référence correspondants de façon à ce que ladite orientation spatiale S soit sensiblement la même pour toutes les mesures de position relative.
17. Procédé de changement d'anode selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que lesdites mesures sont effectuées par télémétrie.
18. Procédé de changement d'anode selon la revendication 17, caractérisé en ce que ladite télémétrie est choisie parmi les télémétries optique, acoustique et radioélectrique.
19. Procédé de changement d'anode selon la revendication 18, caractérisé en ce que ladite télémétrie est une télémétrie laser.
20. Procédé de changement d'anode selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que le point fixe Po est situé sur l'organe de préhension (13a) ou sur un élément de l'outil de manutention (13) solidaire de l'organe de préhension (13a).
21. Machine de service (6) destinée aux opérations de changement d'anode d'une série de cellules de production d'aluminium par électrolyse ignée (2) comportant une pluralité d'anodes (20) munies chacune d'une tige métallique (22), ladite machine comportant au moins un outil de manutention d'anode (13) comprenant un organe de positionnement (13b) et un organe de préhension (13a), caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif (13c) pour mesurer la position d'un point fixe Po situé sur l'outil de manutention d'anode (13) par rapport à au moins un point de référence P déterminé situé sur un objet déterminé séparé de l'outil de manutention d'anode (13).
22. Machine de service (6) selon la revendication 21, caractérisé en ce que le point fixe Po est situé sur l'organe de préhension (13a) ou sur un élément de l'outil de manutention (13) solidaire de l'organe de préhension (13a).
23. Machine de service (6) selon l'une quelconque des revendications 21 ou 22, caractérisée en ce que le dispositif de mesure (13c) comporte un télémètre pour effectuer ladite mesure.
24. Machine de service (6) selon la revendication 23, caractérisée en ce que le télémètre est choisi parmi les télémètres optiques, acoustiques ou radioélectriques.
25. Machine de service (6) selon la revendication 24, caractérisée en ce que le télémètre est un télémètre laser.
26. Machine de service (6) selon l'une quelconque des revendications 21 à 25, caractérisée en ce que le dispositif de mesure (13c) est fixé sur l'organe de préhension (13a) ou un élément solidaire de celui-ci.
27. Machine de service (6) selon l'une quelconque des revendications 21 à 26, caractérisée en ce que l'outil de manutention d'anode (13) est muni d'un moyen de mesure de Ia tension dans l'outil, tel qu'un dynamomètre axial.
28. Machine de service (6) selon l'une quelconque des revendications 21 à 27, caractérisée en ce que le dispositif de mesure (13c) comporte un système pour enregistrer les mesures effectuées et pour déterminer ladite position A' correspondant à l'anode de remplacement (20").
29. Unité de service (4) d'une usine de production d'aluminium par électrolyse ignée comprenant un pont mobile (5) et au moins une machine de service (6) selon l'une quelconque des revendications 21 à 28.
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