CA1214752A - Barre cathodique comportant une semelle metallique, pour cuves d'electrolyse hall-heroult - Google Patents
Barre cathodique comportant une semelle metallique, pour cuves d'electrolyse hall-heroultInfo
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- 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
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Abstract
Barre cathodique assurant l'extraction du courant d'une cuve pour la production d'aluminium par électrolyse, selon le procédé Hall-Héroult, scellée dans au moins une rainure ouverte à la base de chacun des blocs carbonés formant la cathode de la cuve d'électrolyse. La barre cathodique se prolonge par une semelle métallique en contact électrique avec la base des blocs carbonés sur au moins 20 % de la surface totale de cette base. La semelle est constituée par une tôle métallique d'une épaisseur au moins égale à 4 mm, et, de préférence, au moins égale à 10 mm, soudée à la barre cathodique avant la mise en place du bloc carboné dans la cuve. Pour empêcher les infiltrations d'électrolyte dans l'espace sous-cathodique, la face inférieure de la semelle est placée en relation superposée et en contact électrique avec un écran métallique, épais, continu, disposé à la partie supérieure du garnissage isolant thermique.
Description
L'invention se rapporte à la construction des cuves d'électrolyse pour la production d'aluminium par électrolyse le procédé Hall-Héroult. Elle concerne plus particulièrement une barre cathodique comportant une semelle métallique, destinée à augmenter la section de passage et à uniformiser la répartition du courant cathodique et à un procédé pour la réalisation d'une telle barre cathodique.
La cathode d'une cuve d'électrolyse Hall-Héroult est constituée par la juxtaposition d'un ensemble de blocs carbonés, munis, à leur base inférieure, d'une (ou parfois deux) rainure(s) ouverte(s) dans lesquelles sont scellées, généralement par coulée de fonte, des barres d'acier de section carrée, rectangulaire ou circulaire, sur lesquelles sont raccordés les conducteurs de liaison entre les cuves successives formant une série.
Les barres d'acier servant à l'extraction du courant cathodique offrent dont une surface de contact limitée avec le carbone, ce qui provoque une chute de ten-sion non négligeable à l'interface carbone/fonte.
~0 Pour réduire cette chute de tension, il est égale-ment connu d'augmenter la section de la barre d'acier, au moins dans la zone scellée dans le carbone, tout en gardant une section normale ou rétrécie à la traversée de la partie extérieure du calorifugeage de la cuve, de façon à éviter des fuites thermiques trop importantes.
Cependant, une telle action est forcément limitée, car l'épaisseur de carbone des ailes de la rainure doit être suffisante pour résister mécaniquement aux contraintes dues à la dilatation thermique de la barre cathodique, et de son scellement, lors de la mise en régime de la cuve.
La présente invention a pour objet d'augmenter de façon substantielle (plus de 10%) la section d'acier disponible pour l'évacuation du courant cathodique, et la surface de contact entre le carbone et les conducteurs 75~
cathodiques.
Selon la présente invention, il est prévu une barre cathodique assurant l'extraction du courant d'une cuve pour la production d'aluminium par électrolyse, selon le procedé Hall-Héroult, scellée dans au moins une rainure ouverte à la base de chacun des blocs carbonés formant la cathode de la cuve d'électrolyse, caractérisée en ce que ladite barre cathodique se prolonge par une semelle métal-lique en contact électrique avec la base des blocs carbonés sur au moins 20~ de la surface totale de cette base.
De préférence, la semelle est soudée à la barre cathodique pour assurer le passage du courant électrique.
En outre, on peut disposer sous la semelle, un écran continu en acier, en contact électrique avec la semelle, ce qui permet d'éviter les infiltrations d'alumi-nium liquide et de cryolithe fondue, ce qui augmente sensi-blement la durée de vie de la cuve d'électrolyse.
Selon la présente invention, il est également prévu un procédé de réalisation d'une barre cathodique assurant l'extraction du courant d'une cuve pour la produc-tion d'aluminium par électrolyse selon le procédé Hall-Héroult, caractérisé en ce que:
- on prend un bloc carboné formant cathode dans une cuve d'électrolyse et muni d'une rainure à sa base inférieure et on retourne ce bloc carboné pour que la rainure se présente vers le haut, et on scelle une barre cathodique à l'intérieur de ladite rainure, - on pose sur la face supérieure du bloc carboné
retourné une couche élastique conductrice, - on pose sur cette couche élastique une semelle '-et on applique cette semelle fortement contre ladite couche élastique, - on relie ladite semelle à la barre cathodique, et ~2~L75~
- on retourne le bloc carboné à sa position normale de façon à ce que la semelle et la couche élastique soient dirigees vers le bas.
Des modes de réalisation préférentiels vont main-tenant être décrits à titre dtexemples non limitatifs en seréférant aux dessins attachés dans lesquels:
La figure 1 se rapporte à l'art antérieur.
Les figures 2 à 15 illustrent la mise en oeuvre de l'invention.
Toutes les figures sont des représentations en coupe verticale de différents modes de réalisation selon l'invention.
La figure 1 montre la disposition classique d'un bloc cathodique carboné 1 dans lequel la barre 2A est scellée par de la fonte 3.
Dans ce cas, la barre effleure à la base du bloc carboné. Sur la partie droite de la figure 1, la barre 2B
dans une variante d'exécution, peut dépasser plus ou moins du plan de base du bloc carboné 3. Les blocs cathodiques successifs sont assemblés le plus souvent par un joint 4 en pâte carbonée.
La figure 2 illustre un premier mode de mise en oeuvre de l'invention. Sur la barre cathodique 2, on a soudé deux tôles épaisses en acier doux 5 reliées à la base du bloc carboné 1 par une couche de matériau elastique électriquement conducteur 6.
En variante ~igure 2A, la semelle en acier 5 peut être constituée par un colaminé acier-cuivre, la face cuivrée 5A étant en contact soit directement avec le bloc carboné 1, soit par l'intermédiaire de la couche conduc-trice élastique 6. De préférence, l'épaisseur de la couche de cuivre 5A doit être supérieure à une valeur minimale, que l'on peut estimer à environ 5% de la couche d'acier, correspondant à la solubilité du cuivre dans l'acier à
900-950C, de façon que toute la couche de cuivre ne 75~
disparaisse pas par diffusion à l'etat solide dans l'acier.
La malléabilite du cuivre à chaud facilite l'etablissement d'un bon con-tact avec le bloc cathodique et peut, le cas echeant, compenser en partie des deformations de la semelle en acier.
En outre, la conductivite électrique du cuivre etant tres supérieure a celle de l'acier, il s'ensuit un abaissement significatif de la chute de tension dans les collecteurs cathodiques.
La figure 3 montre les quatre stades 3a, 3b, 3c, 3d de la procedure utili-see pour réaliser le montage de la figure 2.
La figure 3a montre la premiere étape :
Le bloc de carbone (1) ayant été retourné pour que la rainure (7) se pré-sente vers le haut, on scelle la barre cathodique (2) par coulée de fon-te (3).
La figure 3~ montre la deuxieme étape :
Après scellement de la barre cathodique (2), on pose sur la face supéri-eure du bloc retourné une couche élastique (6), conductrice électrique :
~n ?eut avantageus ~ent utiliser un f~utre de ~arbone ou de graphite, ou encore une feuille de graphite laminé, ou encore un complexe formé par collage d'une bande de feutre de carbone ou de graphite et d'une bande de graphite lamine.
A titre d'exemple, on peut utiliser des feutres de graphi~e RYG, ou du 9'PAPYEX" * (marques de commerce de la Société " Le Carbone-Lorraine").
La figure 3c montre la troisieme étape :
On pose sur la couche de liaison élastique (6), la semelle (5) constituée par deux tôles épaisses en acier que l'on applique fortement, par pressage, sur la couche de liaison elastique (6).
On peut alors réaliser des cordons de soudure (8), de preference continus, pour relier ces tôles epaisses a la barre cathodique : on a ainsi reali-se une semelle d'acier reliee électriquement a la barre cathodique. L'e-paisseur de la semelle est au moins égale a 4 mm et, de préférence, au ~, f~li t-7~2 moins égale à 10 mm et généralement de l'ordre de 10 à 15 mm.
La section de la barre cathodique peut être par exemple, de 160 x 120 mm.
La figure 3d montre le bloc carboné cathodique re~
mis en position normale par retournement.
La figure 4 montre une variante de l'invention où
la semelle d'acier est située à cheval entre deux blocs carbonés cathodiques, et en contact électrique avec ces deux blocs.
La figure S montre qu'au moment de la réalisation du montage, il est préférable de prévoir un léger jeu entre les semelles (5) de deux blocs adjacents (1) et (1') de fa-con que lorsque la température de fonctionnement normal est atteinte, et du fait de la dilatation plus importante de la semelle d'acier comparativement au bloc carboné, les bords des deux semelles adjacentes (5) et (5'), se retrouvent en contact avec une pression juste suffisante pour assurer une soudure à chaud de ces bords entre eux, sans que cette pres-sion ne soit excessive au point d'entralner une déformation des semelles, préjudiciables au contact électrique entre blocs carbonés et semelles d'acier.
Les extrémités en regard des deux semelles adja-centes (5) et (5') peuvent être perpendiculaires au plan de la semelle et parallèles entre elles comme représenté, sur la figure, ou taillées en biseau (figures 5a, 5b).
Les flans des biseaux de (5) et (5') peuvent être parallèles entre eux (5A) ou non (5B).
Pour empêcher la pénétration de produits pulvéru-lents provenant du lit de pose (11) dans le jeu (9) entre les deux tôles (5) et (5'), on peut prévoir l'interposition d'une bande de tôle mince (10) faisant office de joint. Cette tôle évite également que la pâte carbonée qui remplit le joint (4) ne s'écoule, lors de la première chauffe, dans l'espace (9).
~ j~
- 4a -La valeur du jeu (9) nécessaire au montage ou à la pose dépend de la nature exacte du bloc carboné: à base d'anthracite, ou semi-graphite ou semi-graphitisé ou gra-phite, et de la dimension exacte des blocs et des semelles, ainsi que de la nature et de l'épaisseur du joint entre Ll~
/
., ~4~
carbones : blocs collés entre eux ou séparés par un petit joint (4) de pâte de brasque. Généralement, ce jeu sera déEini par un rapport e/L de l'ordre de 1 à 2 %.
La figure 6 montre le détail de montage des bandes d'etancheite (IO). La bande superieure (IOA) est soudee par exemple sur la tôle (5) et la bande inferieure (IOB) est soudee sur la tôle (5') de telle sorte que, lors de la première chauffe, elles peuvent coulisser librement et prendre leur place definitive.
Par ailleurs, et à condition de prevoir un rainurage adequat dans les blocs cathodiques tl~, on peut placer à la partie inferieure du joint ~4) une pièce en graphite à faible porosite (12) qui ameliore l'etancheite du joint ~4) et reduit les risques d'inEiltration de cryolithe fondue lors du démarrage de la cuve d'électrolyse.
La figure 7 montre une autre variante de réalisation du joint entre les semelles (5) et (5') de blocs cathodiques adjacents (I) et (1'). On re-nonce à établir une soudure directe entre (5) et (5') et on dispose dans le jeu (9) un joint souple (I4), de preference conducteur electrique et compressible, tel que de la tresse de graphite, ou un tube metallique a paroi mince (epaisseur inferieure à la moitie de l'epaisseur de la semel-le (5) ou (5'~, reposant librement entre les bandes IOA et IOB. ~n peut, en outre, au montage, prevoir un recouvrement et un collage des feuilles
La cathode d'une cuve d'électrolyse Hall-Héroult est constituée par la juxtaposition d'un ensemble de blocs carbonés, munis, à leur base inférieure, d'une (ou parfois deux) rainure(s) ouverte(s) dans lesquelles sont scellées, généralement par coulée de fonte, des barres d'acier de section carrée, rectangulaire ou circulaire, sur lesquelles sont raccordés les conducteurs de liaison entre les cuves successives formant une série.
Les barres d'acier servant à l'extraction du courant cathodique offrent dont une surface de contact limitée avec le carbone, ce qui provoque une chute de ten-sion non négligeable à l'interface carbone/fonte.
~0 Pour réduire cette chute de tension, il est égale-ment connu d'augmenter la section de la barre d'acier, au moins dans la zone scellée dans le carbone, tout en gardant une section normale ou rétrécie à la traversée de la partie extérieure du calorifugeage de la cuve, de façon à éviter des fuites thermiques trop importantes.
Cependant, une telle action est forcément limitée, car l'épaisseur de carbone des ailes de la rainure doit être suffisante pour résister mécaniquement aux contraintes dues à la dilatation thermique de la barre cathodique, et de son scellement, lors de la mise en régime de la cuve.
La présente invention a pour objet d'augmenter de façon substantielle (plus de 10%) la section d'acier disponible pour l'évacuation du courant cathodique, et la surface de contact entre le carbone et les conducteurs 75~
cathodiques.
Selon la présente invention, il est prévu une barre cathodique assurant l'extraction du courant d'une cuve pour la production d'aluminium par électrolyse, selon le procedé Hall-Héroult, scellée dans au moins une rainure ouverte à la base de chacun des blocs carbonés formant la cathode de la cuve d'électrolyse, caractérisée en ce que ladite barre cathodique se prolonge par une semelle métal-lique en contact électrique avec la base des blocs carbonés sur au moins 20~ de la surface totale de cette base.
De préférence, la semelle est soudée à la barre cathodique pour assurer le passage du courant électrique.
En outre, on peut disposer sous la semelle, un écran continu en acier, en contact électrique avec la semelle, ce qui permet d'éviter les infiltrations d'alumi-nium liquide et de cryolithe fondue, ce qui augmente sensi-blement la durée de vie de la cuve d'électrolyse.
Selon la présente invention, il est également prévu un procédé de réalisation d'une barre cathodique assurant l'extraction du courant d'une cuve pour la produc-tion d'aluminium par électrolyse selon le procédé Hall-Héroult, caractérisé en ce que:
- on prend un bloc carboné formant cathode dans une cuve d'électrolyse et muni d'une rainure à sa base inférieure et on retourne ce bloc carboné pour que la rainure se présente vers le haut, et on scelle une barre cathodique à l'intérieur de ladite rainure, - on pose sur la face supérieure du bloc carboné
retourné une couche élastique conductrice, - on pose sur cette couche élastique une semelle '-et on applique cette semelle fortement contre ladite couche élastique, - on relie ladite semelle à la barre cathodique, et ~2~L75~
- on retourne le bloc carboné à sa position normale de façon à ce que la semelle et la couche élastique soient dirigees vers le bas.
Des modes de réalisation préférentiels vont main-tenant être décrits à titre dtexemples non limitatifs en seréférant aux dessins attachés dans lesquels:
La figure 1 se rapporte à l'art antérieur.
Les figures 2 à 15 illustrent la mise en oeuvre de l'invention.
Toutes les figures sont des représentations en coupe verticale de différents modes de réalisation selon l'invention.
La figure 1 montre la disposition classique d'un bloc cathodique carboné 1 dans lequel la barre 2A est scellée par de la fonte 3.
Dans ce cas, la barre effleure à la base du bloc carboné. Sur la partie droite de la figure 1, la barre 2B
dans une variante d'exécution, peut dépasser plus ou moins du plan de base du bloc carboné 3. Les blocs cathodiques successifs sont assemblés le plus souvent par un joint 4 en pâte carbonée.
La figure 2 illustre un premier mode de mise en oeuvre de l'invention. Sur la barre cathodique 2, on a soudé deux tôles épaisses en acier doux 5 reliées à la base du bloc carboné 1 par une couche de matériau elastique électriquement conducteur 6.
En variante ~igure 2A, la semelle en acier 5 peut être constituée par un colaminé acier-cuivre, la face cuivrée 5A étant en contact soit directement avec le bloc carboné 1, soit par l'intermédiaire de la couche conduc-trice élastique 6. De préférence, l'épaisseur de la couche de cuivre 5A doit être supérieure à une valeur minimale, que l'on peut estimer à environ 5% de la couche d'acier, correspondant à la solubilité du cuivre dans l'acier à
900-950C, de façon que toute la couche de cuivre ne 75~
disparaisse pas par diffusion à l'etat solide dans l'acier.
La malléabilite du cuivre à chaud facilite l'etablissement d'un bon con-tact avec le bloc cathodique et peut, le cas echeant, compenser en partie des deformations de la semelle en acier.
En outre, la conductivite électrique du cuivre etant tres supérieure a celle de l'acier, il s'ensuit un abaissement significatif de la chute de tension dans les collecteurs cathodiques.
La figure 3 montre les quatre stades 3a, 3b, 3c, 3d de la procedure utili-see pour réaliser le montage de la figure 2.
La figure 3a montre la premiere étape :
Le bloc de carbone (1) ayant été retourné pour que la rainure (7) se pré-sente vers le haut, on scelle la barre cathodique (2) par coulée de fon-te (3).
La figure 3~ montre la deuxieme étape :
Après scellement de la barre cathodique (2), on pose sur la face supéri-eure du bloc retourné une couche élastique (6), conductrice électrique :
~n ?eut avantageus ~ent utiliser un f~utre de ~arbone ou de graphite, ou encore une feuille de graphite laminé, ou encore un complexe formé par collage d'une bande de feutre de carbone ou de graphite et d'une bande de graphite lamine.
A titre d'exemple, on peut utiliser des feutres de graphi~e RYG, ou du 9'PAPYEX" * (marques de commerce de la Société " Le Carbone-Lorraine").
La figure 3c montre la troisieme étape :
On pose sur la couche de liaison élastique (6), la semelle (5) constituée par deux tôles épaisses en acier que l'on applique fortement, par pressage, sur la couche de liaison elastique (6).
On peut alors réaliser des cordons de soudure (8), de preference continus, pour relier ces tôles epaisses a la barre cathodique : on a ainsi reali-se une semelle d'acier reliee électriquement a la barre cathodique. L'e-paisseur de la semelle est au moins égale a 4 mm et, de préférence, au ~, f~li t-7~2 moins égale à 10 mm et généralement de l'ordre de 10 à 15 mm.
La section de la barre cathodique peut être par exemple, de 160 x 120 mm.
La figure 3d montre le bloc carboné cathodique re~
mis en position normale par retournement.
La figure 4 montre une variante de l'invention où
la semelle d'acier est située à cheval entre deux blocs carbonés cathodiques, et en contact électrique avec ces deux blocs.
La figure S montre qu'au moment de la réalisation du montage, il est préférable de prévoir un léger jeu entre les semelles (5) de deux blocs adjacents (1) et (1') de fa-con que lorsque la température de fonctionnement normal est atteinte, et du fait de la dilatation plus importante de la semelle d'acier comparativement au bloc carboné, les bords des deux semelles adjacentes (5) et (5'), se retrouvent en contact avec une pression juste suffisante pour assurer une soudure à chaud de ces bords entre eux, sans que cette pres-sion ne soit excessive au point d'entralner une déformation des semelles, préjudiciables au contact électrique entre blocs carbonés et semelles d'acier.
Les extrémités en regard des deux semelles adja-centes (5) et (5') peuvent être perpendiculaires au plan de la semelle et parallèles entre elles comme représenté, sur la figure, ou taillées en biseau (figures 5a, 5b).
Les flans des biseaux de (5) et (5') peuvent être parallèles entre eux (5A) ou non (5B).
Pour empêcher la pénétration de produits pulvéru-lents provenant du lit de pose (11) dans le jeu (9) entre les deux tôles (5) et (5'), on peut prévoir l'interposition d'une bande de tôle mince (10) faisant office de joint. Cette tôle évite également que la pâte carbonée qui remplit le joint (4) ne s'écoule, lors de la première chauffe, dans l'espace (9).
~ j~
- 4a -La valeur du jeu (9) nécessaire au montage ou à la pose dépend de la nature exacte du bloc carboné: à base d'anthracite, ou semi-graphite ou semi-graphitisé ou gra-phite, et de la dimension exacte des blocs et des semelles, ainsi que de la nature et de l'épaisseur du joint entre Ll~
/
., ~4~
carbones : blocs collés entre eux ou séparés par un petit joint (4) de pâte de brasque. Généralement, ce jeu sera déEini par un rapport e/L de l'ordre de 1 à 2 %.
La figure 6 montre le détail de montage des bandes d'etancheite (IO). La bande superieure (IOA) est soudee par exemple sur la tôle (5) et la bande inferieure (IOB) est soudee sur la tôle (5') de telle sorte que, lors de la première chauffe, elles peuvent coulisser librement et prendre leur place definitive.
Par ailleurs, et à condition de prevoir un rainurage adequat dans les blocs cathodiques tl~, on peut placer à la partie inferieure du joint ~4) une pièce en graphite à faible porosite (12) qui ameliore l'etancheite du joint ~4) et reduit les risques d'inEiltration de cryolithe fondue lors du démarrage de la cuve d'électrolyse.
La figure 7 montre une autre variante de réalisation du joint entre les semelles (5) et (5') de blocs cathodiques adjacents (I) et (1'). On re-nonce à établir une soudure directe entre (5) et (5') et on dispose dans le jeu (9) un joint souple (I4), de preference conducteur electrique et compressible, tel que de la tresse de graphite, ou un tube metallique a paroi mince (epaisseur inferieure à la moitie de l'epaisseur de la semel-le (5) ou (5'~, reposant librement entre les bandes IOA et IOB. ~n peut, en outre, au montage, prevoir un recouvrement et un collage des feuilles
2; de matière carbonee elastique (13) qui ameliore l'etancheite du joint, dans le but precedem~ent indique.
La figure 8 represente une autre variante, dans laquelle le joint carbone souple (14) est remplace par un tube (15) deformable, soude prealablement à au moins une des semelles (5) ou (5'), qui absorbe les e~fets de dilata-tion et que l'on peut remplir d'un materiau pulverulent inerte (19), pour limiter l'oxydation interne à chaud.
Bien entendu, de telles liaisons souples ou déformables peuvent être uti-lisées pour la jonction entre les demi-ecrans d'un même bloc lorsque celui-ci comporte un scellement avec les demi-barres d'acier, séparées au centre du bloc par un espace de dilatation.
7~
Les figures 9 et 10 illustrent la mise en oeuvre de l'invention dans lecas des bloc~ carbonés ~1) munis de deux barres cathodiques parallèles (2C et 2D), disposition que l'on rencontre parfois dans le but d'augmen-ter la surface de contact avec le bloc carboné.
s Sur la figure 9~ il apparaît que l'on a procédé au scellement simultané
des deux barres 2C, 2D par coulée de fonte (3), l'épaisseur (e) de la plaque de fonte entre les deux barres etant, de préférence, inferieure ou egale à la différence des cotes h et hl (e C h - h1).
La semelle (~j peut être en tôle d'acier simple ou mixte acier-cuivre com-me on l'a décrit précédemment.
Sur la figure 10) les deux barres cathodiques 2C, 2D ont été scellees in-dividuellement, puis reliees par soudure avec une tôle (21) predeformée en YOûte~ de façon a obtenir, a chaud, un bon contact electrique avec la partie centrale du bloc carbone par l'intermediaire de la couche conduc-trice elastique (6).
Dans tous les cas representés (figures 2 à 10), la senelle metallique est en contact avec la base des blocs carbones -directement ou par l'inter-mediaire du materiau elastique (6)- sur au moins 20 % de la surface de ce~te base.
Il est possible d'ameliorer l'etancheite de l'espace sous-cathodique etde supprimer à peu pres totalement les infiltrations d'aluminium liquide et de cryolithe fondue en disposant un ecran (26) sous la base des blocs carbones constituant la cathode de la cuve d'electrolyse et dans lesquels sont scellees les barres cathodiques, cet ecran s'etendant au moins sur tout l'espace situe à l'aplomb de la cathode (fig. 11). Il est constitue par au moins une tôle d'acier continue dont au moins la moitie de la sur-face est constituee Far une partie ayant au moins S mm, et de preference de 8 à 12 mm d'epaisseur, et qui comporte au noins une zone deformable absorbant les contraintes dues aux ecarts de te~perature entre la partie centrale, situee à l'aplomb de la cathode, et la partie peripherique moins chaude. Pour eviter tout risque de corrosion electrochimique, il est alors preferable de mettre la semelle metallique (5) en contact 7Si~
electrique avec l'ecran (26).
La liaison electrique entre la semelle (5) et l'ecran (26) peut être assu-ree par une soudure, par exemple, par un cordon continu ou discontinu en-tre au moins un rebord de la semelle et l'ecran continu. Elle peut, ega-lement, etre assuree par la fusion d'un alliage de brasure prealablement dispose entre la semelle et l'écran continu, les points de solidus et de liquidus de cet alliage etant convenablement choisis.
La figure 12 montre un mode de réalisation de ce principe, selon lequella semelle (5) de chaque barre cathodique (2) est posée directement sur l'écran continu (26) en acier épais, auquel elle est reliée par brasure (16) ou par soudure (17).
L'avantage de cette disposition est que l'écran continu en acier epais (26) est, en tous points, au potentiel electrique des barres cathodiques?
ce qui élimine tout effet de pile électrochimique générateur de corrosion rapide. L'epaisseur de l'ecran est d'au moins 5 mm, et, de preference, comprise entre 8 et 12 mm. La semelle (5) a une epaisseur au moins egale a 4 mm et, de preférence, au moins égale a 10 mm.
La figure 12 montre comment ce dispositif peut être mis en place lors de la construction de la cuve. La barre cathodique (2) a ete mise en place et scellee à la ~onte (3) dans chaque bloc cathodique (1). Puis on soude en (18), une semelle (5) dont la longueur est au plus egale et, en prati-que legèrement inferieure à l'entraxe de deux barres successives. Le bloc est alors pose sur l'écran (26), reposant sur la couche isolante (20), et soudee en (9), de préférence par un cordon continu, de facon à assurer un bon contact électrique. Les couches (24) et (25) sont des briques isolan tes et refractaires, disposees sur le fond (27) du caisson de la cuve d'electrolyse.
Pour la pose du premier et du dernier bloc, on peut être a~ené à modifier la longueur et la disposition des se~elles pour faciliter l'assemblage.
Il est possible de realiser la liaison electrique entre la semelle (5) et l'écran (26) par brasage (16) au moyen d'un alliage, ayant un point de so-7 ~
lidus et un point de liquidus convenablement choisi, interposé entre lasemelle et l'écran.
Cet alliage de brasure doit remplir les conditions suivantes :
1. Sa température de solidus (= temperature de solidification finissante) doit être supérieure à environ ~00C et de preference 650C, de facon qu'à
la première mise en service de la cuve, il autorise les deplacements rela-tifs entre les semelles (5) et l'ecran (26), provoques par les dilatations ~0 differentielles entre les blocs et barres cathodiques munis de leurs se-melles, et l'écran continu. Si la brasure est introdu;te sous forme d'un lit pulverulent, ou en grains très fins, d'alliage restant solide jusque vers ~50~C~, cette condition sera remplie~ -2. Cette même température de solidus ne doit pas, de preférence, excederla température atteinte par les semelles en régime de marche continue~
c'est-~-dire environ 850 à 920C, afin que l'alliage de brasure se lique fie au moins partiellement pendant la mise en température, lors du demar-rage de la cuve. Il se produit alors une soudure par interdiffusion mé-tallique entre les tôles d'acier des semelles (5) et de l'écran (26) lorsde cette fusion au moins partielle de l'alliage intermédiaire. Ceci im-plique que :
. l'un au moins des élements d'alliage soit suffisamment soluble dans le fer, a l'etat solide, dans un domaine de temperat~re correspondant aux - -temperatures de fonctionnement des semelles et de l'écran, . le fer soit au moins partiellement soluble dans l'alliage intermédiaire liquide, pour que la soudure soit effective apres que les éléments d'al-liage de la brasure aient été absorbés par une diffusion dans l'acier solide : on réalise de fait une fusion superficielle de l'acier par l'al-liage, cet alliage disparaissant ensuite par diffusion dans l'acier, et laissant en place une soudure solide.
La figure 8 represente une autre variante, dans laquelle le joint carbone souple (14) est remplace par un tube (15) deformable, soude prealablement à au moins une des semelles (5) ou (5'), qui absorbe les e~fets de dilata-tion et que l'on peut remplir d'un materiau pulverulent inerte (19), pour limiter l'oxydation interne à chaud.
Bien entendu, de telles liaisons souples ou déformables peuvent être uti-lisées pour la jonction entre les demi-ecrans d'un même bloc lorsque celui-ci comporte un scellement avec les demi-barres d'acier, séparées au centre du bloc par un espace de dilatation.
7~
Les figures 9 et 10 illustrent la mise en oeuvre de l'invention dans lecas des bloc~ carbonés ~1) munis de deux barres cathodiques parallèles (2C et 2D), disposition que l'on rencontre parfois dans le but d'augmen-ter la surface de contact avec le bloc carboné.
s Sur la figure 9~ il apparaît que l'on a procédé au scellement simultané
des deux barres 2C, 2D par coulée de fonte (3), l'épaisseur (e) de la plaque de fonte entre les deux barres etant, de préférence, inferieure ou egale à la différence des cotes h et hl (e C h - h1).
La semelle (~j peut être en tôle d'acier simple ou mixte acier-cuivre com-me on l'a décrit précédemment.
Sur la figure 10) les deux barres cathodiques 2C, 2D ont été scellees in-dividuellement, puis reliees par soudure avec une tôle (21) predeformée en YOûte~ de façon a obtenir, a chaud, un bon contact electrique avec la partie centrale du bloc carbone par l'intermediaire de la couche conduc-trice elastique (6).
Dans tous les cas representés (figures 2 à 10), la senelle metallique est en contact avec la base des blocs carbones -directement ou par l'inter-mediaire du materiau elastique (6)- sur au moins 20 % de la surface de ce~te base.
Il est possible d'ameliorer l'etancheite de l'espace sous-cathodique etde supprimer à peu pres totalement les infiltrations d'aluminium liquide et de cryolithe fondue en disposant un ecran (26) sous la base des blocs carbones constituant la cathode de la cuve d'electrolyse et dans lesquels sont scellees les barres cathodiques, cet ecran s'etendant au moins sur tout l'espace situe à l'aplomb de la cathode (fig. 11). Il est constitue par au moins une tôle d'acier continue dont au moins la moitie de la sur-face est constituee Far une partie ayant au moins S mm, et de preference de 8 à 12 mm d'epaisseur, et qui comporte au noins une zone deformable absorbant les contraintes dues aux ecarts de te~perature entre la partie centrale, situee à l'aplomb de la cathode, et la partie peripherique moins chaude. Pour eviter tout risque de corrosion electrochimique, il est alors preferable de mettre la semelle metallique (5) en contact 7Si~
electrique avec l'ecran (26).
La liaison electrique entre la semelle (5) et l'ecran (26) peut être assu-ree par une soudure, par exemple, par un cordon continu ou discontinu en-tre au moins un rebord de la semelle et l'ecran continu. Elle peut, ega-lement, etre assuree par la fusion d'un alliage de brasure prealablement dispose entre la semelle et l'écran continu, les points de solidus et de liquidus de cet alliage etant convenablement choisis.
La figure 12 montre un mode de réalisation de ce principe, selon lequella semelle (5) de chaque barre cathodique (2) est posée directement sur l'écran continu (26) en acier épais, auquel elle est reliée par brasure (16) ou par soudure (17).
L'avantage de cette disposition est que l'écran continu en acier epais (26) est, en tous points, au potentiel electrique des barres cathodiques?
ce qui élimine tout effet de pile électrochimique générateur de corrosion rapide. L'epaisseur de l'ecran est d'au moins 5 mm, et, de preference, comprise entre 8 et 12 mm. La semelle (5) a une epaisseur au moins egale a 4 mm et, de preférence, au moins égale a 10 mm.
La figure 12 montre comment ce dispositif peut être mis en place lors de la construction de la cuve. La barre cathodique (2) a ete mise en place et scellee à la ~onte (3) dans chaque bloc cathodique (1). Puis on soude en (18), une semelle (5) dont la longueur est au plus egale et, en prati-que legèrement inferieure à l'entraxe de deux barres successives. Le bloc est alors pose sur l'écran (26), reposant sur la couche isolante (20), et soudee en (9), de préférence par un cordon continu, de facon à assurer un bon contact électrique. Les couches (24) et (25) sont des briques isolan tes et refractaires, disposees sur le fond (27) du caisson de la cuve d'electrolyse.
Pour la pose du premier et du dernier bloc, on peut être a~ené à modifier la longueur et la disposition des se~elles pour faciliter l'assemblage.
Il est possible de realiser la liaison electrique entre la semelle (5) et l'écran (26) par brasage (16) au moyen d'un alliage, ayant un point de so-7 ~
lidus et un point de liquidus convenablement choisi, interposé entre lasemelle et l'écran.
Cet alliage de brasure doit remplir les conditions suivantes :
1. Sa température de solidus (= temperature de solidification finissante) doit être supérieure à environ ~00C et de preference 650C, de facon qu'à
la première mise en service de la cuve, il autorise les deplacements rela-tifs entre les semelles (5) et l'ecran (26), provoques par les dilatations ~0 differentielles entre les blocs et barres cathodiques munis de leurs se-melles, et l'écran continu. Si la brasure est introdu;te sous forme d'un lit pulverulent, ou en grains très fins, d'alliage restant solide jusque vers ~50~C~, cette condition sera remplie~ -2. Cette même température de solidus ne doit pas, de preférence, excederla température atteinte par les semelles en régime de marche continue~
c'est-~-dire environ 850 à 920C, afin que l'alliage de brasure se lique fie au moins partiellement pendant la mise en température, lors du demar-rage de la cuve. Il se produit alors une soudure par interdiffusion mé-tallique entre les tôles d'acier des semelles (5) et de l'écran (26) lorsde cette fusion au moins partielle de l'alliage intermédiaire. Ceci im-plique que :
. l'un au moins des élements d'alliage soit suffisamment soluble dans le fer, a l'etat solide, dans un domaine de temperat~re correspondant aux - -temperatures de fonctionnement des semelles et de l'écran, . le fer soit au moins partiellement soluble dans l'alliage intermédiaire liquide, pour que la soudure soit effective apres que les éléments d'al-liage de la brasure aient été absorbés par une diffusion dans l'acier solide : on réalise de fait une fusion superficielle de l'acier par l'al-liage, cet alliage disparaissant ensuite par diffusion dans l'acier, et laissant en place une soudure solide.
3. L'alliage, ou l'un de ses constituants, ne doit pas favoriser l'oxyda-tion de l'acier.
4. L'alliage, ou l'un de ses constituants, ne doit pas favoriser une fra-- 9 ~- :
gilisation mecanique ou chimique de l'acier.
gilisation mecanique ou chimique de l'acier.
5. Enfin, pour la pratique industrielle, le coût de cet alliage doit être modere.
s Les compositions optimales de la brasure pour la mise en oeuvre de l'in-vention CompOrtent au moins 50 % d'un premier metal choisi parmi l'alumi-nium, le-cuivre, le zinc, le reste etant au moins un second me~al choisi parmi le manganèse, le nickel, le vanadium, le beryllium, le silicium, l'etain et le titane, ainsi que l'aluminium et le cuivre si le premier me-tal n'est pas le cuivre ou l'aluminium.
TABLEAU I
. .___ .. . .
15Exemples ALLIAGE (~ en poids) T Solidus T Liquidus 1 Al = 83 + 3 % Mn = 17+ 3 % 659 ~ 822 822 à 880 2 Al = 68 + 3 % Ni = 32+ 3 % 640 à 854 854 à 980 3 Al = 97 + 1 % V = 3 + 1 % 662 à 735 750 à 950 4 Al = 90 + 2 % Fe = 10+ 2 % 655 850 à 950 . ... __ Cu = 96,5 + I % Be ~- 3,5 + 1 % 866 866 à 950
s Les compositions optimales de la brasure pour la mise en oeuvre de l'in-vention CompOrtent au moins 50 % d'un premier metal choisi parmi l'alumi-nium, le-cuivre, le zinc, le reste etant au moins un second me~al choisi parmi le manganèse, le nickel, le vanadium, le beryllium, le silicium, l'etain et le titane, ainsi que l'aluminium et le cuivre si le premier me-tal n'est pas le cuivre ou l'aluminium.
TABLEAU I
. .___ .. . .
15Exemples ALLIAGE (~ en poids) T Solidus T Liquidus 1 Al = 83 + 3 % Mn = 17+ 3 % 659 ~ 822 822 à 880 2 Al = 68 + 3 % Ni = 32+ 3 % 640 à 854 854 à 980 3 Al = 97 + 1 % V = 3 + 1 % 662 à 735 750 à 950 4 Al = 90 + 2 % Fe = 10+ 2 % 655 850 à 950 . ... __ Cu = 96,5 + I % Be ~- 3,5 + 1 % 866 866 à 950
6 Cu = 65 + 3 % Mn = 35+ 3 % 870 870
7 Cu = 75 + 2 % Al ~ 25+ 2 % 624 à 848 850 à 950
8 Cu = 84 + 2 % Si = 16+ 2 % 802 802 à 860
9 Cu = 80 + 2 % Sn = 20+ 2 % 798 798 à 920 Cu = 76 + 3 % Ti = 24+ 3 % 880 880 à 892 _ _ . . .. _ 11 Zn = 60 + 4 %Mn = 40 + 4 %750 à 835835 à 960 30Zn = 71 + 2 %Cu = 29 + 2 % 700 700 à 810 Parmi ces alliages, les compositions n 1, 3, 6 et 7 conviennent parti-culièrement bien, dans la pratique industrielle. Certains sont fragiles et peuvent être broyes jusqu'à la finesse desiree, d'autres doivent être traites de facon connue, par pulverisation à l'état liquide.
Si la composition de l'alliage le permet, la brasure peut etre utilisee sous forme d'une feuille mince, laminee, introduite au montage entre la q~7S~
semelle et l'ecran. La présence, parmi les con.stituants principawc ou se-condaires de l'alliage, d'un metal reducteur vis à vis d'oxyde de ~er (ca-lamine) qui recouvre le plus souvent les plaques d'acier utilisees pour constituer la semelle ou l'ecran (métal tel que A1 et/ou Si) dispense d'utiliser tout autre décapant pour favoriser l'etalement de la brasure lorsqu'elle passe à l'etat liquide.
Il est egalement possible en variante de l'invention de confondre la se-melle (5) et l'ecran (26) en une seule partie, const;tuée par une tôle d'acier epaisse (22), comme on l'a represente sur les figures 13 et 14, qui peut être munie de joints ou de zones deformables, capables de sup-porter les dilatations thermiques, par exemple le tube (15) de la figure 2. Dans un tel cas, l'epaisseur de l'écran peut se situer entre 10 et 20 mm.
Pour le montage, les barres (2) sont positionnees sur l'ecran (22), puis raccordées par un cordon de soudure (23). Après quoi, les blocs cathodi-ques (1) sont mis en place, le scellement étant assure par de la pâte car-bonee (13). Le raccordement peut aussi être effectue par une brasure (16).
- On peut en outre interposer, entre les blocs carbones (1) et l'ecran épais (22) une couche de materiau souple et bon conducteur électrique, par exem-ple le "Papyex"* (marques de commerce de la Société " Le OE bone-Lorraine").
est une feuille de graphite souple ou le feutre de graphite RVG, de la même sociéte.
La figure 14 represente un autre mode d'assemblage, selon lequel les ba-ses catnodiques (2) sont disposees non plus à l'aplomb de 17axe du bloc (1), mais à cheval sur deux blocs adjacents à l'aplomb du joint entre ces deux blocs. L'avantage de cette disposition est que la pate carbonée (4) assurant le scellement entre les blocs (1) et les barres (2) peut être injectee, à chaud, dans l'espace separant deux blocs adjacentsO
La figure 15 montre de facon très schematique, la coupe transversale par-tielle d'une cuve d'electrolyse selon l'invention, avec le caisson metal-lique externe (30), le brasquage lateral (31) en pâte carbonee, le bloc carbone cathodique (1) surmonte par la nappe d'aluminium liquide (32), ~ ~J`~75~
"
l'electrolyte (33) et le sys~ème anodique (34), la barre cathodique (2) en acier, scellee à la fonte (3), et la semelle (5) en acier, objet de l'invention. On note que la section de la barre cathodique (2) est rédui-te dans la traversee de la partie externe du garnissage t31) et du cais-son (30)-AVA~TAGES PROCURES PAR L'INVENTION
La mise en oeuvre de l'invention procure les avantages suivants :
1. La semelle metallique, sur chaque barre cathodique (une cuve peut encomporter ~lusieurs dizaines) augmente d'au moins 10 ~ et jusqu'à 20 à 50 la section de passage du courant cathodique et la surEace de contact acier-carbone avec reduction correlative de la chute de tension au c~ntact acier-carbone.
2. La semelle metallique associee à l'ecran assure une très bonne répar-tition du courant sur toute la surface de la cathode d'où réduction des courants horizDntaux dans l'aluminium liquide, qui ont une influence ne-faste sur la stabilite et le rendement de la cuve, en raison des effets tourbillonnaires dans la nappe d'aluminium liquide qui en resultent.
3. La semelle metallique associee à l'ecran assure egalement u~e excellen-te homogeneite de la temperature de l'ensemble de la cathode, ce qui re-duit d'autant les risques d'infiltration dans les zones chaudes et de con-densation dans les zones relativement plus froides.
4. En cas de rupture d'une barre cathodique (par corrosion sous l'effet des infiltrations de cryolithe et d'aluminium liquide dans les joints), la semelle fonctionne pour le bloc considere comme collecteur de secours, ce qui retarde d'autant le moment où il faudra arrêter et demonter la cuve pour refaire la cathode. En outre, le desequilibre électrique de la cuve est limite, ce qui est favorable pour le rendement Faraday pendant la pe-riode separant la rupture d'une barre et l'arrêt de la cuve.
La presence de l'ecran (26) apporte les avantages supplementaires suivants:
5. Blocage de toutes les ;nfiltrations des produits sodo-fluores et de la 7~ -cryolithe en direction de l'isolane thermique placé sur le fond du cais-son, qui sont la principale cause de mise hors-service des cuves d'élec-trolyse.
6. Plus grande facilité de construction de la cathode qui, dans le cas de la figure 3 par exemple, ne nécessite, par rapport aux solutions antérieu--res, qu'un simple cordon de soudure supplémentaire, qui est réalisé a 1' plat et dans un espace accessible, ou qu'une application de ~rasure en pou-dre.
7. Suppression du risque de corrosion électrochimique de l'écran du fait qu'il se trouve, en tous points, au potentiel des barres cathodiques. La mise en oeuvre de l'invention contribue à augmenter la durée de vie utile des cuves d'électrolyse et à maintenir la bonne isolation thermique du fond pendant la durée de vie.
Tous ces avantages concourent à augmenter de facon très importante la du-- rée de vie d'une cuve d'électrolyse.
Si la composition de l'alliage le permet, la brasure peut etre utilisee sous forme d'une feuille mince, laminee, introduite au montage entre la q~7S~
semelle et l'ecran. La présence, parmi les con.stituants principawc ou se-condaires de l'alliage, d'un metal reducteur vis à vis d'oxyde de ~er (ca-lamine) qui recouvre le plus souvent les plaques d'acier utilisees pour constituer la semelle ou l'ecran (métal tel que A1 et/ou Si) dispense d'utiliser tout autre décapant pour favoriser l'etalement de la brasure lorsqu'elle passe à l'etat liquide.
Il est egalement possible en variante de l'invention de confondre la se-melle (5) et l'ecran (26) en une seule partie, const;tuée par une tôle d'acier epaisse (22), comme on l'a represente sur les figures 13 et 14, qui peut être munie de joints ou de zones deformables, capables de sup-porter les dilatations thermiques, par exemple le tube (15) de la figure 2. Dans un tel cas, l'epaisseur de l'écran peut se situer entre 10 et 20 mm.
Pour le montage, les barres (2) sont positionnees sur l'ecran (22), puis raccordées par un cordon de soudure (23). Après quoi, les blocs cathodi-ques (1) sont mis en place, le scellement étant assure par de la pâte car-bonee (13). Le raccordement peut aussi être effectue par une brasure (16).
- On peut en outre interposer, entre les blocs carbones (1) et l'ecran épais (22) une couche de materiau souple et bon conducteur électrique, par exem-ple le "Papyex"* (marques de commerce de la Société " Le OE bone-Lorraine").
est une feuille de graphite souple ou le feutre de graphite RVG, de la même sociéte.
La figure 14 represente un autre mode d'assemblage, selon lequel les ba-ses catnodiques (2) sont disposees non plus à l'aplomb de 17axe du bloc (1), mais à cheval sur deux blocs adjacents à l'aplomb du joint entre ces deux blocs. L'avantage de cette disposition est que la pate carbonée (4) assurant le scellement entre les blocs (1) et les barres (2) peut être injectee, à chaud, dans l'espace separant deux blocs adjacentsO
La figure 15 montre de facon très schematique, la coupe transversale par-tielle d'une cuve d'electrolyse selon l'invention, avec le caisson metal-lique externe (30), le brasquage lateral (31) en pâte carbonee, le bloc carbone cathodique (1) surmonte par la nappe d'aluminium liquide (32), ~ ~J`~75~
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l'electrolyte (33) et le sys~ème anodique (34), la barre cathodique (2) en acier, scellee à la fonte (3), et la semelle (5) en acier, objet de l'invention. On note que la section de la barre cathodique (2) est rédui-te dans la traversee de la partie externe du garnissage t31) et du cais-son (30)-AVA~TAGES PROCURES PAR L'INVENTION
La mise en oeuvre de l'invention procure les avantages suivants :
1. La semelle metallique, sur chaque barre cathodique (une cuve peut encomporter ~lusieurs dizaines) augmente d'au moins 10 ~ et jusqu'à 20 à 50 la section de passage du courant cathodique et la surEace de contact acier-carbone avec reduction correlative de la chute de tension au c~ntact acier-carbone.
2. La semelle metallique associee à l'ecran assure une très bonne répar-tition du courant sur toute la surface de la cathode d'où réduction des courants horizDntaux dans l'aluminium liquide, qui ont une influence ne-faste sur la stabilite et le rendement de la cuve, en raison des effets tourbillonnaires dans la nappe d'aluminium liquide qui en resultent.
3. La semelle metallique associee à l'ecran assure egalement u~e excellen-te homogeneite de la temperature de l'ensemble de la cathode, ce qui re-duit d'autant les risques d'infiltration dans les zones chaudes et de con-densation dans les zones relativement plus froides.
4. En cas de rupture d'une barre cathodique (par corrosion sous l'effet des infiltrations de cryolithe et d'aluminium liquide dans les joints), la semelle fonctionne pour le bloc considere comme collecteur de secours, ce qui retarde d'autant le moment où il faudra arrêter et demonter la cuve pour refaire la cathode. En outre, le desequilibre électrique de la cuve est limite, ce qui est favorable pour le rendement Faraday pendant la pe-riode separant la rupture d'une barre et l'arrêt de la cuve.
La presence de l'ecran (26) apporte les avantages supplementaires suivants:
5. Blocage de toutes les ;nfiltrations des produits sodo-fluores et de la 7~ -cryolithe en direction de l'isolane thermique placé sur le fond du cais-son, qui sont la principale cause de mise hors-service des cuves d'élec-trolyse.
6. Plus grande facilité de construction de la cathode qui, dans le cas de la figure 3 par exemple, ne nécessite, par rapport aux solutions antérieu--res, qu'un simple cordon de soudure supplémentaire, qui est réalisé a 1' plat et dans un espace accessible, ou qu'une application de ~rasure en pou-dre.
7. Suppression du risque de corrosion électrochimique de l'écran du fait qu'il se trouve, en tous points, au potentiel des barres cathodiques. La mise en oeuvre de l'invention contribue à augmenter la durée de vie utile des cuves d'électrolyse et à maintenir la bonne isolation thermique du fond pendant la durée de vie.
Tous ces avantages concourent à augmenter de facon très importante la du-- rée de vie d'une cuve d'électrolyse.
Claims (41)
1. Barre cathodique assurant l'extraction du courant d'une cuve pour la production d'aluminium par électrolyse, selon le procédé Hall-Héroult, scellée dans au moins une rainure ouverte à la base de chacun des blocs carbonés formant la cathode de la cuve d'électrolyse, caractérisée en ce que ladite barre cathodique se prolonge par une semelle métallique en contact électrique avec la base des blocs carbonés sur au moins 20 % de la surface totale de cette base.
2. Barre cathodique, selon la revendication 1, caractérisée en ce que la semelle est constituée par une tôle métallique d'une épaisseur au moins égale à 4 mm, soudée à la barre cathodique avant la mise en place du bloc carboné dans la cuve.
3. Barre cathodique, selon la revendication 2, caractérisée en ce que la semelle métallique est en tôle d'acier.
4. Barre cathodique, selon la revendication 2, caractérisée en ce que la semelle métallique est un compo-site fer-cuivre, dont la partie en cuivre est tournée vers le haut, face à la base du bloc carboné.
5. Barre cathodique, selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'épaisseur de la partie en cuivre est au moins égale à 5 % de l'épaisseur de la partie en acier.
6. Barre cathodique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le contact électrique entre la semelle et la base du bloc carboné est assurée par au moins une couche de matériau élastique conducteur de l'électricité.
7. Barre cathodique, selon la revendication 6, caractérisée en ce que le matériau élastique est un produit carbone choisi parmi le feutre de carbone, le feutre de graphite, la feuille de graphite laminé et les complexes de feuilles de graphite laminé collés sur un feutre de graphite ou de carbone.
8. Barre cathodique, selon la revendication 1, caractérisée en ce que les semelles de deux blocs cathodi-ques adjacents sont séparées par un espace tel, qu'elles viennent en contact lorsqu'elles ont atteint, en service, leur température d'équilibre, qui se situe entre 800 et 900°C environ.
9. Barre cathodique, selon la revendication 1, caractérisée en ce que les semelles de deux blocs cathodi-ques adjacents sont séparées par un espace muni d'un joint souple.
10. Barre cathodique, selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce que l'espace est muni de moyens d'obturation.
11. Barre cathodique, selon la revendication 1, caractérisée en ce que la face inférieure de la semelle est placée en relation superposée et en contact électrique avec un écran métallique, épais, continu, disposé à la partie supérieure du garnissage isolant thermique.
12. Barre cathodique, selon la revendication 11, caractérisée en ce que la liaison électrique entre la semelle et l'écran est assurée par soudure.
13. Barre cathodique, selon la revendication 12, caractérisée en ce que la soudure est obtenue par un cordon de soudure continu ou discontinu entre au moins un bord de la semelle et l'écran.
14. Barre cathodique, selon la revendication 12, caractérisée en ce que la soudure est assurée par la fusion d'un alliage de brasure préalablement placé entre la semelle et l'écran continu.
15. Barre cathodique, selon la revendication 14, caractérisée en ce que l'alliage de brasure a un point de solidus compris entre 600 et 920°C.
16. Barre cathodique, selon la revendication 14, caractérisée en ce que l'alliage de brasure comporte au moins 50 % d'un premier métal choisi parmi l'aluminium, le cuivre et le zinc, le reste étant au moins un second métal choisi parmi le manganèse, le nickel, le vanadium, le beryllium, le silicium, l'étain et le titane, ainsi que l'aluminium et le cuivre si le premier métal n'est pas le cuivre ou l'aluminium.
17. Barre cathodique, selon la revendication 11 ou 12, caractérisée en ce que l'écran comporte des moyens pour absorber les dilatations et les contraintes thermiques.
18. Barre cathodique, selon la revendication 11, caractérisée en ce que la semelle et l'écran sont confondus en une plaque unique, en contact direct avec chaque barre cathodique, à laquelle elle est reliée par soudure ou bra-sure et munie de moyens pour absorber les dilatations et les contraintes thermiques.
19. Barre cathodique, selon la revendication 18, caractérisée en ce qu'elle est disposée à l'aplomb de l'axe de chaque bloc cathodique.
20. Barre cathodique, selon la revendication 18, caractérisée en ce qu'elle est disposée à l'aplomb du joint séparant deux blocs cathodiques adjacents.
21. Barre cathodique, selon la revendication 18, caractérisée en ce qu'elle est scellée au bloc par une pâte carbonée ultérieurement cuite en place.
22. Barre cathodique, selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite tôle métallique a une épais-seur au moins égale à 10 mm.
23. Barre cathodique selon la revendication 5, caractérisée en ce que le contact électrique entre la semelle et la base du bloc carboné est assurée par au moins une couche de matériau élastique conducteur de l'é-lectricité.
24. Barre cathodique, selon la revendication 23, caractérisée en ce que le matériau élastique est un produit carboné choisi parmi le feutre de carbone, le feutre de graphite, la feuille de graphite laminé et les complexes de feuilles de graphite laminé collés sur un feutre de gra-phite ou de carbone.
25. Barre cathodique, selon la revendication 23, caractérisée en ce que les semelles de deux blocs cathodi-ques adjacents sont séparées par un espace tel, qu'elles viennent en contact lorsqu'elles ont atteint, en service, leur température d'équilibre, qui se situe entre 800 et 900°C environ.
26. Barre cathodique, selon la revendication 23, caractérisée en ce que les semelles de deux blocs cathodiques adjacents sont séparées par un espace muni d'un joint souple.
27. Barre cathodique, selon la revendication 25 ou 26, caractérisée en ce que l'espace est muni de moyens d'obturation.
28. Barre cathodique, selon la revendication 15, caractérisée en ce que l'alliage de brasure a un point de solidus compris entre 650° et 850°C.
29. Barre cathodique, selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un écran con-tinu en acier disposé sous la semelle.
30. Procédé de réalisation d'une barre cathodi-que assurant l'extraction du courant d'une cuve pour la production d'aluminium par électrolyse selon le procédé
Hall-Héroult, caractérisé en ce que:
- on prend un bloc carboné formant cathode dans une cuve d'électrolyse et muni d'une rainure à sa base inférieure et on retourne ce bloc carboné pour que la rainure se présente vers le haut, et on scelle une barre cathodique à l'intérieur de ladite rainure, - on pose sur la face supérieure du bloc carboné
retourné une couche élastique conductrice, - on pose sur cette couche élastique une semelle et on applique cette semelle fortment contre ladite couche élastique, - on relie ladite semelle à la barre cathodique, et - on retourne le bloc carboné à sa position normale de façon à ce que la semelle et la couche élastique soient dirigées vers le bas.
Hall-Héroult, caractérisé en ce que:
- on prend un bloc carboné formant cathode dans une cuve d'électrolyse et muni d'une rainure à sa base inférieure et on retourne ce bloc carboné pour que la rainure se présente vers le haut, et on scelle une barre cathodique à l'intérieur de ladite rainure, - on pose sur la face supérieure du bloc carboné
retourné une couche élastique conductrice, - on pose sur cette couche élastique une semelle et on applique cette semelle fortment contre ladite couche élastique, - on relie ladite semelle à la barre cathodique, et - on retourne le bloc carboné à sa position normale de façon à ce que la semelle et la couche élastique soient dirigées vers le bas.
31. Procédé de réalisation d'une barre cathodique assurant l'extraction du courant d'une cuve pour la produc-tion d'aluminium par électrolyse selon le procédé Hall-Héroult, caractérisé en ce que:
- on prend un bloc carboné formant cathode dans une cuve d'électrolyse et muni d'une rainure à sa base infé-rieure et on retourne ce bloc carboné pour que la rainure se présente vers le haut, et on scelle une barre cathodique à l'intérieur de ladite rainure, par coulée de fonte, - on pose sur la face supérieure du bloc carboné
retourné, face où la rainure apparait, une couche de liaison élastique conductrice prise dans le groupe: feutre de carbone ou de graphite, ou feuille de graphite laminé, ou complexe formé par collage d'une bande de feutre de carbone ou de graphite et d'une bande de graphite laminé, - on pose sur ladite couche de liaison élastique une semelle constituée par deux tôles épaisses en acier que l'on applique fortement, par pressage, sur la couche de liaison élastique, - on relie lesdites tôles de la semelle à ladite barre cathodique par des cordons de soudure, et - on retourne le bloc carboné avec la barre catho-dique scellée dans la rainure à sa position normale, posi-tion dans laquelle la semelle et la couche élastique sont dirigées vers le bas.
- on prend un bloc carboné formant cathode dans une cuve d'électrolyse et muni d'une rainure à sa base infé-rieure et on retourne ce bloc carboné pour que la rainure se présente vers le haut, et on scelle une barre cathodique à l'intérieur de ladite rainure, par coulée de fonte, - on pose sur la face supérieure du bloc carboné
retourné, face où la rainure apparait, une couche de liaison élastique conductrice prise dans le groupe: feutre de carbone ou de graphite, ou feuille de graphite laminé, ou complexe formé par collage d'une bande de feutre de carbone ou de graphite et d'une bande de graphite laminé, - on pose sur ladite couche de liaison élastique une semelle constituée par deux tôles épaisses en acier que l'on applique fortement, par pressage, sur la couche de liaison élastique, - on relie lesdites tôles de la semelle à ladite barre cathodique par des cordons de soudure, et - on retourne le bloc carboné avec la barre catho-dique scellée dans la rainure à sa position normale, posi-tion dans laquelle la semelle et la couche élastique sont dirigées vers le bas.
32. Procédé selon la revendication 30 ou 31, dans lequel on assemble deux blocs carbonés cathodique par un joint en pâte carbonée et on place ladite semelle, qui est en acier, à cheval entre ces deux blocs carbonés cathodiques.
33. Procédé selon la revendication 30, dans lequel on assemble de façon adjacente deux blocs carbonés cathodiques par un joint en pâte carbonée, on prévoit un léger jeu entre les semelles des deux blocs adjacents de façon que lorsque la température de fonctionnement normal est atteinte, et du fait de la dilatation plus importante de la semelle d'acier comparativement au bloc carboné les bords des deux semelles adjacentes se retrouvent en contact avec une pression juste suffisante pour assurer une soudure à chaude de ces bords entre eux, sans que cette pression ne soit excessive au point d'entrainer une dé-formation des semelles, préjudiciables au contact électri-que entre les blocs carbonés et les semelles d'acier.
34. Procédé selon la revendication 33, dans lequel on taille en biseau les extrémités en regard des deux semelles adjacentes.
35. Procédé selon la revendication 33, dans lequel on interpose entre les deux semelles une bande de tôle mince faisant office d'élement de jonction entre des extrémités opposées des semelles et également empêchant qu'une pâte car-bonée qui remplit ledit joint, ne s'écoule, lors d'une pre-mière chauffe, dans ledit jeu.
36. Procédé selon la revendication 33, dans lequel on interpose entre les deux semelles une bande supérieure de tôle mince et une bande inférieure de tôle mince, faisant office d'éléments de jonction entre des extrémités opposées des semelles, et dans lequel on soude une extrémité de l'une des bandes à une des semelles et une extrémité de l'autre des bandes à l'autre semelle de façon à ce que, lors de la première chauffe, les bandes puissent coulisser librement et prendre leur place définitive.
37. Procédé selon la revendication 36, dans lequel on prévoit un rainurage dans les blocs cathodiques à la partie inférieure dudit joint, et on place dans ce rainurage une pièce en graphite à
faible porosité qui améliore l'étanchéité dudit joint et réduit les risques d'une filtration de cryolithe fondue lors du démarrage de la cuve d'électrolyse.
faible porosité qui améliore l'étanchéité dudit joint et réduit les risques d'une filtration de cryolithe fondue lors du démarrage de la cuve d'électrolyse.
38. Procédé selon la revendication 36, dans lequel on dispose dans ledit jeu un joint souple reposant librement entre les deux bandes de tôles, et on prévoit un recouvrement et un collage de feuilles de matière carbonée élastique sur les faces infé-rieures des blocs cathodiques adjacentes pour amé-liorer l'étanchéité du joint.
39. Procédé selon la revendication 38, dans lequel le joint souple est sous la forme d'un tube déformable soudé à au moins une des semelles des blocs cathodiques adjacentes, ledit tube absorbant les effets de dilatation et étant rempli d'un matériau pulvérulent inerte pour limiter l'oxydation interne à chaud.
40. Procédé selon la revendication 30, dans lequel on scelle deux barres cathodiques à l'in-térieur des rainures du bloc carboné par coulée de fonte, la coulée de fonte formant une plaque entre les deux barres cathodiques, et dans lequel on donnne à cette plaque une épaisseur e inférieure ou égale à la différence des côtes ho et h1 des deux rainures dans lesquelles les barres cathodiques sont scellées.
41. Procédé selon la revendication 40, dans lequel on scelle les deux barres cathodiques individuellement à la semelle, puis on relie les deux barres cathodiques par soudure avec une tôle prédé-formée en voûte de façon à obtenir, à chaud, un bon contact électrique avec la partie centrale du bloc carboné par l'intermédiaire de ladite couche conductrice élastique.
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