CA1335436C - Procede et dispositif de controle des additions d'electrolyte solide dans les cuves d'electrolyse pour la production d'aluminium - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de contrôle des additions d'électrolyte solide dans une cuve pour la production d'aluminium par électrolyse d'aluminium dissoute dans un bain cryolitique fondu selon le procédé Hall-Héroult. Selon ce procédé: on fixe une valeur de consigne HBC pour la hauteur du bain, on détermine périodiquement le niveau du bain dans la cuve à partir d'un point PF de cote fixe et connue par rapport au substrat cathodique carboné, on en déduit la hauteur totale HT de la couche de bain d'électrolyse HB et la nappe HM d'aluminium liquide, on détermine l'épaisseur HM de la nappe d'Al liquide sur le substrat cathodique, on en déduit la hauteur HB de la couche de bain, HB = HT-HM et on compare HB avec la valeur de consigne HBC. Si cette comparaison fait apparaître un défaut de bain, on déclenche une adjonction de bain broyé à partir d'un moyen de stockage, par au moins un orifice pratiqué dans la croûte d'électrolyte solidifiée qui recouvre normalement la cuve. Si cette comparaison fait apparaître un excès de bain, on déclenche une alarme, pour appeler une opération de coulée de bain.

Description

1335436 ~O~E ET DISPOSITIF DE CONTROLE DES ADDITIONS D'ELECTROLYTE SOLIDE
DANS LES CUVES D'ELECTROLYSE POUR LA r~O~u~llON D'ATn~TNTUM
DOMAINE TECUNIQUE DE L'INVENTION
L'invention concerne la production d'aluminium par électrolyse d'alumine dissoute dans de la cryolithe fondue, selon le procédé Hall-Héroult, et plus précisément un procédé et un dispositif de contrôle des additions d'électrolyte solide dans les cuves d'électrolyse.
ET~T DE LA TEC~NIQUE
La conduite des cuves d'électrolyse modernes pour la productiond'aluminium selon le procédé Hall-Héroult nécessite une surveillance permanente du volume du bain. La plus grande partie de ce bain est à l'état fondu et constitue l'électrolyte, le reste, solidifié forme les talus latéraux et la croûte qui recouvre la surface libre de l'électrolyte. Cet électrolyte est essentiellement constitué de cryolithe Na3AlF6 et peut comporter des additifs divers tels que CaF2, AlF3, LiF, etc... ayant pour but d'agir sur le point de fusion, sur les propriétés électrochimiques et sur l'aptitude à dissoudre l'alumine.
Le vol~e de l'électrolyte doit être suffisant pour assurer une dissolution et une répartition rapides de l'alumine introduite dans la cuve, mais il ne doit pas dépasser un certain niveau au-delà duquel il provoquerait une corrosion des tiges d'acier auxquelles sont suspendues les anodes, avec, comme conséquence, une augmentation de la teneur en fer de l'aluminium produit et un changement plus fréquent des tiges d'acier corrodées.
On contrôle donc périodiquement la position de la surface libre de l'électrolyte et de l'interface bain d'électrolyse-nappe d'aluminium liquide cathodique.
Les ajustements du volume de bain, dans chaque cuve, sont réalisés:
- soit par apport, si le niveau est trop bas :
. de produits neufs solides (essentiellement de la cryolithe Na3AlF6) ' _ 2 1335~36 . de produits solides recyclés (bain d'électrolyse solidifié et broyé, bain provenant du nettoyage des mégots d'anodes usées et des cathodes de cuve, hors service avant démolition et que l'on désignera, par la suite, par "bain broyé"~
. de bain d'électrolyse liquide prélevé sur d'autres cuves de la serie - soit par soutirage, si le niveau est excessif, ce bain liquide étant réutilisé tel quel, à bref délai, comme apport dans d'autres cuves, - 10 ou solidifié, br~yé et stocké pour recyclage ultérieur.
Généralement, l'exploitant choisit, pour éviter le risque de déséquilibre par défaut de bain, de travailler en léger excès et de corriger par des coulées régulières de bain liquide, le mot "coulée" étant pris ici dans le sens d'extraction à l'état liquide.
Les apports de bain dans la cuve se font systématiquement par :
- la couverture des anodes (en vue de les calorifuger) - les additions de produits fluorés (AlF3, cryolithe) - le recyclage de l'alumine utilisée pour le captage des effluents fluorés dans les dispositifs d'épuration des gaz émis par les cuves d'électr~lyse.
Ces apports sont compensés par les émissions (gaz et poussières) de la cuve, et les retraits décidés en fonction des mesures de niveau effectuées par les opérateurs à des intervalles de l'ordre de 24 h à 48 heures.
INOON~nl~hl~ DE LA TECHNIQUE ACT~ELLE
Selon la technique actuelle, les apports de bain subissent des fluctuations importantes et mal contrôlées, dues en particulier au délai qui s'écoule entre l'apport de bain broyé en couverture des anodes et son passage à l'état fondu dans la cuve. Il en résulte d'importantes variations des hauteurs de bain, et d'importantes manutentions de bain liquide, entrainant des variations dommageables de l'équilibre thermique des cuves.
3 133~36 En outre, ces manutentions de bain liquide, les concassages et manutentions de bain broyé qui s'en suivent, ainsi que les mesures de niveau de bain, sont des opérations généralement manuelles à faible productivité qui alourdissent les coûts de production et nécessitent du matériel coûteux et encombrant.
Dans la demande de brevet européen EP-A-195143, on décrit un procédé
de mesure du niveau de l'électrolyte dans une cuve d'électrolyse Hall-Héroult selon lequel une anode de la cuve, dans laquelle passe un courant donné, est prog~essivement relevée; on mesure la diminution du courant en fonction de la hauteur de relevage et on note la hauteur pour laquelle le courant a baissé jusqu'à une fraction prédéterminée de sa valeur initiale. On en déduit, par étalonnage, la profondeur réelle de la couche d'électrolyte. Ce procédé part d'un principe totalement différent de celui qui fait l'objet de la présente invention, qui ne nécessite pas de mouvement d'anode.
OBJET DE L'INVENTION
L'idée à la base de la présente invention, consiste à effectuer une mesure indirecte de la hauteur de la couche de bain fondu à partir de la mesure de la hauteur totale de la couche de métal fondu et de la couche de bain fondu qui la surmonte, par rapport au substrat cathodiq~e pris comme plan de référence et d'une évaluation de la hauteur de la couche de métal fondu, ce qui donne, par différence, la hauteur de la couche de bain fondu.
On conna;t de façon précise, par construction, la position de la face supérieure du substrat cathodique (formée par la juxtaposition des blocs cathodiques carbonés), par rapport aux autres éléments fixes de la structure métallique comportant le caisson, la superstructure de la cuve, et le cadre anodique ou le dispositif équivalent de suspension - collective ou individuelle ou par groupe - des anodes.
Cette position peut varier au cours de la vie de la cuve (soulèvement par gonflement des blocs cathodiques ou de leur substrat, ou au contraire usure de cette surface par érosion) mais en tout état de cause de tels effets sont extrêmement lents (variations de l'ordre du mm par mois), ce qui n'est pas une gêne pour des mesures comparatives à l'échelle de quelques jours ou semaines, recalées périodiquement par mesure physique de ce niveau de base.
133~36 On peut donc utiliser comme référence de niveau, un point fixe situé
par exemple sur le rebord du caisson, sur un montant vertical en une poutre horizontale de la superstructure, et dont la cote verticale, par rapport au substrat cathodique carboné, est connue de façon précise.
Il suffira de mesurer le niveau du bain fondu par rapport à ce point de cote fixe pour en déduire immédiatement la hauteur totale HT de la couche de métal (HM) et de la couche de bain fondu (HB):-Cette mesure de niveau pourra s'effectuer par différents dispositifsdirects: contact électrique avec la surface du bain, ou indirect: effet de proximité, Eélémétrie lumineuse, hertzienne ou ultrasonore sur la surface du bain, de préférence au travers d'un orifice pratiqué dans la croûte d'électrolyte solidifié, qui en fonctionnement normal, recouvre la cuve d'éIectrolyse.
Un premier objet de l'invention est donc un procédé de contrôle des additions d'électrolyte solide dans une cuve pour la production d'alumi-nium par électrolyse d'alumine dissoute dans un bain cryolithique fondu, selon le procédé Hall-Héroult, entre un substrat cathodique carboné
sur lequel se forme une nappe d'aluminium liquide et une pluralité
d'anodes carbonées supportées par un cadre anodique réglable ou par un système équivalent en hauteur par rapport à une superstructure fixe, procédé caractérisé en ce que, dans le but de limiter les fluctuations du nivea~ du bain d'électrolyse à environ + 1 cm, - on fixe une valeur de consigne HBC pour la hauteur du bain, - on détermine, périodiquement, le niveau du bain dans la cuve à partir d'un point PF de cote fixe et connue par rapport au substrat cathodique carboné et situé sur l'ensemble rigide constitué par le caisson métal-lique et la superstructure de la cuve, - on en déduit la hauteur totale (HT) de la couche de bain (HB) et de la couche d'Al liquide (HM) sur le substrat cathodique, à partir de la cote du point fixe par rapport au substrat cathodique, - on détermine l'épaisseur HM de la couche d'Al liquide sur le substrat cathodique, - on en déduit la hauteur de la couche du bain HB = HT - HM, - on compare HB avec la valeur de consigne HBC.

- si cette comparaison fait apparaitre un défaut de bain, on déclenche une adjonction de bain solide broyé à partir d'un moyen de stockage, par au moins un orifice pratique dans la croûte de bain d'électrolyse solidifiée qui recouvre normalement la cuve d'électrolyse, - si cette comparaison fait apparaitre un excès de bain, on déclenche une alarme pour appeler une opération de coulée de bain liquide.
De pr~férence, cette succession d'opération est effectuée dans un délai suffisamment court pour que HT, HB et HM
n'aient pas eu le temps de varier de façon significative, c'est-à-dire dans une proportion comparable à la précision de ces mesures.
De préférence, la mesure du niveau du bain dans la cuve est effectuée par établissement d'un contact électrique entre la surface du bain et une pointerolle mobile par rapport à la superstructure fixe, selon un axe vertical et reliée au substrat cathodique par une résistance de faible valeur.
Lorsque ce contact est établi, on note la distance D3 parcourue par la pointerolle, dans son mouvement de descente, à partir de sa position haute.
- on détermine la hauteur de la nappe d'aluminium liquide, à partir des paramètres:
Dl : distance entre la superstructure de la cuve et le substrat cathodique DSC : distance entre la superstructure et le cadre anodique, DSCPA : distance entre le cadre anodique et le plan anodique, DAM : distance entre le plan anodique et la nappe liquide, par la relation HM = Dl-(DSC+DSCPA+DAM) - on en déduit la hauteur réelle du bain fondu à partir des parametres :

5a D1 : distance entre le substrat cathodique et la superstructure de la cuve, D2 : distance entre la superstructure et la position haute de la pointerolle, D3 : course de la pointerolle entre sa position haute et sa position au moment du contact électrique avec le bain liquide, HM : hauteur de la nappe d'Al liquide sur le substrat c~thodigy~ ppli ~ nt Un second objet de la même invention est un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé que l'on vient de décrire, ce dispositif comportant:
- un moyen de mesure de la hauteur totale (HT) de la nappe d'aluminium et de l'électrolyte fondu qui la surmonte, HB+HM, - un moyen de mesure de la hauteur HM de la nappe d'aluminium sur le substrat cathodique, - un moyen de c~mparaison de la hauteur HB avec une valeur de consigne, HBC, - une trémie de stockage de bain broyé disposé sur la cuve d'électrolyse, muni, à sa partie inférieure, d'un distributeur-doseur c~ ondé par un dispositif connecté au moyen de comparaison de la hauteur du bain HB avec sa valeur de consigne.
L'invention a pour but d'optimiser le niveau de l'électrolyte et de le maintenir très proche de la valeur de consigne, ce qui diminue les risques de corrosion des tiges d'anodes dus à un niveau excessif, et les risques de formation des boues d'alumine non dissoute sur le substrat cathodique (si le niveau est insuffisant). De façon générale, on s'efforcera, selon l'invention, d'éviter tout dépassement important de la va-leur de consigne, car un excès de bain est plus difficile à
corriger qu'un défaut et les conséquences d'un excès sont en principe plus gênantes et plus dommageables que celles d'un défaut. En outre, la valeur totale du bain d'électrolyse d'une série représente une immobilisation importante en capital et il est souhaitable de la réduire autant que faire se peut.
Selon l'art antérieur et les conditions habituelles d'exploitation, le niveau du bain a plutôt tendance à augmenter constamment, et il est fréquent que l'on ait à couler plusieurs dizaines de kilos de bain par tonne d'aluminium produit. Comme cette opération est relativement malaisée, on ne la pratique que lorsque la valeur de consigne du niveau a été dépassée de plusieurs centimètres (4 à 5 par exemple). Selon l'invention, on peut maintenir les fluctuations autour de la valeur de consigne à environ plus ou moins un centimètre, de telle sorte que, pour une même valeur de consigne, le niveau moyen du bain selon l'invention, sur une longue période, est inférieur au niveau moyen du bain selon l'art antérieur.
, On peut ainsi, dans la mesure où les additions systématiques de bain sont au plus égales aux sorties par les émissions (gaz, poussières) et par les croûtes enlevées avec les anodes usées, supprimer toute coulée de bain sur une longue période.
DESCRIPTION DES FIGURES
-Les figures 1 à 5 illustrent l'invention.
. La figure 1 montre en coupe schématique le dispositif de mesure du niveau du bain d'électrolyse dans la cuve.
. La figure 2 montre, en coupe schématique selon le grand axe de la cuve, l'ensemble des trémies de stockage d'alumine et les distributeurs-doseurs qui leur sont associés, l'un d'eux étant jumelé avec un distributeur-doseur de bain broyé.
. La figure 3 montre, plus en détail, en coupe, le distributeur doseur de bain broyé et la figure 4 montre, à plus grande échelle, le système de dosage des additions.
. Enfin, la figure 5 schématise, en coupe, le principe de la mesure de haute~r de métal dans la cuve.
Sur la figure 1 apparaissent, de bas en haut : le substrat cathodique 1 sur lequel se forme la nappe 2 d'aluminium liquide, surmontée du bain d'électrolyse 3, à base de cryolithe dans lequel est plongée l'anode 4. En fonctionnement normal, une croûte d'électrolyte figée 5 recouvre le bain d'électrolyse 3, à très faible distance, sur toute la surface libre, autour des anodes et jusqu'aux talus latéraux, à l'exception d'un certain nombre d'orifices 6 que l'on maintient ouverts en permanence, sous l'action de vérins piqueurs pour assurer l'évacuation des gaz produits par l'électrolyse et permettre l'introduction de l'alumine et additifs divers, au cours de l'électrolyse.
La pointerolle 7, disposée à l'extrémité d'une tige 8, peut se déplacer selon un axe sensiblement vertical sous l'action du vérin 9 associé
à un capteur de déplacement 10. Ce dispositif est assujetti à la superstructure 11 de la cuve qui constitue un niveau fixe de référence.

La pointerolle 7 doit être électriquement isolée de la superstructure.
Un contact électrique frottant 12, coopère avec la tige mobile 8. Il est relié par l'intermédiaire d'une résistance 13 de faible valeur (de l'ordre de 1 k Q par exemple) à une p.ise 14 dans le substrat cathodique.
On prend comme références :
Dl : distance entre le substrat cathodique 1 et la superstructure 11 de la cuve (connue par construction) D2 : distance entre la superstructure 11 et la position haute de la pointerolle 7 (vérin 9 remonté au s~i ).
La pointerolle étant relevée au niveau s~i , on la descend progressivement, tout en mesurant la différence de potentiel aux bornes de la résistance 13. Cette ddp est pratiquement égale à O à l'origine.
Le capteur de déplacement 10 affiche la course de la pointerolle dans son ~,uvl -nt descendant. Au moment où se produit le contact pointerollesurface libre de l'électrolyte, le potentiel aux bornes de la résistance 13 augmente brusquement. On note la course de la pointerolle à ce moment, soit D3. On sait alors que la hauteur totale du bain et du métal HB+HM est égale à Dl-D3; la hauteur de métal HM
étant supposée connue (par un procédé qui sera exposé plus loin) on en déduit la hauteur du bain: HB+HM = Dl-D3-D2.
Cette valeur HB est introduite, de facon connue, dans le calculateur qui élabore les ordres d'addition de bain broyé, en fonction de l'écart entre HB mesuré et la valeur de consigne HBC.
Ce procédé et ce dispositif de mesure de HB ont pour avantage d'être d'une mise en oeuvre simple et, surtout, de n'entrainer qu'un contact bref entre le bain fondu et la pointerolle, que l'on remonte dès l'acquisition de la valeur D3, et dont la durée de vie, est de ce fait, très longue. Un autre avantage est que cette mesure permet de vérifier que l'orifice d'alimentation 6 est bien débouché : une valeur aberrante de la tension aux bornes de la résistance 13, ou l'impossibilité
d'acquérir cette valeur, peuvent déclencher une alarme et/ou un dispositif de débouchage du trou (piqueur commandé par un vérin).
Enfin, le fait que l'on arrête la descente de la pointerolle 7 dès qu'elle est au contact du bain liquide, économise de l'air d'alimentation pour le vérin 9.
Sur la figure 2 apparait la trémie 15 contenant le bain broyé, qui est associée à l'un des distributeurs 16 d'alumine.
Ces distributeurs ont été décrits dans le brevet français FR-B-2527647 (= US 4437694), au nom de ALUMINIUM-PECHINEY. Ils sont constitués par l'association d'un piqueur 17 et d'un distributeur-doseur 18, disposés de facon amovible dans un fourreau étanche 19.
La figure 3 montre la position du distributeur 20 de bain broyé à la base de la trémie 15.
Le distributeur-doseur de bain broyé 20 est également disposé dans un fourreau étanche Zl, et son distributeur 22 débouche à proximité
du distributeur d'alumine 23, au-dessus d'un orifice 6.
La figure 4 montre le détail du doseur, qui diffère sensiblement des doseurs d'alumine, par exemple de celui qui a été décrit dans notre brevet européen EP-44794-Bl (= US 4 431 491). En effet, le bain broyé
ne possède pas les mêmes qualités de fluidité que l'alumine. En outre, ce bain étant récupéré sous forme de blocs massifs, son broyage à une granulométrie très fine (inférieure au millimètre par exemple), serait une opération coûteuse, génératrice de poussière. Il est donc préférable de le h~oyer à une granulométrie moyenne (par exemple 0 à 6 mm ou 0 à 10 mm) et de concevoir le distributeur-doseur de façon telle qu'il ne puisse pas rester bloqué dans une position intermédiaire, ce qui entra;nerait le vidage total de la trémie de bain broyé, et une perturba-tion importante de l'équilibre thermique de la cuve.
Le dispositif illustré par la figure 4 répond à cette exigence : il comporte une platine 24 fixée à la base de la trémie 15, par exemple par boulonnage. Sous la platine est fixé le godet doseur 25 formé par un corps tubulaire dont le volume correspond à un poids prédéterminé
de bain broyé qui peut se situer entre 0,5 à 5 kg, par exemple 2 kg.
L'extrémité inférieure 26 est ouverte et se prolonge par le tube adducteur 22 qui débouche au-dessus de l'orifice 6. La partie supérieure 27 débouche dans la trémie. Une tige axiale 28 est raccordée à sa partie supérieure à un vérin 29 et porte, à sa ?artie inférieure, deux moyens d'obturation inférieur et supérieur 30 et 31, écartés d'une distance dl inférieure à la distance d2 entre les ouvertures supérieure et - lo 1335436 inférieure du godet doseur 25.
Les obturateurs 30 et 31 sont constitués par des disques souples centrés sur la tige 28. On peut avantageusement utiliser des brosses métalliques constituées de fils d'acier entrelacés (brosses rotatives), ou encore des disques en matière souple, telle que du feutre, tel quel ou quelque peu rigidifiés par une armature en toile métallique, par exemple, ou encore du caoutchouc dur ou des élastomères de synthèse, éventuellement armés de fils d'aciers, ou alliages équivalents.
La tige 28 est guidée à la base du fourreau 21, par exemple par une bague 32 à frottement do~x qui empêche pratiquement toute remontée de bain broyé dans le fourreau 21.
En position basse, l'obturateur 30 s'appuie sur les rebords de l'ouverture 26 ou sur la base du cône formant la partie inférieure du godet 25. Dans cette position, le godet 25 se remplit de bain broyé.
Revenu en position haute sous l'action du vérin 29, l'obturateur supérieur 31 vient en appui sur les rebords de l'ouverture 27, réalisant ainsi une isolation de la trémie, tandis que le contenu du godet 25 se déverse dans l'orifice 6.
La souplesse et l'élasticité des obturateurs 30 et 31 permettent d'assure~ l'étanchéité même si quelques grains de bain broyé restent accrochés sur les rebords des ouvertures, évitant ainsi toute vidange accidentelle, partielle ou totale, de la trémie 15 dans la cuve.
Le vérin 29 est connecté au calculateur, comme on l'a indiqué
précédemment, de façon à entrer en action pour tout signal indiquant que le niveau de bain est inférieur à la valeur de consigne.
La figure 5 montre le principe de la mesure du niveau de métal.
Nous avons indiqué précédemment que le dispositif de la figure permettait une mesure précise et rapide de la hauteur totale bain +
métal (~B ~ HM).
Il est de pratique courante de mesurer la hauteur de bain et de métal dans une cuve par un procédé manuel, consistant à introduire rapidement une tige de métal dans la cuve, jusqu'au contact avec le substrat cathodique, puis de la retirer quelques secondes. Après refroidissement, on distingue nettement, à l'oeil, le métal et l'électrolyte solidifiés, dont on peut mesurer les hauteurs respectives.
Cette mesure manuelle n'est pas compatible avec une automatisation du procédé.
Selon l'invention, on mesure la hauteur HM de la nappe d'aluminium liquide par référence à un point de cote fixe et connue, par rapport au substrat cathodique: rebord du caisson, montant vertical, poutre horizontale. Le procédé va être décrit dans le cas particulier où le point de référence est situé sur la superstructure 11, mais cela n'implique aucune limitation de l'invention.
On connait, par construction, Dl, distance entre la superstructure 11 et le plan cathodique 1.
On connait DSC (distance entre la superstructure 11 et le cadre anodique 33, mobile en hauteur pour régler la distance anode-cathode de la cuve), gr~ce à un dispositif tel que le capteur de déplacement potentiomètrique-34.
On conna;t DCPA, distance entre le cadre anodique 33 et le plan anodique 4A à partir de la vitesse d'usure des anodes qui est connue de façon assez précise, et reste constante dans des cuves en fonctionnement normal, ~our une qualité d'anodes donnée.
Enfin, on connait DAM, distance anode-métal, qui est considérée comme constante pour une valeur d~e consigne donnée de la résistance interne de la cuve, dans les périodes de fonctionnement normal, hors perturbations (telles que effet d'anode, soutirage de métal, changement d'anodes, relevage du cadre, etc...).
La hauteur de métal HM est donc :
HM = Dl - (DSC + DCPA + DAM) - La hauteur de bain HB s'en déduit, comme on l'a déjà indiqué :
HB = (Dl - D2 - D3) - HM.
Dans le cas où la cuve comporte une motorisation des anodes individuel-lement ou par groupe de 2 ou 4, les références de hauteur DSC et DCPA
devront être prises non plus sur le cadre anodique, mais sur l'un des éléments commun à un groupe d'anodes.
- 12 ~ 1335436 EXEMPLE DE MISE EN OEUVRE
Sur une série de cuves fonctionnant à une intensité de 280 KA, on avait relevé sur plusieurs mois une quantité de bain coulé de l'ordre de 40 à 80 kg par tonne d'aluminium produit (environ 2100 kg d'Al par cuve et par jour), avec une valeur de consigne de hauteur de bain HB
= 20 cm, et des fluctuations de +5/-2 centimètres.
Après mise en oeuvre de l'invention, la valeur de consigne de HB restant fixée à 20 cm, les fluctuations ont été réduites à +-1 cm, et il n'y a pas eu de coulée de bain au cours des six derniers mois.
AVANTAGES P,~ PAK L'INVENTION
Outre les divers avantages qui ont été signalés au cours de la description, la mise en oeuvre de l'invention procure, pour l'exploitation des cuves d'électrolyse, des améliorations importantes:
1. Du fait que le bain broyé est maintenant ajouté à partir d'une trémie et d'un distributeur-doseur, il n'est plus nécessaire de réaliser pour la couverture de la cuve (calorifugeage des anodes) des mélanges de bain concassé (plus éventuellement des additifs fluorés) et d'alumine dite "de process" (c'est-à-dire de l'alumine chargée en fluor, provenant des dispositifs de captage des effluents émis par la cuve d'électrolyse).
On peut désormais effectuer cette couverture exclusivement avec de l'alumine "de process".

2. La hauteur de bain peut être maintenue dans des limites étroites : typiquement + 1 cm sur les moyennes journalières, au lieu de +4 ou 5 cm selon l'art antérieur.

3. Le changement de hauteur de consigne du bain est très facile, une seule instruction étant à modifier sur le microprocesseur de cuve.

4. On peut désormais fonctionner sans crainte avec des hauteurs moyennes de bain plus faibles, toutes autres conditions égales par ailleurs.

5. Cette baisse de niveau moyen du bain et cette limitation du niveau masimal a pour conséquence directe une amélioration de la régularité
du titre du métal (baisse sensible de la teneur en fer).
13 1335~36

6. Gains de productivité sur les mesures manuelles de hauteur, de transferts et de concassage de bain et sur le captage des effluents fluorés sur les circuits de bain (coulée bain fondu, poussières de concassage, etc...).

7. Automatisation des additions de bain broyé, y compris à partir de silos de bain broyé si un système de manutention du silo vers les cuves est mis en place.
_

Claims (9)

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

1. Procédé de contrôle des additions d'électrolyte solide dans une cuve pour la production d'alu-minium par électrolyse d'alumine dissoute dans un bain cryolitique fondu, selon le procédé Hall-Héroult, entre un substrat cathodique carboné sur lequel se forme une nappe d'aluminium liquide et une pluralité d'anodes carbonées supportées par un cadre anodique réglable en hauteur par rapport à une superstructure fixe, procédé dans lequel dans le but de limiter les fluctuations du niveau du bain d'électrolyse à environ +1 cm, - on fixe une valeur de consigne HBC pour la hauteur du bain, - on détermine périodiquement le niveau du bain dans la cuve à partir d'un point PF de cote fixe et connue par rapport au substrat cathodique carboné, - on en déduit la hauteur totale HT de la couche de bain d'électrolyse HB et la nappe HM d'aluminium liquide, - on détermine l'épaisseur HM de la nappe d'Al liquide sur le substrat cathodique, - on en déduit la hauteur HB de la couche de bain, HB = HT-HM, - on compare HB avec la valeur de consigne HBC, Si cette comparaison fait apparaître un défaut de bain, on déclenche une adjonction de bain broyé à partir d'un moyen de stockage, par au moins un orifice pratiqué dans la croûte d'électrolyte solidifiée qui recouvre normalement la cuve, Si cette comparaison fait apparaître un excès de bain, on déclenche une alarme, pour appeler une opération de coulée de bain.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le niveau du bain dans la cuve est mesuré par un moyen choisi parmi un contact électrique direct, un effet de proximité, une télémétrie lumineuse, hertzienne, ou ultra-sonore.

3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le niveau du bain dans la cuve est mesuré par établissement d'un contact électrique entre la surface du bain et une pointerolle mobile par rapport à la superstructure fixe, selon un axe vertical et reliée électriquement au substrat cathodique par une résistance de faible valeur.

4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on détermine la hauteur de la nappe d'aluminium liquide, à
partir des paramètres:
D1: distance entre la superstructure de la cuve et le substrat cathodique, DSC: distance entre la superstructure et le cadre anodique, DSCPA: distance entre le cadre anodique et le plan anodique, DAM: distance entre le plan anodique et la nappe d'aluminium liquide, par la relation: HM = D1 - (DSC + DSCPA + DAM) - on en déduit la hauteur réelle du bain fondu à partir des paramètres D1: distance entre le substrat cathodique et la superstruc-ture de la cuve, D2: distance entre la superstructure et la position haute de la pointerolle, D3: course de la pointerolle entre sa position haute et sa position au moment du contact électrique avec le bain liquide, HM: hauteur de la nappe d'Al liquide sur le substrat cathodique, en appliquant la relation: HB = (D1-D2-D3) - HM.

5. Procédé selon la revendication 1, 3 ou 4, dans lequel l'adjonction de bain broyé est effectuée à partir d'une trémie, disposée sur la cuve, munie d'un distributeur-doseur connecté au moyen de comparaison de la hauteur réelle du bain et de la valeur de consigne de cette hauteur.

6. Dispositif de contrôle des additions d'électrolyse solide dans des cuves d'électrolyse, pour la production d'Al selon le procédé Hall-Héroult, comprenant:
- un moyen de mesure de la hauteur totale de la nappe d'alu-minium et de l'électrolyte fondu qui la surmonte, HB+HM, - un moyen de mesure de la hauteur HM de la nappe d'alumi-nium sur le substrat cathodique, - un moyen de comparaison de la hauteur HB avec une valeur de consigne HBC, - une trémie de stockage de bain broyé disposé sur la cuve d'électrolyse, muni, à sa partie inférieure, d'un distribu-teur-doseur commandé par un dispositif connecté au moyen de comparaison de la hauteur du bain HB avec sa valeur de consigne.

7. Dispositif selon la revendication 6, qui comprend une pointerolle, disposée à l'extrémité d'une tige reliée à un vérin, d'axe vertical, associé à un capteur de déplacement et fixé à la superstructure de la cuve, la pointerolle étant électriquement isolée de la superstruc-ture, la tige coopérant avec un contact électrique, relié
par l'intermédiaire d'une résistance de faible valeur à une prise dans le substrat cathodique.

8. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel le distributeur-doseur de bain broyé comporte un godet doseur constitué par un corps de révolution d'axe vertical, d'un volume correspondant à un poids prédéterminé

de bain broyé, et ouvert à ses deux extrémités, l'ouverture supérieure étant reliée à la trémie de bain broyé, l'ouverture inférieure étant reliée à un tube adducteur, une tige axiale reliée à sa partie supérieure à un vérin étant munie d'un moyen d'obturation inférieur et d'un moyen d'obturation supérieur, écartés entre eux d'une distance d2 inférieure à une distance dl entre les ouvertures inférieure et supérieure avec laquelle chaque moyen d'obturation coopère, en alternance, en relation étanche, lesdits moyens d'obturations inférieur et supérieur étant constitués en une matière souple.

9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel la matière souple constituant lesdits moyens d'obturations inférieur et supérieur est choisie parmi les fils d'aciers entrelacés, le feutre, le feutre armé de fils métalliques, le caoutchouc, les élastomères de synthèse éventuellement armés de fils d'aciers ou d'alliages équiva-lents.