CA2559372C - Element cathodique pour l'equipement d'une cellule d'electrolyse destinee a la production d'aluminium - Google Patents
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- CA2559372C CA2559372C CA2559372A CA2559372A CA2559372C CA 2559372 C CA2559372 C CA 2559372C CA 2559372 A CA2559372 A CA 2559372A CA 2559372 A CA2559372 A CA 2559372A CA 2559372 C CA2559372 C CA 2559372C
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Abstract
L'invention a pour objet un élément cathodique, pour l'équipement d'une cuve de cellule d'électrolyse destinée à la production d'aluminium, comportant un bloc cathodique (5) en matériau carboné ayant au moins une rainure longitudinale sur une de ces faces latérales et une barre de raccordement (6) en acier, qui est logée dans ladite rainure de façon à ce qu'une partie de la barre émerge d'une extrémité du bloc, qui est scellée dans la rainure par interposition d'un matériau de scellement conducteur entre la barre et le bloc et qui contient au moins un insert métallique dont la conductivité électrique est supérieure à celle dudit acier. Selon l'invention, l'insert (16) est disposé longitudinalement à l'intérieur de la barre et se situe, au moins en partie, dans le tronçon (19) de la barre de raccordement qui est destiné à se situer à l'extérieur de la cuve et la barre de raccordement (6) n'est pas scellée au bloc cathodique dans une zone de non-scellement (17) de surface déterminée S située à l'extrémité de la rainure en tête de bloc. La présence d'un insert selon l'invention permet d'obtenir simultanément une très forte réduction de la chute de tension cathodique globale et de la densité de courant en tête de bloc.
Description
ELEMENT CATHODIO.UE POUR L'EO.UIPEMENT D'UNE CELLULE
D'ELECTROLYSE DESTINEE A LA PRODUCTION D'ALUMINIUM
La présente invention concerne la production d'aluminium par électrolyse ignée. Elle concerne plus particulièrement les éléments cathodiques utilisés dans les cellules d'électrolyse destinées à la production d'aluminium.
Le coût de l'énergie est un poste important dans les coûts de fonctionnement des usines d'électrolyse. Par conséquent, la réduction de la consommation spécifique des cellules d'électrolyse devient un enjeu majeur pour ces usines. La consommation spécifique d'une cellule correspond à
l'énergie consommée par la cellule pour produire une tonne d'aluminium.
Elle s'exprime en kWh/t et, à rendement Faraday constant, elle est directement proportionnelle à!a tension électrique aux bornes de la cellule d'électrolyse.
La tension électrique d'une cellule d'électrolyse peut se sous-diviser en plusieurs chutes de tension: la chute de tension anodique, la chute de tension dans le bain, la tension élecfirochimique, la chute de tension cathodique et les pertes en lignes. La présente invention se rapporte à la réduction de la chute de tension cathodique en vue de réduire la consommation spécifique des cellules d'électrolyse.
La chute de tension cathodique dépend de la résistance électrique de l'élément cathodique, qui comporte un bloc cathodique en matériau carboné et une ou plusieurs barres de raccordement en métal.
Les matériaux constituant les blocs cathodiques ont évolué dans le temps pour devenir de moins en moins résistifs au passage du courant.
Ceci a permis d'augmenter les intensités traversant les cellules, tout en, conservant une chute de tension cathodique constante.
Dans les années 1970, les blocs cathodiques étaient en anthracite (carbone amorphe). Ce matériau offrait une résistance électrique assez forte. Devant les besoins des usines d'augmenter leur intensité afin d'augmenter leur production, ces blocs ont été progressivement remplacés, à partir des années 1980, par des blocs dits "semi-graphitiques" (contenant des quantités de graphite allant de 30 % à 50 %) puis par des blocs dits "graphitiques" contenant 100 % de grains de graphite mais dont le liant joignant ces grains reste amorphe. Les grains de graphite de ces blocs
D'ELECTROLYSE DESTINEE A LA PRODUCTION D'ALUMINIUM
La présente invention concerne la production d'aluminium par électrolyse ignée. Elle concerne plus particulièrement les éléments cathodiques utilisés dans les cellules d'électrolyse destinées à la production d'aluminium.
Le coût de l'énergie est un poste important dans les coûts de fonctionnement des usines d'électrolyse. Par conséquent, la réduction de la consommation spécifique des cellules d'électrolyse devient un enjeu majeur pour ces usines. La consommation spécifique d'une cellule correspond à
l'énergie consommée par la cellule pour produire une tonne d'aluminium.
Elle s'exprime en kWh/t et, à rendement Faraday constant, elle est directement proportionnelle à!a tension électrique aux bornes de la cellule d'électrolyse.
La tension électrique d'une cellule d'électrolyse peut se sous-diviser en plusieurs chutes de tension: la chute de tension anodique, la chute de tension dans le bain, la tension élecfirochimique, la chute de tension cathodique et les pertes en lignes. La présente invention se rapporte à la réduction de la chute de tension cathodique en vue de réduire la consommation spécifique des cellules d'électrolyse.
La chute de tension cathodique dépend de la résistance électrique de l'élément cathodique, qui comporte un bloc cathodique en matériau carboné et une ou plusieurs barres de raccordement en métal.
Les matériaux constituant les blocs cathodiques ont évolué dans le temps pour devenir de moins en moins résistifs au passage du courant.
Ceci a permis d'augmenter les intensités traversant les cellules, tout en, conservant une chute de tension cathodique constante.
Dans les années 1970, les blocs cathodiques étaient en anthracite (carbone amorphe). Ce matériau offrait une résistance électrique assez forte. Devant les besoins des usines d'augmenter leur intensité afin d'augmenter leur production, ces blocs ont été progressivement remplacés, à partir des années 1980, par des blocs dits "semi-graphitiques" (contenant des quantités de graphite allant de 30 % à 50 %) puis par des blocs dits "graphitiques" contenant 100 % de grains de graphite mais dont le liant joignant ces grains reste amorphe. Les grains de graphite de ces blocs
2 étant peu résistifs, les blocs offrent une plus faible résistance au passage du courant et en conséquence, à intensité constante, la chute de tension cathodique baisse.
Enfin, les dernières générations de blocs sont des blocs dits 5"graphitisés". Ces blocs subissent un traitement thermique de graphitisation à haute température permettant d'augmenter la conductivité
électrique du bloc par graphitisation du carbone.
Parallèlement à ces avancées visant à réduire la résistance électrique des matériaux, les usines d'électrolyse pour la production d'aluminium ont augmenté leur intensité afin d'augmenter leur production (à rendement Faraday constant, le nombre de tonnes de métal produit par une cellule est proportionnel à l'intensité du courant qui la traverse). En conséquence, comme la chute de tension cathodique Uc est égale au produit de la résistance cathodique Rc et de l'intensité I du courant circulant dans la cathode (Uc = Rc x I), les chutes de tension cathodique restent de nos jours élevées, soit typiquement autour de 300 mV.
En outre, l'évolution des propriétés des blocs cathodiques a conduit à l'apparition de nouveaux problèmes comme, par exemple, l'érosion des cathodes. On constate par exemple que plus les blocs cathodiques contiennent de graphite, plus ils sont sensibles à des problèmes d' érosion en tête de bloc. En effet, la densité de courant ne se répartit pas de façon homogène sur toute la largeur de la cuve et il existe, à la surface de la cathode, un pic de densité de courant situé à chaque extrémité du bloc. Ce pic de densité de courant engendre une érosion localisée de la cathode, érosion d'autant plus marquée que le bloc est riche en graphite. Ces zones de très forte érosion peuvent limiter la durée de vie de la cuve, ce qui est économiquement très pénalisant pour une usine d'électrolyse.
Il est connu de réduire la chute de tension cathodique Uc par l'utilisation de barres de raccordement composites comprenant une partie en acier et une partie en un métal de conductivité électrique supérieure à
celle de l'acier, généralement du cuivre. On peut citer, par exernple, la demande de brevet français FR 1 161 632 (Pechiney), les brevets américains US 2 846 388 (Pechiney) et US 3 551 319 (Kaiser) et la demande internationale WO 02/42525 (Servico).
Enfin, les dernières générations de blocs sont des blocs dits 5"graphitisés". Ces blocs subissent un traitement thermique de graphitisation à haute température permettant d'augmenter la conductivité
électrique du bloc par graphitisation du carbone.
Parallèlement à ces avancées visant à réduire la résistance électrique des matériaux, les usines d'électrolyse pour la production d'aluminium ont augmenté leur intensité afin d'augmenter leur production (à rendement Faraday constant, le nombre de tonnes de métal produit par une cellule est proportionnel à l'intensité du courant qui la traverse). En conséquence, comme la chute de tension cathodique Uc est égale au produit de la résistance cathodique Rc et de l'intensité I du courant circulant dans la cathode (Uc = Rc x I), les chutes de tension cathodique restent de nos jours élevées, soit typiquement autour de 300 mV.
En outre, l'évolution des propriétés des blocs cathodiques a conduit à l'apparition de nouveaux problèmes comme, par exemple, l'érosion des cathodes. On constate par exemple que plus les blocs cathodiques contiennent de graphite, plus ils sont sensibles à des problèmes d' érosion en tête de bloc. En effet, la densité de courant ne se répartit pas de façon homogène sur toute la largeur de la cuve et il existe, à la surface de la cathode, un pic de densité de courant situé à chaque extrémité du bloc. Ce pic de densité de courant engendre une érosion localisée de la cathode, érosion d'autant plus marquée que le bloc est riche en graphite. Ces zones de très forte érosion peuvent limiter la durée de vie de la cuve, ce qui est économiquement très pénalisant pour une usine d'électrolyse.
Il est connu de réduire la chute de tension cathodique Uc par l'utilisation de barres de raccordement composites comprenant une partie en acier et une partie en un métal de conductivité électrique supérieure à
celle de l'acier, généralement du cuivre. On peut citer, par exernple, la demande de brevet français FR 1 161 632 (Pechiney), les brevets américains US 2 846 388 (Pechiney) et US 3 551 319 (Kaiser) et la demande internationale WO 02/42525 (Servico).
3 PCT/FR2005/000757 II est par ailleurs connu des demandes internationales WO
01 /63014 (Comalco) et WO 01 /27353 (Alcoa) que l'utilisation d'inserts en cuivre permet de mieux répartir le courant le long du bloc cathodique. Ces documents enseignent d'enfermer un insert en cuivre dans la barre de raccordement en acier et de confiner l'insert à l'intérieur de la cellule afin de réduire la conduction thermique vers l'extérieur de la cellule.
Toutefois, d'un point de vue économique, ces solutions sont a priori onéreuses car le cuivre est plus cher que l'acier et les quantités de cuivre mises en oruvre peuvent être innportantes. En effet, dans les technologies les plus courantes, le nombre de barres par cuve d'électrolyse est généralement compris entre 50 et 1 00. Le surcoût global dû à la présence de composants en cuivre peut doric augmenter très rapidement.
En outre, les configurations connues de l'art antérieur ne donnent pas entière satisfaction. En effet, ces configurations conduisent à
des diminutions de la chute de tension cathodique globale (c'est-à-dire incluant la chute de tension dans la barre) de l'ordre de 50 mV, qui est une valeur trop faible pour que les surcoûts d' investissement soient rentables, et à des pics de densité de courant en tête de bloc qui restent relativement importants, à savoir plus de 12 kA/m2 envi ron.
La demanderesse a donc recherché des solutions satisfaisantes aux inconvénients de l'art antérieur, et notamment au problème de la consommation spécifique.
Description de l'invention L'invention a pour objet un élément cathodique, pour l'équipement d'une cuve de cellule d'électrolyse destinée à la production d'aluminium, comportant :
- un bloc cathodique en matériau carboné ayant au moins une rainure longitudinale sur une de ses faces latérales ;
- au moins une barre de racco rdement en acier, dont au moins une partie dite "tronçon extérieur" est destinée à se situer à l'extérieur de la cuve, qui est logée dans ladite rainure de façon à ce qu'une partie de la barre dite "partie hors bloc" émerge d'au moins une extrémité du bloc dite "tête de bloc", et qui est scellée dans la rainure par interposition d'un
01 /63014 (Comalco) et WO 01 /27353 (Alcoa) que l'utilisation d'inserts en cuivre permet de mieux répartir le courant le long du bloc cathodique. Ces documents enseignent d'enfermer un insert en cuivre dans la barre de raccordement en acier et de confiner l'insert à l'intérieur de la cellule afin de réduire la conduction thermique vers l'extérieur de la cellule.
Toutefois, d'un point de vue économique, ces solutions sont a priori onéreuses car le cuivre est plus cher que l'acier et les quantités de cuivre mises en oruvre peuvent être innportantes. En effet, dans les technologies les plus courantes, le nombre de barres par cuve d'électrolyse est généralement compris entre 50 et 1 00. Le surcoût global dû à la présence de composants en cuivre peut doric augmenter très rapidement.
En outre, les configurations connues de l'art antérieur ne donnent pas entière satisfaction. En effet, ces configurations conduisent à
des diminutions de la chute de tension cathodique globale (c'est-à-dire incluant la chute de tension dans la barre) de l'ordre de 50 mV, qui est une valeur trop faible pour que les surcoûts d' investissement soient rentables, et à des pics de densité de courant en tête de bloc qui restent relativement importants, à savoir plus de 12 kA/m2 envi ron.
La demanderesse a donc recherché des solutions satisfaisantes aux inconvénients de l'art antérieur, et notamment au problème de la consommation spécifique.
Description de l'invention L'invention a pour objet un élément cathodique, pour l'équipement d'une cuve de cellule d'électrolyse destinée à la production d'aluminium, comportant :
- un bloc cathodique en matériau carboné ayant au moins une rainure longitudinale sur une de ses faces latérales ;
- au moins une barre de racco rdement en acier, dont au moins une partie dite "tronçon extérieur" est destinée à se situer à l'extérieur de la cuve, qui est logée dans ladite rainure de façon à ce qu'une partie de la barre dite "partie hors bloc" émerge d'au moins une extrémité du bloc dite "tête de bloc", et qui est scellée dans la rainure par interposition d'un
4 matériau de scellement conducteur, tel que de la fonte ou de la pâte conductrice, entre la barre et le bloc.
L'élément cathodique selon l'invention est caractérisé en ce que, pour chaque tronçon extérieur :
- la barre de raccordement comprend au moins un insert métallique, de longueur Lc, dont la conducrtivité électrique est supérieure à
celle dudit acier, qui est disposé longitudir-salement à l'intérieur de la barre et qui se situe, au moins en partie, dans ledit tronçon ;
- la barre de raccordement n'est pas scellée au bloc cathodique dans au moins une zone dite de "non-scell ement" de surface déterminée S
située à l'extrémité de la rainure en tête de bloc.
De préférence, l'insert affleure - avec une tolérance déterminée - la surface de l'extrémité dudit tronçon ex-térieur.
Avantageusement, le ou chaque insert est réalisé en cuivre ou en alliage à base de cuivre.
La présence d'un insert selon l'invention permet d'obtenir simultanément une très forte réduction de la chute de tension cathodique globale (par exemple 0,2 V pour une barre avec un insert en cuivre contre 0,3 V pour une barre totalement en acier) et une très forte réduction de la densité de courant en tête de bloc (au moins de l'ordre de 20 %).
' Dans ses recherches, la demanderesse a noté qu'une partie importante de Ja chute_de tension cathodique (environ un tiers) se situe dans la partie dite "hors bloc",de la barre qui sort du bloc. En effet, plus on se rapproche de la partie hors bloc de la barre, plus la densité de courant dans celle-ci augmente pour atteindre sa valeur maximale dans la partie hors bloc. Par conséquent, sur toute la partie hors bloc de la barre, une faible section assure la transmission d'une importante quantité de courant, ce qui engendre une forte chute de tension.
La demanderesse a eu l'idée de combiner une zone de non-scellement à proximité de la tête du bloc cathodique et au moins un insert dans chaque tronçon extérieur de la barre de raccordement qui s'étend, de préférence, sur sensiblement toute la longueur du tronçon. Elle a constaté
que, de manière inattendue, l'effet combiné de ces caractéristiques permet de réduire de manière très significative le pic de densité du courant existant en tête de bloc, c'est-à-dire près des extrémités du bloc, tout en réduisant de manière très significative la chute de tension cathodique. En particulier, elle a noté que la zone de non-scellement permet de dirninuer sensiblement l'impact du pied de talus sur le pic de densité de couranrt.
L'invention est particulièrement intéressante lorsque ledit matériau carboné contient du graphite.
L'élément cathodique selon l'invention est caractérisé en ce que, pour chaque tronçon extérieur :
- la barre de raccordement comprend au moins un insert métallique, de longueur Lc, dont la conducrtivité électrique est supérieure à
celle dudit acier, qui est disposé longitudir-salement à l'intérieur de la barre et qui se situe, au moins en partie, dans ledit tronçon ;
- la barre de raccordement n'est pas scellée au bloc cathodique dans au moins une zone dite de "non-scell ement" de surface déterminée S
située à l'extrémité de la rainure en tête de bloc.
De préférence, l'insert affleure - avec une tolérance déterminée - la surface de l'extrémité dudit tronçon ex-térieur.
Avantageusement, le ou chaque insert est réalisé en cuivre ou en alliage à base de cuivre.
La présence d'un insert selon l'invention permet d'obtenir simultanément une très forte réduction de la chute de tension cathodique globale (par exemple 0,2 V pour une barre avec un insert en cuivre contre 0,3 V pour une barre totalement en acier) et une très forte réduction de la densité de courant en tête de bloc (au moins de l'ordre de 20 %).
' Dans ses recherches, la demanderesse a noté qu'une partie importante de Ja chute_de tension cathodique (environ un tiers) se situe dans la partie dite "hors bloc",de la barre qui sort du bloc. En effet, plus on se rapproche de la partie hors bloc de la barre, plus la densité de courant dans celle-ci augmente pour atteindre sa valeur maximale dans la partie hors bloc. Par conséquent, sur toute la partie hors bloc de la barre, une faible section assure la transmission d'une importante quantité de courant, ce qui engendre une forte chute de tension.
La demanderesse a eu l'idée de combiner une zone de non-scellement à proximité de la tête du bloc cathodique et au moins un insert dans chaque tronçon extérieur de la barre de raccordement qui s'étend, de préférence, sur sensiblement toute la longueur du tronçon. Elle a constaté
que, de manière inattendue, l'effet combiné de ces caractéristiques permet de réduire de manière très significative le pic de densité du courant existant en tête de bloc, c'est-à-dire près des extrémités du bloc, tout en réduisant de manière très significative la chute de tension cathodique. En particulier, elle a noté que la zone de non-scellement permet de dirninuer sensiblement l'impact du pied de talus sur le pic de densité de couranrt.
L'invention est particulièrement intéressante lorsque ledit matériau carboné contient du graphite.
5 Un procédé de fabrication d'une barre de raccordement, qui est susceptible d'être utilisée dans un élément cathodique selon l'invention, comprend avantageusement la formation d'une cavité longitudinale -typiquement un trou borgne - dans une barre en acier à partir d'une extrémité de celle-ci, la fabrication d'un insert en matériau plus conducteur que l'acier constituant la barre, de longueur et de section correspondant à
celles de la cavité, puis l'introduction de l'insert dans la cavité.
Un contact intime entre l'insert et la barre est généralement obtenu lors de la montée en température de la cuve, grâce à la dilatation thermique différentielle entre l'insert et la barre (car l'acier se dilate relativement peu par rapport à d'autres métaux).
L'invention concerne également une cellule d'électrolyse comprenant au moins un élément cathodique selon l'invention.
L'invention est décrite en détail ci-dessous à l'aide des figures annexées.
La figure 1 est une vue en coupe transversale d'une demi-cuve traditionnelle.
La figure 2 est une vue similaire à figure 1 dans le cas d'une cellule comprenant un élément cathodique selon l'invention.
La figure 3 est une vue de dessous d'un élément cathodique selon un mode de réalisation de l'invention.
La figure 4 est une vue de dessous d'un élément cathodique selon un autre mode de réalisation de l'invention.
La figure 5 est une vue en perspective d'une extrémité du bloc cathodique des figures 3 ou 4.
La figure 6 représente un tronçon de barre de raccordement équipée d'un insert de section circulaire.
La figure 7 représente un tronçon de barre de raccordement équipée d'une insert de section circulaire dans une rainure latérale.
La figure 8 présente des courbes de répartition du courant cathodique le long d'un bloc cathodique.
celles de la cavité, puis l'introduction de l'insert dans la cavité.
Un contact intime entre l'insert et la barre est généralement obtenu lors de la montée en température de la cuve, grâce à la dilatation thermique différentielle entre l'insert et la barre (car l'acier se dilate relativement peu par rapport à d'autres métaux).
L'invention concerne également une cellule d'électrolyse comprenant au moins un élément cathodique selon l'invention.
L'invention est décrite en détail ci-dessous à l'aide des figures annexées.
La figure 1 est une vue en coupe transversale d'une demi-cuve traditionnelle.
La figure 2 est une vue similaire à figure 1 dans le cas d'une cellule comprenant un élément cathodique selon l'invention.
La figure 3 est une vue de dessous d'un élément cathodique selon un mode de réalisation de l'invention.
La figure 4 est une vue de dessous d'un élément cathodique selon un autre mode de réalisation de l'invention.
La figure 5 est une vue en perspective d'une extrémité du bloc cathodique des figures 3 ou 4.
La figure 6 représente un tronçon de barre de raccordement équipée d'un insert de section circulaire.
La figure 7 représente un tronçon de barre de raccordement équipée d'une insert de section circulaire dans une rainure latérale.
La figure 8 présente des courbes de répartition du courant cathodique le long d'un bloc cathodique.
6 Tel qu'illustré à la figure 1, une cellule d'électrolyse 1 comporte une cuve 10 et au moins une anode 4. La cuve 10 comporte un caisson 2 dont le fond et les parois latérales sont recouvertes d'éléments en matériau réfractaire 3 et 3'. Des blocs cathodiques 5 reposent sur les éléments réfractaires de fond 3. Des barres de raccordement 6, généraiernent en acier, sont scellées dans la partie inférieure des blocs cathodiques 5. Le scellement entre la ou les barres de raccordement 6 et le bloc cathodique 5 est typiquement réalisé par l'intermédiaire de fonte ou de pâte conductrice
7.
Tel qu'illustré aux figures 3 à 5, les blocs cathodiques 5 ont une forme sensiblement parallélépipédique, de longueur Lo, dont une des faces latérales 21 possède une ou plusieurs rainures longitudinales 15 destinées à loger les barres de raccordement 6. Les rainures 15 débouchent en tête de bloc et s'étendent généralement d'une extrémité à l'autre du bloc. La partie dite "hors bloc" 22 de la barre 6 qui émerge du bloc cathodique 5 a une la longueur E.
Les blocs cathodiques 5 et les barres de raccord ement 6 forment des éléments cathodiques 20 qui sont généralement assemblés hors de la cuve et ajoutés à celle-ci lors de la formation de son revêtement intérieur. Une cuve d'électrolyse 10 comporte typiquement plus d'une dizaine d'éléments cathodiques 20 disposés côte à côte. Un élément cathodique 20 peut comporter une ou plusieurs barres de raccordement, qui traversent le bloc de part en part, ou une ou plusieurs paires de demi-barres, typiquement alignées, qui ne s'étendent que sur une partie du bloc.
Les barres de raccordement 6 ont pour fonction de collecter le courant ayant traversé chaque bloc cathodique 5 et le renvoyer dans le réseau de conducteurs se trouvant à l'extérieur de la cuve. Comme illustré
à la figure 1, les barres de raccordement 6 traversent la cuve 140 et sont typiquement reliées à un conducteur de liaison 13, généralement en aluminium, par un raccord souple en aluminium 14 raccordé au(x) tronçon(s) 19 des barres qui sort(ent) de la cuve 10.
En fonctionnement, la cuve 10 contient une nappe d'aluminium liquide 8 et un bain d'électrolyte 9, au-dessus des blocs cathodiques 5, et les anodes 4 plongent dans le bain 9. Un talus 12 de bain solidifié- se forme généralement sur les revêtements de côté 3'. Une partie 12' de ce talus 12, appelée "pied de talus", peut empiéter sur la surface latérale supérieure 28 du bloc cathodique 5. Le pied de talus isole électriquement la ca-thode et augmente le pic de densité de courant en tête de bloc.
La figure 2 représente une cellule d'électrolyse 1 pour fabrication d'aluminium, dans laquelle les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références que précédemment.
Tel qu'illustré à la figure 2, chaque extrémité de barre de raccordement 6 est équipée d'un insert métallique 16, de préférence en cuivre ou en alliage de cuivre, qui s'étend sur une longueur Lc, typiquement à partir sensiblement de la ou chaque extrémité extérieure de la barre 6.
L'insert 16 se situe, au moins en partie, dans le ou chaque tronçon extérieur 19 de la barre de raccordement 6 qui est destiné à se sirtuer à
l'extérieur de la cuve 10.
Le ou chaque insert 16 est de préférence logé dans une cavité
formant un trou borgne à l'intérieur de la barre 6. Cette variante permet d'éviter l'exposition de l'insert aux infiltrations éventuelles de bain ou de métal liquides. La cavité peut éventuellement être une rainure sur un e face latérale de la barre, tel qu'illustré à la figure 7.
L'insert couvre de préférence au moins 90 % de la longu eur Le du ou de chaque tronçon extérieur 19 de la barre de raccordement 6 dans lequel il est logé afin d'optimiser la diminution de chute de tension o6tenue à l'aide de l'invention.
La surface d'extrémité 24, qui est destinée à être à I'ex-térieur de la cuve 10, est généralement sensiblement verticale lorsque l'élément cathodique 20 est installé dans une cuve.
Selon une variante avantageuse de l'invention, le ou chaque insert 16 affleure sensiblement, c'est-à-dire avec une tolérance déterminée, la surface 24 de l'extrémité du tronçon extérieur 19 de la barre 6. Ladite tolérance déterminée est de préférence inférieure ou égale à 1 cm.
Selon une autre variante avantageuse de l'invention, l'ex-trémité
extérieure de chaque insert 16 est en retrait, d'une distance déterminée, par rapport à la surface 24 de l'extrémité du tronçon extérieur 19 de la barre 6. Ladite distance déterminée est de préférence inférieure ou égale à
4 cm. La cavité formée par le retrait de l'insert peut avantageusement contenir un matériau réfractaire afin d'éviter la perte de chalaur par rayonnement et/ou convection.
ô
La longueur Lc de l'insert 16 est typiquement comprise entre 10 et 300 %, de préférence entre 20 et 300 %, et de préférence encore entre 110 et 270 %, de la longueur E de la partie dite "hors bloc" 22 de la barre 6 qui émerge du bloc cathodique 5 et dans laquelle l'insert est logé.
Plus l'insert est long, plus la chute de tension cathodique diminue. Toutefois, la demanderesse a constaté que, au-dessus d'une longueur d'insert de 270 % de la partie hors bloc 22 de barre, l'augmentation n'intervient que faiblement sur la valeur de la chute de tension cathodique.
Tel qu'illustré à la figure 2, au moins une zone 17 située entre la barre 6 et le bloc cathodique 5 ne contient pas de matériau de scellement.
Cette zone, dite de "non-scellement", est avantageusement remplie, en tout ou partie, d'un matériau électriquement isolant, tel qu'un matériau réfractaire, typiquement sous forme de fibres ou de tissus ; ce matériau est interposé entre la barre 6 et le bloc cathodique 5, dans la zone de non-scellement 17, tel qu'illustré à la figure 5. La ou chaque zone de non-scellement 17 est située à proximité de l'extrémité 25 du bloc cathodique 5, appelée "tête de bloc", de laquelle émerge la barre et couvre une surface déterminée S. De préférence, la ou chaque zone de non-scellement 17 affleure la surface 27 de la tête de bloc 25 de laquelle émerge la barre 6.
Les figures 3 et 4 illustrent deux modes de réalisation particuliers de l'élément cathodique 20 selon l'invention. Dans l'exemple de la figure 3, l'élément cathodique comporte deux barres de raccordement parallèles qui traversent le bloc cathodique de part en part. Chaque barre comporte alors deux parties hors bloc 22 et deux tronçons extérieurs 19.
Dans l'exemple de la figure 4, l'élément cathodique comporte quatre barres de raccordement (également appelées "demi-barres") qui débouchent chacune à une extrémité du bloc. Chaque barre comporte alors une seule partie hors bloc 22 et un seul tronçon extérieur 19. Dans les deux exemples, un matériau de scellement conducteur 7 est interposé entre le bloc 5 et chaque barre 6, sauf dans les zones situées aux extrémités du bloc 5 où il existe des zones de non-scellement 17, qui peuvent être remplies de matériaux réfractaires.
L'aire totale A de la ou des surface(s) déterminée(s) S de la ou des zone(s) de non-scellement 17 de chaque barre de raccordement 6 est typiquement comprise entre 0,5 et 25 %, de préférence entre 2 et 20 %, de préférence encore entre 3 et 15 %, de l'aire Ao la surface So de la barre 6 qui est susceptible d'être scellée, dite "surface scellable". La surface scellable So correspond aux surfaces de la partie 23 de la barre 6 qui sont en regard des surfaces internes de la rainure 15 dans le bloc 5.
Lorsque la ou chaque barre de raccordement 6 traverse le bloc cathodique 5 de part en part, comme illustré à la figure 3, l'aire Ao de la surface scellable So est typiquement égale à Lo x(2 H + W), où H est la hauteur de la barre et W sa largeur. Dans ce cas, comme chaque barre de raccordement 6 possède une zone de non-scellement 17 à chaque extrémité 25, l'aire totale A est égale à la somme des aires de chaque surface déterminée S.
Lorsque les barres de raccordement 6 s'interrompent vers le centre du bloc pour former deux demi-barres alignées, comme illustré à la figure 4, l'aire Ao de la surface scellable So de chaque demi-barre est typiquement égale à Li x (2 H + W), où H est la hauteur de la barre et W
sa largeur. Dans ce cas, comme chaque demi-barre de raccordement 6 possède une zone de non-scellement 17 à une seule extrémité 25, l'aire totale A est égale à l'aire de la surface déterminée S de cette zone de non-scellement. La demanderesse a toutefois constaté que lorsque la discontinuité de la barre près du centre du bloc est relativement courte, ce qui est généralement le cas, elle modifiait peu la répartition du courant et la chute de tension, de sorte que l'aire A pouvait être déterminée comme si les barres étaient continues d'une extrémité à l'autre.
La surface déterminée S est typiquement de forme simple afin de faciliter la formation de la zone de non-scellement 17. Dans le cas, illustré aux figures 2 à 4, où la zone de non-scellement 17 est formée par l'absence de scellement sur une longueur Ls, à partir de la surface 27 de la tête de bloc 25, l'aire de la surface déterminée S est typiquement égale à
Ls x(2 H + W). Dans ce cas, la longueur Ls de chaque zone de non-scellement 17 est de préférence comprise entre 0,5 et 25 %, de préférence entre 2 et 20 %, de préférence encore entre 3 et 15 %, de la demi-longueur Lo/2 du bloc.
La section de l'insert 16 influence également la réduction de la chute de tension cathodique. Avantageusement, la section transversale de chaque insert est comprise entre 1 et 50 %, et de préférence entre 5 et 30 %, de la section transversale de la barre 6. En effet, au-delà de 30 % de section totale en insert, la quantité supplémentaire de conducteur apporte un surcoût important pour une faible augmentation des performances.
L'insert 16 prend typiquement la forme d'une barre. La forme de la section transversale de l'insert 16 est libre, cette forme pouvant être 5 rectangulaire (tel qu'illustré à la figure 5), circulaire (tel qu'illustré à
la figure 6 ou 7), ovoïde ou polygonale... Elle est toutefois avantageusement circulaire afin de faciliter la fabrication de la barre de raccordement, notamment la réalisation dé la cavité destinée à loger l'insert.
La demanderesse a effectué des calculs numériques destinés à
10 évaluer la répartition du courant cathodique à la surface 28 du bloc cathodique obtenue avec des configurations selon l'art antérieur et selon l' invention.
La figure 8présente les résultats d'un calcul correspondant à
des dimensions de barre de raccordement et une intensité de courant typiques des cellules d'électrolyse existantes. Les courbes correspondent à
la densité yie courant J à la surface supérieure 28 du bloc, exprimée en kA/m2, en fonction de la distance D de l'extrémité du bloc.
La cellule comporte 20 éléments cathodiques disposés côte à
côte et comportant chacun deux barres de raccordement, tel qu'illustré à la figure 3. L'intensité totale est de 314 kA. Les barres de raccordement ont une longueur L égale à 4,3 m, une hauteur H égale à 160 mm et une largeur W égale à 110 mm. La longueur E des barres de raccordement sortant des blocs cathodiques est de 0,50 m.
La courbe A, relative à l'art antérieur, correspond à une barre de raccordement entièrement en acier. La chute de tension cathodique est de 283 mV (entre le centre de la nappe de métal liquide et le cadre anodique de la cuve aval).
La courbe B, relative à l'art antérieur, correspond à une barre en acier ayant les mêmes dimensions que dans le cas A, mais comportant un insert cylindrique en cuivre d'une longueur égale à 1,53 m dont le diamètre est égal à 4,13 cm. L'insert est placé le long de l'axe de symétrie longitudinal de la barre et s'étend approximativement du centre de la barre (c'est-à-dire approximativement du plan central P de la cuve) jusqu'à
environ la moitié de l'épaisseur du revêtement de côté 3' de la cellule. La chute de tension cathodique est de 229 mV. Par rapport au cas A, la réduction de la chute cathodique est d'environ 19 % et la réduction du pic de densité de courant est d'environ 18 %.
La courbe C, relative à l'invention, correspond à une barre en acier ayant les mêmes dimensions que dans le cas A, mais comportant un insert cylindrique en cuivre d'une longueur Lc égale à 1,30 m dont le diamètre est égal à 4,5 cm (correspondant à un volume de cuivre identique à celui du cas B). L'insert est placé le long de l'axe de symétrie longitudinal de la barre et s'étend, comme dans la figure 2, de l'extrémité extérieure de la barre jusqu'à l'intérieur de la cellule. La zone de non-scellement a une longueur de 0,18 m et concerne les trois faces normalement scellées de la barre. La chute de tension cathodique est de 190 mV. Par rapport au cas A, la réduction de la chute cathodique est d'environ 32 % et la réduction du pic de densité de courant est d'environ 37 %. La répartition du courant cathodique est nettement plus homogène que dans les cas A et B.
Tel qu'illustré aux figures 3 à 5, les blocs cathodiques 5 ont une forme sensiblement parallélépipédique, de longueur Lo, dont une des faces latérales 21 possède une ou plusieurs rainures longitudinales 15 destinées à loger les barres de raccordement 6. Les rainures 15 débouchent en tête de bloc et s'étendent généralement d'une extrémité à l'autre du bloc. La partie dite "hors bloc" 22 de la barre 6 qui émerge du bloc cathodique 5 a une la longueur E.
Les blocs cathodiques 5 et les barres de raccord ement 6 forment des éléments cathodiques 20 qui sont généralement assemblés hors de la cuve et ajoutés à celle-ci lors de la formation de son revêtement intérieur. Une cuve d'électrolyse 10 comporte typiquement plus d'une dizaine d'éléments cathodiques 20 disposés côte à côte. Un élément cathodique 20 peut comporter une ou plusieurs barres de raccordement, qui traversent le bloc de part en part, ou une ou plusieurs paires de demi-barres, typiquement alignées, qui ne s'étendent que sur une partie du bloc.
Les barres de raccordement 6 ont pour fonction de collecter le courant ayant traversé chaque bloc cathodique 5 et le renvoyer dans le réseau de conducteurs se trouvant à l'extérieur de la cuve. Comme illustré
à la figure 1, les barres de raccordement 6 traversent la cuve 140 et sont typiquement reliées à un conducteur de liaison 13, généralement en aluminium, par un raccord souple en aluminium 14 raccordé au(x) tronçon(s) 19 des barres qui sort(ent) de la cuve 10.
En fonctionnement, la cuve 10 contient une nappe d'aluminium liquide 8 et un bain d'électrolyte 9, au-dessus des blocs cathodiques 5, et les anodes 4 plongent dans le bain 9. Un talus 12 de bain solidifié- se forme généralement sur les revêtements de côté 3'. Une partie 12' de ce talus 12, appelée "pied de talus", peut empiéter sur la surface latérale supérieure 28 du bloc cathodique 5. Le pied de talus isole électriquement la ca-thode et augmente le pic de densité de courant en tête de bloc.
La figure 2 représente une cellule d'électrolyse 1 pour fabrication d'aluminium, dans laquelle les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références que précédemment.
Tel qu'illustré à la figure 2, chaque extrémité de barre de raccordement 6 est équipée d'un insert métallique 16, de préférence en cuivre ou en alliage de cuivre, qui s'étend sur une longueur Lc, typiquement à partir sensiblement de la ou chaque extrémité extérieure de la barre 6.
L'insert 16 se situe, au moins en partie, dans le ou chaque tronçon extérieur 19 de la barre de raccordement 6 qui est destiné à se sirtuer à
l'extérieur de la cuve 10.
Le ou chaque insert 16 est de préférence logé dans une cavité
formant un trou borgne à l'intérieur de la barre 6. Cette variante permet d'éviter l'exposition de l'insert aux infiltrations éventuelles de bain ou de métal liquides. La cavité peut éventuellement être une rainure sur un e face latérale de la barre, tel qu'illustré à la figure 7.
L'insert couvre de préférence au moins 90 % de la longu eur Le du ou de chaque tronçon extérieur 19 de la barre de raccordement 6 dans lequel il est logé afin d'optimiser la diminution de chute de tension o6tenue à l'aide de l'invention.
La surface d'extrémité 24, qui est destinée à être à I'ex-térieur de la cuve 10, est généralement sensiblement verticale lorsque l'élément cathodique 20 est installé dans une cuve.
Selon une variante avantageuse de l'invention, le ou chaque insert 16 affleure sensiblement, c'est-à-dire avec une tolérance déterminée, la surface 24 de l'extrémité du tronçon extérieur 19 de la barre 6. Ladite tolérance déterminée est de préférence inférieure ou égale à 1 cm.
Selon une autre variante avantageuse de l'invention, l'ex-trémité
extérieure de chaque insert 16 est en retrait, d'une distance déterminée, par rapport à la surface 24 de l'extrémité du tronçon extérieur 19 de la barre 6. Ladite distance déterminée est de préférence inférieure ou égale à
4 cm. La cavité formée par le retrait de l'insert peut avantageusement contenir un matériau réfractaire afin d'éviter la perte de chalaur par rayonnement et/ou convection.
ô
La longueur Lc de l'insert 16 est typiquement comprise entre 10 et 300 %, de préférence entre 20 et 300 %, et de préférence encore entre 110 et 270 %, de la longueur E de la partie dite "hors bloc" 22 de la barre 6 qui émerge du bloc cathodique 5 et dans laquelle l'insert est logé.
Plus l'insert est long, plus la chute de tension cathodique diminue. Toutefois, la demanderesse a constaté que, au-dessus d'une longueur d'insert de 270 % de la partie hors bloc 22 de barre, l'augmentation n'intervient que faiblement sur la valeur de la chute de tension cathodique.
Tel qu'illustré à la figure 2, au moins une zone 17 située entre la barre 6 et le bloc cathodique 5 ne contient pas de matériau de scellement.
Cette zone, dite de "non-scellement", est avantageusement remplie, en tout ou partie, d'un matériau électriquement isolant, tel qu'un matériau réfractaire, typiquement sous forme de fibres ou de tissus ; ce matériau est interposé entre la barre 6 et le bloc cathodique 5, dans la zone de non-scellement 17, tel qu'illustré à la figure 5. La ou chaque zone de non-scellement 17 est située à proximité de l'extrémité 25 du bloc cathodique 5, appelée "tête de bloc", de laquelle émerge la barre et couvre une surface déterminée S. De préférence, la ou chaque zone de non-scellement 17 affleure la surface 27 de la tête de bloc 25 de laquelle émerge la barre 6.
Les figures 3 et 4 illustrent deux modes de réalisation particuliers de l'élément cathodique 20 selon l'invention. Dans l'exemple de la figure 3, l'élément cathodique comporte deux barres de raccordement parallèles qui traversent le bloc cathodique de part en part. Chaque barre comporte alors deux parties hors bloc 22 et deux tronçons extérieurs 19.
Dans l'exemple de la figure 4, l'élément cathodique comporte quatre barres de raccordement (également appelées "demi-barres") qui débouchent chacune à une extrémité du bloc. Chaque barre comporte alors une seule partie hors bloc 22 et un seul tronçon extérieur 19. Dans les deux exemples, un matériau de scellement conducteur 7 est interposé entre le bloc 5 et chaque barre 6, sauf dans les zones situées aux extrémités du bloc 5 où il existe des zones de non-scellement 17, qui peuvent être remplies de matériaux réfractaires.
L'aire totale A de la ou des surface(s) déterminée(s) S de la ou des zone(s) de non-scellement 17 de chaque barre de raccordement 6 est typiquement comprise entre 0,5 et 25 %, de préférence entre 2 et 20 %, de préférence encore entre 3 et 15 %, de l'aire Ao la surface So de la barre 6 qui est susceptible d'être scellée, dite "surface scellable". La surface scellable So correspond aux surfaces de la partie 23 de la barre 6 qui sont en regard des surfaces internes de la rainure 15 dans le bloc 5.
Lorsque la ou chaque barre de raccordement 6 traverse le bloc cathodique 5 de part en part, comme illustré à la figure 3, l'aire Ao de la surface scellable So est typiquement égale à Lo x(2 H + W), où H est la hauteur de la barre et W sa largeur. Dans ce cas, comme chaque barre de raccordement 6 possède une zone de non-scellement 17 à chaque extrémité 25, l'aire totale A est égale à la somme des aires de chaque surface déterminée S.
Lorsque les barres de raccordement 6 s'interrompent vers le centre du bloc pour former deux demi-barres alignées, comme illustré à la figure 4, l'aire Ao de la surface scellable So de chaque demi-barre est typiquement égale à Li x (2 H + W), où H est la hauteur de la barre et W
sa largeur. Dans ce cas, comme chaque demi-barre de raccordement 6 possède une zone de non-scellement 17 à une seule extrémité 25, l'aire totale A est égale à l'aire de la surface déterminée S de cette zone de non-scellement. La demanderesse a toutefois constaté que lorsque la discontinuité de la barre près du centre du bloc est relativement courte, ce qui est généralement le cas, elle modifiait peu la répartition du courant et la chute de tension, de sorte que l'aire A pouvait être déterminée comme si les barres étaient continues d'une extrémité à l'autre.
La surface déterminée S est typiquement de forme simple afin de faciliter la formation de la zone de non-scellement 17. Dans le cas, illustré aux figures 2 à 4, où la zone de non-scellement 17 est formée par l'absence de scellement sur une longueur Ls, à partir de la surface 27 de la tête de bloc 25, l'aire de la surface déterminée S est typiquement égale à
Ls x(2 H + W). Dans ce cas, la longueur Ls de chaque zone de non-scellement 17 est de préférence comprise entre 0,5 et 25 %, de préférence entre 2 et 20 %, de préférence encore entre 3 et 15 %, de la demi-longueur Lo/2 du bloc.
La section de l'insert 16 influence également la réduction de la chute de tension cathodique. Avantageusement, la section transversale de chaque insert est comprise entre 1 et 50 %, et de préférence entre 5 et 30 %, de la section transversale de la barre 6. En effet, au-delà de 30 % de section totale en insert, la quantité supplémentaire de conducteur apporte un surcoût important pour une faible augmentation des performances.
L'insert 16 prend typiquement la forme d'une barre. La forme de la section transversale de l'insert 16 est libre, cette forme pouvant être 5 rectangulaire (tel qu'illustré à la figure 5), circulaire (tel qu'illustré à
la figure 6 ou 7), ovoïde ou polygonale... Elle est toutefois avantageusement circulaire afin de faciliter la fabrication de la barre de raccordement, notamment la réalisation dé la cavité destinée à loger l'insert.
La demanderesse a effectué des calculs numériques destinés à
10 évaluer la répartition du courant cathodique à la surface 28 du bloc cathodique obtenue avec des configurations selon l'art antérieur et selon l' invention.
La figure 8présente les résultats d'un calcul correspondant à
des dimensions de barre de raccordement et une intensité de courant typiques des cellules d'électrolyse existantes. Les courbes correspondent à
la densité yie courant J à la surface supérieure 28 du bloc, exprimée en kA/m2, en fonction de la distance D de l'extrémité du bloc.
La cellule comporte 20 éléments cathodiques disposés côte à
côte et comportant chacun deux barres de raccordement, tel qu'illustré à la figure 3. L'intensité totale est de 314 kA. Les barres de raccordement ont une longueur L égale à 4,3 m, une hauteur H égale à 160 mm et une largeur W égale à 110 mm. La longueur E des barres de raccordement sortant des blocs cathodiques est de 0,50 m.
La courbe A, relative à l'art antérieur, correspond à une barre de raccordement entièrement en acier. La chute de tension cathodique est de 283 mV (entre le centre de la nappe de métal liquide et le cadre anodique de la cuve aval).
La courbe B, relative à l'art antérieur, correspond à une barre en acier ayant les mêmes dimensions que dans le cas A, mais comportant un insert cylindrique en cuivre d'une longueur égale à 1,53 m dont le diamètre est égal à 4,13 cm. L'insert est placé le long de l'axe de symétrie longitudinal de la barre et s'étend approximativement du centre de la barre (c'est-à-dire approximativement du plan central P de la cuve) jusqu'à
environ la moitié de l'épaisseur du revêtement de côté 3' de la cellule. La chute de tension cathodique est de 229 mV. Par rapport au cas A, la réduction de la chute cathodique est d'environ 19 % et la réduction du pic de densité de courant est d'environ 18 %.
La courbe C, relative à l'invention, correspond à une barre en acier ayant les mêmes dimensions que dans le cas A, mais comportant un insert cylindrique en cuivre d'une longueur Lc égale à 1,30 m dont le diamètre est égal à 4,5 cm (correspondant à un volume de cuivre identique à celui du cas B). L'insert est placé le long de l'axe de symétrie longitudinal de la barre et s'étend, comme dans la figure 2, de l'extrémité extérieure de la barre jusqu'à l'intérieur de la cellule. La zone de non-scellement a une longueur de 0,18 m et concerne les trois faces normalement scellées de la barre. La chute de tension cathodique est de 190 mV. Par rapport au cas A, la réduction de la chute cathodique est d'environ 32 % et la réduction du pic de densité de courant est d'environ 37 %. La répartition du courant cathodique est nettement plus homogène que dans les cas A et B.
Claims (20)
1. Elément cathodique (20), pour l'équipement d'une cuve (10) de cellule d'électrolyse (1) destinée à la production d'aluminium, comportant :
- un bloc cathodique (5) en matériau carboné ayant au moins une rainure longitudinale (15) sur une de ses faces latérales (21) ;
- au moins une barre de raccordement (6) en acier, dont au moins une partie dite "tronçon extérieur" (19) est destinée à se situer à
l'extérieur de la cuve (10), qui est logée dans ladite rainure (15) de façon à ce qu'une partie (22) de la barre dite "partie hors bloc" émerge d'au moins une extrémité (25) du bloc dite "tête de bloc", et qui est scellée dans la rainure (15) par interposition d'un matériau de scellement conducteur (7) entre la barre et le bloc, et caractérisée en ce que, pour chaque tronçon extérieur (19) - la barre de raccordement (6) comprend au moins un insert métallique (16), de longueur Lc, dont la conductivité électrique est supérieure à
celle dudit acier, qui est disposé longitudinalement à l'intérieur de la barre et qui se situe, au moins en partie, dans ledit tronçon (19) ;
- la barre de raccordement (6) n'est pas scellée au bloc cathodique (5) dans au moins une zone dite de "non-scellement" (17) de surface déterminée S située à l'extrémité de la rainure (15) en tête de bloc, l'aire totale A de la ou des surface(s) déterminée(s) S de la ou des zone(s) de non-scellement (17) de chaque barre de raccordement (6) est comprise entre 0,5 et 25 % de l'aire Ao de la surface So de la barre (6) qui est susceptible d'être scellée.
- un bloc cathodique (5) en matériau carboné ayant au moins une rainure longitudinale (15) sur une de ses faces latérales (21) ;
- au moins une barre de raccordement (6) en acier, dont au moins une partie dite "tronçon extérieur" (19) est destinée à se situer à
l'extérieur de la cuve (10), qui est logée dans ladite rainure (15) de façon à ce qu'une partie (22) de la barre dite "partie hors bloc" émerge d'au moins une extrémité (25) du bloc dite "tête de bloc", et qui est scellée dans la rainure (15) par interposition d'un matériau de scellement conducteur (7) entre la barre et le bloc, et caractérisée en ce que, pour chaque tronçon extérieur (19) - la barre de raccordement (6) comprend au moins un insert métallique (16), de longueur Lc, dont la conductivité électrique est supérieure à
celle dudit acier, qui est disposé longitudinalement à l'intérieur de la barre et qui se situe, au moins en partie, dans ledit tronçon (19) ;
- la barre de raccordement (6) n'est pas scellée au bloc cathodique (5) dans au moins une zone dite de "non-scellement" (17) de surface déterminée S située à l'extrémité de la rainure (15) en tête de bloc, l'aire totale A de la ou des surface(s) déterminée(s) S de la ou des zone(s) de non-scellement (17) de chaque barre de raccordement (6) est comprise entre 0,5 et 25 % de l'aire Ao de la surface So de la barre (6) qui est susceptible d'être scellée.
2. Elément cathodique (20) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque insert (16) est en cuivre ou en alliage à base de cuivre.
3. Elément cathodique (20) selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la longueur Lc de chaque insert (16) est comprise entre 10 et 300 % de la longueur E de la partie hors bloc (22) de la barre (6) dans laquelle l'insert est logé.
4. Elément cathodique (20) selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la longueur Lc de chaque insert (16) est comprise entre 20 et 300 % de la longueur E de la partie hors bloc (22) de la barre (6) dans laquelle l'insert est logé.
5. Elément cathodique (20) selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la longueur Lc de chaque insert (16) est comprise entre 110 et 270 % de la longueur E de la partie hors bloc (22) de la barre (6) dans laquelle l'insert est logé.
6. Elément cathodique (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la section transversale de chaque insert (16) est comprise entre 1 et 50 % de la section transversale de la barre (6).
7. Elément cathodique (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la section transversale de chaque insert (16) est comprise entre 5 et 30 % de la section transversale de la barre (6).
8. Elément cathodique (20) selon l'une quelconque des revendications des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'aire totale A
de la ou des surface(s) déterminée(s) S de la ou des zone(s) de non-scellement (17) de chaque barre de raccordement (6) est comprise entre 2 et 20 % de l'aire Ao de la surface So de la barre (6) qui est susceptible d'être scellée.
de la ou des surface(s) déterminée(s) S de la ou des zone(s) de non-scellement (17) de chaque barre de raccordement (6) est comprise entre 2 et 20 % de l'aire Ao de la surface So de la barre (6) qui est susceptible d'être scellée.
9. Elément cathodique (20) selon l'une quelconque des revendications des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'aire totale A
de la ou des surface(s) déterminée(s) S de la ou des zone(s) de non-scellement (17) de chaque barre de raccordement (6) est comprise entre 3 et 15 % de l'aire Ao de la surface So de la barre (6) qui est susceptible d'être scellée.
de la ou des surface(s) déterminée(s) S de la ou des zone(s) de non-scellement (17) de chaque barre de raccordement (6) est comprise entre 3 et 15 % de l'aire Ao de la surface So de la barre (6) qui est susceptible d'être scellée.
10. Elément cathodique (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'un matériau électriquement isolant est interposé entre la barre de raccordement (6) et le bloc cathodique (5) dans la ou chaque zone de non-scellement (17).
11. Elément cathodique (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que chaque insert (16) affleure, avec une tolérance déterminée, la surface (24) de l'extrémité du tronçon extérieur (19) de la barre (6).
12. Elément cathodique (20) selon la revendication 11, caractérisé
en ce que ladite tolérance déterminée est inférieure ou égale à ~ 1 cm.
en ce que ladite tolérance déterminée est inférieure ou égale à ~ 1 cm.
13. Elément cathodique (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'extrémité extérieure de chaque insert (16) est en retrait, d'une distance déterminée, par rapport à la surface (24) de l'extrémité du tronçon extérieur (19) de la barre (6).
14. Elément cathodique (20) selon la revendication 13, caractérisé
en ce que ladite distance déterminée est inférieure ou égale à 4 cm.
en ce que ladite distance déterminée est inférieure ou égale à 4 cm.
15. Elément cathodique (20) selon la revendication 14, caractérisé
en ce que la cavité formée par le retrait de l'insert contient un matériau réfractaire.
en ce que la cavité formée par le retrait de l'insert contient un matériau réfractaire.
16. Elément cathodique (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que la section transversale de chaque insert (16) est circulaire.
17. Elément cathodique (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que chaque insert (16) est logé dans une cavité formant un trou borgne à l'intérieur de la barre (6).
18. Elément cathodique (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que ledit matériau carboné contient du graphite.
19. Elément cathodique (20) selon l'une quelconque des revendication 1 à 18, caractérisé en ce que le matériau de scellement conducteur (7) est de la fonte ou de la pâte conductrice.
20. Cellule d'électrolyse (1) destinée à la production d'aluminium, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un élément cathodique (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 19.
Applications Claiming Priority (3)
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| PCT/FR2005/000757 WO2005098093A2 (fr) | 2004-04-02 | 2005-03-30 | Element cathodique pour l'equipement d'une cellule d'electrolyse destinee a la production d'aluminium |
Publications (2)
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CA2559372A Expired - Fee Related CA2559372C (fr) | 2004-04-02 | 2005-03-30 | Element cathodique pour l'equipement d'une cellule d'electrolyse destinee a la production d'aluminium |
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| EP (1) | EP1733075B1 (fr) |
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