CA2919332A1 - Cuve d'electrolyse a plancher crenele - Google Patents
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Abstract
Cette cuve (1), destinée à la production d'aluminium, comprend un caisson (2), un plancher (4) supportant une pluralité de blocs (6) cathodiques traversés chacun par un conducteur (8) électrique. De plus, le plancher (4) présente des premières surfaces (40) et des deuxièmes surfaces (42) de support des blocs (6, 7) cathodiques, les premières surfaces (40) étant alternées avec les deuxièmes surfaces (42) dans une direction longitudinale de la cuve (1) d'électrolyse. Chaque première surface (40) est agencée à une hauteur supérieure à celle de la ou des deuxièmes surfaces (42) adjacentes, de sorte que les blocs (6) cathodiques supportés par les premières surfaces (40) sont surélevés par rapport aux blocs (7) cathodiques supportés par les deuxièmes surfaces (42). Enfin, les blocs (6) cathodiques surélevés présentent une portion (60) émergente s'étendant au-dessus d'une surface (70) supérieure du ou des blocs (7) cathodiques adjacents supportés par les deuxièmes surfaces (42).
Description
CUVE D'ÉLECTROLYSE A PLANCHER CRÉNELÉ
La présente invention concerne une cuve d'électrolyse destinée à la production d'aluminium, et une aluminerie comprenant cette cuve d'électrolyse.
L'aluminium est classiquement produit dans des alumineries, par électrolyse, selon le procédé de Hall-Héroult. A cet effet, on prévoit une cuve d'électrolyse comprenant un caisson et un revêtement intérieur en matériau réfractaire. La cuve d'électrolyse comprend également des blocs cathodiques agencés sur le revêtement intérieur en matériau réfractaire au fond du caisson, parcourus par des barres conductrices destinées à collecter le courant d'électrolyse pour le conduire à une cuve d'électrolyse suivante, et des blocs anodiques suspendus à un cadre anodique et plongés partiellement dans un bain électrolytique, au-dessus des blocs cathodiques. Une nappe d'aluminium liquide, recouvrant les blocs cathodiques, se forme au fur et à mesure de la réaction.
Une aluminerie comprend traditionnellement plusieurs centaines de cuves d'électrolyse connectées en série et parcourues par un courant d'électrolyse. Ce courant d'électrolyse, dont l'intensité peut atteindre plusieurs centaines de milliers d'Ampère, est à l'origine d'un champ magnétique important. La composante verticale de ce champ magnétique, combinée aux variations des lignes de courant parcourant la nappe d'aluminium, met cette dernière en mouvement. Sous l'effet de ce champ magnétique, la nappe d'aluminium tend à se déplacer sous la forme de vagues. On parle d'instabilités magnétohydrodynamiques (MHD).
Ce mouvement de vague de la nappe d'aluminium impose une distance minimale entre anode et cathode (distance interpolaire). Or, plus cette distance interpolaire est importante, plus la consommation énergétique est élevée, et donc le rendement faible.
Des solutions visant à briser la vague d'aluminium ont été conséquemment développées.
L'une d'entre elles, connue notamment du document de brevet U55683559, consiste à
usiner la surface supérieure des blocs cathodiques, de manière à créer des créneaux, ou alternance de protubérances et de rainures, sensiblement parallèles pour former obstacle au déplacement des vagues d'aluminium afin d'en réduire les amplitudes.
Cependant, cette solution est coûteuse, à la fois en raison de l'opération d'usinage proprement dite et en raison de la perte de matière résultant de cette opération d'usinage.
La présente invention concerne une cuve d'électrolyse destinée à la production d'aluminium, et une aluminerie comprenant cette cuve d'électrolyse.
L'aluminium est classiquement produit dans des alumineries, par électrolyse, selon le procédé de Hall-Héroult. A cet effet, on prévoit une cuve d'électrolyse comprenant un caisson et un revêtement intérieur en matériau réfractaire. La cuve d'électrolyse comprend également des blocs cathodiques agencés sur le revêtement intérieur en matériau réfractaire au fond du caisson, parcourus par des barres conductrices destinées à collecter le courant d'électrolyse pour le conduire à une cuve d'électrolyse suivante, et des blocs anodiques suspendus à un cadre anodique et plongés partiellement dans un bain électrolytique, au-dessus des blocs cathodiques. Une nappe d'aluminium liquide, recouvrant les blocs cathodiques, se forme au fur et à mesure de la réaction.
Une aluminerie comprend traditionnellement plusieurs centaines de cuves d'électrolyse connectées en série et parcourues par un courant d'électrolyse. Ce courant d'électrolyse, dont l'intensité peut atteindre plusieurs centaines de milliers d'Ampère, est à l'origine d'un champ magnétique important. La composante verticale de ce champ magnétique, combinée aux variations des lignes de courant parcourant la nappe d'aluminium, met cette dernière en mouvement. Sous l'effet de ce champ magnétique, la nappe d'aluminium tend à se déplacer sous la forme de vagues. On parle d'instabilités magnétohydrodynamiques (MHD).
Ce mouvement de vague de la nappe d'aluminium impose une distance minimale entre anode et cathode (distance interpolaire). Or, plus cette distance interpolaire est importante, plus la consommation énergétique est élevée, et donc le rendement faible.
Des solutions visant à briser la vague d'aluminium ont été conséquemment développées.
L'une d'entre elles, connue notamment du document de brevet U55683559, consiste à
usiner la surface supérieure des blocs cathodiques, de manière à créer des créneaux, ou alternance de protubérances et de rainures, sensiblement parallèles pour former obstacle au déplacement des vagues d'aluminium afin d'en réduire les amplitudes.
Cependant, cette solution est coûteuse, à la fois en raison de l'opération d'usinage proprement dite et en raison de la perte de matière résultant de cette opération d'usinage.
2 De plus, cette conception crénelée des blocs cathodiques complique les opérations de nettoyage. En effet, la faible largeur relative des rainures formées entre les protubérances favorise l'accumulation de matériaux issus de l'opération des cuves, typiquement appelés boues, obstruant ces rainures, sans permettre pour autant leur dégagement par des outils conventionnels de nettoyage, comme une pelle à croûte relativement large, car généralement sensiblement de la largeur des blocs anodiques. Il existe en outre un risque de casser les protubérances formées entre deux rainures adjacentes, compte-tenu de la faible largeur de ces protubérances.
Le document de brevet US2012/0279054 propose d'alterner des blocs cathodiques de différentes épaisseurs pour diminuer les instabilités de l'interface bain électrolytique/
nappe d'aluminium.
Cependant, on comprendra aisément que cette surépaisseur engendre un surcoût matière pour les blocs cathodiques faisant office de protubérances, qui est non négligeable compte-tenu du nombre de blocs cathodiques par cuve et du nombre de cuves (généralement plusieurs centaines) par aluminerie.
Aussi, la distribution électrique entre les barres conductrices traversant les blocs cathodiques de plus faible épaisseur et les blocs cathodiques de plus forte épaisseur n'est pas équilibrée, du fait de la longueur plus importante de matériau cathodique, typiquement carboné, à traverser par le courant d'électrolyse dans les blocs cathodiques de plus forte épaisseur.
En outre, on note l'existence de pics de densité de courant pouvant apparaître sur certaines parties des blocs cathodiques de plus forte épaisseur qui engendrent une érosion rapide de ces blocs cathodiques, en particulier de leurs flancs où
tendent à se concentrer les lignes de courant, si bien que le brise-vague ainsi proposé
présente une durée de vie relativement faible.
Aussi la présente invention vise à pallier en tout ou partie ces inconvénients, en proposant une cuve d'électrolyse ayant une meilleure distribution électrique entre les barres conductrices, à coûts de fabrication et d'entretien contenus, facilitant les opérations de nettoyage, et résistante à l'érosion électrique, tout en limitant les instabilités MHD.
A cet effet, la présente invention a pour objet une cuve d'électrolyse, destinée à la production d'aluminium, comprenant un caisson et présentant un plancher sur lequel est agencée une pluralité de blocs cathodiques, de préférence en matériau carboné, chaque
Le document de brevet US2012/0279054 propose d'alterner des blocs cathodiques de différentes épaisseurs pour diminuer les instabilités de l'interface bain électrolytique/
nappe d'aluminium.
Cependant, on comprendra aisément que cette surépaisseur engendre un surcoût matière pour les blocs cathodiques faisant office de protubérances, qui est non négligeable compte-tenu du nombre de blocs cathodiques par cuve et du nombre de cuves (généralement plusieurs centaines) par aluminerie.
Aussi, la distribution électrique entre les barres conductrices traversant les blocs cathodiques de plus faible épaisseur et les blocs cathodiques de plus forte épaisseur n'est pas équilibrée, du fait de la longueur plus importante de matériau cathodique, typiquement carboné, à traverser par le courant d'électrolyse dans les blocs cathodiques de plus forte épaisseur.
En outre, on note l'existence de pics de densité de courant pouvant apparaître sur certaines parties des blocs cathodiques de plus forte épaisseur qui engendrent une érosion rapide de ces blocs cathodiques, en particulier de leurs flancs où
tendent à se concentrer les lignes de courant, si bien que le brise-vague ainsi proposé
présente une durée de vie relativement faible.
Aussi la présente invention vise à pallier en tout ou partie ces inconvénients, en proposant une cuve d'électrolyse ayant une meilleure distribution électrique entre les barres conductrices, à coûts de fabrication et d'entretien contenus, facilitant les opérations de nettoyage, et résistante à l'érosion électrique, tout en limitant les instabilités MHD.
A cet effet, la présente invention a pour objet une cuve d'électrolyse, destinée à la production d'aluminium, comprenant un caisson et présentant un plancher sur lequel est agencée une pluralité de blocs cathodiques, de préférence en matériau carboné, chaque
3 bloc cathodique étant traversé par au moins un conducteur électrique longitudinal destiné
à collecter le courant d'électrolyse en vue de son acheminement hors du caisson et vers une cuve d'électrolyse distincte, caractérisée en ce que le plancher présente des premières surfaces de support des blocs cathodiques, et des deuxièmes surfaces de support des blocs cathodiques, les premières surfaces étant alternées avec les deuxièmes surfaces dans une direction longitudinale de la cuve d'électrolyse, chaque première surface étant agencée à une hauteur supérieure à celle de la ou des deuxièmes surfaces adjacentes, de sorte que les blocs cathodiques supportés par les premières surfaces sont surélevés par rapport aux blocs cathodiques supportés par les deuxièmes surfaces, les blocs cathodiques ainsi surélevés présentant une portion émergente s'étendant au-dessus d'une surface supérieure du ou des blocs cathodiques adjacents supportés par les deuxièmes surfaces.
Ainsi, la cuve d'électrolyse selon l'invention présente, selon une vue en coupe perpendiculaire à une direction transversale de la cuve, c'est-à-dire perpendiculaire à la direction dans laquelle s'étendent les blocs cathodiques, un plancher crénelé, ce qui permet de surélever des blocs cathodiques, et plus particulièrement leur base, afin de faire émerger au dessus d'autres blocs cathodiques une portion capable de briser des vagues d'aluminium générées par les instabilités MHD, et ce sans usinage des blocs cathodiques et sans surcoût matière.
De plus, avec des blocs cathodiques d'une hauteur identique ou sensiblement identique, l'équilibrage électrique est correct et facilité. Les blocs cathodiques, qu'ils soient surélevés ou non, sont effectivement similaires en dimensions. Seule la hauteur du plancher sur lequel ils reposent les distingue.
Selon un mode de réalisation, la cuve d'électrolyse comporte, notamment en fonctionnement, une nappe d'aluminium liquide recouvrant les blocs cathodiques et ayant une surface à une hauteur comprise entre 3 cm et 25 cm au dessus d'une surface supérieure des blocs cathodiques surélevés supportés par les premières surfaces.
Selon un mode de réalisation, la portion émergente présente au moins un flanc recouvert par des moyens d'isolation électrique.
Cette caractéristique offre l'avantage d'augmenter la durée de vie de la portion émergente, donc du système brise-vague, en prévenant leur érosion à cause de pics de densité de courant localisés au niveau des flancs de la portion émergente.
à collecter le courant d'électrolyse en vue de son acheminement hors du caisson et vers une cuve d'électrolyse distincte, caractérisée en ce que le plancher présente des premières surfaces de support des blocs cathodiques, et des deuxièmes surfaces de support des blocs cathodiques, les premières surfaces étant alternées avec les deuxièmes surfaces dans une direction longitudinale de la cuve d'électrolyse, chaque première surface étant agencée à une hauteur supérieure à celle de la ou des deuxièmes surfaces adjacentes, de sorte que les blocs cathodiques supportés par les premières surfaces sont surélevés par rapport aux blocs cathodiques supportés par les deuxièmes surfaces, les blocs cathodiques ainsi surélevés présentant une portion émergente s'étendant au-dessus d'une surface supérieure du ou des blocs cathodiques adjacents supportés par les deuxièmes surfaces.
Ainsi, la cuve d'électrolyse selon l'invention présente, selon une vue en coupe perpendiculaire à une direction transversale de la cuve, c'est-à-dire perpendiculaire à la direction dans laquelle s'étendent les blocs cathodiques, un plancher crénelé, ce qui permet de surélever des blocs cathodiques, et plus particulièrement leur base, afin de faire émerger au dessus d'autres blocs cathodiques une portion capable de briser des vagues d'aluminium générées par les instabilités MHD, et ce sans usinage des blocs cathodiques et sans surcoût matière.
De plus, avec des blocs cathodiques d'une hauteur identique ou sensiblement identique, l'équilibrage électrique est correct et facilité. Les blocs cathodiques, qu'ils soient surélevés ou non, sont effectivement similaires en dimensions. Seule la hauteur du plancher sur lequel ils reposent les distingue.
Selon un mode de réalisation, la cuve d'électrolyse comporte, notamment en fonctionnement, une nappe d'aluminium liquide recouvrant les blocs cathodiques et ayant une surface à une hauteur comprise entre 3 cm et 25 cm au dessus d'une surface supérieure des blocs cathodiques surélevés supportés par les premières surfaces.
Selon un mode de réalisation, la portion émergente présente au moins un flanc recouvert par des moyens d'isolation électrique.
Cette caractéristique offre l'avantage d'augmenter la durée de vie de la portion émergente, donc du système brise-vague, en prévenant leur érosion à cause de pics de densité de courant localisés au niveau des flancs de la portion émergente.
4 Selon un mode de réalisation avantageux, chaque bloc cathodique non surélevé
présente, sur un bord de sa surface supérieure, une protubérance latérale agencée en regard dudit au moins un flanc de la portion émergente d'un bloc cathodique surélevé
adjacent, de sorte que les moyens d'isolation électrique sont interposés entre la protubérance latérale et ledit au moins un flanc de la portion émergente du bloc cathodique surélevé adjacent.
Cette caractéristique offre l'avantage d'offrir une protection des moyens d'isolation électrique, notamment contre une abrasion par l'aluminium liquide en mouvement, donc d'augmenter davantage encore la durée de vie des portions émergentes.
Par bloc cathodique non surélevé on entend bloc cathodique reposant sur l'une des deuxièmes surfaces. Par bloc cathodique surélevé, on entend bloc cathodique reposant sur l'une des premières surfaces.
De manière avantageuse, la protubérance latérale présente une surface supérieure agencée sensiblement à la même hauteur que la surface supérieure du bloc cathodique surélevé adjacent.
Selon un mode de réalisation particulier, la distance Dl la plus courte entre ledit au moins un conducteur électrique des blocs cathodiques non surélevés et le coin formé
par la protubérance latérale et la surface supérieure des blocs cathodiques non surélevés est sensiblement identique à la distance D2 la plus courte entre ledit au moins un conducteur électrique du ou des blocs cathodiques surélevés adjacents et l'un des bords longitudinaux de la surface supérieure de ce ou ces blocs cathodiques surélevés adjacents.
Cette caractéristique dimensionnelle contribue à obtenir une distribution électrique optimale avec une surface cathodique efficace maximisée.
Selon un mode de réalisation, les blocs cathodiques surélevés et les blocs cathodiques non surélevés sont identiques.
Selon un mode de réalisation, les blocs cathodiques surélevés sont monoblocs.
Selon un autre mode de réalisation, les blocs cathodiques surélevés sont formés conjointement d'un bloc supérieur, de préférence en matériau carboné, rapporté
et collé
sur un bloc inférieur, de préférence en matériau carboné et reposant sur l'une des premières surfaces.
présente, sur un bord de sa surface supérieure, une protubérance latérale agencée en regard dudit au moins un flanc de la portion émergente d'un bloc cathodique surélevé
adjacent, de sorte que les moyens d'isolation électrique sont interposés entre la protubérance latérale et ledit au moins un flanc de la portion émergente du bloc cathodique surélevé adjacent.
Cette caractéristique offre l'avantage d'offrir une protection des moyens d'isolation électrique, notamment contre une abrasion par l'aluminium liquide en mouvement, donc d'augmenter davantage encore la durée de vie des portions émergentes.
Par bloc cathodique non surélevé on entend bloc cathodique reposant sur l'une des deuxièmes surfaces. Par bloc cathodique surélevé, on entend bloc cathodique reposant sur l'une des premières surfaces.
De manière avantageuse, la protubérance latérale présente une surface supérieure agencée sensiblement à la même hauteur que la surface supérieure du bloc cathodique surélevé adjacent.
Selon un mode de réalisation particulier, la distance Dl la plus courte entre ledit au moins un conducteur électrique des blocs cathodiques non surélevés et le coin formé
par la protubérance latérale et la surface supérieure des blocs cathodiques non surélevés est sensiblement identique à la distance D2 la plus courte entre ledit au moins un conducteur électrique du ou des blocs cathodiques surélevés adjacents et l'un des bords longitudinaux de la surface supérieure de ce ou ces blocs cathodiques surélevés adjacents.
Cette caractéristique dimensionnelle contribue à obtenir une distribution électrique optimale avec une surface cathodique efficace maximisée.
Selon un mode de réalisation, les blocs cathodiques surélevés et les blocs cathodiques non surélevés sont identiques.
Selon un mode de réalisation, les blocs cathodiques surélevés sont monoblocs.
Selon un autre mode de réalisation, les blocs cathodiques surélevés sont formés conjointement d'un bloc supérieur, de préférence en matériau carboné, rapporté
et collé
sur un bloc inférieur, de préférence en matériau carboné et reposant sur l'une des premières surfaces.
5 PCT/CA2014/050723 Avantageusement, le bloc supérieur est collé sur le bloc inférieur par l'intermédiaire d'une pâte électriquement conductrice.
De manière avantageuse, le bloc supérieur correspond à la portion émergente.
Selon un mode de réalisation, la portion émergente comprend au moins un bord de 5 recouvrement agencé pour recouvrir une partie de la surface supérieure d'un bloc cathodique non surélevé adjacent, ledit au moins un bord de recouvrement étant collé à la surface supérieure de ce bloc cathodique non surélevé adjacent par une pâte électriquement isolante.
Ce mode de réalisation permet avantageusement de supprimer les courants pouvant apparaître sur les flancs du bloc cathodique surélevé afin de prévenir son érosion, donc allonger la durée de vie du système brise-vague.
De préférence, ledit au moins un bord de recouvrement recouvre ledit bloc cathodique non surélevé adjacent sur une distance sensiblement identique à la hauteur de la portion émergente.
Selon un mode de réalisation, la cuve d'électrolyse comprend une pluralité de blocs anodiques, chaque bloc anodique étant agencé en totalité soit au-dessus d'une portion émergente de blocs cathodiques surélevés, soit au-dessus d'une surface supérieure de blocs cathodiques non surélevés afin que chaque bloc anodique puisse reposer sur une surface de cathode sensiblement plane au-dessus de laquelle il est agencé.
Cela permet avantageusement de poser les blocs anodiques à plat sur des surfaces de cathode sensiblement planes pour le démarrage, et plus particulièrement le préchauffage, de la cuve d'électrolyse. Il en résulte une meilleure homogénéité du préchauffage.
Selon une possibilité, la distance E2 la plus courte entre la surface supérieure des blocs cathodiques surélevés et ledit au moins un conducteur électrique de ces blocs cathodiques surélevés est inférieure à la distance F2 la plus courte entre un flanc de la portion émergente et ledit au moins un conducteur électrique de ces blocs cathodiques surélevés.
Ce dimensionnement contribue aussi à lutter contre l'apparition de pics de densité de courant au niveau des flancs de la portion émergente.
De manière avantageuse, le bloc supérieur correspond à la portion émergente.
Selon un mode de réalisation, la portion émergente comprend au moins un bord de 5 recouvrement agencé pour recouvrir une partie de la surface supérieure d'un bloc cathodique non surélevé adjacent, ledit au moins un bord de recouvrement étant collé à la surface supérieure de ce bloc cathodique non surélevé adjacent par une pâte électriquement isolante.
Ce mode de réalisation permet avantageusement de supprimer les courants pouvant apparaître sur les flancs du bloc cathodique surélevé afin de prévenir son érosion, donc allonger la durée de vie du système brise-vague.
De préférence, ledit au moins un bord de recouvrement recouvre ledit bloc cathodique non surélevé adjacent sur une distance sensiblement identique à la hauteur de la portion émergente.
Selon un mode de réalisation, la cuve d'électrolyse comprend une pluralité de blocs anodiques, chaque bloc anodique étant agencé en totalité soit au-dessus d'une portion émergente de blocs cathodiques surélevés, soit au-dessus d'une surface supérieure de blocs cathodiques non surélevés afin que chaque bloc anodique puisse reposer sur une surface de cathode sensiblement plane au-dessus de laquelle il est agencé.
Cela permet avantageusement de poser les blocs anodiques à plat sur des surfaces de cathode sensiblement planes pour le démarrage, et plus particulièrement le préchauffage, de la cuve d'électrolyse. Il en résulte une meilleure homogénéité du préchauffage.
Selon une possibilité, la distance E2 la plus courte entre la surface supérieure des blocs cathodiques surélevés et ledit au moins un conducteur électrique de ces blocs cathodiques surélevés est inférieure à la distance F2 la plus courte entre un flanc de la portion émergente et ledit au moins un conducteur électrique de ces blocs cathodiques surélevés.
Ce dimensionnement contribue aussi à lutter contre l'apparition de pics de densité de courant au niveau des flancs de la portion émergente.
6 Selon une possibilité avantageuse, la distance El la plus courte entre la surface supérieure du ou des blocs cathodiques non surélevés et ledit au moins un conducteur électrique de ces blocs cathodiques non surélevés est inférieure à la distance F2 la plus courte entre un flanc de la portion émergente du ou de l'un des blocs cathodiques surélevés adjacent et ledit au moins un conducteur électrique de ce bloc cathodique surélevé.
Selon une forme d'exécution, la distance E2 la plus courte entre la surface supérieure des blocs cathodiques surélevés et ledit au moins un conducteur électrique de ces blocs cathodiques surélevés est sensiblement identique à la distance El la plus courte entre la surface supérieure du ou des blocs cathodiques adjacents non surélevés et ledit au moins un conducteur électrique de ces blocs cathodiques non surélevés.
On obtient ainsi une distribution électrique équilibrée entre les conducteurs électriques des blocs cathodiques surélevés et non surélevés.
Selon un mode de réalisation, la largeur des blocs cathodiques surélevés est de l'ordre de 0,8 à 1,2 fois la largeur des blocs cathodiques non surélevés, et la hauteur des blocs cathodiques surélevés est de l'ordre de 0,8 à 1,2 fois la hauteur des blocs cathodiques non surélevés.
L'invention concerne également une aluminerie comprenant au moins une cuve d'électrolyse ayant les caractéristiques précitées.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront clairement de la description ci-après d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une cuve d'électrolyse selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une cuve d'électrolyse selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'une cuve d'électrolyse selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 4 est une vue en coupe longitudinale d'une cuve d'électrolyse selon un mode de réalisation de l'invention,
Selon une forme d'exécution, la distance E2 la plus courte entre la surface supérieure des blocs cathodiques surélevés et ledit au moins un conducteur électrique de ces blocs cathodiques surélevés est sensiblement identique à la distance El la plus courte entre la surface supérieure du ou des blocs cathodiques adjacents non surélevés et ledit au moins un conducteur électrique de ces blocs cathodiques non surélevés.
On obtient ainsi une distribution électrique équilibrée entre les conducteurs électriques des blocs cathodiques surélevés et non surélevés.
Selon un mode de réalisation, la largeur des blocs cathodiques surélevés est de l'ordre de 0,8 à 1,2 fois la largeur des blocs cathodiques non surélevés, et la hauteur des blocs cathodiques surélevés est de l'ordre de 0,8 à 1,2 fois la hauteur des blocs cathodiques non surélevés.
L'invention concerne également une aluminerie comprenant au moins une cuve d'électrolyse ayant les caractéristiques précitées.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront clairement de la description ci-après d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une cuve d'électrolyse selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une cuve d'électrolyse selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'une cuve d'électrolyse selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 4 est une vue en coupe longitudinale d'une cuve d'électrolyse selon un mode de réalisation de l'invention,
7 - la figure 5 est une en perspective, de dessus, de blocs cathodiques d'une cuve d'électrolyse selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 6 est une vue en coupe longitudinale d'une cuve d'électrolyse selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 7 est une vue en coupe longitudinale d'une cuve d'électrolyse selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 8 est une vue schématique de deux blocs anodiques et deux blocs cathodiques d'une cuve d'électrolyse selon un mode de réalisation de l'invention, avec les anodes positionnées pour le démarrage de la cuve, - la figure 9 est une vue schématique d'une opération de nettoyage d'une partie d'une cuve d'électrolyse selon un mode de réalisation de l'invention.
La figure 1 montre une cuve 1 d'électrolyse selon un mode de réalisation de l'invention.
La cuve 1 d'électrolyse est destinée à la production d'aluminium selon le procédé de Hall-Héroult.
On précise que la description est réalisée par rapport à un référentiel cartésien lié à la cuve 1 d'électrolyse, l'axe X étant orienté dans une direction longitudinale de la cuve 1 d'électrolyse, l'axe Y étant orienté dans une direction transversale de la cuve 1 d'électrolyse, et l'axe Z étant orienté dans une direction verticale de la cuve d'électrolyse.
Les orientations, directions, plans et déplacements longitudinaux, transversaux, verticaux sont ainsi définis par rapport à ce référentiel.
La cuve 1 d'électrolyse comprend un caisson 2, un plancher 4 sur lequel est agencée une pluralité de blocs 6, 7 cathodiques, de préférence en matériau carboné, chacun traversé
par un ou plusieurs conducteurs 8 électriques longitudinaux (deux par blocs 6, cathodiques selon la figure 2), comme des barres en acier ou en composite acier/cuivre, destinés à collecter le courant d'électrolyse en vue de son acheminement hors du caisson 2 et vers une cuve d'électrolyse distincte.
Le caisson 2 peut être en acier, et son fond peut être garni par un revêtement 10 intérieur en matériaux réfractaires et/ou isolants. Le cas échéant, la surface supérieure de ce revêtement 10 peut former le plancher 4 destiné à supporter les blocs 6, 7 cathodiques.
La figure 1 montre une cuve 1 d'électrolyse selon un mode de réalisation de l'invention.
La cuve 1 d'électrolyse est destinée à la production d'aluminium selon le procédé de Hall-Héroult.
On précise que la description est réalisée par rapport à un référentiel cartésien lié à la cuve 1 d'électrolyse, l'axe X étant orienté dans une direction longitudinale de la cuve 1 d'électrolyse, l'axe Y étant orienté dans une direction transversale de la cuve 1 d'électrolyse, et l'axe Z étant orienté dans une direction verticale de la cuve d'électrolyse.
Les orientations, directions, plans et déplacements longitudinaux, transversaux, verticaux sont ainsi définis par rapport à ce référentiel.
La cuve 1 d'électrolyse comprend un caisson 2, un plancher 4 sur lequel est agencée une pluralité de blocs 6, 7 cathodiques, de préférence en matériau carboné, chacun traversé
par un ou plusieurs conducteurs 8 électriques longitudinaux (deux par blocs 6, cathodiques selon la figure 2), comme des barres en acier ou en composite acier/cuivre, destinés à collecter le courant d'électrolyse en vue de son acheminement hors du caisson 2 et vers une cuve d'électrolyse distincte.
Le caisson 2 peut être en acier, et son fond peut être garni par un revêtement 10 intérieur en matériaux réfractaires et/ou isolants. Le cas échéant, la surface supérieure de ce revêtement 10 peut former le plancher 4 destiné à supporter les blocs 6, 7 cathodiques.
8 Le plancher 4 présente des premières surfaces 40 de support de certains des blocs cathodiques, et des deuxièmes surfaces 42 également destinées à supporter certains des blocs cathodiques. Les premières surfaces 40 et les deuxièmes surfaces 42 peuvent être sensiblement rectangulaires.
Comme cela est visible sur la figure 1, les premières surfaces 40 sont alternées avec les deuxièmes surfaces 42 dans une direction longitudinale X de la cuve 1 d'électrolyse.
En outre, chaque première surface 40 est agencée à une hauteur supérieure à
celle de la ou des deuxièmes surfaces 42 qui lui sont adjacentes. Ainsi, les blocs 6 cathodiques, et plus particulièrement les bases de ces blocs 6 cathodiques, supportés par les premières surfaces 40 sont surélevés par rapport aux blocs 7 cathodiques, plus particulièrement leurs bases, supportés par les deuxièmes surfaces 42.
La différence de hauteur entre les premières surfaces 40 et les secondes surfaces 42 peut être par exemple comprise entre 3 à 20 cm, et plus particulièrement comprise entre 5 et 15 cm.
Pour la suite de la description, on parlera donc de blocs 6 cathodiques surélevés pour désigner les blocs cathodiques reposant sur une première surface 40, et de blocs 7 cathodiques non surélevés pour désigner les blocs cathodiques reposant sur une deuxième surface 42. On peut alternativement les désigner par blocs hauts et blocs bas.
Du fait de la surélévation de leur base, les blocs 6 cathodiques surélevés présentent une portion 60 émergente s'étendant au-dessus d'une surface 70 supérieure du ou des blocs 7 cathodiques non surélevés adjacents. Ainsi, les portions 60 émergentes forment un système brise-vague, permettant de stabiliser la nappe 14 d'aluminium liquide lors du fonctionnement de la cuve 1 d'électrolyse.
Les figures, et notamment la figure 5, montrent que les blocs 6 cathodiques s'étendent en longueur selon la direction transversale Y de la cuve 1 d'électrolyse et qu'ils sont alignés les uns à côté des autres selon la direction longitudinale X de la cuve 1 d'électrolyse.
On précise que lors du fonctionnement de la cuve 1 d'électrolyse, les portions émergentes sont destinées à être recouvertes en permanence par la nappe 14 d'aluminium liquide formée au fond de la cuve d'électrolyse. Il en est bien évidemment de même pour la surface 70 supérieure des blocs 7 cathodiques non surélevés. De préférence, la nappe 14 d'aluminium a une épaisseur de plusieurs centimètres ou
Comme cela est visible sur la figure 1, les premières surfaces 40 sont alternées avec les deuxièmes surfaces 42 dans une direction longitudinale X de la cuve 1 d'électrolyse.
En outre, chaque première surface 40 est agencée à une hauteur supérieure à
celle de la ou des deuxièmes surfaces 42 qui lui sont adjacentes. Ainsi, les blocs 6 cathodiques, et plus particulièrement les bases de ces blocs 6 cathodiques, supportés par les premières surfaces 40 sont surélevés par rapport aux blocs 7 cathodiques, plus particulièrement leurs bases, supportés par les deuxièmes surfaces 42.
La différence de hauteur entre les premières surfaces 40 et les secondes surfaces 42 peut être par exemple comprise entre 3 à 20 cm, et plus particulièrement comprise entre 5 et 15 cm.
Pour la suite de la description, on parlera donc de blocs 6 cathodiques surélevés pour désigner les blocs cathodiques reposant sur une première surface 40, et de blocs 7 cathodiques non surélevés pour désigner les blocs cathodiques reposant sur une deuxième surface 42. On peut alternativement les désigner par blocs hauts et blocs bas.
Du fait de la surélévation de leur base, les blocs 6 cathodiques surélevés présentent une portion 60 émergente s'étendant au-dessus d'une surface 70 supérieure du ou des blocs 7 cathodiques non surélevés adjacents. Ainsi, les portions 60 émergentes forment un système brise-vague, permettant de stabiliser la nappe 14 d'aluminium liquide lors du fonctionnement de la cuve 1 d'électrolyse.
Les figures, et notamment la figure 5, montrent que les blocs 6 cathodiques s'étendent en longueur selon la direction transversale Y de la cuve 1 d'électrolyse et qu'ils sont alignés les uns à côté des autres selon la direction longitudinale X de la cuve 1 d'électrolyse.
On précise que lors du fonctionnement de la cuve 1 d'électrolyse, les portions émergentes sont destinées à être recouvertes en permanence par la nappe 14 d'aluminium liquide formée au fond de la cuve d'électrolyse. Il en est bien évidemment de même pour la surface 70 supérieure des blocs 7 cathodiques non surélevés. De préférence, la nappe 14 d'aluminium a une épaisseur de plusieurs centimètres ou
9 dixaines de centimètres et une surface à une hauteur comprise entre 3 et 25 cm au dessus de la surface supérieure 64 de la portion 60 émergente.
De fait, la cuve 1 d'électrolyse correspond à une cuve d'électrolyse non drainée.
Autrement dit, la surface 64 supérieure des blocs 6 cathodiques, correspondant à la surface supérieure des portions 60 émergentes, est dépourvue d'un revêtement mouillable à l'aluminium, par exemple un revêtement en diborure de titane, comme c'est le cas pour les cuves d'électrolyse drainées fonctionnant avec une fine couche d'aluminium de quelques millimètres sur la surface mouillable de la cathode.
Ainsi, lors du fonctionnement de la cuve d'électrolyse selon l'invention, tous les blocs 6, 7 cathodiques sont recouverts par la nappe 14 d'aluminium.
Comme cela apparaît sur la figure 1, les premières surfaces 40 peuvent être sensiblement coplanaires entre elles. De même, les deuxièmes surfaces 42 peuvent être sensiblement coplanaires entre elles. En d'autres termes, toutes les premières surfaces 40 peuvent être agencées à la même hauteur et toutes les deuxièmes surfaces 42 peuvent être agencées à la même hauteur.
Les premières et deuxièmes surfaces 40, 42 s'étendent parallèlement les unes aux autres, selon une direction transversale Y de la cuve 1 d'électrolyse, c'est-à-dire le long des blocs 6 cathodiques.
Selon un mode de réalisation préféré, les blocs 6 cathodiques surélevés et les blocs 7 cathodiques non surélevés sont identiques. Ainsi, la distance E2 la plus courte entre la surface supérieure 64 des blocs 6 cathodiques surélevés et le ou l'un des conducteurs 8 électriques de ces blocs 6 cathodiques surélevés est similaire à la distance la plus courte El entre la surface 70 supérieure du ou des blocs 7 cathodiques adjacents non surélevés et l'un des ou le conducteur 8 électrique de ces blocs 7 cathodiques non surélevés. On obtient ainsi une distribution électrique équilibrée entre les conducteurs 8 électriques des blocs 6 cathodiques surélevés et des blocs 7 cathodiques non surélevés. La hauteur de la portion 60 émergente est alors identique au décalage vertical entre les premières surfaces 40 et les secondes surfaces 42. La hauteur des portions 60 émergentes est de préférence comprise entre 3 et 15 cm, et plus particulièrement entre 6 et 12 cm.
L'utilisation de blocs 6 cathodiques surélevés et de blocs 7 cathodiques non surélevés identiques permet avantageusement de faciliter la fabrication des cuves et de limiter les coûts, notamment en standardisant les blocs 6, 7 cathodiques à approvisionner et en minimisant les coûts matières.
De préférence, les blocs 6 cathodiques sont formés de façon monobloc, pour des raisons de conductivité ou de facilité de fabrication, mais des modes de réalisation dans lesquels les blocs 6 cathodiques sont formés par collage de blocs ne sont pas exclus, comme on le verra plus loin en référence aux figures 6 et 7.
5 Selon le mode de réalisation illustré sur la figure 4, la portion 60 émergente présente deux flancs 62 recouverts par des moyens d'isolation électrique. Les moyens d'isolation électrique permettent de protéger les flancs 62 de l'érosion électrique due à
la densité de courant électrique, en évitant que les lignes de courant électrique se concentrent au niveau des flancs 62.
De fait, la cuve 1 d'électrolyse correspond à une cuve d'électrolyse non drainée.
Autrement dit, la surface 64 supérieure des blocs 6 cathodiques, correspondant à la surface supérieure des portions 60 émergentes, est dépourvue d'un revêtement mouillable à l'aluminium, par exemple un revêtement en diborure de titane, comme c'est le cas pour les cuves d'électrolyse drainées fonctionnant avec une fine couche d'aluminium de quelques millimètres sur la surface mouillable de la cathode.
Ainsi, lors du fonctionnement de la cuve d'électrolyse selon l'invention, tous les blocs 6, 7 cathodiques sont recouverts par la nappe 14 d'aluminium.
Comme cela apparaît sur la figure 1, les premières surfaces 40 peuvent être sensiblement coplanaires entre elles. De même, les deuxièmes surfaces 42 peuvent être sensiblement coplanaires entre elles. En d'autres termes, toutes les premières surfaces 40 peuvent être agencées à la même hauteur et toutes les deuxièmes surfaces 42 peuvent être agencées à la même hauteur.
Les premières et deuxièmes surfaces 40, 42 s'étendent parallèlement les unes aux autres, selon une direction transversale Y de la cuve 1 d'électrolyse, c'est-à-dire le long des blocs 6 cathodiques.
Selon un mode de réalisation préféré, les blocs 6 cathodiques surélevés et les blocs 7 cathodiques non surélevés sont identiques. Ainsi, la distance E2 la plus courte entre la surface supérieure 64 des blocs 6 cathodiques surélevés et le ou l'un des conducteurs 8 électriques de ces blocs 6 cathodiques surélevés est similaire à la distance la plus courte El entre la surface 70 supérieure du ou des blocs 7 cathodiques adjacents non surélevés et l'un des ou le conducteur 8 électrique de ces blocs 7 cathodiques non surélevés. On obtient ainsi une distribution électrique équilibrée entre les conducteurs 8 électriques des blocs 6 cathodiques surélevés et des blocs 7 cathodiques non surélevés. La hauteur de la portion 60 émergente est alors identique au décalage vertical entre les premières surfaces 40 et les secondes surfaces 42. La hauteur des portions 60 émergentes est de préférence comprise entre 3 et 15 cm, et plus particulièrement entre 6 et 12 cm.
L'utilisation de blocs 6 cathodiques surélevés et de blocs 7 cathodiques non surélevés identiques permet avantageusement de faciliter la fabrication des cuves et de limiter les coûts, notamment en standardisant les blocs 6, 7 cathodiques à approvisionner et en minimisant les coûts matières.
De préférence, les blocs 6 cathodiques sont formés de façon monobloc, pour des raisons de conductivité ou de facilité de fabrication, mais des modes de réalisation dans lesquels les blocs 6 cathodiques sont formés par collage de blocs ne sont pas exclus, comme on le verra plus loin en référence aux figures 6 et 7.
5 Selon le mode de réalisation illustré sur la figure 4, la portion 60 émergente présente deux flancs 62 recouverts par des moyens d'isolation électrique. Les moyens d'isolation électrique permettent de protéger les flancs 62 de l'érosion électrique due à
la densité de courant électrique, en évitant que les lignes de courant électrique se concentrent au niveau des flancs 62.
10 Par moyen d'isolation électrique, on entend tout moyen permettant d'assurer par ses caractéristiques d'épaisseur et de résistivité que la résistance électrique entre un point de la nappe 14 d'aluminium et un des conducteurs 8 électrique soit supérieure en passant par le moyen d'isolation et un flanc 62 de la portion 60 émergente, que par une surface supérieure 64 d'un bloc 6 cathodique.
Les moyens d'isolation électrique peuvent correspondre à une couche 12 de pâte électriquement isolante, par exemple une pâte carbonée ayant une conductivité
électrique bien inférieure à la conductivité du 6 bloc cathodique surélevé adjacent, notamment au moins trois fois inférieure.
De plus, chaque bloc 7 cathodique non surélevé peut présenter, sur un bord de sa surface 70 supérieure, une protubérance 72 latérale agencée en regard d'un flanc 62 de la portion 60 émergente d'un bloc 6 cathodique surélevé adjacent. Ainsi, les moyens d'isolation électrique, notamment la couche 12 de pâte électriquement isolante, sont interposés entre cette protubérance 72 latérale et le flanc 62 adjacent. Cette protubérance 72 permet notamment de maintenir les moyens d'isolation électrique lors du montage de la cathode de la cuve et de les protéger de l'érosion par abrasion due aux mouvements de la nappe 14 d'aluminium.
Comme on le constate sur la figure 4, les protubérances 72 latérales peuvent présenter une surface 74 supérieure agencée sensiblement à la même hauteur que la surface 64 supérieure de la portion 60 émergente adjacente. Autrement dit, la surface 64 supérieure de la portion 60 émergente des blocs 6 cathodiques surélevés et celle du ou des protubérances 72 latérales adjacentes sont sensiblement coplanaires. Cela facilite en outre l'introduction et le tassage de la pâte électriquement isolante.
Les moyens d'isolation électrique peuvent correspondre à une couche 12 de pâte électriquement isolante, par exemple une pâte carbonée ayant une conductivité
électrique bien inférieure à la conductivité du 6 bloc cathodique surélevé adjacent, notamment au moins trois fois inférieure.
De plus, chaque bloc 7 cathodique non surélevé peut présenter, sur un bord de sa surface 70 supérieure, une protubérance 72 latérale agencée en regard d'un flanc 62 de la portion 60 émergente d'un bloc 6 cathodique surélevé adjacent. Ainsi, les moyens d'isolation électrique, notamment la couche 12 de pâte électriquement isolante, sont interposés entre cette protubérance 72 latérale et le flanc 62 adjacent. Cette protubérance 72 permet notamment de maintenir les moyens d'isolation électrique lors du montage de la cathode de la cuve et de les protéger de l'érosion par abrasion due aux mouvements de la nappe 14 d'aluminium.
Comme on le constate sur la figure 4, les protubérances 72 latérales peuvent présenter une surface 74 supérieure agencée sensiblement à la même hauteur que la surface 64 supérieure de la portion 60 émergente adjacente. Autrement dit, la surface 64 supérieure de la portion 60 émergente des blocs 6 cathodiques surélevés et celle du ou des protubérances 72 latérales adjacentes sont sensiblement coplanaires. Cela facilite en outre l'introduction et le tassage de la pâte électriquement isolante.
11 On notera que les protubérances 72 peuvent s'étendre en longueur selon la direction transversale Y de la cuve 1 d'électrolyse, comme cela est visible sur la figure 5. Elles peuvent être agencées le long de l'un des, ou des deux, bords longitudinaux des blocs 7 cathodiques non surélevés. Les protubérances 72 peuvent soit faire partie intégrante des blocs 7 cathodiques non surélevés, auquel cas une opération d'usinage est nécessaire, soit correspondre à un bloc en matériau carboné rapporté et par exemple collé
sur le bloc 7 cathodique correspondant.
Selon le mode de réalisation illustré aux figures 4 et 5, la distance Dl la plus courte entre le ou l'un des conducteurs 8 électriques des blocs 7 cathodiques non surélevés et le coin formé par la protubérance 72 latérale et la surface 70 supérieure peut être sensiblement identique à la distance D2 la plus courte entre le ou l'un des conducteurs 8 électriques du ou des blocs 6 cathodiques surélevés adjacents et l'un des bords longitudinaux (donc s'étendant selon la direction transversale Y de la cuve 1 d'électrolyse) de la surface supérieure 64 de ce ou ces blocs 6 cathodiques surélevés.
En outre, quelque soit le mode de réalisation, la distance E2 la plus courte entre la surface supérieure 64 des blocs 6 cathodiques surélevés et le ou l'un des conducteurs 8 électriques de ces blocs 6 cathodiques surélevés peut être sensiblement identique à la distance El la plus courte entre la surface 70 supérieure du ou des blocs 7 cathodiques adjacents non surélevés et l'un des ou le conducteur 8 électrique de ces blocs cathodiques non surélevés. On obtient ainsi une distribution électrique équilibrée entre les conducteurs 8 électriques des blocs 6 cathodiques surélevés et non surélevés.
Par ailleurs, quelque soit le mode de réalisation, la distance E2 la plus courte entre la surface 64 supérieure des blocs 6 cathodiques surélevés et le ou l'un des conducteurs 8 électriques de ces blocs 6 cathodiques surélevés peut être inférieure à la distance F2 la plus courte entre l'un des flancs 62 de la portion 60 émergente et le ou l'un des conducteurs 8 électriques de ces blocs 6 cathodiques surélevés. En outre, la distance El est avantageusement également inférieure à la distance F2.
Ces dimensionnements permettent une distribution électrique optimale pour lutter contre l'apparition de pics de densité de courant au niveau des flancs 62 de la portion 60 émergente, comme cela est par exemple représenté sur la figure 3 ou sur la figure 7, où
les zones 16 de passage préférentiel du courant ont été représentées. Ainsi, sur la figure 3, on constate que la densité de courant au niveau des flancs 62 est relativement limitée, ce qui limite l'érosion de ces flancs 62 et augmente conséquemment la durée de vie du système brise-vague de la cuve 1 d'électrolyse selon l'invention.
sur le bloc 7 cathodique correspondant.
Selon le mode de réalisation illustré aux figures 4 et 5, la distance Dl la plus courte entre le ou l'un des conducteurs 8 électriques des blocs 7 cathodiques non surélevés et le coin formé par la protubérance 72 latérale et la surface 70 supérieure peut être sensiblement identique à la distance D2 la plus courte entre le ou l'un des conducteurs 8 électriques du ou des blocs 6 cathodiques surélevés adjacents et l'un des bords longitudinaux (donc s'étendant selon la direction transversale Y de la cuve 1 d'électrolyse) de la surface supérieure 64 de ce ou ces blocs 6 cathodiques surélevés.
En outre, quelque soit le mode de réalisation, la distance E2 la plus courte entre la surface supérieure 64 des blocs 6 cathodiques surélevés et le ou l'un des conducteurs 8 électriques de ces blocs 6 cathodiques surélevés peut être sensiblement identique à la distance El la plus courte entre la surface 70 supérieure du ou des blocs 7 cathodiques adjacents non surélevés et l'un des ou le conducteur 8 électrique de ces blocs cathodiques non surélevés. On obtient ainsi une distribution électrique équilibrée entre les conducteurs 8 électriques des blocs 6 cathodiques surélevés et non surélevés.
Par ailleurs, quelque soit le mode de réalisation, la distance E2 la plus courte entre la surface 64 supérieure des blocs 6 cathodiques surélevés et le ou l'un des conducteurs 8 électriques de ces blocs 6 cathodiques surélevés peut être inférieure à la distance F2 la plus courte entre l'un des flancs 62 de la portion 60 émergente et le ou l'un des conducteurs 8 électriques de ces blocs 6 cathodiques surélevés. En outre, la distance El est avantageusement également inférieure à la distance F2.
Ces dimensionnements permettent une distribution électrique optimale pour lutter contre l'apparition de pics de densité de courant au niveau des flancs 62 de la portion 60 émergente, comme cela est par exemple représenté sur la figure 3 ou sur la figure 7, où
les zones 16 de passage préférentiel du courant ont été représentées. Ainsi, sur la figure 3, on constate que la densité de courant au niveau des flancs 62 est relativement limitée, ce qui limite l'érosion de ces flancs 62 et augmente conséquemment la durée de vie du système brise-vague de la cuve 1 d'électrolyse selon l'invention.
12 De plus, quelque soit le mode de réalisation et toujours dans une optique de distribution électrique optimale pour limiter l'érosion, la largeur des blocs 6 cathodiques surélevés peut être de l'ordre de 0,8 à 1,2 fois la largeur des blocs 7 cathodiques non surélevés, et la hauteur des blocs 6 cathodiques surélevés peut être de l'ordre de 0,8 à 1,2 fois la hauteur des blocs 7 cathodiques non surélevés.
Selon le mode de réalisation illustré sur les figures 6 et 7, le bloc cathodique 6 surélevé
est formé de deux parties. La portion 60 émergente est un bloc 601 supérieur en matériau carboné rapporté et collé, par exemple par l'intermédiaire d'une pâte 20 électriquement conductrice, sur un bloc 602 inférieur également en matériau carboné, pour former conjointement le bloc cathodique 6 surélevé. La portion émergente 60, pouvant correspondre au bloc 601 supérieur, présente plus particulièrement une largeur supérieure à celle du bloc 602 inférieur la supportant. La portion 60 émergente comprend de fait au moins un (ici deux) bord 66 de recouvrement, chaque bord 66 de recouvrement étant destiné à recouvrir une partie de la surface 70 supérieure du bloc 7 cathodique non surélevé adjacent. En outre, chaque bord 66 de recouvrement est jointé et collé à la surface 70 supérieure du bloc cathodique 7 non surélevé adjacent au moyen d'une pâte 18 électriquement isolante.
Une telle configuration permet de prévenir l'apparition de zones de passage de courant au niveau des flancs 62 des portions 60 émergentes, comme illustré sur la figure 7. La portion 60 émergente et le bloc 602 inférieur qui la supporte pourraient également être formés de façon monobloc. Autrement dit, la portion 60 émergente peut faire partie intégrante du bloc 6 cathodique surélevé correspondant.
On remarquera que lorsque la portion 60 émergente correspond à un bloc rapporté, la surface supérieure des blocs inférieurs et la surface 70 supérieure du ou des blocs 6 cathodiques non surélevés adjacents sont agencées avantageusement à la même hauteur. Autrement dit, elles sont sensiblement coplanaires. On facilite ainsi la construction d'une telle cuve, notamment le jointage et le collage des différents blocs.
Comme cela est visible sur les figures, à l'exception de la figure 5, la cuve 1 d'électrolyse comprend une pluralité de blocs 22 anodiques.
Le système brise-vague est formé d'une alternance de larges surfaces cathodiques basses (c'est-à-dire surface 70 supérieure de bloc 7 cathodique non surélevé
moins éventuellement la ou les surfaces recouvertes par un bord 66 de recouvrement ou des protubérances 72 latérales) et de larges surfaces cathodiques hautes (c'est-à-dire surface
Selon le mode de réalisation illustré sur les figures 6 et 7, le bloc cathodique 6 surélevé
est formé de deux parties. La portion 60 émergente est un bloc 601 supérieur en matériau carboné rapporté et collé, par exemple par l'intermédiaire d'une pâte 20 électriquement conductrice, sur un bloc 602 inférieur également en matériau carboné, pour former conjointement le bloc cathodique 6 surélevé. La portion émergente 60, pouvant correspondre au bloc 601 supérieur, présente plus particulièrement une largeur supérieure à celle du bloc 602 inférieur la supportant. La portion 60 émergente comprend de fait au moins un (ici deux) bord 66 de recouvrement, chaque bord 66 de recouvrement étant destiné à recouvrir une partie de la surface 70 supérieure du bloc 7 cathodique non surélevé adjacent. En outre, chaque bord 66 de recouvrement est jointé et collé à la surface 70 supérieure du bloc cathodique 7 non surélevé adjacent au moyen d'une pâte 18 électriquement isolante.
Une telle configuration permet de prévenir l'apparition de zones de passage de courant au niveau des flancs 62 des portions 60 émergentes, comme illustré sur la figure 7. La portion 60 émergente et le bloc 602 inférieur qui la supporte pourraient également être formés de façon monobloc. Autrement dit, la portion 60 émergente peut faire partie intégrante du bloc 6 cathodique surélevé correspondant.
On remarquera que lorsque la portion 60 émergente correspond à un bloc rapporté, la surface supérieure des blocs inférieurs et la surface 70 supérieure du ou des blocs 6 cathodiques non surélevés adjacents sont agencées avantageusement à la même hauteur. Autrement dit, elles sont sensiblement coplanaires. On facilite ainsi la construction d'une telle cuve, notamment le jointage et le collage des différents blocs.
Comme cela est visible sur les figures, à l'exception de la figure 5, la cuve 1 d'électrolyse comprend une pluralité de blocs 22 anodiques.
Le système brise-vague est formé d'une alternance de larges surfaces cathodiques basses (c'est-à-dire surface 70 supérieure de bloc 7 cathodique non surélevé
moins éventuellement la ou les surfaces recouvertes par un bord 66 de recouvrement ou des protubérances 72 latérales) et de larges surfaces cathodiques hautes (c'est-à-dire surface
13 64 supérieure de bloc 6 cathodique surélevé plus éventuellement la surface 74 de protubérances 72 latérales), si bien que le système brise-vague de la cuve 1 d'électrolyse selon l'invention résiste particulièrement bien à l'érosion due aux mouvements de la nappe d'aluminium et aux opérations de nettoyage.
Avantageusement, les largeurs desdites surfaces cathodiques basses et desdites surfaces cathodiques hautes sont identiques, et sensiblement égales à la largeur d'un bloc anodique 22 (ou plusieurs blocs 22 anodiques si un même ensemble anodique est constitué de plusieurs blocs 22 anodiques disposés côte-à-côte). Les blocs 22 anodiques peuvent être en outre disposés au droit d'une surface cathodique basse ou haute, c'est-à-dire à l'intérieur du volume fictif obtenu par projection verticale de la surface cathodique basse ou haute correspondante. Ainsi, comme visible sur la figure 8, chaque bloc anodique 22 peut reposer entièrement lors du démarrage et préchauffage de la cuve soit sur une surface cathodique basse, soit sur une surface cathodique haute.
Aussi, les outils conventionnels de nettoyage, comme une pelle à croûte 100, ont typiquement la largeur d'un bloc anodique et sont utilisés lors d'un changement d'anode dans la cuve.
Par conséquent, les surfaces cathodiques basses et hautes, qui ont sensiblement la même largeur que les blocs anodiques et sont disposées au droit de ces blocs anodiques peuvent être facilement nettoyées au moyen notamment d'une pelle à croute 100, comme cela est visible sur la figure 9. Les accumulations de boues sur la cathode, et notamment sur les surfaces cathodiques basses formant rainures du brise vague, peuvent ainsi être empêchées.
Quelque soit le mode de réalisation, on notera que chaque conducteur 8 électrique peut comprendre une partie principale dans un premier matériau et un insert dans un deuxième matériau de conductivité électrique supérieure à celle du premier matériau.
Cela permet des ajustements de la distribution électrique dans le bloc cathodique correspondant afin de prévenir une érosion prématurée. L'insert peut par exemple être en cuivre, et la partie principale du conducteur 8 électrique en acier. Les conducteurs 8 électriques comportent chacun une partie électriquement conductrice pouvant sortir du caisson par le côté de la cuve ou par le dessous de la cuve.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus, ces modes de réalisation n'ayant été donné qu'a titre d'exemples. Des modifications sont possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par la substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.
Avantageusement, les largeurs desdites surfaces cathodiques basses et desdites surfaces cathodiques hautes sont identiques, et sensiblement égales à la largeur d'un bloc anodique 22 (ou plusieurs blocs 22 anodiques si un même ensemble anodique est constitué de plusieurs blocs 22 anodiques disposés côte-à-côte). Les blocs 22 anodiques peuvent être en outre disposés au droit d'une surface cathodique basse ou haute, c'est-à-dire à l'intérieur du volume fictif obtenu par projection verticale de la surface cathodique basse ou haute correspondante. Ainsi, comme visible sur la figure 8, chaque bloc anodique 22 peut reposer entièrement lors du démarrage et préchauffage de la cuve soit sur une surface cathodique basse, soit sur une surface cathodique haute.
Aussi, les outils conventionnels de nettoyage, comme une pelle à croûte 100, ont typiquement la largeur d'un bloc anodique et sont utilisés lors d'un changement d'anode dans la cuve.
Par conséquent, les surfaces cathodiques basses et hautes, qui ont sensiblement la même largeur que les blocs anodiques et sont disposées au droit de ces blocs anodiques peuvent être facilement nettoyées au moyen notamment d'une pelle à croute 100, comme cela est visible sur la figure 9. Les accumulations de boues sur la cathode, et notamment sur les surfaces cathodiques basses formant rainures du brise vague, peuvent ainsi être empêchées.
Quelque soit le mode de réalisation, on notera que chaque conducteur 8 électrique peut comprendre une partie principale dans un premier matériau et un insert dans un deuxième matériau de conductivité électrique supérieure à celle du premier matériau.
Cela permet des ajustements de la distribution électrique dans le bloc cathodique correspondant afin de prévenir une érosion prématurée. L'insert peut par exemple être en cuivre, et la partie principale du conducteur 8 électrique en acier. Les conducteurs 8 électriques comportent chacun une partie électriquement conductrice pouvant sortir du caisson par le côté de la cuve ou par le dessous de la cuve.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus, ces modes de réalisation n'ayant été donné qu'a titre d'exemples. Des modifications sont possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par la substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.
Claims (19)
1. Cuve (1) d'électrolyse, destinée à la production d'aluminium, comprenant un caisson (2) et présentant un plancher (4) sur lequel est agencée une pluralité de blocs (6, 7) cathodiques, de préférence en matériau carboné, chaque bloc (6, 7) cathodique étant traversé par au moins un conducteur (8) électrique longitudinal destiné à
collecter le courant d'électrolyse en vue de son acheminement hors du caisson (2) et vers une cuve d'électrolyse distincte, caractérisée en ce que le plancher (4) présente des premières surfaces (40) de support des blocs (6) cathodiques, et des deuxièmes surfaces (42) de support des blocs (7) cathodiques, les premières surfaces (40) étant alternées avec les deuxièmes surfaces (42) dans une direction longitudinale de la cuve (1) d'électrolyse, chaque première surface (40) étant agencée à une hauteur supérieure à celle de la ou des deuxièmes surfaces (42) adjacentes, de sorte que les blocs (6) cathodiques supportés par les premières surfaces (40) sont surélevés par rapport aux blocs (7) cathodiques supportés par les deuxièmes surfaces (42), les blocs (6) cathodiques ainsi surélevés présentant une portion (60) émergente s'étendant au-dessus d'une surface (70) supérieure du ou des blocs (7) cathodiques adjacents supportés par les deuxièmes surfaces (42).
collecter le courant d'électrolyse en vue de son acheminement hors du caisson (2) et vers une cuve d'électrolyse distincte, caractérisée en ce que le plancher (4) présente des premières surfaces (40) de support des blocs (6) cathodiques, et des deuxièmes surfaces (42) de support des blocs (7) cathodiques, les premières surfaces (40) étant alternées avec les deuxièmes surfaces (42) dans une direction longitudinale de la cuve (1) d'électrolyse, chaque première surface (40) étant agencée à une hauteur supérieure à celle de la ou des deuxièmes surfaces (42) adjacentes, de sorte que les blocs (6) cathodiques supportés par les premières surfaces (40) sont surélevés par rapport aux blocs (7) cathodiques supportés par les deuxièmes surfaces (42), les blocs (6) cathodiques ainsi surélevés présentant une portion (60) émergente s'étendant au-dessus d'une surface (70) supérieure du ou des blocs (7) cathodiques adjacents supportés par les deuxièmes surfaces (42).
2. Cuve (1) d'électrolyse selon la revendication 1, caractérisée en ce que la cuve (1) d'électrolyse comporte une nappe (14) d'aluminium liquide recouvrant les blocs (6, 7) cathodiques et ayant une surface à une hauteur comprise entre 3 cm et 25 cm au dessus d'une surface (64) supérieure des blocs (6) cathodiques surélevés supportés par les premières surfaces (40).
3. Cuve (1) d'électrolyse selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la portion (60) émergente présente au moins un flanc (62) recouvert par des moyens d'isolation électrique.
4. Cuve (1) d'électrolyse selon la revendication 3, caractérisée en ce que chaque bloc (7) cathodique non surélevé présente, sur un bord de sa surface (70) supérieure, une protubérance (72) latérale agencée en regard dudit au moins un flanc (62) de la portion (60) émergente d'un bloc (6) cathodique surélevé adjacent, de sorte que les moyens d'isolation électrique sont interposés entre la protubérance (72) latérale et ledit au moins un flanc (62) de la portion (60) émergente du bloc (6) cathodique surélevé
adjacent.
adjacent.
5. Cuve (1) d'électrolyse selon la revendication 4, caractérisée en ce que la protubérance (72) latérale présente une surface (74) supérieure agencée sensiblement à
la même hauteur que la surface (64) supérieure du bloc (6) cathodique surélevé
adjacent.
la même hauteur que la surface (64) supérieure du bloc (6) cathodique surélevé
adjacent.
6. Cuve (1) d'électrolyse selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que la distance (D1) la plus courte entre ledit au moins un conducteur (8) électrique des blocs (7) cathodiques non surélevés et le coin formé par la protubérance (72) latérale et la surface (70) supérieure des blocs (7) cathodiques non surélevés est sensiblement identique à la distance (D2) la plus courte entre ledit au moins un conducteur (8) électrique du ou des blocs (6) cathodiques surélevés adjacents et l'un des bords longitudinaux de la surface (64) supérieure de ce ou ces blocs (6) cathodiques surélevés adjacents.
7. Cuve (1) d'électrolyse selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les blocs (6) cathodiques surélevés et les blocs (7) cathodiques non surélevés sont identiques.
8. Cuve (1) d'électrolyse selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les blocs (6) cathodiques surélevés sont monoblocs.
9. Cuve (1) d'électrolyse selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les blocs (6) cathodiques surélevés sont formés conjointement d'un bloc (601) supérieur, de préférence en matériau carboné, rapporté et collé sur un bloc (602) inférieur, de préférence en matériau carboné et reposant sur l'une des premières surfaces (40).
10. Cuve (1) d'électrolyse selon la revendication 9, caractérisée en ce que le bloc (601) supérieur est collé sur le bloc (602) inférieur par l'intermédiaire d'une pâte (20) électriquement conductrice.
11. Cuve (1) d'électrolyse selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce que le bloc (601) supérieur correspond à la portion (60) émergente.
12. Cuve (1) d'électrolyse selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisée en ce que la portion (60) émergente comprend au moins un bord (66) de recouvrement agencé pour recouvrir une partie de la surface (70) supérieure d'un bloc (7) cathodique non surélevé
adjacent, ledit au moins un bord (66) de recouvrement étant collé à la surface (70) supérieure de ce bloc (7) cathodique non surélevé adjacent par une pâte (18) électriquement isolante.
adjacent, ledit au moins un bord (66) de recouvrement étant collé à la surface (70) supérieure de ce bloc (7) cathodique non surélevé adjacent par une pâte (18) électriquement isolante.
13. Cuve (1) d'électrolyse selon la revendication 12, caractérisée en ce que ledit au moins un bord (66) de recouvrement recouvre ledit bloc (7) cathodique non surélevé
adjacent sur une distance sensiblement identique à la hauteur de la portion (60) émergente.
adjacent sur une distance sensiblement identique à la hauteur de la portion (60) émergente.
14. Cuve (1) d'électrolyse selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que la cuve (1) d'électrolyse comprend une pluralité de blocs (22) anodiques, chaque bloc (22) anodique étant agencé en totalité soit au-dessus d'une portion (60) émergente de blocs (6) cathodiques surélevés soit au-dessus d'une surface supérieure de blocs (7) cathodiques non surélevés afin que chaque bloc (22) anodique puisse reposer sur une surface sensiblement plane au-dessus de laquelle il est agencé.
15. Cuve (1) d'électrolyse selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisée en ce que la distance (E2) la plus courte entre la surface supérieure des blocs (6) cathodiques surélevés et ledit au moins un conducteur (8) électrique de ces blocs (6) cathodiques surélevés est inférieure à la distance (F2) la plus courte entre un flanc (62) de la portion (60) émergente et ledit au moins un conducteur (8) électrique de ces blocs (6) cathodiques surélevés.
16. Cuve (1) d'électrolyse selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisée en ce que la distance (E1) la plus courte entre la surface (70) supérieure du ou des blocs (7) cathodiques non surélevés et ledit au moins un conducteur (8) électrique de ces blocs (7) cathodiques non surélevés est inférieure à la distance (F2) la plus courte entre un flanc (62) de la portion (60) émergente du ou de l'un des blocs (6) cathodiques surélevés adjacent et ledit au moins un conducteur (8) électrique de ce bloc (6) cathodique surélevé.
17. Cuve (1) d'électrolyse selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisée en ce que la distance (E2) la plus courte entre la surface supérieure des blocs (6) cathodiques surélevés et ledit au moins un conducteur (8) électrique de ces blocs (6) cathodiques surélevés est sensiblement identique à la distance (E1) la plus courte entre la surface (70) supérieure du ou des blocs (7) cathodiques adjacents non surélevés et ledit au moins un conducteur (8) électrique de ces blocs (7) cathodiques non surélevés.
18. Cuve (1) d'électrolyse selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisée en ce que la largeur des blocs (6) cathodiques surélevés est de l'ordre de 0,8 à 1,2 fois la largeur des blocs (7) cathodiques non surélevés, et la hauteur des blocs (6) cathodiques surélevés est de l'ordre de 0,8 à 1,2 fois la hauteur des blocs (7) cathodiques non surélevés.
19. Aluminerie comprenant au moins une cuve (1) d'électrolyse selon l'une des revendications 1 à 18.
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