Procédé et dispositif permettant le réglage de la résistance d'une cellule d'électrolyse. La conduite d'une cellule d'électrolyse exige notamment le réglage de la distance interpolaire entre électrodes,, de. manière à ce que la résistance du bain soit toujours celle désirée.
La présente invention a pour objet un procédé permettant le réglage de la résis tance d'une cellule d'électrolyse qui consiste à faire intervenir, pour assurer ce réglage, à la fois une différence de potentiel propor tionnelle au courant traversant la cellule, une différence de potentiel proportionnelle à la tension existant aux bornes de,
la cellule et un terme correctif proportionnel à la force électromotrice de ladite cellule.
La présente invention a également pour objet un dispositif pour la réalisation de ce procédé, ce dispositif comportant un appareil de mesure à deux cadres, l'un des @caadres étant soumis à une .différence -de potentiel propor- tionnelle au,
couranttravensantlacelluie,l'autre à une différence ,de p.otentiel.pmoportionnelle à la tension existant aux bornes. de la cellule diminuée d'une tension égale à la force élec- tromotrice de la cellule.
Le réglage de la résistance de la cellule d'électrolyse peut être effectué à la main par l'ouvrier ou de façon automatique.
Pour pouvoir effectuer le réglage à la main, il faut que l'ouvrier dispose d'un appa reil de mesure simple. Les cellules d'électro- lyse sont généralement munies d'un volt mètre, mais les indications .de cet appareil varient avec l'intensité qui passe dans la cel lule,
alors que la résistance de la cellule est indépendante de l'intensité. Lorsqu'il y a plusieurs cellules en série et que ces cellules subissent périodiquement l'effet @d'ano@de (ce qui est le cars de l'électrolyse de l'alumine en bain fluoré pour la fabrication de l'alu- minium), la tension,
de la cellule ayant subi l'effet d'anode augmente considérablement et l'intensité baisse sur l'ensemble des cellules qui sont en série avec elle. Le voltmètre seul ne peut donc pas servir pour le réglage manuel de la résistance d'une de ces cellules.
Suivant une des formes de réalisation de l'invention, on prévoit, outre un voltmètre placé aux bornes de la cellule d'électrolyse, un second voltmètre alimenté par une diffé rence de potentiel proportionnelle au courant traversant la totalité des cellules et à la gra duation duquel on ajoute un terme constant égal à la force électromotrice de la cellule, la comparaison des indications de ces deux volt-<B>,
</B> mètres permettant à tout moment le réglage manuel de la résistance de ladite cellule.
Une autre forme d'exécution de l'inven tion permet le réglage automatique de la ré sistance de la cellule en assurant la signa- f lisation à distance des écarts existant à cha que instant entre la résistance du bain @de, la .cellule et la résistance désirée.
Dans les dessins schématiques annexés: La fig. 1 représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention pour obtenir la mesure pçrmanente de la ré sistance du bain de la cellule d'électrolyse.
La fig.2 représente, à titre d'exemple, une autre forme d'exécution de l'objet de l'in vention utilisable notamment en vue de la ,commande manuelle du réglag e ,de la résistance d'une cellule d'télectrolys@e.
La fig.3 représente une autre forme d'exécution de l'objet de l'invention pour obtenir une, signalisation, des écarts existant à chaque instant entre les résistances du bain de la cellule et la résistance désirée, en vue d'un réglage manuel ou d'un réglage auto matique.
La fig. 4 représente une autre disposition permettant d'obtenir cette signalisation. Suivant le dispositif représenté fig. 1, on utilise un appareil à cadres croisés., -de prin cipe connu.
L'un des cadres 1 est soumis à une différence de potentiel proportionnelle à l'intensité traversant la cellule d'électro lyse 10, ceci soit au moyen d'un shunt 2, soit d'un transformateur à courant continu de modèle connu, tel que par exemple du type décrit,dans le brevetfrançais no 862493 déposé le 11 juillet 1939 par la Société Brown, Bo- veri & Cie.
L'autre cadre 3 est soumis à la différence de potentiel existant aux bornes de la cellule d',élecarodyse avec interposition d'une tension constante qui est obtenue au moyen d'une batterie 4 alimentant un poten- tiomètre 5 réglable; des rhéostats 6 et 7 per mettent d'ajuster les différentes constantes de l'appareil.
Cet appareil peut d'ailleurs être muni de contacts 8 et 9 permettant d'agir soit sur une signalisation, soit aux relais en vue d'un réglage à- main ou automatique.
Dans un tel appareil de mesure ou relais, l'angle de ,déviation O est tel que:
EMI0002.0072
avec a., = ampères tours de la bobine 3 a2 = ampères tours de la bobine 1 a, <I>=</I> Kl <I>(U -</I> u) a=KZI d'où -
EMI0002.0080
Dans cette formule;
U= tension aux bornes de la cellule, u = différence de potentiel produite par le potentiomètre 5, alimenté par la source 4, I = intensité du courant traversant la cellule. u étant réglé par le potentiomètre 5, on fait en sorte que u = e.
Avec e = force électromotrice de la cellule d'électrolyse, on aura donc:
EMI0002.0088
Le dispositif indiqué permet donc bien de mesurer la résistance R de la cellule.
L'invention. permet également de con naître à chaque instant la tension qui devrait exister sur la, cellule d'électrolyse si la ré sistance du bain était réglée à la valeur dé sirée, et cela quelle que soit l'intensité du courant traversant la cellule au moment de la mesure.
Dans la forme d'exécution selon la fig. 2, où plusieurs cellules d'électrolyse sont en série, on fait usage, pour le réglage de la dis tance interpolaire, d'un voltmètre 11 (fig. 2) monté aux bornes de chaque cellule d'électro lyse. Toutefois, ce voltmètre ne donne des indications valables pour le réglage de la résistance que si l'intensité existant au mo ment où l'on effectue la mesure, correspond bien à l'intensité nominale devant traverser les cellules d'électrolyse.
Lorsqu'il s'agit de cellules d'électrolyse pouvant subir des effets d'anodes qui, ainsi qu'on le sait, modifient. profondément la valeur de l'intensité si le réglage du courant n'est pas à intensité cons tante, il faut attendre la suppression totale des effets d'anodes dans toutes. les cellules d'électrolyse montées en série pour effectuer le réglage voulu. Dans cette forme d'exécution, on utilise, de plus, pour chaque cellule d'électrolyse, un voltmètre 12 connecté aux bornes d'un poten tiomètre 13.
Tous les potentiomètres sont en série et sont traversés par un courant propor tionnel au courant passant dans les cellules d'électrolyse. Cette alimentation s'effectue, dans la forme d'exécution considérée, par un transformateur d'intensité 14 d'un type connu constitué par un enroulement traversé par le câble d'alimentation des cellules d'électrolyse et connecté au circuit des:
potentiomètres 13, un transformateur de ce type étant décrit dans le brevet français. ne 862493 ci-dessus cité.
De cette façon, la différence de potentiel existant à chaque instant aux bornes des volt mètres 12 est proportionnelle au courant tra versant les cellules d'électrolyse.
Toutefois, la graduation de ces voltmètres est effectuée de telle sorte qu'au zéro des appareils corres ponde une valeur égale aipproximativement à la force électromotrice de la cellule d'électro lyse respective, la graduation pour la dévia tion totale étant choisie égale à la tension maximum que peut subir cette cellule d'élec trolyse en cours de fonctionnement, effets d'anodes non compris.
Le réglage du potentiomètre 13 est fait de telle sorte que lorsque l'intensité est à sa valeur - nominale, le voltmètre 12 indique exactement la tension désirée sur la cellule à,ce moment-là, le réglage pouvant d'ailleurs être différent sur chacune des cellules d'élecrolyse mises en série.
Par la suite, ce voltmètre permet de connaître à chaque ins tant la tension devant exister aux bornes de la cellule d'électrolyse si la résistance du bain était réglée à la valeur désirée, et ce quelle que soit l'intensité du courant traversant cette dernière.
Pour régler la résistance d'une cellule à la valeur désirée, il suffit alors à chaque instant de faire en sorte que la profondeur d'immersion des électrodes -de la cellule soit telle que le voltmètre 11 donne les mêmes indications que le voltmètre 12. En effet, soit 0l la déviation du volt mètre 12. On a: Ol <I>=</I> K,. <I>I</I> Soit 0. la lecture que l'on veut effectuer sur la graduation de l'appareil.
On a par construction: (92=K, l + u Mais si u = e, avec e =force électromotrice de la cellule, on aura: <I>0,=:K,</I> I + e Si on a réglé le potentiomètre 13 de ma nière à ce que K,. = Ro, on aura:
0; = g, 1-I- e <I>=</I> Ro <I>I</I> -i- <I>e</I> De ce fait, quelle que soit la valeur prise par le courant I, la lecture Oz -correspondra à la tension que devrait prendre la cellule d'électrolyse si la résistance R était égale à la résistance Ro désirée.
Pour obtenir une signalisation des écarts existant à chaque instant entre la résistance du bain de la cellule et la résistance désirée, que ce soit en vue d'un réglage ma nuel ou d'un réglage automatique, on peut utiliser des formes d'exécution de l'objet de l'invention telles que celles représentées fig. 3 et 4.
On utilise pour cela un relais@ différentiel de type connu se composant de deux cadres mobiles se déplaçant dans l'entrefer d'un aimant permanent. L'un des cadres 1 est sou mis à une différence de potentiel propor tionnelle au courant traversant la cellule, ce qui peut s'obtenir sait par un. shunt 2 comme dans le, cas représenté, soit par d'autres procédés connus.
L'autre cadre 3 est soumis à une différence de potentiel existant aux bornes de la cellule, avec l'insertion d'une tension constante choisie égale à la force électromotrice de la cellule.
Dans l'exemple selon la fig.3, cette tension est fournie par une batterie 4 alimentant un po- tensiomètre 5 réglable: des rhéostats 6 et 7 permettent d'ajusten¯ les différentes, cons tantes de l'appareil.
Deux ressorts antagonistes font que le couple antagoniste est nul lorsque l'équipage du relais est dans une position médiane. Si le couple moteur :est positif ou négatif, l'équi page mobile @du relais vient fermer le con tact 8 ou le contact 9, suivant que les am pères-tours de la bobine 1 sont supérieurs ou inférieurs à ceux de la bobine 3.
Dans ces conditions, le fonctionnement du relais est le suivant: Soit a, les ampères-tours de la bobine 3; Soit a, les ampères-tours de la bobine 1 et a=a,-a-#.
On a: <I>ai =</I> K, (U <I>-</I> u) u étant la tension constante choisie égale, à la force électromotrice e de la cellule.
D'où: mais.: U=e+RI avec R = résistance du bain, e = force électromotrice de la. cellule, I = courant dans la cellule; d'où: <I>a,=</I> K, <I>RI</I> de même: a2=KZI d'oiï 8=al-a2=K,RI-K21= 1 (K, R -K2) .
Donc, lorsque les constantes K,, K, seront choisies telles que
EMI0004.0034
on aura pour .IR = Ro:
a = e et le relais sera en équilibre avec les contacts 8 et 9 ouvertes. Les rhéostats de réglage 6 et 7 -auront à être ajustés de façon telle que, si la résistance du bain. a la valeur .désirée Ro, le, relais sera en équilibre.
Pour les valeurs de:
EMI0004.0048
c'est le contact 8 qui se fermera, et pour
EMI0004.0050
c'est le contact 9 qui se fermera, et cela quelle que soit la valeur de l'intensité Dans la disposition représentée fig. 4, on utilise deux relais différentiels de principe connu se composant chacun de deux cadres mobiles se déplaçant dans l'entrefer d'un aimant permanent.
L'un des cadres 20 est soumis à une différence de potentiel propor tionnelle au courant traversant les cellules 10 augmenté d'un terme constant. Dans le cas de la disposition représentée,, ceci est obtenu au moyen d'un appareil 16, communément désigné sous le nom de multiplicateur de shunt et constitué d'une génératrice à cou rant continu dont l'inducteur est branché aux bornes d'un shunt traversé par l'inten sité totale 1 parcourant les cellules d'électro lyse,
cette génératrice étant entraînée par un petit moteur électrique à vitesse constante. L'appareil 16 alimente une série de potentio- mètres 17 dans le circuit desquels est inter calé un potentiomètre 18 alimenté par une source 19 destinée à fournir la tension cons tante désirée.
A la place de ce multiplicateur de shunt 16, on peut utiliser un transforma teur d'intensité de modèle connu (voir no tamment brevet français no 862493,déjà cité) ou, encore, directement un shunt donnant une différence de potentiel suffisante. Dans ce cas, les potentiomètres 17 seront de préfé- rence montés en parallèle.
L'autre cadre 15 !est soumis à une diffé rence de potentiel proportionnelle à la ten sion aux bornes de la cellule. Deux ressorts antagonistes font que le couple antagoniste est nul lorsque l'équipage du relais est dans une position médiane. Si le couple moteur ,est positif ou négatif, l'équipage mobile du relais vient fermer le contact 21 ou le con tact 22, suivant: que les ampères-tours de la bobine 15 sont supérieurs -ou inférieurs à ceux de la bobine 20.
Dans ces conditions, le fonctionnement du relais est le suivant: Soit al les ampères-tours de la bobine 20; Soit a2 les ampères,-tours-,de la bobine 15 et s <I>=</I> a, <I>-</I> a@.
On a: <I>a, =</I> Ki (K2 <I>I</I> -I- u) 2c étant la tension existant aux bornes du po tentiomètre 18.
De même, af# = K3 U U étant la tension existant aux bornes de la cellule d'électrolyse.
D'où: E=K,KI#I+K@u-K#, <I>U</I> mais<I>U = RI</I> + <I>e</I> avec R = résistance de la cellule d'électrolyse, e = force électromotrice de la cellule d'électrolyse.
D'où: a=K,K21+K,u-K,RI-Kg <I>e</I> En réglant convenablement une fois pour toutes le potentiomètre 18 de manière à ce que: Xiu=K3e on aura: s <I>=</I> K, KZ <I>I -</I> K3 <I>RI = I</I> (K, KZ - K3 R) En réglant à la demande et pour chaque valeur désirée pour Ro le potentiomètre 17 de manière à ce que: K, KZ = K3 Ro on aura:
E=K,RoI-K,RI=K31(Ro-R) Le relais sera. en équilibre lorsque la ré sistance R de la cellule sera égale à la valeur Ro désirée.
Les deux contacts 21,et 22 peuvent servir à établir soit une simple signalisation, soit un réglage automatique.