CH255480A - Procédé et dispositif permettant le réglage de la répartition du courant entre les diverses électrodes d'une cellule d'électrolyse. - Google Patents

Procédé et dispositif permettant le réglage de la répartition du courant entre les diverses électrodes d'une cellule d'électrolyse.

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CH255480A
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Compagnie De Produits Camargue
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Alais & Froges & Camarque Cie
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/20Automatic control or regulation of cells

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Description


  Procédé et dispositif permettant le réglage de la répartition du courant entre les  diverses électrodes d'une cellule d'électrolyse.    La. conduite d'une cellule d'électrolyse  exige notamment le réglage de l'a distance  entre chaque électrode et la cuve commune,  de manière à     ce    que la répartition du courant       total    entre chacune d'elles soit uniforme.  



  On peut utiliser pour cela des ampère  mètres à cadre mobile branchés avec inter  position ou non d'un shunt sur chaque cir  cuit d'électrode. Mais, si le courant total est  variable, il est très difficile de     connaître    ra  pidement quelles sont les électrodes qui sup  portent un courant     plus    grand que le courant  qui, devrait leur être affecté, et quelles sont  les électrodes qui supportent un courant plus  petit.  



  Le procédé suivant l'invention, pour le ré  glage correct de la répartition du courant  entre les diverses électrodes d'une cellule  d'électrolyse,     consiste    en ce que l'on fait  intervenir, en vue de     ce    réglage, à la fois  la valeur de l'intensité parcourant l'électrode  considérée et la valeur du rapport entre l'in  tensité totale traversant la     cellule    et le nom  bre d'électrodes de     cette    cellule.  



  L'invention a également pour objet un  dispositif pour la réalisation de ce procédé  qui comporte un enroulement parcouru par  un courant     d'intensité        proportionnelle    à l'in  tensité dans l'électrode considérée et un autre  enroulement parcouru par un courant propor  tionnel au     rapport    entre l'intensité totale tra-    versant la cellule et le nombre d'électrodes  de cette cellule, la variation de la position de  ces deux enroulements étant utilisée en vue  du réglage de la répartition du courant entre  électrodes.  



  La     fig.    1 représente, à titre d'exemple,  une première forme d'exécution de l'objet de  l'invention, pour obtenir la mesure perma  nente du rapport entre le courant passant  dans une électrode et le courant     divisé    par le  nombre d'électrodes de la     cellule.     



  Suivant la     fig.    1, on utilise un appareil  à cadres croisés de principe connu. L'un des  cadres 1 est soumis à une différence de po  tentiel proportionnelle au courant     traversant     l'électrode 10,     l'autre    cadre 2 à une     différence     de potentiel     proportionnelle    au courant total,  et cela soit au moyen d'un shunt 3, ce qui  est le cas représenté pour la bobine 1, soit,       ce    qui est le cas représenté pour la bobine 2,  au moyen d'un appareil communément dé  signé sous le nom de     multiplicateur    de  shunt.

   Cet appareil se compose     d'un    petit  groupe convertisseur comprenant un moteur  41 et une dynamo 40.     Cette    dynamo possède  un circuit     magnétique    non saturé travaillant  dans la     partie    droite de la courbe de magné  tisme et elle est excitée par un enroulement  42 alimenté par un shunt 4 traversé par l'in  tensité totale I parcourant la cellule d'électro  lyse.

   De plus, la     résistance    de     l'induit    est      très faible, de     cette    façon la proportionnalité  entre la tension aux bornes du shunt 4 et le  courant débité par la dynamo 40 est prati  quement assurée,     dans    les limites de fonc  tionnement, et la     puissance    débitée par la  dynamo est un multiple     important    de la puis  sance reçue par l'inducteur 42.

   Au lieu d'un  tel     multiplicateur    de shunt, on peut utiliser  un transformateur     d'intensité    constitué par un  enroulement traversé par le câble amenant  le courant aux électrodes, cet enroulement       alimentant    lui-même le circuit des bobines 2.       Ce    transformateur à courant     continu    peut       être    d'un     type    connu et décrit, par     exempM,     dans le     brevet    suisse Ne 209381 de la Société  Brown,     Boveri     &  Cie.

   Ces     transformateurs          d'intensité    de courant continu comportent une  carcasse     magnétique,    qui entoure le conduc  teur dont on veut mesurer     l'intensité,    et qui  est     interrompue    de façon à former un     entre-          fer    dans lequel se trouve     l'équipage    mobile       influencé    par le champ magnétique dans la       carcasse.    Cet équipage règle automatiquement  le courant continu d'un circuit auxiliaire dé  magnétisant la carcasse,

   de telle façon que  la     force        magnétomotrice    due au passage du  courant dans le conducteur -et     agissant    dans       l'entrefer    de l'a carcasse soit à chaque ins  tant compensée,     l'intensité    du courant auxi  liaire, qui varie dans le même sens que le  courant continu, étant une mesure de l'inten  sité du courant     continu    passant dans le con  ducteur.  



  Comme représenté, la bobine 2 peut être       alimentée    par un potentiomètre 5 dont     les    ré  sistances sont toutes branchées en série  comme     représenté.     



  Dans un tel appareil, l'angle de déviation  O est tel que  
EMI0002.0034     
    avec  a, =     ampères-tours    -de la bobine 1       a2    =     ampères-tours    de l'a     bobine    2.  Or:  al     =g1    i    avec  i = courant dans une électrode.       a2-KzI     avec  I = courant total.  d'où:  
EMI0002.0041     
    Mais on peut régler par le potentiomètre 5     5s     les valeurs de     K,    et     K2    de façon à ce que:  
EMI0002.0045     
    n étant le     nombre    d'électrodes.

    d'où  
EMI0002.0047     
    L'appareil ainsi indique directement le       rapport    entre l'intensité     dans    l'électrode con  sidérée et l'intensité théorique qu'elle devrait  prendre,     qui    est égale à
EMI0002.0051  
    Sous la forme d'un relais, cet appareil  peut agir sur les     coutacts    6 et 7 qui peuvent  servir à la signalisation ou à un asservisse  ment automatique.  



  Conformément à     l'exemple    représenté       fig.    2, on     utilise    un relais différentiel à ca  dres mobiles, muni da deux enroulements     à.          sens    d'enroulement inversé.

   L'un des cadres,  11, est alimenté par une différence de poten  tiel     proportionnelle    au courant traversant  l'électrode 10 considérée, soit au moyen d'un  shunt 3, comme dans le cas     représenté,    soit  au moyen d'un autre     dispositif    connu tel       qu'un    transformateur     d'intensité    à courant  continu. .L'enroulement 12 est alimenté par  une différence de potentiel     proportionnelle     au courant traversant le circuit total soit au  moyen d'un shunt, soit au moyen d'un mul  tiplicateur de shunt, comme représenté, soit  au moyen d'un transformateur d'intensité à  courant continu.

        Dans     ces    deux derniers cas, le réglage       pourra    être fait au moyen de potentiomètres  5 montés en série, comme représenté, et ali  mentés par le multiplicateur de shunt ou le  transformateur d'intensité à courant continu.  On pourra. également utiliser des rhéostats en  série sur les enroulements     eux-même    en paral  lèle sur le multiplicateur de shunt ou le  transformateur d'intensité à courant continu.  



  Deux ressorts antagonistes agissent de  manière que, lorsque le couple moteur est  nul, l'équipage du     rel'a'is    est dans une posi  tion médiane. D'autre part, si le couple mo  teur est positif ou négatif, et l'équipage du  relais vient fermer le contact 6 ou le contact  7 suivant que l'es ampères-tours de la bobine 1  sont     supérieurs    ou inférieurs aux     ampères-          tours:    de la, bobine 2.  



  Dans     oe's,    conditions,     le    fonctionnement  du relais est le suivant:       soit.    ai les ampères-tours de la bobine 1.  soit a. les ampères-tours de la- bobine 2.  et<I> &  =</I>     ai   <I>-</I>     6d2.     



  On a:  <I>a, =</I>     K1        z          a.=K.1     avec       z    = courant dans l'électrode  I = courant total dans la cellule d'élec  trolyse.  



  <B>d'où:</B>  <I>s</I>     =al-a..=K,i-K21.     



       Les    constantes     Kl    et K. sont réglées par  le potentiomètre 5 et on peut faire en     sorte     que:  
EMI0003.0021     
         r,.    étant le nombre d'électrodes.  
EMI0003.0023     
    Donc, lorsque le courant i dans l'électrode  considérée sera tel que:  
EMI0003.0024     
    et le     relais    sera en     équilibre    avec les contacts  6 et 7 ouverts.  



  Pour les valeurs de
EMI0003.0027  
   c'est le contact  6 qui se fermera et pour
EMI0003.0028  
   ce sera le  contact 7, et cela quelle que soit l'a valeur,  de l'intensité totale.  



  La     fig.    3 donne, à titre d'exemple, une  troisième forme d'exécution pour la signali  sation à distance d'un     écart        existant    entre  l'intensité parcourant une électrode considérée  et la valeur du rapport entre     l'intensité    totale  dans la cellule et le nombre d'électrodes de  cette cellule, et le rapport désiré, et cela soit  au point de vue d'une commande manuelle,  soit en vue d'une commande automatique.  



  Dans le dispositif représenté     fig.    3, un  circuit magnétique 13 entoure l'enroulement  14 consistant en une barre reliant l'électrode  à l'alimentation et portant un bobinage 15  dont les ampères-tours sont     antagonistes    à la  force magnétomotrice engendrée par le cou  rant traversant la barre centrale 14.  



  Le flux dans le circuit magnétique sera  nul si on a:       a,    -     Zo     avec  al = ampères-tours du bobinage auxi  liaire 15  = courant dans l'a barre centrale 14.  Avec un multiplicateur de shunt comme  clans le cas représenté, ou un transforma  teur d'intensité, à courant continu au rapport  de     transfoamations    m, on aura:  
EMI0003.0038     
    avec  courant dans le circuit secondaire  traversant le circuit 15.  



  Si N est le     nombre    de spires bobinées sur  le tore et si on fait  
EMI0003.0040     
      avec       n    = nombre     d'électrodes    de la     cellule,     on aura à     l'équilibre:     
EMI0004.0005     
    Donc, lorsque le courant dans la barre  centrale 14 sera égal à
EMI0004.0006  
   c'est-à-dire  égal au courant théorique qui doit la traver  ser, le     flux    dans le tore sera nul.  



  Lorsque
EMI0004.0008  
   le flux résultant  aura un     sens    donné et     lorsque   
EMI0004.0011  
    il aura un sens inverse.  



  La     détection    de ce     flux    et de son sens est       assurée    par un cylindre magnétique 16 d'axe  perpendiculaire à la barre centrale 14, sur le  quel est monté un cadre 17     parcouru    par un  courant quelconque qui, dans le cas de la       fig.    3a, est prélevé sur le courant secondaire  passant     dans    le bobinage 15.  



  Le flux     résultant    produit un couple mo  teur sur l'axe du     cylindre,    ce couple moteur  ayant un sens déterminé par le sens du flux       résultant.     



  Deux ressorts antagonistes 13 et 19 limi  tant la course de l'équipage et font qu'en  l'absence du couple     moteur,    l'équipage     reste     dans     une    position de     repos    déterminée par le  plan du     cadre    mobile 17 et représentée     fig.        3a.     



  L'axe de     l'équipage        entraîne    un contact  inverseur 6-7 pouvant     servir    à la signalisa  tion ou à un     asservissement    automatique.  



  Des     relais    du type ci-dessus peuvent être  utilisés ou non avec des     relais    auxiliaires ou       temporisés    suivant le débit     qui.    est demandé  à leurs     contacteurs    et     1$s    changements de ré  gime rapide que l'on veut laisser passer sans  être     alerté.     



  Le     dispositif    représenté fis. 4 peut être  appliqué notamment lorsque, pour des raisons  pratiques ou autres, on ne peut utiliser la  chute     ohmique    créée le long de chaque con  ducteur d'électrode suivant les dispositions  données ci-dessus.    Conformément à l'exemple d'exécution re  présenté     fig.    4, on utilise le principe connu  du changement de     réactance    d'un bobinage  monté sur un circuit magnétique qui est pro  voqué lorsque des ampères-tours continus sont  superposés aux ampères-tours alternatifs par  courant le bobinage.  



  Chacun des     conducteurs    reliant l'électrode  10 à l'alimentation est entouré d'un     circuit     magnétique 21 muni ou non d'un blindage  évitant l'effet     parasite    des conducteurs voi  sins, et dont les bobinages 22 mis en série  sont     alimentés    par une     source    à courant alter  natif.  



  En l'absence de courant continu, le cou  rant circulant dans ces bobinages 22 sera le  quotient de la tension     totale    U par la somme  des réactances de chacun des bobinages mon  tés sur les<I>n</I> circuits magnétiques 21<I>(n</I> étant  le nombre d'électrodes) la     résistance    étant  supposée très faible devant la réactance.  



  Aux     bornes    de chaque circuit, on pourra  relever les tensions     u.,        %,    un qui, en suppo  sant les circuits tous rigoureusement sembla  bles, seront données par:  
EMI0004.0053     
    avec L = somme des     réactances    des bobi  nages 22.  



  Si on fait passer un courant continu dans  la tige traversant chaque circuit magnétique,  l'a réactance de ceux-ci diminuera par suite  de la saturation provoquée par     ce    flux continu.  



  S'il y a une inégalité dans la répartition  du courant entre les électrodes, les     tensions          u1,        u2,    un ne seront plus égales, leur somme  étant toutefois évidemment toujours égale  à U.

   Il faut noter que l'on peut soit faire en  sorte que la tension U soit     constante,    mais  dans ce cas le courant     alternatif    traversant  les     circuits    magnétiques sera variable sui  vant la     réactance    de chaque circuit magné  tique, soit faire en sorte que le courant i soit  sensiblement constant,     ce    qui placera ces cir  cuits dans des conditions magnétiques mieux       déterminées,    mais fera varier la tension U,      les équations ci-dessus restant toutefois sans  changement.  



  Pour la détection :des. différentes réparti  tions, on utilise des     relais        différentiels    23 de  principe connu, se composant de deux cadres  mobiles .se     déplaçant    dans l'entrefer d'un  aimant permanent. L'un des cadres, 25, est  soumis à une     différence    de potentiel propor  tionnelle à la tension     u1,        u2    ou Un suivant le  relais considéré,     celle-ci    ayant été redressée  par des redresseurs 29. Les deuxièmes cadres  ?6 de     tous    les relais 23 sont     mis    en série et  soumis .à la différence de potentiel U redres  sée au moyen des redresseurs 24.  



  Deux     ressorts    antagonistes font que le  couple antagoniste est nul lorsque l'équipage  du relais est dans une position médiane.  D'autre part, leur couple moteur est positif  ou négatif et l'équipage d'une bobine du  relais 23 vient fermer le contact 27 ou 28       :suivant    que les ampères-tours de la bobine  25 sont supérieurs ou     inférieurs    à ceux de la  bobine 26.  



  Dans ces conditions, le fonctionnement du  relais est le suivant:  soit al les ampères-tours de la bobine 25,  soit a.. les ampères-tours de la. bobine 26,  et     s    =     al    -     a2.     



  En considérant la     première    électrode 10,  on aura:  
EMI0005.0017     
         n.    étant le nombre d'électrodes de l'a     cellule     d'électrolyse considérée. D'où:  
EMI0005.0020     
    Mais, par construction, on aura:  
EMI0005.0021     
    L'équipage du relais sera donc en équili  bre et les contacts 27 et 28 ouverts lorsque:  
EMI0005.0022     
         Mais,    à     ce    moment-là  
EMI0005.0025     
    f 1 représentant la fonction     liant   <B>ml</B> au courant  Il traversant l'électrode considérée et au cou  rant alternatif z circulant dans le bobinage  de tous les circuits.  



  Si tous les circuits magnétiques sont sem  blables, on aura:       fl-fz=fn=f     comme d'autre part:       u1        +        UZ        +        zcn    = U  on aura:  <I>f (Il, 2)</I>     +   <I>f</I>     (I2,   <I>2)</I>     +   <I>f (In,</I>     i)   <I>= U</I>  Comme le courant i est     le    même pour tous  les circuits et comme, s'il y a équilibre,  
EMI0005.0038     
    on aura:

    <I>f (Il,</I>     i)   <I>= f</I>     (I!#,   <I>2) = f</I>     (I.,        Z)     et, par     conséquent,    à ce moment-là:.  
EMI0005.0044     
    Autrement dit, le     relais    sera en équilibre  lorsque le courant continu traversant l'élec  trode est égal au quotient du courant     total     par le nombre d'électrodes.

   D'autre part, l'un  des     contacts    sera fermé si
EMI0005.0048  
   et l'autre  contact, si
EMI0005.0049  
   et     cela    quelle que soit la  valeur du courant alternatif i et la fonction f,       à,    l'a condition que l'on ait bien:       fl-fz=fn=f     et que f soit linéaire, dans les limites consi  dérées.  



  On pourra utiliser les contacts 27 ou 28  soit pour une simple signalisation des écarts,  soit pour un réglage     automatique    des élec  trodes.  



  Les dispositifs     précédemment    décrits per  mettent de prédéterminer les. effets d'anodes  en disposant des contacts de signalisation  dans une     position    telle que l'on soit alerté  pour un écart déterminé entre le courant      normal devant     parcourir    chaque électrode et  un courant très largement inférieur à     ce    cou  rant     normal.     



  Dans les cellules d'électrolyse subissant  l'effet     d'anodes    et comportant plusieurs élec  trodes, il a été remarqué que l'effet. d'anodes       n'apparaissait    pas     d'une    façon simultanée sur  toutes les électrodes à la fois, mais qu'au       contraire,    peu de temps avant que l'effet  d'anodes total ne se produise, on constatait  l'apparition de l'effet d'anodes-sur l'une ou  l'autre des électrodes.  



  Les     dispositifs        suivant    l'invention per  mettent la prédétermination des effets  d'anodes en les     munissant    de deux séries de       contacts,    la première série étant fermée par  des écarts faibles autour de la position d'équi  libre et servant ainsi au réglage automati  que ou non de la profondeur     d'immersion,          alors    que la seconde série signalera une di  minution importante du courant sur une  électrode quelconque, ce     qui    est l'annonce  d'un effet d'anodes en préparation.  



  On peut     utiliser    soit des appareils avec  les deux jeux de contacts décrits ci-dessus,  soit deux appareils par électrodes, l'un réglé  de façon     @à    fermer ses contacts pour des       écarts    trop faibles, l'autre de façon à fermer  ses contacts pour une     diminution    importante  du courant sur une électrode en vue de la       constatation    de l'effet d'anodes recherché.  



  On peut également ne     disposer        cette     deuxième série de contacts ou ce second appa  reil que sur une seule électrode en ayant  soin de régler celle-ci de façon à ce que     le     courant la traversant soit en permanence  plus élevé que le courant traversant chacune  des autres électrodes., ce qui provoque une       électrolyse    plus rapide de la zone de bain  correspondante et     permet    d'obtenir     plis    tôt  l'apparition de l'effet d'anodes sur l'électrode  considérée.

Claims (1)

  1. REVENDICATIONS I. Procédé permettant le réglage correct de la répartition du courant entre lés diverses électrodes d'une cellule d'électrolyse, ce pro cédé étant caractérisé en ce que l'on fait intervenir en vue de ce réglage à la fois l'a valeur -de l'intensité parcourant l'électrode considérée et la valeur du rapport entre l'in tensité totale traversant la cellule et le nom bre d'électrodes de cette cellule. II.
    Dispositif pour la réalisation du pro cédé suivant la revendication I, comportant un enroulement parcouru par un courant d'in tensité proportionnelle à l'intensité dans l'électrode considérée et un autre enroule ment parcouru par un courant proportionnel au rapport entre l'intensité totale traversant la cellule et le nombre d'électrodes de cette cellule, la variation de la position de ces deux enroulements étant utilisée en vue du réglage de la répartition du courant entre électrodes. <B>SOUS-REVENDICATIONS:</B> 1.
    Dispositif :suivant la revendication II, permettant la signalisation à distance, en vue d'un réglage de l'écart existant à chaque ins tant entre l'intensité dans une électrode et ledit rapport, ce dispositif consistant à uti liser un relais différentiel de principe connu à deux cadres mobiles dont l'un des enrou lements est soumis ià une différence de poten tiel proportionnelle au courant traversant à l'électrode considérée et l'autre enroulement à une différence de potentiel proportionnelle au courant traversant la cellule d'électrolyse.
    92. Dispositif suivant la, revendication II, qui consiste à utiliser un circuit magnétique entourant le conducteur d'amenée de courant à l'électrode considérée et sur lequel est prévu un bobinage parcouru par un courant propor tionnel au courant total dans l'a cellule d'électrolyse, le tout de façon que lorsque l'électrode considérée est parcourue par un courant égal au courant désiré,
    le circuit magnétique ne soit soumis à aucune diffé rence de potentiel magnétique alors qu'il est soumis à une différence de potentiel magnétique positive ou négative suivant que l'intensité dans l'électrode considérée est plus forte ou plus faible que le rap port en question, la détection de ce flux étant assurée par un cadre mobile inséré dans le circuit magnétique et alimenté par une frac tion du courant secondaire. 3.
    Dispositif suivant la revendication II, qui consiste à utiliser, d'une part, un circuit magnétique monté sur chaque conducteur alimentant les électrodes de la cellule d'élec trolyse et sur lequel sont montés des bobi nages tous parcourus par un même courant alternatif, et, d'autre part, des relais diffé rentiels à cadres mobiles, à raison d'un relais par électrode, branchés de telle sorte que l'un de leurs enroulements est alimenté par la dif férence de potentiel .existant aux bornes du bobinage du circuit magnétique considéré par l'intermédiaire d'un redresseur, l'autre bobi nage étant alimenté en série avec les bobi nages correspondants des autres relais diffé rentiels par la tension alternative totale par l'intermédiaire d'un autre redresseur, de telle sorte que lorsque l'intensité de courant dans une électrode est égale audit rapport,
    les deux cadres de chaque relais sont soumis à une différence de potentiel égale et le relais est en équilibre alors qu'il ferme un contact ou l'autre suivant que le rapport dans l'élec trode considérée est plus fort ou plus faible que la valeur désirée. 4. Dispositif suivant l'a revendication II et la sous-revendication 3, permettant la pré détermination des effets d'anodes au moyen d'un double jeu de contacts montés sur les relais indiqués ci-dessus.. 5.
    Dispositif suivant. la revendication II -et les sous-revendications 3 et 4, permettant la prédétermination des effets d'anodes au moyen d'un deuxième jeu de relais dont les contacts # sont réglés pour des écarts plus grands que les valeurs mettant en jeu les contaets normaux du réglage de la profon deur d'immersion. 6.
    Dispositif suivant la revendication II et les sous-revendications 3 et 4, permettant la prédétermination des effets d'anodes au moyen d'un seul relais comme ci-dessus, monté sur une des él-ectrodes@ dont l'intensité est réglée à une valeur plus grande que les voisines, de manière à être certain que l'effet d'anodes commence par l'électrode en question.
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