Dispositif d'amenée de courant dans l'alliage anodique d'une cuve de raffinage de l'aluminium La présente invention concerne un dispositif d'amenée de courant dans l'alliage anodique d'une cuve de raffinage de l'aluminium par le procédé des trois couches superposées.
Dans ce procédé de raffinage de l'aluminium par électrolyse ignée, on utilise une anode soluble cons tituée par un alliage fondu d'aluminium avec un métal lourd, destiné à lui donner une densité con venable pour qu'il ne se mélange pas avec la couche d'électrolyte qui le surmonte, ni avec la couche d'aluminium raffiné surmontant elle-même la couche d'électrolyte.
Pour amener le courant continu à cet alliage fondu, on utilise, en général, des cellules d'électrolyse à sole conductrice. Cette sole conductrice est ordi nairement constituée d'une matière carbonée, blocs de carbone amorphe, préalablement cuits, ou pisé de pâte au charbon, où on a noyé des barres métal liques conductrices du courant. L'alliage anodique recouvre cette sole et le courant lui est transmis au moyen de barres métalliques qui débordent à l'exté rieur de l'enceinte du four, par l'intermédiaire de la matière carbonée.
Cette disposition de la sole se traduit, lors du passage du courant, par une chute de tension qui sera désignée dans ce qui suit par le terme chute de tension anodique .
On obtient fréquemment sur un électrolyseur de 18000 ampères par exemple, une chute de tension anodique de 0,5 volt, représentant une perte d'éner gie de 9 kilowatts par seconde. Une partie de cette perte participe au maintien de la température dans l'enceinte de l'électrolyseur, et constitue donc de la chaleur utile, mais le reste constitue un gaspillage de puissance qu'il est dési rable d'éviter.
D'autre part, dans la construction classique de soles d'électrolyseur de raffinage de l'aluminium, le raccordement des parois internes en réfractaire avec le fond carboné s'avère à peu près impossible à réa liser d'une façon étanche, car le coefficient de dila tation thermique du carbone diffère notablement de celui des matériaux réfractaires utilisables pour les parois. Il en résulte des infiltrations d'alliage ano dique dans la sole, avec, comme conséquence, un affaiblissement mécanique et une réduction du pou voir calorifuge du fond.
La présente invention a pour but de remédier aux difficultés ci-dessus, et, en particulier, d'amener le courant à l'alliage anodique d'une cuve de raffi nage avec une chute de tension n'excédant pas 0,2 volt, sans qu'il en résulte d'accroissement des pertes de chaleur de la cellule d'électrolyse par rapport aux cellules à sole anodique en matière carbonée.
Cette invention a pour objet un dispositif d'ame née de courant dans l'alliage anodique d'une cuve de raffinage de l'aluminium, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une barre métallique immergée directement dans cet alliage fondu.
La figure jointe représente une demi-coupe en élévation d'une cuve de raffinage, avec une forme de réalisation du dispositif d'amenée de courant dans l'alliage anodique. Dans cette figure : 1 est l'enveloppe métallique entourant la cuve de raffinage - 2 est le revêtement réfractaire et calorifuge qui constitue les parois et le fond de la cellule d'électrolyse - 3 est la barre mé tallique, en acier par exemple, par laquelle le courant électrique pénètre dans la couche d'alliage anodique 4 - 5 est la couche d'électrolyte située au-dessus de l'alliage anodique et sur laquelle repose la couche d'aluminium raffiné 6, qui constitue la cathode de la cellule.
Le courant est amené directement à l'alliage anodique par des barres en acier, sans interposition de carbone entre ces barres et l'alliage anodique. Le revêtement interne du creuset est constitué d'une façon homogène, en matériaux réfractaires appro priés tels que des briques de magnésie. La robustesse de l'ensemble s'en trouve améliorée et les manques d'étanchéité du creuset sont alors beaucoup moins à redouter.
La densité de courant dans les barres doit être judicieusement choisie en fonction du résultat re cherché - une faible densité de courant conduit à une grosse section de barre, et, par voie de con séquence, à des pertes thermiques élevées à travers la connexion ; - une densité de courant élevée se traduit par une chute de tension plus forte, et par des turbulences d'origine électromagnétiques de l'alliage fondu contre l'extrémité des barres, ce qui favorise la dissolution de celles-ci.
La demanderesse a obtenu des résultats satis faisants avec une densité de courant comprise entre 20 et 40 ampères par centimètre carré dans le fer.
Les barres d'amenée de courant peuvent être en un métal conducteur autre que l'acier, qui ne se dissolve pas ou peu dans l'alliage anodique à la température normale de fonctionnement des électro- lyseurs. Elles peuvent être disposées horizontalement, verticalement ou obliquement.
Les alliages à base de fer peuvent convenir. On sait en effet que l'alliage anodique des électrolyseurs modernes de raffinage a une concentration en fer pratiquement égale en permanence à la saturation en cet élément. Le fer s'élimine régulièrement sous forme de cristaux riches en fer dans un puits ano dique de ségrégation. Il en résulte que l'aptitude de l'alliage anodique à dissoudre du fer se trouve très réduite.
Il est possible, d'autre part, de trouver des nuan ces de fonte ou d'acier inoxydable qui conviennent mieux encore que les produits ferreux courants. Cependant la demanderesse a obtenu des résul tats satisfaisants en faisant usage de barres d'acier ordinaire. Après une certaine dissolution de l'extré mité de ces barres, une zone d'équilibre de la phase liquide d'alliage anodique et de la phase solide en acier s'établit et demeure fixe, sans interposition d'alliage solidifié.
La position du front de solidification 7 séparant l'alliage fondu de la connexion peut être éventuel lement ajustée en disposant, à travers la connexion et dans sa partie externe à l'électrolyseur où cela ne présente aucun danger, un dispositif de refroidisse ment à débit réglable.
Cette disposition se prête facilement à une régu lation de température à réponse rapide des électro- lyseurs, car elle permet d'agir de façon quasi instan tanée pour abaisser la température de l'alliage anodique sans intervention de l'inertie thermique de l'électrolyseur, généralement considérable, et qui freine les baisses de température que l'on veut pro voquer.
Cette disposition peut présenter de l'intérêt, en particulier dans le cas où l'alliage anodique con tient un notable pourcentage de zinc, car on sait que ce dernier risque alors de contaminer le raffiné, en raison de sa tension de vapeur qui s'élève rapide ment, lorsque la température croit au-delà de 750 C.
Dans les électrolyseurs de raffinage de l'alumi nium munis de la connexion anodique décrite ci- dessus, on peut, si on le désire, maintenir une sole en matière carbonée du type classique, si l'on estime avoir besoin de cette sole pour le démarrage.
Mais il n'est pas indispensable de maintenir une sole carbonée, car, à condition de déverser l'alliage anodique en premier lieu dans l'électrolyseur lors du démarrage, la connexion anodique spéciale décrite dans ce qui précède peut entrer en service immédia tement et assurer, dès l'origine, le passage du courant. <I>Exemple</I> Dans une cuve de raffinage de l'aluminium à 18000 ampères, on a placé un dispositif d'amenée de courant anodique constitué par des barres d'acier dans lesquelles la densité de courant atteignait 30 ampères par centimètre carré. Les barres étaient refroidies par chute lente, sur leur extrémité 8, d'eau tombant goutte à goutte.
On a obtenu ainsi une chute de tension de 0,19 volt entre l'alliage anodique et l'extrémité des barres d'acier, à l'extérieur de la cuve de raffinage. Le front de solidification 7 a été parfaitement stabilisé.