CH618473A5

CH618473A5 -

Info

Publication number: CH618473A5
Application number: CH279277A
Authority: CH
Inventors: Paul Morel; Jean-Pierre Dugois
Original assignee: Pechiney Aluminium
Priority date: 1976-03-08
Filing date: 1977-03-07
Publication date: 1980-07-31
Also published as: JPS52109413A; YU60577A; PL115407B3; MX145807A; NO150891B; NL7702504A; PL196440A1; ZA771400B; OA05586A; RO71097A; SE440242B; IT1115619B; IS1479B; US4090930A; SE440242C; SU682143A3; YU39185B; JPS5625276B2; IN147189B; AU516327B2

Description

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la compensation de la résultante des champs magnétiques _ engendrés, dans une file de cuves d'électrolyse ignée placée en travers, par le courant électrique circulant dans les autres files de cuves, voisines de la file considérée.

La présente invention s'applique aussi bien aux cuves à montées en tête qu'aux cuves à montées centrales.

Conformément à la technique actuelle, la production industrielle de l'aluminium s'opère par électrolyse ignée, dans des cuves branchées électriquement en série, d'une solution d'alumine dans la cryolithe portée à une température de l'ordre de 950 à 1000°C par l'effet Joule du courant traversant la cuve.

Chaque cuve comprend une cathode rectangulaire formant creuset, dont le fond est constitué par des blocs de carbone scellés sur des barres d'acier dites barres cathodiques, qui servent à évacuer le coui an l de la cathode vers les anodes de la cuve suivante.

Les anodes, également en carbone, sont scellées sur des tiges crapaudées sur des barres en aluminium, dites barres anodiques, fixées sur une superstructure qui surplombe le creuset de la cuve. Ces barres anodiques sont reliées, par des conducteurs en aluminium dits «montées», aux barres cathodiques de la cuve précédente.

so ss

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Entre les anodes et la cathode se trouve le bain d'électrolyse, c'est-à-dire la solution d'alumine dans de la cryolithe. L'aluminium produit se dépose sur la cathode, une réserve d'aluminium étant constamment maintenue au fond du creuset cathodique.

Le creuset étant rectangulaire, les barres anodiques supportant les anodes sont, en général, parallèles à ses grands côtés, alors que les barres cathodiques sont parallèles à ses petits côtés, dits têtes de cuve.

Les cuves sont rangées selon des files, en long ou en travers, suivant que leur grand côté ou leur petit côté est parallèle à l'axe de la file. Les cuves sont branchées électriquement en série, les extrémités de la série étant reliées aux sorties positive et négative d'une sous-station électrique de redressement et de régulation. Chaque série de cuves comprend un certain nombre de files branchées en série, le nombre des files étant de préférence pair afin d'éviter des longueurs inutiles de conducteurs.

Le courant électrique qui parcourt les différents conducteurs: électrolyte, métal liquide, anodes, cathodes, conducteurs de liaison, crée des champs magnétiques importants. Ces champs induisent, dans le bain d'électrolyse et dans le métal fondu contenu dans le creuset, des forces dites de Laplace qui, par les mouvements qu'elles engendrent, sont nuisibles à la bonne marche de la cuve. Le dessin de la cuve et de ses conducteurs de liaison est étudié pour que les champs magnétiques créés par les différentes parties de la cuve et les conducteurs de liaison se compensent: on aboutit ainsi à une cuve ayant pour plan de symétrie le plan vertical parallèle à la file de cuves et passant par le centre du creuset.

Cependant, les cuves sont également soumises à des champs magnétiques perturbateurs provenant de la ou les files voisines.

Dans ce qui suit, les mots «amont» et «aval» s'éntendentpar rapport au sens général du courant électrique dans la file de cuves considérée. On entend par «file voisine» la file la plus proche de la file considérée et par «champ de la file voisine» la résultante des champs de toutes les files autres que la file considérée.

On connaît un procédé et un dispositif pour la compensation des champs magnétiques des files voisines de cuves d'électrolyse ignée placées en travers. Selon ce procédé, on modifie la répartition du courant dans les conducteurs d'alimentation de l'anode d'une cuve aval à partir de la cathode de la cuve amont voisine, de façon à superposer à la cuve une boucle électrique produisant un champ magnétique supplémentaire sensiblement égal à celui créé par la file voisine, et de sens contraire.

Chaque cuve comporte au moins deux barres anodiques sur lesquelles sont crapaudées des tiges scellées aux anodes, et un creuset cathodique dont le fond est constitué par des blocs de carbone scellés sur des barres cathodiques, les barres anodiques de la cuve aval étant alimentées en courant électrique à partir des barres cathodiques de la cuve amont par au moins deux montées, l'une intérieure, c'est-à-dire située du côté de la file voisine, l'autre extérieure, chaque montée comprenant deux conducteurs dont l'un est relié aux extrémités amont des barres cathodiques, l'autre étant relié aux extrémités aval des barres cathodiques. L'un des conducteurs de la montée intérieure, côté amont ou côté aval, est relié à plus de la moitié des extrémités correspondantes des barres cathodiques prises du côté intérieur, le conducteur correspondant de la montée extérieure étant relié aux extrémités côté extérieur non reliées à la montée intérieure, l'autre conducteur intérieur, côté aval ou côté amont, étant relié à la moitié côté intérieur des extrémités correspondantes et le conducteur extérieur correspondant à la moitié côté extérieur.

La détermination de l'intensité du courant à détourner du conducteur extérieur sur le conducteur intérieur, de façon à

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créer une boucle électrique produisant un champ vertical positif additionnel ayant sensiblement la même intensité que le champ vertical négatif créé par la file voisine, est aisée. En effet, le champ est proportionnel à l'intensité du courant: en superposant les intensités on superpose donc les champs cor- s respondants.

Le calcul de l'intensité à détourner consiste donc à calculer ou à mesurer le champ créé par la boucle précédemment définie, en fonction de l'intensité I du courant détourné qui la parcourt, puis à superposer ce champ à celui de la cuve sans io compensation, et enfin à faire varier I jusqu'à ce que le champ vertical maximal de la cuve soit le plus faible possible en valeur absolue.

Pratiquement, on calcule ou on mesure, et on porte sur un graphique la valeur du champ vertical aux quatre coins de la is cuve en fonction de I, et on lit directement la valeur Io de I correspondant à la valeur absolue du minimum du champ vertical maximal. On réalise ensuite le branchement électrique en connectant sur chaque circuit un certain nombre de barres cathodiques, de façon que l'intensité I soit la plus proche pos- 20 sible de Io.

Cependant, lors de la mise en œuvre du procédé et du dispositif qui viennent d'être décrits, on constate que l'influence de la file voisine est favorable sur le côté intérieur de la cuve, puisqu'elle crée un champ de signe opposé au champ propre de 2S la cuve, alors qu'elle est défavorable sur le côté extérieur de la cuve, où elle crée un champ qui s'ajoute au champ propre de la cuve.

L'invention a pour but d'obvier à cet inconvénient. A cet effet, le procédé selon l'invention, selon lequel on modifie la 30 répartition du courant dans les conducteurs d'alimentation de l'anode d'une cuve aval à partir de la cathode de la cuve amont voisine, de façon à superposer à la cuve une boucle électrique produisant un champ magnétique supplémentaire sensiblement égal, et de sens contraire, à cette résultante de champs magné- 35 tiques, est caractérisé en ce que la boucle électrique produit son effet de compensation uniquement sur la tête extérieure de la cuve d'électrolyse.

Ainsi, ce procédé consiste à ne compenser le champ de la file voisine que sur le côté extérieur de la cuve. Pour cela, la 40 boucle électrique de compensation ne ceinture pas entièrement la cuve, mais reste localisée sous la tête extérieure.

Le dispositif pour la mise en œuvre de ce procédé, selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un conducteur ^ de compensation, passant sous la tête extérieure de la cuve,

l'une des extrémités du conducteur étant reliée au collecteur négatif extérieur amont du côté amont de la cuve et l'autre extrémité du conducteur étant reliée au collecteur, du côté aval de la cuve, par l'intermédiaire d'un retour parallèle au côté de la cuve, le conducteur, le collecteur et la cuve étant agencés de façon qu'une fraction du courant qui parcourt le collecteur passe sous la tête extérieure de la cuve et rejoigne ensuite ce même collecteur en longeant le grand côté aval de la cuve, de façon à former la boucle de compensation. gg

Ce dispositif est donc agencé de manière à permettre de détourner une partie du courant conducteur extérieur amont, non plus vers l'intérieur, mais en passant sous la cuve, ce courant rejoignant le conducteur extérieur amont après être passé sous la cuve. 60

La position du «conducteur de compensation», est de préférence telle que le champ magnétique qu'il crée soit maximal au point de la cuve où le champ magnétique vertical à compenser est le plus intense, c'est-à-dire au voisinage de l'angle extérieur de l'anode. Le collecteur de compensation doit être placé le 65 plus haut possible sous le fond de la cuve. Pour déterminer sa position dans le plan horizontal, on calcule la valeur du champ magnétique vertical créé par un conducteur horizontal supposé

infini pour simplifier le calcul, en un point M situé à une distance h au-dessus de ce plan.

L'invention peut être expliquée grâce aux exemples illustrés dans le dessin annexé dans lequel:

la fig. 1 est un graphique montrant comment on peut déterminer la position optimale du collecteur de compensation;

la fig. 2 schématise une coupe verticale de la tête extérieure d'une cellule d'électrolyse;

la fig. 3 est une vue schématique, en perspective, de la tête extérieure d'une cellule d'électrolyse; et la fig. 4 est un graphique montrant à titre d'exemple comment on peut effectuer la détermination de la valeur optimale de l'intensité du courant qui doit parcourir la boucle de compensation dans le cas d'une cuve d'électrolyse de 90 kA.

Sur la fig. 1, C représente la section du conducteur de compensation vue en bout, et M le point où le champ magnétique à compenser (produit par la file voisine) est la plus intense, a est l'angle que fait le plan contenant le conducteur de compensation C et le point M avec la verticale. Si l'on appelle I l'intensité du courant dans le conducteur C, le champ magnétique B au point M vaut:

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B = k Cos a

Si l'on appelle Bz la composante verticale du champ au point M, on a:

Bz= B • sin a

= , x 2 cos a sin a h

J_

= , sin 2 a h

Bz est maximal pour sin 2 a = 1 donc pour a = 450

Le conducteur de compensation est donc de préférence placé, comme on le voit sur la fig. 2, de façon telle que le plan défini par le conducteur et par l'angle extérieur de l'anode fasse un angle sensiblement égal à 45° avec la verticale.

Sur la fig. 2, (1) est l'anode, (2) l'électrolyse fondu, (3) la couche d'aluminium liquide, (4) le bloc cathodique, (5) l'angle inférieur de l'anode au voisinage duquel le champ magnétique vertical à compenser est maximal, et (6) le conducteur de compensation.

La fig. 3, précise la position et le tracé du conducteur de compensation (7). Il comporte: une descente (8) à partir du conducteur négatif extérieur amont (9) du côté amont 17 de la cuve 10 jusqu'au niveau du fond de la cuve (10), un passage horizontal (11) sous la cuve parallèlement à son petit côté (12), une remontée (13) jusqu'au niveau du collecteur négatif extérieur aval (14), placée entre ce dernier et le caisson de la cuve, et un retour (15), parallèlement au grand côté (16) de la cuve, pour rejoindre le collecteur extérieur amont (9). Le tracé pointillé fléché indique comment se forme la boucle électrique génératrice du champ de compensation.

Une fois la position du conducteur de compensation définie, la détermination de l'intensité qui doit parcourir la boucle s'obtient comme cela a été décrit précédemment, en calculant la variation du champ vertical dans les angles amont extérieur et intérieur en fonction de l'intensité, et en choisissant l'intensité pour laquelle ces deux valeurs s'égalisent.

Le graphique, fig. 4, montre comment on peut, à titre

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4

d'exemple, effectuer cette détermination dans le cas d'une cuve d'électrolyse de 90 kA.

On fait varier l'intensité du courant dans le conducteur de compensation, et on porte en abscisses cette valeur d'intensité.

Puis, on mesure et on porte en ordonnées la valeur en gauss du champ magnétique vertical dans les angles: amont intérieur, amont extérieur, aval intérieur et aval extérieur. A titre complémentaire, on calcule le champ au centre de la cuve.

On voit, sur le graphique, que la valeur optimale du courant de compensation est légèrement inférieure à 10 kA. En adoptant 9,5 kA, on obtient les valeurs suivantes:

Champ magnétique en Gauss Sans Avec conduc-

(valeurs absolues) compensation teur de compen sation au centre

8

14

angle amont intérieur

111

88,8

Vertical angle amont extérieur

90

88,5

angle aval intérieur

29

30,5

angle aval extérieur

9

30,5

Horizontal au centre

0

2

(longitu

dinal)

On remarque que le champ horizontal créé par ce mode de compensation au centre a une composante transversale nulle 15 et une composante longitudinale très faible.

B

1 feuille dessins

Claims

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2

REVENDICATIONS

1. Procédé pour la compensation de la résultante des champs magnétiques engendres, dans une file de cuves d'élec-trolyse ignée placées en travers, par le courant électrique circulant dans les autres files de cuves, voisines de la file consi- s dérée, selon lequel on modifie la répartition du courant dans les conducteurs d'alimentation de l'anode d'une cuve aval à partir de la cathode de la cuve amont voisine, de façon à superposer à la cuve une boucle électrique produisant un champ magnétique supplémentaire sensiblement égal, et de m sens contraire, à cette résultante de champs magnétiques, caractérisé en ce que la boucle électrique produit son effet de compensation uniquement sur la tête extérieure de la cuve d'électrolyse.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que . 15 l'on forme la boucle de compensation en faisant passer sous la tête extérieure de la cuve, dans un conducteur de compensation, une fraction du courant qui parcourt le collecteur négatif extérieur amont, cette fraction de courant rejoignant ensuite le même collecteur amont en longeant le grand côté aval de la 20 cuve.
3. Dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un conducteur de compensation (7) passant sous la tête extérieure de la cuve (10), l'une des extrémités du conducteur (7) étant reliée 25 au collecteur négatif extérieur amont (9) du côté amont (17)

de la cuve (10) et l'autre extrémité du conducteur (7) étant reliée au collecteur (9), du côté aval (16) de la cuve (10), par l'intermédiaire d'un retour (15) parallèle au côté (16) de la cuve, le conducteur (7), le collecteur (9) et la cuve (10) étant 30 agencés de façon qu'une fraction du courant qui parcourt le collecteur (9) passe sous la tête extérieure de la cuve et rejoigne ensuite ce même collecteur en longeant le grand côté aval de la cuve, de façon à former la boucle de compensation.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que 35 le conducteur de compensation est placé sous la cuve, au voisinage immédiat du fond de celle-ci, mais sans contact avec elle, horizontalement, et parallèlement aux petits côtés de la cuve,

et de façon telle que le plan passant par l'angle extérieur de l'anode et le conducteur de compensation fasse avec la verti- 40 cale un angle sensiblement égal à 45°.

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