EP1028083A1 - Dispositif de levage pour le remplaçement des anodes dans les cuves d'électrolyse pour la production d'aluminium - Google Patents

Dispositif de levage pour le remplaçement des anodes dans les cuves d'électrolyse pour la production d'aluminium Download PDF

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EP1028083A1
EP1028083A1 EP99420036A EP99420036A EP1028083A1 EP 1028083 A1 EP1028083 A1 EP 1028083A1 EP 99420036 A EP99420036 A EP 99420036A EP 99420036 A EP99420036 A EP 99420036A EP 1028083 A1 EP1028083 A1 EP 1028083A1
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EP
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tool
anodes
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installation
cable
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Reel SAS
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C17/00—Overhead travelling cranes comprising one or more substantially horizontal girders the ends of which are directly supported by wheels or rollers running on tracks carried by spaced supports
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D3/00—Portable or mobile lifting or hauling appliances
    • B66D3/04—Pulley blocks or like devices in which force is applied to a rope, cable, or chain which passes over one or more pulleys, e.g. to obtain mechanical advantage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D3/00—Portable or mobile lifting or hauling appliances
    • B66D3/18—Power-operated hoists

Definitions

  • the present invention relates generally to the change from spent anodes to within aluminum production electrolysis tanks. It concerns everything particularly a module capable of allowing the actual extraction of worn anodes and the installation using such modules.
  • Aluminum is produced industrially by the well-known process of igneous electrolysis today, that is to say using the electrolysis of alumina in a molten cryolite bath according to the reaction:
  • This highly exothermic reaction therefore sets up a molten bath comprising a mixture of cryolite and alumina, the temperature of which is generally higher than 800 ° C, and consumes a lot of electricity, so that the installations operate in continuous mode, in order to limit the energy losses inherent in the phases restart.
  • the object of the invention is therefore to provide an installation for changing anodes worn in a series of electrolytic cells, overcoming these drawbacks, and particularly compatible with existing factories and free from inherent risks the use of hydraulic devices. It primarily concerns a module tool holder, intended in particular to receive a tool to allow the uprooting and the transfer of spent anodes. This tool holder can also integrate any type of tool, and in particular a device capable of breaking the upper crust which forms on the surface of the bath, but also a shovel or similar, intended to collect the pieces of crust resulting from this rupture.
  • the invention therefore consists, firstly, in differentiating two movements, in know a movement requiring intense effort on a short run at reduced speed, and a movement requiring significantly less effort on a much longer run long, also at a much higher speed.
  • this module is particularly suitable for uprooting and transfer worn anodes.
  • the second organ is intended to allow the implementation of a intense tensile force, necessary and sufficient to allow the actual lifting of the spent anode outside the electrolysis bath, while the first organ, after removal effective of said anode, ensures the displacement thereof outside the tank.
  • the first member consists of a cable lifting system, carrying one or more cables wound on one or more several drums driven by an electric motor, and fitted with a hauling system level of which is fixed a tool, for example for gripping the anode, for breaking the upper crust of the electrolysis bath or of a tool acting as a shovel recovery of pieces from said layer.
  • said second member consists of a mechanical or electro-mechanical jack, at the end of which are fixed the cable or cables of said first member.
  • the invention consists in making a system for lifting a load provided with a fixed point, said fixed point being capable of being made mobile over a race limited by means of said second member, that is to say in the present case, of a jack mechanical or electro-mechanical.
  • the module is provided with a cable slack, so as to limit the load applied by the tool, with which said module is provided, on an obstacle, and in particular in bottom of electrolytic cell.
  • this slack in the cable makes it possible to maintain the turns of cables perfectly wound at the level of the drum (s), and is also designed not to not apply any effort to the level of the installation plan, as specified in a more detailed later.
  • the tool holder module comprises a mast semi-rigid vertical guide, secured to the chassis of said module, and along which slides a tool carriage itself.
  • the invention also relates to the installation for changing spent anodes of aluminum production electrolysis tanks.
  • This installation comprises an overhead crane capable of moving above said tanks and on which moves in a direction perpendicular to the translation of the bridge a cart fitted with a tool holder module for extracting and transferring spent anodes out of the tanks, and to convey new anodes to the said tanks.
  • the maximum value of the angle between two extreme tool holders is ideally smaller than the size of the control cabin, arranged above of said vertical tree. In the absence of such a cabin, the angle separating two or two tools extreme tool holder is less than 180 °.
  • this installation can be implemented within existing installations, by minimizing interference and the risks of interaction with, in particular, gas evacuation pipes, in particular fluorinated and carbon monoxide and dioxide, from each of the tanks.
  • FIG 1 is a schematic representation in partial section of an installation according to the invention.
  • FIG. 2 is a representation similar to FIG. 1, but in a view perpendicular to the view in FIG. 1.
  • FIGS. 3a, 3b and 3c are diagrammatic representations in plan of the different phases of movement of the tool-holder modules, in particular during a change in tool activation.
  • Figure 4 is a schematic representation relating to the principle of implementation of the tool holder modules according to the invention, of which Figure 5 is a representation of an example of a wiring system, and Figure 6 is a top view in Figure 5.
  • Figures 7, 8 and 9 are respectively schematic perspective representations of the tool holder module according to the invention, respectively alone and associated with two modules of the same nature, according to two different views.
  • Figures 10 and 11 are schematic representations of the operation of the cable slack implemented at said module according to the invention.
  • FIG. 1 a partial sectional view of the installation according to the invention. Basically, it consists of an overhead crane (1), likely to move in translation on a raceway (5) above a electrolysis cell (2), and more precisely from a series of substantially identical cells to each other within which a molten electrolysis bath is maintained, containing in a known manner cryolite and alumina.
  • the temperature of the bath is greater than 800 ° C., said bath being subjected to a voltage of about 4.5 volts, the intensity of the direct electric current flowing inside of it typically being of the order of 180,000 to 200,000 amperes.
  • this traveling crane (1) receives a carriage (6) capable of moving over a raceway (7) perpendicular to the translation of the crane.
  • This cart (6) receives a platform (8), surmounting a vertical central shaft (9), at the level of which is mounted a succession of coaxial crowns one above the other, respectively (10), (11) and (12).
  • Each of these crowns has an extension, located substantially in the same plan, and at the level of which is fixed one or more modules (13, 14, 15) of the type described below.
  • the maximum angle between the two extreme tools is less than 120 °.
  • these angles can be defined according to the characteristics existing facilities, without causing any modification thereof.
  • Each of the rings is equipped with a means of controlling the angle of rotation of the tool or the tool holder that it carries, the angle being determined from a fixed point on the support shaft of said crowns.
  • an encoder mounted on the motor shaft of the gear motor driving the crown in question indicates the angle of rotation of the tool holder based on a signal given by a fixed limit switch in rotation.
  • an anti-collision system of the proximity detector type, mounted on each tool, is associated with the fixed limit switch in rotation, ensuring the relative angular control of the tools.
  • the platform (8) receives an upper cabin (not shown), intended to receive the user, the latter being likely to actuate the tools there considered and the corresponding tool holders while monitoring the operation.
  • the shaft (9) can also receive a number of coaxial rings additional, likely to carry other tools than those mentioned previously, and in particular a tool for opening the covers (3) of the tanks (2) by example, brushes, etc ...
  • the carriage (6) is first moved on the crane in order to spread the shaft (9), and starting from the tool-holder modules of the piping (4), then the rotation of the tool considered is carried out by taking care before reassembling the tool carriage (25) at its maximum travel on the stiffening mast (23), described below in more detail., When the rotation of said tool is complete, the carriage (6) is returned to its position of origin.
  • each of the tool holder modules and in particular the anode changing modules, have two activation systems independent. They firstly comprise a system of cables (13), wound on one or more two drums (14), the latter being driven in rotation by means of an electric motor (15), via a wheel reducer (16) and worm (17), each wheel (16) being integral and coaxial with one of the drums (14) and coming to cooperate with the screw (17) collinear with the motor shaft of the motor (15). These drums are positioned at level of the upper chassis of each module.
  • the cable or cables (13) are wound on two pulleys constituting a hauling system (18) and go up towards a fixed point (19).
  • the load and in particular the tool holder considered, is fixed at the level of hauling by any suitable means, itself being secured to a carriage (25), as described in more detail detail below.
  • the fixed point (19) is itself secured to the end of the screw (20) a mechanical jack (21), driven by an electric motor (22).
  • this double lifting system makes it possible to implement a conventional lifting ensuring the displacement travel of the anodes over relatively large distances at a relatively high speed for a reduced load, and lifting with lifting, likely to develop a significant effort on a reduced race with speed limited.
  • This device allows by its traction capacity, on the one hand to develop the effort necessary for tearing off the used anode, intended to be replaced, but moreover, given the corresponding low speed, it makes it easier to set up the new anode at the level of the tank.
  • the organs of the kinematic chain, and in particular the wheels (16), the drums (14) and the cables (13) are dimensioned as a function of the intense force exerted by said second organ, and to which they are subject, taking into account their solicitation during the phase uprooting.
  • each of the tool-holder modules is provided with two drums (14) synchronized by design of the reducer, and each receiving two cables (13), so that the total number of cables is four, as shown in particular in the figures 10 and 11, for example.
  • the total number of cables is four, as shown in particular in the figures 10 and 11, for example.
  • the tool holder modules are associated change of anodes by three, as shown in Figures 8 and 9.
  • This configuration is intended to allow the simultaneous change of three spent anodes. he is of course nevertheless that each of the modules is likely to function independently of each other, so that, notwithstanding the implementation of a system with three modules, only one or two of them can be activated for the change of anodes.
  • the distance between the three tool-holder modules corresponds to the distance between the anodes. This spacing is likely to be different depending on the installation concerned and is therefore adjustable. It is determined by rods, the length of which corresponds to said center distance. This arrangement allows the system to be adapted to any type of installation.
  • each tool holder module is associated a vertical guide mast (23), secured at the upper chassis of the module by through a pre-stress device incorporating ball joints, thus susceptible to allow a certain degree of freedom at the level of the lower part (24) of the mast.
  • This mast (23) is intended to allow guiding, in particular of a carriage (25) containing the hauling (18) and by extension of the load suspension zone, this carriage (25) being provided with rollers (26) bearing on either side of said mast (23).
  • This mast is semi-rigid.
  • the threshold for setting the pre-stress is such that it is considerably freed from risks of angular movement of said tool holder, in particular at the end of travel, in the event of limited efforts, and in particular those inherent in the intense magnetic field that prevails in the installation, and to which the metallic elements constituting a large part of the elements entering into the constitution of the module.
  • each module comprises a system of slack, thus limiting the vertical travel of the tool when it comes to interact with an obstacle, such as when the shovel comes into contact the bottom of the tank.
  • an obstacle such as when the shovel comes into contact the bottom of the tank.
  • the slack in the cable allows keep the cable turns on the drums (14) perfectly organized.
  • This slack cable is more particularly described in connection with Figures 10 and 11.
  • Sa implementation is obtained by securing in a non-fixed manner, the hauling (18) to the carriage (25) for moving the tool holder on the mast (23) by means of a set of two connecting rods (27, 28), capable of moving according to a deformable parallelogram, and articulated respectively on the frame (29) at which the haulage is mounted, and on said carriage (25), between two extreme positions, corresponding to the take-up stroke slack in the cable represented by the double arrow A in FIG. 10.
  • FIG. 10 represents the carriage (25) bearing on an object or an obstacle surrounding, the frame (29) no longer being in contact with said carriage (25).
  • a sensor no shown, positioned between the carriage (25) and the frame (29) will have given the order to stop the lifting motor while performing a downward movement.
  • the stopping distance maximum mobile hauling is represented by the double arrow A.
  • Figure 11 shows the carriage (25) suspended without contact with the environment, the frame (29) which carries the hauling pulleys being in contact with the carriage (25).
  • a spring can be put in place between the upper face of the frame (29) and the carriage (25), in order to reduce the apparent weight of said carriage on an object surrounding, allowing in this hypothesis, to preserve the electrolysis tank and its environment.
  • the tool-holder module according to the invention is dimensioned to accept efforts to the neighboring load of 10 tonnes for speeds of the order of one millimeter per second. On the other hand, for speeds of the order of 15 meters per minute and longer strokes significant, the displacement effort is of the order of 2 tonnes.

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Abstract

Ce module porte-outil est destiné à être mis en oeuvre au sein d'une installation de levage, et est notamment destiné à réaliser l'arrachage d'anodes usées au sein d'une installation de production d'aluminium par électrolyse et le transfert desdites anodes et des anodes neuves venant en remplacement de ces dernières. Il est muni de deux organes de levage motorisés de manière indépendante : un premier organe, constitué d'un ensemble de câble(s) (13) venant s'enrouler au niveau de tambour(s) motorisé(s) électriquement (14), et renvoyé(s) au niveau d'un mouflage (18), ledit premier organe étant destiné à assurer le déplacement d'une charge à vitesse relativement importante et selon une course étendue ; un second organe, dont l'un des éléments constitutifs est solidarisé à l'extrémité du ou des câbles (13) dudit premier organe après renvoi au niveau du mouflage (18), et destiné, en coopération avec celui-ci, à assurer le déplacement vertical à vitesse réduite et selon une course limitée d'une charge plus importante, et notamment à effectuer l'arrachage des anodes usées hors des cuves. L'invention concerne également l'installation pour le changement des anodes usées, qui comprend un pont roulant (5), sur lequel se déplace un chariot (6) muni d'un module porte-outils, comportant lui-même un arbre vertical (9) recevant une pluralité de couronnes coaxiales (10, 11, 12), susceptibles d'être mues en rotation indépendamment les unes des autres, chacune desdites couronnes recevant un ou plusieurs modules porte-outils, respectivement destinés : à permettre de rompre la croûte superficielle qui se créée à la surface supérieure du bain d'électrolyse ; à collecter tout ou partie des morceaux provenant de la rupture de ladite croûte ; et à extraire et transférer les anodes usées hors des cuves et à acheminer au niveau desdites cuves des anodes neuves <IMAGE>

Description

La présente invention concerne de manière générale le changement des anodes usées au sein des cuves d'électrolyse de production d'aluminium. Elle concerne tout particulièrement un module susceptible de permettre l'extraction proprement dite des anodes usées et l'installation mettant en oeuvre de tels modules.
L'aluminium est produit industriellement par le procédé aujourd'hui bien connu de l'électrolyse ignée, c'est à dire mettant en oeuvre l'électrolyse de l'alumine dans un bain de cryolithe fondue selon la réaction :
Figure 00010001
Cette réaction, fortement exothermique, met donc un oeuvre un bain en fusion comprenant un mélange de cryolithe et d'alumine, dont la température est généralement supérieure à 800°C, et est fortement consommatrice d'électricité, de sorte que les installations fonctionnent en régime continu, afin de limiter les pertes d'énergie inhérentes aux phases de redémarrage.
Régulièrement, il convient de procéder au remplacement des différentes anodes, le plus souvent réalisées en carbone, au niveau de chacune des cuves, sans pour autant arrêter la réaction d'électrolyse.
De par le procédé mis en oeuvre, à savoir l'électrolyse ignée, il se forme à la surface supérieure du bain une croûte dure de cryolithe fluorée et d'alumine, cette croûte présentant l'avantage de conserver la chaleur au sein du bain, et donc de créer une enveloppe calorifuge.
Cependant, l'extraction des anodes usées hors du bain nécessite en première étape la rupture de cette croûte et, l'expérience montre que l'effort nécessaire pour arracher une anode usée de ladite croûte est sept à huit fois supérieur à la masse d'une anode neuve.
Par ailleurs, cet effort ne dure que sur quelques centimètres de course, alors que la course de levage de l'anode à chaque cycle est de l'ordre de trois à quatre mètres, typiquement 3,50 m.
A ce jour, dans les installations existantes, on a mis en oeuvre, afin d'effectuer ces opérations, des systèmes de vérins hydrauliques, qui à ce jour, présentent seuls un encombrement limité permettant leur intégration dans le volume disponible au dessus des cuves.
En revanche, quelle que soit la qualité de l'huile mise en oeuvre au niveau de ces vérins hydrauliques, compte tenu de la température élevée du bain de fusion, le risque d'incendie est permanent et, on souhaite s'affranchir de cet inconvénient rédhibitoire.
Les solutions proposées jusqu'alors pour éviter l'utilisation du système d'extraction hydraulique se heurtent à un problème d'encombrement et au génie civil des installations existantes. En effet, ces solutions, mettant typiquement en oeuvre un système à câble, demandent un encombrement largement supérieur, incompatible avec ces installations ou, nécessitant la réalisation de nouvelles installations, grevant de manière trop significative les coûts correspondants avant d'être susceptibles d'être amorties.
L'objet de l'invention est donc de proposer une installation pour le changement d'anodes usées au sein d'une série de cuves d'électrolyse, s'affranchissant de ces inconvénients, et notamment compatible avec les usines existantes et s'affranchissant des risques inhérents à la mise en oeuvre de dispositifs hydrauliques. Elle concerne en premier lieu un module porte-outil, destiné notamment à recevoir un outil pour permettre l'arrachage et le transfert des anodes usées. Ce porte-outil peut également intégrer tout type d'outil, et notamment un dispositif apte à rompre la croûte supérieure qui se forme à la surface du bain, mais également d'une pelle ou similaire, destinée à collecter les morceaux de croûte issus de cette rupture.
Ce module porte-outil, destiné à être mis en oeuvre au sein d'une installation de levage, est caractérisé en ce qu'il est muni de deux organes de levage motorisés de manière indépendante :
  • un premier organe, constitué d'un ensemble de câble(s) et de tambour(s) motorisé(s) électriquement et renvoyé(s) au niveau d'un mouflage, destiné à assurer le déplacement d'une charge à vitesse relativement importante et selon une course étendue ;
  • un second organe, dont l'un des éléments constitutifs est solidarisé à l'extrémité du ou des câbles dudit premier organe après renvoi au niveau du mouflage, et destiné, en coopération avec celui-ci, à assurer le déplacement vertical d'une charge plus importante à vitesse réduite et selon une course limitée.
L'invention consiste donc, dans un premier temps, à différencier deux mouvements, à savoir un mouvement nécessitant un effort intense sur une course courte à vitesse réduite, et un mouvement nécessitant un effort nettement plus réduit sur une course beaucoup plus longue, à une vitesse également beaucoup plus élevée.
Principalement, ce module est tout particulièrement approprié à l'arrachage et au transfert des anodes usées. De fait, le second organe est destiné à permettre la mise en oeuvre d'un effort de traction intense, nécessaire et suffisant pour permettre l'arrachage proprement dit de l'anode usée hors du bain d'électrolyse, alors que le premier organe, après arrachage effectif de ladite anode, assure le déplacement de celle-ci en dehors de la cuve.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le premier organe est constitué par un système de levage par câble(s), portant un ou plusieurs câbles enroulés sur un ou plusieurs tambours mus par un moteur électrique, et munis d'un système de mouflage au niveau duquel est fixé un outil, par exemple de préhension de l'anode, de rupture de la croûte supérieure du bain d'électrolyse ou encore d'un outil faisant office de pelle de récupération des morceaux provenant de ladite couche.
Parallèlement, ledit second organe est constitué d'un vérin mécanique ou électro-mécanique, à l'extrémité duquel sont fixés le ou les câbles dudit premier organe.
En d'autres termes, l'invention consiste à réaliser un système de levage d'une charge muni d'un point fixe, ledit point fixe étant susceptible d'être rendu mobile sur une course limitée par le biais dudit second organe, c'est à dire dans le cas d'espèce, d'un vérin mécanique ou électro-mécanique.
Avantageusement, on munit le module d'un mou de câble, de telle sorte à limiter la charge appliquée par l'outil, dont est muni ledit module, sur un obstacle, et notamment en fond de cuve d'électrolyse. Par ailleurs, ce mou de câble permet de maintenir les spires de câbles parfaitement enroulées au niveau du ou des tambours, et est en outre conçu pour ne pas appliquer d'efforts au niveau du plan de pose, ainsi que précisé de manière plus détaillée ultérieurement.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le module porte-outil comporte un mât de guidage vertical semi-rigide, solidarisé au châssis dudit module, et le long duquel coulisse un chariot porte-outil proprement dit. Ce faisant, on limite l'amplitude du débattement latéral du mouflage, notamment au voisinage du maximum de course potentielle autorisée par la longueur des câbles.
L'invention concerne également l'installation pour le changement d'anodes usées de cuves d'électrolyse de production d'aluminium.
Cette installation comprend un pont roulant susceptible de se déplacer au dessus desdites cuves et sur lequel se déplace selon une direction perpendiculaire à la translation du pont un chariot muni d'un module porte-outils destiné à extraire et transférer les anodes usées hors des cuves, et à acheminer au niveau desdites cuves des anodes neuves.
Cette installation se caractérise en ce que le chariot est muni d'un arbre vertical recevant une pluralité de couronnes coaxiales, susceptibles d'être mues en rotation indépendamment les unes des autres, chacune desdites couronnes recevant un ou plusieurs modules porte-outils, respectivement destinés :
  • à permettre de rompre la croûte superficielle qui se créée à la surface supérieure du bain d'électrolyse de chacune des cuves ;
  • à collecter tout ou partie des morceaux provenant de la rupture de ladite croûte ;
  • et à extraire et transférer les anodes usées hors des cuves et acheminer au niveau desdites cuves des anodes neuves,
lesdits modules porte-outils, et en conséquence, les outils qu'ils portent étant susceptibles de décrire des portions d'arc de cercle.
Selon l'invention, la valeur maximale de l'angle entre deux porte-outils extrêmes est idéalement inférieure à l'encombrement de la cabine de commande, disposée au dessus dudit arbre vertical. En l'absence d'une telle cabine, l'angle séparant deux outils ou deux porte-outils extrêmes est inférieur à 180°.
De la sorte, cette installation peut être mise en oeuvre au sein des installations existantes, en limitant au maximum l'interférence et les risques d'intéraction avec notamment les tuyaux d'évacuation des gaz, notamment fluorés et monoxyde et dioxyde de carbone, issus de chacune des cuves.
La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit, donné à titre indicatif mais non limitatif à l'appui des figures annexées.
La figure 1 est une représentation schématique en section partielle d'une installation conforme à l'invention.
La figure 2 est une représentation analogue à la figure 1, mais selon une vue perpendiculaire par rapport à la vue de la figure 1.
Les figures 3a, 3b et 3c sont des représentations schématiques en plan des différentes phases de déplacement des modules porte-outils, notamment lors d'un changement d'activation d'outil.
La figure 4 est une représentation schématique relative au principe de mise en oeuvre des modules porte-outils conformes à l'invention, dont la figure 5 est une représentation d'un exemple de système de câblage, et la figure 6 est une vue du dessus de la figure 5.
Les figures 7, 8 et 9 sont respectivement des représentations schématiques en perspective du module porte-outils conforme à l'invention, respectivement seul et associé avec deux modules de même nature, selon deux vues différentes.
Les figures 10 et 11 sont des représentations schématiques du fonctionnement du mou de câble mis en oeuvre au niveau dudit module conforme à l'invention.
On a représenté au sein de la figure 1 une vue en section partielle de l'installation conforme à l'invention. Fondamentalement, celle-ci est constituée d'un pont roulant (1), susceptible de se déplacer en translation sur un chemin de roulement (5) au dessus d'une cuve d'électrolyse (2), et plus exactement d'une série de cuves, sensiblement identiques les unes aux autres au sein desquelles est maintenu un bain d'électrolyse en fusion, contenant de manière connue de la cryolithe et de l'alumine.
Typiquement, la température du bain est supérieure à 800°C, ledit bain étant soumis à une tension d'environ 4,5 volts, l'intensité du courant électrique continu circulant à l'intérieur de celui-ci étant typiquement de l'ordre de 180 000 à 200 000 Ampères.
Selon l'invention, ce pont roulant (1) reçoit un chariot (6), susceptible de se déplacer sur un chemin de roulement (7) perpendiculaire à la translation du pont roulant. Ce chariot (6) reçoit une plate-forme (8), surmontant un arbre central vertical (9), au niveau duquel est montée une succession de couronnes coaxiales les unes au dessus des autres, respectivement (10), (11) et (12).
Ces différentes couronnes (10), (11) et (12) sont susceptibles d'être actionnées en rotation indépendamment les unes des autres par tout moyen approprié, et notamment par couplage d'un moteur électrique sur un engrenage approprié (non représenté).
Chacune de ces couronnes présente un prolongement, situé sensiblement dans le même plan, et au niveau duquel est fixé un ou plusieurs modules (13, 14, 15) du type décrit ci-après.
Plus précisément, à chaque couronne est associé un module porte-outils spécifique, respectivement :
  • un outil d'acheminement d'anodes neuves, et d'arrachage et d'évacuation des anodes usées ;
  • un outil de rupture de la croûte supérieure des bains d'électrolyse ;
  • un outil de collecte, typiquement une pelle, de tout ou partie des morceaux issus de la rupture de la croûte.
Ainsi qu'on peut bien l'observer sur les figures 3a, 3b et 3c, pour une configuration à trois outils, l'angle maximum entre les deux outils extrêmes est inférieur à 120°. De la sorte, il y a toujours compatibilité entre le déplacement du chariot (6) et notamment les tuyaux d'évacuation (4) des gaz fluorés et carbonés mis en place au niveau des installations existantes. En particulier, ces angles peuvent être définis en fonction des caractéristiques des installations existantes, sans entraíner une quelconque modification de celles-ci.
Chacune des couronnes est équipée d'un moyen de contrôle de l'angle de rotation de l'outil ou du porte-outil qu'elle porte, l'angle étant déterminé à partir d'un point fixe sur l'arbre support desdites couronnes.
Typiquement, lorsque l'installation est équipée d'un automate programmable, destiné à automatiser son fonctionnement, un codeur (non représenté) monté sur l'arbre moteur du moto-réducteur d'entraínement de la couronne en question indique l'angle de rotation du porte-outil à partir d'un signal donné par une fin de course fixe en rotation.
Lorsque l'installation est dépourvue d'un tel automate programmable, un système anti-collision, du type détecteur de proximité, monté sur chaque outil, est associé au signal de fin de course fixe en rotation, assurant le contrôle angulaire relatif des outils.
Avantageusement, la plate-forme (8) reçoit une cabine supérieure (non représentée), destinée à recevoir l'utilisateur, ce dernier étant susceptible d'y actionner les outils considérés et les porte-outils correspondants tout en surveillant la manoeuvre.
Par ailleurs, l'arbre (9) peut également recevoir un certain nombre de couronnes coaxiales supplémentaires, susceptibles de porter d'autres outils que ceux mentionnés précédemment, et notamment un outil d'ouverture des capots (3) des cuves (2) par exemple, des brosses, etc...
On conçoit que, dès lors que l'on souhaite procéder à l'activation de l'un des outils, on écarte les deux autres en rabattant l'outil intermédiaire, c'est à dire l'outil positionné entre l'outil en service et l'outil le plus extrême, sur ledit outil extrême, afin de permettre le libre fonctionnement de l'outil en service souhaité.
Ainsi, sur la figure 3a, on procède tout d'abord, après ouverture des capots à la mise en oeuvre de l'outil de rupture de la croûte supérieure du bain électrolytique, également appelé outil piqueur, les deux autres outils étant rabattus vers la gauche.
Une fois l'opération de rupture de la croûte effectuée, l'outil piqueur est rabattu vers la gauche en direction de l'outil d'arrachage, et l'outil portant la pelle subit une rotation de 270°, jusqu'à arriver au niveau du lieu de la cuve considéré (figure 3b).
Pour ce faire, et afin d'éviter toute interaction entre l'outil ou le porte-outils et la tuyauterie (4), le chariot (6) est d'abord déplacé sur le pont roulant afin d'écarter l'arbre (9), et partant les modules porte-outils de la tuyauterie (4), puis la rotation de l'outil considéré est effectuée en prenant soin au préalable de remonter le chariot porte-outil (25) au maximum de sa course sur le mât (23) de rigidification, ci-après décrit plus en détail., Lorsque la rotation dudit outil est achevée, le chariot (6) est ramené à sa position d'origine.
Enfin, figure 3c, une fois la collecte des morceaux de croûte effectuée, la pelle est rabattue sur l'outil piqueur et l'outil d'arrachage, comportant par exemple trois outils proprement dits identiques, subit à son tour une rotation de 270°, après, déplacement préalable du chariot (6) pour permettre le débattement desdits outils.
On conçoit ainsi la grande simplicité d'utilisation de l'installation conforme à l'invention.
Il va être maintenant décrit plus en détail les modules porte-outils mis en oeuvre au sein de cette installation, et ce en liaison avec les figures 4 à 11.
Selon une caractéristique fondamentale de l'invention, chacun des modules porte-outil, et notamment les modules de changement d'anodes, comportent deux systèmes d'activation indépendants. Ils comportent tout d'abord un système de câbles (13), enroulés sur un ou deux tambours (14), ces derniers étant mus en rotation au moyen d'un moteur électrique (15), par l'intermédiaire d'un réducteur à roue (16) et vis sans fin (17), chaque roue (16) étant solidaire et coaxiale à l'un des tambours (14) et venant coopérer avec la vis (17) colinéaire avec l'arbre moteur du moteur (15). Ces tambours sont positionnés au niveau du châssis supérieur de chacun des modules.
Le ou les câbles (13) viennent s'enrouler sur deux poulies constitutives d'un mouflage (18) et remontent en direction d'un point fixe (19).
La charge, et notamment le porte-outil considéré, est fixée au niveau du mouflage par tout moyen approprié, lui-même étant solidarisé à un chariot (25), ainsi que décrit plus en détail ci-après.
Selon l'invention, le point fixe (19) est lui-même solidarisé à l'extrémité de la vis (20) d'un vérin mécanique (21), mu par un moteur électrique (22).
Ainsi, ce double système de levage permet de mettre en oeuvre un levage classique assurant la course de déplacement des anodes sur des distances relativement importantes à une vitesse relativement élevée pour une charge réduite, et un levage avec arrachage, susceptible de développer un effort important sur une course réduite avec une vitesse limitée.
Ce dispositif permet par sa capacité de traction, d'une part de développer l'effort nécessaire à l'arrachage de l'anode usée, destinée à être remplacée, mais par ailleurs, compte tenu de la faible vitesse correspondante, il permet de faciliter la mise en place de l'anode neuve au niveau de la cuve.
Les organes de la chaíne cinématique, et notamment les roues (16), les tambours (14) et les câbles (13), sont dimensionnés en fonction de l'effort intense exercé par ledit second organe, et auquel ils sont soumis, compte tenu de leur sollicitation pendant la phase d'arrachage.
Par ailleurs, le choix d'un réducteur à roue et à vis (16, 17) au niveau du moteur grande vitesse assurant la rotation des tambours (14), permet, en utilisant le faible rendement indirect entre le réducteur et le tambour, de diminuer la taille des freins au niveau de l'arbre moteur dudit moteur (15), nécessaires lorsque l'on est en phase d'arrachage, et donc, de manière plus générale l'encombrement.
Avantageusement, on munit chacun des modules porte-outil de deux tambours (14) synchronisés par conception du réducteur, et recevant chacun deux câbles (13), de sorte que le nombre total de câbles est de quatre, ainsi que notamment représenté sur les figures 10 et 11, par exemple. De la sorte, il est possible de diminuer la taille des poulies, des tambours ainsi que celle des réducteurs, et de manière plus générale, de diminuer l'encombrement du dispositif.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, on associe les modules porte-outil de changement d'anodes par trois, ainsi que représentés sur les figures 8 et 9. Cette configuration est destinée à permettre le changement simultané de trois anodes usées. Il est bien entendu néanmoins que chacun des modules est susceptible de fonctionner indépendamment l'un de l'autre, de sorte que, nonobstant la mise en oeuvre d'un système à trois modules, un voire deux d'entre eux seulement peuvent être activés pour le changement d'anodes.
L'écartement entre les trois modules porte-outil correspond à l'entraxe des anodes. Cet écartement est susceptible d'être différent selon l'installation concernée et est donc réglable. Il est déterminé par des biellettes, dont la longueur correspond audit entraxe. Cette disposition permet l'adaptation du système à tout type d'installation.
Ainsi qu'on peut l'observer sur les figures 7 à 9, à chaque module porte-outil est associé un mât de guidage vertical (23), solidarisé au niveau du châssis supérieur du module par l'intermédiaire d'un dispositif de pré-contrainte incorporant des rotules, susceptible ainsi d'autoriser un certain degré de liberté au niveau de la partie inférieure (24) du mât. Ce mât (23) est destiné à permettre le guidage, notamment d'un chariot (25) contenant le mouflage (18) et par extension de la zone de suspension de la charge, ce chariot (25) étant muni de galets (26) prenant appui de part et d'autre dudit mât (23). Ce mât est semi-rigide. Le seuil de réglage de la pré-contrainte est tel, qu'on s'affranchit notablement des risques de débattement angulaire dudit porte-outil, notamment en bout de course, en cas d'efforts limités, et en particulier ceux inhérents au champ magnétique intense qui règne dans l'installation, et auquel sont donc soumis les éléments métalliques constitutifs d'une grande partie des éléments entrant dans la constitution du module.
Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque module comporte un système de mou de câble, permettant ainsi de limiter le débattement vertical de l'outil lorsqu'il vient à entrer en interaction avec un obstacle, tel que par exemple lorsque la pelle vient à toucher le fond de la cuve. Dans ce dernier cas, on souhaite limiter au maximum un tel risque, compte tenu de la relative fragilité de la cuve. Par ailleurs, le mou de câble permet de maintenir parfaitement ordonnées les spires de câbles sur les tambours (14).
Ce mou de câble est plus particulièrement décrit en liaison avec les figures 10 et 11. Sa mise en oeuvre est obtenue en solidarisant de manière non fixe, le mouflage (18) au chariot (25) de déplacement du porte-outil sur le mât (23) au moyen d'un jeu de deux bielles (27, 28), susceptibles de se déplacer selon un parallélogramme déformable, et articulées respectivement sur le bâti (29) au niveau duquel est monté le mouflage, et sur ledit chariot (25), entre deux positions extrêmes, correspondant à la course de rattrapage de mou de câble représentée par la double flèche A sur la figure 10.
Ainsi, la figure 10 représente le chariot (25) en appui sur un objet ou un obstacle environnant, le bâti (29) n'étant plus en contact avec ledit chariot (25). Un capteur (non représenté), positionné entre le chariot (25) et le bâti (29) aura donné l'ordre de l'arrêt du moteur de levage alors qu'il effectuait un mouvement de descente. La distance d'arrêt maximum du mouflage mobile est représentée par la double flèche A.
La figure 11 représente le chariot (25) suspendu sans contact avec l'environnement, le bâti (29) qui porte les poulies du mouflage étant en contact avec le chariot (25).
Avantageusement, on peut mettre en place un ressort entre la face supérieure du bâti (29) et le chariot (25), afin de diminuer le poids apparent dudit chariot sur un objet environnant, permettant dans cette hypothèse, de préserver la cuve d'électrolyse et son environnement.
Le module porte-outil conforme à l'invention est dimensionné pour accepter des efforts à la charge voisins de 10 tonnes pour des vitesses de l'ordre d'un millimètre par seconde. En revanche, pour des vitesses de l'ordre de 15 mètres par minute et des courses plus importantes, l'effort au déplacement est de l'ordre de 2 tonnes.
La mise en oeuvre de tels modules, activés par voie électrique, s'avère tout à fait adéquate pour les installations de production d'aluminium par électrolyse existantes, dans la mesure où, notamment, par la séparation physique des fonctions associées à des charges différentes, elle permet de limiter les réactions des galets sur les chemins de roulement des bâtiments existants, et par conséquent, elle ne nécessite aucune extension du génie civil, tout en permettant d'augmenter de manière significative les conditions de sécurité.

Claims (17)

  1. Module porte-outil destiné à être mis en oeuvre au sein d'une installation de levage, caractérisé en ce qu'il est muni de deux organes de levage motorisés de manière indépendante :
    un premier organe, constitué d'un système de levage par câble(s) (13) venant s'enrouler au niveau de tambour(s) motorisé(s) électriquement (14), et renvoyé(s) au niveau d'un mouflage (18), ledit premier organe étant destiné à assurer le déplacement d'une charge à vitesse relativement importante et selon une course étendue ;
    un second organe, dont l'un des éléments constitutifs est solidarisé à l'extrémité du ou des câbles (13) dudit premier organe après renvoi au niveau du mouflage (18), et destiné, en coopération avec celui-ci, à assurer le déplacement vertical à vitesse réduite et selon une course limitée d'une charge plus importante.
  2. Module porte-outil destiné à réaliser l'arrachage d'anodes usées au sein d'une installation de production d'aluminium par électrolyse et le transfert desdites anodes et des anodes neuves venant en remplacement de ces dernières, caractérisé en ce qu'il est muni de deux organes de levage motorisés de manière indépendante :
    un premier organe, constitué d'un système de levage par câble(s) (13) venant s'enrouler au niveau de tambour(s) motorisé(s) électriquement (14), et renvoyé(s) au niveau d'un mouflage (18), ledit premier organe étant destiné à assurer le déplacement d'une anode à vitesse relativement importante et selon une course étendue ;
    un second organe, dont l'un des éléments constitutifs est solidarisé à l'extrémité du ou des câbles (13) dudit premier organe après renvoi au niveau du mouflage (18), et destiné, en coopération avec celui-ci, à assurer l'arrachage de ladite anode hors de son lieu d'implantation selon une vitesse réduite et pour une course limitée.
  3. Module porte-outil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit second organe est constitué d'un vérin mécanique ou électro-mécanique (20, 21), à l'extrémité duquel sont fixés le ou les câbles (13) dudit premier organe, et destiné à exercer l'effort intense ou d'arrachage.
  4. Module porte-outil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est muni d'un mou de câble, destiné à limiter la charge appliquée par l'outil, dont est muni ledit module, sur un obstacle, et en particulier au fond d'une cuve à électrolyse.
  5. Module porte-outil selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un mât (23) de guidage vertical semi-rigide, solidarisé au châssis dudit module, et le long duquel est susceptible de coulisser un chariot (25) au niveau duquel est solidarisé le porte-outil proprement dit.
  6. Module porte-outil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le mât de guidage (23) est solidarisé au niveau du châssis du module par l'intermédiaire d'un dispositif de pré-contrainte, destiné à autoriser un certain degré de liberté au niveau de la partie inférieure (24) du mât.
  7. Module porte-outil selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la motorisation des tambours (14) est assurée par au moins un moteur électrique (15), couplé au tambours (14) par le biais d'un réducteur à roue (16) et à vis (17), chaque roue (16) étant solidaire et coaxiale à l'un des tambours (14) et venant coopérer avec la vis (17) colinéaire avec l'arbre moteur du moteur (15).
  8. Module porte-outil selon la revendication 7, caractérisé en ce que les organes de la chaíne cinématique, et notamment les roues (16), les tambours (14) et les câbles (13), sont dimensionnés en fonction de l'effort intense exercé par ledit second organe (20, 21), et auquel ils sont soumis, compte tenu de leur sollicitation pendant la phase d'arrachage.
  9. Installation pour le changement des anodes usées au sein d'une usine de production d'aluminium par électrolyse ignée, comprenant un pont roulant (5) susceptible de se déplacer au dessus des cuves d'électrolyse (1), et sur lequel se déplace selon une direction perpendiculaire à la translation du pont un chariot (6) muni d'un module porte-outils, caractérisée en ce que le chariot (6) comporte un arbre vertical (9) recevant une pluralité de couronnes coaxiales (10, 11, 12), susceptibles d'être mues en rotation indépendamment les unes des autres, chacune desdites couronnes recevant un ou plusieurs modules porte-outils, respectivement destinés :
    à permettre de rompre la croûte superficielle qui se créée à la surface supérieure du bain d'électrolyse de chacune des cuves ;
    à collecter tout ou partie des morceaux provenant de la rupture de ladite croûte ;
    et à extraire et transférer les anodes usées hors des cuves et à acheminer au niveau desdites cuves des anodes neuves
    lesdits modules porte-outils, et en conséquence, les outils qu'ils portent étant susceptibles de décrire des portions d'arc de cercle.
  10. Installation pour le changement des anodes usées selon la revendication 9, caractérisée en ce que le chariot (6) est surmonté d'une plate-forme (8), destinée à recevoir une cabine supérieure, elle-même destinée à recevoir l'utilisateur, ce dernier étant susceptible d'y actionner les outils et les porte-outils correspondants tout en surveillant la manoeuvre.
  11. Installation pour le changement des anodes usées selon la revendication 10, caractérisée en ce que la valeur maximale de l'angle séparant deux outils ou porte-outils extrêmes est inférieure à l'encombrement généré par la cabine.
  12. Installation pour le changement des anodes usées selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'angle séparant deux outils ou porte-outils extrêmes est inférieur à 180°.
  13. Installation pour le changement des anodes usées selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisée en ce que chacune des couronnes coaxiales (10 - 12) présente un prolongement, situé sensiblement dans le même plan, et au niveau duquel est fixé un ou plusieurs modules porte-outils (13, 14, 15).
  14. Installation pour le changement des anodes usées selon l'une des revendications 9 à 13, caractérisée en ce qu'au moins l'un des modules porte-outils est muni de deux organes de levage motorisés de manière indépendante :
    un premier organe, constitué d'un système de levage par câble(s) (13) venant s'enrouler au niveau de tambour(s) motorisé(s) électriquement (14), et renvoyé(s) au niveau d'un mouflage (18), ledit premier organe étant destiné à assurer le déplacement d'une anode à vitesse relativement importante et selon une course étendue ;
    un second organe, dont l'un des éléments constitutifs est solidarisé à l'extrémité du ou des câbles (13) dudit premier organe après renvoi au niveau du mouflage (18), et destiné, en coopération avec celui-ci, à assurer l'arrachage de ladite anode hors d'une cuve à électrolyse, à vitesse réduite et selon une course limitée.
  15. Installation pour le changement des anodes usées selon l'une des revendications 9 à 14, caractérisée en ce que l'une des couronnes (10) comporte un pluralité de modules porte-outils, montés parallèlement les uns aux autres, et susceptibles de fonctionner indépendamment les uns des autres.
  16. Installation pour le changement des anodes usées selon la revendication 15, caractérisée en ce que l'écartement entre les modules porte-outil est réglable et correspond à l'entraxe des anodes, ledit écartement étant déterminé par des biellettes, dont la longueur correspond audit entraxe.
  17. Installation pour le changement des anodes usées selon l'une des revendications 9 à 16, caractérisée en ce que :
    le second organe est constitué d'un vérin mécanique ou électro-mécanique (20, 21), à l'extrémité duquel sont fixés le ou les câbles (13) dudit premier organe ;
    lesdits modules sont chacun munis d'un mou de câble, destiné à limiter la charge appliquée par l'outil, dont est muni ledit module, sur un obstacle, et en particulier au fond d'une cuve à électrolyse ;
    lesdits modules comportent chacun un mât (23) de guidage vertical semi-rigide, solidarisé au châssis dudit module, et le long duquel est susceptible de coulisser un chariot (25) au niveau duquel est solidarisé le porte-outil proprement dit.
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