EP1266050A1 - Implantation d'installations d'une usine d'electrolyse pour la production d'aluminium - Google Patents

Implantation d'installations d'une usine d'electrolyse pour la production d'aluminium

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Publication number
EP1266050A1
EP1266050A1 EP01919526A EP01919526A EP1266050A1 EP 1266050 A1 EP1266050 A1 EP 1266050A1 EP 01919526 A EP01919526 A EP 01919526A EP 01919526 A EP01919526 A EP 01919526A EP 1266050 A1 EP1266050 A1 EP 1266050A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
arrangement according
zone
area
reserved
electrolysis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01919526A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Pierre Boucard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rio Tinto France SAS
Original Assignee
Aluminium Pechiney SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aluminium Pechiney SA filed Critical Aluminium Pechiney SA
Publication of EP1266050A1 publication Critical patent/EP1266050A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium

Definitions

  • the invention relates to plants for the production of aluminum by igneous electrolysis according to the Hall-Héroult process. It particularly concerns the location of the facilities of such factories.
  • Aluminum metal is produced industrially by igneous electrolysis, namely by electrolysis of alumina in solution in a molten cryolite bath, called electrolysis bath, according to the well-known Hall-Héroult process.
  • the electrolysis bath is contained in tanks comprising a steel box, which is coated internally with refractory and / or insulating materials, and a cathode assembly located at the bottom of the tank.
  • Anodes made of carbonaceous material are partially immersed in the electrolysis bath. Each cell and its anodes form what is often called an electrolysis cell.
  • the electrolysis current which circulates in the electrolysis bath and the sheet of liquid aluminum via the anodes and cathode elements, operates the alumina reduction reactions and also makes it possible to maintain the bath. electrolysis at a temperature of the order of 950 ° C by the Joule effect.
  • the most modern factories contain a large number of electrolysis cells arranged in line, in buildings called electrolysis halls, and electrically connected in series using connecting conductors, so as to optimize the occupation on the ground. factories.
  • the tanks are generally arranged so as to form two or more parallel rows which are electrically linked together by end conductors.
  • the electrolysis current thus cascades from one cell to the next.
  • the length and mass of the conductors are as small as possible so as to limit the corresponding investment and operating costs, in particular by reducing losses by Joule effect in the conductors.
  • the conductors are also configured to reduce or compensate, in whole or in part, for the effects of magnetic fields produced by the electrolysis current.
  • an electrolysis plant comprises a series of flows, including in particular flows of raw materials (alumina, carbon powder, pitch), flows of intermediate products (solidified bath crusts, anode assemblies, etc.), flows of final products (liquid and / or solid aluminum), flows of personnel (pedestrians or drivers of self-propelled machines), flows of energy (in particular flows of electrical energy), flows of demolition products (in particular anode baking ovens), tooling flows, flow of tank components (such as cathodes or boxes) and maintenance material flows. Certain flows are essentially continuous (such as the flows of raw materials), others are quasi-continuous (such as the flows of liquid aluminum, of anode assemblies and of solidified bath) and others are essentially discontinuous (such than cathode or box flows).
  • raw materials alumina, carbon powder, pitch
  • flows of intermediate products solidified bath crusts, anode assemblies, etc.
  • flows of final products liquid and / or solid aluminum
  • flows of personnel pedestrians or drivers of self-propelled machines
  • flows of energy in particular flows of electrical
  • the Hall-Héroult process involves the consumption of carbon anodes during electrochemical reactions to reduce alumina; this consumption requires the regular supply of new anodes and the replacement of the used anodes of the electrolysis cells, which generates flows of new anode assemblies from the anode manufacturing sites to the electrolysis cells and flows of assemblies anode spent from tanks to reprocessing and recycling sites.
  • the Applicant has therefore sought factory arrangements which take account of the various constraints, which lead to a reduction in investment and maintenance costs, and which make it possible to increase the production capacity of the factory.
  • the subject of the invention is an arrangement of an electrolysis plant for the production of aluminum according to the Hall-Héroult process, said plant comprising at least one liquid aluminum production zone (H), which is characterized in that it comprises:
  • heavy intermediate products such as liquid aluminum, anode assemblies and solid electrolysis bath
  • the arrangement according to the invention therefore allows both an optimization of the distances traveled by the main heavy flows of an electrolysis plant, which are potentially at risk, and a consideration of the effects of physical interactions between the flows and facilities.
  • Figures 1, 2, 3, 6a, 7a, 8a, 9a and 10a relate to the prior art.
  • Figures 4, 5, 6b, 7b, 8b, 9b and 10b relate to the invention.
  • Figure 1 illustrates an arrangement of a prior art electrolysis plant.
  • Figure 2 illustrates an electrolysis hall in cross section along the plane NN of Figure 1.
  • Figure 3 illustrates an electrolysis cell in cross section along the plane BB of Figure 2.
  • Figure 4 illustrates an arrangement of an electrolysis plant according to the invention.
  • FIG. 5 illustrates an embodiment of the reserved traffic zones according to the invention.
  • Figures 6 to 10 illustrate the flows of anode assemblies (Figure 6), liquid and solid bath (Figure 7), liquid metal (Figure 8), raw materials and final products (Figure 9) and personnel ( Figure 10) in the prior art plant shown in Figure 1 ( Figures 6a, 7a, 8a, 9a and 10a) and in a factory arrangement according to the preferred embodiment of the invention shown in Figure 4 ( Figures 6b, 7b, 8b, 9b and 10b).
  • the prior art electrolysis plants typically comprise a zone for the production of liquid aluminum (H), which comprises electrolysis cells normally arranged in series (not shown), facilities for the provision and recycling of anode assemblies (11, 12, 13, 14, 15, 16), facilities for the provision and recycling of electrolysis baths (13, 14, 15, 17), installations for processing liquid aluminum (20, 21, 22) and installations intended for the maintenance of production equipment (31, 32, 33, 34, 35) and at least one administrative building (36).
  • the facilities for the provision and recycling of anode assemblies, the facilities for the provision and recycling of electrolysis baths, and the facilities for processing liquid aluminum are generally located in areas isolated from the factory; on the other hand, the installations intended for the maintenance of the production equipment and the administrative buildings are distributed throughout the factory.
  • the liquid aluminum production zone (H) typically comprises an even number of electrolysis halls (1), generally two or four halls arranged in parallel, means for supplying electricity to the electrolysis cells (2), means for supplying alumina (3, 4), means (5) for treating the gases emitted by the process, circulation paths (6) parallel to the electrolysis halls and means of access (7) to the halls electrolysis.
  • the electrolysis halls may include one (or more) transfer hall (s) (8) to facilitate the movement of personnel and possibly the transport of certain equipment and tools.
  • Each electrolysis hall (1) comprises at least one row of electrolytic cells (not shown), the number of cells in a row possibly being greater than a hundred.
  • the facilities for providing anode assemblies most often include means for supplying raw materials (1 1, 16), facilities for manufacturing anode blocks, assembling anode assemblies and recycling spent anodes (12, 13), and access means (14).
  • the installations intended for the manufacture of the anode blocks (12) include in particular the means for shaping the raw anodes and the means for cooking them (typically comprising a rotary fire oven).
  • the anode assembly recycling facilities (15) include means for separating the anodes and anode rods, and means for grinding the used anode blocks for recycling in the production of new anode blocks.
  • Liquid aluminum treatment plants (20, 21, 22) typically include a foundry and access means (21). Maintenance and servicing facilities for production equipment are generally in separate buildings (31, 32, 33, 34, 35) located on the plant site. The factory is traversed by traffic lanes (6, 61, 62, 63).
  • an electrolysis hall (1) typically comprises a roof (71), a series of cells (40), a circulation aisle (10) along the cells and a movable bridge (70 ) to carry out operations on the tanks.
  • a tank (40) typically comprises a metal box (41) lined internally of refractory materials (42a, 42b), cathode assemblies in carbon material (43), anode assemblies (55), a support structure (53), means (51) for recovering the effluents emitted by the tank in operation and means (50) for supplying alumina and / or N1F 3 to the tank.
  • the anode assemblies (55) typically include an anode block (47a, 47b) and a rod (49a, 49b). Each rod (49a, 49b) typically comprises a multipod (48a, 48b) for fixing the anode block (47a, 47b).
  • the tank comprises a liquid aluminum bed (44), a liquid bath bed (45) and a cover (46) based on solid bath and alumina.
  • the program for changing the anode sets is generally designed in such a way that they have a different degree of wear (in Figure 3, the anode block ( 47a) is less used than the anode block (47b)).
  • the electrolysis current flows from the anode blocks to the cathode elements.
  • the cathode current is recovered by conductive bars (52).
  • FIGS 6a, 7a and 8a respectively show the flows of anode assemblies (FC1, FC2), solid bath (FBI, FB2, FB3, FB4) and liquid aluminum (FN1, FN2) from a factory in the prior art.
  • Solid bath streams include two components: so-called “before treatment” bath streams (FBI, FB2) (in bold lines), which come in particular from excess bath extracted from the electrolytic cells, and so-called “bath streams” ground “(FB3, FB4) (broken lines), which correspond to the reprocessed bath.
  • FBI before treatment bath streams
  • FB2 bath streams
  • ground ground
  • these heavy flows generally circulate by tracks (6) which are also regularly used by the staff.
  • these flows are complex and include mass movements between the internal and external parts of the electrolysis halls (1) and bypass paths (FC2, FB2, FB3, FN2).
  • FC2, FB2, FB3, FN2 bypass paths
  • these flows circulate by internal (10) and external (6) routes to the buildings which house the rows of tanks, and include numerous entry and exit movements via access routes (7).
  • the arrangement of an electrolysis plant for the production of aluminum according to the Hall-Héroult process comprising at least one zone for the production of liquid aluminum (H) comprising electrolytic cells arranged in rows, facilities for the provision and recycling of anode assemblies, facilities for the provision and recycling of electrolysis baths, facilities for processing liquid aluminum, is characterized in that it includes: - operational areas of specific stewardship including an area (C) where the facilities for the provision and recycling of anode assemblies are grouped, an area (B) where the facilities for provision and recycling are grouped together of electrolysis bath and an area (N) where the liquid aluminum treatment plants are grouped, - means of transport for transporting so-called heavy intermediate products between said zo nes operational, according to determined intermediate flows (HC1- HC7 HB1-HB12, HN1-HN7), said intermediate products including in particular liquid aluminum, anode assemblies and solid electrolysis bath, - at least one circulation zone (101, 102, 103, 104, 105, 106
  • reserved traffic areas will also designate the case where there is only one reserved traffic area.
  • the reference “100” collectively designates the different reserved traffic areas (101, 102, 103, 104, 105, 106, 110, 111, 112, 113).
  • At least one given heavy intermediate product is preferably entirely conveyed in at least one circulation zone which is reserved for it.
  • the main heavy intermediate products namely liquid aluminum, anode assemblies and the solid electrolysis bath, are entirely transported in at least one reserved circulation zone. It is particularly advantageous that at least one reserved circulation area (101, 102, 1 10, 1 1 1, 1 12, 1 13) is common to at least two separate heavy intermediate products.
  • the reserved circulation areas (100) are preferably specifically equipped for the circulation of said heavy flows.
  • the arrangement according to the invention can also include channels (9) which give access to different parts of the installations and allow their maintenance.
  • At least one operational area called “maintenance” stewardship (E) can group all or part of the maintenance and maintenance operations, and preferably all of these operations.
  • at least one operational area of stewardship called “administration” (D) can group all or part of the administrative operations, and preferably all of these operations.
  • the administration area can include facilities for managing flows and / or controlling the quality of intermediate products.
  • the arrangement according to the invention advantageously comprises at least one operational maintenance area (E) and at least one operational administration area (D).
  • the reserved traffic areas (100) are preferably located on one level.
  • they can be located at the side aisles (10) of the halls electrolysis (1). They may possibly include several levels. For example, part of said zones can be located at said side aisles (10) and another part can be located at ground level (80) outside the electrolysis halls (1). They may possibly include superimposed levels. For example, they can include a level at the side aisles (10) and a level (72) located below these, each level can be used for transporting different flows.
  • At least one reserved circulation zone (101, 102, 103) connects at least two of said operational zones, preferably at least three operational zones, and possibly all of them, which allows the efficient circulation of heavy flows by the reserved lanes between said operational zones.
  • At least one reserved circulation area (101, 102), called “transverse”, is substantially perpendicular to said rows of electrolytic cells, as illustrated in FIG. 5.
  • at least one reserved circulation area (101, 102), called “main” passes substantially through the barycenter of the (or each) liquid aluminum production area (H).
  • the area for the provision and recycling of anode assemblies (C), the area for the provision and recycling of the electrolysis bath (B), the area for processing liquid aluminum (A), and, possibly, the maintenance zone (E), are connected to the (or each) liquid aluminum production zone (H) by at least one reserved transverse and / or main circulation zone (101, 102, 103 ).
  • a single transverse and / or main circulation zone which makes it possible to limit the investments and to better control the flows.
  • At least one reserved circulation area (1 10, 1 11, 1 12, 1 13), called “lateral”, can optionally run along said rows of electrolysis cells, advantageously inside the electrolysis halls (1) .
  • These lateral zones may possibly be located on the circulation aisles (10) on other levels (72).
  • the arrangement according to the invention further comprises at least one specific covering building (121, 122) to house certain reserved traffic areas, such as certain transverse areas (101, 102). Roof buildings avoid the problems typically associated with the formation of ice, rain, temperature or humidity.
  • the reserved traffic areas (100) may include specific means of transport dedicated to heavy flows between the operational areas, in particular between the electrolysis halls and the stewardship areas (A, B, C, D, E). These means advantageously include shuttles for transporting and depositing specific items such as:
  • the means of transport can make it possible to limit the intermediate storage areas, such as those normally provided for cooling the anodes or for the pockets of liquid metal. They can also allow just-in-time handling, in particular in the variants of the invention providing for automated operations.
  • the heavy flows according to the invention may nevertheless include intermediate storage areas.
  • the means of transport are advantageously associated with handling means.
  • the means of transport can include conveyors, which have the advantage of being easily automated, or self-propelled machines, which are possibly driven by personnel.
  • Said means of transporting intermediate products according to heavy flows can comprise a network on rails.
  • These rails can advantageously be located outside the heavy structures of the electrolysis buildings, ensuring the connection between the or each production zone and the other operational zones of the factory.
  • Mobile machines can move on this network in a possibly automated way.
  • self-propelled vehicles driven by operators can also move on other specific tracks outside the reserved areas (100), in one or more traffic aisles.
  • the electrolysis halls can also include additional means of transport or maintenance.
  • each hall may include overhead maintenance cranes which allow the handling of tank casings (before and after relining) and / or superstructures to or from the maintenance workshops.
  • the reserved circulation areas (100) can occasionally be used for the transport of heavy equipment, such as mobile bridges or tank casings, which are not part of the regular heavy flows.
  • the plant according to the invention may possibly include service machines moving on raceways adjoining the structure of buildings.
  • the flows of anode assemblies can comprise several branches (HCl to HC7). Some branches (HCl to HC4) run alongside the tanks electrolysis and circulate preferably inside the halls (1). Common branches (HC5, HC6, HC7) can recover the flows coming from several branches.
  • the flows of anode assemblies comprise a branch (HC7) internal to the area for the provision and recycling of anode assemblies (C).
  • the flows of new anode assemblies in the direction of the electrolysis cells
  • the flows of spent anode assemblies (coming from the electrolysis cells) follow substantially identical paths (but of opposite directions) except inside zone C.
  • zone C also includes means for assembling the anode assemblies, from baked anode blocks and recycled or new anode rods, and / or means to separate the anode blocks (worn or defective) and the rods.
  • Zone C can include all of the means for manufacturing anode blocks, such as a dough workshop, means for shaping raw anode blocks and a baking oven on a rotating fire. This regrouping allows a compact installation of the installations which leads to a concentration of the operations producing carbon dust, as well as handling and process devices.
  • zone C may only include means such as means for handling and storage of the anode blocks.
  • the solid bath fluxes can also comprise several branches (HB1 to HB 12).
  • the flows include branches (HB1 to HB7) relating to the bath "before treatment” and branches (HB8 to HB12) relating to the bath "ground", that is to say after treatment.
  • Certain branches (HB1 to HB4) run alongside the electrolytic cells and preferably circulate inside the halls (1).
  • Common branches HB5, HB6, HB7 can recover the flows coming from several branches.
  • the electrolysis bath flows comprise a branch (HB7) internal to the area for providing and recycling the electrolysis bath, which is only shown here in a simplified manner.
  • the flows of liquid metal can also include several branches (HAI to HA7).
  • Certain branches (HA ⁇ to HA4) run alongside the electrolytic cells and preferably circulate inside the halls (1).
  • Common branches HA5, HA6, HA7 can recover the flows coming from several branches.
  • the liquid metal flows comprise a branch (HA7) internal to the liquid aluminum treatment zone, which is only shown here in a simplified manner.
  • the liquid aluminum treatment zone (A) can include a foundry in which the liquid metal can be produced, treated and shaped. According to a variant of the invention in which the foundry means are located in a separate factory, outside the site, the treatment zone (A) may comprise only a reduced number of means, such as handling and loading of liquid metal and, optionally, cooling means.
  • the electrolysis plant according to the invention also includes:
  • raw materials such as alumina, entry points (El, E2) from the factory to the corresponding operational zones, according to determined entry flows, such as a flow of alumina (FAO) and a carbon flux (FCO);
  • the plant according to the invention preferably comprises traffic lanes (6, 61, 62, 63) for personnel who do not intercept the reserved areas (100). Staff move and work inside the electrolysis halls without using the reserved lanes located in the reserved traffic areas. Crossing points between reserved areas and staff traffic areas can be avoided by passageways located at different levels, such as underpasses, walkways, stairs, escalators or elevators.
  • Special means of transport can be provided in parallel or overlapping zones, which zones do not intercept the reserved traffic zones.
  • ferries can be provided above certain reserved areas in order to transport certain service machines or boxes between the production areas (H) and the maintenance area (E).
  • At least one of the heavy intermediate products is entirely transported by at least one automatic vehicle, the or each said vehicle being controlled by at least one central navigation system capable of ensuring the supervision of the quantities and movements of the flows of said heavy intermediate products.
  • the invention makes it possible to greatly limit the number of access routes (7) to the electrolysis halls.
  • the invention makes it possible to distribute transport more efficiently between the operational zones (or sectors) of the factory. In particular, it allows the bringing together of buildings and the development of synergies between operational areas. It also avoids resorting to large intermediate stocks of raw materials or processed products. It also reduces the risk of transport-related accidents.
  • the invention makes it possible to avoid to staff certain repetitive handling tasks and without complexity. In addition, it limits the diversity and number of operations entrusted to operators and service machines, thereby improving the quality and regularity of tank service work, thus also the operational performance of the industrial process in its together.
  • the invention also makes it possible to avoid that sophisticated machines, normally provided for the service of tanks are also used for functions of transporting large loads on simple paths, sometimes long distances and at high frequencies. It also avoids the concentration of heavy flow handling inside the electrolysis halls, thereby reducing construction costs and limiting malfunctions, a large part of which is due to the cumulative effects of the various equipment failures or human errors.
  • the invention also allows the automation of simple and repetitive tasks, which, in factories of the prior art, are provided by machines which are also used for complicated tasks which are difficult to automate.
  • the invention allows a significant reduction in access structures, stairs, walkways and related systems and installations, such as lighting, fire protection, air conditioning / heating and / or communication systems.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Abstract

L'invention a pour objet un arrangement d'une usine d'électrolyse pour la production d'aluminium selon le procédé Hall-Héroult qui permette de limiter la longueur des trajets de flux lourds, tels que les flux d'aluminium liquide. Selon l'invention, l'usine comprend: au moins une zone de production d'aluminium liquide (H) comportant des cuves d'électrolyse disposées en files, des zones opérationnelles d'intendance spécifiques dont une zone (C) où sont regroupées les installations de mise à disposition et de recyclage d'ensembles anodiques, une zone (B) où sont regroupées les installations de mise à disposition et de recyclage de bain d'électrolyse et une zone (A) où sont regroupées les installations de traitement de l'aluminium liquide, des moyens de transport pour acheminer des produits intermédiaires dits lourds (tels que de l'aluminium liquide) entre lesdites zones opérationnelles, au moins une zone de circulation (101, 102, 103, 104, 105, 106, 110, 111, 112, 113) réservée à tout ou partie desdits moyens de transport de produits intermédiaires lourds.

Description

IMPLANTATION D'INSTALLATIONS D'UNE USINE D'ELECTROLYSE POUR LA PRODUCTION D'ALUMINIUM
Domaine de l'invention
L'invention concerne les usines de production d'aluminium par électrolyse ignée selon le procédé de Hall-Héroult. Elle concerne tout particulièrement l'implantation des installations de telles usines.
Etat de la technique
L'aluminium métal est produit industriellement par électrolyse ignée, à savoir par électrolyse de l'alumine en solution dans un bain de cryolithe fondue, appelé bain d'électrolyse, selon le procédé bien connu de Hall-Héroult. Le bain d'électrolyse est contenu dans des cuves comprenant un caisson en acier, qui est revêtu intérieurement de matériaux réfractaires et/ou isolants, et un ensemble cathodique situé au fond de la cuve. Des anodes en matériau carboné sont partiellement immergées dans le bain d'électrolyse. Chaque cuve et ses anodes forment ce qui est souvent appelé une cellule d'électrolyse. Le courant d'électrolyse, qui circule dans le bain d'électrolyse et la nappe d'aluminium liquide par l'intermédiaire des anodes et des éléments cathodiques, opère les réactions de réduction de l'alumine et permet également de maintenir le bain d'électrolyse à une température de l'ordre de 950 °C par effet Joule.
Les usines les plus modernes contiennent un grand nombre de cellules d'électrolyse disposées en ligne, dans des bâtiments appelés halls d'électrolyse, et raccordées électriquement en série à l'aide de conducteurs de liaison, de façon à optimiser l'occupation au sol des usines. Les cuves sont généralement disposées de manière à former deux ou plusieurs files parallèles qui sont électriquement liées entre elles par des conducteurs d'extrémité. Le courant d'électrolyse passe ainsi en cascade d'une cellule à la suivante. La longueur et la masse des conducteurs sont le plus réduit possible de manière à limiter les coûts d'investissement et de fonctionnement correspondants, en particulier par une réduction des pertes par effet Joule dans les conducteurs. Les conducteurs sont également configurés de manière à réduire ou compenser, en tout ou partie, les effets des champs magnétiques produits par le courant d'électrolyse.
En fonctionnement, une usine d'électrolyse comporte une série de flux, dont notamment des flux de matières premières (alumine, poudre de carbone, brai), des flux produits intermédiaires (croûtes de bain solidifié, ensembles anodiques,...), des flux de produits finaux (aluminium liquide et/ou solide), des flux de personnels (piétons ou conducteurs d'engins automoteurs), des flux d'énergie (notamment des flux d'énergie électrique), des flux de produits de démolition (notamment des fours de cuisson d'anodes), des flux d'outillage, des flux de composants de cuves (tels que des cathodes ou des caissons) et des flux de matériels d'entretien. Certains flux sont essentiellement continus (tels que les flux de matières premières), d'autres sont quasi- continus (tels que les flux d'aluminium liquide, d'ensembles anodiques et de bain solidifié) et d'autres sont essentiellement discontinus (tels que les flux de cathodes ou de caissons).
Ces différents flux sont générés par le procédé d'électrolyse. Par exemple, le procédé de Hall-Héroult entraîne la consommation des anodes en carbone lors des réactions électrochimiques de réduction de l'alumine ; cette consommation nécessite la fourniture régulière d'anodes neuves et le remplacement des anodes usées des cellules d'électrolyse, ce qui génère des flux d'ensembles anodiques neufs des sites de fabrication des anodes vers les cuves d'électrolyse et des flux d'ensembles anodiques usés des cuves vers les sites de retraitement et de recyclage.
Problème posé
Pour des raisons de rentabilité d'une usine, on cherche, d'une part, à réduire les coûts d'investissement et de fonctionnement et, d'autre part, à obtenir simultanément des intensités et des rendements Faraday les plus élevés possible, tout en préservant, voire en améliorant, les conditions de fonctionnement des cellules d'électrolyse et en tenant compte d'une série de contraintes d'ordre technique. En particulier, certains des flux générés par le fonctionnement des usines d'électrolyse peuvent circuler par des moyens d'acheminement spécifiques, ce qui est souvent le cas des flux d'alumine et des flux de gaz émis qui sont acheminés par des canalisations spécifiques qui forment généralement des réseaux fixes. Toutefois, plusieurs flux de matières empruntent des voies de circulation communes à d'autres flux et/ou à des voies d'accès du personnel, ce qui est le cas des flux (dits "lourds") de métal liquide, de produits carbonés (tels que les ensembles anodiques) et de bain solide (croûtes, bain coulé et bain recyclé). Typiquement, ces flux lourds, qui sont en général essentiellement discontinus, sont acheminés, à l'aide d'engins motorisés, par des voies de circulation (extérieures ou intérieures à des bâtiments) qui longent les cuves d'électrolyse, lesquelles voies sont également empruntées par le personnel. La cohabitation de mouvements importants de matières, de matériels et de personnel dans les mêmes espaces de travail constitue également une limite à la recherche d'améliorations des conditions de travail et de sécurité. Ces problèmes sont accentués par le fait que plusieurs flux nécessitent des précautions de manutention et/ou environnementales particulières.
En outre, l'impact des problèmes de densité des flux propres à l'usine et d'interactions physiques entre les installations et les flux s'accroît rapidement lorsque l'on cherche à augmenter la productivité d'une usine. Par exemple, l'augmentation de la production des cuves d'électrolyse, du fait d'une augmentation de l'intensité du courant, entraîne une augmentation rapide de la densité des flux, de l'intensité des interactions magnétiques et des charges unitaires à transporter.
La demanderesse a donc recherché des arrangements d'usines qui tiennent compte des différentes contraintes, qui conduisent à une réduction des coûts d'investissement et d'entretien, et qui permettent d'augmenter la capacité de production de l'usine.
Description de l'invention
L'invention a pour objet un arrangement d'usine d'électrolyse pour la production d'aluminium selon le procédé Hall-Héroult, ladite usine comprenant au moins une zone de production d'aluminium liquide (H), qui est caractérisé en ce qu'il comprend :
- des zones opérationnelles d'intendance spécifiques telles qu'une zone (C) où sont regroupées les installations de mise à disposition et de recyclage d'ensembles anodiques, une zone (B) où sont regroupées les installations de mise à disposition et de recyclage de bain d'électrolyse et une zone (A) où sont regroupées les installations de traitement de l'aluminium liquide,
- des moyens de transport pour acheminer, entre lesdites zones opérationnelles et selon des flux intermédiaires déterminés, des produits intermédiaires dits lourds, tels que de l'aluminium liquide, des ensembles anodiques et du bain d'électrolyse solide,
- au moins une zone de circulation réservée à tout ou partie desdits moyens de transport de produits intermédiaires lourds.
Dans sa recherche de solutions aux problèmes posés par les usines d'électrolyse connues, la demanderesse a eu l'idée, d'une part, de regrouper certaines installations et certains flux lourds, et, d'autre part, d'utiliser une zone de circulation réservée, ce qui permet de réduire la longueur des trajets tout en évitant la cohabitation de flux de faible compatibilité, tels que les flux lourds et les flux de personnel. L'arrangement selon l'invention permet donc à la fois une optimisation des distances parcourues par les principaux flux lourds d'une usine d'électrolyse, qui sont potentiellement à risques, et une prise en compte des effets d'interactions physiques entre les flux et les installations.
La présence d'une zone de circulation réservée permet en outre une plus grande maîtrise de la sécurité et des conditions de travail des opérateurs, notamment par une restriction des mouvements de personnel dans cette zone. Elle permet aussi une plus grande maîtrise de la coordination du procédé, du contrôle de gestion opérationnelle et des conditions d'environnement requises par certains des flux lourds, tels que le flux d'ensembles anodiques usés extraits des cuves d'électrolyse qui peuvent requérir des moyens d'aspiration et de traitement des effluents. Description des figures
Les figures 1, 2, 3, 6a, 7a, 8a, 9a et 10a sont relatives à l'art antérieur. Les figures 4, 5, 6b, 7b, 8b, 9b et 10b sont relatives à l'invention.
La figure 1 illustre un arrangement d'une usine d'électrolyse de l'art antérieur. La figure 2 illustre un hall d'électrolyse en coupe transversale selon le plan N-N de la figure 1. La figure 3 illustre une cellule d'électrolyse en coupe transversale selon le plan B-B de la figure 2. La figure 4 illustre un arrangement d'une usine d'électrolyse selon l'invention. La figure 5 illustre un mode de réalisation des zones de circulation réservées selon l'invention. Les figures 6 à 10 illustrent les flux d'ensembles anodiques (figure 6), de bain liquide et solide (figure 7), de métal liquide (figure 8), de matières premières et de produits finaux (figure 9) et de personnel (figure 10) dans l'usine de l'art antérieur représentée à la figure 1 (figures 6a, 7a, 8a, 9a et 10a) et dans un arrangement d'usine selon le mode de réalisation préféré de l'invention représenté à la figure 4 (figures 6b, 7b, 8b, 9b et 10b).
Tel qu'illustré à la figure 1, les usines d'électrolyse de l'art antérieur comprennent typiquement une zone de production d'aluminium liquide (H), laquelle comprend des cuves d'électrolyse normalement disposées en séries (non illustrées), des installations de mise à disposition et de recyclage d'ensembles anodiques (11, 12, 13, 14, 15, 16), des installations de mise à disposition et de recyclage de bain d'électrolyse (13, 14, 15, 17), des installations de traitement de l'aluminium liquide (20, 21, 22) et des installations destinées à l'entretien des équipements de production (31, 32, 33, 34, 35) et au moins un bâtiment administratif (36). D'une part, les installations de mise à disposition et de recyclage d'ensembles anodiques, les installations de mise à disposition et de recyclage de bain d'électrolyse, et les installations de traitement de l'aluminium liquide sont généralement situées dans des zones isolées de l'usine ; d'autre part, les installations destinées à l'entretien des équipements de production et les bâtiments administratifs sont répartis sur l'ensemble de l'usine. La zone de production d'aluminium liquide (H) comprend typiquement un nombre pair de halls d'électrolyse (1), généralement deux ou quatre halls disposés en parallèle, des moyens d'alimentation électrique des cuves d'électrolyse (2), des moyens d'alimentation en alumine (3, 4), des moyens (5) de traitement des gaz émis par le procédé, des voies de circulation (6) parallèles aux halls d'électrolyse et des moyens d'accès (7) aux halls d'électrolyse. Les halls d'électrolyse peuvent comprendre un (ou plusieurs) hall(s) de transfert (8) pour faciliter la circulation du personnel et éventuellement le transport de certains équipements et outillages. Chaque hall d'électrolyse (1) comprend au moins une file de cuves d'électrolyse (non illustrée), le nombre de cuves d'une file pouvant être supérieur à une centaine.
Les installations de mise à disposition d'ensembles anodiques comprennent le plus souvent des moyens d'alimentation en matières premières (1 1, 16), des installations destinées à la fabrication des blocs anodiques, à l'assemblage des ensembles anodiques et au recyclage des anodes usées (12, 13), et des moyens d'accès (14). Les installations destinées à la fabrication des blocs anodiques (12) comprennent notamment les moyens de mise en forme des anodes crues et les moyens de cuisson de celles-ci (comprenant typiquement un four à feu tournant). Les installations de recyclage des ensembles anodiques (15) comprennent des moyens pour séparer les anodes et les tiges anodiques, et des moyens pour broyer les blocs anodiques usés en vue de leur recyclage dans la production de blocs anodiques neufs.
Les installations de traitement de l'aluminium liquide (20, 21, 22) comprennent typiquement une fonderie et des moyens d'accès (21). Les installations de maintenance et d'entretien des équipements de production sont généralement dans des bâtiments (31, 32, 33, 34, 35) distincts et répartis sur le site de l'usine. L'usine est parcourue par des voies de circulation (6, 61, 62, 63).
Tel qu'illustré à la figure 2, un hall d'électrolyse (1) comprend typiquement une toiture (71), une série de cuves (40), une allée de circulation (10) le long des cuves et un pont mobile (70) pour effectuer des opérations sur les cuves. Comme le montre la figure 3, une cuve (40) comprend typiquement un caisson métallique (41) garni intérieurement de matériaux réfractaires (42a, 42b), des ensembles cathodiques en matériau carboné (43), des ensembles anodiques (55), une structure porteuse (53), des moyens (51) pour récupérer les effluents émis par la cuve en fonctionnement et des moyens (50) pour alimenter la cuve en alumine et/ou en N1F3. Les ensembles anodiques (55) comprennent typiquement un bloc anodique (47a, 47b) et une tige (49a, 49b). Chaque tige (49a, 49b) comprend typiquement un multipode (48a, 48b) pour fixer le bloc anodique (47a, 47b).
En fonctionnement, la cuve comprend un lit d'aluminium liquide (44), un lit de bain liquide (45) et une couverture (46) à base de bain solide et d'alumine. Afin d'éviter d'avoir à changer tous les ensembles anodiques en même temps, le programme de changement des ensembles anodiques est généralement conçu de telle manière qu'ils ont un degré d'usure différent (dans la figure 3, le bloc anodique (47a) est moins usé que le bloc anodique (47b)). Le courant d'électrolyse circule des blocs anodiques vers les éléments cathodiques. Le courant cathodique est récupéré par des barres conductrices (52).
Les figures 6a, 7a et 8a montrent respectivement les flux d'ensembles anodiques (FC1, FC2), de bain solide (FBI, FB2, FB3, FB4) et d'aluminium liquide (FN1, FN2) d'une usine de l'art antérieur.
Les flux de bain solide comprennent deux composantes : des flux de bain dit "avant traitement" (FBI , FB2) (en traits gras), qui proviennent notamment des surplus de bain extraits des cuves d'électrolyse, et des flux de bain dit "broyé" (FB3, FB4) (en traits brisés), qui correspondent au bain retraité. Tel qu'illustré dans les figures, ces flux lourds circulent généralement par des voies (6) qui sont également régulièrement empruntées par le personnel. En outre, ces flux sont complexes et comprennent des mouvements de masse entre les parties intérieures et extérieures des halls d'électrolyse (1) et des trajectoires de contournement (FC2, FB2, FB3, FN2). En particulier, ces flux circulent par des voies intérieures (10) et extérieures (6) aux bâtiments qui abritent les files de cuves, et comprennent de nombreux mouvements d'entrée et de sortie par des voies d'accès (7). Description détaillée de l'invention
Selon l'invention, l'arrangement d'une usine d'électrolyse pour la production d'aluminium selon le procédé Hall-Héroult, ladite usine comprenant au moins une zone de production d'aluminium liquide (H) comportant des cuves d'électrolyse disposées en files, des installations de mise à disposition et de recyclage d'ensembles anodiques, des installations de mise à disposition et de recyclage de bain d'électrolyse, des installations de traitement de l'aluminium liquide, est caractérisé en ce qu'il comprend : - des zones opérationnelles d'intendance spécifiques dont une zone (C) où sont regroupées les installations de mise à disposition et de recyclage d'ensembles anodiques, une zone (B) où sont regroupées les installations de mise à disposition et de recyclage de bain d'électrolyse et une zone (N) où sont regroupées les installations de traitement de l'aluminium liquide, - des moyens de transport pour acheminer des produits intermédiaires dits lourds entre lesdites zones opérationnelles, selon des flux intermédiaires déterminés (HC1- HC7 HB1-HB12, HN1-HN7), lesdits produits intermédiaires incluant notamment de l'aluminium liquide, des ensembles anodiques et du bain d'électrolyse solide, - au moins une zone de circulation (101, 102, 103, 104, 105, 106, 110, 11 1, 112, 113) réservée à tout ou partie desdits moyens de transport de produits intermédiaires lourds.
Dans la suite du texte l'expression "les zones de circulation réservées" désignera également le cas où il n'y a qu'une seule zone de circulation réservée. La référence "100" désigne de manière groupée les différentes zones de circulation réservées (101 , 102, 103, 104, 105, 106, 110, 111, 112, 113).
Tel qu'illustré aux figures 6b, 7b et 8b, tout ou partie des flux lourds transitent par les zones de circulation réservées (100). Comme le montrent les flèches, les flux d'ensembles anodiques (HCl,..., HC7) ont généralement un caractère bidirectionnel (fiσure 6b), en ce sens que des ensembles anodiques neufs et usés peuvent circuler sur la même voie mais dans des sens opposés, alors que les flux de bain solide (HB1 ,..., HB12) et de métal liquide (HAÏ ,..., HA7) ont généralement un caractère unidirectionnel (figures 7b et 8b), en ce sens que le bain solide ne retourne pas vers la zone H par les mêmes voies et que le métal liquide ne retourne généralement pas vers les cuves d'électrolyse.
Selon l'invention, au moins un produit intermédiaire lourd donné est de préférence entièrement acheminé dans au moins une zone de circulation qui lui est réservée. De préférence, les produits intermédiaires lourds principaux, à savoir l'aluminium liquide, les ensembles anodiques et le bain d'électrolyse solide, sont entièrement acheminés dans au moins une zone de circulation réservée. Il est particulièrement avantageux qu'au moins une zone de circulation réservée (101, 102, 1 10, 1 1 1, 1 12, 1 13) soit commune à au moins deux produits intermédiaires lourds distincts.
Les zones de circulation réservées (100) sont de préférence spécifiquement équipées pour la circulation desdits flux lourds.
L'arrangement selon l'invention peut aussi comprendre des voies (9) qui donnent accès à différentes parties des installations et permettent leur entretien.
Selon une variante de l'invention, au moins une zone opérationnelle d'intendance dite "d'entretien" (E) peut regrouper tout ou partie des opérations d'entretien et de maintenance, et de préférence l'ensemble de ces opérations. Selon une autre variante de l'invention, au moins une zone opérationnelle d'intendance dite "d'administration" (D) peut regrouper tout ou partie des opérations administratives, et de préférence l'ensemble de ces opérations. La zone d'administration peut comprendre des installations de gestion des flux et/ou de contrôle de la qualité des produits intermédiaires. L'arrangement selon l'invention comprend avantageusement au moins une zone opérationnelle d'entretien (E) et au moins une zone opérationnelle d'administration (D).
Les zones de circulation réservées (100) se situent de préférence sur un seul niveau. Par exemple, elles peuvent se situer au niveau des allées latérales (10) des halls d'électrolyse (1). Elles peuvent éventuellement comprendre plusieurs niveaux. Par exemple, une partie desdites zones peut se trouver au niveau des dites allées latérales (10) et une autre partie peut se trouver au niveau du sol (80) à l'extérieur des halls d'électrolyse (1). Elles peuvent éventuellement comprendre des niveaux superposés. Par exemple, elles peuvent comprendre un niveau au niveau des allées latérales (10) et un niveau (72) situé en dessous de celles-ci, chaque niveau pouvant être utilisé pour le transport de flux différents.
Au moins une zone de circulation réservée (101, 102, 103) relie au moins deux desdites zones opérationnelles, de préférence au moins trois zones opérationnelles, et éventuellement l'ensemble de celles-ci, ce qui permet la circulation efficace des flux lourds par les voies réservées entre lesdites zones opérationnelles.
Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, au moins une zone de circulation réservée (101, 102), dite "transversale", est sensiblement perpendiculaire aux dites files de cuves d'électrolyse, tel qu'illustré à la figure 5. De préférence, au moins une zone de circulation réservée (101 , 102), dite "principale", passe sensiblement par le barycentre de la (ou de chaque) zone de production d'aluminium liquide (H).
Avantageusement, la zone de mise à disposition et de recyclage d'ensembles anodiques (C), la zone de mise à disposition et de recyclage de bain d'électrolyse (B), la zone de traitement de l'aluminium liquide (A), et, éventuellement, la zone d'entretien (E), sont reliées à la (ou chaque) zone de production d'aluminium liquide (H) par au moins une zone de circulation réservée transversale et/ou principale (101 , 102, 103). Il y a avantageusement une seule zone de circulation transversale et/ou principale, ce qui permet de limiter les investissements et de mieux maîtriser les flux.
Au moins une zone de circulation réservée (1 10, 1 11 , 1 12, 1 13), dite "latérale", peut éventuellement longer lesdites files de cuves d'électrolyse, avantageusement à l'intérieur des halls d'électrolyse (1). Ces zones latérales peuvent éventuellement se situer sur les allées de circulation (10) sur d'autres niveaux (72). De préférence, l'arrangement selon l'invention comprend en outre au moins un bâtiment de couverture spécifique (121, 122) pour abriter certaines zones de circulation réservées, telles que certaines zones transversales (101, 102). Les bâtiments de couverture permettent d'éviter les problèmes liés typiquement à la formation de verglas, à la pluie, à la température ou à l'humidité.
Les zones de circulation réservées (100) peuvent comprendre des moyens de transport spécifiques dédiés à des flux lourds entre les zones opérationnelles, notamment entre les halls d'électrolyse et les zones d'intendance (A, B, C, D, E). Ces moyens comprennent avantageusement des navettes pour le transport et la dépose d'éléments spécifiques tels que :
- des appareils de coulée (qui servent à prélever du métal liquide des cuves d'électrolyse) et des poches de métal liquide (vides ou pleines) entre les cuves et la zone A de traitement du métal liquide ou la zone E d'entretien et de maintenance ; - des palettes d'ensembles anodiques neufs entre la zone C et les cuves ;
- des palettes d'ensembles anodiques usés entre les cuves et la zone C (qui, outre des installations de recyclage des ensembles anodiques, peut comprendre aussi des installations de recyclage du bain), ou vers la zone E d'entretien ;
- des conteneurs à bain (coulé ou croûtes à recycler), qui peuvent être intégrés aux palettes d'ensembles anodiques ;
- des plates-formes d'équipements et outillage de maintenance des cuves (pour des opérations qui surviennent lors d'un arrêt ou d'un démarrage d'une série ou d'une cuve particulière).
Les moyens de transport peuvent permettre de limiter les zones de stockage intermédiaires, tels que celles normalement prévues pour le refroidissement des anodes ou pour les poches de métal liquide. Ils peuvent permettre aussi les manutentions en flux tendu, notamment dans les variantes de l'invention prévoyant des opérations automatisées. Les flux lourds selon l'invention peuvent néanmoins comprendre des aires de stockage intermédiaires. Les moyens de transport sont avantageusement associés à des moyens de manutention. Les moyens de transport peuvent comprendre des convoyeurs, qui présentent l'avantage d'être aisément automatisables, ou des engins automoteurs, qui sont éventuellement conduits par du personnel.
Lesdits moyens de transport des produits intermédiaires selon des flux lourds peuvent comprendre un réseau sur rails. Ces rails peuvent avantageusement être situés à l'extérieur des structures lourdes des bâtiments d'électrolyse, assurant la liaison entre la ou chaque zone de production et les autres zones opérationnelles de l'usine. Des engins mobiles peuvent se déplacer sur ce réseau de manière éventuellement automatisée.
Par ailleurs, des engins automoteurs conduits par des opérateurs peuvent aussi se déplacer sur d'autres voies spécifiques à l'extérieur des zones réservées (100), dans une ou plusieurs allées de circulation.
Les halls d'électrolyse peuvent également comprendre des moyens de transport ou d'entretien complémentaires. Par exemple, chaque hall peut comprendre des ponts roulants d'entretien qui permettent la manutention des caissons de cuves (avant et après rebrasquages) et/ou des superstructures en direction ou en provenance des ateliers d'entretien. Les zones de circulation réservées (100) peuvent occasionnellement servir au transport d'équipements lourds, tels que des ponts mobiles ou des caissons de cuves, qui ne font pas partie des flux lourds réguliers. Ces opérations exceptionnelles se produisent notamment lors de l'arrêt ou du démarrage d'une cuve ou lors de la mise au garage des machines de service des cuves pour leur entretien.
L'usine selon l'invention peut éventuellement inclure des machines de service se déplaçant sur des chemins de roulement attenant à la structure des bâtiments.
Tel qu'illustré à la figure 6b, les flux d'ensembles anodiques peuvent comprendre plusieurs branches (HCl à HC7). Certaines branches (HCl à HC4) longent les cuves d'électrolyse et circulent de préférence à l'intérieur des halls (1). Des branches communes (HC5, HC6, HC7) peuvent récupérer les flux provenant de plusieurs branches. De préférence, les flux d'ensembles anodiques comprennent une branche (HC7) interne à la zone de mise à disposition et de recyclage d'ensembles anodiques (C). Dans le cas illustré à la figure 6b, les flux d'ensembles anodiques neufs (en direction des cuves d'électrolyse) et les flux d'ensembles anodiques usés (en provenance des cuves d'électrolyse) suivent des parcours sensiblement identiques (mais de sens opposés) sauf à l'intérieur de la zone C. De préférence, la zone C comprend aussi des moyens pour assembler les ensembles anodiques, à partir de blocs anodiques cuits et de tiges d'anode recyclées ou neuves, et/ou des moyens pour séparer les blocs anodiques (usés ou défectueux) et les tiges.
La zone C peut comprendre l'ensemble des moyens de fabrication de blocs anodiques, tels qu'un atelier à pâte, des moyens de mise en forme des blocs anodiques crus et un four de cuisson à feu tournant. Ce regroupement permet une implantation compacte des installations qui conduit à une concentration des opérations productrices de poussières de carbone, ainsi que des appareils de manutention et de procédé.
II peut aussi être avantageux de fabriquer les blocs anodiques dans une usine distincte, extérieure au site, auquel cas la zone C peut ne comprendre que des moyens tels que des moyens de manutention et de stockage des blocs anodiques.
Il est également particulièrement avantageux de regrouper les zones C et B. Ce regroupement permet de récupérer de manière plus efficace les croûtes de bain solidifié sur les ensembles anodiques usés retirés des cuves d'électrolyse. En outre, ce regroupement permet de transporter ensemble les ensembles anodiques usés et les croûtes de bain solide retirées des cuves.
Tel qu'illustré à la figure 7b, les flux de bain solide peuvent également comprendre plusieurs branches (HB1 à HB 12). Les flux comprennent des branches (HB1 à HB7) relatives au bain "avant traitement" et des branches (HB8 à HB12) relatives au bain "broyé", c'est-à-dire après traitement. Certaines branches (HB1 à HB4) longent les cuves d'électrolyse et circulent de préférence à l'intérieur des halls (1). Des branches communes (HB5, HB6, HB7) peuvent récupérer les flux provenant de plusieurs branches. De préférence, les flux de bain d'électrolyse comprennent une branche (HB7) interne à la zone de mise à disposition et de recyclage du bain d'électrolyse, qui n'est représentée ici que de manière simplifiée.
Tel qu'illustré à la figure 8b, les flux de métal liquide peuvent également comprendre plusieurs branches (HAÏ à HA7). Certaines branches (HAÏ à HA4) longent les cuves d'électrolyse et circulent de préférence à l'intérieur des halls (1). Des branches communes (HA5, HA6, HA7) peuvent récupérer les flux provenant de plusieurs branches. De préférence, les flux de métal liquide comprennent une branche (HA7) interne à la zone de traitement de l'aluminium liquide, qui n'est représentée ici que de manière simplifiée.
La zone de traitement de l'aluminium liquide (A) peut comprendre une fonderie dans laquelle le métal liquide peut être élaboré, traité et mis en forme. Selon une variante de l'invention dans laquelle les moyens de fonderie sont localisés dans une usine distincte, extérieure au site, la zone de traitement (A) peut ne comprendre qu'un nombre réduit de moyens, tels que des moyens de manutention et de chargement du métal liquide et, éventuellement, des moyens de refroidissement.
Tel qu'illustré à la figure 9b, l'usine d'électrolyse selon l'invention comprend aussi :
- des moyens pour transporter et acheminer des matières premières, telles que de l'alumine, des points entrées (El, E2) de l'usine aux zones opérationnelles correspondantes, selon des flux d'entrée déterminés, tels qu'un flux d'alumine (FAO) et un flux de carbone (FCO) ;
- des moyens pour transporter et acheminer des produits finaux, tels que des produits de fonderie en aluminium, de zones opérationnelles vers les points de sortie (SI), selon des flux de sortie déterminés (FM). Tel qu'illustré à la figure 10b, en régime normal, les flux de personnel (représentés par des flèches) n'empruntent pas les zones de circulation réservées (100). Le personnel peut toutefois circuler sur des voies parallèles à ces zones et, éventuellement, pénétrer dans les zones réservées pour des opérations d'entretien ou de dépannage. Les surfaces hachurées correspondent à des espaces typiquement réservés aux bureaux. L'usine selon l'invention comprend de préférence des voies de circulation (6, 61, 62, 63) pour le personnel qui n'interceptent pas les zones réservées (100). Le personnel se déplace et travaille à l'intérieur des halls d'électrolyse sans emprunter les voies réservées situées dans les zones de circulation réservées. Les points de croisements entre les zones réservées et les zones de circulation du personnel peuvent être évités par des voies de passages situées à des niveaux différents, tels que des passages souterrains, des passerelles, des escaliers, des escalators ou des ascenseurs.
Des moyens de transports particuliers peuvent être prévus dans des zones parallèles ou superposées, lesquelles zones n'interceptent pas les zones de circulation réservées. Par exemples, des transbordeurs peuvent être prévus au-dessus de certaines zones réservées afin de transporter certaines machines de service ou des caissons entre les zones de production (H) et la zone d'entretien (E).
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, au moins un des produits intermédiaires lourds est entièrement acheminé par au moins un véhicule automatique, le ou chaque dit véhicule étant contrôlé par au moins un système de navigation central apte à assurer la supervision des quantités et des mouvements des flux desdits produits intermédiaires lourds.
Avantages
L'invention permet de limiter fortement le nombre des voies d'accès (7) aux halls d'électrolyse. L'invention permet de répartir plus efficacement les transports entre les zones (ou secteurs) opérationnelles de l'usine. En particulier, elle permet le rapprochement des bâtiments et le développement de synergies entre les zones opérationnelles. Elle évite également de recourir à des stocks intermédiaires importants de matières premières ou de produits transformés. Elle diminue aussi les risques d'accidents liés aux transports.
L'invention permet d'éviter à du personnel certaines tâches de manutentions répétitives et sans complexité. En outre, elle permet de limiter la diversité et le nombre des opérations confiées aux opérateurs et aux machines de service, permettant ainsi l'amélioration de la qualité et régularité des travaux de service des cuves, donc aussi la performance opérationnelle du procédé industriel dans son ensemble.
L'invention permet également d'éviter que des machines sophistiquées, normalement prévues pour le service des cuves soient aussi utilisées à des fonctions de transport de charges importantes sur des trajets simples, des distances parfois longues et à des fréquences élevées. Elle permet aussi d'éviter la concentration des manutentions de flux lourds à l'intérieur des halls d'électrolyse, réduisant ainsi les coûts de construction et limitant les dysfonctionnements dont une partie importante est due à des effets cumulatifs des différentes pannes d'équipement ou erreurs humaines.
L'invention permet aussi l'automatisation de tâches simples et répétitives, qui, dans les usines de l'art antérieur, sont assurées par des machines qui sont également utilisées à des tâches compliquées et difficilement automatisables.
L'invention permet une diminution significative des structures d'accès, des escaliers, des passerelles et des systèmes et installations y relatifs, tels que les systèmes d'éclairage, de protection incendie, de climatisation/chauffage et/ou de communication.

Claims

REVENDICATIONS
1 Arrangement d'une usine d'électrolyse (10) pour la production d'aluminium selon le procédé Hall-Héroult, ladite usine (10) comprenant au moins une zone de production d'aluminium liquide (H) comportant des cuves d'électrolyse disposées en files, des installations de mise à disposition et de recyclage d'ensembles anodiques, des installations de mise à disposition et de recyclage de bain d'électrolyse, des installations de traitement de l'aluminium liquide, ledit arrangement étant caractérisé en ce qu'il comprend : - des zones opérationnelles d'intendance spécifiques dont une zone (C) où sont regroupées les installations de mise à disposition et de recyclage d'ensembles anodiques, une zone (B) où sont regroupées les installations de mise à disposition et de recyclage de bain d'électrolyse et une zone (A) où sont regroupées les installations de traitement de l'aluminium liquide, - des moyens de transport pour acheminer des produits intermédiaires dits lourds entre lesdites zones opérationnelles, selon des flux intermédiaires déterminés (HC1-HC7, HB1-HB12, HA1-HA7), lesdits produits intermédiaires incluant de l'aluminium liquide, des ensembles anodiques et du bain d'électrolyse solide, - au moins une zone de circulation (101, 102, 103, 104, 105, 106, 110, 1 1 1, 112, 113) réservée à tout ou partie desdits moyens de transport de produits intermédiaires lourds.
2. Arrangement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un des produits intermédiaires lourds est entièrement acheminé dans au moins une zone de circulation réservée (101, 102, 103, 104, 105, 106, 110, 111, 112, 113).
3. Arrangement selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'aluminium liquide, les ensembles anodiques et le bain d'électrolyse solide sont entièrement acheminés dans au moins une zone de circulation réservée (101, 102, 103, 104, 105, 106, 110, 11 1, 1 12, 1 13).
4. Arrangement selon la revendication 1 ou 3, caractérisé en ce qu'au moins une zone de circulation réservée (101, 102, 1 10, 1 1 1, 1 12, 1 13) est commune à au moins deux produits intermédiaires lourds distincts.
5. Arrangement selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une zone opérationnelle d'intendance dite "d'entretien" (E) où sont regroupés tout ou partie des opérations d'entretien et de maintenance.
6. Arrangement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une zone opérationnelle d'intendance dite "d'administration" (D) où sont regroupés tout ou partie des opérations administratives.
7. Arrangement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la zone de mise à disposition et de recyclage des ensembles anodiques (C) comprend en outre des moyens de fabrication de blocs anodiques.
8. Arrangement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la zone de mise à disposition et de recyclage des ensembles anodiques (C) et la zone de mise à disposition et de recyclage du bain d'électrolyse (B) sont regroupées.
9. Arrangement selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'au moins une zone de circulation réservée (101 , 102, 103) relie au moins trois desdites zones opérationnelles.
10. Arrangement selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'au moins une zone de circulation réservée (100) relie l'ensemble desdites zones opérationnelles.
1 1. Arrangement selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'au moins une zone de circulation réservée (101, 102), dite "transversale", est sensiblement perpendiculaire aux dites files de cuves d'électrolyse.
12. Arrangement selon la revendication 1 1, caractérisé en ce que chaque zone d'intendance est reliée à la, ou chaque, zone de production d'aluminium liquide (H) par au moins une zone de circulation réservée transversale (101, 102).
13. Arrangement selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'au moins une zone de circulation réservée (101, 102, 103), dite "principale", passe sensiblement par le barycentre de la ou de chaque zone de production d'aluminium liquide (H).
14. Arrangement selon la revendication 13, caractérisé en ce que chaque zone d'intendance est reliée à la, ou chaque, zone de production d'aluminium liquide
(H) par au moins une zone de circulation réservée principale (101, 102, 103).
15. Arrangement selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un bâtiment de couverture spécifique (121 , 122) pour abriter au moins une zone de circulation réservée (101 , 102).
16. Arrangement selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'au moins une zone de circulation réservée (110, 111, 1 12, 1 13) longe lesdites files de cuves d'électrolyse.
17. Arrangement selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que lesdits moyens de transport sont automatisés.
18. Arrangement selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que lesdits moyens de transport comprennent au moins une navette.
19. Arrangement selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que lesdits moyens de transport comprennent des moyens de manutention.
20. Arrangement selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que lesdits moyens de transport comprennent un réseau sur rails.
21. Arrangement selon l'une quelconque des revendications 1 à 20, caractérisé en ce que lesdits moyens de transport comprennent au moins un convoyeur.
22. Arrangement selon l'une quelconque des revendications 1 à 21, caractérisé en ce qu'au moins un des produits intermédiaires lourds est entièrement acheminé par au moins un véhicule automatique et en ce que le ou chaque véhicule est contrôlé par au moins un système de navigation central apte à assurer la supervision des quantités et des mouvements des flux desdits produits intermédiaires lourds.
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