EP1740740B1 - Module de service compact destine aux usines de production d'aluminium par electrolyse - Google Patents

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EP1740740B1
EP1740740B1 EP05742627.2A EP05742627A EP1740740B1 EP 1740740 B1 EP1740740 B1 EP 1740740B1 EP 05742627 A EP05742627 A EP 05742627A EP 1740740 B1 EP1740740 B1 EP 1740740B1
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EP
European Patent Office
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plane
centre
anode
tending
module
Prior art date
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EP05742627.2A
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German (de)
English (en)
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EP1740740A2 (fr
Inventor
Alain Van Acker
Patrick Delescluse
Benoîst MOREL
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Fives ECL SAS
Original Assignee
Fives ECL SAS
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Publication date
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Application filed by Fives ECL SAS filed Critical Fives ECL SAS
Publication of EP1740740A2 publication Critical patent/EP1740740A2/fr
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    • 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
    • C25C3/14—Devices for feeding or crust breaking
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • 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
    • C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
    • C25C3/10—External supporting frames or structures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells

Definitions

  • the invention relates to the production of aluminum by igneous electrolysis according to the Hall-Héroult method. It relates more particularly to service modules used in aluminum production plants.
  • Aluminum is produced industrially by igneous electrolysis, according to the well-known Hall-Héroult process, in electrolysis cells.
  • the plants contain a large number of electrolysis cells arranged in line, in buildings called halls or electrolysis rooms, and connected electrically in series using connecting conductors, so as to optimize the ground occupation of the cells. factories.
  • the cells are generally arranged to form two or more parallel lines that are electrically bonded together by end conductors.
  • an electrolysis plant requires interventions on the electrolysis cells including, in particular, the replacement of spent anodes with new anodes, the removal of liquid metal from the cells and the removal or addition of electrolyte.
  • the most modern factories are equipped with one or more service units comprising a movable bridge that can be translated over the electrolysis cells, and along the series of cells, and one or more a plurality of service machines each comprising a trolley and a service module provided with handling and intervention devices (often called “tools”), such as shovels and hoists, and able to be moved on the movable bridge.
  • tools handling and intervention devices
  • the electrolysis cells are arranged as close as possible to each other and close to one of the lateral sides of the rooms.
  • electrolysis and a traffic lane as narrow as possible is arranged near the other lateral side of the rooms.
  • This provision requires that the distance between the walls of the electrolysis room and the limits of the working area of each of the tools of the service machines is as small as possible, especially for access to the electrolysis cells. This distance is called "tools approach”.
  • the position of the cells in the electrolysis room and the total area of the room that results depend substantially on the volume occupied by the service machines and the possibilities of approach and movement of their tools.
  • the known service modules occupy a large volume which prohibits a reduced approach to the sides of the electrolysis rooms, including the lateral sides, and which substantially limits their movements near these sides.
  • the patent application AU-A-37968/89 offers a compact service module including the tools needed to change the anode.
  • the service module comprises at least four basic tools used for the anode changes while remaining compact.
  • the invention also makes it possible to make the operations symmetrical, so that a service machine equipped with a module according to the invention can be used indifferently regardless of the position of the cells relative to the lateral sides of the room. electrolysis.
  • the invention also makes it possible to avoid the use of two or more concentric turrets, which consequently makes it possible to simplify the design of the service module.
  • the invention also relates to a service machine comprising a carriage and a service module as described above.
  • the invention also relates to a service unit of an igneous electrolysis aluminum production plant comprising a mobile bridge and at least one service machine according to the invention.
  • the invention also relates to the use of a service unit according to the invention for the interventions on electrolytic cells for the production of aluminum by igneous electrolysis.
  • the subject of the invention is also a process for the anode change of an electrolysis cell intended for the production of aluminum by igneous electrolysis, in which at least one anode determined by a new anode is replaced by using a module of service according to the invention.
  • Electrolysis plants for aluminum production include a liquid aluminum production zone that includes one or more electrolysis rooms (1).
  • each electrolysis room (1) comprises electrolysis cells (2) and at least one "service unit” or “service machine” (3).
  • the electrolysis cells (2) are normally arranged in rows or rows, each row or line typically having more than one hundred cells.
  • the cells (2) are arranged so as to clear a circulation aisle (31) along the electrolysis room (1).
  • the cells (2) comprise a series of anodes (21) provided with a metal rod (22) for fixing and electrically connecting the anodes to a metal anode frame (not shown).
  • the service unit (3) is used to carry out operations on the cells (2) such as anode changes or the filling of ground feed hoppers and AlF 3 of the electrolysis cells. It can also be used to handle various loads, such as tank elements, pockets of liquid metal or anodes.
  • the invention particularly relates to service units capable of performing the anode changes.
  • the service unit (3) comprises a movable bridge (4) which can be translated over the electrolysis cells (2) and a service machine (5) comprising a movable carriage (6) able to be moved on the mobile bridge (4) and a service module (7) equipped with several handling and intervention devices (10), such as tools (shovels, anode clamps, breakers, ).
  • the movable bridge (4) rests and circulates on raceways (30, 30 ') arranged parallel to each other and to the main axis of the hall (and the queue of cells). The movable bridge (4) can thus be moved along the electrolysis room (1).
  • the service module (7) comprises a frame (8), typically a platform, adapted to be fixed to a carriage (6) and a turret (9) mounted on the chassis (8). ) so as to be pivotable about a vertical axis A in use.
  • the turret (9) is equipped with a balcony or a control cabin (18) comprising commands for manipulating the module (7) and said tools (10) and a driver's station (19) from which an operator can operate said commands.
  • the turret (9) is also equipped with a determined set of tools (10), namely at least one drill (11) mounted on a telescopic arm (11a), a bucket shovel (12) mounted on a telescopic arm (12a), at least one anode handling tongs (hereinafter referred to as "anode tongs") (13, 14) mounted on a telescopic arm (13a, 14a), and a hopper (15) provided with a retractable conduit (16).
  • tools (11 to 16) are intended for anode change operations of the electrolysis cells of the hall.
  • the breaker (11) serves to break the crust of alumina and solidified bath which generally covers the anodes of the cell;
  • the bucket shovel (12) serves to clear the location of the anode, after removal of the spent anode, by removing solids (such as pieces of crust and carbon and alumina) which 'find there;
  • the at least one anode clamp (13, 14) serves to grip and manipulate the anodes by their rod, in particular for the removal of spent anodes from an electrolytic cell and the placement of new anodes in the cell electrolysis;
  • the retractable duct (16) is used to introduce alumina and / or ground bath into the electrolysis cell, so as to reform a coating layer, after the establishment of a new anode.
  • the turret (9) according to the invention can also be equipped with additional tools, such as a hoist.
  • a telescopic arm (11a, 12a, 13a, 14a) comprises at least one fixed member and a first movable member adapted to be translated relative to the fixed member along a determined axis of translation.
  • the fixed and movable members have a substantially elongated shape, such as a rod, a shank or a more complex shape, to which a main axis can be associated in the length direction.
  • the main axis of the fixed and mobile members (s) is typically substantially vertical in use.
  • the determined axis of translation is generally parallel to the main axis of the fixed member and may coincide therewith.
  • the fixed member is fixed to the turret (9) rigidly or flexibly.
  • a flexible attachment allows some movement of the mobile member relative to its attachment point.
  • the tools are attached to the movable member, usually at one end thereof.
  • the fixed member may be a first hollow lug of substantially square section and the movable member a second substantially square section shank slidable within the first barrel; in this example, the main axis of the first and second drums coincide.
  • the telescopic arm may comprise one or more intermediate mobile members, located between the fixed member and the first movable member and adapted to be translated relative thereto.
  • the turret (9) defines a plane Pt perpendicular to the axis A, and therefore substantially horizontal in use, said plane of the turret.
  • this plane is divided into four geometric quadrants delimited by two planes (P1, P2), perpendicular to the plane of the turret (and thus vertical in use), perpendicular to each other. other and passing through the axis A.
  • P1, P2 perpendicular to the plane of the turret (and thus vertical in use), perpendicular to each other. other and passing through the axis A.
  • This reference is illustrated in figures 2 and 3 .
  • the space is then divided into four subspaces each corresponding to one of the four quadrants delimited by the two planes P1 and P2.
  • the quadrants, and the corresponding subspaces are designated by the Roman numerals I to IV for the purposes of the description.
  • the tools are normally located on the same side of the plane of the turret, namely the side that is below this plane (and therefore under the frame and the turret) in use.
  • the position of the tools according to the invention allows visibility on all the tools for changing anodes (11 to 16) when the operator intervenes in the working area (17) at the level of the tank or in the area working (17 ') at the fastenings of the anode rods (22).
  • the operator's vision point on the anode change operations is designated by the reference 20.
  • the position of the tools according to the invention also makes it possible to carry out said operations without requiring rotation of the turret (9) around the axis A; placing the tools in position relative to the location of an anode (21) or its rod (22) during said operations requires only slight movements of the turret (9) by horizontal translation and / or slight pivoting of the the turret (9) with respect to the axis A.
  • the driving position (19), the bucket shovel (12) and the anode gripper (s) (13, 14) are located at determined radial distances from the axis A. These distances can be given in distances from planes P1 and P2, as indicated in the figure 2 (ie C1 and C2 for the driving position, B1 and B2 for the bucket shovel, A1 and A2 for the first anode clamp, A1 'and A2' for the possible second anode clamp, ).
  • the distances relative to the plane P1 (A1, A1 ', B1, C1) depend in particular on the size of the tools, the height of the movable bridge (4), the dimensions of the cells (2) and the distance that separates them.
  • the angle S between the plane P2 and the plane Pc passing through the axis A and the center C of the driving station (19) is preferably between 0 and 40 °, and more preferably between 0 and 15 °.
  • This arrangement makes it possible to place the field of view of the operator between the telescopic arm (11a) of the breaker and the retractable conduit (16), which is typically actuated by a telescopic arm, while preserving the possibility of keeping these components nearby.
  • the determined distance C2 of the driving position (19) is typically between 0 and 1000 mm, and more typically between 100 and 600 mm.
  • the shovel bucket (12) and the first anode clamp (13) are spaced so as to free a sufficient space between them to prevent them from banging.
  • the center of the bucket shovel (12) and the center of the first anode clamp (13) are located on opposite sides of the plane P2.
  • This configuration makes it possible to make the operation of the module symmetrical, with respect to a rotation of 180 ° around the axis A, while preserving the compactness of the module and the visibility of the operator on the tools.
  • the center C of the driver's station (19) and the center of the bucket bucket (12) are located on the same side of the plane P2.
  • the center C of the driver's station (19) may be located in the subspace I and the center of the bucket bucket (12) may be located in the subspace II; the center of the first anode clamp (13) is then preferably in the subspace III.
  • the mirror configuration with respect to the plane P2 is also possible.
  • the center C of the driving position (19) and the center of the first anode clamp (13) are located on the same side of the plane P2.
  • the center C of the driver's station (19) may be located in the subspace IV and the center of the first anode clamp (13) may be located in the subspace III; the center of the bucket shovel (12) is then preferably in the subspace II.
  • the mirror configuration with respect to the plane P2 is also possible.
  • the service module (7) may further comprise at least one additional anode clamp (14) - typically one or two additional clamps - mounted on a telescopic arm and located in the same subspace as the first anode clamp (13).
  • the center of the additional anode clamp (14) is preferably located on the same side of the planes P1 and P2 as the center of the first clamp (13). More preferably, the center of the additional anode clamp (14) is also located in the plane Pa parallel to the plane P and passing through the center of the first anode clamp (13).
  • the plane Pa parallel to the plane P1 and passing through the center of the first anode clamp (13) and the plane Pb parallel to the plane P1 and passing through the center of the excavator to buckets (12) are advantageously spaced a relatively small distance F, which is typically between 0 and 300 mm.
  • F typically between 0 and 300 mm.
  • the telescopic arms of the bucket bucket and the or the anode clamps are substantially aligned, that is to say that they form a row of tools, so that their active part is in a zone away from driving position and thus provides high visibility in the scope of these tools.
  • the operator can move from one tool to the next by a simple longitudinal movement along the bridge and a small displacement of the bridge itself.
  • the breaker (11) is at a distance from the plane P2 of between 0 and 200 mm.
  • the angle P between the plane P2 and the plane Pp passing through the telescopic arm (11a) of the stinger (11) and the stinger (11) is preferably between 0 and 20 °.
  • the telescopic arm (11a) of the stitcher (11) is located near and possibly in the plane P1. This arrangement makes it possible simultaneously to obtain a symmetry of operation of the module, by a rotation of 180 ° with respect to the axis A, and a great compactness of the module.
  • the breaker (11) is typically placed on an angled arm attached to the end of its telescopic arm (11a), as shown in FIG. figure 5 .
  • the telescopic arm (11a) of the breaker (11) can be vertical ( figure 5 ) or inclined ( figure 4 ) with respect to axis A.
  • the distance between the center of the driving position (19) and the center of the bucket (12) and the distance between the center of the driving position (19) and the center of the or each anode clamp (13, 14) are typically between 3 and 5 meters. These distances are determined center to center and correspond to the line segments D12, D13, D14 parallel to the plane Pt of the turret represented on the figure 2 .
  • the angular aperture V between the plane P12 parallel to the axis A and passing through the center of the driving position (19) and the center of the bucket bucket (12) and the plane P 13 or P14 parallel to the axis A and passing through the center of the driving station (19) and the center of the anode clamp (13, 14) furthest from the center of the shovel is preferably less than 30 °, and more preferably less than 20 ° .
  • the figure 4 illustrates a possible embodiment of the service module according to the invention.
  • the drawings show a side view of the module and in section of the movable bridge (4); 4 (A) corresponds to drawing 4 (B), with the difference that the bucket (12) is not shown to show the first anode clamp (13) located at side of it.
  • the module is installed on a carriage (6) so as to constitute a service machine (5).
  • the carriage (6) is mounted on the two crosspieces (4 ', 4 ") of a bridge so as to be able to move along it
  • the staker is shown in a" waiting "position (11') and in a "working” position (11), in the latter position, the breaker has access to the working area (17) of the tools
  • the telescopic arm (11a) of the breaker is inclined with respect to the axis A.
  • the figure 5 illustrates another possible embodiment of the service module according to the invention.
  • the tools are represented in the waiting position.
  • the hopper (15) is placed closer to the cabin or balcony (18) than in the example of the figure 4 .
  • the telescopic arm (11a) of the breaker is parallel to the axis A.

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Description

    Domaine de l'invention
  • L'invention concerne la production d'aluminium par électrolyse ignée selon le procédé de Hall-Héroult. Elle concerne plus particulièrement les modules de service utilisés dans les usines de production d'aluminium.
    • Etat de la technique
  • L'aluminium est produit industriellement par électrolyse ignée, selon le procédé bien connu de Hall-Héroult, dans des cellules d'électrolyse. Les usines contiennent un grand nombre de cellules d'électrolyse disposées en ligne, dans des bâtiments appelés halls ou salles 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 cellules sont généralement disposées de manière à former deux ou plusieurs files parallèles qui sont électriquement liées entre elles par des conducteurs d'extrémité.
  • En fonctionnement, une usine d'électrolyse nécessite des interventions sur les cellules d'électrolyse parmi lesquelles figurent, notamment, le remplacement des anodes usées par des anodes neuves, le prélèvement de métal liquide des cellules et les prélèvements ou ajouts d'électrolyte. Afin d'effectuer ces interventions, les usines les plus modernes sont équipées d'une ou plusieurs unités de service comprenant un pont mobile qui peut être translaté au-dessus des cellules d'électrolyse, et le long des séries de cellules, et une ou plusieurs machines de service comprenant chacune un chariot et un module de service muni d'organes de manutention et d'intervention (souvent appelés « outils »), tels que des pelles et des palans, et apte à être déplacée sur le pont mobile. Ces unités de service sont souvent appelées "machines de service électrolyse" ou "M.S.E" ("PTA" ou "Pot Tending Assembly" ou "PTM" ou "Pot Tending Machine" en langue anglaise).
  • Afin d'optimiser l'espace dans les salles d'électrolyse et de réduire le coût des investissements, les cellules d'électrolyse sont disposées de manière aussi rapprochée que possible les unes des autres et à proximité de l'un des côtés latéraux des salles d'électrolyse et une allée de circulation aussi étroite que possible est aménagée à proximité de l'autre côté latéral des salles. Cette disposition impose que la distance entre les murs de la salle d'électrolyse et les limites de la zone de travail de chacun des outils des machines de service soit la plus réduite possible, notamment pour l'accès aux cellules d'électrolyse. Cette distance est appelée "approche des outils". La position des cellules dans la salle d'électrolyse et la surface totale de la salle qui en résulte dépendent sensiblement du volume occupé par les machines de service et des possibilités d'approche et de mouvement de leurs outils. Or, les modules de service connus occupent un volume important qui interdit une approche réduite des côtés des salles d'électrolyse, notamment des côtés latéraux, et qui limite sensiblement leurs mouvements à proximité de ces côtés. Compte tenu des nombreux outils nécessaires à l'entretien des cellules, il est difficile de réduire le volume des modules par un simple rapprochement des outils sans nuire à la visibilité des opérations par les opérateurs installés dans les postes de pilotage.
  • La demande de brevet AU-A-37968/89 propose un module de service compact comprenant les outils nécessaires au changement d'anode.
  • La demanderesse a donc recherché des unités de service qui permettent d'éviter ces inconvénients.
    • Description de l'invention
  • L'invention a pour objet un module de service d'une série de cellules d'électrolyse destinée à la production d'aluminium par électrolyse ignée comprenant un châssis apte à être fixé à un chariot et une tourelle montée sur le châssis de manière à pouvoir pivoter autour d'un axe vertical A en utilisation, définissant un plan sensiblement horizontal en utilisation, appelé "plan de la tourelle" Pt, et équipée de :
    • un ensemble d'outils incluant notamment un piqueur monté sur un bras télescopique, une pelle à godets montée sur un bras télescopique, au moins une première pince à anodes montée sur un bras télescopique et une trémie munie d'un conduit escamotable ;
    • un balcon ou une cabine comportant des commandes destinées à manoeuvrer le module et lesdits outils et un poste de conduite duquel un opérateur peut actionner lesdites commandes,
      et caractérisé en ce que, par rapport à un premier plan P1 et à un deuxième plan P2, perpendiculaires l'un à l'autre et au plan Pt de la tourelle et se croisant sur l'axe A :
    • le centre C du poste de conduite est situé à une distance déterminée C1 du plan P1 et à une distance déterminée C2 du plan P2 ;
    • le centre de la pelle à godets et le centre de la première pince à anodes sont situés du côté opposé du plan P1 par rapport au poste de conduite ;
    • le piqueur et ledit conduit escamotable sont disposés entre le poste de conduite et la rangée formée par la pelle à godets et la première pince à anodes.
  • La disposition des outils du module selon l'invention permet que leur partie active se situe dans une zone éloignée de la cabine et du poste de l'opérateur et procure ainsi une grande visibilité dans le champ d'action des outils. Elle permet également de les rapprocher sensiblement de l'axe de rotation de la tourelle, sans nuire à la visibilité, ce qui conduit à une plus grande compacité du module et facilite les approches réduites. Ainsi, le module de service comporte au moins quatre outils de base utilisés pour les changements d'anode tout en restant compact.
  • L'invention permet en outre de rendre les opérations symétriques, de sorte qu'une machine de service équipée d'un module selon l'invention peut être utilisée indifféremment quelle que soit la position des cellules par rapport aux côtés latéraux de la salle d'électrolyse.
  • L'invention permet aussi d'éviter le recours à deux ou plusieurs tourelles concentriques, ce qui permet en conséquence de simplifier la conception du module de service.
  • L'invention a également pour objet une machine de service comprenant un chariot et un module de service tel que décrit précédemment.
  • L'invention a encore pour objet une unité de service d'une usine de production d'aluminium par électrolyse ignée comprenant un pont mobile et au moins une machine de service selon l'invention.
  • L'invention a encore pour objet l'utilisation d'une unité de service selon l'invention pour les interventions sur des cellules d'électrolyse destinées à la production d'aluminium par électrolyse ignée.
  • L'invention a encore pour objet un procédé de changement d'anode d'une cellule d'électrolyse destinée à la production d'aluminium par électrolyse ignée, dans lequel on remplace au moins une anode déterminée par une anode neuve en utilisant un module de service selon l'invention.
  • L'invention est décrite en détail ci-après à l'aide des figures annexées.
    • La figure 1 illustre une salle d'électrolyse typique, vue en section, destinée à la production d'aluminium et comprenant une unité de service représentée de manière schématique.
    • Les figures 2 et 3 représentent, de manière schématique, des dispositions des outils de base du module de service selon l'invention, en vue du dessous.
    • Les figures 4 et 5 illustrent, de manière schématique, des exemples de réalisation du module de service selon l'invention, en vue de côté.
    • La figure 6 illustre les opérations de changement d'anodes qui peuvent être effectuées avec un module selon l'invention.
  • Les usines d'électrolyse destinées à la production d'aluminium comprennent une zone de production d'aluminium liquide qui comprend une ou plusieurs salles d'électrolyse (1). Tel qu'illustré à la figure 1, chaque salle d'électrolyse (1) comporte des cellules d'électrolyse (2) et au moins une "unité de service" ou "machine de service" (3). Les cellules d'électrolyse (2) sont normalement disposées en rangées ou files, chaque rangée ou file comportant typiquement plus d'une centaine de cellules. Les cellules (2) sont disposées de manière à dégager une allée de circulation (31) sur le long de la salle d'électrolyse (1). Les cellules (2) comprennent une série d'anodes (21) munies d'une tige métallique (22) destinée à la fixation et au raccordement électrique des anodes à un cadre anodique métallique (non illustré).
  • L'unité de service (3) sert à effectuer des opérations sur les cellules (2) telles que les changements d'anode ou le remplissage des trémies d'alimentation en bain broyé et en AlF3 des cellules d'électrolyse. Elle peut également servir à manutentionner des charges diverses, telles que des éléments de cuve, des poches de métal liquide ou des anodes. L'invention concerne tout particulièrement les unités de service aptes à effectuer les changements d'anode.
  • L'unité de service (3) comprend un pont mobile (4) qui peut être translaté au-dessus des cellules d'électrolyse (2) et une machine de service (5) comprenant un chariot mobile (6) apte à être déplacé sur le pont mobile (4) et un module de service (7) équipé de plusieurs organes de manutention et d'intervention (10), tels que des outils (pelles, pinces à anode, piqueurs,...). Le pont mobile (4) repose et circule sur des chemins de roulement (30, 30') disposés parallèlement l'un à l'autre et à l'axe principal du hall (et de la file de cellules). Le pont mobile (4) peut ainsi être déplacé le long de la salle d'électrolyse (1).
  • Dans le cadre de l'invention, le module de service (7) comporte un châssis (8), typiquement une plate-forme, apte à être fixé à un chariot (6) et une tourelle (9) montée sur le châssis (8) de manière à pouvoir pivoter autour d'un axe vertical A en utilisation. La tourelle (9) est équipée d'un balcon ou d'une cabine de commande (18) comportant des commandes destinées à manoeuvrer le module (7) et lesdits outils (10) et un poste de conduite (19) duquel un opérateur peut actionner lesdites commandes.
  • La tourelle (9) selon l'invention est également équipée d'un ensemble déterminé d'outils (10), à savoir au moins un piqueur (11) monté sur un bras télescopique (11a), une pelle à godets (12) montée sur un bras télescopique (12a), au moins une pince de manutention d'anode (appelée "pince à anodes" par la suite) (13, 14) montée sur un bras télescopique (13a, 14a), et une trémie (15) munie d'un conduit escamotable (16). Ces outils (11 à 16) sont destinés aux opérations de changement d'anodes des cellules d'électrolyse du hall. Dans ces opérations, le piqueur (11) sert à briser la croûte d'alumine et de bain solidifié qui couvre généralement les anodes de la cellule ; la pelle à godets (12) sert à dégager l'emplacement de l'anode, après le retrait de l'anode usée, par enlèvement des matières solides (telles que des morceaux de croûte et de carbone et de l'alumine) qui s'y trouvent ; la ou les pinces à anodes (13, 14) servent à saisir et à manipuler les anodes par leur tige, notamment pour l'enlèvement des anodes usées d'une cellule d'électrolyse et la mise en place d'anodes neuves dans la cellule d'électrolyse ; le conduit escamotable (16) sert à introduire de l'alumine et/ou du bain broyé dans la cellule d'électrolyse, de manière à reformer une couche de revêtement, après la mise en place d'une anode neuve. La tourelle (9) selon l'invention peut également être équipée d'outils supplémentaires, tels qu'un palan.
  • Dans le cadre de l'invention, un bras télescopique (11a, 12a, 13a, 14a) comporte au moins un membre fixe et un premier membre mobile apte à être translaté par rapport au membre fixe le long d'un axe de translation déterminé. Les membres fixe et mobile(s) ont une forme sensiblement allongée, telle qu'une tige, un fût ou une forme plus complexe, à laquelle on peut associer un axe principal dans le sens de la longueur. L'axe principal des membres fixe et mobile(s) est typiquement sensiblement vertical en utilisation. L'axe de translation déterminé est généralement parallèle à l'axe principal du membre fixe et peut coïncider avec celui-ci. Le membre fixe est fixé à la tourelle (9) de manière rigide ou souple. Une fixation souple permet un certain débattement du membre mobile par rapport à son point de fixation. Les outils sont fixés au membre mobile, généralement à une extrémité de celui-ci. Par exemple, le membre fixe peut être un premier lût creux de section sensiblement carrée et le membre mobile un deuxième fût de section sensiblement carrée apte à coulisser à l'intérieur du premier fût ; dans cet exemple, l'axe principal des premier et deuxième fûts coïncident. Le bras télescopique peut comporter un ou plusieurs membres mobiles intermédiaires, situés entre le membre fixe et le premier membre mobile et aptes à être translatés par rapport à ces derniers.
  • La tourelle (9) définit un plan Pt perpendiculaire à l'axe A, et donc sensiblement horizontal en utilisation, dit plan de la tourelle. Afin de décrire l'agencement des éléments sur la tourelle, ce plan est découpé en quatre quadrants géométriques délimités par deux plans (P1, P2), perpendiculaires au plan de la tourelle (et donc verticaux en utilisation), perpendiculaires l'un à l'autre et passant par l'axe A. Ce référentiel est illustré aux figures 2 et 3. L'espace est alors découpé en quatre sous-espaces correspondant chacun à l'un des quatre quadrants délimités par les deux plans P1 et P2. Les quadrants, et les sous-espaces correspondants, sont désignés par les chiffres romains I à IV pour les besoins de la description.
  • Les outils se situent normalement d'un même côté du plan de la tourelle, à savoir le côté qui se trouve en dessous de ce plan (et donc sous le châssis et la tourelle) en utilisation.
  • Utilisant le référentiel indiqué ci-dessus :
    • le centre du poste de conduite (19) est situé soit dans le sous-espace de référence (I ou IV) situé sur un côté du plan P1, ou sur le plan P2 qui sépare ces deux sous-espaces ;
    • le centre de la pelle à godets (12) et le centre de la ou des pince(s) à anodes (13, 14) sont situées, du côté opposé du plan P1, soit dans un sous-espace adjacent au sous-espace de référence (par exemple dans le sous-espace II lorsque le centre du poste de conduite est dans le sous-espace I), soit dans le sous-espace opposé au sous-espace de référence (par exemple dans le sous-espace III lorsque le centre du poste de conduite est dans le sous-espace I) ;
    • le piqueur (11) et le conduit escamotable (16) sont disposés entre le poste de conduite (18) et soit le plan Pa parallèle au plan P1 et passant par le centre de la première pince à anodes (13), soit le plan Pb parallèle au plan P1 et passant par le centre de la pelle à godets (12), selon l'espace disponible laissé par la pelle à godets et la ou les pinces à anodes. Le piqueur (11) et le conduit escamotable (16) sont alors disposés entre le poste de conduite (18) et la rangée formée par la pelle à godets (12) et la ou les pince(s) à anodes (13, 14). Par exemple, le piqueur (11) peut être disposé entre le poste de conduite (19) et la pelle à godets (12) et le conduit escamotable (16) peut être disposé entre le poste de conduite (19) et la ou les pince(s) à anodes (13, 14). Le piqueur (11) et le conduit escamotable (16) se situent de préférence entre le plan P1 et ladite rangée, et plus généralement entre le plan P1 et la rangée formée par la pelle à godets (12) et les pinces à anodes (13, 14). Le piqueur (11) et le conduit escamotable (16) se situent de préférence encore entre le plan P12 parallèle à l'axe A et passant par le centre du poste de conduite (19) et le centre de la pelle à godets (12) et le plan P13 ou P14 parallèle à l'axe A et passant par le centre du poste de conduite (19) et le centre de la pince à anodes (13 ou 14) qui est le plus éloigné du centre de la pelle.
  • Tel qu'illustré à la figure 6, la position des outils selon l'invention permet une visibilité sur l'ensemble des outils de changement d'anodes (11 à 16) lorsque l'opérateur intervient dans la zone de travail (17) au niveau de la cuve ou dans la zone de travail (17') au niveau des fixations des tiges d'anodes (22). Le point de vision de l'opérateur sur les opérations de changement d'anode est désigné par la référence 20. Ces opérations procèdent comme suit : la croûte qui couvre les anodes est tout d'abord brisée à l'aide du piqueur (11) (figure 6(A)), l'anode usée est ensuite retirée à l'aide d'une pince à anodes (13, 14) (figure 6(B)), l'emplacement de l'anode est dégagé à l'aide de la pelle à godets (12) (figure 6(C)), et l'anode neuve est mise en place à l'aide d'une pince à anodes (13, 14) (figure 6(B)) et recouverte de d'alumine et/ou de bain broyé à l'aide du conduit escamotable (figure 6(D)). Dans le cas où le module est équipé de plusieurs pinces à anode, ces opérations peuvent se faire simultanément pour plusieurs anodes. La position des outils selon l'invention permet également d'effectuer lesdites opérations sans nécessiter de rotation de la tourelle (9) autour de l'axe A ; la mise en position des outils par rapport à l'emplacement d'une anode (21) ou de sa tige (22) durant lesdites opérations requiert uniquement de légers déplacements de la tourelle (9) par translation horizontale et/ou de légers pivotements de la tourelle (9) par rapport à l'axe A.
  • Le poste de conduite (19), la pelle à godets (12) et la ou les pince(s) à anodes (13, 14)) sont situés à des distances radiales déterminées de l'axe A. Ces distances peuvent être données en termes de distances par rapport aux plans P1 et P2, tel qu'indiqué dans la figure 2 (à savoir C1 et C2 pour le poste de conduite, B1 et B2 pour la pelle à godets, A1 et A2 pour la première pince à anodes, A1' et A2' pour l'éventuelle deuxième pince à anodes,...). Les distances par rapport au plan P1 (A1, A1', B1, C1) dépendent notamment de la dimension des outils, de la hauteur du pont mobile (4), des dimensions des cellules (2) et de la distance qui les sépare.
  • L'angle S entre le plan P2 et le plan Pc passant par l'axe A et le centre C du poste de conduite (19) est de préférence compris entre 0 et 40°, et de préférence encore compris entre 0 et 15°. Cette disposition permet de placer le champ de vision de l'opérateur entre le bras télescopique (11a) du piqueur et le conduit escamotable (16), qui est typiquement actionné par un bras télescopique, tout en préservant la possibilité de maintenir ces composants à proximité du plan P2. Dans cette configuration, la distance déterminée C2 du poste de conduite (19) est typiquement comprise entre 0 et 1000 mm, et plus typiquement entre 100 et 600 mm.
  • La pelle à godets (12) et la première pince à anodes (13) sont espacés de manière à libérer un espace suffisant entre eux pour éviter qu'elles se percutent.
  • De préférence, le centre de la pelle à godets (12) et le centre de la première pince à anodes (13) sont situés sur des côtés opposés du plan P2. Cette configuration permet de rendre symétrique le fonctionnement du module, par rapport à une rotation de 180° autour de l'axe A, tout en préservant la compacité du module et la visibilité de l'opérateur sur les outils.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, dont un exemple de disposition est illustré schématiquement à la figure 2, le centre C du poste de conduite (19) et le centre de la pelle à godets (12) sont situés du même côté du plan P2. Par exemple, le centre C du poste de conduite (19) peut être situé dans le sous-espace I et le centre de la pelle à godets (12) peut être situé dans le sous-espace II ; le centre de la première pince à anodes (13) est alors de préférence dans le sous-espace III. La configuration miroir par rapport au plan P2 est également possible.
  • Selon un autre mode de réalisation de l'invention, dont un exemple de disposition est illustré schématiquement à la figure 3, le centre C du poste de conduite (19) et le centre de la première pince à anodes (13) sont situés du même côté du plan P2. Par exemple, le centre C du poste de conduite (19) peut être situé dans le sous-espace IV et le centre de la première pince à anodes (13) peut être situé dans le sous-espace III ; le centre de la pelle à godets (12) est alors de préférence dans le sous-espace II. La configuration miroir par rapport au plan P2 est également possible.
  • Le module de service (7) selon l'invention peut comprendre, en outre, au moins une pince à anodes supplémentaire (14) - typiquement une ou deux pinces supplémentaires - montée sur un bras télescopique et située dans le même sous-espace que la première pince à anodes (13). Le centre de la pince à anodes supplémentaire (14) est de préférence situé du même côté des plans P1 et P2 que le centre de la première pince (13). De préférence encore, le centre de la pince à anodes supplémentaire (14) est également situé dans le plan Pa parallèle au plan P et passant par le centre de la première pince à anodes (13).
  • Afin de faciliter les opérations successives de changement d'anode, le plan Pa parallèle au plan P1 et passant par le centre de la première pince à anodes (13) et le plan Pb parallèle au plan P1 et passant par le centre de la pelle à godets (12) sont avantageusement espacés d'une distance F relativement faible, qui est typiquement comprise entre 0 et 300 mm. Ainsi, les bras télescopiques de la pelle à godets et de la ou les pinces à anodes sont sensiblement alignés, c'est-à-dire qu'ils forment une rangée d'outils, de sorte que leur partie active se situe dans une zone éloignée du poste de conduite et procure ainsi une grande visibilité dans le champ d'action de ces outils. En outre, dans cette configuration, l'opérateur peut passer d'un outil au suivant par un simple déplacement longitudinal le long du pont et un faible déplacement du pont lui-même.
  • De manière avantageuse, le piqueur (11) se situe à une distance du plan P2 comprise entre 0 et 200 mm. L'angle P entre le plan P2 et le plan Pp passant par le bras télescopique (11a) du piqueur (11) et le piqueur (11) est de préférence compris entre 0 et 20°. Ainsi, le bras télescopique (11a) du piqueur (11) se situe à proximité de, et éventuellement dans, le plan P1. Cette disposition permet d'obtenir simultanément une symétrie de fonctionnement du module, par une rotation de 180° par rapport à l'axe A, et une grande compacité du module. Le piqueur (11) est typiquement placé sur un bras coudé fixé à l'extrémité de son bras télescopique (11a), comme illustré à la figure 5. Le bras télescopique (11a) du piqueur (11) peut être vertical (figure 5) ou incliné (figure 4) par rapport à l'axe A.
  • La distance entre le centre du poste de conduite (19) et le centre de la pelle à godets (12) et la distance entre le centre du poste de conduite (19) et le centre de la ou de chaque pince à anodes (13, 14) sont typiquement comprises entre 3 et 5 mètres. Ces distances sont déterminées centre à centre et correspondent aux segments de droite D12, D13, D14 parallèles au plan Pt de la tourelle représentés sur la figure 2.
  • L'ouverture angulaire V entre le plan P12 parallèle à l'axe A et passant par le centre du poste de conduite (19) et le centre de la pelle à godets (12) et le plan P 13 ou P14 parallèle à l'axe A et passant par le centre du poste de conduite (19) et le centre de la pince à anodes (13, 14) le plus éloigné du centre de la pelle est de préférence inférieure à 30°, et de préférence encore inférieure à 20°.
  • La figure 4 illustre une réalisation possible du module de service selon l'invention. Les dessins représentent une vue de côté du module et en section du pont mobile (4) ; le dessin 4(A) correspond au dessin 4(B), à la différence près que la pelle à godets (12) n'est pas représentée afin de montrer la première pince à anodes (13) située à côté de celle-ci. Dans ces dessins, le module est installé sur un chariot (6) de manière à constituer une machine de service (5). Le chariot (6) est monté sur les deux traverses (4', 4") d'un pont de manière à pouvoir se déplacer le long de ce dernier. Le piqueur est représenté dans une position "d'attente" (11') et dans une position "de travail" (11) ; dans cette dernière position, le piqueur a accès à la zone de travail (17) des outils. Le bras télescopique (11a) du piqueur est incliné par rapport à l'axe A.
  • La figure 5 illustre une autre réalisation possible du module de service selon l'invention. Les outils sont représentés en position d'attente. Dans cette variante, la trémie (15) est placée plus près de la cabine ou du balcon (18) que dans l'exemple de la figure 4. Le bras télescopique (11a) du piqueur est parallèle à l'axe A.
  • L'invention est particulièrement avantageuse pour un procédé de changement d'anode d'une cellule d'électrolyse (2) destinée à la production d'aluminium par électrolyse ignée, dans lequel :
    • on approche un module de service (7) selon l'invention de ladite cellule (2) ;
    • on brise la croûte d'alumine et de bain solidifié qui entoure et couvre au moins une anode usée déterminée avec le piqueur (11) ;
    • on retire l'anode usée avec une pince à anodes (13, 14) ;
    • on prépare l'emplacement de l'anode neuve avec la pelle à godets (12) ;
    • on met en place l'anode neuve à l'aide d'une pince à anodes (13, 14) ;
    • on recouvre l'anode neuve d'alumine et/ou de bain broyé à l'aide du conduit escamotable (16).

Claims (20)

  1. Module de service (7) d'une série de cellules d'électrolyse (2) destinée à la production d'aluminium par électrolyse ignée comprenant un châssis (8) apte à être fixé à un chariot (6) et une tourelle (9) montée sur le châssis (8) de manière à pouvoir pivoter autour d'un axe vertical A en utilisation, définissant un plan Pt sensiblement horizontal en utilisation, dit plan de la tourelle, et équipée de :
    - un ensemble d'outils incluant notamment un piqueur (11) monté sur un bras télescopique (11a), une pelle à godets (12) montée sur un bras télescopique (12a), au moins une première pince à anodes (13) montée sur un bras télescopique (13a) et une trémie (15) munie d'un conduit escamotable (16) ;
    - un balcon ou une cabine (18) comportant des commandes destinées à manoeuvrer le module et lesdits outils et un poste de conduite (19) duquel un opérateur peut actionner lesdites commandes,
    et caractérisé en ce que, par rapport à un premier plan P1 et à un deuxième plan P2, perpendiculaires l'un à l'autre et au plan Pt de la tourelle (9) et se croisant sur l'axe A :
    - le centre C du poste de conduite (19) est situé à une distance déterminée C1 du plan P1 et à une distance déterminée C2 du plan P2 ;
    - le centre de la pelle à godets (12) et le centre de la première pince à anodes (13) sont situés du côté opposé du plan P1 par rapport au poste de conduite (19) ;
    - le piqueur (11) et le conduit escamotable (16) sont disposés entre le poste de conduite (19) et la rangée formée par la pelle à godets (12) et la première pince à anodes (13).
  2. Module de service (7) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le centre de la pelle à godets (12) et le centre de la première pince à anodes (13) sont situés sur des côtés opposés du plan P2.
  3. Module de service (7) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le centre C du poste de conduite (19) et le centre de la pelle à godets (12) sont situés du même côté du plan P2.
  4. Module de service (7) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le centre C du poste de conduite (19) et le centre de la première pince à anodes (13) sont situés du même côté du plan P2.
  5. Module de service (7) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'angle S entre le plan P2 et le plan Pc passant par l'axe A et le centre C du poste de conduite (19) est compris entre 0 et 40°.
  6. Module de service (7) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'angle S entre le plan P2 et le plan Pc passant par l'axe A et le centre C du poste de conduite (19) est compris entre 0 et 15°.
  7. Module de service (7) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le plan Pa parallèle au plan P1 et passant par le centre de la première pince à anodes (13) et le plan Pb parallèle au plan P1 et passant par le centre de la pelle à godets (12) sont espacés d'une distance F comprise entre 0 et 300 mm.
  8. Module de service (7) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le piqueur (11) se situe à une distance du plan P2 comprise entre 0 et 200 mm.
  9. Module de service (7) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'angle P entre le plan P2 et le plan Pp passant par le bras télescopique (11a) du piqueur (11) et le piqueur (11) est compris entre 0 et 20°.
  10. Module de service (7) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une pince à anodes supplémentaire (14) dont le centre est situé du même côté des plans P1 et P2 que le centre de la première pince (13).
  11. Module de service (7) selon la revendication 10, caractérisé en ce que le centre de la ou des pinces supplémentaires (14) est situé dans un plan Pa parallèle au plan P1 et passant par le centre de la première pince à anodes (13).
  12. Module de service (7) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'ouverture angulaire V entre le plan P12 parallèle à l'axe A et passant par le centre du poste de conduite (19) et le centre de la pelle à godets (12) et le plan P13 ou P14 parallèle à l'axe A et passant par le centre du poste de conduite (19) et le centre de la pince à anodes (13 ou 14) le plus éloigné du centre de la pelle est inférieure à 30°.
  13. Module de service (7) selon la revendication 12, caractérisé en ce que ladite ouverture angulaire est inférieure à 20°.
  14. Module de service (7) selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le piqueur (11) et le conduit escamotable (16) se situent entre le plan P1 et ladite rangée.
  15. Module de service (7) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le piqueur (11) et le conduit escamotable (16) se situent entre le plan P12 parallèle à l'axe A et passant par le centre du poste de conduite (19) et le centre de la pelle à godets (12) et le plan P13 ou P14 parallèle à l'axe A et passant par le centre du poste de conduite (19) et le centre de la pince à anodes (13 ou 14) le plus éloigné du centre de la pelle.
  16. Machine de service (5) comprenant un chariot (6) et un module de service (7) selon l'une quelconque des revendications 1 à 15.
  17. Unité de service (3) d'une usine de production d'aluminium par électrolyse ignée comprenant un pont mobile (4) et au moins une machine de service (5) selon la revendication 16.
  18. Utilisation d'une unité de service (3) selon la revendication 17 pour les interventions sur des cellules d'électrolyse (2) destinées à la production d'aluminium par électrolyse ignée.
  19. Procédé de changement d'anode d'une cellule d'électrolyse (2) destinée à la production d'aluminium par électrolyse ignée, dans lequel on remplace au moins une anode déterminée par une anode neuve en utilisant un module de service selon l'une quelconque des revendications 1 à 15.
  20. Procédé de changement d'anode selon la revendication 19, dans lequel:
    - on approche le module de service (7) de ladite cellule (2) ;
    - on brise la croûte d'alumine et de bain solidifié qui entoure et couvre au moins une anode usée déterminée avec le piqueur (11) ;
    - on retire l'anode usée avec une pince à anodes (13, 14) ;
    - on prépare l'emplacement de l'anode neuve avec la pelle à godets (12) ;
    - on met en place l'anode neuve à l'aide d'une pince à anodes (13, 14) ;
    - on recouvre l'anode neuve d'alumine et/ou de bain broyé à l'aide du conduit escamotable (16).
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