EP1819847B1 - Procédé de changement d'anode dans une cellule de production d'aluminium par électrolyse incluant un ajustement de la position de l'anode et dispositif pour le mettre en oeuvre - Google Patents

Procédé de changement d'anode dans une cellule de production d'aluminium par électrolyse incluant un ajustement de la position de l'anode et dispositif pour le mettre en oeuvre Download PDF

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EP1819847B1
EP1819847B1 EP05800606.5A EP05800606A EP1819847B1 EP 1819847 B1 EP1819847 B1 EP 1819847B1 EP 05800606 A EP05800606 A EP 05800606A EP 1819847 B1 EP1819847 B1 EP 1819847B1
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EP
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anode
anyone
measurement system
replacement
sound
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EP1819847A2 (fr
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Alain Van Acker
Patrick Marchand
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Fives ECL SAS
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Fives ECL SAS
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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
    • 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
    • C25C7/06—Operating or servicing

Definitions

  • the invention relates to the production of aluminum by igneous electrolysis according to the Hall-Héroult method. It relates more particularly to anode changes and service units intended to effect anode changes in aluminum production plants.
  • Aluminum is produced industrially by igneous electrolysis in electrolysis cells according to the well-known Hall-Héroult process.
  • the French patent application FR 2,806,742 (corresponding to the US patent US 6,409,894 ) describes installations of an electrolysis plant for the production of aluminum.
  • the electrolysis cells comprise a plurality of so-called "precooked" anodes of carbonaceous material which are consumed during the electrolytic reduction reactions of aluminum.
  • the gradual consumption of the anodes requires interventions on the electrolysis cells, including, in particular, the replacement of the spent anodes with new anodes.
  • the new anode In order to limit the disturbance of the operation of an electrolysis cell during an anode change, it is preferable to place the new anode so that its lower surface is at the same level as that of the other anodes of the anode. the cell.
  • the worn anode rod is marked with a chalk mark at a location corresponding to a specific mark on the anode frame.
  • the spent anode is extracted from the cell and deposited on a reference surface, which is typically a metal tray.
  • the level of the chalk line on the rod is raised, the spent anode is removed and a new anode is placed on the reference surface.
  • a chalk line is drawn on the stem of the new anode at the raised level.
  • the new anode is placed on the anode frame so that the chalk line is located at the determined mark on the anode frame.
  • the anode handling tool with a position sensor.
  • the distance traveled by the tool during the taking of the spent anode is measured, the worn anode is deposited on a reference surface and the distance traveled by the tool at the moment when the anode is measured. rests on the reference surface.
  • the spent anode is removed, a new anode is deposited on the reference surface and the distance traveled by the tool is measured at the moment when the anode rests on the reference surface.
  • the difference between the last two measured distances is added to the first measured distance in order to determine the distance to be traveled to the handling tool when positioning the new anode in the electrolysis cell.
  • the subject of the invention is an anode-change method of an igneous electrolysis aluminum production cell as described by claim 1.
  • the invention makes it possible to carry out the measurements necessary for the positioning of a replacement anode during the handling movements necessary for the replacement of an anode (namely typically the taking of an anode used on an electrolysis cell, the deposit of the used anode on a pallet or a vehicle, the prized of a replacement anode on a pallet or a vehicle and the installation of the replacement anode in the cell), which has the advantage of not not require additional handling movements.
  • the invention thus makes it possible to avoid, in particular, an extension of the opening time of an electrolysis cell.
  • the sound wave or electromagnetic wave beam (s) are advantageously placed in a place which allows the passage of a worn anode or a replacement anode through the beam (s) during the normal handling movements of these anodes, by example above an electrolysis cell, a pallet, or a vehicle.
  • the measurements can be manual, ie an operator records the data obtained at each stage of the process, or automated in whole or in part, that is to say that a computerized device carries out automatically all or part of the measurements.
  • the invention also relates to a measuring system as described by claim 19.
  • the invention also relates to a service machine for anode change operations of a series of aluminum production cells by igneous electrolysis, said machine comprising at least one anode handling tool comprising positioning member , a gripping member and a vertical position sensor of the gripping member, and being characterized in that it further comprises said measuring system.
  • the invention further 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.
  • Electrolysis plants for aluminum production include a liquid aluminum production zone that includes one or more electrolysis rooms (1). As illustrated in figure 1 each electrolysis room (1) comprises electrolysis cells (2) and at least one service unit (4). Service units are often referred to as “electrolysis service machines” or “MSEs”("PTAs” or “Pot Tending Assemblies” or “PTMs” or “Pot Tending Machines” in English).
  • MSEs electrolysis service machines
  • the electrolysis cells (2) are normally arranged in rows or rows, each row typically having more than one hundred cells, and electrically connected in series using connecting conductors.
  • the cells (2) are arranged in such a way as to disengage circulation paths (3) between the cells and along the electrolysis room (1).
  • each electrolysis cell (2) comprises a tank (2 '), a support structure (35) called a "superstructure” and a plurality of anodes (20, 20').
  • the vessel (2 ') comprises a steel box (26), an inner liner (27, 28), which is generally formed of blocks of refractory materials, and a cathode assembly (29, 30), which comprises carbonaceous material (29), referred to as “cathode blocks", and metal connecting bars (30) to which the electrical conductors (31) for conveying the electrolysis current are fixed.
  • the anodes (20, 20 ') comprise at least one anode block (21, 21') of precured carbon material and a metal rod (22, 22 ').
  • the anode blocks (21, 21 ') typically have a parallelepiped shape.
  • the rod (22, 22 ') is typically attached to the anode block (s) (21, 21') via a fastener (22a, 22a '), generally referred to as a "multipode” which is anchored in the anode block (s) (typically using cast iron).
  • the anodes (20, 20 ') are removably attached to a movable metal frame (23), referred to as the "anode frame", by mechanical fastening means (24, 25) typically comprising a connector (24) and hooks ( 25).
  • the movable frame (23) is carried by the superstructure (35) and attached to electrical conductors (not shown) for routing the electrolysis current.
  • An electrolysis cell (2) generally comprises a cowling system (36), typically comprising a series of cowls, for confining the effluents inside the cell, and means (not shown) for discharging effluents and wastewater. direct to a treatment center.
  • cowling system typically comprising a series of cowls, for confining the effluents inside the cell, and means (not shown) for discharging effluents and wastewater. direct to a treatment center.
  • the inner lining (27, 28) and the cathode blocks (29) form, inside the tank (2 '), a crucible adapted to contain the electrolyte bath (33) and a sheet of liquid metal (32). ) when the cell is in operation.
  • a cover of alumina and solidified bath (34) covers the electrolyte bath and all or part of the anodes.
  • the anodes (20, 20 '), and more precisely anode blocks (21, 21'), are partially immersed in the electrolyte bath (33), which contains dissolved alumina.
  • the bottom surface (21a, 21a ') of the anodes is typically substantially planar and parallel to the top surface (29') of the cathode blocks (29), which is generally horizontal.
  • the distance between the lower surface of the anodes and the upper surface of the cathode blocks, called “anode-cathode distance" is an important parameter in the regulation of the electrolysis cells.
  • the anode-cathode distance is generally controlled with great precision.
  • the anode blocks (21, 21 ') are gradually consumed in use. To compensate for this wear, it is common practice to gradually lower the anodes (20, 20 ') by moving the movable frame (23) downwards regularly. In addition, as illustrated in figure 2 , the anode blocks (21, 21 ') are generally at different degrees of wear. Therefore, the position of the replacement anode (20 "), commonly referred to as” new anode ", relative to the movable frame (23) is generally adjusted at each anode change, more specifically, the position of the anodes is adjusted.
  • the so-called “lower” surface (21a, 21a ', 21a ") of the anode blocks (21, 21', 21") that is to say the surface of the anode blocks which is intended to be immersed in the electrolytic bath (33) contained in the electrolysis cell (2) and to be parallel to the upper surface (29 ') of the cathode blocks (29).
  • the replacement anode (20 ) is placed so that, after reaching its operating temperature, its lower surface (21a") is located at the lower surface (21a ') of the worn anode (20 ') that it replaces.
  • Said lower surface (21a, 21a ', 21a ") of the anode blocks (21, 21', 214) is generally substantially planar.
  • the service unit (4) is used to carry out operations on the cells (2) such as the anode changes or the filling of the ground bath supply hoppers and the AlF 3 of the electrolysis cells. It can also be used to handle various loads, such as tank members, liquid metal pockets, or anodes.
  • the service unit (4) comprises a movable bridge (5) which can be translated over the electrolysis cells (2) and a service machine (6).
  • the service machine (6) comprises a mobile carriage (7) and a service module (8) equipped with several handling and intervention devices (10), such as tools (shovels, keys, stitches, etc.). ).
  • the service module (8) typically comprises a turret (8 ') mounted on the carriage (7) so as to be pivotable about a vertical axis V in use.
  • the handling and intervention members (10) are typically attached to the turret.
  • the service module (8) may also include a control cabin (16) for the operators.
  • the movable bridge (5) rests and circulates on raceways (9, 9 ') arranged parallel to each other and to the main axis of the hall (and the queue of cells).
  • the mobile bridge (5) can thus be moved along the electrolysis room (1).
  • the movable carriage (7) can be moved along the movable bridge (5).
  • the service machines (6) used for the anode changing operations are equipped with a determined set of tools (10), namely typically a drill bit (11a), a bucket shovel (12a), an organ anode gripper (called “anode gripper”) (13a) and a hopper (14) provided with a retractable duct (15).
  • a drill bit 11a
  • a bucket shovel (12a
  • an organ anode gripper 13a
  • a hopper (14) provided with a retractable duct (15).
  • the breaker (11a) serves to break the crust of alumina and bath solidified (34) which generally covers all or part of the anodes of the cell;
  • the bucket shovel (12a) serves to clear the location of the anode, after removal of the spent anode, by removal of solids (such as pieces of crust and alumina) therein ;
  • the anode clamp (13a) serves to grip and manipulate the anodes by their rod, in particular for the removal of spent anodes from an electrolysis cell and the placement of new anodes in the electrolysis cell;
  • the retractable duct (15) is used to introduce alumina and / or ground bath in the electrolysis cell, so as to reform a coating layer, after the establishment of a new anode.
  • the breaker (11a), the bucket shovel (12a) and the anode clamp (13a) are typically mounted at the lower end of a locating member (11b, 12b, 13b), such as a mast or telescopic arm.
  • a locating member 11b, 12b, 13b
  • the expression “anode handling tool” (13) denotes the assembly comprising an anode gripping member (13a) and a positioning member (13b).
  • the service machine (6) comprises at least one anode handling tool (13) provided with a positioning member (13b), a gripping member (13a) and a vertical position sensor (13c) of the gripping member.
  • a vertical position is determined for the replacement anode (20 ") by means of measurements made during the handling of the anodes, These measurements relate, firstly, to the position of the tool. anode handling and, secondly, the passage of the anodes through a given axis or a specific plane outside the electrolysis cell.To this end, on the one hand, we create an axis or a plane immaterial reference, delimited by sound or electromagnetic waves, and the passage of the anodes through this axis or this plane is detected by means of a sound or electromagnetic wave detection system.
  • an anode handling tool (13) comprising a vertical position sensor (13c) of the gripper (13a), and measuring the movements of the gripper during the anode handling operations.
  • the vertical position of the replacement anode from the measurements of movement of the gripping member at predetermined times, namely the taking of the spent anode, the passage of the spent anode through the determined axis or plane and the passage of the replacement anode through the axis or plane determined.
  • Said distance measurements can be made during normal operations of replacing worn anodes.
  • the invention thus makes it possible to substantially limit the handling operations required to determine the position of the replacement anode.
  • the same gripping member (13a) is used to handle a determined spent anode (20 ') and the replacement anode (20 ") to replace it. This variant avoids a calibration of the separate tool sensors. and differences in distance measurement inherent in the use of separate tools.
  • the used anode (20 ') is deposited in a predetermined location before grasping the metal rod (22 ") of the replacement anode (20") with the gripping member (13a).
  • Said first distance (A) can be measured before or after grasping the rod (22 ') of the spent anode (20'). This distance is preferably measured after grasping the rod (22 ') and after putting the handling tool (13) under mechanical tension, in order to make up for any mechanical play and improve the accuracy of the measurement.
  • the reference surface (21a, 21a ', 21a ") of the anodes is preferably the so-called" lower "surface of the anode block (s) (21, 21', 21").
  • said vertical distance B is measured during a downward movement of a spent anode (20 '), during the deposition of the anode in the determined location, which is generally a pallet or a vehicle (40, 40 ') for its evacuation.
  • said beam is disposed at a predetermined height above said determined location.
  • said vertical distance C is measured during an upward movement of a replacement anode (20 "), during the removal of the anode from a storage location temporary, which is usually a pallet or a vehicle (40, 40 ") used for its supply.
  • said beam is disposed at a predetermined height above said storage location.
  • the vertical position of a replacement anode (20 ") corresponds to a vertical distance A 'traveled by the gripping member (13a) during the placement of the replacement anode in the location initially occupied by a
  • the worn anodes (20 ') are replaced one by one by replacement anodes (20 ").
  • At least two worn anodes (20 ') are replaced at a time by replacement anodes (20 ")
  • said distances A, B and C are measured.
  • This embodiment of the invention is advantageously implemented by using a service machine (6) comprising a number of anode handling tools (13) at least equal to the number of worn anodes which are replaced simultaneously.
  • the position sensor (13c) is used to measure the distance traveled vertically by the gripping member (13a) during handling of anodes.
  • the distances are given with respect to a reference level N, which may be arbitrary.
  • the reference level N is preferably the same for all the distance measurements during the same anode change in order to simplify the calculations and to avoid introducing uncertainties in the determination of the final position of the anode. of substitution.
  • the position sensor (13c) may be, for example, a cable encoder or a laser range finder.
  • the position sensor is integrated with the anode handling tool (13).
  • the position sensor (13c) is rigidly attached to the fixed part of the positioning member (13b) of the anode handling tool (13); it makes it possible to measure the relative distance of a determined point integral with the gripping member.
  • the position sensor can be attached to the sliding arm or telescopic mast which is fixed the gripping member.
  • anode handling tool (13) with a means for measuring the tension in the tool, such as an axial dynamometer, which makes it possible to know the moment when the kinematic chain of the tool is in tension and to determine the moment when the mechanical games are all taken in the same direction.
  • Said sound waves are typically ultrasonic waves.
  • the electromagnetic waves are typically visible light, infrared or radio waves. It is advantageous to generate said beam (51) using a laser.
  • the lower surface (21a, 21a ', 21a ") of the anodes, in particular worn anodes, may have irregularities resulting in particular from surface defects, irregular wear of the anodes or deposits of material (such as alumina) when using the anodes
  • two or more (typically three) are preferably generated.
  • This variant of the invention is typically implemented using a generator comprising two or more sources of sound or electromagnetic waves, that is to say that each beam (51) is generated by a source of distinct waves (in the case of electromagnetic waves, each source is typically a laser).
  • the distances traveled (B and C) are advantageously given by the average of the distances traveled measured for each beam (after possibly eliminating one or more values deemed aberrant).
  • Said determined axis or the determined reference plane (50) is preferably substantially horizontal.
  • the angle between the horizontal and said determined reference axis or plane (50) is preferably less than about 10 °, and more preferably less than about 5 °.
  • the moment when the reference surface (21a ', 21a'') of an anode passes through said beam can be determined in different ways:
  • a generator or emitter
  • sonic or electromagnetic waves for producing said beam
  • a detector or receiver
  • FIG. figure 8 there is a sound or electromagnetic wave detector (54) facing a sound or electromagnetic wave beam generator (52) so that the detector can detect the beam produced by the generator ( figure 8a ).
  • the moment when the reference surface (21a ', 21a ") of an anode (20', 20") is detected passes through said beam when the anode block (21 ', 21 ") interrupts transmission of said beam to the detector ( figure 8b ).
  • a reflecting surface such as a mirror
  • These elements can be arranged in a triangle so as to form a plane. The moment when the reference surface (21a ', 21a ") of an anode (20', 20") is detected passes through said beam when the anode block (21 ', 21 ") interrupts transmission of said beam to the detector ( figure 9b ).
  • FIG. figure 10 there is provided a sound or electromagnetic wave detector (54) and a sound or electromagnetic wave beam generator (52) so that the detector can detect the beam produced by the generator and reflected by the anode block ( 21 ', 21 ") ( figure 10a ).
  • the moment when the reference surface (21a ', 21a ") of an anode (20', 20") passes through said beam is detected when the anode block (21 ', 21 ") reflects all or part of said beam towards the detector ( figure 10b ).
  • Tests have shown that the reflectivity of the surface of a new or used anode is sufficient to allow satisfactory operation of this embodiment.
  • This embodiment has the advantage of allowing to easily group the detector and the generator on the same positioning member (53).
  • the method according to the invention can be implemented using a measuring system comprising a position sensor (13c) for measuring the vertical distances traveled by a gripping member (13a) of a handling tool.
  • anode (13) a sound or electromagnetic wave beam generator (52), capable of producing at least one sound or electromagnetic wave beam (51) in a given reference axis or plane (50), least one sound or electromagnetic wave detector (54) capable of detecting the passage of a determined portion (21a, 21a ', 21a ") of an anode (20, 20', 20") through said beam and least one positioning member (53) to which is fixed said generator and / or said detector.
  • the position sensor (13c) is preferably integrated with the anode handling tool (13).
  • the generator (52) typically includes a source for each sound or electromagnetic wave beam (52). In the variant of the invention where the beams are formed of electromagnetic waves, the generator advantageously comprises at least one laser.
  • the or each positioning member (53) of the measuring system is, directly or indirectly, attached to or placed on a traffic lane (3).
  • the measurement system is integrated with a service unit (4) for anode change operations.
  • This embodiment of the invention facilitates the movement and positioning of the measuring system. It also makes it possible to carry out the measurements necessary for the positioning of a replacement anode during normal handling movements of a used anode and a replacement anode.
  • the measuring system according to the invention is preferably integrated in the service machine (6) of said service unit (4), and more preferably in the module (8) of said service machine (6).
  • the vertical position sensor (13c) of the gripping member (13a) of the measuring system is typically that which is provided with the anode handling tool (13).
  • the or each positioning member (53) of the measuring system is, directly or indirectly, fixed to a service unit (4), to a service machine (6) or to a service module (8) .
  • the or each positioning member (53) of the measuring system is typically an arm or a telescopic mast.
  • the generator (52) and / or the detector (54) are typically fixed in the lower part of the positioning member (53).
  • the measurements of distance traveled can be carried out with or without the intervention of an operator.
  • the detector may emit an electrical, light or sound signal when the determined reference surface of an anode passes through the said beam (s) and an operator can record the distance value traveled by the gripping member given by the sensor. position at the time of transmission of said signal. Determining the distance A 'corresponding to the position of the replacement anode can also be performed by an operator using the values obtained for the first, second and third distances traveled (A, B and C).
  • the measurement of said distances (A, B, C, A ') is advantageously carried out wholly or partly in a computer manner.
  • the passage of the reference surface (21a, 21a ', 21a ") of the anodes through said beam can electrically or electronically trigger the measurement of the position sensor and the recording of the corresponding distance.
  • the measuring system advantageously comprises a device for recording the measurements made and for determining said vertical position of the replacement anode (20 ").
  • the generator (52) and the detector (54) can be located on the same positioning member (53) or on separate positioning members.
  • the generator (52) and detector (54) may optionally be integrated in the same device.

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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 changements d'anode et les unités de service destinées à effectuer les changements d'anode dans les usines de production d'aluminium.
    • Etat de la technique
  • L'aluminium est produit industriellement par électrolyse ignée dans des cellules d'électrolyse suivant le procédé bien connu de Hall-Héroult. La demande de brevet français FR 2 806 742 (correspondant au brevet américain US 6 409 894 ) décrit des installations d'une usine d'électrolyse destinée à la production d'aluminium.
  • Selon la technologie la plus répandue, les cellules d'électrolyse comportent une pluralité d'anodes dites "précuites" en matériau carboné qui sont consommées lors des réactions de réduction électrolytique de l'aluminium. La consommation progressive des anodes nécessite des interventions sur les cellules d'électrolyse parmi lesquelles figure, notamment, le remplacement des anodes usées par des anodes neuves.
  • Afin de limiter la perturbation du fonctionnement d'une cellule d'électrolyse lors d'un changement d'anode, il est préférable de placer l'anode neuve de manière à ce que sa surface inférieure soit au même niveau que celle des autres anodes de la cellule.
  • Il est connu d'opérer comme suit pour assurer une mise à niveau correcte des anodes neuves. La tige de l'anode usée est marquée d'un trait de craie à un endroit correspondant à un repère déterminé sur le cadre anodique. L'anode usée est extraite de la cellule et déposée sur une surface de référence, qui est typiquement un plateau métallique. Le niveau du trait de craie sur la tige est relevé, l'anode usée est retirée et une anode neuve est placée sur la surface de référence. Un trait de craie est tracé sur la tige de l'anode neuve au niveau relevé. L'anode neuve est placée sur le cadre anodique de façon à ce que le trait de craie soit situé au niveau du repère déterminé sur le cadre anodique. Ces opérations, essentiellement manuelles, nécessitent l'intervention d'un opérateur dans la zone d'action des outils de manutention des anodes et l'exposent aux risques inhérents à ces opérations, tels que les risques de décrochement de la charge et les projections de métal liquide.
  • Il est également connu de munir l'outil de manutention des anodes d'un capteur de position. Dans ce cas, on mesure la distance parcourue par l'outil lors de la prise de l'anode usée, on dépose l'anode usée sur une surface de référence et on mesure la distance parcourue par l'outil au moment où l'anode repose sur la surface de référence. On retire l'anode usée, on dépose une anode neuve sur la surface de référence et on mesure la distance parcourue par l'outil au moment où l'anode repose sur la surface de référence. L'écart entre les deux dernières distances mesurées est ajouté à la première distance mesurée afin de déterminer la distance à faire parcourir à l'outil de manutention lors du positionnement de l'anode neuve dans la cellule d'électrolyse.
  • Ces différentes façons de procéder nécessitent de multiples manipulations d'anode et le déplacement de la surface de référence d'une zone de travail à une autre. Le temps passé à ces opérations allonge considérablement les temps de cycle d'intervention sur les cellules d'électrolyse et la période de temps pendant laquelle les capots des cuves restent ouverts, ce qui réduit l'efficacité des moyens de captation des effluents produits par les cellules d'électrolyse.
  • La demanderesse a donc recherché une procédure et des moyens qui permettent d'éviter ces inconvénients.
    • Description de l'invention
  • L'invention a pour objet un procédé de changement d'anode d'une cellule de production d'aluminium par électrolyse ignée tel que décrit par la revendication 1. L'invention permet d'effectuer les mesures nécessaires au positionnement d'une anode de remplacement lors des mouvements de manutention nécessaires au remplacement d'une anode (à savoir typiquement la prise d'une anode usée sur une cellule d'électrolyse, le dépôt de l'anode usée sur une palette ou un véhicule, la prisé d'une anode de remplacement sur une palette ou un véhicule et la mise en place de l'anode de remplacement dans la cellule), ce qui présente l'avantage de ne pas nécessiter des mouvements de manutention supplémentaires. L'invention permet ainsi d'éviter, notamment, un allongement du temps d'ouverture d'une cellule d'électrolyse.
  • Le ou les faisceaux d'ondes sonores ou électromagnétiques sont avantageusement préalablement placés à un endroit qui permet le passage d'une anode usée ou d'une anode de remplacement au travers du ou des faisceaux lors des mouvements de manutention normaux de ces anodes, par exemple au-dessus d'une cellule d'électrolyse, d'une palette, ou d'un véhicule.
  • Les prises de mesure peuvent être manuelles, c'est-à-dire qu'un opérateur enregistre les données obtenues à chaque étape du procédé, ou automatisées en tout ou partie, c'est-à-dire qu'un appareil informatisé effectue de manière automatique tout ou partie, des mesures.
  • L'invention a aussi pour objet un système de mesure tel que décrit par la revendication 19. L'invention a encore pour objet une machine de service destinée aux opérations de changement d'anode d'une série de cellules de production d'aluminium par électrolyse ignée, ladite machine comportant au moins un outil de manutention d'anode comprenant organe de positionnement, un organe de préhension et un capteur de position verticale de l'organe de préhension, et étant caractérisée en ce qu'elle comporte en outre ledit système de mesure.
  • 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 est décrite plus en détail ci-après à l'aide des figures annexées.
    • La figure, 1 illustre, vue en section, une salle d'électrolyse typique destinée à la production d'aluminium et comprenant une unité de service représentée de manière schématique.
    • La figure 2 illustre, vue en section transversale, une cellule d'électrolyse typique destinée à la production d'aluminium.
    • La figure 3 représente, de manière schématique, une machine de service vue de côté.
    • Les figures 4 et 7 illustrent un mode de réalisation du procédé de changement d'anode selon l'invention.
    • Les figures 8 à 10 représentent, de manière schématique, des modes de réalisation des moyens de détection de la position d'une anode 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 (4). Les 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).
  • Les cellules d'électrolyse (2) sont normalement disposées en rangées ou files, chaque rangée pu file comportant typiquement plus d'une centaine de cellules, et raccordées électriquement en série à l'aide de conducteurs de liaison. Les cellules (2) sont disposées de manière à dégager ,des voies de circulation (3) entre les cellules et le long de la salle d'électrolyse (1).
  • Tel qu'illustré à la figure 2, chaque cellule d'électrolyse (2) comprend une cuve (2'), une structure de support (35) appelée "superstructure" et une pluralité d'anodes (20, 20'). La cuve (2') comprend un caisson (26) en acier, un revêtement intérieur (27, 28), qui est généralement formé par des blocs en matériaux réfractaires, et un ensemble cathodique (29, 30), qui comprend des blocs en matériau carboné (29), appelés "blocs cathodiques", et des barres de raccordement métalliques (30) auxquelles sont fixés les conducteurs électriques (31) servant à l'acheminement du courant d'électrolyse. Les anodes (20, 20') comportent au moins un bloc anodique (21, 21') en matériau carboné précuit et une tige métallique (22, 22'). Les blocs anodiques (21, 21') ont typiquement une forme parallélépipédique. La tige (22, 22') est typiquement fixée au(x) bloc(s) anodique(s) (21, 21') par l'intermédiaire d'un élément de fixation (22a, 22a'), généralement appelé "multipode", qui est ancré dans le(s) bloc(s) anodique(s) (typiquement à l'aide de fonte). Les anodes (20, 20') sont fixées de manière amovible à un cadre métallique mobile (23), appelé "cadre anodique", par des moyens de fixation mécaniques (24, 25) comprenant typiquement un connecteur (24) et des crochets (25). Le cadre mobile (23) est porté par la superstructure (35) et fixé à des conducteurs électriques (non illustrés) servant à l'acheminement du courant d'électrolyse.
  • Une cellule d'électrolyse (2) comporte généralement un système de capotage (36), comprenant typiquement une série de capots, pour confiner les effluents à l'intérieur de la cellule, et des moyens (non illustrés) pour évacuer les effluents et les diriger vers un centre de traitement.
  • Le revêtement intérieur (27, 28) et les blocs cathodiques (29) forment, à l'intérieur de la cuve (2'), un creuset apte à contenir le bain d'électrolyte (33) et une nappe de métal liquide (32) lorsque la cellule est en fonctionnement. En général, une couverture d'alumine et de bain solidifié (34) recouvre le bain d'électrolyte et tout ou partie des anodes.
  • Les anodes (20, 20'), et plus précisément des blocs anodiques (21, 21'), sont partiellement immergées dans le bain d'électrolyte (33), qui contient de l'alumine dissoute. La surface inférieure (21a, 21a') des anodes est typiquement essentiellement plane et parallèle à la surface supérieure (29') des blocs cathodiques (29), qui est généralement horizontale. La distance entre la surface inférieure des anodes et la surface supérieure des blocs cathodiques, dite "distance anode-cathode", est un paramètre important dans la régulation des cellules d'électrolyse. La distance anode-cathode est généralement contrôlée avec une grande précision.
  • Les blocs anodiques (21, 21') sont progressivement consommés en utilisation. Afin de compenser cette usure, il est de pratique courante d'abaisser progressivement les anodes (20, 20') en déplaçant régulièrement le cadre mobile (23) vers le bas. En outre, tel qu'illustré à la figure 2, les blocs anodiques (21, 21') sont généralement à des degrés d'usure différents. Par conséquent, la position de l'anode de remplacement (20"), communément appelé "anode neuve", par rapport au cadre mobile (23) est généralement ajustée à chaque changement d'anode. Plus précisément, la position des anodes est ajustée de façon à mettre sur un plan commun la surface dite "inférieure" (21a, 21a', 21a") des blocs anodiques (21, 21', 21"), c'est-à-dire la surface des blocs anodiques qui est destinée à être immergée dans le bain électrolytique (33) contenu dans la cellule d'électrolyse (2) et à être parallèle à la surface supérieure (29') du ou des blocs cathodiques (29). En pratique, l'anode de remplacement (20") est placée de manière à ce que, après avoir atteint sa température de fonctionnement, sa surface inférieure (21a") se situe au niveau de la surface inférieure (21a') de l'anode usée (20') qu'elle remplace. Ladite surface inférieure (21a, 21a', 21a") des blocs anodiques (21, 21', 21") est généralement essentiellement plane.
  • L'unité de service (4) 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.
  • Tel qu'illustré aux figures 1 et 3, l'unité de service (4) comprend un pont mobile (5) qui peut être translaté au-dessus des cellules d'électrolyse (2) et une machine de service (6). La machine de service (6) comporte un chariot mobile (7) et un module de service (8) équipé de plusieurs organes de manutention et d'intervention (10), tels que des outils (pelles, clés, piqueurs,...). Tel qu'illustré à la figure 3, le module de service (8) comporte typiquement une tourelle (8') montée sur le chariot (7) de manière à pouvoir pivoter autour d'un axe vertical V en utilisation. Les organes de manutention et d'intervention (10) sont typiquement fixés à la tourelle. Le module de service (8) peut également comporter une cabine de contrôle (16) pour les opérateurs.
  • Le pont mobile (5) repose et circule sur des chemins de roulement (9, 9') disposés parallèlement l'un à l'autre et à l'axe principal du hall (et de la file de cellules). Le pont mobile (5) peut ainsi être déplacé le long de la salle d'électrolyse (1). Le chariot mobile (7) peut être déplacé le long du pont mobile (5).
  • Tel qu'illustré à la figure 3, les machines de service (6) utilisées pour les opérations de changement d'anode sont équipées d'un ensemble déterminé d'outils (10), à savoir typiquement un piqueur (11a), une pelle à godets (12a), un organe de préhension d'anode (appelé "pince à anodes") (13a) et une trémie (14) munie d'un conduit escamotable (15). Le piqueur (11a) sert à briser la croûte d'alumine et de bain solidifié (34) qui couvre généralement tout ou partie des anodes de la cellule ; la pelle à godets (12a) 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 l'alumine) qui s'y trouvent ; la pince à anodes (13a) sert 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 (15) 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. Le piqueur (11a), la pelle à godets (12a) et la pince à anodes (13a) sont typiquement montés à l'extrémité inférieure d'un organe de positionnement (11b, 12b, 13b), tel qu'un mât ou un bras télescopique. L'expression "outil de manutention d'anode" (13) désigne l'ensemble comprenant un organe de préhension d'anode (13a) et un organe de positionnement (13b).
  • Pour la mise en oeuvre de l'invention, la machine de service (6) comporte au moins un outil de manutention d'anode (13) muni d'un organe de positionnement (13b), d'un organe de préhension (13a) et d'un capteur de position verticale (13c) de l'organe de préhension.
  • Le procédé de changement d'une anode d'une cellule (2) de production d'aluminium par électrolyse comportant une pluralité d'anodes (20, 20') comporte typiquement les étapes de base suivantes :
    • on place une machine de service à proximité de l'anode usée déterminée (20') ;
    • on retire les capots (36) situés à proximité de l'anode usée (20') ;
    • on immobilise le cadre mobile (23) auquel sont fixées les anodes (20, 20') ;
    • on saisit la tige métallique de l'anode usée (20') à l'aide d'un outil de manutention d'anode (13), et plus précisément à l'aide d'un organe de préhension (13a) ;
    • on défait la fixation mécanique (24) de l'anode usée ;
    • on retire l'anode usée (20') de la cellule d'électrolyse à l'aide dudit outil de manutention (13) ;
    • on dépose l'anode usée (20') dans un endroit déterminé ;
    • on saisit une anode de remplacement (20") à l'aide d'un outil de manutention (13), généralement le même outil que celui qui a servi à manutentionner l'anode usée ;
    • on détermine une position verticale pour l'anode de remplacement (20") ;
    • on place l'anode de remplacement (20") à la position verticale déterminée dans l'emplacement initialement occupé par l'anode usée ;
    • on fixe l'anode de remplacement (20") sur le cadre mobile (23) à l'aide d'un moyen fixation mécanique (24).
  • Selon l'invention, on détermine une position verticale pour l'anode de remplacement (20") à l'aide de mesures effectuées lors de la manutention des anodes. Ces mesures portent, d'une part, sur la position de l'outil de manutention d'anode et, d'autre part, sur le passage des anodes à travers un axe déterminé ou un plan déterminé hors de la cellule d'électrolyse. A cette fin, d'une part, on crée un axe ou un plan de référence immatériel, délimités par des ondes sonores ou électromagnétiques, et on détecte le passage des anodes à travers cet axe ou ce plan à l'aide d'un système de détection d'ondes sonores ou électromagnétiques. D'autre part, on utilise un outil de manutention d'anode (13) comprenant un capteur de position verticale (13c) de l'organe de préhension (13a), et on mesure les déplacements de l'organe de préhension au cours des opérations de manutention des anodes. On détermine la position verticale de l'anode de remplacement à partir des mesures de déplacement de l'organe de préhension à des moments déterminés, à savoir la prise de l'anode usée, le passage de l'anode usée à travers l'axe ou le plan déterminé et le passage de l'anode de remplacement à travers l'axe ou le plan déterminé.
  • Dans le mode de réalisation de l'invention qui est illustré aux figures 4 à 7, on procède comme suit :
    • on produit au moins un faisceau d'ondes sonores ou électromagnétiques (51) dans un axe déterminé ou un plan de référence déterminé (50) (figure 4) ;
    • on positionne un outil de manutention d'anodes (13) comportant un capteur de position verticale (13c) de l'organe de préhension (13a) au niveau d'une anode usée déterminée (20') et on place un organe de préhension (13a) en position de saisie de la tige métallique (22') de cette anode (20') (figure 4) ;
    • on saisit la tige métallique (22') d'une anode usée déterminée (20') à l'aide de l'organe de préhension (13a) d'un outil de manutention d'anode (13) et, à l'aide du capteur de position, on mesure une première distance verticale A parcourue par l'organe de préhension (figure 4) ;
    • on défait la fixation mécanique (24) de l'anode usée (20'), on retire l'anode usée (20') de la cellule d'électrolyse à l'aide dudit outil de manutention (13), on fait passer le(s) bloc(s) anodique(s) (21') de cette anode à travers ledit faisceau en un mouvement vertical et, à l'aide dudit capteur de position, on mesure une deuxième distance verticale B parcourue par l'organe de préhension au moment où la surface de référence (21a') de l'anode traverse ledit faisceau (figure 5) ;
    • on saisit la tige métallique (22") d'une anode de remplacement (20") à l'aide d'un organe de préhension (13a), on fait passer le(s) bloc(s) anodique(s) (21") de cette anode à travers ledit faisceau en un mouvement vertical et, à l'aide dudit capteur de position, on mesure une troisième distance verticale C parcourue par l'organe de préhension au moment où la surface de référence (21a") de l'anode traverse ledit faisceau (figure 6) ;
    • on détermine la position verticale de l'anode de remplacement (20") dans la cellule à partir des valeurs obtenues pour lesdites première, deuxième et troisième distances parcourues (A, B et C), et on place l'anode de remplacement (20") à cette position verticale dans l'emplacement initialement occupé par l'anode usée (figure 7) ;
    • on fixe l'anode de remplacement (20") sur le cadre mobile (23) à l'aide d'un moyen fixation mécanique (24).
  • Lesdites mesures de distance peuvent être effectuées pendant les manipulations normales de remplacement des anodes usées. L'invention permet ainsi de limiter sensiblement les opérations de manutention requises pour déterminer la position de l'anode de remplacement. On utilise le même organe de préhension (13a) pour manutentionner une anode usée déterminée (20') et l'anode de remplacement (20") destinée à la remplacer. Cette variante permet d'éviter un étalonnage des capteurs d'outils distincts et les différences de mesure de distance inhérentes à l'utilisation d'outils distincts. Ainsi, on dépose l'anode usée (20') dans un endroit déterminé avant de saisir la tige métallique (22") de l'anode de remplacement (20") avec l'organe de préhension (13a).
  • Ladite première distance (A) peut être mesurée avant ou après avoir saisi la tige (22') de l'anode usée (20'). Cette distance est de préférence mesurée après avoir saisi la tige (22') et après avoir mis l'outil de manutention (13) sous tension mécanique, afin de rattraper les éventuels jeux mécaniques et d'améliorer la précision de la mesure.
  • La surface de référence (21a, 21a', 21a") des anodes est de préférence la surface dite "inférieure" du (des) bloc(s) anodique(s) (21, 21', 21").
  • Afin de limiter les mouvements de manutention des anodes, on mesure ladite distance verticale B lors d'un mouvement vers le bas d'une anode usée (20'), lors du dépôt de l'anode dans l'endroit déterminé, qui est généralement une palette ou un véhicule (40, 40') destinés à son évacuation. Dans ce but, ledit faisceau est disposé à une hauteur déterminée au-dessus dudit endroit déterminé.
  • Afin de limiter les mouvements de manutention des anodes, on mesure ladite distance verticale C lors d'un mouvement vers le haut d'une anode de remplacement (20"), lors de l'enlèvement de l'anode d'un endroit de stockage temporaire, qui est généralement une palette ou un véhicule (40, 40") utilisés pour sa fourniture. Dans ce but, ledit faisceau est disposé à une hauteur déterminée au-dessus dudit endroit de stockage.
  • La position verticale d'une anode de remplacement (20") correspond à une distance verticale A' parcourue par l'organe de préhension (13a) lors de la mise en place de l'anode de remplacement dans l'emplacement initialement occupé par une anode usée déterminée. En pratique, lors de la mise en place de l'anode de remplacement, on stoppe le mouvement de descente de l'organe de préhension lorsque la distance parcourue par celui-ci est égale à A'. La distance verticale A' est typiquement donnée par la relation A' = A - B + C + D, où D est un terme de correction pour prendre en compte la mise en régime de fonctionnement de l'anode de remplacement dans la cellule.
  • Selon un mode de réalisation du procédé selon l'invention, on remplace les anodes usées (20') une à une par des anodes de remplacement (20").
  • Selon un autre mode de réalisation du procédé selon l'invention, on remplace au moins deux anodes usées (20') à la fois par des anodes de remplacement (20"). Dans ce cas, lesdites distances A, B et C sont mesurées, et ladite distance A' déterminée, pour chacun des couples anode usée (20') / anode de remplacement (20"). Ce mode de réalisation de l'invention est avantageusement mis en oeuvre en utilisant une machine de service (6) comportant un nombre d'outils de manutention d'anode (13) au moins égal au nombre des anodes usées qui sont remplacées simultanément.
  • Le capteur de position (13c) sert à mesurer la distance parcourue verticalement par l'organe de préhension (13a) lors des manutentions d'anodes. Les distances sont données par rapport à un niveau de référence N, qui peut être quelconque. Le niveau de référence N est de préférence le même pour toutes les mesures de distance lors d'un même changement d'anode afin de simplifier les calculs et d'éviter d'introduire des incertitudes dans la détermination de la position finale de l'anode de remplacement.
  • Le capteur de position (13c) peut-être, par exemple, un encodeur à câble ou un télémètre laser. Le capteur de position est intégré à l'outil de manutention d'anode (13). Le capteur de position (13c) est fixé rigidement à la partie fixe de l'organe de positionnement (13b) de l'outil de manutention d'anode (13) ; il permet de mesurer la distance relative d'un point déterminé solidaire de l'organe de préhension. Par exemple, le capteur de position peut être fixé au coulissant d'un bras ou mât télescopique auquel est fixé l'organe de préhension.
  • Afin de compenser les jeux éventuels entre les composants de l'outil de manutention d'anode (13) et entre l'organe de préhension d'anode (13a) et une tige d'anode (22, 22'), il est avantageux d'effectuer ladite première mesure de distance parcourue A en traction, c'est-à-dire après avoir mis en tension la chaîne cinématique de l'outil (avant desserrement du connecteur (24) qui maintient la tige de l'anode sur le cadre mobile (23)), car les autres mesures de distance sont faites en traction dans le cadre de l'invention (l'axe ou le plan de référence étant immatériels et l'anode de remplacement étant suspendue à l'organe de préhension lors de l'ajustement de sa position dans la cellule). Afin de pouvoir tenir compte desdits jeux, il est avantageux de munir l'outil de manutention d'anode (13) d'un moyen de mesure de la tension dans l'outil, tel qu'un dynamomètre axial, qui permet de connaître le moment où la chaîne cinématique de l'outil est en traction et de déterminer le moment où les jeux mécaniques sont tous repris dans le même sens.
  • Lesdites ondes sonores sont typiquement des ondes ultrasonores.
  • Lesdites ondes électromagnétiques sont typiquement de la lumière visible, des infrarouges ou des ondes radio. Il est avantageux de générer ledit faisceau (51) à l'aide d'un laser.
  • La surface inférieure (21a, 21a', 21a") des anodes, notamment des anodes usées, peuvent posséder des irrégularités qui proviennent notamment de défauts de surface, d'une usure irrégulière des anodes ou de dépôts de matière (telle que de l'alumine) lors de l'utilisation des anodes. Afin d'éviter les fausses mesures de distance parcourue provenant d'irrégularités de la surface de référence (21a, 21a', 21a"), on génère de préférence deux ou plusieurs (typiquement trois) faisceaux d'ondes sonores ou électromagnétiques (51) de façon à former un plan de référence déterminé (50). Cette variante de l'invention est typiquement mise en oeuvre à l'aide d'un générateur comportant deux ou plusieurs sources d'ondes sonores ou électromagnétiques, c'est-à-dire que chaque faisceau (51) est généré par une source d'ondes distincte (dans le cas des ondes électromagnétiques, chaque source est typiquement un laser). Dans cette variante, les distances parcourues (B et C) sont avantageusement données par la moyenne des distances parcourues mesurées pour chacun des faisceaux (après avoir éventuellement éliminé une ou des valeurs jugées aberrantes).
  • Ledit axe déterminé ou le plan de référence déterminé (50) est de préférence sensiblement horizontal. L'angle entre l'horizontale et ledit axe ou plan de référence déterminé (50) est de préférence inférieur à environ 10°, et de préférence encore inférieur à environ 5°.
  • Le moment où la surface de référence (21a', 21a") d'une anode traverse ledit faisceau peut être déterminé de différentes manières. Selon une manière avantageuse de procéder, qui peut être aisément informatisée, on utilise un générateur (ou émetteur) d'ondes sonores ou électromagnétiques pour produire ledit faisceau et un détecteur (ou récepteur) pour détecter ledit faisceau. Selon un premier mode de réalisation de cette manière de procéder, qui est représenté schématiquement à la figure 8, on dispose un détecteur d'ondes sonores ou électromagnétiques (54) en regard d'un générateur de faisceau d'ondes sonores ou électromagnétiques (52) de manière à ce que le détecteur puisse détecter le faisceau produit par le générateur (figure 8a). On détecte le moment où la surface de référence (21a', 21a") d'une anode (20', 20") traverse ledit faisceau lorsque le bloc anodique (21', 21") interrompt la transmission dudit faisceau au détecteur (figure 8b).
  • Selon un autre mode de réalisation de cette manière de procéder, qui est représenté schématiquement à la figure 9, on dispose un détecteur d'ondes sonores ou électromagnétiques (54) et un générateur de faisceau d'ondes sonores ou électromagnétiques (52) en regard d'une surface réfléchissante (55), tel qu'un miroir, de manière à ce que le détecteur puisse détecter le faisceau produit par le générateur et réfléchi par la surface réfléchissante (55) (figure 9a). Ces éléments peuvent être disposés en triangle de manière à former un plan. On détecte le moment où la surface de référence (21a', 21a") d'une anode (20', 20") traverse ledit faisceau lorsque le bloc anodique (21', 21") interrompt la transmission dudit faisceau au détecteur (figure 9b).
  • Selon encore un autre mode de réalisation de cette manière de procéder, qui est représenté schématiquement à la figure 10, on dispose un détecteur d'ondes sonores ou électromagnétiques (54) et un générateur de faisceau d'ondes sonores ou électromagnétiques (52) de manière à ce que le détecteur puisse détecter le faisceau produit par le générateur et réfléchi par le bloc anodique (21', 21") (figure 10a). On détecte le moment où la surface de référence (21a', 21a") d'une anode (20', 20") traverse ledit faisceau lorsque le bloc anodique (21', 21") réfléchit tout ou partie dudit faisceau vers le détecteur (figure 10b). Des essais ont montré que la réflectivité de la surface d'une anode neuve ou usée était suffisante pour permettre un fonctionnement satisfaisant de ce mode de réalisation. Ce mode de réalisation présente l'avantage de permettre de regrouper aisément le détecteur et le générateur sur un même organe de positionnement (53).
  • Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre à l'aide d'un système de mesure comprenant un capteur de position (13c) pour mesurer les distances verticales parcourues par un organe de préhension (13a) d'un outil de manutention d'anode (13), un générateur de faisceau d'ondes sonores ou électromagnétiques (52), apte à produire au moins un faisceau d'ondes sonores ou électromagnétiques (51) dans un axe ou un plan de référence déterminé (50), au moins un détecteur d'ondes sonores ou électromagnétiques (54) apte à détecter le passage d'une partie déterminée (21a, 21a', 21a") d'une anode (20, 20', 20") à travers ledit faisceau et au moins un organe de positionnement (53) auquel est fixé ledit générateur et/ou ledit détecteur. Le capteur de position (13c) est de préférence intégré à l'outil de manutention d'anode (13). Le générateur (52) comporte typiquement une source pour chaque faisceau d'ondes sonores ou électromagnétiques (52). Dans la variante de l'invention où les faisceaux sont formés d'ondes électromagnétiques, le générateur comporte avantageusement au moins un laser.
  • Dans un mode de réalisation de l'invention, le ou chaque organe de positionnement (53) du système de mesure est, directement ou indirectement, fixé à une voie de circulation (3) ou posé sur celle-ci.
  • Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le système de mesure est intégré à une unité de service (4) destinée aux opérations de changement d'anodes. Ce mode de réalisation de l'invention facilite le déplacement et le positionnement du système de mesure. Il permet en outre d'effectuer les mesures nécessaires au positionnement d'une anode de remplacement lors des mouvements de manutention normaux d'une anode usée et d'une anode de remplacement. Le système de mesure selon l'invention est de préférence intégré à la machine de service (6) de ladite unité de service (4), et de préférence encore au module (8) de ladite machine de service (6). Dans ces cas, le capteur de position verticale (13c) de l'organe de préhension (13a) du système de mesure est typiquement celui dont est muni l'outil de manutention d'anode (13). Dans ces variantes, le ou chaque organe de positionnement (53) du système de mesure est, directement ou indirectement, fixé à une unité de service (4), à une machine de service (6) ou à un module de service (8).
  • Le ou chaque organe de positionnement (53) du système de mesure est typiquement un bras ou un mât télescopique. Lorsque le système de mesure est intégré à une unité de service (4), le générateur (52) et/ou le détecteur (54) sont typiquement fixés dans la partie basse de l'organe de positionnement (53).
  • Les mesures de distance parcourue (A, B, C, A') peuvent être effectuées avec ou sans l'intervention d'un opérateur. Par exemple, le détecteur peut émettre un signal électrique, lumineux ou sonore lorsque la surface de référence déterminée d'une anode traverse le ou les dits faisceaux et un opérateur peut enregistrer la valeur de distance parcourue par l'organe de préhension donnée par le capteur de position au moment de l'émission dudit signal. La détermination de la distance A' correspondant à la position de l'anode de remplacement peut également être effectuée par un opérateur à l'aide des valeurs obtenues pour les première, deuxième et troisième distances parcourues (A, B et C). Afin d'alléger la tâche des opérateurs et d'éviter les erreurs de calcul, la mesure des dites distances (A, B, C, A') est avantageusement effectuée en tout ou partie de manière informatique. Par exemple, le passage de la surface de référence (21a, 21a', 21a") des anodes à travers ledit faisceau peut déclencher électriquement ou électroniquement la mesure du capteur de position et l'enregistrement de la distance correspondante. Le système de mesure comporte avantageusement un dispositif pour enregistrer les mesures effectuées et pour déterminer ladite position verticale de l'anode de remplacement (20").
  • Le générateur (52) et le détecteur (54) peuvent se situer sur un même organe de positionnement (53) ou sur des organes de positionnement distincts. Le générateur (52) et détecteur (54) peuvent éventuellement être intégrés dans un même dispositif.

Claims (34)

  1. Procédé de changement d'anode d'une cellule de production d'aluminium par électrolyse ignée (2), chaque anode comprenant au moins un bloc anodique (21, 21', 21 ") et une tige métallique (22, 22', 22") et étant fixée de manière amovible à un cadre métallique mobile (23), chaque bloc anodique possédant une surface de référence (21a, 21a', 21a"), procédé par lequel on remplace au moins une anode usée déterminée (20') par une anode de remplacement (20") en utilisant au moins un outil de manutention d'anode (13) comprenant un organe de positionnement (13b), un organe de préhension (13a) et un capteur de position verticale (13c) de l'organe de préhension, dans lequel on utilise le capteur de position (13c) du ou de chaque outil de manutention d'anode (13) pour mesurer les distances parcourues verticalement par le ou chaque organe de préhension (13a) par rapport à un niveau de référence N, et dans lequel on produit au moins un faisceau d'ondes sonores ou électromagnétiques (51) dans un axe ou un plan de référence déterminé (50),
    ledit procédé comprenant les étapes suivantes:
    a) on place ledit organe de préhension (13a) en position de saisie de la tige métallique (22') de ladite anode usée (20') et on mesure la distance verticale A parcourue par l'organe de préhension (13a) pour atteindre ladite position ;
    b) on retire l'anode usée (20') de la cellule d'électrolyse, on fait passer le bloc anodique (21') de cette anode à travers ledit faisceau (51) en un mouvement vertical et on mesure la distance verticale B parcourue par l'organe de préhension (13a) au moment où la surface de référence (21a') de cette anode traverse ledit faisceau ;
    c) on saisit la tige métallique (22") de ladite anode de remplacement (20") à l'aide dudit organe de préhension, on fait passer le bloc anodique (21") de cette anode à travers ledit faisceau (51) en un mouvement vertical et on mesure la distance verticale C parcourue par l'organe de préhension (13a) au moment où la surface de référence (21a") de cette anode traverse ledit faisceau ;
    d) on détermine la position verticale de l'anode de remplacement (20") dans la cellule à partir des valeurs obtenues pour lesdites distances parcourues A, B et C, et on place l'anode de remplacement (20") à cette position dans l'emplacement initialement occupé par l'anode usée (20');
    ledit procédé étant caractérisé en ce que ledit capteur de position verticale (13c) est intégré à l'outil de manutention d'anode (13) et en ce qu'on dépose l'anode usée et on prélève l'anode de remplacement à l'aide dudit outil de manutention dans un endroit déterminé, ledit faisceau (51) étant disposé à une hauteur déterminée au-dessus dudit endroit déterminé, typiquement une aire de stockage temporaire, de sorte que lesdites mesures des distances verticales B et C sont effectuées respectivement lors du dépôt de ladite anode usée et lors du prélèvement de ladite anode de remplacement dans ledit endroit déterminé.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de référence (21a, 21a', 21a") des anodes est la surface dite "inférieure" du bloc anodique (21, 21', 21") qui est destinée à être immergée dans le bain électrolytique (33) contenu dans la cellule d'électrolyse (2).
  3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que l'on mesure ladite distance verticale B lors d'un mouvement vers le bas de l'anode usée (20').
  4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on mesure ladite distance verticale C lors d'un mouvement vers le haut de l'anode de remplacement (20").
  5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite position verticale de l'anode de remplacement (20") correspond à une distance verticale A' parcourue par l'organe de préhension (13a) lors de la mise en place de l'anode de remplacement dans l'emplacement initialement occupé par l'anode usée (20').
  6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la distance verticale A' est donnée par la relation A' = A - B + C + D, où D est un terme de correction pour prendre en compte la mise en régime de fonctionnement de l'anode de remplacement dans la cellule.
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'outil de manutention d'anode (13) est muni d'un moyen de mesure de la tension dans l'outil, tel qu'un dynamomètre axial.
  8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdites ondes électromagnétiques sont choisies parmi la lumière visible, les infrarouges ou les ondes radio.
  9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit faisceau (51) est généré à l'aide d'un laser.
  10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdites ondes sonores sont des ondes ultrasonores.
  11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'on génère deux ou plusieurs faisceaux d'ondes sonores ou électromagnétiques (51) de façon à former un plan de référence déterminé (50).
  12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que chaque faisceau (51) est généré par une source d'ondes distincte.
  13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'on dispose un détecteur d'ondes sonores ou électromagnétiques (54) en regard d'un générateur de faisceau d'ondes sonores ou électromagnétiques (52) de manière à ce que le détecteur puisse détecter le faisceau produit par le générateur et en ce qu'on détecte le moment où la surface de référence (21a', 21a") d'une anode (20', 20") traverse ledit faisceau lorsque le bloc anodique (21', 21") interrompt la transmission dudit faisceau au détecteur.
  14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'on dispose un détecteur d'ondes sonores ou électromagnétiques (54) et un générateur de faisceau d'ondes sonores ou électromagnétiques (52) en regard d'une surface réfléchissante (55) de manière à ce que le détecteur puisse détecter le faisceau produit par le générateur et réfléchi par la surface réfléchissante (55) et en ce qu'on détecte le moment où la surface de référence (21a', 21a") d'une anode (20', 20") traverse ledit faisceau lorsque le bloc anodique (21', 21") interrompt la transmission dudit faisceau au détecteur.
  15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'on dispose un détecteur d'ondes sonores ou électromagnétiques (54) et un générateur de faisceau d'ondes sonores ou électromagnétiques (52) de manière à ce que le détecteur puisse détecter le faisceau produit par le générateur et réfléchi par le bloc anodique (21', 21") et en ce qu'on détecte le moment où la surface de référence (21a', 21a") d'une anode (20', 20") traverse ledit faisceau lorsque le bloc anodique (21', 21") réfléchit tout ou partie dudit faisceau vers le détecteur.
  16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que ledit axe ou le plan de référence déterminé (50) est sensiblement horizontal.
  17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce qu'on remplace les anodes usées (20') une à une par des anodes de remplacement (20").
  18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce qu'on remplace au moins deux anodes usées (20') à la fois par des anodes de remplacement (20").
  19. Système de mesure de la position verticale d'une anode caractérisé en ce qu'il comprend:
    a) un organe de préhension (13a) d'anode
    b) un générateur de faisceau d'ondes sonores ou électromagnétiques (52), apte à produire au moins un faisceau d'ondes sonores ou électromagnétiques (51) dans un axe ou un plan de référence déterminé (50),
    c) au moins un détecteur d'ondes sonores ou électromagnétiques (54) apte à détecter le passage d'une partie déterminée (21a, 21a', 21a") d'une anode (20, 20', 20") à travers ledit faisceau et
    d) un organe de positionnement (53) auquel est fixé ledit générateur et/ou ledit au moins un détecteur, l'organe de positionnement comprenant une partie fixe,
    e) un capteur de position (13c) fixé rigidement à la partie fixe de l'organe de positionnement pour mesurer les distances verticales parcourues par ledit organe de préhension d'anode par rapport à un niveau de référence N.
  20. Système de mesure selon la revendication 19, caractérisé en ce que le générateur (52) et le détecteur (54) se situent sur un même organe de positionnement (53).
  21. Système de mesure selon la revendication 19, caractérisé en ce que le générateur (52) et le détecteur (54) se situent sur des organes de positionnement distincts.
  22. Système de mesure selon l'une quelconque des revendications 19 à 21, caractérisé en ce que l'outil de manutention d'anode (13) est muni d'un moyen de mesure de la tension dans l'outil, tel qu'un dynamomètre axial.
  23. Système de mesure selon l'une quelconque des revendications 19 à 22, caractérisé en ce que le système de mesure comporte un dispositif pour enregistrer les mesures effectuées et pour déterminer la position verticale d'une anode de remplacement (20").
  24. Système de mesure selon l'une quelconque des revendications 19 à 23, caractérisé en ce que le ou chaque organe de positionnement (53) est un bras ou un mât télescopique.
  25. Système de mesure selon l'une quelconque des revendications 19 à 24, caractérisé en ce que le ou chaque organe de positionnement (53) du système de mesure est, directement ou indirectement, fixé à une voie de circulation (3) ou posé sur celle-ci.
  26. Système de mesure selon l'une quelconque des revendications 19 à 25, caractérisé en ce que le ou chaque organe de positionnement (53) du système de mesure est, directement ou indirectement, fixé à une unité de service (4), à une machine de service (6) ou à un module de service (8).
  27. Système de mesure selon l'une quelconque des revendications 19 à 26, caractérisé en ce que ledit axe ou plan de référence déterminé (50) est sensiblement horizontal.
  28. Système de mesure selon l'une quelconque des revendications 19 à 27, caractérisé en ce que lesdites ondes électromagnétiques sont choisies parmi la lumière visible, les infrarouges ou les ondes radio.
  29. Système de mesure selon la revendication 28, caractérisé en ce que ledit générateur (52) comporte au moins un laser.
  30. Système de mesure selon l'une quelconque des revendications 19 à 29, caractérisé en ce que lesdites ondes sonores sont des ondes ultrasonores.
  31. Système de mesure selon l'une quelconque des revendications 19 à 30, caractérisé en ce que le générateur est apte à produire deux ou plusieurs faisceaux d'ondes sonores ou électromagnétiques (51) de façon à former un plan de référence déterminé (50).
  32. Système de mesure selon la revendication 31, caractérisé en ce que le générateur comporte une source d'ondes distincte pour chaque faisceau (51).
  33. Machine de service (6) destinée aux opérations de changement d'anode d'une série de cellules de production d'aluminium par électrolyse ignée (2), comportant au moins un outil de manutention d'anode (13) comprenant un organe de positionnement (13b) et un organe de préhension (13a), caractérisé en ce qu'il comporte un système de mesure selon l'une quelconque des revendications 19 à 32.
  34. Unité de service (4) d'une usine de production d'aluminium par électrolyse ignée comprenant un pont mobile (5) et au moins une machine de service (6) selon la revendication 33.
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