EP2430215B1

EP2430215B1 - Dispositif pour collecter les debris solides presents dans le bain et le metal liquide d'une cuve d lectrolyse destinee a la production d'aluminium, par raclage du fond de ladite cuve

Info

Publication number: EP2430215B1
Application number: EP10727005.0A
Authority: EP
Inventors: Stéphane DAVID; Arnaud Wattel
Original assignee: Fives ECL SAS
Current assignee: Fives ECL SAS
Priority date: 2009-05-11
Filing date: 2010-05-10
Publication date: 2019-08-21
Anticipated expiration: 2030-05-10
Also published as: US20120047668A1; EP2430215A1; CN102421943B; CA2761504A1; AU2010247248B2; CN102421943A; RU2522411C2; FR2945296A1; RU2011150237A; FR2945296B1; WO2010130892A1; AU2010247248A1

Description

L'invention concerne la production d'aluminium par électrolyse ignée selon le procédé de Hall-Héroult. Elle concerne plus particulièrement un dispositif destiné à collecter les débris solides en immersion ou flottant dans le bain d'électrolyse et le métal liquide, notamment les boues provenant du bain électrolytique et qui s'accumulent sur le fond de cuve, ainsi que les restes de carbone et les débris de croûte qui proviennent en particulier des diverses opérations effectuées avant et pendant l'enlèvement des anodes usées.
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. Dans chaque cellule, le bain d'électrolyte et le métal liquide sont contenus dans une cuve, dite « cuve d'électrolyse », comprenant un caisson en acier, qui est revêtu intérieurement de matériaux réfractaires et/ou isolants, et un ensemble cathodique situé au fond de la cuve. Des anodes, typiquement en matériau carboné, sont partiellement immergées dans le bain d'électrolyte.
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 et les ajouts ou prélèvements d'électrolyte. Afin d'effectuer ces interventions, les usines sont en général équipées d'une ou plusieurs unités de service comprenant un pont mobile qui peut être translaté au-dessus et le long des séries des cellules d'électrolyse, et un ou plusieurs modules de service, chacun comprenant un chariot, apte à être déplacé sur le pont mobile, et des organes de manutention et d'intervention, tels que des pelles et des palans, appelés communément "outils". 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). Le module de service comprend en général, attaché au chariot, un châssis rotatif, appelé tourelle porte-outils, qui est apte à tourner autour d'un axe vertical et est solidaire desdits outils. Chaque outil peut être fixé au bout d'un câble manoeuvré par un treuil attaché à ladite tourelle, ou encore au bout d'un bras, ce dernier pouvant être télescopique et/ou articulé.
L'une des interventions nécessaires au cours du remplacement des anodes est le nettoyage de la zone qui était occupée par l'anode usée et qui doit être occupée par la nouvelle anode. Cette zone est essentiellement constituée par le bain et le métal liquide mais peut contenir de nombreux débris solides qu'il est nécessaire d'enlever avant de mettre en place la nouvelle anode. Au cours de l'électrolyse, il se forme à la surface supérieure du bain une croûte dure de cryolithe fluorée et d'alumine. Cette croûte présente l'avantage de conserver la chaleur au sein du bain et constitue donc une enveloppe calorifuge efficace. Mais elle est extrêmement dure et adhère à la paroi du bloc anodique, de sorte qu'il s'avère nécessaire de la rompre autour de l'anode usée, afin de permettre l'extraction de celle-ci. Typiquement, la rupture de la croûte est réalisée à l'aide d'outils tels que des piqueurs, appelés "piqueurs brise-croûte". Il se forme alors, lors de l'enlèvement de l'anode usée, un orifice dans la croûte, orifice qui est laissé vacant jusqu'à l'installation de la nouvelle anode et que nous appellerons par la suite "trou anodique". La rupture de la croûte et les manipulations du bloc anodique usé engendrent inévitablement la formation de morceaux ou parties solides qui surnagent ou restent en suspension dans le bain d'électrolyse, ou encore qui tombent au fond de la cuve. Il est alors nécessaire de les prélever au moyen d'un outil de collecte, appelé communément "pelle à croûte".
La demande de brevet européen EP-A- 0 440 488 décrit un exemple de pelle à croûte associée à un véhicule particulier, distinct d'une machine de service. La demande de brevet européen EP-A-0 618 313 décrit, mais de façon peu détaillée, un exemple de machine de service équipée d'une dispositif propre à assurer la rupture de la croûte au voisinage d'une anode usée ainsi que le nettoyage du trou anodique. La pelle à croûte communément employée est une pince constituée de deux godets disposés symétriquement par rapport à un plan sensiblement vertical et articulés, pivotant autour de deux axes sensiblement horizontaux, éventuellement confondus. Chaque godet présente un bord d'attaque, appelé également "lame", en vis-à-vis du bord d'attaque de l'autre godet. Pour recueillir les débris, on plonge la pelle à croûte, en position ouverte, dans le bain puis on fait passer la pelle à croûte d'une position ouverte à une position fermée, en utilisant au moins un actionneur qui agit soit directement sur un godet, soit de préférence sur un embiellage conçu pour mettre les godets en un mouvement de rotation sensiblement symétrique l'un par rapport à l'autre, les débris solides situés entre les deux godets se trouvant ainsi piégés, alors que le milieu liquide, mélange de bain d'électrolyte et de métal fondu peut encore s'échapper, en particulier par des ouvertures ménagées dans les parois des godets.
Traditionnellement, le mouvement d'ouverture et de fermeture de la pelle à croûte est animé par l'actionnement d'un vérin pneumatique qui agit sur un embiellage conçu pour transformer le mouvement de translation du vérin en deux mouvements de rotation symétriques des godets. Avant de placer la nouvelle anode dans la cellule, il faut s'assurer que l'ensemble des débris de croûte et de carbone qui se trouvent dans le trou anodique a été enlevé. Comme certains d'entre eux peuvent reposer sur le fond de la cuve, il est nécessaire de plonger la pelle à croûte dans le milieu liquide constitué par le bain et le métal de sorte que ses bords d'attaque affleurent le fond de la cuve. Mais comme les bords d'attaque des godets décrivent des trajectoires circulaires lorsque la pelle à croûte se ferme pour ramasser les débris, la manoeuvre de la pelle est très délicate, car l'ensemble cathodique qui constitue le fond de la cuve risque de subir un endommagement important lors de cette opération. Pour éviter une telle détérioration, il faudrait imposer à l'axe ou aux axes de pivotement des godets une position en altitude telle que les bords d'attaque des godets ne touchent jamais le fond de la cuve pendant la manoeuvre, tout en étant les plus proches possible de ce fond de façon à ce que le nettoyage soit efficace. Toutefois, cette position est difficile à évaluer car il n'y a pas d'accès visuel au fond de cuve. D'autre part, cette position théorique rend, en raison du décrit circulaire des lames, la pelle à croûte peu efficace dans les phases où celles-ci sont les plus éloignées du fond de cuve, une partie des débris reposant sur le fond de cuve risquant de ne pas être collectée.
La demande de brevet allemande DE3131624 propose un mécanisme permettant de donner à l'extrémité des lames des coquilles d'une pelle à croûte une trajectoire d'ensemble sensiblement horizontale lors de leur fermeture, empêchant les lames de racler le sol.
Ainsi, cette opération de nettoyage du trou d'anode à l'aide de la pelle à croûte se heurte à deux difficultés antagonistes: soit on est trop près du fond de cuve et, dans ce cas, on risque de le détériorer, soit on en est trop éloigné et le nettoyage est insuffisant. Quelle que soit la façon de procéder, il subsiste un risque non négligeable d'instabilité générale d'ordre électrique et magnétique dans le fonctionnement de la cuve, conduisant à une baisse de rendement de l'installation.
La demande de brevet européen EP-A-1 178 004 propose une solution susceptible de résoudre le problème exposé dans le paragraphe précédent. Cette solution consiste à utiliser une pelle à godets montée sur un bras vertical mais à ne pas fixer directement le châssis solidaire des axes des godets sur ledit bras vertical. A cette fin, on dédouble le châssis en une partie appelée "châssis porte-pelle", qui reste solidaire du bras attaché à la tourelle porte-outils et en une partie appelée "châssis support des godets", mobile verticalement par rapport au châssis porte-pelle de sorte que, le centre de rotation instantanée des godets pouvant se déplacer alors que le bras reste immobile par rapport au fond de cuve, on puisse donner aux bords d'attaque des godets une trajectoire sensiblement rectiligne. La pelle peut être placée de telle sorte que ses bords d'attaque affleurent le fond de cuve pendant toute l'opération de fermeture de la pelle. Toutefois, une telle solution se traduit par une complication importante du mécanisme de la pelle, avec un embiellage de fermeture des godets complexe comprenant "une bielle de transmission d'efforts, dont l'une des extrémités est articulée [ ... ] sur les godets [ ... ] et dont l'autre extrémité est articulée sur une bielle rotative d'actionnement, elle-même articulée sur le châssis support des godets, ladite bielle rotative étant reliée mécaniquement au châssis porte-pelle au moyen d'une bielle de compensation articulée sur le châssis porte-pelle, ladite bielle rotative étant par ailleurs actionnée en rotation au moyen d'un vérin d'actionnement, dont le point d'application est solidaire du châssis support des godets". Une telle solution impose d'introduire dans la pelle à croûte de nombreuses pièces intermédiaires destinées à fonctionner en milieu hostile et à subir des vibrations de fortes amplitudes, en particulier à cause des sollicitations associées au claquage des godets. Cela implique un remplacement fréquent de ces pièces sujettes à une usure rapide.
Le but que s'est fixé la demanderesse a été de réaliser, sans risque d'endommagement du fond de cuve, un nettoyage efficace du trou d'anode lors du remplacement des anodes, tout en faisant appel à un outil simple, peu coûteux , facile à nettoyer, à entretenir et à maintenir.
Un premier objet selon l'invention est une unité de collecte destinée à collecter les débris solides et les boues se trouvant dans les milieux liquides d'une cellule de production d'aluminium, tels que le bain d'électrolyse et le métal liquide, en particulier destinée au nettoyage des trous anodiques, comprenant:

a) un mât vertical actionné par un premier actionneur, appelé également actionneur de levage, qui permet de déplacer ledit mât vertical suivant la direction verticale;
b) un châssis fixé sur ledit mât vertical;
c) au moins un godet articulé, pivotant autour d'un axe sensiblement horizontal, monté sur ledit châssis, présentant un bord d'attaque sensiblement horizontal et actionné par un deuxième actionneur, appelé également actionneur de fermeture, solidaire dudit châssis, imposant audit godet un mouvement de rotation autour dudit axe sensiblement horizontal,

Ledit premier actionneur comprend au moins un vérin hydraulique qui permet de déplacer verticalement ledit mât vertical auquel est attaché le reste de l'unité de collecte. De préférence, le bras manipulateur de l'unité de collecte est télescopique, de sorte que la tige dudit vérin hydraulique est solidaire dudit mât vertical et le corps dudit vérin hydraulique se déplace également verticalement, actionné par un actionneur solidaire d'un châssis mobile qui se déplace dans un plan horizontal, par exemple qui est fixé sur un chariot capable de longer la poutre d'un pont roulant. De la sorte, ladite unité de collecte peut être déplacée rapidement et positionnée au-dessus de la zone de travail puis être descendue au niveau du trou anodique pour effectuer l'opération de collecte.
Bien évidemment, une solution "symétrique", consistant à rendre le mât vertical mobile solidaire du corps du vérin et la tige solidaire du châssis mobile, est également possible. Selon l'invention, on agit sur la chambre qui est active lors de la montée de la charge. Comme dans les deux cas la montée de l'unité de collecte se fait en imposant une pression dans la chambre côté tige, chambre que nous appellerons par la suite également "chambre-tige", c'est sur le circuit hydraulique alimentant ladite chambre côté tige que l'on introduit un régulateur de pression.
Selon l'invention, on impose à l'actionneur de levage un régime de fonctionnement, dit de compensation, qui consiste à maintenir la pression dans la chambre côté tige à une valeur qui permet de tenir, au moins lors de la collecte des débris, la quasi-totalité du poids de ladite unité de levage. Celle-ci se trouve dans un état proche de la suspension hydraulique, avec un "poids apparent" limité à ladite valeur prédéterminée, de préférence inférieure à 1000 daN, typiquement comprise entre 200 et 600 daN. Comme les risques de chocs sont substantiellement liés aux mouvements sensiblement verticaux de l'unité de collecte au moment où elle se trouve à proximité du fond de cuve, la nette diminution de son poids apparent permet de limiter l'intensité de l'effort engendré par le contact du bord d'attaque du godet contre le fond de cuve lorsque le godet pivote pour collecter des débris.
Ledit premier actionneur peut comprendre plusieurs vérins hydrauliques. Il est entendu que, dans ce cas, l'ensemble des chambres côté tige peuvent être alimentées avec le même circuit et qu'elles doivent être soumises, au moins lorsque le deuxième actionneur est activé, à une pression sensiblement constante permettant à l'ensemble desdits vérins de supporter une charge correspondant au poids de ladite unité de collecte, diminué d'un effort de valeur prédéterminée, de préférence inférieure à 1000 daN, typiquement comprise entre 200 et 600 daN.
Un tel dispositif permet en particulier d'effectuer une collecte des débris en raclant le fond de cuve, c'est-à-dire en laissant le bord d'attaque du godet se déplacer sur le fond de cuve tout en restant continuellement en contact avec ce dernier: l'unité de collecte, en quasi-suspension hydraulique, peut quasi-librement monter ou descendre en fonction de l'ouverture du godet. La force d'appui, nettement plus faible que le poids propre de l'unité de collecte, doit cependant avoir une certaine valeur positive, de préférence limitée à 1000 daN, typiquement comprise entre 200 et 600 daN, pour éviter que ladite unité de collecte ne remonte trop facilement, en cas de difficulté à soulever certains débris.
Avantageusement, pour assurer avec le même dispositif l'ensemble des fonctions de descente et de montée, ledit premier actionneur comprend également une chambre côté piston qui peut être alimentée par le circuit hydraulique: c'est un vérin double effet.
Bien évidemment, la collecte des débris est effectuée d'autant plus aisément que l'unité de collecte comprend un châssis et deux godets montés sur ledit châssis, disposés symétriquement par rapport à un plan sensiblement vertical et articulés, pivotant autour de deux axes sensiblement horizontaux, éventuellement confondus, chaque godet présentant un bord d'attaque en vis-à-vis du bord d'attaque de l'autre godet. De préférence, le deuxième actionneur, solidaire dudit châssis, impose à chacun desdits godets un mouvement de rotation sensiblement symétrique par rapport audit plan sensiblement vertical, de façon à ce que les débris solides situés entre les deux godets se trouvent piégés par lesdits godets. Avec un tel dispositif, on peut collecter les débris en raclant le fond de cuve sans endommager celui-ci.
Selon l'invention, le circuit hydraulique alimentant le vérin hydraulique faisant office de premier actionneur comprend, au moins au moment où le second actionneur est actionné, un régulateur de pression, appelé également compensateur de pression. Le régulateur de pression est un dispositif conçu de telle sorte qu'il laisse s'écouler de l'huile du circuit vers le réservoir lorsque la pression dans le circuit atteint une certaine valeur supérieure critique, et qu'il assure une alimentation en huile provenant de la centrale hydraulique lorsque la pression dans le circuit atteint une certaine valeur inférieure critique.
Avantageusement, le premier actionneur qui permet de déplacer le mât vertical est un vérin double effet dont la tige est solidaire de ladite unité de collecte, avec une chambre côté tige, dite inférieure, apte à imposer à tout moment au dit mât vertical un mouvement vertical vers le haut et une chambre côté piston, dite supérieure, apte à imposer à tout moment au dit mât vertical un mouvement vertical vers le bas. Avantageusement, les deux chambres peuvent être connectées, par l'intermédiaire d'un distributeur, à la "ligne pression" ou à la "ligne retour" d'une centrale hydraulique, le circuit d'alimentation comprenant plusieurs portions de circuits qui permettent de réaliser les schémas d'alimentation hydraulique suivants:

a) un schéma différentiel, où la chambre côté tige et la chambre côté piston sont connectées à la la ligne pression de la centrale hydraulique, permettant d'assurer la descente à grande vitesse du mât;
b) un schéma correspondant au repos, l'unité de collecte restant suspendue: le circuit est aménagé de telle sorte que ladite unité de collecte reste soumise à des efforts limités en cas de rencontre d'obstacle lors de ses déplacements verticaux vers le haut ou vers le bas;
c) un schéma, où la chambre côté tige est connectée à la ligne pression de la centrale hydraulique, correspondant à la montée de l'unité de collecte;
d) un schéma "en compensation", correspondant à la phase de raclage de l'unité de collecte sur le fond de cuve, où la pression dans la portion de circuit alimentant la chambre côté tige est régulée pour être maintenue aux environs d'une valeur correspondant au poids de ladite unité de collecte, diminué d'un effort de valeur prédéterminée, de préférence inférieure à 1000 daN, typiquement comprise entre 200 daN et 600 daN.

Dans l'exemple présenté ci-après, nous décrivons plus en détail ces différentes phases de fonctionnement de l'unité de collecte.
Un autre objet selon l'invention est un module de service destiné à être utilisé dans une usine de production d'aluminium par électrolyse ignée et comprenant un chariot et des organes de manutention et d'intervention, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une unité de collecte selon l'invention, telle que décrite précédemment.
Un autre objet selon l'invention est une unité de service d'une usine de production d'aluminium par électrolyse ignée comprenant un pont roulant et caractérisée en ce qu'elle comprend également au moins un module de service selon l'invention, tel que décrit précédemment.
Un autre objet selon l'invention est l'utilisation d'un module de service selon l'invention pour les interventions sur des cellules d'électrolyse destinées à la production d'aluminium par électrolyse ignée, en particulier pour le nettoyage des trous anodiques.
La figure 1 illustre schématiquement une machine de service dans une salle d'électrolyse typique destinée à la production d'aluminium, vue en section.
La figure 2 illustre un mode de réalisation particulier d'une unité de collecte, qui est une pelle à croûte, montée sur un mât de guidage vertical télescopique.
La figure 3 illustre, en perspective, l'embiellage et la pelle à godets du mode de réalisation de la figure 2.
Les figures 4 à 7 illustrent, dans quatre configurations différentes, le schéma d'un circuit hydraulique alimentant le premier actionneur (vérin de levage) d'une unité de collecte selon l'invention. Ces configurations correspondent aux modes de fonctionnement suivants: repos (figure 4), descente rapide (figure 5), compensation (phase correspondant au raclage) (figure 6) et montée (figure 7).
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. La salle d'électrolyse (1) illustrée sur la figure 1 comporte des cellules d'électrolyse (2) et une machine de service (5). 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 le long de la salle d'électrolyse (1). Les cellules (2) comprennent une série d'anodes (3) munies d'une tige métallique (4) destinée à la fixation et au raccordement électrique des anodes à un cadre anodique métallique (non illustré).
L'unité de service (5) sert à effectuer des opérations sur les cellules (2) telles que les changements d'anodes ou le remplissage des trémies d'alimentation en bain broyé et en fluorure d'aluminium (AlF3). Elle peut également servir à manutentionner des charges diverses, telles que des éléments de cuve, des poches de métal liquide qui sont employées lors des coulées ("poches de coulée") ou encore des anodes. Elle peut également être utilisée pour nettoyer le trou d'anode, après l'enlèvement d'une anode usée et avant la mise en place d'une anode neuve.
L'unité de service (5) comprend un pont mobile (6) qui peut être translaté au-dessus des cellules d'électrolyse (2), et au moins un module de service (7) comprenant un chariot mobile (8), dit "porte-outils", apte à être déplacé sur le pont mobile (6) et équipé de plusieurs organes de manutention et d'intervention (10), tels que des outils, parmi lesquelles peut figurer la pelle à croûte (100'). Les outils sont ici montés sur des mâts télescopiques verticaux (9) attachés au chariot mobile (8). Comme nous l'avons déjà vu, par exemple dans la demande de brevet européen EP-A-0 440 488 , une pelle à croûte peut également être déplacée et manoeuvrée à partir d'un véhicule autre qu'une machine de service. L'invention s'applique à toute unité de collecte, quel que soit son mode de déplacement et de mise en place au-dessus de la zone de travail.
Les figures 2 et 3 illustrent un mode de réalisation particulier d'une unité de collecte (100), qui est une pelle à croûte (100') fixée à l'extrémité d'un bras télescopique, au bout du bras mobile appelé ici "fût de pelle" (11). Le fût de pelle est un mât vertical mobile (9") coulissant dans un mât vertical (9'), qui se déplace également verticalement, actionné par un actionneur (non représenté) solidaire de la tourelle porte-outils du chariot mobile (8) d'un module de service (7). La pelle à croûte comprend un châssis (110) muni de deux godets (120a et 120b) placés en vis-à-vis, de façon substantiellement symétrique par rapport à un plan sensiblement vertical et articulés, pivotant autour de deux axes sensiblement horizontaux (115a et 115b). Chaque godet (120a, 120b) présente un bord d'attaque (128a, 128b) en vis-à-vis du bord d'attaque (128b, 128a) de l'autre godet (120b, 120a). Le deuxième actionneur se présente ici sous la forme de deux vérins (200, 201) solidaires du châssis (110), fonctionnant simultanément, en imposant à chacun des godets un mouvement de rotation sensiblement symétrique par rapport au plan sensiblement vertical, de façon à ce que les débris solides situés entre les deux godets se trouvent piégés par lesdits godets.

EXEMPLE DE REALISATION (FIGURES 2 A 7)

Les figures 4 à 7 illustrent, dans quatre configurations différentes, le schéma d'un circuit hydraulique alimentant le premier actionneur (50) d'une unité de collecte selon l'invention, qui possède par ailleurs les caractéristiques décrites précédemment (figures 2 et 3).
Le premier actionneur, ou vérin de levage, (50) est un vérin double effet (51) avec un corps (55) et un piston (56) associé à une tige (52). La tige (52) est solidaire de l'unité de collecte (non représentée sur les figures 4 à 7). Le vérin double effet (51) a une chambre côté tige (53), dite inférieure, apte à imposer à tout moment au mât vertical mobile (9") un mouvement vertical vers le haut et une chambre côté piston (54), dite supérieure, apte à imposer à tout moment au dit mât vertical mobile un mouvement vertical vers le bas. Le circuit hydraulique comprend deux portions (63) et (64) qui alimentent les deux chambres (53) et (54) du vérin double effet (51). Le circuit peut être connecté, via un distributeur à trois positions, que nous appellerons par la suite "distributeur de sens" (80), à la "ligne pression" (P) et à la "ligne retour" (R) d'une centrale hydraulique. Le distributeur de sens (80) est naturellement dans la position (802) qui correspond au repos et peut être excité pour être mis dans l'une des deux autres positions possibles: la position (803) où la tige (52) du vérin fait descendre l'unité de collecte suivant un régime différentiel et la position (801) où la tige du vérin fait monter ladite unité de collecte.
La première portion de circuit (64) comprend une branche principale (640) dont une extrémité est connectée au distributeur de sens (80) et dont l'autre extrémité se ramifie en deux branches, la première branche (641) étant connectée à la chambre - piston (54) du vérin (51), la seconde branche (642) étant connectée à l'orifice retour (73) du régulateur de pression (70).
La deuxième portion de circuit (63) comprend une branche principale (630) dont une extrémité est connectée au distributeur de sens (80) et dont l'autre extrémité se ramifie en deux sous-branches, dont chacune est équipée d'un distributeur à deux positions (81, 82), la première sous-branche (631, 631', 631") étant associée à une valve de retenue (90), la seconde sous-branche (632, 632', 632") étant associée au dispositif régulateur de pression (70). Les deux sous-branches se rejoignent en leurs autres extrémités pour constituer la portion d'extrémité (633), qui alimente la chambre côté tige (53) du vérin (51). La valve de retenue (90), lorsqu'elle n'est pas passante, remplit deux fonctions: une fonction de maintien de la charge (l'unité de collecte) et une fonction de sécurité, en limitant la pression à l'intérieur de la chambre-tige en cas de choc. Ces deux fonctions pourraient être remplies par d'autres dispositifs séparés, par exemple un distributeur à clappet, utilisé en tant que moyen de retenue de charge, associé à un limiteur de pression assurant la sécurité.
La figure 4 illustre le circuit lorsque le vérin de levage est au repos. Le distributeur de sens (80) est naturellement dans la position (802), laquelle met les deux portions de circuit (63) et (64) en connexion entre elles par le biais de leurs branches principales respectives (630) et (640). Le distributeur (82) se trouve dans la position (821) qui bloque la circulation dans la deuxième sous-branche et rend le régulateur de pression (70) inopérant. Isolée par le distributeur (82) en position (821) et par la valve de retenue (90) qui est "non passante" (les pressions de pilotage des branchements (92) et (93) sont insuffisantes pour la rendre passante), la chambre-tige (53) est maintenue, en dehors de tout choc, à une pression sensiblement constante, associée au poids de l'unité de collecte. La branche de circuit (633) est équipée d'une sécurité, intégrée dans la fonction de la valve de retenue (90), pour limiter la pression dans la chambre-tige en cas de choc.
La figure 5 illustre le circuit lorsque le vérin de levage est en descente rapide. Le distributeur de sens (80) est excité pour occuper la position (803), laquelle met les deux portions de circuit (63) et (64) en communication avec la ligne pression (P) de la centrale hydraulique, les deux portions de circuit (63) et (64) communiquant également entre elles, par le biais de leurs branches principales respectives (630) et (640), au niveau du distributeur de sens (80) lorsqu'il est dans cette position (803). Le distributeur (82) se trouve dans la position (821) qui rend le régulateur de pression (70) inopérant. Le distributeur (81) se trouve dans la position (812) et autorise le fonctionnement de la valve de retenue (90): dès que la résultante des efforts dus aux pressions de pilotage provenant d'une part de la branche (92) ("pilotage externe") et d'autre part de la branche (93) (via le clapet (91) - "pilotage interne") est supérieure à une certaine valeur, la valve de retenue (90) devient "passante".
La valve de retenue (90) est réglée à une valeur critique, typiquement voisine de 180 bars, de sorte que, dès que ses pilotages disposent des pressions suffisantes, elle devient passante et l'huile peut s'écouler de la chambre-tige (53) vers la chambre-piston (54), via les branches (630) et (640), qui communiquent entre elles au niveau du distributeur de sens (80), placé en position (803). De la sorte, le débit d'huile provenant de la centrale hydraulique se trouve augmenté du débit d'huile provenant de la chambre-piston. Si le x est le rapport (section de la chambre-piston (54)) / (section de la tige (52)), le débit provenant de la centrale hydraulique est multiplié par x, de sorte qu'avec un tel montage différentiel, la tige de piston peut descendre avec une vitesse x fois plus rapide qu'avec un montage classique.
La figure 6 illustre le circuit lorsque le vérin de levage est dans un mode dit de compensation, activé lors de la collecte des débris par raclage du fond de cuve. Le distributeur de sens (80) est excité pour occuper la position (801), laquelle met la branche principale (630) en connexion avec la ligne pression (P) de la centrale hydraulique et la branche principale (640) en connexion avec le réservoir de la centrale hydraulique, via la ligne retour (R). Le distributeur (82) se trouve dans la position (822) et le distributeur (81) se trouve dans la position (811), ce qui rend le régulateur de pression (70) opérationnel: si la pression à l'intérieur de la chambre-tige (53) est supérieure à une valeur donnée, choisie typiquement aux alentours de 58 bars, l'huile s'écoule de la chambre-tige (53) vers la chambre-piston (54). Si, par contre, la pression à l'intérieur de la chambre-tige (53) est inférieure à cette valeur donnée, l'huile provenant de la centrale hydraulique alimente ladite chambre-tige.
Si l'unité de collecte, au cours du raclage, n'est plus en contact avec le fond de cuve, la pression dans la chambre côté tige (53) augmente car le vérin doit supporter une charge correspondant au poids de l'unité de collecte, supérieure à la charge prédéterminée. Le pilote du régulateur de pression compare l'effort fourni par le ressort de tarage (71) avec l'effort dû à la pression qui règne dans la branche (72) qui est connectée à la chambre côté tige (53) via la partie (632') de la deuxième sous-branche, le distributeur (82) en position (822) et la portion d'extrémité (633). Si l'effort de tarage est plus faible, le régulateur met en communication, via la sortie (73), la partie (632') de la deuxième sous-branche avec la branche (642) de la première portion de circuit (64), de sorte que le régulateur est rendu "passant" entre la chambre-tige (53) et le réservoir de la centrale hydraulique, via la ligne retour (R). De la sorte, la pression dans la chambre tige diminue et le poids apparent de l'unité de collecte ré-augmente.
Inversement, si l'unité de collecte, au cours du raclage, appuie trop sur le fond de cuve, la pression dans la chambre côté tige (53) est inférieure à la charge prédéterminée. Le pilote du régulateur de pression, qui compare l'effort fourni par le ressort de tarage (71) avec l'effort dû à la pression régnant dans la branche (72) qui communique avec la chambre côté tige (53), met alors en communication, via la sortie (74), la partie (632') de la deuxième sous-branche avec l'autre partie (632) de la deuxième sous-branche, de sorte que le régulateur est rendu "passant" entre la chambre-tige (53) et la ligne pression (P) de la centrale hydraulique. De la sorte, la pression dans la chambre tige (53) augmente et le poids apparent de l'unité de collecte diminue.
La figure 7 illustre le circuit lorsque le vérin de levage monte la tige (52). Le distributeur de sens (80) est excité pour occuper la position (801), laquelle met la branche principale (630) en connexion avec la ligne pression (P) de la centrale hydraulique et la branche principale (640) en communication avec le réservoir de la centrale hydraulique, via la ligne retour (R). Le distributeur (82) se trouve dans la position (821) et le distributeur (81) se trouve dans la position (812), ce qui rend le régulateur de pression (70) inopérant. L'huile sous pression passe par la branche principale (630), traverse le distributeur (81) en position (812) et rejoint les portions (631") et (633) via le clapet anti-retour (91), pour alimenter la chambre-tige (53). Au fur et à mesure de la montée du piston, l'huile située dans la chambre-piston (54) est évacuée vers la ligne retour (R) de la centrale hydraulique, via la branche principale (640).

Claims

Unité de collecte (100) destinée à collecter les débris solides et les boues se trouvant dans les milieux liquides d'une cellule de production d'aluminium, tels que le bain d'électrolyse et le métal liquide, en particulier pelle à croûte (100') destinée au nettoyage des trous anodiques, comprenant:
a) un mât vertical (9") actionné par un premier actionneur (50) qui permet de déplacer ledit mât vertical suivant la direction verticale;

b) un châssis (110) fixé sur ledit mât vertical;

c) au moins un godet (120a, 120b) articulé, pivotant autour d'un axe (115a, 115b) sensiblement horizontal, monté sur ledit châssis, présentant un bord d'attaque (128a, 128b) sensiblement horizontal et actionné par un deuxième actionneur (200, 201), solidaire dudit châssis, imposant audit godet un mouvement de rotation autour dudit axe sensiblement horizontal,
caractérisé en ce que ledit premier actionneur (50) est composé d'au moins un vérin hydraulique (51) qui comprend un corps (55), un piston (56) associé à une tige (52) et une chambre côté tige (53), et qui est alimenté par un circuit hydraulique agencé de telle sorte que, au moins lorsque ledit deuxième actionneur est activé, la pression d'huile dans la chambre côté tige (53) est maintenue à une valeur sensiblement constante permettant audit vérin de supporter une charge correspondant au poids de ladite unité de collecte, diminué d'un effort de valeur prédéterminée, de préférence inférieure à 1000 daN, typiquement comprise entre 200 et 600 daN.
Unité de collecte (100, 100') selon la revendication 1 caractérisée en ce que la portion de circuit (63) qui alimente ladite chambre côté tige est munie d'un régulateur de pression (70) qui permet de maintenir la pression au sein de ladite chambre côté tige au voisinage de ladite valeur sensiblement constante.
Unité de collecte (100, 100') selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que ladite tige (52) dudit vérin hydraulique (51) est solidaire dudit mât vertical (9").
Unité de collecte (100, 100') selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que ledit premier actionneur est un vérin double effet.
Unité de collecte (100, 100') selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend un châssis (110) et deux godets (120a, 120b) montés sur ledit châssis, disposés symétriquement par rapport à un plan sensiblement vertical et articulés, pivotant autour de deux axes sensiblement horizontaux (115a, 115b), chaque godet présentant un bord d'attaque (128a, 128b) en vis-à-vis du bord d'attaque de l'autre godet.
Unité de collecte (100, 100') selon la revendication 5, dans laquelle le deuxième actionneur, solidaire dudit châssis, impose à chacun desdits godets un mouvement de rotation sensiblement symétrique par rapport audit plan sensiblement vertical, de façon à ce que les débris solides situés entre les deux godets se trouvent piégés par lesdits godets.
Unité de collecte (100, 100') selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle ledit premier actionneur est un vérin double effet dont les deux chambres peuvent être connectées, par l'intermédiaire d'un distributeur (80), à la ligne pression (P) ou à la ligne retour (R) d'une centrale hydraulique, le circuit d'alimentation comprenant plusieurs portions de circuits qui permettent de réaliser les schémas d'alimentation hydraulique suivants:
a) un schéma différentiel, où les deux chambres sont connectées à la centrale hydraulique pour assurer la descente à grande vitesse du mât;

b) un schéma correspondant au repos;

c) un schéma, où la chambre côté tige est connectée à la centrale hydraulique, correspondant à la montée de l'unité de collecte;

d) un schéma "en compensation", correspondant à la phase de raclage de l'unité de collecte sur le fond de cuve, où la pression dans la portion de circuit alimentant la chambre côté tige est régulée pour être maintenue aux environs d'une valeur correspondant au poids de ladite unité de collecte, diminué d'un effort de valeur prédéterminée, de préférence inférieure à 1000 daN, typiquement comprise entre 200 et 600 daN.
Unité de collecte (100, 100') selon la revendication 7, dans laquelle ledit circuit hydraulique comprend deux portions (63) et (64) qui alimentent la chambre côté tige (53) et la chambre côté piston (54) du vérin double effet,
a) la première portion de circuit (64) comprenant une branche principale (640) dont une extrémité est connectée audit distributeur (80) et dont l'autre extrémité se ramifie en deux branches, la première branche (641) étant connectée à ladite chambre - piston (54) du vérin (51), la seconde branche (642) permettant d'alimenter le régulateur de pression (70);

b) la deuxième portion de circuit (63) comprenant une branche principale (630) dont une extrémité est connectée audit distributeur (80) et dont l'autre extrémité se ramifie en deux sous-branches, dont chacune est équipée d'un distributeur à deux positions (81, 82), la première sous-branche (631, 631', 631") étant associée à un moyen de retenue de charge, typiquement un distributeur à clapet ou une valve de retenue (90), la seconde sous-branche (632, 632', 632") étant associée au dispositif régulateur de pression (70), les deux sous-branches se rejoignant en leurs autres extrémités pour constituer la portion d'extrémité (633) qui alimente la chambre - tige (53) dudit vérin (51).
Module de service (7) destiné à être utilisé dans une usine de production d'aluminium par électrolyse ignée et comprenant un chariot (8) et des organes de manutention et d'intervention (10), caractérisé en ce qu'il comprend en outre une unité de collecte (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.
Unité de service (5) d'une usine de production d'aluminium par électrolyse ignée comprenant un pont roulant (6) caractérisée en ce qu'elle comprend également au moins un module de service (7) selon la revendication 9.
Utilisation d'un module de service (7) selon la revendication 9 pour les interventions sur des cellules d'électrolyse (2) destinées à la production d'aluminium par électrolyse ignée, en particulier pour le nettoyage des trous anodiques.