EP2614178B1 - Organe de manutention securisee de connecteurs de cellules d'electrolyse destinees a la production d'aluminium - Google Patents

Organe de manutention securisee de connecteurs de cellules d'electrolyse destinees a la production d'aluminium Download PDF

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EP2614178B1
EP2614178B1 EP11761648.2A EP11761648A EP2614178B1 EP 2614178 B1 EP2614178 B1 EP 2614178B1 EP 11761648 A EP11761648 A EP 11761648A EP 2614178 B1 EP2614178 B1 EP 2614178B1
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EP
European Patent Office
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gripping member
handling device
handling
trunnion
connector
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EP11761648.2A
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EP2614178A1 (fr
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Stéphane DAVID
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Fives ECL SAS
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Fives ECL SAS
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C1/00—Load-engaging elements or devices attached to lifting or lowering gear of cranes or adapted for connection therewith for transmitting lifting forces to articles or groups of articles
    • B66C1/10—Load-engaging elements or devices attached to lifting or lowering gear of cranes or adapted for connection therewith for transmitting lifting forces to articles or groups of articles by mechanical means
    • B66C1/42—Gripping members engaging only the external or internal surfaces of the articles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/16—Electric current supply devices, e.g. bus bars

Definitions

  • the invention relates to handling equipment used in aluminum production plants by igneous electrolysis according to the Hall-Héroult process. It relates more particularly to the handling devices of the connectors which ensure the attachment and electrical contact of the anodes on the anode frame.
  • Aluminum metal is produced industrially by igneous electrolysis, namely by electrolysis of alumina in solution in a bath of molten cryolite, called electrolyte bath, according to the well-known Hall-Héroult process.
  • the electrolyte bath is contained in tanks, called “electrolysis cells”, comprising a steel box, which is coated internally with refractory and / or insulating materials, and a cathode assembly located at the bottom of the tank.
  • Anodes typically of carbonaceous material, are partially immersed in the electrolyte bath.
  • the assembly formed by an electrolytic cell, its anodes and the electrolyte bath is called an electrolysis cell.
  • the anodes are provided with a metal rod for electrical and mechanical connection to a metal frame, called anode frame, which is movable relative to a fixed gantry disposed above the electrolytic cell.
  • the anode rods are connected to the anode frame using removable connectors capable of being deposited on support hooks arranged on either side of the anode rods and operable to press the anode rods against the anode rods. anodic frame.
  • French patent FR 2 039 543 (corresponding to the US patent US 3,627,670 ) describes such devices, which have a clamping screw whose actuation allows to place the connector in a tight configuration, where it plates the anode rod against the anode frame thus ensuring electrical contact, and in a loose configuration where it can be removed to allow disconnection of the anode rod.
  • an electrolysis plant requires interventions on the electrolysis cells including, in particular, the replacement of spent anodes with new anodes.
  • factories are generally equipped with at least one lifting and handling unit comprising an overhead crane, which can be translated over and along the electrolysis cells, and a trolley equipped with several handling and intervention devices (often called "tools").
  • tools also called "tools"
  • Such a lifting and handling unit may in particular be equipped with a device for the handling of the connectors, in particular their installation, their removal and their transport, such as the connector described in the French patent FR 2 039 543 .
  • This handling member comprises a clamping member which cooperates with the clamping screw so as to modify the clamping state of the connector and a locking system which cooperates with said clamping member so as to keep the connector locked in a position determined in the handling member, when the connector is loosened with the aid of the clamping member. It further comprises two movable members having an open position and a closed position, and can serve as a support for the connector when in the closed position and that, by accident, the connector is not or is no longer retained by the blocking system.
  • the moving members move from one position to another under the effect of cams which cooperate with the upper surface of the support hooks during vertical downward movement of the handling member.
  • these mobile members are subjected to frequent shocks and twist or bend easily, so that they are wedged or closed and that, their end no longer passing underneath the trunnions, they end up no longer able act as a safety support in case the connector is no longer held by the locking system. This requires many maintenance visits to this device that result in frequent replacements of said mobile members. To avoid these drawbacks, the applicant has decided to develop a connector handling member more solid and more reliable.
  • the subject of the invention is a handling device intended in particular to reliably and permanently ensure the transport of an electrolytic cell anode connector, the placing and fixing thereof on an anode frame for ensuring the electrical contact between the anode rod and the anode frame, or its removal, the handling member being arranged such that the risk of accidental fall of said connector during its handling is as low as possible.
  • the locking of the connector in the handling member is not dependent on the connector clamping-loosening device, and can therefore be used for handling connectors of different types, for example that do not require the actuation of a clamping screw.
  • the preferred embodiment of the invention for handling connectors provided with a clamping screw is also provided with a device for clamping / loosening the clamping screw of the connector, the latter not having to must be associated with the locking system of the connector.
  • Mobile members of US 7,344,625 which serve as safety supports for the trunnions, are here replaced by a gripping member intended to serve as a "permanent" support for said trunnions when those are in the lower position in the notches of said handling member.
  • the gripping member is moved between its open position and its closed position by means of an autonomous actuating system. In this way, the displacement of the gripping member, which is no longer dependent on the effect of cams cooperating with the upper surface of the hooks, can be performed regardless of the state, worn or deformed, of said member grasping.
  • the gripping member is also associated with a locking system that can not unlock - to allow the handling member to move from its closed position to its open position - that if the pins of the connector, introduced into the notches, are in high position.
  • the locking system comprises a movable part capable of moving between two positions: an unlocking position, where the gripping member is free to move and a locking position, where it prevents the movement of the gripping member, towards its open position if it is in the closed position and towards its closed position if it is in the open position.
  • the locking position is reached by said movable part when it comes into contact with a journal and is driven by said journal in its stroke towards its upper position.
  • This movable part can move by pivoting about an axis integral with the connector of the handling member or being guided in translation by a sliding type connection.
  • said locking system is associated with an actuator which, when said pin is not in the raised position, passes said movable part from its unlocking position to its locking position.
  • Said actuator is an elastic means, typically a compression spring, whose stiffness is sufficiently small so that the movable portion of the locking system can be driven by said pin in its movement to its upper position.
  • the upper position of the trunnions can only be reached by moving down the handling member, the connector being fixed, typically resting on the support hooks of the anode frame.
  • the actuating system of the gripping member is a cylinder, typically pneumatic, comprising a rod whose two ends of the race respectively correspond to said open position and to said closed position.
  • positioning sensors are provided to locate the position of the moving part of the locking system, so as to avoid the implementation of the actuating system when the locking system is in the locking position (redundant security).
  • the gripping member comprises two flanges, each associated with a pin and driven by the same actuating system.
  • the locking system advantageously comprises two locking devices, each associated with a trunnion.
  • Said gripping member is advantageously a pivoting member, preferably a set of pivoting flanges, whose outer contour, in a plane perpendicular to the pivot axis, has a tenon or mortise type relief, which cooperates with a relief locking device, and a protrusion, which forms an obstacle to the entry of the notch, when said gripping member is in the closed position, and which typically has a concavity capable of forming a seat on which can rest the trunnion.
  • the overall shapes in C or L are well adapted to this pivoting member but other more compact shapes, such as that presented in Example 4, may also be suitable.
  • the movable part of the locking system is advantageously provided with two walls which, when said movable part is in the locking position, form stops to move said relief of the gripping member: a stop wall at the opening which opposed to the movement of said relief when said gripping member has to move from its closed position to its open position and an abutment wall to the closure which opposes the displacement of said relief when said gripping member has to move from its open position to its position closed.
  • the invention also relates to a lifting and handling unit comprising at least one connector handling member according to the invention.
  • the invention also relates to the use of the handling device according to the invention in an aluminum production plant by igneous electrolysis.
  • the invention also relates to the use of the lifting unit and handling according to the invention in an aluminum production plant by igneous electrolysis.
  • Electrolysis plants for the production of aluminum comprise one or more electrolysis rooms (100) having a large number of electrolysis cells (1) normally arranged in rows or rows (typically side by side or head to head ), each row or file typically having one or more hundreds of cells.
  • an electrolysis cell (1) comprises a tank (2), adapted to contain the liquid metal and the electrolyte bath, a superstructure (3) and anodes (8), typically precooked anodes.
  • the superstructure (3) comprises a fixed gantry (4) and a moving metal anode frame (5).
  • the anodes (8) are provided with a metal rod (9) for fixing and electrical connection of the anodes (8) to the anode frame (5).
  • the superstructure (3) also comprises at least one jack (not shown) coupled to the anode frame (5) by connecting rods (6) and levers (7).
  • the anode frame (5) can be moved vertically (upwards or downwards) under the action of the cylinder (s).
  • the anode rods (9) are fixed to the anode frame (5) by connectors such as the one illustrated in FIG. figure 3A .
  • This connector (200) comprises two levers (201, 202) able to articulate around a common axis (213), clamping means (205, 206, 210, 211) for articulating said levers (201, 202) and two side journals (212, 212 ') disposed on each side of the connector.
  • the lateral journals (212, 212 ') generally form the common axis (213) and are typically constituted by the ends of a rod which passes through the connector from one side.
  • Said journals (212, 212 ') are intended to rest in the recess (11, 11') of the hooks (10, 10 ') fixed to the anode frame (5) and located on either side of each anode rod (9).
  • a connector (200) has at least one first state, called a tight state, and a second state, called a loose state.
  • the tightening state allows either to fix the anode rod (9) on the anode frame (5), or to release the anode rod (9): in the tightened state, the connector (200) applies pressure against the anode rod (9) and the plate on the anode frame (5); in the loosened state, the connector (200) no longer applies pressure against the anode rod (9), so that the connector and the anode can be removed.
  • a connector (200) can pass between the two clamping states by actuating the clamping means (205, 206, 210, 211).
  • These means typically comprise a screw (210) adapted to cooperate with an outer clamping member, generally attached to a handling member (300).
  • the clamping screw (210) is typically provided with a head (211) adapted to be inserted into the clamping member, which is actuated for clamping or loosening the connector (200).
  • the clamping means also comprise nuts (205, 206) fixed to the levers (201, 202) of the connector, preferably movably, and adapted to cooperate with the screw (210) so as to allow the articulation of the levers ( 201, 202) and the tightening / loosening of the connector (200).
  • the levers (201, 202) of a connector (200) generally comprise crosspieces (203, 204) intended in particular to communicate, directly or indirectly, the clamping pressure of the connector against the anode rods.
  • the electrolysis rooms (100) generally comprise at least one lifting and handling unit, called “service machine” (20), and subsequently designated under the symbol “MSE”.
  • Said unit (20) typically comprises a traveling crane (21) able to be moved along the electrolysis cells on treads (23, 23 '), a trolley (22) able to move on the crane ( 21), and handling and intervention members (30), often referred to as “tools”, such as a handling member (300) for the anode connectors (200).
  • the handling member (300) typically comprises a plate (301) fixed to the end of a movable vertical arm (24), for example the last segment of a telescopic arm, itself secured to a door turret tool pivoting about a vertical axis integral with the carriage (22).
  • Examples 1 to 4 illustrate four embodiments of the connector handling member according to the invention, which differ essentially by the shape given to the gripping member and by the locking system.
  • the first example is a connector handling member (300) which is mounted on the end of a telescopic arm via a mounting plate (301).
  • Said handling member comprises a guide member (30) which has a notch (40) associated with each of said trunnions and wherein said trunnion is intended to move.
  • a pneumatic cylinder plays the role of the actuating system (311) associated with said gripping member, able to move it between said open and closed positions.
  • An L-shaped pivoting latch (320) is the movable part of the locking system (32). It has a locked position and an unlocked position, adapted to block the gripping member (31) when in the locked position.
  • the pivot axis (322) of said latch is substantially at the intersection of the two branches of the L, the first leg (321) of the substantially horizontal L, being intended to come into contact with said pin when it moves from its lower position to its upper position and to be driven by said pin, pivoting the latch to its unlocked position.
  • the second branch (325) of L substantially vertical, is provided with a protrusion that cooperates, when said latch is in the locked position, with a raised portion (313) of the gripping member (31) so that it opposes any movement of said gripping member, regardless of its original position, open or closed: its bottom wall (324) forms a stop closure, its upper wall (323) forms stop at the opening .
  • the latch (320) When the handling member (300) is provided with a connector and moves in order to deposit it on the support hooks of the anode frame, the latch (320) is in the locked position and blocks the gripping member ( 31) in a closed position, imprisoning the connector pins.
  • the journals are in the low position, in contact with the gripping member ( Fig. 4d ).
  • the handling member is lowered until the pins rest on said support hooks.
  • the journals move and reach their high position where, coming into contact with the horizontal portion of the latch, they rotate said latch by moving it from its locking position to its position of unlocking ( Fig. 4c ), thus allowing the gripping member to move towards its open position ( Fig. 4b ) and the handling member to release itself from the connector that it was carrying ( Fig. 4a ).
  • the handling member (300) When the handling member (300) is empty and is moved to seize a connector resting on the support hooks of the anode frame and extract it from this position, the gripping member is held in the open position. Arrived above the connector ( Fig. 4a ), which rests on the support hooks, the handling member is lowered until the pins are introduced into said notches and reach their upper position ( Fig. 4b wherein, in contact with the horizontal portion of the latch, they rotate said latch from its locked position to its unlocked position, thereby allowing the gripper to move from its open position to its closed position to imprison said trunnions ( Fig. 4c ). The handling member is then reassembled so that the pins arrive in the lower position, which corresponds to the contact with the gripping member. By continuing the upward movement, the connector is driven by the gripping member, the journals resting on said gripping member ( Fig. 4d ).
  • An actuator (34) moves the locking system (32) from its unlocked position to its locked position when the journal is not in the up position.
  • Said actuator is a spring (340), connecting a fixed point of the handling member to a point of the substantially vertical leg L. The stiffness of the spring is low enough so that the latch can pivot when the pin comes into contact with the substantially horizontal part.
  • the gripping member (31) comprises two pivoting flanges, each associated with a trunnion and animated by a jack to move from the open position to the closed position and vice versa.
  • Said flanges pivot about an axis (302). They have a C-shaped contour, with a tenon-like relief (313) which cooperates with the upper wall (323) and the lower wall (324) of the latch (320) and with a protuberance (314) which forms an obstacle to the inlet of the notch, when said gripping member is in position closed.
  • the protrusion (314) has a concavity (312) adapted to form a seat on which can rest the trunnion.
  • the second example differs from the first example essentially by the latch (320 ').
  • the latter is also an L-shaped pivoting latch, with a very short vertical branch, connected to a compression spring (340 ') and a substantially horizontal branch provided with a notch having a stop wall (323') to the opening and provided at its end with a wall (324 ') of abutment closure.
  • the finger (313 ') of the flange (310') of the gripping system (31) cooperates with said stop wall at the opening to maintain the locking system (31) in the locked position, said flange being locked in the closed position .
  • the finger (313 ') cooperates with said closing stop wall (324') to keep the locking system (31) in the locking position, the flange (310 ') of the gripping system (31) being locked in position opened.
  • the third example differs from the first example also by the latch (320 "), which is not pivoting: it moves vertically, guided by a sliding connection (322"). Its high end is connected to a compression spring (340 ") which tends to push it to a low position, in which the stop wall at the opening (323") and the closing stop wall (324 ") play with the finger (313 ") of the flange (310") roles similar to those described in the previous example.
  • the fourth example differs from the previous examples in the more compact shape of the flanges (310 "') of the gripping system (31)
  • the latch (320"') is pivotable.
  • a compression spring (340 "') tends to push it to a low position, in which the stop wall at the opening (323"') and the closing stop wall (324 “') play with the finger.
  • (313 "') of the flange (310"') roles similar to those described in Examples 2 and 3 above.
  • the displacements of the flanges (310 "') of the gripping system (31) are less ample, the seat (312"') offered to the trunnions is less extensive but the associated protuberance (314 "') allows to trap said trunnions in the indentation.

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Description

  • L'invention concerne les appareils de manutention utilisés dans les usines de production d'aluminium par électrolyse ignée selon le procédé de Hall-Héroult. Elle concerne plus particulièrement les dispositifs de manutention des connecteurs qui assurent la fixation et le contact électrique des anodes sur le cadre anodique.
  • L'aluminium métal est produit industriellement par électrolyse ignée, à savoir par électrolyse de l'alumine en solution dans un bain de cryolithe fondue, appelé bain d'électrolyte, selon le procédé bien connu de Hall-Héroult. Le bain d'électrolyte est contenu dans des cuves, dites « cuves 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. L'ensemble formé par une cuve d'électrolyse, ses anodes et le bain d'électrolyte est appelé une cellule d'électrolyse.
  • Les anodes sont munies d'une tige métallique destinée au raccordement électrique et mécanique à un cadre métallique, appelé cadre anodique, qui est mobile par rapport à un portique fixe disposé au-dessus de la cuve d'électrolyse. Les tiges d'anode sont raccordées au cadre anodique en utilisant des connecteurs amovibles aptes à être déposés sur des crochets d'appui disposés de part et d'autre des tiges d'anode et pouvant être manoeuvrés pour plaquer les tiges d'anode contre le cadre anodique. Le brevet français FR 2 039 543 (correspondant au brevet américain US 3 627 670 ) décrit de tels dispositifs, qui présentent une vis de serrage dont l'actionnement permet de placer le connecteur dans une configuration serrée, où il plaque la tige d'anode contre le cadre anodique en assurant ainsi le contact électrique, et dans une configuration desserrée où il peut être enlevé de façon à permettre la déconnexion de la tige d'anode.
  • En fonctionnement, une usine d'électrolyse nécessite des interventions sur les cellules d'électrolyse parmi lesquelles figure notamment le remplacement des anodes usées par des anodes neuves. Pour effectuer ces interventions, les usines sont en général équipées d'au moins une unité de levage et de manutention comportant un pont roulant, qui peut être translaté au-dessus des cellules d'électrolyse et le long de celles-ci, et un chariot muni de plusieurs organes de manutention et d'intervention (souvent appelés « outils »). Une telle unité de levage et de manutention peut être en particulier équipée d'un organe pour la manutention des connecteurs, notamment leur mise en place, leur enlèvement et leur transport, tels que le connecteur décrit dans le brevet français FR 2 039 543 .
  • Il peut arriver cependant que les connecteurs ne soient pas bien saisis par ces organes de manutention, et ceci peut conduire à une chute accidentelle du connecteur, typiquement durant son transport ou lors de sa mise en place sur les crochets d'appui. Dans son brevet US 7 344 625 , la demanderesse a proposé un organe de manutention de connecteurs d'anode simple et d'encombrement réduit. Cet organe de manutention est destiné à mettre en place, enlever et transporter un connecteur d'anode muni de deux tourillons latéraux et d'une vis de serrage, tel que celui divulgué par US 7 344 625 et à nouveau illustré en figures 3A et 3B. Cet organe de manutention comporte un organe de serrage qui coopère avec la vis de serrage de manière à modifier l'état de serrage du connecteur et un système de blocage qui coopère avec le dit organe de serrage de manière à maintenir le connecteur bloqué dans une position déterminée dans l'organe de manutention, lorsque le connecteur est desserré à l'aide de l'organe de serrage. Il comporte en outre deux membres mobiles présentant une position ouverte et une position fermée, et susceptibles de servir de support au connecteur lorsqu'ils sont en position fermée et que, par accident, le connecteur n'est pas ou n'est plus retenu par le système de blocage.
  • Dans ce dispositif, les membres mobiles passent d'une position à l'autre sous l'effet de cames qui coopèrent avec la surface supérieure des crochets d'appui lors du déplacement vertical descendant de l'organe de manutention. En pratique, ces membres mobiles sont soumis à des chocs fréquents et se tordent ou se plient facilement, de sorte qu'ils se coincent ou se referment et que, leur extrémité ne passant plus en-dessous des tourillons, ils finissent par ne plus pouvoir jouer le rôle de support de sécurité au cas où le connecteur ne serait plus retenu par le système de blocage. Ceci impose de nombreuses visites de maintenance de ce dispositif qui se soldent par des remplacements fréquents des dits membres mobiles. Pour éviter ces inconvénients, la demanderesse a décidé de développer un organe de manutention des connecteurs plus solide et plus fiable.
  • L'invention a pour objet un organe de manutention destiné notamment à assurer de manière fiable et pérenne le transport d'un connecteur d'anode de cellule d'électrolyse, la mise en place et la fixation de celui-ci sur un cadre anodique pour assurer le contact électrique entre la tige d'anode et le cadre anodique, ou encore son enlèvement, l'organe de manutention étant agencé de telle sorte que le risque de chute accidentelle dudit connecteur au cours de sa manipulation soit aussi faible que possible.
  • Un premier objet de l'invention est un organe de manutention d'un connecteur pour connecter une tige d'anode sur le cadre anodique d'une cellule de production d'aluminium par électrolyse ignée, ledit connecteur étant muni de deux tourillons latéraux aptes à coopérer avec des crochets d'appui solidaires dudit cadre anodique et placés de part et d'autre de la tige d'anode, de manière à plaquer ladite tige d'anode contre ledit cadre anodique, ledit organe de manutention comprenant au moins un organe de guidage présentant une échancrure associée à chacun desdits tourillons et destinée à recevoir ledit tourillon, ledit organe de manutention étant caractérisé en ce qu'il comprend également :
    • au moins un organe de préhension, ayant une position ouverte et une position fermée, ledit organe de guidage et ledit organe de préhension coopérant de telle sorte que, lorsque ledit organe de préhension est en position ouverte, chaque tourillon peut être inséré dans ladite échancrure ou en être extrait, et lorsque ledit organe de préhension est en position fermée, chaque tourillon ne peut effectuer qu'un déplacement limité dans ladite échancrure, entre une position dite "basse" correspondant au contact avec ledit organe de préhension et une position dite "haute";
    • un système d'actionnement associé audit organe de préhension, apte à déplacer celui-ci entre lesdites positions ouverte et fermée,
    • au moins un système de verrouillage présentant une position verrouillée et une position déverrouillée, apte à bloquer ledit organe de préhension lorsqu'il est en position verrouillée, et apte à passer de la position verrouillée à la position déverrouillée lorsque lesdits tourillons sont en position haute.
  • L'agencement de l'organe de préhension et du système de verrouillage est tel que:
    1. a) lorsque ledit organe de manutention est muni d'un connecteur et se déplace en vue de le déposer sur les crochets d'appui du cadre anodique, le système de verrouillage est en position verrouillée et bloque l'organe de préhension en position fermée, emprisonnant les tourillons du connecteur. Par gravité, les tourillons sont en position basse, en contact avec l'organe de préhension, lequel est avantageusement muni de concavités aptes à former un siège sur lequel un tourillon peut reposer. Arrivé au-dessus des crochets d'appui, l'organe de manutention est descendu jusqu'à ce que les tourillons reposent sur lesdits crochets d'appui. En poursuivant la descente de l'organe de préhension, les tourillons perdent le contact avec ledit organe de préhension et se déplacent dans l'échancrure jusqu'à ce qu'ils atteignent leur position haute où, par exemple en entraînant une pièce mobile solidaire du système de verrouillage, ils font passer ledit système de verrouillage de sa position verrouillée à sa position déverrouillée, permettant ainsi audit organe de préhension de se déplacer vers sa position ouverte. Une fois que le système d'actionnement a été mis en oeuvre pour placer l'organe de préhension en position ouverte, l'organe de manutention, typiquement solidaire d'une machine de service, est animé d'un mouvement vertical ascendant et libéré du connecteur qu'il transportait.
    2. b) lorsque ledit organe de manutention est vide et est déplacé en vue de saisir un connecteur reposant sur les crochets d'appui du cadre anodique et de l'extraire de cette position, l'organe de préhension est maintenu en position ouverte. Arrivé au-dessus du connecteur, lequel repose sur les crochets d'appui, l'organe de manutention est descendu jusqu'à ce que les tourillons soient introduits dans les dites échancrures et atteignent leur position haute où, par exemple par entraînement d'une pièce mobile solidaire dudit système de verrouillage, ils font passer ledit système de verrouillage en position déverrouillée, permettant ainsi audit organe de préhension de se déplacer de sa position ouverte vers sa position fermée pour emprisonner lesdits tourillons. On remonte l'organe de manutention de sorte que les tourillons soient en position basse, laquelle correspond au contact avec ledit organe de préhension. En poursuivant le mouvement de montée, le connecteur est entraîné par l'organe de préhension, les tourillons restant en contact avec l'organe de préhension, typiquement par gravité, reposant sur des concavités dudit organe de préhension formant sièges auxdits tourillons.
  • Contrairement à l'organe de manutention décrit dans US 7 344 625 , le blocage du connecteur dans l'organe de manutention n'est pas tributaire du dispositif de serrage-desserrage du connecteur, et peut donc être utilisé pour la manutention de connecteurs de types différents, par exemple qui ne nécessitent pas l'actionnement d'une vis de serrage. Cependant, le mode de réalisation préféré de l'invention, destiné à la manipulation de connecteurs munis d'une vis de serrage, est muni également d'un dispositif de serrage/desserrage de la vis de serrage du connecteur, ce dernier ne devant pas être obligatoirement associé au système de blocage du connecteur.
  • Les membres mobiles de US 7 344 625 , qui servent de supports de sécurité aux tourillons, sont remplacés ici par un organe de préhension destiné à servir de support "permanent" aux dits tourillons lorsque ceux se trouvent en position basse dans les échancrures dudit organe de manutention. L'organe de préhension est déplacé entre sa position ouverte et sa position fermée par le biais d'un système d'actionnement autonome. De la sorte, le déplacement de l'organe de préhension, qui n'est plus tributaire de l'effet de cames coopérant avec la surface supérieure des crochets, peut être effectué quel que soit l'état, usé ou déformé, du dit organe de préhension.
  • L'organe de préhension est d'autre part associé à un système de verrouillage qui ne peut se déverrouiller - pour permettre à l'organe de manutention de passer de sa position fermée à sa position ouverte - que si les tourillons du connecteur, introduits dans les échancrures, se trouvent en position haute. Le système de verrouillage comprend une pièce mobile susceptible de se déplacer entre deux positions: une position de déverrouillage, où l'organe de préhension est libre de se déplacer et une position de verrouillage, où elle empêche le déplacement de l'organe de préhension, en direction de sa position ouverte s'il est en position fermée et en direction de sa position fermée s'il est en position ouverte. Avantageusement, la position de verrouillage est atteinte par ladite pièce mobile quand celle-ci entre en contact avec un tourillon et est entraînée par ledit tourillon dans sa course vers sa position haute. Cette pièce mobile peut se déplacer en pivotant autour d'un axe solidaire de l'organe de manutention du connecteur ou en étant guidée en translation par une liaison type glissière.
  • Avantageusement, ledit système de verrouillage est associé à un actionneur qui, lorsque ledit tourillon n'est pas en position haute, fait passer ladite pièce mobile de sa position de déverrouillage à sa position de verrouillage. Ainsi, dès que le tourillon n'est plus en position haute, le système de verrouillage est dans sa position verrouillée, qui empêche l'ouverture ou la fermeture intempestive de l'organe de préhension. Ledit actionneur est un moyen élastique, typiquement un ressort de compression, dont la raideur est suffisamment faible pour que la partie mobile du système de verrouillage puisse être entraînée par ledit tourillon dans son mouvement vers sa position haute.
  • En marche normale, la position haute des tourillons ne peut être atteinte que par déplacement vers le bas de l'organe de manutention, le connecteur étant fixe, typiquement reposant sur les crochets d'appui du cadre anodique.
  • Avantageusement, le système d'actionnement de l'organe de préhension est un vérin, typiquement pneumatique, comprenant une tige dont les deux extrémités de la course correspondent respectivement à ladite position ouverte et à ladite position fermée. Avantageusement, des capteurs de positionnement sont prévus pour repérer la position de la pièce mobile du système de verrouillage, de façon à éviter la mise en oeuvre du système d'actionnement lorsque le système de verrouillage est en position de verrouillage (sécurité redondante).
  • Dans une modalité préférée de l'invention, l'organe de préhension comprend deux flasques, chacune associée à un tourillon et animée par un même système d'actionnement. De même le système de verrouillage comprend avantageusement deux dispositifs de verrouillage, chacun associé à un tourillon.
  • Ledit organe de préhension est avantageusement un membre pivotant, de préférence un ensemble de flasques pivotantes, dont le contour extérieur, dans un plan perpendiculaire à l'axe de pivotement, présente un relief de type tenon ou de type mortaise, qui coopère avec un relief du système de verrouillage, et une protubérance, qui forme obstacle à l'entrée de l'échancrure, lorsque ledit organe de préhension est en position fermée, et qui possède typiquement une concavité apte à former un siège sur lequel peut reposer le tourillon. Les formes globales en C ou en L sont bien adaptées à ce membre pivotant mais d'autres formes plus compactes, telles que celle présentée dans l'exemple 4, peuvent également convenir.
  • La pièce mobile du système de verrouillage est avantageusement munie de deux parois qui, lorsque ladite pièce mobile se trouve en position de verrouillage, forment butées au déplacement dudit relief de l'organe de préhension: une paroi de butée à l'ouverture qui s'oppose au déplacement dudit relief lorsque ledit organe de préhension doit passer de sa position fermée vers sa position ouverte et une paroi de butée à la fermeture qui s'oppose au déplacement dudit relief lorsque ledit organe de préhension doit passer de sa position ouverte vers sa position fermée.
  • L'invention a également pour objet une unité de levage et de manutention comportant au moins un organe de manutention de connecteurs selon l'invention.
  • L'invention a également pour objet l'utilisation de l'organe de manutention selon l'invention dans une usine de production d'aluminium par électrolyse ignée.
  • L'invention a également pour objet l'utilisation de l'unité de levage et de manutention selon l'invention dans une usine de production d'aluminium par électrolyse ignée.
  • L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée de modes de réalisation préférés de celle-ci qui sont exposés ci-dessous et sont illustrés à l'aide des figures annexées.
    • La figure 1 illustre une cellule d'électrolyse typique, vue en perspective, destinée à la production d'aluminium.
    • La figure 2 illustre, vue en section transversale, une salle d'électrolyse typique destinée à la production d'aluminium.
    • La figure 3A illustre, vus en perspective, un connecteur d'anode et des crochets d'appui dudit connecteur (le cadre anodique auquel ils sont attachés n'est pas illustré). La figure 3B illustre ce même connecteur mis en place sur les crochets d'appui pour plaquer la tige d'anode (non illustrée) sur ledit cadre anodique.
    • Les figures 4a à 4d illustrent, en vues de côté, un premier organe de manutention de connecteur selon l'invention, avec sa platine de fixation.
    • Les figures 5a à 5d illustrent, en vues de côté, un deuxième organe de manutention de connecteur selon l'invention.
    • Les figures 6a à 6d illustrent, en vues de côté, un troisième organe de manutention de connecteur selon l'invention.
    • Les figures 7a à 7d illustrent, en vues de côté, un quatrième organe de manutention de connecteur selon l'invention.
  • Les usines d'électrolyse destinées à la production d'aluminium comprennent une ou plusieurs salles d'électrolyse (100) comportant un grand nombre de cellules d'électrolyse (1) normalement disposées en rangées ou files (typiquement côte à côte ou tête à tête), chaque rangée ou file comportant typiquement une ou plusieurs centaines de cellules. Telle qu'illustré à la figure 1, une cellule d'électrolyse (1) comprend une cuve (2), apte à contenir le métal liquide et le bain d'électrolyte, une superstructure (3) et des anodes (8), typiquement des anodes précuites. La superstructure (3) comporte un portique fixe (4) et un cadre anodique métallique mobile (5). Les anodes (8) sont munies d'une tige métallique (9) destinée à la fixation et au raccordement électrique des anodes (8) au cadre anodique (5). La superstructure (3) comporte également au moins un vérin (non illustré) couplé au cadre anodique (5) par des bielles (6) et des leviers (7). Le cadre anodique (5) peut être déplacé verticalement (vers le haut ou vers le bas) sous l'action du ou des vérins.
  • Les tiges d'anode (9) sont fixées au cadre anodique (5) par des connecteurs tels que celui illustré en figure 3A. Ce connecteur (200) comporte deux leviers (201,202) aptes à s'articuler autour d'un axe commun (213), des moyens de serrage (205, 206, 210, 211) pour articuler lesdits leviers (201, 202) et deux tourillons latéraux (212, 212') disposés de chaque côté du connecteur. Les tourillons latéraux (212, 212') forment généralement l'axe commun (213) et sont typiquement constitués par les extrémités d'une tige qui traverse le connecteur de part en part. Lesdits tourillons (212, 212') sont destinés à reposer dans le creux (11, 11') des crochets (10, 10') fixés au cadre anodique (5) et situés de part et d'autre de chaque tige d'anode (9).
  • Un connecteur (200) possède au moins un premier état, appelé état serré, et un deuxième état, appelé état desserré. Lorsqu'un connecteur (200) est installé dans des crochets de fixation (10,10'), tel qu'illustré à la figure 3B, l'état de serrage permet soit de fixer la tige d'anode (9) sur le cadre anodique (5), soit de libérer la tige d'anode (9): dans l'état serré, le connecteur (200) applique une pression contre la tige d'anode (9) et la plaque sur le cadre anodique (5); dans l'état desserré, le connecteur (200) n'applique plus de pression contre la tige d'anode (9), de sorte que le connecteur et l'anode peuvent être retirés.
  • Un connecteur (200) peut passer entre les deux états de serrage par actionnement des moyens de serrage (205, 206, 210, 211). Ces moyens comprennent typiquement une vis (210) apte à coopérer avec un organe extérieur de serrage, généralement fixé à un organe de manutention (300). La vis de serrage (210) est typiquement munie d'une tête (211) apte à s'insérer dans l'organe de serrage, lequel est actionné pour le serrage ou le desserrage du connecteur (200). Les moyens de serrage comportent également des écrous (205, 206) fixés aux leviers (201, 202) du connecteur, de préférence de façon mobile, et aptes à coopérer avec la vis (210) de manière à permettre l'articulation des leviers (201 ,202) et le serrage/desserrage du connecteur (200). Les leviers (201, 202) d'un connecteur (200) comprennent généralement des traverses (203, 204) destinées notamment à communiquer, directement ou indirectement, la pression de serrage du connecteur contre les tiges d'anode.
  • Telles qu'illustrées à la figure 2, les salles d'électrolyse (100) comportent en général au moins une unité de levage et de manutention, appelée "machine de service" (20), et désignée par la suite sous le sigle « MSE ». Ladite unité (20) comprend typiquement un pont roulant (21) apte à être déplacé le long des cellules d'électrolyse sur des chemins de roulement (23, 23'), un chariot (22) apte à se déplacer sur le pont roulant (21), et des organes de manutention et d'intervention (30), souvent appelés « outils », tel qu'un organe de manutention (300) des connecteurs d'anode (200). L'organe de manutention (300) comprend typiquement une platine (301) fixée à l'extrémité d'un bras vertical (24) mobile, par exemple le dernier segment d'un bras télescopique, lui-même solidaire d'une tourelle porte-outil pivotant autour d'un axe vertical solidaire du chariot (22).
  • Les exemples 1 à 4 illustrent quatre modes de réalisation de l'organe de manutention de connecteurs selon l'invention, qui diffèrent essentiellement par la forme donnée à l'organe de préhension et par le système de verrouillage.
    • EXEMPLE 1 (Figures 4a à 4d)
  • Le premier exemple est un organe de manutention de connecteur (300) qui est monté sur l'extrémité d'un bras télescopique par l'intermédiaire d'une platine (301) de fixation. Ledit organe de manutention comprend un organe de guidage (30) qui présente une échancrure (40) associée à chacun desdits tourillons et dans laquelle ledit tourillon est destiné à se déplacer.
  • L'organe de manutention comprend également un organe de préhension (31), qui présente une position ouverte et une position fermée. L'organe de guidage (30) et l'organe de préhension (30) coopèrent de telle sorte que:
    • ➢ lorsque l'organe de préhension (31) est en position ouverte, chaque tourillon peut être inséré dans l'échancrure (40) ou en être extrait,
    • ➢ lorsque l'organe de préhension (31) est en position fermée, chaque tourillon ne peut effectuer qu'un déplacement limité dans ladite échancrure, entre une position dite "basse" correspondant au contact avec ledit organe de préhension et une position dite "haute".
  • Un vérin pneumatique joue le rôle du système d'actionnement (311) associé audit organe de préhension, apte à déplacer celui-ci entre lesdites positions ouverte et fermée.
  • Un loquet (320) pivotant, en forme de L, est la pièce mobile du système de verrouillage (32). Il présente une position verrouillée et une position déverrouillée, apte à bloquer l'organe de préhension (31) lorsqu'il est en position verrouillée. L'axe de pivotement (322) dudit loquet se trouve sensiblement au croisement des deux branches du L, la première branche (321) du L, sensiblement horizontale, étant destinée à entrer en contact avec ledit tourillon lorsque celui-ci se déplace de sa position basse vers sa position haute et à être entraînée par ledit tourillon, faisant pivoter le loquet vers sa position de déverrouillage. La deuxième branche (325) du L, sensiblement verticale, est munie d'une aspérité qui coopère, lorsque ledit loquet est en position verrouillée, avec une partie en relief (313) de l'organe de préhension (31) de telle sorte qu'elle s'oppose à tout mouvement dudit organe de préhension, quelle que soit sa position d'origine, ouverte ou fermée: sa paroi inférieure (324) forme butée à la fermeture, sa paroi supérieure (323) forme butée à l'ouverture.
  • Lorsque l'organe de manutention (300) est muni d'un connecteur et se déplace en vue de le déposer sur les crochets d'appui du cadre anodique, le loquet (320) est en position verrouillée et bloque l'organe de préhension (31) en position fermée, emprisonnant les tourillons du connecteur. Par gravité, les tourillons sont en position basse, en contact avec l'organe de préhension (Fig. 4d). Arrivé au-dessus des crochets d'appui, l'organe de manutention est descendu jusqu'à ce que les tourillons reposent sur lesdits crochets d'appui. En poursuivant la descente de l'organe de préhension, les tourillons se déplacent et atteignent leur position haute où, entrant en contact avec la partie horizontale du loquet, ils font pivoter ledit loquet en le faisant passer de sa position de verrouillage à sa position de déverrouillage (Fig. 4c), permettant ainsi à l'organe de préhension de se déplacer vers sa position ouverte (Fig. 4b) et à l'organe de manutention de se libérer du connecteur qu'il transportait (Fig. 4a).
  • Lorsque l'organe de manutention (300) est vide et est déplacé en vue de saisir un connecteur reposant sur les crochets d'appui du cadre anodique et de l'extraire de cette position, l'organe de préhension est maintenu en position ouverte. Arrivé au-dessus du connecteur (Fig. 4a), lequel repose sur les crochets d'appui, l'organe de manutention est descendu jusqu'à ce que les tourillons soient introduits dans les dites échancrures et atteignent leur position haute (Fig. 4b) où, entrant en contact avec la partie horizontale du loquet, ils font pivoter ledit loquet en le faisant passer de sa position verrouillée à sa position déverrouillée, permettant ainsi à l'organe de préhension de se déplacer de sa position ouverte vers sa position fermée pour emprisonner lesdits tourillons (Fig. 4c). L'organe de manutention est ensuite remonté de sorte que les tourillons arrivent en position basse, laquelle correspond au contact avec l'organe de préhension. En poursuivant le mouvement de montée, le connecteur est entraîné par l'organe de préhension, les tourillons reposant sur ledit organe de préhension (Fig. 4d).
  • Un actionneur (34) fait passer le système de verrouillage (32) de sa position déverrouillée à sa position verrouillée lorsque le tourillon n'est pas en position haute. Ledit actionneur est un ressort (340), reliant un point fixe de l'organe de manutention à un point de la branche sensiblement verticale du L. La raideur du ressort est suffisamment faible pour que le loquet puisse pivoter lorsque le tourillon arrive au contact de la partie sensiblement horizontale.
  • L'organe de préhension (31) comprend deux flasques pivotantes, chacune associée à un tourillon et animée par un vérin pour passer de la position ouverte vers la position fermée et vice-versa. Lesdites flasques pivotent autour d'un axe (302). Elles ont un contour en forme de C, avec un relief (313) de type tenon qui coopère avec la paroi supérieure (323) et la paroi inférieure (324) du loquet (320) et avec une protubérance (314) qui forme obstacle à l'entrée de l'échancrure, lorsque ledit organe de préhension est en position fermée. La protubérance (314) possède une concavité (312) apte à former un siège sur lequel peut reposer le tourillon.
    • EXEMPLE 2 (Figures 5a à 5d)
  • Le deuxième exemple diffère du premier exemple essentiellement par le loquet (320'). Ce dernier est également un loquet pivotant en forme de L, avec une branche sensiblement verticale très courte, reliée à un ressort de compression (340') et une branche sensiblement horizontale munie d'une encoche présentant une paroi (323') de butée à l'ouverture et munie, en son extrémité , d'une paroi (324') de butée à la fermeture.
  • Le doigt (313') de la flasque (310') du système de préhension (31) coopère avec ladite paroi de butée à l'ouverture pour maintenir le système de verrouillage (31) en position verrouillée, ladite flasque étant bloquée en position fermée. Le doigt (313') coopère avec ladite paroi de butée à la fermeture (324') pour maintenir le système de verrouillage (31) en position de verrouillage, la flasque (310') du système de préhension (31) étant bloquée en position ouverte.
    • EXEMPLE 3 (Figures 6a à 6d)
  • Le troisième exemple diffère du premier exemple également par le loquet (320"). Ce dernier n'est pas pivotant: il se déplace verticalement, guidé par une liaison glissière (322"). Son extrémité haute est reliée à un ressort de compression (340") qui tend à le pousser vers une position basse, dans laquelle la paroi de butée à l'ouverture (323") et la paroi de butée à la fermeture (324") jouent avec le doigt (313") de la flasque (310") des rôles similaires à ceux décrits dans l'exemple précédent.
    • EXEMPLE 4 (Figures 7a à 7d)
  • Le quatrième exemple diffère des exemples précédent par la forme, plus compacte, des flasques (310"') du système de préhension (31). Le loquet (320"') est pivotant. Un ressort de compression (340"') tend à le pousser vers une position basse, dans laquelle la paroi de butée à l'ouverture (323"') et la paroi de butée à la fermeture (324"') jouent avec le doigt (313"') de la flasque (310"') des rôles similaires à ceux décrits dans les exemples 2 et 3 précédents.
  • Dans cet exemple, les déplacements des flasques (310"') du système de préhension (31) sont moins amples, le siège (312"') offert aux tourillons est moins étendu mais la protubérance associée (314"') permet de piéger lesdits tourillons dans l'échancrure.

Claims (14)

  1. Organe de manutention (300) d'un connecteur (200) d'anode pour connecter une tige d'anode sur le cadre anodique (5) d'une cellule (1) de production d'aluminium par électrolyse ignée, ledit connecteur étant muni de deux tourillons (212, 212') latéraux aptes à coopérer avec des crochets d'appui (10, 10') solidaires dudit cadre anodique et placés de part et d'autre de la tige d'anode (9), de manière à plaquer ladite tige d'anode contre ledit cadre anodique, ledit organe de manutention comprenant au moins un organe de guidage (30) présentant une échancrure (40) associée à chacun desdits tourillons et destinée à recevoir ledit tourillon, ledit organe de manutention étant caractérisé en ce qu'il comprend également :
    - au moins un organe de préhension (31), ayant une position ouverte et une position fermée, ledit organe de guidage et ledit organe de préhension coopérant de telle sorte que, lorsque ledit organe de préhension est en position ouverte, chaque tourillon peut être inséré dans ladite échancrure ou en être extrait, et lorsque ledit organe de préhension est en position fermée, chaque tourillon ne peut effectuer qu'un déplacement limité dans ladite échancrure, entre une position dite "basse" correspondant au contact avec ledit organe de préhension et une position dite "haute";
    - un système d'actionnement (311) associé audit organe de préhension, apte à déplacer celui-ci entre lesdites positions ouverte et fermée,
    - au moins un système de verrouillage (32) présentant une position verrouillée et une position déverrouillée, apte à bloquer ledit organe de préhension lorsqu'il est en position verrouillée, et apte à passer de la position verrouillée à la position déverrouillée lorsque lesdits tourillons sont en position haute.
  2. Organe de manutention (300) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit système de verrouillage comprend une pièce mobile (320, 320', 320", 320"') susceptible de se déplacer entre deux positions: une position de déverrouillage, où ledit organe de préhension est libre de se déplacer et une position de verrouillage, où ladite pièce mobile empêche le déplacement dudit organe de préhension, ladite position de verrouillage étant atteinte par ladite pièce mobile quand celle-ci entre en contact avec un tourillon (212) et est entraînée par ledit tourillon dans sa course vers sa position haute.
  3. Organe de manutention (300) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend également un actionneur (34) qui, lorsque ledit tourillon n'est pas en position haute, fait passer ledit système de verrouillage de sa position déverrouillée à sa position verrouillée.
  4. Organe de manutention (300) selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit actionneur est un moyen élastique, typiquement un ressort de compression (340, 340', 340", 340"'), dont la raideur est suffisamment faible pour que la partie mobile du dit système de verrouillage puisse être entraînée par ledit tourillon dans son mouvement vers sa position haute
  5. Organe de manutention (300) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit organe de préhension (31) comprend deux flasques (310, 310', 310", 310"'), chacune associée à un tourillon.
  6. Organe de manutention (300) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend deux dispositifs de verrouillage, chacun associé à un tourillon.
  7. Organe de manutention (300) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel ledit organe de préhension (31) présente, perpendiculairement à l'axe de pivotement, un contour comprenant un relief (313, 313', 313", 313"') qui coopère avec ledit système de verrouillage et une protubérance (314, 314"') qui forme obstacle à l'entrée de l'échancrure (40), lorsque ledit organe de préhension est en position fermée.
  8. Organe de manutention (300) selon la revendication 7, dans lequel ladite protubérance possède une concavité (312) apte à former un siège sur lequel peut reposer le tourillon (212).
  9. Organe de manutention (300) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel ledit système d'actionnement (311) est un vérin, typiquement pneumatique, comprenant une tige dont les deux extrémités de la course correspondent respectivement à ladite position ouverte et à ladite position fermée.
  10. Organe de manutention (300) selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel ladite pièce mobile (320, 320', 320", 320"') du système de verrouillage (32) est munie d'une paroi (323, 323', 323", 323"') qui, lorsque ladite pièce mobile se trouve en position de verrouillage, s'oppose au déplacement dudit relief (313, 313', 313", 313"') de l'organe de préhension (31) qui permet de passer de la position fermée vers la position ouverte.
  11. Organe de manutention (300) selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, dans lequel ladite pièce mobile (320, 320', 320", 320"') du système de verrouillage (32) est munie d'une paroi (324, 324', 324", 324"') qui, lorsque ladite pièce mobile se trouve en position de verrouillage, s'oppose au déplacement dudit relief (313, 313', 313", 313"') de l'organe de préhension (31) qui permet de passer de la position ouverte vers la position fermée.
  12. Unité de levage et de manutention (20) comprenant au moins un organe de manutention de connecteurs (200) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.
  13. Utilisation d'un organe de manutention (300) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 dans une usine de production d'aluminium par électrolyse ignée.
  14. Utilisation d'une unité de levage et de manutention selon la revendication 12 dans une usine de production d'aluminium par électrolyse ignée.
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