FR2469475A1 - Procede et dispositif pour la suppression des perturbations magnetiques dans les cuves d'electrolyse a tres haute intensite placees en travers - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE ET UN DISPOSITIF POUR LA SUPPRESSION DES PERTURBATIONS MAGNETIQUES DANS LES SERIES DE CUVES D'ELECTROLYSE IGNEE, POUR LA PRODUCTION D'ALUMINIUM, DISPOSEES EN TRAVERS PAR RAPPORT A L'AXE DE LA SERIE, FONCTIONNANT SOUS DES INTENSITES ALLANT DE 200.000 A 300.000 AMPERES. ELLE CONSISTE A EXTRAIRE LE COURANT CATHODIQUE PAR UNE PLURALITE D'ELEMENTS CONDUCTEURS SCELLES DANS LES BLOCS CATHODIQUES ET SORTANT VERTICALEMENT PAR LE FOND DU CAISSON, ET A DERIVER DE 30 A 54 DU COURANT CATHODIQUE TOTAL DANS DES CONDUCTEURS DE LIAISON DISPOSES, SUR AU MOINS UNE PARTIE DE LEUR TRAJET, A L'EXTERIEUR DES DEUX PLANS VERTICAUX PASSANT PAR LES EXTREMITES DU SYSTEME ANODIQUE.
Description
PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LA SUPPRESSION DES PERTURBATIONS MA(;NETIQUES
DANS LES CUVES D'ELECTROLYSE A TRES HAUTE I > ITENSITE PLACEES EN TRAl'ERS.
DANS LES CUVES D'ELECTROLYSE A TRES HAUTE I > ITENSITE PLACEES EN TRAl'ERS.
La présente invention concerne un nouveau dispositif et un nouveau procédé pour la suppression des perturbations magnétiques néfastes au bon fonctionnement des cuves d'électrolyse à très haute intensité placées en travers. Ces cuves sont destinées à la production d'aluminium par électrolyse de l'alumine dissoute dans les bains de fluorures d'aluminium et de sodium.
L'invention s'applique à la réduction des forces magnétiques appliquées au métal liquide contenu dans ces cuves. Ces forces sont dues à l'action conjuguée des courants horizontaux apparaissant dans le métal et du champ magnétique créé par les conducteurs d'une cuve et de ses voisines d'une même file, ainsi que par les conducteurs des cuves des files adjacentes. Les cuves sont, en effet, disposées en série selon un certain nombre de files adjacentes, de façon à assurer le retour du courant à sa source.
L'invention ne s'applique qu'à l'équilibrage du champ magnétique créé par les conducteurs de la cwe et de ses voisines de la même file. L'influence d'une ou plusieurs files adjacentes, lorsque celles-ci se trouvent à une distance relativement proche de la file considérée, fait l'objet de brevets séparés : brevet français 2 333 060 et son certificat d'addition 2 343 826 et demande de brevet français 2071 déposée le 11 Mai 1978 sous le nO 78 14676.
EXPOSE DU PROBLEME
On sait que, pour réduire les investissements et diminuer les coûts d'exploitation, la tendance est d'augmenter la taille des unités de production, ce qui entraîne un accroissement de l'intensité traversant chaque cuve. La gamme d'intensité des nouvelles cuves, qui se situait récemment endessous de 200.000 A, est actuellenent comprise dans la fourchette 200.000 à 300.000 A.
On sait que, pour réduire les investissements et diminuer les coûts d'exploitation, la tendance est d'augmenter la taille des unités de production, ce qui entraîne un accroissement de l'intensité traversant chaque cuve. La gamme d'intensité des nouvelles cuves, qui se situait récemment endessous de 200.000 A, est actuellenent comprise dans la fourchette 200.000 à 300.000 A.
A ces intensités, les effets magnétiques prennent une telle amplitude que, si l'on ne prenait pas de dispositions particulières pour en atténuer les effets, le rendement des cellules d'électrolyse s'en trouverait fortement diminué et, à la limite, tout fonctionnement nornal pourrait devenir im- possible.
Ces perturbations se manifestent par plusieurs effets - déformation permanente de la nappe de métal avec, d'une part, une déni
nivellation globale, pente pouvant atteindre, dans certains cas, une va
leur supérieure à la distance anode-métal et, d'autre part, une déforma
tion en dôme symétrique - existence de mouvements permanents du bain et du métal dont la configu
ration peut être plus ou moins favorable au bon déroulement de l'élec trolyse - existence de mouvements périodiques de l'interface bain/métal, néfastes
au rendement de l'électrolyse (instabilités), et pouvant aller, dans
certains cas, jusqu'à l'expulsion de métal liquide hors de la cuve.
nivellation globale, pente pouvant atteindre, dans certains cas, une va
leur supérieure à la distance anode-métal et, d'autre part, une déforma
tion en dôme symétrique - existence de mouvements permanents du bain et du métal dont la configu
ration peut être plus ou moins favorable au bon déroulement de l'élec trolyse - existence de mouvements périodiques de l'interface bain/métal, néfastes
au rendement de l'électrolyse (instabilités), et pouvant aller, dans
certains cas, jusqu'à l'expulsion de métal liquide hors de la cuve.
Pour supprimer les perturbations magnétiques, on peut soit agir sur les courants horizontaux, soit agir sur le champ magnétique, soit sur les deux la présente invention est basée sur ce dernier cas.
EXPOSE DE L'INVENTION
Par convention, dans tout ce qui suit, on désigne par Bx, By et Bz les composantes du champ magnétique selon les axes Ox, Oy et Oz, dans un trièdre direct dont l'origine O est le centre du plan cathodique de la cwe, Ox étant l'axe transversal de la cuve dirigé dans le sens de la circulation du courant dans la file des cuves, Oy l'axe longitudinal de la cuve et Oz l'axe vertical dirigé vers le haut.
Par convention, dans tout ce qui suit, on désigne par Bx, By et Bz les composantes du champ magnétique selon les axes Ox, Oy et Oz, dans un trièdre direct dont l'origine O est le centre du plan cathodique de la cwe, Ox étant l'axe transversal de la cuve dirigé dans le sens de la circulation du courant dans la file des cuves, Oy l'axe longitudinal de la cuve et Oz l'axe vertical dirigé vers le haut.
Les côtés de la cuve sont appelés "petits côtés" et "grands côtés", ces derniers étant, dans le cas de séries de cuves en travers, perpendiculaires à l'axe de la série ; l'expression "tête" est utilisée pour désigner les extrémités, sur les petits côtés, aussi bien de la cuve que du système anodique. De la façon habituelle, on parlera pour chaque cuve de côté amont et de côté aval par référence au sens conventionnel du courant dans la série. Sur les figures qui suivront, le sens du courant ira du bas vers le haut de chaque dessin et sera indiqué par une flèche.
Enfin, on conviendra d'appeler "cuve considérée" celle dont on extrait le courant par la cathode, "cuve précédente" celle qui alimente, à partir de ses sorties cathodiques, le système anodique de la cuve considérée, et "cuve suivante" celle dont le croisillon anodique est alimenté en courant à partir des sorties cathodiques de la cuve considérée.
Toutes les valeurs des champs magnétiques sont données en "Tesla" (T) (1 T = 10 4 Gauss).
L'objet de l'invention est un dispositif pour la suppression des perturbations magnétiques dans les séries de cuves d'électrolyse ignée destinées à la production d'aluminium à partir d'alumine dissoute dans la cryolithe fondue, fonctionnant sous une intensité pouvant atteindre 200.000 à 300.000 ampères, lesdites cuves comportant un caisson parallélépipédique supportant des blocs cathodiques dans lesquels sont scellées les sorties de courant cathodique (dites "sorties cathodiques"), et un système anodique (qui peut être du type Söderberg à autocuisson, ou du type à anodes multiples précuites) - suspendu à un croisillon, les cuves étant connectées électriquement en série par les conducteurs reliant les sorties cathodiques d'une cuve donnée au croisillon de la cuve suivante dans la série, les cuves étant, en outre, disposées en travers par rapport à l'axe de la série, dispositif dans lequel les sorties cathodiques sont constituées par une pluralité d'éléments conducteurs, le plus souvent métalliques, sortant verticalement par le fond du caisson, et dans lequel, en outre, une partie des conducteurs de liaison entre cuves sont disposés, sur au moins une partie de leur trajet, à l'extérieur des deux plans verticaux passant par les extrémités du système anodique.
Un autre objet de l'invention est un procédé pour la suppression des perturbations magnétiques dans les séries de cuves d'électrolyse ignée, destinées à la production d'aluminium, à partir d'alumine dissoute dans de la cryolithe fondue, fonctionnant sous une intensité pouvant atteindre 200.000 à 300.000 ampères, lesdites cuves comportant un caisson parallélépipédique supportant des blocs cathodiques en carbone dans lesquels sont scellées les sorties de courant cathodique et un système anodique suspendu à un croisillon, les cuves étant connectées électriquement en série par des conducteurs reliant les sorties cathodiques d'une cuve au croisillon de la cuve suivante, et étant disposées en travers par rapport à l'axe de la série, procédé dans lequel le courant cathodique est extrait par une pluralité d'éléments conducteurs scellés dans les blocs cathodiques et sortant verticalement par le fond du caisson et dans lequel une fraction du courant total circulant dans les conducteurs de liaison entre les cuves, fraction comprise entre 30 et 54 % est dérivée dans des conducteurs disposés, sur au moins une partie de leur trajet, à l'extérieur des deux plans verticaux passant par les extrémités du système anodique.
La répartition de ce courant dérivé peut être symétrique par rapport à l'axe de la série, et se répartir également sur chaque côté des cuves, ou être dissymétrique, et se répartir inégalement sur chaque côté des cuves.
Le croisillon d'une cuve considérée est alimenté en courant à partir des sorties cathodiques de la cuve précédente par une pluralité de montées verticales qui peuvent se raccorder soit en totalité sur le côté amont dudit croisillon, soit à la fois sur le côté amont et sur le côté aval, une partie du courant pouvant, en outre, être amenée à l'une et/ou à l'autre des têtes dudit croisillon.
La figure 1 représente les deux systèmes de sorties cathodiques dessinées, par simplification, sur la même cuve : sorties latérales et sorties par le fond.
La figure 2 représente schématiquement la coupe d'une cuve, sur laquelle apparaissent les trois axes de coordonnées utilisés pour définir la direction des composantes du champ magnétique.
La figure 3 représente la répartition de la moyenne de la composante verticale Bz du champ magnétique sur les quatre quadrants de la cuve.
La figure 4 schématise la position des conducteurs de liaison, selon l'invention, par rapport au plan vertical zz' passant par Vxtrmité du système anodique.
Les figures 5, 6, 7 indiquent, de façon schématique, les diverses variantes des trajets que peuvent suivre les conducteurs de liaison, dans le cadre de l'invention.
La figure 8 indique cornent seraient constituées les liaisons entre cuve, en mettant en oeuvre les connaissances de l'art antérieur.
Les figures 9 à 13 représentent la mise en oeuvre de l'invention sous cinq variantes différentes, qui font chacune l'objet d'exemple de mise en oeuvre.
La figure 14 est le schéma d'une réalisation pratique et la figure 15, une coupe, dans le sens de l'axe de la série, de cette même réalisation, indiquant la position réelle des conducteurs.
Sur ces différentes figures, les mêmes éléments sont désignés par les mêmes repères numériques. (1) désigne les sorties cathodiques latérales selon l'art antérieur, (2) les sorties cathodiques par le fond du caisson, (3) le caisson, (4) le contour des blocs anodiques, (5) le système anodique, (6) le bain d'électrolyse, (7) la nappe d'aluminium liquide formée sur la cathode, (8) le conducteur (ou groupe de conducteurs) de dérivation, (9) le croisillon.
Dans les cuves classiques, les courants horizontaux sont principalement générés par le mode de collecte du courant cathodique. Le courant est extrait par des barres cathodiques (1) latérales qui ont l'inconvénient de concentrer le courant sur les deux grands côtés de la cathode. Quand on augmente la taille de la cuve, on est amené à élargir la cathode, ce qui a pour effet d'accroître les courants horizontaux dans le métal liquide.
Dans la présente invention, le courant est extrait de la cathode de carbone par des sorties verticales (2) que nous désignerons dans la suite de l'exposé par le terme de sorties par le fond. Ce procédé permet de réduire considérablement les courants horizontaux dans le métal tout en obtenant un gain de l'ordre de 0,1 V sur la chute cathodique. Cette ardlioration de la chute cathodique se traduit par une réduction de 300 wh/t de l'énergie spécifique consonlnée par la cuve.
Du fait des sorties par le fond, nous ne distinguerons plus le courant cathodique extrait par l'amont de celui extrait par l'aval, corne il était d'usage de le faire dans le cas des cuves à sorties cathodiques latérales, puisque l'ensemble du courant sort par le dessous de la cuve. La définition du nombre, de la position et du dispositif d'ancrage dans la cathode de carbone des sorties verticales par le fond, sera considérée conme connue de l'homne de l'art.
L'idée des sorties par le fond a été décrite dans plusieurs brevets anciens ; trois d'entre eux ne font appel qu'aux sorties par le fond, à l'exclusion de toute description des conducteurs de liaison : FR. 953 374,
IT. 451 183 et FR. 1 125 949. Le premier ne concerne que les cuves à intensité relativement faible, voisine de 100.0ou A. Deux autres brevets, ne s'appliquant également qu'aux cuves d'intensité voisine de 100.000 A, décrivent des dispositions coûteuses des conducteurs conduisant à un équilibrage somnaire sur le plan du champ magnétique:N0. 83 883 et FR. 1 079 131 et son additif nO 65 320. Les trajets des conducteurs de liaison sont longs, entraînant un investissement important en conducteurs et des chutes de tension en ligne élevées. L'invention permet de supprimer les perturbations magnétiques sur ces cuves par la suppression des courants horizontaux et par l'équilibrage du champ magnétique.
IT. 451 183 et FR. 1 125 949. Le premier ne concerne que les cuves à intensité relativement faible, voisine de 100.0ou A. Deux autres brevets, ne s'appliquant également qu'aux cuves d'intensité voisine de 100.000 A, décrivent des dispositions coûteuses des conducteurs conduisant à un équilibrage somnaire sur le plan du champ magnétique:N0. 83 883 et FR. 1 079 131 et son additif nO 65 320. Les trajets des conducteurs de liaison sont longs, entraînant un investissement important en conducteurs et des chutes de tension en ligne élevées. L'invention permet de supprimer les perturbations magnétiques sur ces cuves par la suppression des courants horizontaux et par l'équilibrage du champ magnétique.
En ce qui concerne le champ magnétique, on conviendra d'appeler "antisymétrique" par rapport à un plan donné, une composante, lorsqu'à tout couple de points symétriques par rapport à ce plan correspondent deux valeurs opposées de la composante.
Dans les cuves en travers, en l'absence de l'effet de files voisines, les composantes Bx et Bz sont, par construction, antisymétriques par rapport au plan x o z.
En ce qui concerne l'équilibrage du'champ magnétique, qui préside au choix de la disposition des conducteurs de liaisons, nous avons adopté les deux critères suivants - Un critère principal appliqué à la composante verticale consistant en
l'égalité des moyennes de Bz par quart de cuve. La numérotation des qua
drants de cuve est définie sur la figure 3. L'égalité des moyennes stécrit :
Bz1 = - Bz2
Cette égalité, compte tenu de l'antisymétrie, entraînera, en l'absence
de files voisines
Bz1 = - Bz4 = Bz3 = - Bz2
De plus, les valeurs ponctuelles de Bz devront être faibles. Le champ
sera calculé en prenant en compte l'effet des pièces ferromagnétiques
de la cuve et de son environnement.
l'égalité des moyennes de Bz par quart de cuve. La numérotation des qua
drants de cuve est définie sur la figure 3. L'égalité des moyennes stécrit :
Bz1 = - Bz2
Cette égalité, compte tenu de l'antisymétrie, entraînera, en l'absence
de files voisines
Bz1 = - Bz4 = Bz3 = - Bz2
De plus, les valeurs ponctuelles de Bz devront être faibles. Le champ
sera calculé en prenant en compte l'effet des pièces ferromagnétiques
de la cuve et de son environnement.
- Un critère secondaire consistant en la réduction de la valeur maximale
de la composante horizontale Bx. La valeur maximale sera généralement
située à l'extrémité du plan anodique, sur les petits côtés de la cuve.
de la composante horizontale Bx. La valeur maximale sera généralement
située à l'extrémité du plan anodique, sur les petits côtés de la cuve.
L'invention consiste, pour les cuves en travers, d'intensité comprise entre 200.000 A et xi).000 A, en une combinaison des sorties par le fond et d'une dérivation d'une partie du courant dans des conducteurs disposés à l'extérieur des deux plans verticaux passant par les extrémités du système anodique.
En réalité, cette définition de l'emplacement des conducteurs de dérivation doit être précisée, car elle englobe une partie du caisson, et il est évident que les conducteurs de liaison ne peuvent pas passer à l'intérieur du caisson
En pratique, les conducteurs de dérivation sont donc placés dans la zone hachurée ABCDEF de la figure 4. Cette zone est délimitée côté caisson, par la paroi verticale AB du petit côté du caisson et, au-dessous du caisson, par le fond jusqu'à l'aplomb de l'extrémité du système anodique (BC).
En pratique, les conducteurs de dérivation sont donc placés dans la zone hachurée ABCDEF de la figure 4. Cette zone est délimitée côté caisson, par la paroi verticale AB du petit côté du caisson et, au-dessous du caisson, par le fond jusqu'à l'aplomb de l'extrémité du système anodique (BC).
Néanmoins, le conducteur sera légèrement écarté de la paroi du caisson, à une distance compatible avec les exigences de la sécurité électrique. Côté opposé à la paroi du caisson, il n'y a pas de limite théorique de la zone.
Cependant, afin de ne pas allonger inconsidérément le trajet des conducteurs, on ne s'écartera pas au-delà d'un plan EF situé à un mètre environ de la paroi du caisson. La hauteur de la zone est théoriquement illimitée, mais, pour des raisons d'économie de trajet et afin que le conducteur de dérivation ne gêne pas les opérations sur la cuve, la hauteur de la zone sera délimitée, en sa partie supérieure, par le haut du caisson (FA) et, en sa partie inférieure, par une frontière ED située à un mètre environ en-dessous du fond du caisson.
Les figures 5, 6 et 7 permettent de mieux préciser le terme de "conducteur de dérivation".
Sur la figure 5, le courant cathodique collecté sous la cuve considérée, circule dans le conducteur (10) et est dérivé par les têtes de la cuve considérée (à l'extérieur du plan vertical passant par l'extrémité du système anodique (4) par le conducteur de dérivation (11) qui contourne les deux angles amont et aval de l'extrémité (12) du plan anodique. Le conducteur de dérivation (11) passe sous le caisson (3) de la cuve considérée et se raccorde au croisillon de la cuve suivante par la montée (13).
Sur la figure 6, le courant cathodique collecté sous la cuve considérée, circule dans le conducteur (14) et est dérivé par les têtes de la cuve suivante par le conducteur de dérivation (15) qui contourne les deux angles amont et aval de l'extrémité (12) du plan anodique de la cuve suivante (à l'extérieur du plan vertical passant par l'extrémité dudit système anodique). Le conducteur de dérivation (15) longe le caisson (3) de la cuve suivante sur son petit côté.
Sur la figure 7, une partie du courant cathodique collecté sous la cuve considérée, circule dans le conducteur (16) et est dérivée par les têtes de la cuve considérée par le conducteur de dérivation (17) qui contourne les deux angles amont et aval de l'extrémité (12) du plan anodique de la cuve considérée. Le conducteur de dérivation (17) longe le caisson (3) de la cuve considérée sur son petit côté. Une autre partie du courant cathodique, collecté sous la cuve considérée, circule dans le conducteur (18) et est dérivée par les têtes de la cuve suivante par le même conducteur de dérivation (19) qui contourne les deux angles amont et aval de l'extré- mité (12) du plan anodique de la cuve suivante. Le conducteur de dérivation (19) longe le caisson (3) de la cuve suivante sur son petit côté,
La partie du courant qui est dérivée par chacune des têtes de la cuve est comprise entre 15 t et 27 t de la totalité du courant de la cuve. Plus précisément - dans le cas où le conducteur de dérivation alimente le croisillon de la
cuve suivante par une montée positive située sur le grand côté amont de
la cuve suivante, la fraction de courant dérivé par chacune des têtes
de la cuve considérée sera comprise entre 15 90 et 27 t de l'intensité totale - dans le cas où le conducteur de dérivation alimente le croisillon de la
cuve suivante par une montée positive située sur le grand côté aval de
la cuve suivante, la fraction de courant dérivé par chacune des têtes
de la cuve suivante sera comprise entre 15 q, et 27 q0 de l'intensité to
tale.
La partie du courant qui est dérivée par chacune des têtes de la cuve est comprise entre 15 t et 27 t de la totalité du courant de la cuve. Plus précisément - dans le cas où le conducteur de dérivation alimente le croisillon de la
cuve suivante par une montée positive située sur le grand côté amont de
la cuve suivante, la fraction de courant dérivé par chacune des têtes
de la cuve considérée sera comprise entre 15 90 et 27 t de l'intensité totale - dans le cas où le conducteur de dérivation alimente le croisillon de la
cuve suivante par une montée positive située sur le grand côté aval de
la cuve suivante, la fraction de courant dérivé par chacune des têtes
de la cuve suivante sera comprise entre 15 q, et 27 q0 de l'intensité to
tale.
Dans ces fourchettes, on ne prend pas en compte la compensation de l'effet d'une ou plusieurs files voisines adjacentes à la file considérée.
Pour les cuves à haute intensité, le nombre de montées positives sera généralement supérieur ou égal à quatre. Néanmoins, dans le cas où l'invention est appliquée à des cuves d'intensité inférieure à 200.000 A, on pourra se contenter de moins de quatre montées positives.
Illustrons sur un exemple l'importance d'un choix judicieux des conducteurs de liaisons pour une cuve à sorties par le fond
En reliant directement les sorties par le fond au plan anodique de la cuve suivante à l'aide de cinq montées positives d'égale intensité, réparties sur le grand côté d'une cuve 250.000 ampères (figure 8), conne on le ferait en appliquant les connaissances de l'art antérieur, on obtient un champ magnétique vertical croissant du centre de la cuve vers les têtes, avec des valeurs moyennes par quadrant, déduction faite de l'effet des pièces ferromagnétiques:
En reliant directement les sorties par le fond au plan anodique de la cuve suivante à l'aide de cinq montées positives d'égale intensité, réparties sur le grand côté d'une cuve 250.000 ampères (figure 8), conne on le ferait en appliquant les connaissances de l'art antérieur, on obtient un champ magnétique vertical croissant du centre de la cuve vers les têtes, avec des valeurs moyennes par quadrant, déduction faite de l'effet des pièces ferromagnétiques:
<tb> <SEP> x
<tb> <SEP> 30.10 <SEP> 4 <SEP> <SEP> T <SEP> - <SEP> 30.10- <SEP> T
<tb> Y <SEP> * <SEP> <SEP> Bz <SEP> moyen <SEP> :o <SEP> <SEP> Bz <SEP> moyen <SEP> :
<tb> <SEP> 30.10 <SEP> T <SEP> - <SEP> 30.10 <SEP> T
<tb>
La condition Bz1 =-Bz2 n'est absolument pas vérifiée puisque l'on a au contraire
Bz1 = Bz2
Ce circuit, bien que présentant l'avantage du trajet électrique le plus court, ne permet pas l'équilibrage du champ magnétique d'une cuve à sorties par le fond.
<tb> <SEP> 30.10 <SEP> 4 <SEP> <SEP> T <SEP> - <SEP> 30.10- <SEP> T
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<tb>
La condition Bz1 =-Bz2 n'est absolument pas vérifiée puisque l'on a au contraire
Bz1 = Bz2
Ce circuit, bien que présentant l'avantage du trajet électrique le plus court, ne permet pas l'équilibrage du champ magnétique d'une cuve à sorties par le fond.
Nous fournissons ci-après des exemples d'application de l'invention qui montrent l'amélioration obtenue sur l'équilibrage du champ magnétique.
Sur les figures 9 et 13, par souci de clarté, nous ne représentons très schématiquement que les conducteurs reliant les sorties cathodiques (2) de la cwe considérée au croisillon (9) alimentant les anodes de la cuve suivante. En pratique, les conducteurs de liaison passent au-dessous du niveau du plan de travail, et rejoignent ensuite les croisillons par des rentées verticales ou légèrement obliques.
Dans tous les exemples présentés, chaque bloc cathodique disposé parallèlement à l'axe Ox, présente trois sorties verticales. Mais, bien entendu, le noire réel de sorties peut être différent sans sortir du cadre de l'invention.
EXEMPLE 1 - Cuves à sorties par le fond,à cinq montées positives,dont le
courant dérivé par les têtes de la cuve suivante alimente
cette dernière par le grand côté aval (figure 9).
courant dérivé par les têtes de la cuve suivante alimente
cette dernière par le grand côté aval (figure 9).
Le courant prélevé aux deux extrémités de la cathode est dérivé par les têtes de la cuve suivante pour aller alimenter son croisillon par l'aval par deux montées positives situées aux 1/4 et 3/4. La fraction de courant parcourant chacun des deux conducteurs de dérivation est égale aux 3/1, soit 18,75 î, de l'intensité totale. Le reste du courant alimente le croisillon de la cuve suivante à l'amont, selon trois montées positives, l'une située selon l'axe Ox de la cuve et les deux autres aux têtes du croisillon. Ces dernières montées peuvent être indifféremnent placées sur le grand ou sur le petit côté de la cuve.
Le champ vertical moyen par quadrant de cette cuve à 250.000 A, et compte tenu de l'effet des pièces ferromagnétiques est
<tb> <SEP> x
<tb> <SEP> Ç <SEP> 3.10 <SEP> 4 <SEP> T <SEP> - <SEP> 3.10-4 <SEP> T
<tb> Y <SEP> Bz <SEP> moyen <SEP> : <SEP> Bz <SEP> moyen
<tb> <SEP> o
<tb> <SEP> + <SEP> 3.10 <SEP> T <SEP> + <SEP> 3.10 <SEP> 4 <SEP> T <SEP>
<tb>
Le champ horizontal 3x maximum est de 60.10-4.
<tb> <SEP> Ç <SEP> 3.10 <SEP> 4 <SEP> T <SEP> - <SEP> 3.10-4 <SEP> T
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<tb>
Le champ horizontal 3x maximum est de 60.10-4.
EXENFLE 2 : Cuves à sorties par le fond, à six montées positives,dont le cou
rant dérivé par les têtes de la cuve suivante est collecté dans
l'espace intercuve et est envoyé à l'aval du croisillon de la
cuve suivante (figure 10).
rant dérivé par les têtes de la cuve suivante est collecté dans
l'espace intercuve et est envoyé à l'aval du croisillon de la
cuve suivante (figure 10).
Le courant prélevé aux deux extrénités de la cathode est collecté de part et d'autre de la cuve considérée dans l'espace intercuve. Une partie de ce courant est dérivée sur les têtes de la cuve considérée. Le conducteur de dérivation longe ensuite les têtes de la cuve suivante et alimente son croisillon, par l'aval aux 1/4 et 3/4 du grand côté. Chacun des conducteurs de dérivation par les têtes de la cuve suivante est traversé par 1/5 du courant total. Le reste du courant cathodique alimente par l'amont le croisillon de la cuve suivante par quatre montées positives situées aux 1/8, 3/8, 5/8 et 7/8.
Le champ vertical moyen par quadrant de cette cuve à 250.000 A, et compte tenu de l'effet des pièces ferromagnétiques est
<tb> <SEP> x <SEP>
<tb> <SEP> + <SEP> 10-4T <SEP> - <SEP> 10-4T
<tb> y <SEP> Bz <SEP> moyen <SEP> :o <SEP> Bz <SEP> moyen:
<tb> <SEP> - <SEP> 10-4T <SEP> +10-4 <SEP> T
<tb>
Le champ horizontal Bx maxinu'. est de 25.10-4 T.
<tb> <SEP> + <SEP> 10-4T <SEP> - <SEP> 10-4T
<tb> y <SEP> Bz <SEP> moyen <SEP> :o <SEP> Bz <SEP> moyen:
<tb> <SEP> - <SEP> 10-4T <SEP> +10-4 <SEP> T
<tb>
Le champ horizontal Bx maxinu'. est de 25.10-4 T.
E PLE 3 - Cuve à sorties par le fond à cinq montées positives dont le cou
rant dérivé par les têtes de la cuve considérée est prélevé aux
1/4 et 3/4 de la cathode (figure 11).
rant dérivé par les têtes de la cuve considérée est prélevé aux
1/4 et 3/4 de la cathode (figure 11).
Le courant prélevé aux 1/4 et 3/4 de la cathode rejoint le long du grand côté amont de la cuve considérée le conducteur de dérivation circulant sur les têtes de la cuve considérée avant d'alimenter par l'amont les têtes du croisillon de la cuve suivante par une montée positive de part et d'autre de la cuve. Les montées peuvent être indifféremment placées sur le grand côté ou sur le petit côté de la cuve.
Chacun des conducteurs de dérivation par les têtes de la cuve considérée est parcouru par 3/16, soit 18,75 %, de l'intensité totale. Le reste du courant cathodique alimente directement par l'amont, conne indiqué sur la figure 11, le croisillon de la cuve suivante par trois montées positives situées aux 1/4, 1/2 et 3/4 du grand côté.
Le champ vertical moyen par quadrant de cette cuve 250.000 A, et compte tenu de l'effet des pièces ferromagnétiques est
<tb> <SEP> x <SEP>
<tb> + <SEP> '.10 <SEP> 4 <SEP> T <SEP> - <SEP> 2.10 <SEP> 4 <SEP> T
<tb> Bz <SEP> moyen <SEP> : <SEP> o <SEP> Bz <SEP> moyen <SEP> :
<tb> - <SEP> 10-4 <SEP> T <SEP> + <SEP> <SEP> 10-4T <SEP>
<tb>
Le champ horizontal Bx maximum est de 40.10-4 T.
<tb> + <SEP> '.10 <SEP> 4 <SEP> T <SEP> - <SEP> 2.10 <SEP> 4 <SEP> T
<tb> Bz <SEP> moyen <SEP> : <SEP> o <SEP> Bz <SEP> moyen <SEP> :
<tb> - <SEP> 10-4 <SEP> T <SEP> + <SEP> <SEP> 10-4T <SEP>
<tb>
Le champ horizontal Bx maximum est de 40.10-4 T.
EXEMPLE 4 - Cuve à sorties par le fond, à cinq montées positives,dont le
courant dérivé par les têtes de la cwe considérée est préle
vé aux deux extrémités de la cathode (figure 12).
courant dérivé par les têtes de la cwe considérée est préle
vé aux deux extrémités de la cathode (figure 12).
Le courant prélevé aux deux extrémités de la cathode rejoint le long du grand côté amont de la cwe considérée le conducteur de dérivation circulant sur les têtes de la cwe considérée avant d'alimenter l'extrémité amont du croisillon de la cuve suivante par une montée positive de part et d'autre de la cwe. Les montées peuvent être indifféremment placées sur le grand côté ou sur le petit côté. Chacun des conducteurs de dérivation par les têtes de la cwe considérée est parcouru par 1/4 de l'intensité totale.
Le reste du courant cathodique alimente directement par l'amont le croisillon de la cwe suivante par trois montées positives situées aux 1/4, 1/2 et 3/4 du grand côté.
Le champ vertical moyen par quadrant de cette cuve 250.000 A, et compte tenu de l'effet des pièces ferromagnétiques est
<tb> <SEP> x
<tb> + <SEP> 5.10-4 <SEP> T <SEP> -5.10-4 <SEP> T <SEP>
<tb> Bz <SEP> moyen <SEP> : <SEP> o <SEP> Bz <SEP> moyen <SEP> : <SEP>
<tb> -4.10-4 <SEP> T <SEP> + <SEP> 4.10-4 <SEP> T <SEP>
<tb>
Le champ horizontal Bx maximum est de 48.10-4 T.
<tb> + <SEP> 5.10-4 <SEP> T <SEP> -5.10-4 <SEP> T <SEP>
<tb> Bz <SEP> moyen <SEP> : <SEP> o <SEP> Bz <SEP> moyen <SEP> : <SEP>
<tb> -4.10-4 <SEP> T <SEP> + <SEP> 4.10-4 <SEP> T <SEP>
<tb>
Le champ horizontal Bx maximum est de 48.10-4 T.
EXEMPLE 5 - Cuve à sorties par le fond,à quatre montées positives,dont le
courant dérivé par les têtes de la cuve considérée est collec
té dans l'espace intercuve amont de la cwe considérée (fi
gure 13).
courant dérivé par les têtes de la cuve considérée est collec
té dans l'espace intercuve amont de la cwe considérée (fi
gure 13).
Ce collecteur alimente le conducteur de dérivation par les têtes de la cuve considérée. Le courant dérivé alimente ensuite le croisillon amont de la cuve suivante par deux montées positives situées aux 1/8 et 7/8 du grand côté. Chacun des conducteurs de dérivation par les têtes de la cuve considérée est parcouru par 1/4 de l'intensité totale. Le reste du courant cathodique alimente par l'amont le croisillon de la cuve suivante par deux montées positives situées aux 3/8 et 5/8 du grand côté.
Le champ vertical moyen par quadrant de cette cwe 250.000 A, et compte tenu de l'effet des pièces ferromagnétiques est
<tb> <SEP> x <SEP>
<tb> <SEP> + <SEP> 2.10-T <SEP> - <SEP> 2.10-4T
<tb> y <SEP> o <SEP> <SEP> Bz <SEP> <SEP> moyen <SEP> : <SEP> Bz <SEP> moyen
<tb> <SEP> - <SEP> 3.10 <SEP> 4 <SEP> T <SEP> + <SEP> 3.1 & <SEP> T
<tb>
Le champ horizontal Bx maximum est de 22.10 4 T.
<tb> <SEP> + <SEP> 2.10-T <SEP> - <SEP> 2.10-4T
<tb> y <SEP> o <SEP> <SEP> Bz <SEP> <SEP> moyen <SEP> : <SEP> Bz <SEP> moyen
<tb> <SEP> - <SEP> 3.10 <SEP> 4 <SEP> T <SEP> + <SEP> 3.1 & <SEP> T
<tb>
Le champ horizontal Bx maximum est de 22.10 4 T.
WIISE EN OEUVRE DE L'INVEslTION
Nous avons réalisé une série de cuves suivant l'invention dont l'intensité de fonctionnement a été fixée à 250.000 A.
Nous avons réalisé une série de cuves suivant l'invention dont l'intensité de fonctionnement a été fixée à 250.000 A.
La figure 14 donne schématiquement la disposition de l'ensemble des conducteurs de liaison entre la cwe considérée et la cuve suivante.
La figure 15 est une coupe transversale selon un axe parallèle à Ox de la cwe considérée et de la cuve suivante. La numérotation des éléments est commune aux deux figures.Sur la figure 15, le dispositif d'alimentation en alumine, la superstructure, les anodes et leur système de suspension ont été soit supprimés, soit représentés très schématiquement pour la clarté du dessin. Ils sont, dans la réalité, conformes à l'art antérieur.
Les sorties cathodiques par les fonds (20) sont reliées à plusieurs collecteurs négatifs (21). Le courant collecté aux deux extrémités de la cathode est raccordé par les conducteurs (22) aux conducteurs de dérivation (8) par les têtes de la cuve suivante et alimente ensuite le croisillon i9) de cette < et au 3/4.
Chacun des conducteurs de dérivation par les têtes est traversé par 3/16, soit 18,75 l, de l'intensité totale. La cote selon Oz de ces conducteurs est déterminée de façon à assurer I'équilibrage du champ magnétique. La zone de localisation de ces conducteurs a été définie précédemment (figure 4).
Le courant collecté au centre de la cathode est raccordé par les conducteurs (24) à trois montées verticales, reliées aux têtes et au milieu du croisillon, du côté amont. Chacun des conducteurs alimentant les têtes du croisillon est traversé par 1/4 de l'intensité totale et le conducteur alimentant le centre du croisillon est traversé par 1/8 de l'intensité totale.
Les cwes de la série construite selon l'invention ont les caractéristiques suivantes
surface anodique : 348.000 cm2
dimension intérieure du caisson : 13,68 x 4,15
(en mètres)
Au cours de leur fonctionnement, les résultats suivants ont été obtenus
intensité moyenne : 252.000 A
rendement Faraday : 92,5 t
tension moyenne 3,94 V
La consommation spécifique d'énergie correspondante est de 12.690 klYh/ tonne M, ce qui constitue une valeur raccord avec des cwes fonctionnant à une intensité aussi élevée. Ce gain a été obtenu entre autres par un abaissement de la chute cathodique qui s'est située en moyenne à 0,25 V.
surface anodique : 348.000 cm2
dimension intérieure du caisson : 13,68 x 4,15
(en mètres)
Au cours de leur fonctionnement, les résultats suivants ont été obtenus
intensité moyenne : 252.000 A
rendement Faraday : 92,5 t
tension moyenne 3,94 V
La consommation spécifique d'énergie correspondante est de 12.690 klYh/ tonne M, ce qui constitue une valeur raccord avec des cwes fonctionnant à une intensité aussi élevée. Ce gain a été obtenu entre autres par un abaissement de la chute cathodique qui s'est située en moyenne à 0,25 V.
Bien que l'invention s'applique plus particulièrement aux séries de cuves d'électrolyse fonctionnant sous des intensités comprises entre 200 et 300.000 ampères, elle peut s'appliquer également à des séries de cwes fonctionnant à des intensités plus faibles comprises, par exemple, entre 100.000 et 200.000 ampères.
Claims (2)
10/ - Dispositif pour la suppression des perturbations nagnétiques dans les séries de cwes d'électrolyse ignée destinées à la production d'aluminium, à partir d'alumine dissoute dans de la cryolithe fondue, fonctionnant sous une intensité très élevée, pouvant atteindre de 200 à 300.000 ampères, lesdites cuves comportant un caisson parallélépipédique supportant des blocs cathodiques dans lesquels sont scellées les sorties de courant cathodique et un système anodique suspendu à un croisillon, les cuves étant connectées électriquement en série par des conducteurs de liaison et disposées en travers par rapport à l'axe de la série, caractérisé en ce que les sorties cathodiques sont constituées par une pluralité d'éléments conducteurs scellés dans les blocs cathodiques et sortant verticalement par le fond du caisson, et en ce qu'une partie des conducteurs de liaison reliant les sorties cathodiques d'une cwe au croisillon de la cuve suivante, sont disposés, sur au moins une partie de leur trajet, à l'extérieur des deux plans verticaux passant par les extrémités du système anodique.
2 / - Procédé pour la suppression des perturbations magnétiques dans les séries de cuves d'électrolyse ignée destinées à la production d'aluminium à partir d'alumine dissoute dans de la cryolithe fondue, fonctionnant sous une intensité pouvant atteindre 200.000 à 300.000 Ampères, lesdites cwes comportant un caisson parallélépipédique supportant des blocs cathodiques en carbone dans lesquels sont scellées les sorties du courant cathodique, et un système anodique suspendu à un croisillon, les cuves étant connectées électriquement en série par des conducteurs reliant les sorties cathodiques d'une cuve au croisillon de la cuve suivante, et étant disposées en travers par rapport à l'axe de la série, caractérisé en ce que le courant cathodique est extrait par une pluralité d'éléments conducteurs scellés dans les blocs cathodiques et sortant verticalement par le fond du caisson, et en ce que une fraction du courant total, comprise entre 30 et 54 %, circulant dans les conducteurs de liaison entre les cuves, est dérivée dans des conducteurs disposés, sur au moins une partie de leur trajet, à l'extérieur des deux plans verticaux passant par les extrémités du sys tème anodique.
3 / - Procédé pour la suppression des perturbations magnétiques dans les séries de cwes d'électrolyse ignée, selon revendication 2, caractérisé en ce que le courant dérivé est réparti dans les conducteurs de dérivation symétriquement par rapport à l'axe de la série.
4 / - Procédé pour la suppression des perturbations magnétiques dans les séries de cuves d'électrolyse ignée, selon revendication 2, caractérisé en ce que le courant dérivé est réparti dans les conducteurs de dérivation de façon dissymétrique par rapport à l'axe de la série.
5 / - Procédé pour la suppression des perturbations magnétiques dans les séries de cuves d'électrolyse ignée, selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le croisillon de chaque cuve est alimenté en courant à partir des sorties cathodiques de la cuve précédente, par une pluralité de montées verticales raccordées sur son côté amont.
6 / - Procédé pour la suppression des perturbations magnétiques dans les séries de cuves d'électrolyse ignée, selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le croisillon de chaque cwe est alimenté en courant à partir des sorties cathodiques de la cwe précédente, partiellement par une pluralité de montées verticales raccordées sur son côté amont, et partiellement par une pluralité de montées verticales raccordées sur son côté aval.
70/ - Procédé pour la suppression des perturbations magnétiques dans les séries de cwes d'électrolyse ignée, selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le croisillon de chaque cuve est partiellement alimenté en courant, à partir des sorties cathodiques de la cwe précédente par des montées verticales reliées à l'une ou à l'autre ou à ses deux extrémités.
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| HU811254A HU191178B (en) | 1979-11-07 | 1980-04-11 | Process and equipment for elimination of magnetical disturbing arising in the electrolitical cell-line by heating or firing electrolisis |
| GR63115A GR70348B (fr) | 1979-11-07 | 1980-10-10 | |
| IN1156/CAL/80A IN152568B (fr) | 1979-11-07 | 1980-10-13 | |
| NZ195424A NZ195424A (en) | 1979-11-07 | 1980-10-31 | Arrangement of linking conductors in a high current intensity transversely disposed electrolytic cell series |
| YU2803/80A YU42988B (en) | 1979-11-07 | 1980-11-03 | Device for eliminating magnetic disturbances in electrolytic cells |
| MX184596A MX154537A (es) | 1979-11-07 | 1980-11-03 | Mejoras en metodo y dispositivo para suprimir las perturbaciones magneticas de las cubetas electroliticas,instaladas en serie en la produccion de aluminio |
| PCT/FR1980/000156 WO1981001299A1 (fr) | 1979-11-07 | 1980-11-04 | Procede et dispositif pour la suppression des perturbations magnetiques dans les cuves d'electrolyse |
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| PL1980227652A PL132150B1 (en) | 1979-11-07 | 1980-11-04 | Method of elimination of magnetic interference in seriesof electrolysers of very high voltage,located crosswise and apparatus therefor |
| EP80902175A EP0047246B1 (fr) | 1979-11-07 | 1980-11-04 | Procede et dispositif pour la suppression des perturbations magnetiques dans les cuves d'electrolyse |
| DE8080902175T DE3070034D1 (en) | 1979-11-07 | 1980-11-04 | Process and device for suppressing magnetic disturbances in electrolytic cells |
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| NO812252A NO165203C (no) | 1979-11-07 | 1981-07-01 | Fremgangsmaate og innretning for undertrykking av magnetiske forstyrrelser i elektrolysekar med hoey intensitet plassert paa tvers. |
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|---|---|---|---|
| FR7928132A FR2469475A1 (fr) | 1979-11-07 | 1979-11-07 | Procede et dispositif pour la suppression des perturbations magnetiques dans les cuves d'electrolyse a tres haute intensite placees en travers |
Publications (2)
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|---|---|
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| FR2469475B1 FR2469475B1 (fr) | 1982-12-17 |
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| FR7928132A Granted FR2469475A1 (fr) | 1979-11-07 | 1979-11-07 | Procede et dispositif pour la suppression des perturbations magnetiques dans les cuves d'electrolyse a tres haute intensite placees en travers |
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