FR2522021A1 - Cellules electrolytiques pour la production d'aluminium - Google Patents

Abstract

DANS LA CELLULE ELECTROLYTIQUE 1A, 1B DE LA PRESENTE INVENTION, ON ANNULE L'EFFET DES FORCES MAGNETIQUES INDUITES PAR LA RANGEE ADJACENTE PAR UNE DISPOSITION DES BARRES OMNIBUS RECUEILLANT LE COURANT CATHODIQUE. LES BARRES OMNIBUS CATHODIQUES 21, 23 SONT COUDEES EN DIRECTION DE LA RANGEE ADJACENTE TANDIS QUE LES BARRES OMNIBUS 31 ET 33 SONT COUDEES DANS UNE DIRECTION OPPOSEE A LA RANGEE ADJACENTE DE CELLULES ELECTROLYTIQUES. LA DISTANCE A ENTRE L'AXE TRANSVERSAL X ET LES BARRES OMNIBUS 21, 23 SITUEES VERS LA RANGEE DE CELLULES ELECTROLYTIQUES ADJACENTES EST COMPRISE ENTRE 0,3D ET 0,7D TANDIS QUE LA DISTANCE B ENTRE L'AXE TRANSVERSAL ET LES BARRES OMNIBUS 31, 33 SE TROUVANT SUR LE COTE SITUE A L'OPPOSE DE LA RANGEE ADJACENTE PAR RAPPORT A L'AXE LONGITUDINAL Y ETANT COMPRISE ENTRE 0,4D ET 0,7D, D ETANT LA DISTANCE ENTRE L'AXE TRANSVERSAL X ET LE GRAND COTE DE LA ZONE RESERVEE A L'ALUMINIUM FONDU DANS LA CELLULE ELECTROLYTIQUE.

Description

i

Cellules électrolytiquespour la production d'aluminium.

La présente invention concerne un cellule électro-

lytique pour la production d'aluminium et elle a trait, par-

ticulièrement, à une disposition des conducteurs de cathodes dans les cellules électrolytiques et, plus particulièrement,

à un perfectionnement apporté à la disposition des conduc-

teurs de cathodes dans les cellules électrolytiques placées

dans la disposition dite côte à côte La cellule électrolyti-

que produisant de l'aluminium sera appelée plus simplement

la cellule électrolytique.

La cellule électrolytique est une structure en forme

de creuset munie de châssis en acier et dont les côtés inté-

rieurs sont garnis de briques réfractaires avec, en outre, sur ces dernières, des blocs de charbon calciné et une masse carbonée concassée, un bain d'électrolyte contenant de la cryolite comme constituant principal étant contenu dans la cellule électrolytique et étant maintenu à l'état fondu par

génération électrique de chaleur Des barres en acier, collec-

tricesde courant de cathode, sont noyées dans la garniture

en charbon à la base de la cellule électrolytique et la gar-

niture en charbon sert elle-même de cathode.

Des anodes carbonées sont suspendues au-dessus de la cathode et l'extrémité inférieure de ces anodes plonge dans

le bain d'électrolyte L'électrolyse est effectuée par passa-

ge d'un courant direct de l'anode à la cathode à travers le bain d'électrolyte et l'aluminium provenant de l'alumine du bain d'électrolyte se dépose à l'état fondu sur la surface

de la cathode En même temps, la quantité nécessaire de cha-

leur est engendrée pour faire fondre le bain d'électrolyte.

Une tendance générale récente consiste à utiliser des cellules électrolytiques de plus grande capacité et

cette tendance s'accentue de plus en plus en raison de l'in-

tensification des économies d'énergie et du recours à l'au-

tomatisation Par ailleurs, du fait de l'accroissement de la capacité des cellules électrolytiques, un phénomène de courant de circulation vigoureux apparaît dans la couche d'aluminium fondu par suite des forces électromagnétiques avec, pour conséquence, que la couche d'aluminium fondu se soulève ou que des vagues sont engendrées à la surface de séparation entre l'aluminium fondu et le bain d'électrolyte Il en résulte que le rendement habituel de la cellule électrolytique se trouve considérablement abaissée ou que la garniture de la cellule électrolytique se détériore, ce qui se traduit par

divers effets nuisibles tels qu'une rupture précoce du creu-

set.

Pour réduire une telle influence des forces électro-

magnétiques, diverses dispositions de conducteurs *ont été pro-

posées pour une cellule électrolytique placée dans la dispo-

sition dite boutà bout et également dans celle dite côte à côte La force électromagnétique est une interaction entre

un courant électrique et un champ magnétique et c'est parti-

culièrement les champs magnétiques engendrés par le courant

électrique circulant à travers les barres omnibus de ca-

thode qui ont une influence considérable Il semble donc que

l'on peut prévenir les effets nuisibles des forces électro-

magnétiques à l'aide d'une disposition appropriée des barres

omnibus de cathode.

Les cellules électrol ique placées dans une dispo-

sition bout à bout ne sontpas visées par la présente invention et ne seront donc pas décrits dans le présent exposé Les

forces électromagnétiques engendrées dans les cellules élec-

trolytiques placées dans la disposition côte à côte seront

décrites spécifiquement ci-après.

La disposition côte à côte des cellules électroly-

tiques signifie que les longs côtés des cellules électroly-

tiques individuelles sont disposées perpendiculairement à la direction de circulation du courant dans une rangée de

cellules électrolytiques o les extrémités des barres collec-

trices de courant de cathode font-saillie des deux côtés de chaque cellule électrolytique, c'est-à-dire depuis le côté d'amont et le côté d'avalde chaque cellule électrolytique par rapport à la direction de circulation du courant Le premier côté est appelé côté d'amont et le second côté est appelé c Oté d'aval Les cellules électrolytiques sont reliées les unes aux autres en série,et le côté d'amont et le côté d'aval deabarres collectrices de courant de cathode de chaque cellule électrolytique sont reliées sur le c 8 té

d'amont aux barres omnibus d'anode d'une autre cellule élec-

trolytique disposée sur le côté d'aval de la première cel-

lule électrolytique par l'intermédiaire des barres omnibus

de cathode et de barres omnibus montantes.

Les forces électromagnétiques agissant sur l'alumi-

nium fondu dans une cellule électrolytique sont données par les équations suivantes: Fx M = -Dz M By + Dy M Bz ( 1) Fy M = Dz M Bx Dx M; Bz ( 2) Fz M = Dx M By Dy M Bx ( 3) Fx M: force électromagnétique à travers l'aluminium

fondu dans la direction du grand cÈté de la cellu-

le électrolytique (direction que l'on appellera par la suite: la direction x) Fy M: force électromagnétique à travers l'alutinium fondu dans la direction du petit c 8 té de la cellule 2 O électrolytique (direction que l'on appellera par la suite: la direction y) Fz M: force électromagnétique à travers l'aluminium fondu

dans la direction verticale de la cellule électroly-

tique (direction que l'on appellera par la suite:

direction z).

Dx M: densité de courant à travers l'aluminium fondu dans

la direction x.

Dy M densité de courant à travers l'aluminium fondu dans

dans la direction t.

Dz M: densité de courant à travers l'aluminium fondu dans la.direction z. Bx: densité du flux magnétique dans la direction x

By: densité du flux magnétique dans la direction y.

densité de flux magnétique dans la direction z. Bz:

Les variables individuelles peuvent avoir des signes.

Dans le cas de la direction x, la direction vers la droite par rapport à la direction de circulation du courant dans une rangée de cellules électrolytiques a un signe positif; dans le cas de la direction y, la direction de circulation du courant a un signe positif; et dans le cas de la direction z,

la direction vers le haut a un signe positif.

En ce qui concerne les forces électromagnétiques

dans les directions 1 et y comme causoeprincipalespour en-

gendrer un écoulement de circulation dans l'aluminium fondu, les forces dans les premiers termes des équations ( 1) et ( 2)

sont essentiellement symétriques par rapport à l'axe de direc-

tion y passant par le centre de chaque cellule électrolyti-

que (cet axe sera appelé par la suite: l'axe y) et par rap-

port à l'axe de direction x passant par le centre de chaque cellule électrolytique (cet axe sera appelé par la suite:

l'axe x), respectivement, et former des forces électromagnéti-

ques dirigées vers le centre de la cellule électrolytique.

Il en est ainsi en raison du fait que le courant électrique

principal servant à engendrer les densités de flux magnéti-

que' (Bx et By) dans les directions x et y est le courant qui traverse le bain d'électrolyte et l'aluminium fondu, de

l'anode vers la cathode, et à moins qu'ils soient déséquili-

brés au maximum, les champs magnétiques composites dans les direction x et y donnent un champ magnétique tournant, et la force électromagnétique en tant que produit vectoriel du champ magnétique tournant par la densité de courant dans la direction z (Dz M) est dirigée vers le centre de la cellule électrolytique. Le second terme des équations ( 1) et ( 2) sont des produits vertoriels de la densité du flux magnétique dans la direction z (Bz) par la densité de courant à travers l'aluminium fondu dans les direction horizontales (Dx M et Dy M), Dx M et Dy M étant habituellement symétriques,étant

donnée qu'une cellule électrolytique a une forme rectangu-

laire dans le plan horizontal et est symétrique par rapport

aux deux directions x et y Toutefois, il est des plus dif-

fictle d'obtenir une symétrie de Bzcar le courant électri-

que principal engendrant Bz circule à travers les barres omnibus de cathode et Bz dépend de la disposition des

barres omnibus de cathode.

Dans les cellules électrolytiques placées dans la disposition ordinaire côte à côte la densité de flux magné- tique Bz la plus grande se trouve dans la direction z aux deux coins sur le côté d'amont de la cellule électrolytique et la direction de la densité de flux magnétique est vers le bas au coin de gauche sur le côté d'amont et vers le haut au coin de droite sur le côté d'amont de chaque cellule électrolytique par rapport à la direction de circulation

du courant En d'autres termes, la distribution de la densi-

té verticale Bz de flux magnétique est sensiblement symé-

trique par rapport à l'axe y mais considérablement asymétri-

que par rapport à l'axe x Il en résulte que les forces électromagnétique Fx M et Fy M données par les équations ( 1) et ( 2) sont asymétriques, ce qui provoque une-augmentation

du courant de circulation d'aluminium fondu.

En faisant en sorte que les forces électromagnéti-

ques Fx M et Fy M données par les équations ( 1) et ( 2) soient

symétriques par rapport à l'axe x et à l'axe y, et en fai-

sant en sorte que ces valeurs absolues soient plus petites, on peut donc diminuer l'écoulement d'aluminium fondu et on

peut en outre réduire le soulèvement de l'aluminium fondu.

En d'autres termes, la distribution de la densité verticale Bz de flux magnétique doit être symétrique par rapport à l'axe x et à l'axe z et il faut faire en sorte que sa valeur

absolue soit plus petite.

D'autre part, des forces électromagnétiques sont engendrées également dans le bain d'électrolyte (sel fondu comprenant de la cryolite comme constituant principal ainsi qu'il a été mentionné précédemment) qui forme une couche

sur l'aluminium fondu dans une cellule électrolytique.

Ces forces électromagnétiques sont données par les équations suivantes Fx B = Dz B By + Dy B,Bz ( 4) Fy B = Dz B Bx Dx B Bz ( 5) Fz B = Dx B By Dy B Bx ( 6) o

Fx B: force électromagnétique à travers le bain d'élec-

trolyte dans la direction Yx.

Fy B: force électromagnétique à travers le bain d'électro-

lyte dans la direction y.

Fz B: force électromagnétique à travers le bain d'électro-

lyte dans la direction z. Dx B: densité de courant à travers le bain d'électrolyte

dans la direction x.

Dy B: densité de courant à travers le bain d'électrolyte

dans la direction y_.

Dz B: densité de courant à travers le bain d'électrolyte dans la direction z.

Bx: densité de flux magnétique dans la direction x.

By: densité de flux magnétique dans la direction xy.

Bz: densité de flux magnétique dans la direction z. Dans les équations cidessus, on peut estimer généralement que Dx B = O et Dy B = O étant donné que, du fait que la résistance électrique de chaque bain d'électrolyte est considérablement plus grande que celle de l'aluminium fondu, on ne peut considérer le courant électrique traversant le

bain d'électrolyte que comme une composante circulant verti-

calement de l'anode à la cathode I 1 ne faut donc tenir

compte que de la composante dans la direction z, c'est-à-

dire Dz B, comme densité de courant présente dans le bain d'électrolyte, et on peut r"crire les équations ( 4), ( 5) et ( 6) comme suit: Fx B = Dz B By ( 7) Fy B = Dz BBx ( 8) Fz B = O ( 9) Les forces électromagnétiques selon les équations ( 7) et ( 8), c'est-à-dire Px B et Fy B,provoquent également un

écoulement dans le bain d'électrolyte.

Lorsque l'on compare l'écoulement ou courant d'alu-

minium fondu provoqué par les forces électromagnétiques données par les équations ( 1) et ( 2) avec celui du bain d'électrolyte provoqué par les forces électromagnétiques données par les équations ( 7) et ( 8), on constate que le premier écoulement est un peu plus fort dans les cellules électrolytiques placées dans la disposition ordinaire côte

à côtemais que si la différence dans les vitesse d'écoule-

ment est trop importante, la surface de séparation entre

l'aluminium fondu et le bain d'électrolyte devient insta-

ble de sorte que des vagues peuvent facilement se former à cette surface Une fois que les vagues ont été engendrées, la distance entre l'anode et l'aluminium fondu devient

instable, ce qui diminue au maximum le rendement du courant.

Il est donc nécessaire d'avoir recours à une disposition appropriée des conducteurs pour réduire la différence entre

is l'écoulement d'aluminium fondu et celui du bain d'électro-

lyte pour obtenir un fonctionnement plus stable de la cellu-

le électrolytique.

Diverses tentatives ont été faites jusqu'à présent

pour réduire le champ magnétique vertical agissant principa-

lement sur la couche d'aluminium fondu et aussi pour rendre symétrique sa distribution de manière à réduire l'écoulement de l'aluminium fondu dans l'agencement des conducteurs de cellules électrolytiques disposées côte à côte Par exemple, la demande de brevet japonaise publiée no 16843/77 décrit un agencement de conducteursde barres omnibus de cathode s'étendant toutes, sur le côté d'amont de chaque cellule électrolytique, dans l'espace situé en dessous de la cellule parallèlement à la direction y, cela tout en étant coudées vers la gauche et vers la droite de manière à être parallèles à la direction x autour du centre de la cellule électrolytique,

et s'étendant jusqu'au côté extérieur de cette cellule'élec-

trolytique Grâce à cette disposition, on peut réduire con-

sidérablement le champ magnétique vertical agissant sur la couche d'aluminium fondu peut donc être plus faible Toutefois, les forces électromagnétiques données par les équations ( 7) et ( 8) deviennent plus importantes et, par conséquent, la différence entre l'écoulement du bain d'électrolyte et celui

de l'aluminium fondu n'est pas du tout prise en considération.

En fait, selon les calculs des auteurs de la présente inven-

tion, on s'est aperçu que la différence entre l'écoulement de l'aluminium fondu et celui du bain d'électrolyte est assez importante. La demande de brevet japonais no 290/81 (ouvert à l'Inspection Publique) décrit un agencment de conducteurs de barres omnibus de cathode s'étendant sur le c 3 té d'amont partiellement le long des côtés extérieurs des extrémités de

petites dimensions de chaque cellule électrolytique et par-

tiellement dans l'espace situé en dessous de la cellule élec-

trolytique parallèlement à la direction y, cela tout en étant couiées vers la gauche et vers la droite dans l'espace situé en dessous de la cellule électrolytique sur le côté

d'aval de cette dernière, et s'étendant jusqu'auxcctés exté-

rieurs des extrémités de petite dimension de la cellule

électrolytique Dans cet agencement, les forces électromagné-

tiques à travers le bain d'électrolyte ne sont pas du tout prises en considération, pas plus que précédemment, et la différence entre l'écoulement de l'aluminium fondu et celui

du bain d'électrolyte est assez importante.

Les auteurs de la présente invention ont étudié

de façon poussée un agencement de conducteurs qui peut satis-

faire les deux exigences suivantes: ( 1) les forces électromagnétiques à travers l'aluminium fondu, c'est-à-dire Fx M et Fy M données par les équations ( 1) et ( 2) doivent être aussi symétriques que possible et leurs valeurs absolues doivent être plus faibles principalement pour réduire l'écoulement ou le soulèvement de l'aluminium fondu. ( 2) La différence doit être aussi faible que possible entre l'écoulement du bain d'électrolyte provoqué par les

forces électromagnétiques Fx B et Fy B données par les équa-

tions ( 7) et ( 8) et l'écoulement de l'aluminium fondu provo-

qué par les forces électromagnétiques Fx M et Fy M données par les équations ( 1) et ( 2) pour réduire l'apparition de vagues à la surface de séparation entre l'aluminium fondu et le

bain d'électrolyte.

Comme résultats aux études de divers agencements ou dispositions de conducteurs effectués à l'aide de

programmes d'ordinateurs, les auteurs de la présente inven-

tion se sont aperçus que l'exigence ( 2) n'est pas toujours satisfaite par la réduction de l'écoulement de l'aluminium fondu uniquement dans l'exigence ( 1) et, en résultat d'autres études, les auteurs de la présente invention ont

trouvé un agencement de conducteurs pouvant satisfaire par-

faitmeent les exigences ( 1) et ( 2).

La présente invention permet-d'obtenir des cellules électrolytiques dans lesquelles la majeure partie ou la totalité ( 60 % ou plus) du courant électrique de cathode

recueilli sur le côté d'amont de chaque cellule électrolyti-

que dans une première rangée passe par des barres omnibus cathodique 6 disposées dans l'espace situé en dessous de la cellule électrolytique parallèlement à l'axe longitudinal de la rangée de cellules électrolytiques et une partie du courant électrique de cathode recueilli sur le côté d'amont passe par les barres omnibus cathodiques s'étendant le long du côté extérieur sur l'extrémité de petite dimension, ou

extrémité courte de chaque cellules électrolytique se trou-

vant vers la rangée adjacente, cette partie du courant étant fonction du degré d'influence des cellules électrolytiques de la rangée adjacente Lorsque le degré d'influence des cellules électrolytiques de la rangée adjacente est très faible, il est possible de supprimer les barres omnibus cathodiques s'étendant le long des côtés extérieurs des extrémités de petite dimension ou extrémités courtes des cellules électrolytiques se trouvant vers la rangée adjacente

dans la première rangée Les barres omnibus cathodiques dis-

posées dans l'espace situé en dessous de chaque cellule

électrolytique parallèlement à l'axe longitudinal de la ran-

gée des cellules électrolytiques sont coudées vers la gauche et vers la droite à un endroit spécifique sur le côté d'aval dans l'espace situé en dessous de la cellule électrolytique puis s'étendent jusqu'à l'extérieur sur l'extrémité de petite dimension de la cellule électrolytique, grâce à quoi on

peut obtenir des cellules électrolytiques qui peuvent satis-

faire parfaitement lesdites exigences ( 1) et ( 2).

On va décrire maintenant la présente invention en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 montre schématiquement un agencement de cellules électrolytiques disposées en deux rangées dans une installations électrolytique; la figure 2 est une vue en plan schématique montrant un agencement fondamental de conducteurs dans les cellules électrolytiques selon la présente invention; et la figure 3 est une vue en plan schématique montrant

un des modes de réalisation de la présente invention.

Dans l'tinstallation électrolytique ordinaire, une rangée de cellules électrolytiquesest formée conjointement avec une rangée adjacente de cellules électrolytiques, cela pour des raisons électriques En d'autres termes, comme on -15 peut le voir sur la figure 1, le courant électrique passe tout d'abord vers les cellules électrolytiques, 1,

disposées darmla rangées I puis à travers les cellules élec-

trolytiquel, i, ' disposées dans la rangées II, la direc-

tion générale du courant électrique étant indiquée par une flèche A Sur la figure 1, on a représenté deux rangées de

cellules électrolytiques mais l'installation pourrait compor-

ter d'autres rangées.

L'expression "rangée adjacente" utilisée ici désigne la rangée II si on considère la rangée I ou la rangée I si on considère la rangée II La présente invention concerne

un agencement ou disposition de conducteurs dans les cellu-

les électrolytiques disposées en au moins deux rangées,

c'est-à-dire une rangée et une rangée adjacente.

Sur la figuré 2, on a représenté un agencement fondamental de conducteurs pour les cellules électrolytiques

selon la présente invention, les références la et lb dési-

gnant des cellules électrolytiques d'une rangée donnée dis-

posée dans l'agencement de la figure 1 et, chaque fois qu'il n'y aurapaslieu de ifférehcier particulièrement la de lb, ces cellules seront appelées simplement par la suite: la cellule électrolytique 1 La flèche A montre la direction

générale du courant électrique et la flèche B montre la direc-

tion de l'emplacement de la rangée adjacente.

1 1 En ce qui concerne la cellule électrolytique la disposée sur le côté d'amont dans la rangée, on a représenté un agencement ou une disposition de barres omnibus de cathode principalement tandis que pour la cellule électrolytique lb disposée sur le côté d'aval dans la rangée on a représenté

un agencement ou disposition de barres omnibus d'anode prin-

cipalement La ligne m en traits interrompus dans la cellule électrolytique la disposée sur le côté d'amont dans la rangée montre une zone occupée par l'aluminium fondu L'axe x et l'axe y sont des axes dirigés respectivement dans le sens du grand côté et dans le sens du petit côté ou extrémité de petite dimension d'une cellule électrolytiquecomme décrit précédemment En d'autres termes, l'axe z est l'axe

longitudinal d'une rangée de cellules électrolytiques.

Des barres 2, 2 et 3, 3, collectrices de courant de cathode s'étendent à partir de la cathode de la cellule électrolytique 1 vers le côté d'amont et vers lecôté aval, respectivement, et sont reliées à des barres omnibus cathodiques 10, 20, 30 et 40 comme on peut le voir sur la

figure 2.

Dans la présente invention, 0-40 % du courant de cathode recueilli sur le côté d'amont (correspondant à la moitié du courant total) passe à travers les barres omnibus cathodiques 10 et 15 s'étendant le long du côté extérieur de

l'extrémité de petite dimension de la cellule électrolyti-

que 1 située vers la seconde rangée dans la première rangée, tandis que le restant du courant de cathode recueilli sur le côté d'amont, c'est-à- dire le courant recueilli dans omnibus cathodiques 20 et 30 passe à travers au moins deux barres omnibus cathodiques 21 et 31 disposées dans l'espace situé en dessous de la cellule électrolytique 1 parallèlement

à l'axe longitudinal (axe y) de la rangée des cellules élec-

trolytiques Les barres omnibus cathodiques 21 et 31 peuvent être divisées en une multiplicité de petites barres omnibus,

respectivement.

Si le courant électrolytique total est désigné par I, chaque courant recueilli sur le côté d'amont et sur le côté d' aval est I/2 Si le rapport entre le courant passant par les barres omnibus cathodiques 10 et 15 et le courant I/2 recueilli sur le côtéd'aval est désigné par c K il faut que

= O 0,4 dans la présente invention Ce rapport est destiné à annu-

ler l'influence du champ magnétique vertical issu de la rangée adjacente et doit être choisi convenablement compte tenu du

degré de l'influence.

D'une façon générale, le champ magnétique vertical est d'autant plus grand que la distance jusqu'à la rangée adjacente est faible et, de ce fait, c'< = 0 n'est possible que si la rangée adjacente se trouve suffisamment loin pour

n'avoir aucune influence notable ou si l'on prend des me-

sures pour annuler théoriquement l'influence de la rangée

adjacente, par exemple comme décrit dans la demande de bre-

vet japonais (ouverte à l'Inpection Publique) no 6486/80.

Dans le cas o c S = 0, les barres omnibus 10 et 15 de catho-

de s'étendant le long des côtés extérieurs des extrémités de petites dimensions des cellules électrolytiques situées vers la rangée adjacente ne sont plus nécessaires Par contre

si <c dépasse 0,4, la symétrie du champ magnétique verti-

cal dans une cellule électrolytique 1 est perturbée, c'est-

à-dire que la différence entre l'écoulement de l'aluminium fondu et l'écoulement du bain d'électrolyte se trouve

accrue En réalité, il semble difficile d'éliminer complète-

ment le champ magnétique vertical provenant de la rangée adjacente quelles que soient les mesures prises et, de ce fait, il est préférable de faire passer le courant, même en

faible quantité, jusqu'aux barres omnibus 10 et 15 de cathode.

Une quantité plus grande de courant fournie aux barres omni-

bus 10 et 15 de cathode a un effet nuisible à moins que la rangée adjacente soit très près Il est donc préférable que la valeur de <c se situe dans une plage comprise entre 0,05

et 0,3.

Selon un exemple de calcul effectué par les

auteurs de la présente invention pour des cellules électro-

lytiques ayant une capacité en courant de 175 KA, on peut satisfaire les deux exigences précitées en utilisant ce No,

= 0,2 0,3 lorsque la distance jusqu'à la rangée adjacente (dis-

tance de centre à centre) est de 25 mètres et en utilisant

= 0,5 0,2 lorsque la distance est de 45 mètres.

En ce quiconcerne le courant de cathode Q/2) sur le c 8 té d'amont, un courant (<c I/2) autre que celui parvenant aux barres omnibus cathodiques 10 et 15 s'étendant sur les c 8 tés extérieurs des extrémités de petite dimension

des cellules électrolytiques orientées vers la rangée adja-

cante parvient aux barres omnibus cathodiques 21 et 31 dis-

posées dans l'espace situé en dessous de la cellule électro-

lytique Si lesrapport 5 respectifdes courants de cathode au c 8 té d'amont (I/2) sont et 'Y, o + +Y= 1 d'une façon générale, on fait en sorte que N + È Y c'est-à-dire (t +/)

oc +=)/m 1.

Les barres omibus cathodiques 21 et 31 disposées dans l'espace situé en dessous de la cellule électrolytique sont coudées vers la gauche et vers la droite et sont reliées aux barres omnibus cathodiques 23 et 33 respectivement, et

s'étendent jusqu'aux côtés extérieurs des extrémités de pe-

tite dimension de la cellule électrolytique L'endroit

o se trouve le coude est important dans la présente inven-

tion Si la distance entre l'axe transversal (axe x) de la cellule électrolytique 1 et l'extrémité de la zone réservée à l'aluminium fondu dans la cellule électrolytique 1 est d, la distance entre l'axe x et la barre omnibus cathodique 23 coudée vers le c 8 té o se trouve la rangée adjacente est

a et la distance entre l'axe x et la barre omnibus cathodi-

que 23 coudée vers le c 8 té opposé à la rangée adjacente est

b, la position du coude se trouve sur le côté daval par rap-

port à l'axe x et se situe dans la plage de distance suivante dans la présente invention: a = 0,3 d 0,7 d b = 0,4 d 0,7 d A la suite de calculs effectuésavec diverses données, c'est-à-dire une position de conducteurs pouvait être présumée normalement du point de vue économique et physique, une dis-

* tance jusqu'à la rangée adjacente, une valeurc, etc, les

auteurs de la présente invention ont constaté que les exi-

gences précitées ( 1) et ( 2) peuvent être satisfaites parfai-

tement si la position du coude se trouve dans lesdites plages.

Si la position du coude est plus près de l'axe x que ce qu'indiquent les plages, c'est-à-dire dans le cas o

a C 0,3 d et b c 0,4 d, les forces électromagnétiques à tra-

vers l'aluminium fondu peuvent être effectivement réduites et, de ce fait, l'écoulement de l'aluminium fondu est plus faible,mais ladifférence par rapport à l'écoulement du bain d'électrolyte est par contre plus grande En d'autres termes,

l'exigence ( 2) ne peut pas être satisfaite.

Si la position du coude se trouve plus près du c 8 té d'avalque ne l'indique lesdites plages, c'est-à-dire dans le cas o a > 0,7 d et b > 0, 7 d, l'écoulement de l'aluminium fondu se trouve accru et, de plus, la différence par rapport à l'écoulement du bain d'électrolyte est plus grande et, de ce fait, lesdites exigences ( 1) et ( 2) ne peuvent pas être satisfaites. Les barres omnibus cathodiques 23 et 33 coudées dans l'espace situé en dessous de la cellule électrolytique

peuvent aussi être divisées en plusieurs petites barres omni-

bus, respectivement, comme les barres omnibus cathodiques 21 et 31 disposées parallèlement à l'axe z dans l'espace situé en dessous de la cellule électrolytique, et les valeurs de a et b, dans le cas d'une division, sont les distances

jusqu'aux axes électriques des barres omnibus divisées.

On a décrit ci-dessus la disposition des barres omnibus de cathode pour le courant de cathode recueilli sur le côté d'amont de la cellule électrolytique 1 Par contre

le courant de cathode recueilli sur le c 8 té d'aval, c'est-

à-dire le courant électrique arrivant de la cellule électro-

lytique 1 par l'intermédiaire des barres 3, 3, collec-

trices de courant de cathode parvient sur les côtés exté-

rieurs des extrémités de petite dimension de la cellule

électrolytique l par les barres omnibus cathodiques 40 dis-

postes parallèlement à la direction de la longueur de la cel-

lule électrolytique 1, comme dans la cellule électrolytique ordinaire. Les barres omnibus de cathode se trouvant sur les côtés extérieurs des extrémités de petite dimension de la cellule électrolytique 1, à la fois sur le côté d'amont et sur le d'aval, sont reliées aux barres omnibus montantes et 50-disposées sur les extrémités de petite dimension d'une autre cellples électrolytique 1 se trouvant sur le côté d'aval (cellule électrolytique lb sur la figure 2) par l'intermédiaire doebarres omnibus 15, 25, 35 et 45 disposées parallèlement à-la direction des extrémités de petites dimensions de la cellule électrolytique 1 Les barres omnibus montantes 50 et 50 sont en outre reliées à une barre omnibus anodique 60 de la cellule électrolytique 1 pour fournir le courant électrique à cette dernière Les barres omnibus montantes 50 et 50 sont disposées plutôt sur le côté d'amont, sur les extrémités de petite dimension de la cellule électrolytique 1, mais elles peuvent être disposées au centre des extrémités de petite dimension

Sur la figure 3, on a représenté un mode de réàlisa-

tion réel de la présente invention, les mêmes éléments re-

présentés sur la figure 2 étant désignés par les mêmes réfé-

rences numériques et les mêmes symboles.

Sur la figure 3, les barres 2 et 3 collectrices de courant de cathode s'étendent à partir du côté d'amont et du côté d'aval de la cellule électrolytique 1 et sont reliés aux barres omnibus cathodiques 10, 20, 20 ',30 et 30 ', sur le côté d'amont et aux barres omnibus cathodiques 40 et 40 sur le côté d'aval, respectivement En ce qui concerne le courant de cathode sur le côté d'amont, le rapport oc de courant parvenant aux barres omnibus cathodiques 10 et 15 est établi comme suit:

ç = 0,071 ( 7,1 %)

En ce qui concerne également le courant de cathode sur le côté d'amont, le rapport fe de courant parvenant aux barres omnibus cathodiques 21 et 21 ' disposées dans l'espace situé en dessous de la cellule électrolytique sur le côté orienté vers la rangée adjacente et le rapport X de courant parvenant aux barres omnibus cathodiques 31 et 31 ' sur le côté opposé à la rangée adjacente sont établis comme suit: a 2021 = 0,429 ( 42,9 j) y = 0,500 ( 50,0) Les barres omnibus cathodiques 21 et 21 ' et 31 et 31 ' disposées parallèlement à l'axe y dans l'espace situé en dessous de la cellule électrolytique sont coudées vers la gauche et vers la droite, respectivement, sur le côté d'aval dans l'espace situé en dessous de la cellule électrolytique, et sont reliées aux barres omnibus cathodiques 23 et 23 ', et 33 et ''33 ' en parallèle avec l'axe x, respectivement,

et les distances aet b par rapport à l'axe xprésentent la re-

lation suivante avec la distance d entre l'axe dirigé dans le sens du grand côté de la cellule 61 électrolytique et le grand côté de la zone réservée à l'aluminium fondu dans la cellule électrolytique 1: a = b = 0, 5 d

Par contre, les barres omnibus 3, 3, collectri-

ces de courant de cathode s'étendant depuis le côté d'aval

de la cellule électrolytique 1 sont reliées dans une propor-

tion de 50-50 aux barres omnibus cathodiques 40 et 40, res-

pectivement, disposées parallèlement aucgrandscôts de la

cellule électrolytique 1 et s'étendant jusqu'aux côtés exté-

rieurs des extrémités de petite dimension de la cellule électrolytique Toutes les barres omnibus cathodiques 10, 23,

23 ', 33, 33 ', 40 et 40 ' s'étendant jusqu'aux côtés exté-

rieurs des extrémités de petites dimensions de la cellule électrolytique 1 sont reliées aux barres omnibus montantes et 50 d'une autre cellule électrolytique lb disposée sur

le côté d'aval,par l'intermédiaire des barres omnibus catho-

diques 15, 25, 35, 45 et 45, respectivement.

Dans ce mode de réalisation réel, on a basé loecal-

cui sur une disposition préférable o l'emplacement des ran' gées adjacentes est relativement loin, particulièrement en

supposant que la distance jusqu'à la rangée adjacente (dis-

tance de centre à centre) est de 45 mètres.

Dans l'agencement de conducteurs des cellules élec-

trolytiques selon la présente invention, on peut obtenir

que la distribution des forces électromagnétiques dans l'alu-

minium fondu soit symétrique, on peut diminuer leurs valeurs absolues et on peut réduire la différence entre l'écoulement

de l'aluminium fondu et celui du bain d'l-l ectrolyte résul-

tant des forces électromagnétiques,-grice à quoi on peut réduire l'écoulement ou soulèvement de la couche d'aluminium fondu et on peut supprimer au maximum l'apparition de vagues, qui apparaissent facilement à la surface de séparation entre l'aluminium fondu et le bain d'électrolyte Ceci permet d'obtenir des cellules électrolytiqued'une capacité plus grande et garantit un fonctionnement stable et efficace de

cellules électrolytiques présentant une capacité plus grande.

La présente invention présente donc une importance indus-

tirelle remarquable.

e

Claims (3)

REVENDICATIONS

1 Cellules dlectrolytiques pour la production

d'aluminium, ces cellules électrolytiques ( 1) étant dispo-

s$es cote I cote en at moins deux rangées et étant caracté-

?isé 6 S par le fait que: O 401 du courant de cathode re-

âueilli sur le grand c 8 té situé sur le c 8 té d'amont de chaque cellule électrolytique d'une première rangée passe par des barres omnibus cathodiques ( 10, 15) s'étendant le long du c Oté extérieur de l'extrémité de petite dimension de la cellule électrolytique située vers la seconde rangée dans la première rangée, le restant du courant de cathode recueilli sur le côté d'amont de la cellule électrolytique de la première rangée passant par au moins deux barres omn: bus cathodiquesdisposées parallèlément à l'axe longituç,n& 1 de la première rangée des cellules électrolytiques dans un espace situé en dessous de chaque cellule électrolytique, les barres omnibus cathodiques ( 21, 23, 31, 33; 21 ', 23 ', 31 ', 33 ') disposées dans l'espace se trouvant en dessous 3 e la cellule électrolytique étant coudées vers la gauche et vers la droite dans l'espace se trouvant en dessous de la cellule électrolytique en une endroit situé sr le c 6 té d'aval pbe rapport à l'axe transversal (x) de la cellule électrolytique, la distance de cet endroit par rapport à l'ix, transversal étant compris entre O,3 d et,),7 d sur lc Z 5 c 6 té 'Sittd vers la secondlc,-:ngée et entre 0,4 ' et ( 1, 7 d -ur le C 8 té situé h d 'oppoose IC ladtlite second rinvee, J etant la distance entre l'axe transversal et le grand oôt de la zone réservée à l'aluminium fondu dans lt cellule électrolytique, les barres omnibus cathodiques coudées s'étondant jusqu'aux côtés extérieurs des extrémités de petite, dimeansion de chaque cellule électrolytique de la preil Pre rgi I* 6, et les barres omnibus cathodiques respec-' uves se trouvant sur lesc ts extérieurs des extrémités de petite dimension de chaque cellule électrolytique de la é qr i-ife rinige -tant reliées, conjointement arec 'es barres omrèb 1 cathodiqueos Pstinées au courant de ca' -ode rek ei suir le grand ê 6 té situé sur 1-}'e côté d'aval de: -aque Dc' 'e

lectroeytioue, i dc-s 'lrres omnibus montantes ir-550) cis-

2522 ô 21

posées chacune sur les extrémités de petite dimension d'une autre cellule électrolytique disposée sur le côté

d'aval dans la même rangée.

2 Cellules électrolytiques suivant la revendica-

tion 1, caractérisées par le fait que 5 à 30 % du courant de cathode recueilli sur le côté situé sur le côté d'amont de chaque cellule électrolytique passent par les barres omnibus cathodiques s'étendant le long du côté extérieur

de l'extrémité de petite dimension de chaque cellule élec-

trolytique située vers la second rangée dans la première ran-

gée.

3 Cellules électrolytiques suivant les revendica-

tions 1 ou 2, caractérisées par le fait que les barres omni-

bus cathodiques disposées dans l'espace situé en dessous de chaque cellule électrolytique sont coudées vers un côté situé en direction de la seconde rangée et vers un côté situé dans une direction opposée à la seconde rangée, la somme du courant parvenant aux barres omnibus cathodiques disposées dans l'espace se trouvant sur le côté situé vers la seconde rangée et du courant parvenant aux barres omnibus cathodiques s'étendant le long du c 8 té extérieur de l'extrémité de petite dimension de chaque cellule électrolytique située vers la seconde rangée dans la première rangée étant égale au courant parvenant aux barres omnibus cathodiques disposées

dans l'espace se trouvant sur le côté situé dans une direc-

tion opposée à la seconde rangée.