FR2526050A1 - Cellules electrolytiques de production d'aluminium comportant un agencement perfectionne de barres omnibus - Google Patents
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- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
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Abstract
DANS LES CELLULES ELECTROLYTIQUES 1A, 1B DE LA PRESENTE INVENTION, UNE PARTIE DU COURANT CATHODIQUE RECUEILLI SUR LE COTE D'AMONT DE LA CELLULE 1A EST TRANSMIS PAR DES BARRES OMNIBUS CATHODIQUES 21 PASSANT SOUS LA CELLULE 1A A DES BARRES OMNIBUS MONTANTES 60 POUR ETRE FOURNI AUX BARRES OMNIBUS ANODIQUES 80 DE LA CELLULE ADJACENTE 1B, LA PARTIE RESTANTE DU COURANT CATHODIQUE RECUEILLI SUR LE COTE D'AMONT DE LA CELLULE 1A ETANT TRANSMIS PAR L'INTERMEDIAIRE DE BARRES OMNIBUS CATHODIQUES 15 DISPOSEES LE LONG DES PETITS COTES DES CELLULES A DES BARRES OMNIBUS MONTANTES 50 POUR ETRE FOURNI AUX BARRES OMNIBUS ANODIQUES 80 DE LA CELLULE ADJACENTE 1B, UNE PARTIE DU COURANT CATHODIQUE RECUEILLI SUR LE COTE D'AVAL DE LA CELLULE ELECTROLYTIQUE 1A ETANT TRANSMIS AUX BARRES OMNIBUS MONTANTES 60 POUR ETRE FOURNI AUX BARRES OMNIBUS ANODIQUES 80 DE LA CELLULE ADJACENTE 1B, LE RESTANT DE CE COURANT ETANT TRANSMIS AUX BARRES OMNIBUS MONTANTES 50 PAR DES BARRES OMNIBUS CATHODIQUES 35 SITUEES SUR LES PETITS COTES DE LA CELLULE 1B A DES BARRES OMNIBUS MONTANTES 50 POUR ETRE FOURNI AUX BARRES OMNIBUS ANODIQUES 80 DE CETTE CELLULE ADJACENTE 1B. L'AGENCEMENT DES BARRES OMNIBUS EST TEL QUE L'ON EVITE AINSI L'INFLUENCE DES FORCES ELECTROMAGNETIQUES QUI SONT ENGENDREES DANS LA COUCHE D'ALUMINIUM FONDU ET Y CREENT UN ECOULEMENT NUISIBLE POUR LES CELLULES ELECTROLYTIQUES.
Description
Cellules électrolytiques de production d'aluminium comportant un
agencement perfectionné de barres omnibus
La présente invention concerne une cellule électro-
lytique pour la production d'aluminium et elle a trait, particulièrement, à un agencement de barres omnibus de cellules
électrolytiques et, plus particulièrement, à un perfection-
nement apporté à un agencement de barres omnibus de cellules électrolytiques placées dans la disposition côte à c 8 te La cellule électrolytique pour la production d'aluminium sera
appelée par la suite simplement: la cellule électrolytique.
La cellule électrolytique est une structure en forme de creuset avec cadres en acier, dont les c 8 tés intérieurs sont garnis de briques réfractaires avec, en outre, sur ces
dernières, des blocs de carbone calciné et une masse char-
boneuse emboutie, un bain d'électrolyte contenant de la cryolite comme composant principal étant contenu dans la cellule électrolytique et étant maintenu dans un état fondu par génération électrique de chaleur Des barres en acier collectrices de courant de cathode sont noyées dans la garniture de carbone à la base de la cellule électrolytique
et la garniture de carbone elle-m 8 me sert de cathode.
Les anodes charboneuses sont suspendues au-dessus de la cathode et l'extrémité inférieure de l'anode plonge dans le bain d'électrolyte On effectue l'électrolyse en faisant pas ser un courant continu de l'anode à la cathode à travers le bain d'électrolyte, et l'aluminium provenant de l'alumine se trouvant dans le bain d'électrolyte se dépose à l'état fondu sur la surface de la cathode En même temps, la quantité nécessaire de chaleur est engendrée pour faire fondre le bain d'électrolyte. Il existe une tendance générale récente à utiliser des cellules électrolytiques de capacité plus grande, et cette
tendance est de plus en plus prononcée en raison de l'inten-
sification des éoonomies d'énergie et du recours à l'automa-
tisation D'autre part, l'augmentation de la capacité de la cellule électrolytique a entrainé l'apparition d'un phénomène
d'écoulement de circulation vigoureux dans la couche d'ail-
minium fondu par suite des forces électromagnétiques avec, pour résultat, que la couche d'aluminium fondue se soulève, c'est-à-dire que des vagues sont engendrées à l'interface entre la couche d'aluminium fondu et le bain d'électrolyte.
Par conséquent, le rendement du courant de la cellule électro-
lytique se trouve considérablement réduit,ou encore le garnissage de la cellule électrolytique se détériore, ce qui entraîne divers effets nuisibles tels qu'un arrêt précoce de
la cellule électrolytique.
Pour réduire cette influence des forces électro-
magnétiques, on a proposé divers agencements de barres omnibus placés dans la disposition dite bout à bout et également dans la disposition dite c 8 te à côte La force électromagnétique est une interaction entre un courant électrique et un champ magnétique, et ce sont particulièrement les champs magnétiques engendrés par le courant électrique circulant à travers les barres omnibus de cathodes et les
barres omnibus d'anodes qui ont une influence considérable.
Il semble donc que l'on peut éviter les effets nuisibles des forces électromagnétiques grâce à un agencement approprié des
barres omnibus de cathodes et des barres omnibus d'anodes.
Les cellules électrolytiques disposées bout à bout ne sont pas visées par la présente invention et, de çe fait, ne seront pas décrites dans le présent exposé On va décrire ci-après de façon spécifique les forces électromagnétiques engendrées dans les cellules électrolytiques disposées côte
à côte.
La disposition c 8 te à c 8 te des cellules électrolytiques signifie que les grands côtés des cellules électrolytiques individuelles sont disposés perpendiculairement à la direction
de circulation du courant dans une rangée de cellules électro-
lytiques o les extrémités des barres collectrices de courant de cathodes font saillie des deux côtés de chaque cellule électrolytique, c'est-àdire, du côté d'amont et du côté d'aval de chaque cellule électrolytique par rapport à la direction de circulation du courant Le premier des deux côtés est appelé c 8 té d'amont, et le second des deux côtés est appelé côté d'aval Les cellules électrolytiques sont reliées les unes aux autres en série, et le c 8 té d'amont ainsi que le côté d'aval des barres collectrices de courant de cathode de chaque cellule électrolytique se trouvant sur le c 8 té d'amont sont reliée aux barres omnibus d'anodes de la cellule électrolytique adjacente disposée sur le côté d'aval de la cellule électrolytique antérieure par l'intermédiaire des
barres omnibus de cathodes et de barres omnibus montantes.
Les forces électromagnétiques agissant sur l'aluminium fondu dans une cellule électrolytique sont données par les équations suivantes: Px M = Dz M By + Dy M Bz ( 1) Py M = Dz M Bx Dx M Bz ( 2) Fz M = Dx M By DyÀ Bx ( 3) o Fx M: force électromagnétique à travers l'aluminium fondu dans la direction du grand c 8 té, c'est-à-dire de la longueur, de la cellule électrolytique (direction que l'on appellera par la suite S "la direction x"); Fyli i force électromagnétique à travers l'aluminium fondu dans la direction du petit côté, c'est-à-dire de la largeur, de la cellule électrolytique (direction que l'on appellera par la suite: "la direction y"); Fz Yl: force électromagnétique à travers l'aluminium fondu dans la direction verticale, c'est-à-dire de la hauteur, de la cellule électrolytique (direction que l'on appellera par la suite: "la direction z"); Dx M: densité du courant à travers l'aluminium fondu dans la direction x; Dy M: densité du courant à travers l'aluminium fondu dans la direction y; Dz M: densité du 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; Bz: densité du flux magnétique dans la direction z. Les variables individuelles peuvent comporter 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 porte un signe positif; dans le cas de la direction y, la direction de circulation du courant porte un signe positif; et dans le cas de la direction z la direction vers le haut porte un
signe positif.
On peut réduire l'influence de la force électro-
magnétique de la manière suivante: on fait en sorte que les forces électromagnétiques (Fx M et Py M) dans les directions x et y, lesquelles forces sont les causes principales de la création d'un flux de circulation dans la couche d'aluminium fondu, soient symétriques par rapport à l'axe de direction y passant par le centre de chaque cellule électrolytique (cet axe sera appelé par la suite X l'axe y) et par rapport à l'axe
de direction x passant par le centre de chaque cellule électro-
lytique (cet axe sera appelé par la suite: l'axe x), respectivement, en formant ainsi des forces électromagnétiques
composites dirigées vers le centre de la cellule électro-
lytique, et on fait en sorte que leurs valeurs absolues
soient plus petites.
Comme il est évident d'après les équations ( 1) et ( 2), on peut atteindre ces résultats en satisfaisant les conditions suivantes s ( 1) Dans le champ magnétique selon la direction horizontale, on fait en sorte que les densités du flux magnétique dans la direction x (Bx) aient une direction inverse et une intensité égale les unes vis-à-vis des autres par rapport à l'axe x et la même direction et une intensité égale les unes vis-à-vis des autres par rapport à l'axe y, et ceci sera désigné par la suite par l'expression: "les densités de flux magnétique Bx étant symétriques les unes vis-à-vis des autres par rapport aux axes x et y" On fait aussi en sorte (lue leurs valeurs absolues soient plus petites D'autre part, on fait en sorte que les densités de flux magnétique (By) dans la direction y aiest une direction inverse et une intensité égale les unes vis-à-vis des autres par rapport à l'axe y, et la même direction et une intensité égale les unes vis-à-vis des autres par rapport à l'axe x Ceci sera désigné par la suite par l'expression: "les densité de flux magnétique By étant symétriques les unes vis-à-vis des autres par rapport aux axes x et y" On fait aussi en sorte que leurs valeurs
absolues soient plus petites.
( 2) On fait en sorte que les densités de flux magnétique dans la direction z (Bz)aient une direction inverse et une intensité égale les unes vis-à-vis des autres par rapport aux axes x et y Ceci sera désigné par la suite par l'expression: "les densités de flux magnétique Bz étant symétriques les unes vis-à-vis des autres par rapport aux axes x et y" On fait aussi en sorte que leurs valeurs
absolues soient plus petites.
( 3) On fait en sorte que les densités de courant dans les directions x et y (Dx M et Dy) dans la couche
d'aluminium fondu soient aussi faibles que possible.
La condition ( 3) précédente est susceptible de dépendre dans une très grande mesure d'autres facteurs que l'agencement de barres omnibus, ces facteurs étant, par exemple, la superficie garnie de blocs de carbone calciné et d'une masse charbonneuse emboutie en tant qu'éléments constitutifs d'une cellule électrolytique, c'est-à-dire la superficie de ce que l'on appelle la structure de cathodes,
et cette condition sera donc omise dans la description ci-
après Toutefois, du fait que l'on peut faire en sorte que le phénomène d'écoulement de circulation d'aluminium fondu soit considérablement plus faible dans les présentes cellules électrolytiques, il est également possible que ladite condition ( 3) pour l'agencement de barres omnibus soit satisfaite dans
la présente invention.
Dans des cellules électrolytiques placées dans la disposition ordinaire côte à côte, des barres omnibus montantes sont prévues uniquement aux extrémités de petites dimensions, c'est-à-dire sur les petits côtés des cellules, et un courant électrique est fourni aux barres omnibus montantes à travers les barres omnibus de cathodes présentes en parallèle sur les
extrémités de petites dimensions et le long des côtés exté-
rieurs des cellules Dans un tel agencement, les densités de flux magnétique dans la direction z (Bz) deviennent moins symétriques par rapport aux axes x et y, principalement du fait que, parmi les densités de flux magnétique composite engendrées par les barres omnibus disposées parallèlement a l'axe y, les densités de flux magnétique dans la direction z (que l'on désignera par la suite par: "Bz(Y)") ne parviennent pas à être symétriques par rapport à l'axe x Il en est ainsi en raison du fait que la direction du courant électrique traversant ces barres omnibus coîncide sur le c 8 té positif avec la direction y On doit donc satisfaire ladite condition ( 2) en faisant en sorte que Bz(Y) soit aussi faible que
possible dans la couche d'aluminium fondu.
On sait également que les barres omnibus montantes ne
sont prévues qu'aux extrémités de petites dimensions, c'est-à-
dire les petits côtés, des cellules et qu'une partie ou la totalité du courant de cathode sur le c 8 té d'amont de chaque cellule traverse l'espace situé en dessous de la cellule (brevets japonais publiés Nos 39445/72, 16843/77 et 10190/82), mais dans un tel agencement, parmi les densités de flux magnétique (Bx et By) dans la direction horizontale, les
densités de flux magnétique dans la direction x (Bx) devien-
nent moins symétriques par rapport aux axes x et y, et principalement en raison du fait que, parmi les densités de flux magnétique composite engendrées par les barres omnibus disposées parallèlement à l'axe-y, les densités de flux magnétique dans la direction x (que l'on désignera par la suite par: "Bx(Y)") ne parviennent pas à devenir symétriques par rapport aux axes x et y On doit donc satisfaire ladite condition ( 1) en faisant en sorte que Bx(Y) soit aussi faible
que possible dans la couche d'aluminium fondu.
En outre, il est connu de monter les barres omnibus montantes sur les grands c 8 tés des cellules et de faire passer une partie du courant de cathode sur le côté d'amont de chaque cellule à travers l'espace situé en dessous de la cellule (brevet US N O 3 415 724), mais dans un tel agencement, parmi les densités de flux magnétique (Bx et By) dans la direction horizontale, les densités de flux magnétique dans la direction x deviennent moins symétriques par rapport aux axes x et y, principalement en raison du fait que le courant passant par les barres omnibus disposées parallèlement à l'axe y est limité dans une certaine mesure En d'autres termes, une fois que le courant passant par les barres omnibus individuelles est fixé, les densités de flux magnétique engendrées par le courant électrique sont également fixées et, de ce fait, les densités de flux magnétique dans la direction x (Bx(Y)) sont également fixées parmi les densités de flux magnétique
composite engendrées par les barres omnibus disposées paral-
lèlement à l'axe y, et il est difficile de faire en sorte que
celles-ci soient symétriques par rapport aux axes x et y.
De ce fait, même un tel agencement peut difficilement satis-
faire ladite condition ( 1).
En outre, le brevet japonais publié N O 3751/82 décrit un agencement dans lequel les barres omnibus d'anodes disposées au-dessus de chaque cellule électrolytique et parallèlement au grand côté de la cellule sont divisées en deux groupes, c'est-à-dire le groupe de c 8 té d'amont et le groupe de côté d'aval, le courant électrique en provenance du côté d'amont d'une cellule électrolytique disposée sur le c 8 té d'amont étant fourni aux barres omnibus d'anodes du groupe de côté d'amont simultanément par l'intermédiaire des barres omnibus montantes disposées sur les grands côtés et sur les petits côtés de la cellule, et le courant électrique provenant du côté d'aval d'une cellule électrolytique adjacente disposée sur le côté d'amont étant fourni aux barres omnibus d'anodes du groupe de côté d'aval uniquement par l'intermédiaire des barres omnibus montantes disposées sur le grand côté de la cellule Dans ledit agencement, toutes les barres omnibus de cathodes depuis le côté d'amont jusqu'aux barres omnibus montantes disposées sur les grands côtés d'une cellule électrolytique se trouvant sur le côté d'aval s'étendent à travers l'espace situé en dessous de la cellule, et toutes
les barres omnibus de cathodes depuis le côté d'amont jus-
qu'aux barres omnibus montantes disposées sur les petits côtés d'une cellule électrolytique présente sur le côté d'aval
s'étendent le long des côtés extérieurs de la cellule.
Grâce à cet agencement, on peut réduire considérablement l'influence des forces électromagnétiques par rapport à l'agencement de barres omnibus ordinaire utilisé jusqu'à présent, mais les auteurs de la présente invention ont constaté à l'aide de calculs que, parmi les densités de flux magnétique
composite engendrée par les barres omnibus disposées paral-
lèlement à, l'axe y, il n'est pas possible de faire en sorte que les densités de flux magnétique dans la direction z (Bz(Y)) soient beaucoup plus petites En outre, dans cet agencement, il est très difficile de détourner le courant
électrique dans le cas d'un arrêt de fonctionnement des cel-
lules électrolytiques, opération qui est indispensable dans
l'installation de production d'aluminium par électrolyse.
En d'autres termes, lors de l'arrêt d'une cellule électro-
lytique comportant l'agencement de barres omnibus décrit dans le brevet japonais publié n 3751/82, le courant électrique passant du côté d'aval d'une cellule électrolytique présente sur le côté d'amont jusqu'aux barres omnibus montantes disposées sur le grand côté d'amont d'une cellule électrolytique devant être arrêtée doit être fourni aux barres omnibus montantes disposées sur le grand côté d'une cellule électrolytique adjacente présente sur le c 8 té d'aval sans qu'il soit fourni aux barres omnibus d'anodes de la cellule électrolytique dont le fonctionnement doit être arrêté De façon plus spécifique,
quand il faut arrêter le fonctionnement de la cellule électro-
lytique 14 présente sur le côté d'aval sur la figure 3 du brevet précité, le courant électrique parvenant aux barres omnibus montantes centrales 27 et 28 doit être fourni aux
barres omnibus montantes 27 et 28 de la cellule électro-
lytique adjacente présente sur le c 8 té d'aval sans être fourni
aux barres omnibus 22 d'anodes de la cellule électrolytique 14.
A cette fin, des barres omnibus d'une longueur considérable
sont nécessaires pour le court-circuit.
Un objet de la présente invention est la réalisation d'une cellule électrolytique comportant un agencement approprié de barres omnibus de cathodes et de barres omnibus d'anodes qui satisfait lesdites conditions ( 1) et ( 2) simultanément, en supprimant ainsi de façon remarquable l'apparition du phénomène d'écoulement de circulation d'aluminium fondu, et
améliore considérablement le rendement du courant.
Un autre objet de la présente invention est la réali-
sation d'une cellule électrolytique dont on peut arrêter le
fonctionnement de façon beaucoup plus facile tout en satis-
faisant lesdites conditions ( 1) et ( 2).
En d'autres termes, la présente invention fournit une cellule électrolytique qui satisfait auxdites conditions ( 1)
et ( 2) simultanément et, de ce fait, supprime de façon consi-
dérable l'apparition du phénomène d'écoulement de circulation d'aluminium fondu grâce à un agencement de barres omnibus dans lequel un certain nombre de barres omnibus de cathodes sur le c 8 té d'amont de chaque cellule électrolytique s'étendent à travers l'espace situé en dessous de la cellule concernée, et sont reliées à des barres omnibus montantes disposées sur le grand c 8 té d'amont d'une cellule électrolytique adjacente présente sur le c 8 té d'aval de manière à fournir un courant
électrique aux barres omnibus d'anodes de la cellule électro-
lytique adjacente, le nombre restant des barres omnibus de cathodes sur le grand c 8 té d'amont s'étendent le long du côté extérieur aux extrémités de petitesdimensions, c'est-à-dire aux petits c 8 tés, de la cellule électrolytique concernée et sont reliées à, des barres omnibus montantes disposées aux extrémités de petites dimensions de la cellule adjacente présente sur le côté d'aval de manière à fournir un courant
électrique aux barres omnibus d'anodes de la cellule électro-
lytique adjacente, une certaine partie du courant de cathode recueilli sur le c 8 té d'aval de la cellule électrolytique concernée est envoyée aux barres omnibus montantes disposées sur le grèuid u;té d'niuûoit dte l celldle adj 4 fcen présente sur le c 8 té d'aval de manière à fournir un courant électrique aux barres omnibus d'anodes de la cellule électrolytique
adjacente, et la partie restante du courant de cathode re-
cueilli sur le cité d'aval est envoyé aux barres omnibus montantes disposées aux extrémités de petites dimensions de la cellule électrolytique adjacente présente sur le côté d'aval le long du c 8 té extérieur aux extrémités de petites dimensions de la cellule électrolytique adjacente présente sur le côté d'aval de manière à fournir un courant électrique aux barres omnibus d'anodes de la cellule électrolytique adjacente. On va maintenant décrire en détail la présente invention en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue en plan schématique d'un agencement de barres omnibus selon la présente invention; et les figures 2 4 sont des vues en plan schématique de modes de réalisation spécifiques selon la présente invention. Sur la figure 1, on a représenté un agencement de barres omnibus de base de deux cellules électrolytiques adjacentes selon la présente invention, les références la et lb désignant des cellules électrolytiques individuelles dans une rangée de cellules électrolytiques et peuvent être désignées ci-après simplement par l"t, là o il n'est pas nécessaire de distinguer spécialement les cellules individuelles l'une de
l'autre La flèche A indique la direction générale du courant.
Les axes x et y sont respectivement l'axe orienté dans la direction du grand côté des cellules électrolytiques et l'axe orienté dans la direction du petit côté de ces cellules En d'autres termes, l'axe y est l'axe d'une rangée des cellules électrolytiques. Les barres 2, 2 et 3, 3 collectrices de courant cathodique font saillie des cathodes de la cellule électrolytique la en direction du c 8 té d'amont et du côté d'aval, respectivement, et sont reliées à des barres omnibus cathodiques 10 et 20, et 30 et 40, respectivement Une partie, de préférence 20 70 %, du courant cathodique recueilli sur le côté d'amont (qui correspond à la moitié du courant total) passe par au moins une des barres omnibus cathodiques 21
disposées dans l'espace situé en dessous de la cellule électro-
lytique la et en parallèle avec l'axe (axe y) d'une rangée de cellules électrolytiques La barre omnibus cathodique 21 est reliée à au moins une des barres omnibus montantes 60 disposées sur le grand côté d'amont de la cellule électrolytique lb présente sur le côté d'aval La partie restante du courant cathodique recueilli sur le côté d'amont, c'est-à-dire de préférence 30 80 % du courant cathodique, est acheminée jusqu'aux barres omnibus montantes 50 disposées sur les côtés extérieurs aux extrémités de petites dimensions de la cellule électrolytique lb par les barres omnibus cathodiques 15 s'étendant le long des côtés extérieurs aux extrémités de petites dimensions de la cellule électrolytique la jusqu'aux côtés extérieurs aux extrémités de petites dimensions de la cellule électrolytique lb. D'autre part, une partie, de préférence 40 90 %, du courant cathodique recueilli sur le côté d'aval (qui correspond à la moitié du courant total) est acheminée jusqu'aux barres omnibus montantes 60 disposées sur le grand côté d'amont de la cellule électrolytique lb présente sur le côté d'aval La partie restante, c'est-à-dire, de préférence 10 60 %, du courant cathodique recueilli sur le côté-d'aval passe par les barres omnibus cathodiques 35 s'étendant le long des côtés extérieurs aux extrémités de petites dimensions de la cellule lb disposée sur le c 8 té d'aval jusqu'aux barres omnibus montantes 50 disposées sur les c 8 tés extérieurs aux extrémités de petites dimensions de la cellule lb. Le courant recueilli aux barres omnibus montantes 50 à l'endroit des extrémités de petites dimensions de la cellule
lb est fourni aux barres omnibus anodiques 80 par l'inter-
médiaire des barres omnibus anodiques 70 à partir des barres omnibus montantes 50 Le courant recueilli aux barres omnibus montantes 60 sur le grand côté de la cellule lb est fourni aux barres omnibus anodiques 80 à partir des barres omnibus montantes 60 par l'intermédiaire des barres omnibus anodiques
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71 et 81 parallèles à l'axe y Ces barres omnibus cathodiques, ces barres omnibus montantes, et ces barres omnibus anodiques
peuvent être présentes sous une forme divisée davantage.
Comme on l'a déjà mentionné ci-dessus, il faut faire en sorte que Bz(Y) soit aussi faible que possible dans la couche d'aluminium fondu pour satisfaire la condition précitée ( 2) A cette fin, on fait en sorte qu'une partie du courant cathodique recueilli sur le côté d'amont passe par les barres omnibus cathodiques 21 disposées dans l'espace situé en dessous de chaque cellule électrolytique et on relie les barres
omnibus cathodiques 21 aux barres omnibus montantes 60 dis-
posées sur le grand c 8 té de la cellule lb dans la présente invention En outre, une partie du courant cathodique recueilli sur le côté d'aval est de même fourni aux barres omnibus montantes 60 sur le grand côté de lb En d'autres termes, une répartition appropriée des courants électriques dans les barres omnibus cathodiques 15, 35 et 21 et dans les barres omnibus anodiques 71 et 81 peut réduire à un minimum les densités de flux magnétique dans la direction z, (Bz(Y)), qui seront engendrés dansla couche d'aluminium fondu, parmi les densités de flux magnétique composite qui seront engendrées par ces courants électriques En d'autres termes, il est essentiel, pour obtenir une répartition appropriée de ces courants électriques, de prévoir des barres omnibus cathodiques 15 et 35 s'étendant jusqu'aux barres omnibus montantes 50 aux extrémités de petites dimensions de la cellule adjacente le long des côtés extérieurs aux extrémités de petites dimensions et de prévoir des barres omnibus cathodiques 21 dans l'espace situé en dessous de chaque cellule et de les relier à des barres omnibus montantes 60 sur le grand côté de la cellule adjacente et de relier également un certain nombre de barres omnibus cathodiques 40 présentes sur le côté d'aval de la cellule aux barres omnibus montantes 60 présentes sur le grand
côté de la cellule adjacente.
Il est également nécessaire, dans la présente invention, de réduire à un minimum les densités de flux magnétique dans la direction x (Bx), particulièrement Bx (Y), qui seront engendrées dans la couche d'aluminium fondu, parmi les densités de flux magnétique dans la direction horizontale (Bx et By) pour satisfaire ladite condition ( 1) A cette-fin, des barres omnibus montantes 50 et 60 sont prévues à la fois aux extrémités de petites dimensions et sur les grands côtés de chaque cellule dans la présente invention En d'autres termes, une répartition appropriée des courants électriques dans les groupes de barres omnibus disposées en parallèle avec l'axe y, par exemple les barres omnibus cathodiques 15, 35 et 21 et les barres omnibus anodiques 71 et 81 sur la figure 1, peuvent aussi réduire à un minimum les densités de flux magnétique dans la direction x (Bx(Y)) parmi les densités de flux magnétique composite qui seront engendrées par ces courants électriques de la m 6 me manière que dans le cas o ladite condition ( 2) a été satisfaite ci-dessus Il est donc nécessaire, dans la présente invention, de répartir de façon appropriée les courants électriques dans les groupes de barres omnibus 15, 35, 21, 71 et 81 en parallèle avec l'axe y pour
satisfaire simultanément lesdites conditions (l) et ( 2).
Parmi les densités de flux magnétique (Bx et By) dans la direction horizontale, on peut faire en sorte facilement que les densités de flux magnétique dans la direction y (By) soient symétriques même dans les cellules électrolytiques bien connues, mais dans la présente invention, des barres omnibus montantes 60 sont disposées sur le grand côté de chaque cellule pour réduire les densités de flux magnétique qui seront engendrées par les barres omnibus anodiques 70 et , en rendant de cette façon leurs valeurs absolues aussi
faibles que possible.
L'explication ci-dessus peut être illustrée ci-après par des symboles a l'aide de formules simples On va supposer que le courant électrique total pour l'électrolyse est désigné par I Les courants électriques recueillissur le côté d'amont et sur le côté d'aval seront chacun I/2 Dans une des moitiés du courant électrique (I/2) recueilli sur le c 8 té d'amont, c'est-à-dire I/4, on va supposer que le rapport du courant électrique passant par les barres omnibus cathodiques 15 s' étendant le long des côtés extérieurs aux extrémités de petites dimensions de la cellule est "a" De plus, dans une des moitiés du courant électrique (I/2) recueilli sur le c 8 té d'aval, c'est-àa-dire I/j 4, on va supposer que le rapport du courant électrique passant par les barres omnibus cathodiques s'étendant le long des côtés extérieurs aux extrémités de petites dimensions de la cellule est " 3 ", et on va supposer que la somme totale des courants électriques passant par les barres omnibus cathodiques 21 disposées dans l'espace situé en dessous de la cellule est "Iu": Iu = 2 ( 1-î)x I/4 On va supposer que la somme totale des courants électriques parvenant auk barres omnibus montantes 50 est IR 1: IR 1 = 2 (U+P)x I/4 On va supposer que la somme totale des courants électriques parvenant aux barres omnibus montantes 60 est IR 2: IR 2 = 2 ( 2-a-O)x I/4 On a représenté sur la figure 1 les rapports des
courants électriques passant par les barres omnibus indivi-
duelles,en supposant que i = I/4.
On peut établir les valeurs a et 9 comme suit.
Parmi les densités de flux magnétique qui seront engendrées par les courants électriques passant par toutes les barres omnibus cathodiques 15, 21 et 35 et par toutes les barres omnibus anodiques 71 et 81 parallèles à l'axe y, il faut en premier lieu réduire à un minimum les densités de flux magnétique dans la direction z (Bz) dans la couche m
d'aluminium fondu de la cellule électrolytique 1 comme condi-
tion 1 En second lieu, il faut réduire à un minimum les densités de flux magnétique dans la direction x (Bx) dans la couche m d'aluminium fondu Une fois que les positions des barres omnibus cathodiques et des barres omnibus anodiques parallèles à l'axe y ont été fixées, on établit les valeurs
a et P satisfaisant lesdites conditions 1 et 2.
Les auteurs de la présente invention ont trouvé par calcul que lorsque l'on choisit en se basant du point de vue
économique ordinaire les positions des barres omnibus catho-
diques et des barres omnibus anodiques, a et î tombent dans les plages suivantes
" = 0,3 0,8
= 0,1 0,6
Lorsque a est inférieur à 0,3 ou supérieur à 0,8, les densités de flux magnétique dans la direction z (Bz(Y)) ne se trouvent pas toujours réduites dans la couche d'aluminium fondu parmi les densités de flux magnétique composite qui seront engendrées par les barres omnibus disposées en parallèle avec l'axe y, et de ce fait, ladite condition ( 2) se trouve satisfaite dans une mesure moindre D'autre part, lorsque 3 est supérieur à 0,6, les densités de flux magnétique dans la direction x (Bx(Y)> ne se trouvent pas toujours réduites dans
la couche d'aluminium fondu parmi les densités de flux magné-
tique composite qui seront engendrées par les barres omnibus disposées en parallèle avec l'axe y et, de ce fait, ladite
condition ( 1) se trouve satisfaite dans une mesure moindre.
Lorsque P est inférieur à 0,1, les densités de flux magnétique
Bz(Y) ne se trouvent pas réduites autant.
Dans ce qui précède, la description a été donnée pour
le cas dans lequel les barres omnibus de la cellule électro-
lytique 1 sont disposées symétriquement par rapport à l'axe y, c'est-àdire le cas dans lequel on tient compte de l'absence d'influence du champ magnétique dû aux courants électriques
passant par une rangée adjacente de cellules électrolytiques.
L'installation ordinaire d 'électrolyse comporte une rangée
adjacente de cellules électrolytiques pour une raison-élec-
trique Si la distance jusqu'à la rangée adjacente des cellules électrolytiques (distance de centre à centre) est relativement
grande, o u si certaines mesures sont prises pour une compen-
sation appropriée de l'influence de la rangée adjacente, les barres omnibus peuvent être disposées de façon sensiblement symétrique par rapport à l'axe y, comme décrit ci-dessus, mais si la distance jusqu'à la rangée adjacente (distance de centre
à centre) est relativement courte, les barres omnibus catho-
diques 21 traversant l'espace situé en dessous de la cellule peuvent être disposées de façon asymétrique par rapport à l'axe y ou le rapport du courant électrique passant par les barres omnibus cathodiques 10 et 15 s'étendant le long des côtés extérieurs aux extrémités de petites dimensions de la cellule peut être modifié entre le côté extérieur de gauche et le côté extérieur de droite parmi les courants cathodiques d'amont Il est bien entendu possible d'utiliser ces deux
mesures en combinaison.
En outre, indépendamment de l'une ou des deux de ces mesures ou conjointement avec l'une ou les deux de ces mesues, le rapport du courant électrique passant par les barres omnibus cathodiques 30 et 35 s'étendant le long des côtés extérieurs
aux extrémités de petites dimensions de la cellule électro-
lytique adjacente disposée sur le côté d'aval peut être modifié entre le c 8 té extérieur gauche et le côté extérieur
droit.
Dans la présente invention, une répartition appropriée des courants électriques dans les barres omnibus individuelles peut faire en sorte que les composantes des densités de flux magnétique dans les directions x et y (Bx et By) qui seront engendrées dans la couche d'aluminium fondu soient symétriques par rapport aux axes x et y et aussi que leurs valeurs absolues soient plus petites, et peut en outre faire en sorte que les densités de flux magnétique dans la direction z (Bz) soient symétriques par rapport aux axes x et y et aussi que leurs
valeurs absolues soient plus petites, comme décrit ci-dessus.
La présente invention fournit donc un agencement de barres omnibus des plus appropriés pour supprimer efficacement l'apparition du phénomène d'écoulement de circulation dans la
couche d'aluminium fondu.
Dans les cellules électrolytiques comportant un agencement de barres omnibus selon la présente invention,
l'arrêt des-cellules électrolytiques, arrêt qui est une opé-
ration indispensable dans l'installation de production
d'aluminium par électrolyse, peut être effectué facilement.
A cette fin, -des conducteurs de court-circuit sont prévus à l'endroit des barres omnibus montantes 50 pour laisser passer les courants électriques recueillis aux barres omnibus montantes vers les barres omnibus cathodiques 15 d'une cellule électrolytique adjacente disposée sur le côté d'aval, et des conducteurs de court-circuit sont également prévus à' l'endroit des barres omnibus montantes 60 pour laisser passer le courant électrique recueilli aux barres omnibus montantes 60 vers les barres omnibus 21 disposées dans l'espace situé en dessous d'une cellule électrolytique adjacente présente sur le côté d'aval. Sur les figures 2 à 4, on a représenté des modes de réalisation spécifiques de la présente invention, les mêmes éléments que sur la figure 9 étant identifiés par les mêmes références, et les cellules électrolytiques la, lb et lc étant désignées ci-après simplement par " 1 ", à moins qu'il soit
spécialement nécessaire de les distinguer les unes des autres.
Sur la figure 2, les barres 2 et 3 collectrices de courant cathodique s'étendent à partir du côté d'amont et du côté d'aval de la cellule électrolytique 1, respectivement, et sont reliées aux barres omnibus cathodiques 10 et 20 présentes sur le c 8 té d'amont et aux barres omnibus cathodiques et 40 présentes sur le côté d'aval, respectivement Le rapport " entre le courant électrique passant par les barres omnibus cathodiques 10 et 15 s'étendant le long des côtés extérieurs a l'extrémité de petite dimension de la cellule et les courants cathodiques totaux sur le côté d'amont est donné ci-après:
" = 0,75 ( 75 %)
Le rapport 1 entre le courant électrique passant par les barres omnibus cathodiques 30 et 35 s'étendant le long des côtés extérieurs aux extrémités de petites dimensions d'une cellule électrolytique adjacente disposée sur le côté d'aval et les courants cathodiques totaux sur le c 8 té d'aval est donné ci-dessous:
0 = 0,375 ( 37,5 %)
La barre omnibus cathodique 21 disposée dans l'espace situé en dessous de la cellule et le long de l'axe y est reliée à une barre omnibus montante 60 Une barre omnibus 40 présente sur le côté d'aval est aussi reliée à la barre omnibus montante 6 , D'autre part, les barres omnibus cathodiques 15 et 35 sont reliées à des barres omnibus montantes 50 disposées aux extrémités de petites dimensions d'une cellule électrolytique adjacente présente sur le c 8 té d'aval Les barres omnibus montantes 50 et 60 sont en outre reliées à une barre omnibus anodique 80 par l'intermédiaire de barres omnibus anodiques et 71, respectivement La barre omnibus anodique 80 est
munie d'une autre barre omnibus anodique 81 le long de l'axe y.
Sur la figure 3, des barres 2 et 3 collectrices de courant cathodique s'étendent à partir du côté d'amont et du côté d'aval de la cellule électrolytique 1, et sont reliées à des barres omnibus cathodiques 10 et 20 sur le côté d'amont et à des barres omnibus cathodiques 30 et 40 sur le côté d'aval Le rapport a entre le courant électrique passant par les barres omnibus cathodiques 10 et 15 s'étendant le long des c 8 tés extérieurs à l'extrémité de petitesdimensionsde la cellule et les courants cathodiques totaux sur le côté d'aval est donné ci-dessous: a = 0,75 ( 75 %) Le rapport P entre le courant électrique passant par les barres omnibus cathodiques 30 et 35 s'étendant le long des côtés extérieurs aux extrémités de petites dimensions d'une cellule électrolytique adjacente disposée sur le côté d'aval et les courants cathodiques totaux sur le côté d'aval est donné ci-dessous: p = 0,50 ( 5 O %) La barre omnibus cathodique 21 est divisée en deux parties qui sont disposées dans l'espace situé en dessous de la cellule et en parallèle avec l'axe y et à travers chacune desquelles 50 % 1 o du courant électrique passe Les barres omnibus cathodiques 21 sont reliées à une barre omnibus montante 60 disposée au centre-sur le grand côté entre une cellule et la cellule adjacente La barre omnibus cathodique présente sur le côté d'aval est également reliée à la barre omnibus montante 60 D'autre part, les barres omnibus cathodiques 15 et 35 sont reliées à des barres omnibus montantes 50 disposées aux extrémités de petites dimensions d'une cellule adjacente présente sur le côté d'aval Les barres omnibus montantes 50 et 60 sont en outre reliées à des barres omnibus anodiques 80 par l'intermédiaire de barres omnibus anodiques 70 et 71 Les barres omnibus anodiques 80 sont munies d'une autre barre omnibus anodique 81 le long de
l'axe y.
La figure 4 montre un mode de réalisation dans lequel une rangée adjacente de cellules électrolytiques se trouve à une distance relativement courte, et la direction de la cellule adjacente est indiquée par la flèche B. Des barres 2 et 3 collectrices de courant cathodique s'étendent à partir du côté d'amont et du côté d'aval de la cellule électrolytique 1, et sont reliées à des barres omnibus cathodiques 10 et 20 sur le c 8 té d'amont et à des barres omnibus cathodiques 30 et 40 sur le côté d'aval Sur le côté situé près de la rangée adjacente, les rapports cc et P,tels que définis précédemment, sont donnés ci-dessous:
" = 0,750 ( 75,0 %)
0,375 ( 37,5 %)
D'autre part, sur le c 8 té opposé à la rangée adjacente, les rapports a et i sont donnés ci-dessous
" = 0,500 ( 5090 %)
= 0,250 ( 25,0 %)
La barre omnibus cathodique 21 est divisée en deux parties et est disposée dans l'espace situé en dessous de la cellule Les barres omnibus cathodiques 21 sont reliées à des barres omnibus montantes 60, disposées respectivement à deux positions sur le grand côté entre une cellule électrolytique et la cellule adjacente Des barres omnibus cathodiques 40 présentes sur le côté d'aval sont également reliées à des
barres omnibus montantes 60, respectivement.
D'autre part, des barres omnibus cathodiques 15 et 35 sont reliées à des barres omnibus montantes 50 disposées aux extrémités de petites dimensions d'une cellule électrolytique
adjacente présente sur le c 8 té d'aval.
Les barres omnibus montantes 50 et 60 sont en outre reliées à des barres omnibus anodiques 80 par l'intermédiaire de barres omnibus anodiques 70 et 71. Deux barres omnibus anodiques 71 sont prévues pour se conformer au nombre des barres omnibus montantes 60, et deux barres omnibus anodiques 81 sont disposées en parallèle avec l'axe y entre les barres omnibus anodiques 80 pour se conformer
au nombre de barres omnibus montantes 60.
Les barres omnibus cathodiques 21, les barres omnibus montantes 50 et 60et les barres omnibus anodiques 71 et 81 sont disposées symétriquement sur le côté gauche et sur le
c 8 té droit par rapport à, l'axe y.
Comme décrit ci-dessus, les cellules électrolytiques munies d'un agencement de barres omnibus selon la présente invention peuvent supprimer l'apparition du phénomène d'écoulement de circulation dans la couche d'aluminium fondu des cellules électrolytiques, et peut améliorer le rendement du courant La présente invention permet donc d'obtenir des cellules électrolytiques ayant une capacité plus grande et susceptibles de fonctionner avec une bonne stabilité et un
bon rendement malgré cette capacité plus grande.
Claims (1)
1 ou 2, caractérisées par le fait que 10 60 % des courants électriques recueillis aux barres omnibus cathodiques ( 3, 3) sur le c Sté d'aval de chaque cellule électrolytique passent par les barres omnibus cathodiques ( 35) s'étendant le long des côtés extérieurs aux extrémités de petites dimensions de la cellule électrolytique adjacente (lb) présente
sur le c 8 té d'aval.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57074171A JPS6054399B2 (ja) | 1982-04-30 | 1982-04-30 | アルミニウム製造用電解炉 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2526050A1 true FR2526050A1 (fr) | 1983-11-04 |
Family
ID=13539439
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8307206A Withdrawn FR2526050A1 (fr) | 1982-04-30 | 1983-04-29 | Cellules electrolytiques de production d'aluminium comportant un agencement perfectionne de barres omnibus |
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- 1983-04-28 SE SE8302399A patent/SE8302399L/ not_active Application Discontinuation
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| BR8302209A (pt) | 1984-01-03 |
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