FR2879582A1 - Dispositif de manutention des capots d'une cellule de production d'aluminium par electrolyse - Google Patents
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Abstract
L'invention a pour objet un dispositif (100) de manutention des capots (33) d'une cellule de production d'aluminium par électrolyse ignée comportant un dispositif de positionnement (110) et un système de préhension (160) des capots. Le dispositif de positionnement (110) comporte un organe de guidage vertical (101), un support mobile (120) monté sur l'organe de guidage (101) de façon à pouvoir être déplacé au moins dans une direction verticale en utilisation, un bras articulé (130), un premier châssis (140) monté sur le bras articulé (130) de façon à pouvoir pivoter autour d'un premier axe de rotation A sensiblement horizontal en utilisation, ledit bras articulé (130) étant au moins apte à éloigner et à rapprocher le premier châssis (140) du support mobile (120), un moteur (141) pour faire pivoter le premier châssis (140) autour dudit premier axe de rotation A, un deuxième châssis (150) monté sur le premier châssis (140) de façon à pouvoir être déplacé le long d'un premier axe de translation B déterminé, qui est sensiblement horizontal en utilisation, et des moyens pour déplacer le deuxième châssis (150) le long dudit premier axe de translation B. Le système de préhension (160) des capots est fixé au deuxième châssis (150) et comprend un ensemble déterminé d'organes de préhension (161) destinés à saisir un ensemble déterminé de capots (33) en un nombre déterminé de points de fixation. L'invention permet une manutention précise et automatisable des capots.
Description
DISPOSITIF DE MANUTENTION DES CAPOTS D'UNE CELLULE DE
PRODUCTION D'ALUMINIUM PAR ÉLECTROLYSE Domaine de l'invention L'invention concerne la production d'aluminium par électrolyse ignée selon le procédé de Hall-Héroult. Elle concerne plus particulièrement les interventions sur les cellules d'électrolyse, telles que les changements d'anode, et les unités de service destinées à effectuer ces interventions.
Etat de la technique L'aluminium est produit industriellement par électrolyse ignée dans des cellules d'électrolyse suivant le procédé bien connu de Hall-Héroult. La demande de brevet français FR 2 806 742 (correspondant au brevet américain US 6 409 894) décrit les installations d'une usine d'électrolyse destinée à la production d'aluminium.
Les réactions d'électrolyse, les réactions secondaires et les hautes températures d'opération entraînent la production d'effluents gazeux, qui contiennent surtout du dioxyde de carbone et des produits fluorés. Le rejet de ces effluents dans l'atmosphère est sévèrement contrôlé et réglementé, non seulement en ce qui concerne l'atmosphère ambiante de la salle d'électrolyse, pour des raisons de conditions de travail du personnel opérant à proximité des cellules, mais également en ce qui concerne la pollution atmosphérique. Les réglementations de plusieurs Etats en matière de pollution imposent des limites aux quantités d'effluents rejetées dans l'atmosphère.
Il existe aujourd'hui des solutions qui permettent d'extraire, de récupérer et de traiter ces effluents de manière fiable et satisfaisante. Une solution largement répandue consiste à munir les cellules d'électrolyse d'un dispositif de captage des effluents. Ce dispositif couvre les cuves d'électrolyse et comprend des moyens de confinement, qui incluent notamment un dispositif de capotage, et des moyens d'aspiration et de traitement chimique des effluents.
Le dispositif de capotage comprend des capots amovibles qui permettent d'accéder à 5 l'intérieur de la cellule, notamment lors du remplacement d'une anode usée par une anode neuve.
Les capots sont enlevés de la cellule et remis en place manuellement, un à un, par un opérateur au sol. L'opérateur est alors exposé à des risques liés à la proximité de la cellule d'électrolyse et à la présence d'outils de manutention. En particulier, la position de prise et de dépose des capots oblige l'opérateur à se pencher vers la cellule. Comme les capots reposent sur des surfaces réduites, le mauvais positionnement d'un capot peut entraîner une mauvaise mise en appui de celui-ci sur la cellule, déséquilibrer l'opérateur et risquer le faire tomber dans la cuve. D'autre part, le retrait des capots réduit l'efficacité du dispositif de captage et expose l'opérateur aux effluents de la cellule, ce qui l'oblige à porter des masques de protection.
La demanderesse a donc recherché une procédure et des moyens qui permettent 20 d'éviter ces inconvénients.
Description de l'invention
L'invention a pour objet un dispositif de manutention des capots d'une cellule de production d'aluminium par électrolyse ignée, qui permet d'enlever, de déplacer et de remettre en place des capots à distance de la cellule et qui est susceptible d'être automatisé en tout ou partie.
Le dispositif de manutention des capots d'une cellule d'électrolyse selon l'invention comporte un dispositif de positionnement apte à décomposer les opérations de manutention des capots en un ensemble déterminé de mouvements de base et un système de préhension des capots apte à saisir fermement un ensemble déterminé de capots.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif de manutention des 5 capots est caractérisé en ce qu'il comporte: - un dispositif de positionnement qui comporte un organe de guidage vertical, tel qu'un mât télescopique, un support mobile, tel qu'un chariot, monté sur l'organe de guidage vertical de façon à pouvoir être déplacé au moins dans une direction verticale en utilisation, un bras articulé monté sur le support mobile, un premier châssis monté sur le bras articulé de façon à pouvoir pivoter autour d'un premier axe de rotation A sensiblement horizontal en utilisation, ledit bras articulé étant au moins apte à éloigner et à rapprocher le premier châssis du support mobile, un moteur pour faire pivoter le premier châssis autour dudit premier axe de rotation A, un deuxième châssis monté sur le premier châssis de façon à pouvoir être déplacé le long d'un premier axe de translation B déterminé, qui est sensiblement horizontal en utilisation, et des moyens pour déplacer le deuxième châssis le long dudit premier axe de translation B; - un système de préhension des capots fixé au deuxième châssis et comprenant un ensemble déterminé d'organes de préhension destinés à saisir un ensemble déterminé 20 de capots en un nombre déterminé de points de fixation.
Selon l'invention, les opérations de manutention des capots sont décomposées en un ensemble déterminé de mouvements de base, chacun de ces mouvements de base étant assuré par des composants spécifiques du dispositif. L'organe de guidage vertical et le support mobile servent principalement aux mouvements verticaux du système de préhension, le bras articulé sert aux mouvements d'approche et d'éloignement du système de préhension, le premier châssis et le moteur qui lui est associé servent aux mouvements d'orientation du système de préhension par rapport à la verticale, et le deuxième châssis et les moyens de déplacement qui lui sont associés servent aux mouvements latéraux du système de préhension, c'est-à-dire aux mouvements parallèles aux côtés longs des cellules d'électrolyse. Ces mouvements peuvent être asservis.
La prise ferme des capots par le système de préhension en un nombre déterminé de points réduit les oscillations mécaniques incontrôlées des capots lors de leur manutention et maintient ainsi les capots dans une position fixe déterminée par rapport au deuxième châssis (cette position étant typiquement parallèle audit châssis).
Le dispositif de l'invention permet de manutentionner correctement les capots dans l'environnement très encombré des cellules d'électrolyse, avec la précision nécessaire 10 à la mécanisation et à l'éventuelle automatisation des opérations de manutention.
L'invention a également pour objet une machine de service d'une série de cellules de production d'aluminium par électrolyse ignée comportant une pluralité de capots, qui est caractérisée en ce qu'elle comporte au rnoins un dispositif de manutention de capots selon l'invention.
L'invention a encore pour objet une unité de service d'une usine de production d'aluminium par électrolyse ignée comprenant un pont mobile et au moins une machine de service selon l'invention.
L'invention a encore pour objet un véhicule automoteur caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif de manutention de capots selon l'invention.
Ladite machine de service, ladite unité de service ou ledit véhicule automoteur servent à approcher et à éloigner le dispositif de manutention d'un capot ou ensemble de capots déterminé (ces mouvements comprennent typiquement des mouvements horizontaux et des mouvements verticaux).
L'invention est décrite plus en détail ci-après à l'aide des figures annexées.
La figure 1 illustre, vue en section, une salle d'électrolyse typique destinée à la production d'aluminium et comprenant une unité de service représentée de manière schématique.
La figure 2 illustre, vue en section transversale, une cellule d'électrolyse typique destinée à la production d'aluminium.
La figure 3 représente, vue en perspective, une partie de la cellule d'électrolyse de la figure 2.
La figure 4 illustre un dispositif de manutention des capots selon un mode de réalisation préféré de l'invention.
Les figures 5A et 5B montrent, sous deux angles de vue différents, une partie du 15 dispositif de manutention des capots de la figure 4.
Les figures 6A et 6B illustrent le fonctionnement du dispositif de manutention des capots selon l'invention dans la variante qui comporte un châssis articulé.
Les figures 7 et 8 illustrent des modes de réalisation d'une variante avantageuse du dispositif de manutention des capots selon l'invention.
Les figures 9 à 15 illustrent le fonctionnement du dispositif de manutention des capots selon l'invention.
Les usines d'électrolyse destinées à la production d'aluminium comportent une zone de production d'aluminium liquide qui comprend une ou plusieurs salles d'électrolyse (1). Tel qu'illustré à la figure 1, chaque salle d'électrolyse (1) comporte des cellules d'électrolyse (2) et au moins une unité de service (4). Les unités de service sont souvent appelées "machines de service électrolyse" ou "M.S.E" ("PTA" ou "Pot Tending Assembly" ou "PTM" ou "Pot Tending Machine" en langue anglaise).
Tel qu'illustré à la figure 2, chaque cellule d'électrolyse (2) comprend une cuve (20), une structure de support (30) appelée "superstructure" et une pluralité d'anodes (40, 40'). La cuve (20) comprend un caisson (21) en acier, un revêtement intérieur (22), qui est généralement formé par des blocs en matériaux réfractaires, et un ensemble cathodique (23, 24), qui comprend des blocs en matériau carboné, appelés "blocs cathodiques", (23) et des barres de raccordement métalliques (24) auxquelles sont fixés les conducteurs électriques (50, 51, 52) servant à l'acheminement du courant d'électrolyse. Chaque anode est munie d'une tige métallique (41, 41'), qui est typiquement fixée à l'anode par l'intermédiaire d'un multipode (42). Les anodes (40, 40') sont fixées de manière amovible à un cadre métallique mobile (25), appelé "cadre anodique", par un connecteur amovible (26, 26'). Le cadre anodique (25) est porté par la superstructure (30) et fixé à des conducteurs électriques (52), appelés "montées positives", servant à l'acheminement du courant d'électrolyse.
Les cellules d'électrolyse (2) sont normalement disposées en rangées ou files, chaque rangée ou file comportant typiquement plus d'une centaine de cellules, et raccordées électriquement en série à l'aide de conducteurs de liaison (50, 51, 52). Les cellules (2) sont disposées de manière à dégager une allée de circulation (3) le long de la salle d'électrolyse (1) et une voie d'accès (3') entre les cellules d'électrolyse.
La cellule d'électrolyse (2) est munie d'un système de capotage, illustré aux figures 2 et 3. Le système de capotage comprend une série de capots amovibles (33) qui sont typiquement métalliques, et plus typiquement en alliage d'aluminium. Le système de capotage confine les effluents à l'intérieur (29) de la cellule, et est relié à des moyens (non illustrés) pour évacuer les effluents et les diriger vers un centre de traitement. Les capots amovibles (33) sont typiquement insérés dans une rainure de guidage (35) aménagée le long de la cellule et sont mis en appui sur un rebord (31) de la superstructure. Les capots (33) sont généralement munis d'une poignée (34) destinée à leur manutention par des opérateurs. La tige (41, 41') des anodes émerge typiquement du système de capotage par des ouvertures (32) aménagées à cet effet dans le système de capotage.
Selon la technologie la plus répandue, les anodes (40, 40') sont en matériau carboné précuit. La consommation progressive des anodes lors des réactions de réduction électrolytique de l'aluminium nécessite des interventions sur les cellules d'électrolyse parmi lesquelles figure, notamment, le remplacement des anodes usées (40') par des anodes neuves (40).
L'unité de service (4) sert à effectuer des opérations sur les cellules d'électrolyse (2) telles que les changements d'anode ou le remplissage des trémies d'alimentation en bain broyé et en A1F3 des cellules d'électrolyse. Elle peut également servir à manutentionner des charges diverses, telles que des éléments de cuve, des poches de métal liquide ou des anodes.
Tel qu'illustré à la figure 1, l'unité de service (4) comprend un pont mobile (5) qui peut être translaté au-dessus des cellules d'électrolyse (2) et une machine de service (6). La machine de service (6) comporte un chariot mobile (7) et un module de service (8) équipé de plusieurs organes de manutention et d'intervention (10), tels que des outils (pelles, clés, piqueurs,...). Le pont mobile (5) repose et circule sur des chemins de roulement (9, 9') disposés parallèlement l'un à l'autre et à l'axe principal du hall (et de la file de cellules). Le pont mobile (5) peut ainsi être déplacé le long de la salle d'électrolyse (1). Le chariot mobile (7) peut être déplacé le long du pont mobile (5).
Les machines de service (6) utilisées pour les opérations de changement d'anode sont équipées d'un ensemble déterminé d'outils (10), à savoir typiquement un piqueur, une pelle à godets, un organe de préhension d'anode (appelé "pince à anodes") et une trémie munie d'un conduit escamotable. Le piqueur sert à briser la croûte d'alumine et de bain solidifié qui couvre généralement tout ou partie des anodes de la cellule; la pelle à godets sert à dégager l'emplacement de l'anode, après le retrait de l'anode usée, par enlèvement des matières solides (telles que des morceaux de croûte et de l'alumine) qui s'y trouvent; la pince à anodes sert à saisir et à manipuler les anodes par leur tige, notamment pour l'enlèvement des anodes usées d'une cellule d'électrolyse et la mise en place d'anodes neuves dans la cellule d'électrolyse; le conduit escamotable sert à introduire de l'alumine et/ou du bain broyé dans la cellule d'électrolyse, de manière à reformer une couche de revêtement, après la mise en place d'une anode neuve. Le piqueur, la pelle à godets et la pince à anodes sont typiquement montés à l'extrémité inférieure d'un organe de guidage, tel qu'un mât ou un bras télescopique.
Le changement d'une anode usée (40') par une anode neuve (40) requiert l'enlèvement préalable d'un nombre déterminé de capots (33) situés à proximité de l'anode usée (40'), leur stockage temporaire et leur remise en place à la fin des opérations de changement d'anode.
Selon l'invention, les capots sont manutentionnés à l'aide d'un dispositif de manutention (100) qui comporte un dispositif de positionnement (110) et un système de préhension (160) des capots.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif de positionnement (110) comporte: - un organe de guidage vertical (101) ; un support mobile (120), tel qu'un chariot, monté sur l'organe de guidage (101) de 20 façon à pouvoir être déplacé au moins dans une direction verticale en utilisation; - un bras articulé (130) monté sur le support mobile (120) ; - un premier châssis (140) monté sur le bras articulé (130) de façon à pouvoir pivoter autour d'un premier axe de rotation A sensiblement horizontal en utilisation; - un moteur (141) pour faire pivoter le premier châssis (140) autour dudit premier axe de rotation A; un deuxième châssis (150) monté sur le premier châssis (140) de façon à pouvoir être déplacé le long d'un premier axe de translation B déterminé, qui est sensiblement horizontal en utilisation (et typiquement parallèle à l'axe A) ; - des moyens (151, 152, 153, 154, 155) pour déplacer le deuxième châssis (150) le 30 long dudit premier axe de translation B. L'organe de guidage vertical (101) comprend typiquement un élément fixe (102) et au moins un élément mobile (103, 103') et le support mobile (120) est monté sur le ou un des éléments mobiles (103, 103'). L'organe de guidage vertical (101) est typiquement choisi parmi les mâts télescopiques. Dans le mode de réalisation illustré aux figures 4 à 8, l'organe de guidage vertical (101) est un mât télescopique comportant un fût fixe (102), un premier fût coulissant (103) et un second fût coulissant (103') et le support mobile (120) est monté sur le second fût coulissant (103'). Le support mobile (120) est typiquement mû par un moteur (121).
Le bras articulé (130) sert à déplacer les capots dans une direction sensiblement perpendiculaire aux côtés longs des cellules d'électrolyse. Le premier châssis (140) sert à ajuster l'inclinaison des capots (33) par rapport à la cellule d'électrolyse (2). Le deuxième châssis (150) permet un débattement latéral des capots (33), c'est-à-dire dans une direction sensiblement parallèle aux côtés longs des cellules d'électrolyse.
Ces mouvements permettent un positionnement précis des capots lors de leur manutention et sont effectués dans un premier domaine de tolérance déterminé, qui est typiquement de l'ordre de 0,5 cm.
Dans les exemples de réalisation illustrés aux figures 4 à 8, le bras articulé (130) comprend un membre fixe (131) solidaire du support mobile (120) et un membre mobile (132). Une première extrémité du membre mobile (132) est fixée au membre fixe (131) de façon à pouvoir pivoter autour d'un deuxième axe C, qui est sensiblement horizontal en utilisation, à l'aide d'un moteur (133). Une deuxième extrémité du membre mobile (132) est fixée au premier châssis (140) et permet à celui-ci de pivoter autour dudit premier axe de rotation A. Dans les exemples des figures 4 à 8, les moyens de déplacement (151 à 155) du deuxième châssis (150) comprennent un moteur (151), fixé sur le premier châssis (140) et muni d'un pignon (152), une crémaillère (153) solidaire du deuxième châssis (150) et dans laquelle s'engraine le pignon (152), des guides (154) et des paliers (155) montés coulissant sur les guides (154).
Le système de préhension (160) des capots comprend un ensemble déterminé d'organes de préhension (161) destinés à saisir un ensemble déterminé de capots (33) en un nombre déterminé de points de fixation. Le système de préhension (160) des capots est fixé, directement ou indirectement, au deuxième châssis (150).
Les interventions sur les cellules d'électrolyse, notamment les opérations de changement d'anode, nécessitent généralement l'enlèvement de plusieurs capots à la fois. L'ensemble déterminé de capots (33) comprend typiquement au moins trois capots (33). Les figures 4 à 8 illustrent un cas où le dispositif permet de manipuler quatre capots simultanément.
Afin de réduire sensiblement les oscillations mécaniques des capots lors de leur manutention et d'assurer ainsi une grande précision de leur positionnement, le nombre de points de fixation est de préférence supérieur ou égal à trois par capot et lesdits points sont de préférence disposés de façon à former un plan. Les capots (33) restent ainsi sensiblement immobiles (et typiquement parallèles) par rapport au deuxième châssis (150) durant leur manipulation.
Les organes de préhension (161) peuvent être choisis parmi tous les moyens de préhension connus, tels que les crochets ou les électro- aimants. Toutefois, afin de pouvoir saisir des capots dépourvus de moyens de préhension complémentaires à ceux du système de préhension (160), les organes de préhension (161) sont avantageusement des ventouses activées par un système pneumatique. Dans le mode de réalisation illustré aux figures 4 à 8, le nombre de ventouses, et donc de points de fixation, est de quatre par capot, ce qui augmente la fiabilité du dispositif. De manière avantageuse, le système de préhension (160) comprend en outre des moyens de soufflage destinés à nettoyer par soufflage lesdits points de fixation sur le ou les capots avant l'activation desdites ventouses.
Le système de préhension (160) comporte avantageusement un châssis articulé (162) comprenant un cadre fixe (169) fixé au deuxième châssis (150), au moins un cadre articulé (163, 163') fixé au cadre fixe (169) par au moins une charnière (164, 164') de façon à pouvoir pivoter autour d'un axe (D, D') qui est sensiblement vertical en utilisation, et, pour chaque cadre articulé (163, 163'), un actionneur (165, 165') destiné à faire pivoter le ou chaque cadre articulé (163, 163') autour dudit axe. Ledit l'actionneur (165, 165') est typiquement un vérin. Cette variante de l'invention est particulièrement avantageuse lorsque les cellules d'électrolyse possèdent des montées positives (52) rapprochées. En effet, pour de telles cellules, la largeur couverte par l'ensemble déterminé de capots est généralement supérieure à la distance qui sépare deux montées positives adjacentes. Dans ce cas, le châssis articulé (162) permet d'escamoter l'un des capots de l'ensemble, en le plaçant typiquement perpendiculairement au plan des autres capots, comme illustré aux figures 6A et 6B, ce qui permet de réduire la largeur totale de l'ensemble de capots et de passer entre les montées positives (52).
Le châssis articulé (162) comporte de préférence deux cadres articulés (163, 163') disposés de manière à former un triptyque. Plus précisément, le châssis articulé (162) comporte de préférence un premier cadre articulé (163) fixé à une première extrémité du cadre fixe (169) par au moins une première charnière (164), un premier actionneur (165) destiné à faire pivoter le premier cadre articulé (163) autour d'un premier axe D, un deuxième cadre articulé (163') fixé à une deuxième extrémité du cadre fixe (169) par au moins une deuxième charnière (164'), et un deuxième actionneur (165') destiné à faire pivoter le deuxième cadre articulé (163') autour d'un deuxième axe D' à l'aide d'un deuxième actionneur (165'). Cette variante de l'invention permet de placer l'un ou l'autre des capots d'extrémité perpendiculairement au plan des autres capots. Elle est particulièrement avantageuse dans les cas où l'ensemble de capots à manutentionner comprend un ou des capots qui se situent sous des montées positives d'un côté ou de l'autre du dispositif de manutention (100). Les figures 6A et 6B illustrent cette variante de l'invention.
Afin de faciliter le dégagement d'un espace suffisant pour permettre le pivotement dudit cadre (163, 163'), le châssis articulé (162) est avantageusement monté sur le deuxième châssis (150) de façon à pouvoir être déplacé le long d'un deuxième axe de translation déterminé B', qui est sensiblement horizontal en utilisation et qui est typiquement parallèle audit premier axe de translation déterminé B, et le dispositif de positionnement (110) des capots comporte des moyens (166, 167, 168), tels qu'un actionneur guidé, pour déplacer le châssis articulé (162) le long du deuxième axe de translation B', qui est typiquement parallèle au premier axe de translation B. Dans les modes de réalisation illustrés aux figures 4 à 8, lesdits moyens de déplacement (166, 167, 168) du châssis articulé (162) comprennent des guides (166) montés sur le deuxième châssis (150), des paliers (167) ;solidaires du châssis articulé (162) et montés sur les guides de manière à pouvoir coulisser le long de ceux-ci, et un actionneur linéaire (168), tel qu'un vérin sans tige. Ces moyens sont suffisants pour assurer le déplacement du châssis articulé (162) entre deux positions d'extrémités.
La figure 9 illustre un exemple de fonctionnement de cette variante de l'invention dans le mode de réalisation, illustré aux figures 4 à 8, où le dispositif de manutention (100) permet de manipuler quatre capots (33a, 33b, 33c, 33d) simultanément. La cellule d'électrolyse est représentée partiellement en vue du dessus. Dans cet exemple, trois des capots (33a, 33b, 33c) se situent entre deux montées positives successives (52, 52') et le quatrième capot (33d) se situe sous l'une des deux montées positives (52'). L'anode à changer, dont la tige (41') est représentée en section, se situe derrière le troisième capot (33c), en partant de la gauche. Le châssis articulé (162), les organes de préhensions (161a, 161b, 161c, 161d) et le premier châssis (140) sont représentés de manière schématique. Tel qu'illustré à la figure 9 (A), le dispositif de manutention (100) est initialement placé de façon à ce que le premier châssis (140) soit en face de l'anode à changer et les organes de préhensions (161a, 161b, 161c, 161d) en face de chacun des capots correspondants (typiquement près de l'axe vertical de chaque capot). Le châssis articulé (162) se situe alors partiellement sous la montée positive de droite (52'). Les organes de préhensions (161a, 161b, 161c, 161 d) sont appliqués sur les capots et activés de façon à les saisir. Les capots sont ensuite libérés de leur emplacement et légèrement soulevés. Le premier capot (33a) est escamoté, typiquement par un pivotement à 90 du cadre articulé de gauche (163) par rapport au plan des autres capots (comme illustré à la figure 9 (B)). Tel qu'illustré à la figure 9 (C), le châssis articulé (162) est décalé vers la gauche, ce qui permet au dispositif de manutention de retirer l'ensemble des capots sans être gêné par les montées positives (52, 52').
Dans une variante avantageuse de l'invention, le dispositif (100) de manutention des capots comporte en outre un moyen de nettoyage (180, 180') qui est monté sur un deuxième bras articulé (170). Le moyen de nettoyage (180, 180') sert en particulier à enlever les poussières et débris de croûtes et d'anode laissés par les opérations de changement d'anode, notamment dans les rainures de guidage (35), avant la remise en place des capots. Le moyen de nettoyage (180, 180') est typiquement choisi parmi les brosses, les racles et/ou les moyens de soufflage. Les figures 7 et 8 illustrent des modes de réalisation de cette variante dans lesquels le deuxième bras articulé (170) est monté sur le premier châssis (140). Dans ces exemples, le bras articulé (170) comprend un premier (171) et un deuxième (172) membres mobiles liés entre eux par un point d'articulation, le premier membre mobile (171) est fixé sur le premier châssis (140) de façon à pouvoir pivoter autour d'un premier axe d'articulation, qui est typiquement horizontal en utilisation, à l'aide d'un premier moteur (173), le bras articulé (170) comporte un deuxième moteur (174) pour faire pivoter le deuxième membre mobile (172) autour d'un deuxième axe d'articulation passant par le point d'articulation, et le moyen de nettoyage (180, 180') est fixée au deuxième membre mobile (172). Dans l'exemple de la figure 7, le moyen de nettoyage (180) est une brosse qui est fixée au deuxième membre mobile (172) par un levier (176) de façon à pouvoir pivoter autour d'un troisième axe d'articulation à l'aide d'un troisième moteur (175), éventuellement couplé par l'intermédiaire d'un réducteur (177). La brosse (180) est typiquement une brosse rotative actionnée par un moteur (181). Dans l'exemple de la figure 8, le moyen de nettoyage (180') est une racle actionnée par un troisième moteur (175'). Le deuxième bras articulé (170) peut éventuellement être monté sur un dispositif de manutention (100) distinct.
Le dispositif (100) de manutention des capots selon l'invention peut comprendre des moyens de verrouillage des capots sur le système de préhension (160) en tant que moyen de fixation complémentaire de sécurité en cas de défaut de fonctionnement des organes de préhension. Par exemple les moyens de verrouillage peuvent comprendre un crochet monté sur vérin rotatif et apte à s'insérer dans les poignées (34) de capot (33) .
Afin de permettre l'automatisation de la manutention des capots (33), le dispositif de manutention (100) selon l'invention peut être équipé d'un système de pilotage informatisé. Ce système de pilotage peut effectuer des opérations pré-programmées et/ou exécuter des programmes de pilotage automatique. A ces fins, le dispositif de manutention (100) de capotscomporte avantageusement un encodeur et un système de détection apte à détecter la présence des capots, leur orientation et leur position.
Cette variante de l'invention permet de repérer efficacement les capots, qui, bien qu'ils soient en principe placés dans des endroits déterminés, peuvent être déplacés par rapport à leur position théorique, quoique généralement dans un domaine de tolérance déterminé. Les signaux relatifs à la présence desdits capots, leur orientation et leur position sont transmis audit encodeur qui les transforme en données numériques pour le système de pilotage. Le système de détection comporte typiquement au moins un système de télémesure, tel qu'un télémètre laser. Par exemple, le système de détection peut comporter un ensemble de deux télémètres configurés de façon à détecter la présence d'un capot déterminé par réflexion et à mesurer l'orientation et la position de ce capot.
Le dispositif (100) de manutention de capots selon l'invention est destiné à être monté sur un dispositif de transport, tel qu'une unité de service (4), une machine de service (6) ou un véhicule automoteur apte à se déplacer dans l'allée de circulation (3) et dans les voies d'accès (3') . Le dispositif de transport est destiné aux interventions sur les cellules d'électrolyse (2) pour la production d'aluminium. Afin de simplifier la tâche des opérateurs, le dispositif (100) de manutention de capots selon l'invention est avantageusement monté sur une unité de service (4) ou une machine de service (6) destinée aux opérations de changement d'anode, éventuellement sur la même machine de service (6) qui comporte ledit ensemble déterminé d'outils (10).
Le dispositif de transport sert à mettre en place le dispositif de positionnement (110) à proximité du capot ou de l'ensemble de capots (33) qui est destiné à être manutentionné. Cette approche, relativement grossière, est effectuée dans un deuxième domaine de tolérance déterminé, qui est typiquement de l'ordre de 1 cm.
Le remplacement d'une anode usée (40') par une anode neuve (40) s'effectue typiquement selon un procédé dans lequel: - on place une machine de service (6) comportant ledit ensemble déterminé d'outils (10) à proximité de l'anode usée déterminée (40') ; - on retire un nombre déterminé de capots (33) situés à proximité de l'anode usée (40') et on les stocke à proximité de leur place d'origine, généralement en les déposant sur des capots adjacents; - on saisit la tige métallique (41') de l'anode usée (40') à l'aide d'une pince à anodes; - on desserre le connecteur (26') de l'anode usée et on retire le connecteur à l'aide d'un outil de manutention des connecteurs, qui peut être monté sur la machine de service utilisée pour les changements d'anode; - on retire l'anode usée (40') de la cellule d'électrolyse à l'aide de la pince à anodes et on la dépose dans un endroit déterminé ; - on saisit une anode de remplacement (40) à l'aide d'un outil de manutention, généralement la même pince à anodes que celle qui a servi à manutentionner l'anode usée, et on la place dans l'emplacement initialement occupé par l'anode usée; - on fixe l'anode de remplacement (40) sur le cadre anodique (25) à l'aide d'un connecteur (26) ; - on replace les capots (33) à leur place d'origine.
La manutention des capots peut être effectuée à l'aide du dispositif (100) de manutention de capots selon l'invention. Elle comporte typiquement les opérations suivantes: - On place le dispositif de transport muni d'un dispositif de manutention (100) à proximité de l'anode usée (40') destinée à être changée, typiquement par référence à sa tige métallique (41'). Cette manoeuvre, qui peut être effectuée de manière automatisée si le dispositif est muni d'un système de pilotage informatisé, est destinée à placer le dispositif de positionnement (110) dans une position déterminée par rapport aux capots à retirer, avec une précision déterminée, de l'ordre de 2 cm, préférentiellement 1 cm. Cette position constitue un point de référence pour les mouvements ultérieurs des membres du dispositif de manutention (100).
- On actionne l'organe de guidage vertical (101) et/ou le support mobile (120) de manière à placer le support mobile (120) à une hauteur déterminée par rapport au niveau de la voie d'accès (3').
- On manoeuvre le bras articulé (130), le premier châssis (140), le deuxième châssis (150) et, optionnellement, le système de préhension (160), de manière à mettre les organes de préhension (161) du système de préhension (160) en position de saisie desdits capots.
- On actionne les organes de préhension (161) de manière à saisir les capots déterminés (qui sont au nombre de quatre dans les figures 4 à 8).
- On manoeuvre le bras articulé (130), le premier châssis (140), le deuxième châssis (150) et, optionnellement, le système de préhension (160), de manière à enlever lesdits capots et à les transporter jusque dans une zone de stockage déterminée. La zone de stockage déterminée est avantageusement en retrait de la zone de travail nécessaire aux opérations de changement d'anode. Afin d'assurer la précision nécessaire à la remise en place des capots après le changement d'anode, les capots restent de préférence fixés aux organes de préhension (161) durant toutes les opérations de changement d'anode et jusqu'à leur remise en place.
- Après les opérations de changement d'anode, on manoeuvre le bras articulé (130), le premier châssis (140), le deuxième châssis (150) et, optionnellement, le système de préhension (160), de manière à remettre lesdits capots à leur place initiale. Avant de replacer les capots, il est généralement préférable d'enlever les poussières et débris de croûtes et d'anode laissés par les opérations de changement d'anode. Ce nettoyage peut être fait manuellement ou à l'aide dudit moyen de nettoyage (180, 180'). L'utilisation du moyen de nettoyage (180, 180') selon l'invention permet une automatisation poussée de la manutention des capots.
Les manoeuvres de déplacement des capots, lors de leur enlèvement, de leur stockage et de leur remise en place, sont effectuées de manière à ne pas toucher les montées positives et les capots laissés en place. Les mouvements du deuxième châssis (150) sont généralement rendus nécessaires lorsqu'au moins l'un des capots de l'ensemble est situé entre une montée positive (52) et la cuve (20). Dans ce cas, les manoeuvres incluent typiquement un positionnement dudit ensemble de capots à une distance déterminée par rapport au plan des capots laissés sur la cellule, de manière à les placer à une distance suffisante pour ne pas accrocher les poignées des capots laissés sur la cellule, et un déplacement latéral de l'ensemble de capots.
De manière avantageuse, lors de l'enlèvement des capots, on peut générer un mouvement d'oscillation des capots, sensiblement horizontal et de faible amplitude (typiquement inférieure à 10 mm environ, et plus typiquement entre 1 et 10 mm), par une mise en mouvement correspondante du deuxième châssis (150). Ce mouvement a notamment pour objectif de faciliter l'extraction des capots dans les cas où ils seraient serrés par les capots adjacents ou leur mise en place dans les cas où l'espace laissé par les capots déjà en place sur la cellule d'électrolyse serait insuffisant.
Dans la variante du système de préhension (160) comportant des moyens de déplacement (166, 167, 168) du châssis articulé (162), la manoeuvre du système de préhension (160) peut comporter, outre le mouvement du ou des cadres (163), des déplacements latéraux du châssis articulé (162) par actionnement des moyens de déplacement (166, 167, 168). Ces déplacements latéraux sont généralement requis lorsque la largeur couverte par l'ensemble des capots fixés au système de préhension (160) est supérieure à la distance qui sépare deux montées positives adjacentes. Dans ce cas, on place le ou un des cadres (163) perpendiculairement au plan des autres capots à l'aide de l'actionneur (165, 165'), ce qui réduit la largeur totale de l'ensemble de capots, et on déplace le châssis articulé (162) en direction dudit panneau à l'aide des moyens de déplacement (166, 167, 168), de façon à placer l'ensemble des capots dans une position qui permet de les glisser entre les deux montées positives adjacentes sans les accrocher.
Dans la variante du dispositif de manutention (100) comprenant un système de détection, les opérations de manutention des capots incluent avantageusement une mesure de la position et de l'orientation des capots destinés à être saisis par le dispositif. Ces mesures permettent d'effectuer avec une plus grande précision les manoeuvres de mise en position de saisie du système de préhension (160). Ces mesures permettent également le replacement précis des capots après les opérations de changement d'anode. Ces mesures permettent en outre une automatisation complète des manoeuvres.
Tel qu'illustré aux figures 10 à 12, la manutention des capots peut être effectuée selon un procédé dans lequel: - on place le dispositif de manutention (100) dans une position initiale (figure 10) ; on descend le support mobile (120) (figure 11) ; - on met les organes de préhension (161) en position de saisie des capots (33) en 20 déplaçant le système de préhension (160) à l'aide du bras articulé (130), du premier châssis (140) et du deuxième châssis (150) (figure 12) ; - on libère les capots (33) de leur emplacement et on les soulève jusqu'à une position déterminée (figure 13) ; - éventuellement, on déplace les capots (33) latéralement et, optionnellement, on escamote l'un ou plusieurs capots, tel qu'illustré à la figure 9, de façon à permettre l'enlèvement complet de l'ensemble des capots saisis par le dispositif de manutention (100) ; - on place les capots (33) dans une position déterminée (figure 14) ; - on retire les capots (33) de la zone d'intervention sur la cellule et on place le dispositif de manutention (100) dans une position d'attente déterminée, qui est de préférence suffisamment éloignée de la cellule pour ne pas gêner les opérations de changement d'anode proprement dites (figure 15).
La remise en place des capots (33) peut suivre un procédé similaire, en inversant l'ordre des opérations.
Claims (21)
1. Dispositif (100) de manutention des capots (33) d'une cellule (2) de production d'aluminium par électrolyse ignée caractérisé en qu'il comporte: - un dispositif de positionnement (110) qui comporte un organe de guidage vertical (101), un support mobile (120) monté sur l'organe de guidage vertical (101) de façon à pouvoir être déplacé au moins dans une direction verticale en utilisation, un bras articulé (130) monté sur le support mobile (120), un premier châssis (140) monté sur le bras articulé (130) de façon à pouvoir pivoter autour d'un premier axe de rotation A sensiblement horizontal en utilisation, ledit bras articulé (130) étant au moins apte à éloigner et à rapprocher le premier châssis (140) du support mobile (120), un moteur (141) pour faire pivoter le premier châssis (140) autour dudit premier axe de rotation A, un deuxième châssis (150) monté sur le premier châssis (140) de façon à pouvoir être déplacé le long d'un premier axe de translation B déterminé, qui est sensiblement horizontal en utilisation, et des moyens (151 155) pour déplacer le deuxième châssis (150) le long dudit premier axe de translation B; - un système de préhension (160) des capots fixé au deuxième châssis (150) et comprenant un ensemble déterminé d'organes de préhension (161) destinés à saisir un ensemble déterminé de capots (33) en un nombre déterminé de points de fixation.
2. Dispositif de manutention (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de guidage vertical (101) comprend un élément fixe (102) et au moins un élément mobile (103, 103') et en ce que le support mobile (120) est monté sur le ou un des éléments mobiles (103, 103').
3. Dispositif de manutention (100) selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe de guidage vertical (101) est choisi parmi les mâts télescopiques.
4. Dispositif de manutention (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de déplacement (151 155) du deuxième châssis (150) comprennent un moteur (151), fixé sur le premier châssis (140) et muni d'un pignon (152), une crémaillère (153) solidaire du deuxième châssis (150) et dans laquelle s'engraine le pignon (152), des guides (154) et des paliers (155) montés coulissant sur les guides (154).
5. Dispositif de manutention (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le nombre de points de fixation est supérieur ou égal à trois 10 par capot et en ce que lesdits points sont disposés de façon à former un plan.
6. Dispositif de manutention (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les organes de préhension (161) sont des ventouses activées par un système pneumatique.
7. Dispositif de manutention (100) selon la revendication 6, caractérisé en ce que le système de préhension (160) comprend en outre des moyens de soufflage destinés à nettoyer par soufflage lesdits points de fixation sur le ou les capots avant l'activation desdites ventouses.
8. Dispositif de manutention (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le système de préhension (160) comporte un châssis articulé (162) comprenant un cadre fixe (169) fixé au deuxième châssis (150), au moins un cadre articulé (163, 163') fixé au cadre fixe (169) par au moins une charnière (164, 164') de façon à pouvoir pivoter autour d'un axe (D, D') qui est sensiblement vertical en utilisation, et, pour chaque cadre articulé (163, 163'), un actionneur (165, 165') destiné à faire pivoter le ou chaque cadre articulé (163, 163') autour dudit axe.
9. Dispositif de manutention (100) selon la revendication 8, caractérisé en ce que le châssis articulé (162) comporte deux cadres articulés (163, 163') disposés de manière à former un triptyque.
10. Dispositif de manutention (100) selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que le châssis articulé (162) est monté sur le deuxième châssis (150) de façon à pouvoir être déplacé le long d'un deuxième axe de translation déterminé B', qui est sensiblement horizontal en utilisation et qui est typiquement parallèle audit premier axe de translation déterminé B, et en ce que le dispositif de positionnement (110) des capots comporte des moyens (166, 167, 168) pour déplacer le châssis articulé (162) le long du deuxième axe de translation B'.
11. Dispositif de manutention (100) selon la revendication 10, caractérisé en ce que lesdits moyens de déplacement (166, 167, 168) du châssis articulé (162) comprennent un actionneur guidé.
12. Dispositif de manutention (100) selon la revendication 11, caractérisé en ce que lesdits moyens de déplacement (166, 167, 168) du châssis articulé (162) comprennent des guides (166) montés sur le deuxième châssis (150), des paliers (167) solidaires du châssis articulé (162) et montés sur les guides de manière à pouvoir coulisser le long de ceux-ci, et un actionneur (168).
13. Dispositif de manutention (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moyen de nettoyage (180, 180') monté sur un deuxième bras articulé (170).
14. Dispositif de manutention (100) selon la revendication 13, caractérisé en ce que le moyen de nettoyage (180) est choisi parmi les brosses, les racles et/ou les moyens soufflage.
15. Dispositif de manutention (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un système de pilotage informatisé.
16. Dispositif de manutention (100) selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comporte un encodeur et un système de détection apte à détecter la présence des capots, leur orientation et leur position.
17. Dispositif de manutention (100) selon la revendication 16, caractérisé en ce que le système de détection comporte au moins un système de télémesure.
18. Dispositif de manutention (100) selon la revendication 17, caractérisé en ce que le système de télémesure est un télémètre laser.
19. Machine de service (6) d'une série de cellules de production d'aluminium par électrolyse ignée (2) comportant une pluralité de capots (33), caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un dispositif (100) de manutention de capots selon l'une quelconque des revendications 1 à 1[ 8.
20. Unité de service (4) d'une usine de production d'aluminium par électrolyse ignée comprenant un pont mobile (5) et au moins une machine de service (6) selon la revendication 19.
21. Véhicule automoteur caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif de manutention (100) de capots selon l'une quelconque des revendications 1 à 18.
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