FR3016898A1 - Dispositif de percage d'une croute de bain cryolithaire apte a etre positionne en peripherie d'une cuve d'electrolyse. - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un dispositif de perçage (6) comprenant un vérin (61) composé d'un corps (611) et d'une tige (612) s'étendant le long d'un axe longitudinal (AA'), et un organe de perçage (62) connecté à la tige (611), le dispositif de perçage étant utilisable pour former un trou dans une croûte d'alumine et de bain solidifié d'une cuve d'électrolyse par un mouvement de va-et-vient de l'organe de perçage (62) le long d'un axe de translation (T), caractérisé en ce que l'axe longitudinal (A-A') est parallèle et distinct de l'axe de translation (T).

Description

Domaine technique La présente invention concerne le domaine technique général de la production d'aluminium par électrolyse dans une cuve d'électrolyse contenant un bain à base de cryolithe.

Elle concerne plus précisément un dispositif de perçage d'une croûte solidifiée s'étendant sur le bain à base de cryolithe (appelé ci-après « bain cryolithaire ») de ladite cuve. Ce dispositif de perçage peut être monté sur une cuve d'électrolyse à anodes précuites, ou sur une cuve d'électrolyse à anodes continues dites Sôderberg. Présentation de l'art antérieur L'aluminium est essentiellement produit par électrolyse d'alumine dissoute dans un bain cryolithaire. Actuellement, la production d'aluminium à l'échelle industrielle est mise en oeuvre dans une cuve d'électrolyse composée d'un caisson en acier ouvert dans sa partie supérieure, et dont l'intérieur est recouvert de matériau réfractaire, d'une cathode surmontée par une (ou plusieurs) anode(s), l'anode étant plongée dans le bain cryolithaire porté à une température comprise entre 930 et 980°C. L'application d'un courant électrique entre l'anode et la cathode permet d'initier la réaction d'électrolyse. L'anode est consommée progressivement durant la réaction d'électrolyse. Une fois l'anode usée, celle-ci est remplacée par une anode neuve. Lors de la production d'aluminium par électrolyse, une croûte solidifiée d'alumine et d'électrolyte figé se forme à la surface du bain cryolithaire. La formation de cette croûte a pour avantage d'isoler thermiquement le bain cryolithaire et de confiner une partie des gaz polluants générés par la réaction d'électrolyse. Toutefois, la production d'aluminium par électrolyse entraîne une évolution permanente de la composition du bain cryolithaire. D'une part, l'alumine est consommée par la réaction d'électrolyse et, d'autre part, la quantité et la composition du bain cryolithaire sont progressivement modifiées par des mécanismes secondaires, tels que l'absorption de constituants de la cryolithe par les parois de la cellule ou la décomposition des constituants fluorés par les effets d'anode. Il est par conséquent nécessaire d'ajouter régulièrement des composés tels que de l'alumine, de la cryolithe (Na3AIF6) ou du fluorure d'aluminium (AIF3), afin de stabiliser et réguler les paramètres de fonctionnement de la cuve d'électrolyse. C'est pourquoi une cuve d'électrolyse est généralement équipée de dispositifs de perçage permettant de former des trous par perçage de la croûte, et de doseurs permettant d'ajouter les composés sous forme de poudres à travers lesdits trous.

Chaque dispositif de perçage comporte généralement un vérin et un organe de perçage (connu sous les noms de « plongeur », ou « pointerolle ») fixé à l'extrémité d'une tige du vérin. L'organe de perçage, placé en général de manière verticale, est abaissé par activation du vérin pour briser la croûte s'étendant sur le bain solidifié.

On connaît ainsi du document FR 2 262 700, une cuve d'électrolyse comportant un caisson de forme parallélépipédique rectangle, une superstructure portée par le caisson, des ensembles anodiques suspendus par paire le long de la superstructure, des blocs cathodiques au fond du caisson, et un bain cryolithaire dans lequel sont plongés les ensembles anodiques. La cuve d'électrolyse comprend également une pluralité de dispositifs de perçage positionnés au-dessus du caisson et s'étendant dans un plan médian du caisson entre les paires d'ensembles anodiques, sur toute la longueur du caisson. Toutefois, la présence de dispositifs de perçage disposés au droit du caisson rend difficile certaines opérations de maintenance telles que la maintenance du dispositif de perçage lui-même, mais également le remplacement des ensembles anodiques usés par des ensembles anodiques neufs. En effet, les dispositifs de perçage s'étendant entre les paires d'ensembles anodiques empêchent une extraction verticale des ensembles anodiques usés. En outre, le fait de disposer les dispositifs de perçage existants sur la périphérie du caisson induirait la présence d'obstacle ne permettant pas un déplacement latéral des ensembles anodiques une fois ceux-ci extraits du caisson. De tels obstacles impliqueraient en outre, du fait de leur hauteur importante, la réalisation de modifications structurelles importantes du bâtiment dans lequel la cuve d'électrolyse est installée. Notamment, la hauteur du bâtiment devrait être égale à la somme des hauteurs du caisson, d'un ensemble anodique et d'un dispositif de perçage pour permettre le passage des ensembles anodiques au-dessus des dispositifs de perçage. Un but de la présente invention est donc de proposer un dispositif de perçage dont la configuration permet d'améliorer l'ergonomie d'une cuve d'électrolyse, et notamment de minimiser la hauteur de la cuve d'électrolyse.

Résumé de l'invention A cet effet, l'invention propose un dispositif de perçage comprenant un vérin composé d'un corps et d'une tige s'étendant le long d'un axe longitudinal, et un organe de perçage connecté à la tige, le dispositif de perçage étant utilisable pour former un trou dans une croûte d'alumine et de bain solidifié d'une cuve d'électrolyse par un mouvement de va-et- vient de l'organe de perçage le long d'un axe de translation T, l'axe longitudinal étant parallèle et distinct de l'axe de translation T. On entend, dans le cadre de la présente invention, par « axes parallèles et distincts », deux axes parallèles et non confondus, c'est-à-dire espacés d'une distance « d » non nulle. La cuve d'électrolyse peut comprendre un caisson recouvert d'un revêtement intérieur destiné à recevoir un bain cryolithaire et incluant un fond, des parois latérales transversales, et des parois latérales longitudinales, et une enceinte de confinement incluant des parois latérales décalées vers l'extérieur par rapport aux parois latérales du caisson de sorte que lesdites parois latérales de l'enceinte s'étendent autour et au-dessus des parois latérales du caisson. Ainsi, les plans dans lesquels s'étendent les parois latérales de l'enceinte entourent les parois latérales du caisson. Le fait que l'axe longitudinal soit parallèle et distinct de l'axe de translation T permet de déporter l'organe de perçage par rapport au vérin de sorte à obtenir un dispositif de perçage destiné à être positionné à la périphérie de la cuve d'électrolyse et dont la hauteur est minimisée, plus particulièrement la hauteur du dispositif de perçage au-dessus de la croûte. Un tel perçage en périphérie de la cuve d'électrolyse permet une alimentation en divers composés (Alumine, AIF3...) en périphérie de la cuve et donc le maintien de points froids dans le bain cryolithaire à proximité des parois du caisson, améliorant ainsi la tenue du caisson et de la cuve aux hautes températures du bain cryolithaire. Avantageusement, l'extrémité libre de l'organe de perçage est en regard du vérin. Plus précisément, au moins un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal du vérin passe par l'extrémité libre de l'organe de perçage et le vérin. Ceci permet de limiter la hauteur du dispositif de perçage, et donc la hauteur de la cuve d'électrolyse. Notamment, ceci permet de limiter la hauteur d'une enceinte de confinement définissant avec le caisson un volume de confinement des gaz au-dessus de la croûte. Avantageusement, l'extrémité du corps de vérin par laquelle sort la tige se trouve à une hauteur inférieure à l'organe de perçage. Ainsi, la hauteur du dispositif de perçage au- dessus de la croûte est inférieure à celle d'un dispositif de perçage de l'art antérieur dans lequel la hauteur au-dessus de la croûte est à minima l'addition des hauteurs de l'organe de perçage et du corps du vérin. Pour rendre l'axe longitudinal et l'axe de translation parallèle et non confondu, le dispositif de perçage peut comprendre une structure en U composée de deux ailes reliées à une âme transversale, une première aile étant connectée à la tige et une deuxième aile étant solidaire de l'organe de perçage. Ceci permet notamment un positionnement du dispositif de perçage à la périphérie de la cuve d'électrolyse, et plus précisément sur l'une de ses parois latérales. Dans une variante de réalisation, la première aile est montée solidaire de la tige de vérin.

Dans une autre variante de réalisation, la première aile est connectée à la tige par l'intermédiaire d'une poutrelle transversale montée solidaire d'une extrémité de la tige d'une part, et montée solidaire d'une extrémité de la première aile opposée à l'âme transversale d'autre part. Le dispositif de perçage peut également comprendre des moyens de guidage en translation de l'organe de perçage le long de l'axe de translation T. Les moyens de guidage permettent de définir le chemin de déplacement de l'organe de perçage et limite les forces radiales endurées par la tige de vérin lors de la perforation de la croûte par l'organe de perçage, ces forces radiales pouvant détériorer le vérin. Les moyens de guidage peuvent être couplés à la première aile et définir un chemin de guidage à coulissement pour la première aile. Les moyens de guidage comprennent par exemple une plaque incluant un canal entourant la première aile, le canal faisant saillie sur au moins une face de la plaque. Le canal fait plus particulièrement saillie sur la face de la plaque opposée à l'âme transversale de sorte à minimiser la hauteur de l'âme transversale au-dessus de la plaque. Le canal s'étend avantageusement perpendiculairement au plan de la plaque. Ainsi, lors du mouvement de va-et-vient de l'organe de perçage, la première aile coulisse à l'intérieur du canal. Le fait que le canal s'étende en saillie sur la face de la plaque opposée à l'âme transversale permet de limiter le nombre de pièces du dispositif de perçage s'étendant à l'intérieur de la cuve d'électrolyse.

Comme indiqué précédemment, les parois latérales de l'enceinte de confinement s'étendent autour et au-dessus des parois latérales du caisson. Les bords supérieurs du caisson et/ou les bords inférieurs de l'enceinte de confinement peuvent former un replat pour relier mécaniquement les parois latérales du caisson et de l'enceinte, de sorte que l'enceinte définisse avec le caisson un volume de confinement des gaz au-dessus du bain cryolithaire. La plaque de chaque moyen de guidage peut faire partie de l'enceinte et/ou du replat, ou permettre de fermer une ouverture ménagée dans ledit replat. Cette plaque est notamment démontable pour faciliter le démontage du dispositif de perçage.

Une première partie du dispositif de perçage composée du vérin et d'une portion de la première aile s'étend à l'extérieur de l'enceinte, et une deuxième partie du dispositif de perçage composée d'une portion de la première aile, de l'âme transversale et de la deuxième aile s'étend à l'intérieur de l'enceinte de confinement.

Ainsi, le vérin se trouve à l'extérieur de l'enceinte tandis que l'organe de perçage se trouve à l'intérieur de l'enceinte. Ceci permet de réduire les risques de dégradation du vérin en limitant son exposition aux gaz et au rayonnement thermique. En variante ou en combinaison, les moyens de guidage peuvent être couplés à la deuxième aile et définir un chemin de guidage à coulissement pour la deuxième aile.

Dans ce cas, les moyens de guidage peuvent comprendre une plaque incluant un canal entourant la deuxième aile et positionné au droit de la croûte d'alumine et de bain solidifié lorsque le dispositif de perçage est fixé sur la cuve d'électrolyse. Le canal s'étend avantageusement perpendiculairement au plan de la plaque à l'une des extrémités. Le canal entourant la deuxième aile peut faire saillie de la plaque sur une face de la plaque en regard de l'âme transversale, ou faire saillie de la plaque sur une face de la plaque en regard de l'organe de perçage, ou faire saillie de la plaque sur ses deux faces. Le vérin peut être fixé à la cuve d'électrolyse au niveau d'une extrémité libre du corps de vérin opposée à la tige. Cette extrémité libre peut être fixée à un bord supérieur de la cuve. Dans ce cas, l'extrémité libre du corps est plus éloignée du fond de la cuve que l'extrémité de la tige opposée au corps. Dans une telle configuration, le corps de vérin est positionné à une altitude supérieure à celle du bain contenu dans la cuve, ce qui permet de limiter l'exposition du corps de vérin aux hautes températures. En variante, l'extrémité libre peut être fixée à la cuve d'électrolyse de sorte à être plus proche du fond de la cuve que l'extrémité de la tige opposée au corps. Dans une telle configuration, le corps de vérin est positionné à une altitude inférieure ou égale à celle du bain contenu dans la cuve, ce qui permet de limiter l'encombrement latéral entre les cuves du dispositif de perçage. L'invention concerne également une cuve d'électrolyse utilisable pour la production d'aluminium, comportant un caisson recouvert d'un revêtement intérieur et incluant un fond, des parois latérales transversales, et des parois latérales longitudinales, le caisson étant destiné à recevoir un bain cryolithaire, la cuve comprenant en outre au moins un dispositif de perçage tel que décrit ci-dessus, chaque dispositif de perçage s'étendant le long d'au moins l'une des parois latérales longitudinales du caisson.

Le fait de positionner les dispositifs de perçage à la périphérie de la cuve d'électrolyse et plus précisément le long de ses parois latérales - permet l'absence d'obstacle à une course verticale d'ensembles anodiques de la cuve d'électrolyse. Ceci permet un remplacement des ensembles anodiques par le haut de la cuve d'électrolyse, sans nécessiter la mise en oeuvre d'une cinématique de déplacement complexe des ensembles anodiques. Chaque dispositif de perçage peut être fixé à l'une des parois latérales du caisson. En variante, chaque dispositif de perçage peut être fixé à l'une des parois latérales d'une enceinte de confinement, l'enceinte incluant des parois latérales transversales et longitudinales, l'enceinte étant destinée à définir avec le caisson un volume de confinement des gaz au-dessus du bain cryolithaire. Chaque dispositif de perçage peut notamment être fixé à un bord supérieur de l'enceinte de confinement opposé au fond du caisson. Ceci permet un positionnement du dispositif de perçage au-dessus du bain cryolithaire afin de limiter l'exposition du corps de vérin aux hautes températures. Aussi, les parois latérales du caisson sont libres pour permettre une convection d'air à la périphérie du caisson afin de le refroidir. Notamment, la cuve peut comprendre un dispositif de collecte de gaz incluant au moins une gaine de captation de gaz comportant des trous d'aspiration pour l'aspiration de gaz, chaque dispositif de perçage étant fixé sur ladite gaine de captation. La gaine de captation assure dans ce cas, outre sa fonction d'aspiration des gaz polluants, une fonction de support de fixation pour le dispositif de perçage. Le dispositif de perçage peut être fixé par l'intermédiaire du corps du vérin et des moyens de guidage en translation de l'organe de perçage. Les moyens de guidage sont avantageusement fixés sur le caisson et/ou l'enceinte de confinement de manière à pouvoir être démontés pour faciliter le démontage et la maintenance du dispositif de perçage. Dans certaines variantes de réalisation, l'enceinte de confinement peut être en appui sur le caisson, le dispositif de perçage traversant l'enceinte de confinement ou le caisson. Le dispositif de perçage - et plus précisément la première aile - peut traverser l'enceinte de confinement ou le caisson selon une direction parallèle à l'axe de translation T et l'axe longitudinal A-A'. Ceci permet de limiter les dimensions de l'ouverture pour le passage de l'élément de perçage aux dimensions de la première aile de sorte à améliorer l'étanchéité de la cuve. Bien entendu, un joint annulaire d'étanchéité dynamique peut être agencé sur l'ouverture pour le passage du dispositif de perçage. Notamment, un joint d'étanchéité dynamique annulaire peut être associé à la première aile ; dans ce cas, la première aile est apte à se déplacer en translation à travers le joint d'étanchéité dynamique annulaire. Ceci permet de garantir l'étanchéité de la cuve d'électrolyse au niveau d'ouvertures ménagées sur la cuve pour le passage de la première aile. Ce joint d'étanchéité peut être positionné à la périphérie d'une lumière ou d'un canal traversé par la première aile. Brève description des figures D'autres avantages et caractéristiques de la cuve d'électrolyse et du procédé de collecte de gaz ressortiront encore de la description qui va suivre de plusieurs variantes d'exécution, données à titre d'exemples non limitatifs, à partir des dessins annexés sur lesquels : La figure 1 est une vue schématique en perspective d'un exemple de cuve d'électrolyse, La figure 2 est une représentation schématique d'un dispositif de perçage, Les figures 3 à 5 sont des vues schématiques partielles en coupe de différentes variantes de réalisation du dispositif de perçage et d'une cuve d'électrolyse, La figure 6 est une vue en perspective d'une cuve d'électrolyse comprenant une pluralité de dispositifs de perçage. Description détaillée On va maintenant décrire un exemple de cuve d'électrolyse incluant un ou plusieurs dispositifs de perçage permettant de former un trou dans une croûte d'alumine et de bain solidifié. Il est bien évident pour l'homme du métier que le dispositif de perçage peut être utilisé avec d'autres types de cuves. Dans les différentes figures, les éléments équivalents portent les mêmes références numériques. On utilisera dans la suite du texte les expressions « paroi latérale », « fond », « ouverture supérieure », en référence à un parallélépipède rectangle.

Le lecteur appréciera que l'on entend, dans le cadre de la présente invention, par : « fond », une paroi horizontale d'un parallélépipède rectangle située à proximité du sol, « ouverture supérieure », une ouverture ménagée dans une paroi horizontale d'un parallélépipède rectangle opposée au fond, « face/paroi latérale », une face/paroi verticale d'un parallélépipède rectangle s'étendant dans un plan perpendiculaire au fond, « faces/parois longitudinales », des faces/parois verticales d'un parallélépipède rectangle dont au moins une dimension est supérieure aux dimensions des autres faces/parois latérales, - « faces/parois transversales », des faces/parois verticales s'étendant perpendiculairement aux faces/parois longitudinales. En référence à la figure 1, on a illustré un exemple de cuve d'électrolyse selon l'invention. La cuve d'électrolyse de forme parallélépipédique rectangle comprend un caisson 1, une enceinte de confinement 2, un ou plusieurs ensemble(s) anodique(s) 3, une cathode 4, un dispositif de collecte de gaz 5 et un ou plusieurs dispositifs de perçage 6. Cette cuve est utilisable pour la production d'aluminium. Elle peut être associée à une pluralité d'autres cuves d'électrolyse, éventuellement identiques, les différentes cuves étant disposées à la suite les unes des autres, deux cuves d'électrolyses successives étant adjacentes au niveau de l'une de leurs parois latérales longitudinales. Le caisson 1 est de forme globalement parallélépipédique. Il comprend un fond 11, deux parois latérales transversales 12, et deux parois latérales longitudinales 13. Le caisson 1 peut être métallique, par exemple en acier. Les faces internes du fond 11 et des parois latérales 12, 13 du caisson 1 sont recouvertes d'un matériau réfractaire 14 permettant de calorifuger le caisson. Ce matériau réfractaire 14 n'est que partiellement représenté pour ne pas surcharger la figure 1. Le caisson 1 est ouvert dans sa partie supérieure. Il est destiné à recevoir un bain cryolithaire 16 dans lequel sont plongés le (ou les) ensemble(s) anodique(s) 3. L'enceinte de confinement 2 définit un volume fermé au-dessus du bain cryolithaire 16 dans lequel le (ou les) ensemble(s) anodique(s) 3 est (sont) déplacé(s). Elle s'étend sur le caisson 1. Elle est plus particulièrement en appui sur les bords supérieurs 17 du caisson 1. L'enceinte 2 comprend quatre parois latérales 22, 23 : deux parois latérales transversales 22 et deux parois latérales longitudinales 23. Elle est ouverte au niveau des bords inférieur 24 et supérieur 25 de ses parois latérales 22, 23.

Les parois latérales 22, 23 de l'enceinte de confinement 2 sont décalées vers l'extérieur par rapport aux parois latérales 12, 13 du caisson 1 de sorte que lesdites parois latérales 22, 23 de l'enceinte 2 s'étendent autour et au-dessus des parois latérales du caisson 1. Ainsi, les plans dans lesquels s'étendent les parois latérales de l'enceinte 2 entourent les parois latérales 12, 13 du caisson 1.

Les bords supérieurs 17 du caisson 1 et/ou les bords inférieurs 24 de l'enceinte de confinement 2 peuvent former un replat pour relier mécaniquement les parois latérales 12, 13, 22, 23 du caisson 1 et de l'enceinte 2, de sorte que l'enceinte 2 définit avec le caisson 1 un volume de confinement des gaz au-dessus du bain cryolithaire.

L'enceinte 2 comprend également un capotage amovible destiné à coiffer l'ouverture supérieure de l'ensemble composé du caisson 1 et des parois latérales 22, 23 de l'enceinte 2. Le capotage 26 peut être composé d'un assemblage de panneaux ou capots s'étendant globalement dans un plan horizontal, et être en appui sur les bords supérieurs 25 des parois latérales 22, 23 de l'enceinte 2. Chaque ensemble anodique 3 comprend une anode 31 et une structure anodique 32. La structure anodique 32 permet d'une part de manipuler l'anode 31, et d'autre part de l'alimenter en courant électrique. Durant la réaction d'électrolyse, l'anode 31 plongée dans le bain cryolithaire 16 se consomme. Les ensembles anodiques 3 doivent donc être remplacés périodiquement. L'anode 31 est de préférence un bloc de matériau carboné de type précuit. L'anode et la structure anodique peuvent être de tout type connu de l'homme du métier et ne seront pas décrites plus en détails dans la suite. La cathode 4 est composée d'un (ou plusieurs) bloc(s) de matériau carboné. La cathode 4 peut être de tout type connu de l'homme du métier et ne sera pas décrite plus en détail dans la suite. Le dispositif de collecte de gaz 5 permet de récupérer les gaz polluants générés lors de la réaction d'électrolyse. Le dispositif de collecte de gaz 5 comprend une (ou plusieurs) gaine(s) de captation 55 sur laquelle (lesquelles) des trous d'aspiration 53 pour l'aspiration des gaz sont réparties. La (ou les) gaine(s) de captation est (sont) associée(s) à un (ou plusieurs) dispositif(s) d'aspiration (non représenté). Elle(s) s'étend(ent) sur les parois latérales longitudinales 23 de l'enceinte 2, et éventuellement sur les parois latérales transversales de l'enceinte 2. La présence de trous d'aspiration 53 le long des parois longitudinales 23 de l'enceinte 2 permet d'améliorer l'efficacité de collecte des gaz polluants 5. Les trous d'aspiration 53 ménagés dans les différentes parois latérales 22, 23 de l'enceinte 2 peuvent être positionnés verticalement à des hauteurs différentes. Avantageusement, le nombre de trous d'aspiration 53 du dispositif de collecte 5 peut être égal au nombre de dispositifs de perçage 6 fixés à la cuve d'électrolyse. Dans ce cas, chaque trou d'aspiration 53 peut être associé à un dispositif de perçage 6 respectif et être positionné à proximité de celui-ci. On entend, dans le cadre de la présente invention par « proximité » entre deux objets, une distance entre deux objets inférieure à un mètre.

Avantageusement, chaque gaine de captation 55 peut être de section carrée ou rectangulaire, et être réalisée dans un matériau présentant une forte robustesse mécanique, tel que de l'acier. Ceci permet d'augmenter la rigidité et la solidité de la gaine d'aspiration. On forme ainsi une gaine de captation qui, outre sa fonction première d'acheminement des gaz, peut être utilisée notamment en tant que : ceinture de cerclage pour l'ensemble composé du caisson 1 et de l'enceinte 2, et en tant que support de fixation pour différents éléments de la cuve d'électrolyse tels que les dispositifs de perçage.

Le fait d'associer plusieurs fonctions à la gaine de captation permet ainsi de limiter l'encombrement de la cuve, réduire son coût et faciliter sa fabrication. Les dispositifs de perçage permettent de former des trous dans une croûte d'alumine et de bain solidifié se formant à la surface du bain cryolithaire lors de la réaction d'électrolyse. Ces trous sont formés régulièrement pour permettre l'ajout de divers composés - tels que de l'alumine, de la cryolithe (Na3AIF6) ou du fluorure d'aluminium (AIF3) - afin de stabiliser et réguler les paramètres de fonctionnement de la cuve d'électrolyse. On a représenté à la figure 2 un exemple de dispositif de perçage. Celui-ci comporte un vérin 61 et un organe de perçage 62.

Le vérin 61 comporte un corps 611 et une tige 612 s'étendant le long d'un axe longitudinal A-A'. Avantageusement, le vérin 61 peut être de type pneumatique pour résister aux hautes températures d'utilisation de la cuve (environ 500°C). Le vérin 61 permet d'animer l'organe de perçage 62 d'un mouvement vertical de va-et-vient le long d'un axe de translation T.

L'organe de perçage 62 est destiné à être positionné au-dessus de la croûte à percer. L'organe de perçage 62 peut consister en une barre dont l'extrémité libre est terminée par une pointe adaptée pour pénétrer dans la croûte afin de former un trou. Avantageusement, l'organe de perçage 62 est agencé de sorte que l'axe de translation T est distinct (i.e. non confondu) et parallèle à l'axe longitudinal A-A' du vérin 61. Ceci permet de déporter l'organe de perçage 62 par rapport au vérin 61 de sorte à limiter la hauteur du dispositif de perçage 6 au-dessus de la croûte, plus particulièrement dans l'enceinte de confinement 2. Un tel dispositif de perçage 6 peut alors être positionné à la périphérie de la cuve d'électrolyse d'autre part.

On offre ainsi la possibilité de changer des ensembles anodiques 3 par le haut de la cuve d'électrolyse, sans que les dispositifs de perçage 6, et plus particulièrement les vérins 61, ne fassent obstacle à la course verticale du changement des ensembles anodiques 3, ce qui permet de d'envisager des gains structurels importants.

Différentes solutions peuvent être envisagées pour rendre l'axe de translation T non confondu et parallèle à l'axe longitudinal A-A'. Par exemple dans le mode de réalisation illustré à la figure 2, l'organe de perçage 62 est couplé au vérin 61 par l'intermédiaire d'une structure 63 en U composée de première et deuxième ailes 631, 632 reliées à une âme transversale 633.

La première aile 631 est solidaire de la tige 612 et s'étend dans le prolongement de celle- ci le long de l'axe longitudinal A-A'. La deuxième aile 632 est solidaire de l'organe de perçage 62 et s'étend le long de l'axe de translation T. Une pièce thermiquement isolante peut être fixée entre la première aile 631 et la tige 612 pour limiter les risques de propagation de chaleur jusqu'au corps 611 de vérin 61, une augmentation trop importante de la température du corps 611 pouvant induire une dégradation du vérin 61. En ce qui concerne l'âme transversale 633 de la structure en forme de U, celle-ci s'étend de préférence perpendiculairement aux première et deuxième ailes 631, 632. Elle est montée solidaire des première et deuxième ailes 631, 632.

Les moyens de guidage 64 permettent de guider le déplacement en translation de l'organe de perçage. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 2, les moyens de guidage 64 comprennent une plaque 640 s'étendant perpendiculairement à l'axe longitudinal A-A' et à l'axe de translation T. La plaque 640 comprend des premier et deuxième canaux traversants 641, 642 entourant une portion des première et deuxième ailes 631, 632. Ces canaux traversants 641, 642 définissent des chemins de guidage à coulissement pour les première et deuxième ailes 631, 632. La présence d'au moins un canal traversant 641, 642 permet de limiter les forces radiales F' appliquées sur la tige 612 et qui peuvent dégrader le vérin 61. De préférence, le diamètre des canaux est légèrement supérieur au diamètre des première et deuxième ailes 631, 632 pour permettre le coulissement et le guidage des première et deuxième ailes 631, 632 à l'intérieur des première et deuxième canaux 641, 642. Le fait que le diamètre du premier canal soit complémentaire du diamètre de la première aile permet d'améliorer l'étanchéité de la cuve Un joint d'étanchéité dynamique annulaire peut également être monté sur le canal 641 ; dans ce cas, la première aile est apte à se déplacer en translation à travers le joint d'étanchéité dynamique annulaire. Ainsi, le joint d'étanchéité reste avantageusement immobile à la périphérie du canal 641, tandis que la première aile se translate verticalement à l'intérieur de ce joint d'étanchéité. Cette solution présente l'avantage d'être économique. Un tel joint d'étanchéité n'est par ailleurs pas exposé aux chocs. Le dispositif de perçage est destiné à être fixé sur la cuve d'électrolyse au niveau des moyens de guidage 64 d'une part, et du corps 612 de vérin 61 d'autre part, plus particulièrement de l'extrémité libre 613 du corps 612 de vérin 61. Les figures 3 à 5 illustrent différents exemples de montage du dispositif de perçage sur une cuve d'électrolyse. En référence à la figure 3, on a illustré un exemple de montage du dispositif de perçage de la figure 2 sur une cuve d'électrolyse. Dans ce mode de réalisation, le vérin 61 est logé dans un espace libre ménagé entre des berceaux de renfort 131 du caisson 1. Le vérin 61 est fixé au caisson « tête en bas ». Plus précisément, le corps 611 de vérin 61 est monté sur le caisson 1 de sorte que son extrémité libre 613 est plus proche du fond 11 du caisson 1 que la tige 612. Dans cette configuration, lorsque le corps 611 de vérin 61 applique une force de poussée P sur la tige 612 pour induire son déplacement d'une position rétractée (où la tige s'étend partiellement à l'intérieur du corps) à une position déployée (où la tige s'étend à l'extérieur du corps), l'organe de perçage 62 tend à s'éloigner de la surface du bain cryolithaire 16. A l'inverse lorsque le corps 611 applique une force de traction Tr sur la tige 612 pour induire son déplacement de la position déployée à la position rétractée, l'organe de perçage 62 tend à se rapprocher de la surface du bain cryolithaire 16 pour briser la croûte. Le fait de disposer le vérin 61 ainsi permet de limiter la hauteur du dispositif de perçage au-dessus de la croûte à la distance de course nécessaire à briser la croûte, sans qu'il soit nécessaire d'ajouter la longueur du vérin. Les moyens de guidage 64 comprennent une plaque 640. La plaque 640 comporte une lumière traversante 643 au travers de laquelle s'étend la première aile 631. La plaque 640 comprend également un canal unique 642 au travers duquel s'étend la deuxième aile 632. La présence d'un unique canal de guidage 642 permet une plus grande tolérance vis-à-vis des éventuels jeux de montage entre la structure en U 63, le vérin 61 et l'organe de perçage 62.

Le canal de guidage unique 642 définit un chemin de guidage vertical pour l'organe de perçage 62. Le canal unique 642 s'étend au droit du bain cryolithaire. De préférence, le diamètre de la lumière traversante 643 est légèrement supérieur au diamètre de la première aile 631 pour améliorer l'étanchéité de la cuve. Tout comme pour le mode de réalisation précédent, un joint d'étanchéité dynamique annulaire peut être monté sur la lumière traversante 643. En référence à la figure 4, un autre mode de réalisation du dispositif de perçage et de son agencement sur la cuve d'électrolyse est illustré. Dans ce mode de réalisation, le vérin 61 est connecté à la structure en U 63 par l'intermédiaire d'une poutrelle de liaison transversale 65. Cette poutrelle de liaison transversale 65 s'étend de préférence perpendiculairement à la tige 612 et à la première aile 631. La poutrelle de liaison transversale 65 est montée solidaire sur la tige 612 du vérin 61 et sur la première aile 631. Le vérin 61 est fixé à la cuve « tête en haut ». Plus précisément, le corps 611 de vérin 61 est monté de sorte que son extrémité libre 613 est plus éloignée du fond 11 du caisson 1 que la tige 612. L'extrémité libre 613 du corps 611 de vérin 61 peut être fixée sur la paroi latérale longitudinale 23 de l'enceinte 2, et de préférence sur la gaine de captation 55 de l'enceinte 2, de sorte que le corps 611 s'étend contre la paroi latérale longitudinale 23 à une hauteur supérieure à celle du bain cryolithaire 16. On limite ainsi le risque de dégradation du vérin 61 par exposition du corps 611 à de trop fortes températures. En effet, la température des parois latérales 12, 13 du caisson 1 est généralement supérieure à la température des parois latérales 22, 23 de l'enceinte 2 du fait de la présence du bain cryolithaire 16 dont la température est de l'ordre de 1000°C. Un tel positionnement du vérin laisse de plus avantageusement accessible la paroi latérale longitudinale 13 du caisson 1 pour mettre en oeuvre par exemple un dispositif de ventilation et de refroidissement des parois du caisson tel que connu du brevet EP 1 070 158. Dans ce mode de réalisation, les moyens de guidage 64 consistent en une plaque 640 incluant un unique canal 641 destiné à être associé à la première aile 631. Ceci permet d'augmenter la tolérance du dispositif de perçage vis-à-vis des éventuels jeux de montage existant entre le vérin 61, l'organe de perçage 62, et la structure en U 63. En outre ceci permet d'améliorer l'ergonomie des moyens de guidage 64 et limite le nombre de pièces de cuve recouvrant la surface du bain cryolithaire pour en faciliter l'accès. Le canal unique 641 s'étend en saillie sur une face de la plaque. Les moyens de guidage 64 sont fixés sur la cuve d'électrolyse de sorte que le canal 641 s'étende vers le bas de la cuve (i.e. en direction du fond du caisson). Ceci permet de limiter le nombre de pièces du dispositif de perçage s'étendant en saillie dans le volume fermé défini par l'enceinte de confinement 2 au-dessus du bain cryolithaire 16. Ceci permet également de limiter la hauteur à laquelle s'élève l'âme transversale 633 au-dessus de la croûte. En référence à la figure 5, un autre mode de réalisation du dispositif de perçage 6 est illustré. Ce mode de réalisation reprend certaines caractéristiques des deux modes de réalisation précédents de sorte à cumuler leurs avantages respectifs. En particuliers, le corps 611 de vérin 61 est fixé « tête en bas », comme le mode de réalisation illustré à la figure 3. Il s'étend dans le prolongement de la première aile 631, entre les berceaux de renfort 131 du caisson 1. Les moyens de guidage 64 consistent en une plaque 640 incluant un canal unique 641 entourant la première aile 631 et faisant saillie de la plaque 640 en direction du corps 611 de vérin 61. Aucun canal n'est associé à la deuxième aile 632 pour limiter l'encombrement et la complexité du dispositif de perçage 6. Par ailleurs, ceci permet d'éviter la présence de pièces des moyens de guidage 64 au droit du bain cryolithaire 16.

En référence à la figure 6, on a illustré une vue en perspective d'une cuve d'électrolyse incluant une pluralité de dispositifs de perçage 6 tels que décrits ci-dessus. Les dispositifs de perçage 6 sont disposés au niveau des parois latérales longitudinales 13, 23 de la cuve (constituées des parois latérales longitudinales du caisson et de l'enceinte de confinement).

Chaque dispositif de perçage 6 est associé à un (ou plusieurs) doseur(s) permettant l'addition de composés tels que de l'alumine, de la cryolithe (Na3AIF6) ou du fluorure d'aluminium (AIF3), afin de stabiliser les paramètres de fonctionnement de la cuve d'électrolyse. Plus précisément, dans le mode de réalisation illustré à la figure 6, chaque dispositif de perçage 6 est associé à deux doseurs 66, le premier permettant l'introduction d'alumine à travers le trou formé par l'organe de perçage 62, le deuxième permettant l'introduction de cryolithe et de fluorure d'aluminium à travers le trou formé par l'organe de perçage 62. Le fait de disposer les dispositifs de perçage 6 et les doseurs 66 à la périphérie de la cuve permet d'améliorer la dispersion et la dissolution des composés ajoutés au bain cryolithaire. En effet, des courants de fluide se forment à la périphérie du bain cryolithaire. L'introduction des composés dans ces courants de fluide facilite leur dispersion et dissolution dans le bain cryolithaire. Le dispositif de perçage décrit ci-dessus présente donc de nombreux avantages, notamment en référence au fonctionnement d'une cuve d'électrolyse utilisée pour la production d'aluminium.

Claims (24)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de perçage (6) comprenant un vérin (61) composé d'un corps (611) et d'une tige (612) s'étendant le long d'un axe longitudinal (A-A'), et un organe de perçage (62) connecté à la tige (612), le dispositif de perçage étant utilisable pour former un trou dans une croûte d'alumine et de bain solidifié d'une cuve d'électrolyse par un mouvement de va-et-vient de l'organe de perçage (62) le long d'un axe de translation (T), caractérisé en ce que l'axe longitudinal (A-A') est parallèle et distinct de l'axe de translation (T).
2. 2. Dispositif de perçage selon la revendication 1, dans lequel l'extrémité libre de l'organe de perçage (62) est en regard du vérin (61).
3. 3. Dispositif de perçage selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel l'extrémité du corps (611) de vérin (61) par laquelle sort la tige (612) se trouve à une hauteur inférieure à l'organe de perçage.
4. 4. Dispositif de perçage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, lequel comprend une structure en U (63) composée de deux ailes (631, 632) reliées à une âme transversale (633), une première aile (631) étant connectée à la tige (612) et une deuxième aile (632) étant solidaire de l'organe de perçage (62).
5. 5. Dispositif de perçage selon la revendication 4, dans lequel la première aile (631) est apte à se déplacer en translation à travers un joint d'étanchéité dynamique annulaire.
6. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, dans lequel la première aile (631) est solidaire de la tige (612).
7. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, dans lequel la première aile (631) est connectée à la tige (612) par l'intermédiaire d'une poutrelle transversale (65) montée solidaire d'une extrémité de la tige (612) d'une part, et montée solidaire d'une extrémité de la première aile (631) opposée à l'âme transversale (633) d'autre part.
8. 8. Dispositif de perçage selon l'une des revendications 1 à 7, lequel comprend en outre des moyens de guidage (64) en translation de l'organe de perçage (62) le long de l'axe de translation (T).
9. 9. Dispositif de perçage selon la revendication 8 prise en combinaison de l'une quelconque des revendications 4 à 7, dans lequel les moyens de guidage (64) sont couplés à la première aile (631) et définissent un chemin de guidage à coulissement pour la première aile (631).
10. 10. Dispositif de perçage selon la revendication 9, dans lequel les moyens de guidage (64) comprennent une plaque (640) incluant un canal (641) entourant la première aile (631), le canal (641) faisant saillie de la plaque (640) sur au moins une face de la plaque
11. 11. Dispositif de perçage selon la revendication 10 prise en combinaison de l'une quelconque des revendications 4 à 7, dans lequel le canal (641) fait saillie de la plaque sur la face de la plaque opposée à l'âme transversale (633).
12. 12. Dispositif de perçage selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9 prise en combinaison de l'une quelconque des revendications 4 à 7, dans lequel les moyens de guidage (64) sont couplés à la deuxième aile (642) et définissent un chemin de guidage à coulissement pour la deuxième aile (642).
13. 13. Dispositif de perçage selon la revendication 12, dans lequel les moyens de guidage (64) comprennent une plaque (640) incluant un canal (642) entourant la deuxième aile (632), et positionné au droit de la croûte d'alumine et de bain solidifié lorsque le dispositif de perçage est fixé sur la cuve d'électrolyse.
14. 14. Dispositif de perçage selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel le vérin (61) est fixé à la cuve d'électrolyse au niveau de l'extrémité (613) du corps (611) de vérin (61) opposée à la tige (612), ladite extrémité (613) étant plus proche du fond (11) de la cuve d'électrolyse que l'extrémité de la tige (612) opposée au corps (611).
15. 15. Dispositif de perçage selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel le vérin (61) est fixé à la cuve d'électrolyse au niveau de l'extrémité (613) du corps (611) de vérin (61) opposée à la tige (612), ladite extrémité (613) étant plus éloignée du fond (11) de la cuve d'électrolyse que l'extrémité de la tige (612) opposée au corps (611).
16. 16. Cuve d'électrolyse utilisable pour la production d'aluminium, comportant un caisson (1) recouvert d'un revêtement intérieur (14) et incluant un fond (11), des parois latérales transversales (12), et des parois latérales longitudinales (13), le caisson (1) étant destiné à recevoir un bain cryolithaire (16), caractérisée en ce que la cuve comprend en outre au moins un dispositif de perçage (6) selon l'une des revendications précédentes, chaque dispositif de perçage (6) s'étendant le long d'au moins l'une des parois latérales longitudinales du caisson (1).
17. 17. Cuve d'électrolyse selon la revendication 16, dans laquelle chaque dispositif de perçage (6) est fixé à l'une des parois latérales du caisson (1).
18. 18. Cuve d'électrolyse selon la revendication 16, laquelle comprend en outre une enceinte de confinement (2), l'enceinte (2) incluant des parois latérales transversales (22) et longitudinales (23), l'enceinte (2) étant destinée à définir avec le caisson (1) un volume de confinement des gaz au-dessus du bain cryolithaire (16), chaque dispositif de perçage (6) étant fixé à l'une des parois latérales de l'enceinte de confinement (2).
19. 19. Cuve d'électrolyse selon la revendication 18, dans laquelle chaque dispositif de perçage est fixé à un bord supérieur (25) de l'enceinte de confinement (2) opposé au fond du caisson (1).
20. 20. Cuve d'électrolyse selon l'une quelconque des revendications 16 à 19, laquelle comprend en outre un dispositif de collecte de gaz (5) incluant au moins une gaine de captation de gaz comportant des trous d'aspiration (53) pour l'aspiration de gaz, chaque dispositif de perçage (6) étant fixé sur ladite gaine de captation.
21. 21. Cuve d'électrolyse selon l'une quelconque des revendications 16 à 20, dans laquelle le dispositif de perçage est fixé par l'intermédiaire du corps (611) du vérin (61) et des moyens de guidage (64) en translation de l'organe de perçage (62).
22. 22. Cuve d'électrolyse selon la revendication 16, dans laquelle l'enceinte de confinement (2) est en appui sur le caisson (1), et dans laquelle le dispositif de perçage traverse l'enceinte de confinement (2) ou le caisson (1).
23. 23. Cuve d'électrolyse selon la revendication 22, dans laquelle le dispositif de perçage traverse l'enceinte de confinement (2) ou le caisson (1) selon une direction parallèle à l'axe de translation (T) et l'axe longitudinal (A-A').
24. 24. Cuve d'électrolyse selon la revendication 23, dans laquelle le dispositif de perçage traverse l'enceinte de confinement au travers d'un joint annulaire d'étanchéité dynamique.