OA16842A

OA16842A - Aluminum plant comprising tanks with cathodic outlet through the bottom of the box and means for stabilizing the tanks

Info

Publication number: OA16842A
Application number: OA1201400010
Authority: OA
Inventors: Olivier Martin; Steeve Renaudier; Benoit BARDET; Christian Duval
Original assignee: Rio Tinto Alcan International Limited
Priority date: 2011-07-12
Filing date: 2012-07-10
Publication date: 2016-01-07

Abstract

Aluminerie comprenant: (i) une série de cuves (2) d'électrolyse, comprenant une anode (9), une cathode et un caisson muni d'une paroi latérale (7a) et d'un fond, chaque cathode comprenant au moins une sortie cathodique (12), (ii) un circuit électrique principal parcouru par un courant d'électrolyse, comprenant un conducteur électrique (14) relié à chaque sortie cathodique (12) d'une cuve N, et à l'anode (9) d'une cuve N+1, (iii) un moyen pour stabiliser les cuves (2) d'électrolyse parmi un circuit électrique secondaire (5, 6) ou l'utilisation d'une cathode à surface crénelée. Une des sorties cathodiques (12) de la cuve N traverse le fond du caisson; chaque conducteur électrique (14) s'étend depuis chaque sortie cathodique (12) de la cuve N en direction de la cuve N+1 et est parcouru lors du fonctionnement des cuves (2) d'électrolyse N, N+1 par le courant d'électrolyse dans un sens amont-aval uniquement. Aluminum plant comprising: (i) a series of electrolysis cells (2), comprising an anode (9), a cathode and a box provided with a side wall (7a) and a bottom, each cathode comprising at least one cathode output (12), (ii) a main electrical circuit through which an electrolysis current flows, comprising an electrical conductor (14) connected to each cathode output (12) of an N tank, and to the anode (9) of an N + 1 cell, (iii) a means for stabilizing the electrolysis cells (2) among a secondary electrical circuit (5, 6) or the use of a cathode with a crenellated surface. One of the cathode outputs (12) of the tank N passes through the bottom of the box; each electrical conductor (14) extends from each cathode output (12) of the tank N towards the tank N + 1 and is traversed during the operation of the tanks (2) of electrolysis N, N + 1 by the current electrolysis in an upstream-downstream direction only.

Description

Aluminerie comprenant des cuves à sortie cathodique par le fond du caisson et des moyens de stabilisation des cuvesAluminum plant comprising tanks with cathodic outlet through the bottom of the box and means for stabilizing the tanks

La présente invention concerne une usine de production d'aluminium à partir d'alumine par électrolyse, également appelée aluminerie.The present invention relates to a plant for producing aluminum from alumina by electrolysis, also called an aluminum smelter.

Il est connu de produire l'aluminium industriellement à partir d'alumine par électrolyse selon le procédé de Hall-Héroult. A cet effet, on prévoit une cuve d’électrolyse composée notamment d'un caisson en acier, d'un revêtement intérieur réfractaire, et d'une cathode en matériau carboné, reliée à des conducteurs servant à l'acheminement du courant d’électrolyse. La cuve d’électrolyse contient également un bain électrolytique constitué notamment de cryolithe dans lequel est dissout de l'alumine. Le procédé de Hall-Héroult consiste à plonger partiellement un bloc carboné constituant l'anode dans ce bain électrolytique, l’anode étant consommée au fur et à mesure de l’état d’avancement de la réaction. Au fond de la cuve d’électrolyse se dépose par gravité l’aluminium liquide, produit par la réaction d’électrolyse, ce qui forme une nappe d’aluminium liquide qui recouvre intégralement la cathode.It is known to produce aluminum industrially from alumina by electrolysis according to the Hall-Héroult process. For this purpose, an electrolysis cell is provided, composed in particular of a steel casing, a refractory interior lining, and a cathode made of carbonaceous material, connected to conductors serving to convey the electrolysis current. . The electrolysis cell also contains an electrolytic bath consisting in particular of cryolite in which alumina is dissolved. The Hall-Héroult process consists of partially immersing a carbonaceous block constituting the anode in this electrolytic bath, the anode being consumed as the reaction progresses. Liquid aluminum, produced by the electrolysis reaction, is deposited by gravity at the bottom of the electrolytic cell, forming a sheet of liquid aluminum which completely covers the cathode.

Généralement, les usines de production d’aluminium comprennent plusieurs centaines de cuves d’électrolyse connectées en série dans des halls. Ces cuves d’électrolyse sont parcourues par un courant d’électrolyse de l’ordre de plusieurs centaines de milliers d’Ampères, ce qui crée des champs magnétiques importants. Suivant la distribution des différentes composantes du champ magnétique dans la cuve, la nappe d’aluminium peut être instable, ce qui dégrade fortement le rendement de la cuve. Il est connu notamment que la composante verticale du champ magnétique est un facteur déterminant pour la stabilité d'une cuve d’électrolyse.Typically, aluminum production plants include several hundred electrolytic cells connected in series in halls. These electrolytic cells carry an electrolysis current in the order of several hundred thousand Amps, which creates strong magnetic fields. Depending on the distribution of the different components of the magnetic field in the tank, the aluminum layer can be unstable, which greatly degrades the efficiency of the tank. It is known in particular that the vertical component of the magnetic field is a determining factor for the stability of an electrolytic cell.

Il est connu » d’améliorer la stabilité des cuves d’électrolyse en minimisant la composante verticale du champ magnétique présente dans la cuve. Pour cela, on compense le champ magnétique vertical à l’échelle d’une cuve d’électrolyse grâce à une disposition particulière des conducteurs acheminant le courant d’électrolyse d’une cuve N à une cuve N+1. Une partie de ces conducteurs, généralement des barres en aluminium, contournent les extrémités de la cuve N. La figure 1 illustre schématiquement, vue de dessus, une cuve 100 d’électrolyse dans laquelle le champ magnétique est autocompensé grâce à la disposition des conducteurs 101 reliant cette cuve N 100 à la cuve N+1 suivante 102 placée en aval. A cet effet, on remarque que des conducteurs 101 sont excentrés par rapport à la cuve 100 et la contournent. Une telle méthode.It is known "to improve the stability of electrolytic cells by minimizing the vertical component of the magnetic field present in the cell. To do this, the vertical magnetic field on the scale of an electrolysis cell is compensated by a particular arrangement of the conductors carrying the electrolysis current from an N cell to an N + 1 cell. Part of these conductors, generally aluminum bars, bypass the ends of the tank N. Figure 1 illustrates schematically, seen from above, an electrolysis tank 100 in which the magnetic field is self-compensated by the arrangement of the conductors 101 connecting this N tank 100 to the next N + 1 tank 102 placed downstream. To this end, it is noted that the conductors 101 are eccentric with respect to the tank 100 and go around it. Such a method.

cTautocompensation magnétique est notamment connue du document de brevet FR2469475.Magnetic self-compensation is known in particular from patent document FR2469475.

Cependant, la méthode d’auto-compensation d’une cuve d'électrolyse impose beaucoup de contraintes de conception en raison de l’encombrement important dû à la disposition particulière des conducteurs. De plus, la longueur importante des conducteurs pour la mise en œuvre de cette solution génère de la perte électrique en ligne et nécessite beaucoup de matière (conducteurs en aluminium), d’où des coûts élevés en terme de consommation énergétique et à la fabrication.However, the self-compensating method of an electrolytic cell imposes many design constraints due to the large size due to the particular arrangement of the conductors. In addition, the significant length of conductors for the implementation of this solution generates electrical loss in line and requires a lot of material (aluminum conductors), resulting in high costs in terms of energy consumption and manufacturing.

Une autre cause d’instabilité des cuves d'électrolyse, en plus de la composante verticale du champ magnétique, est la présence de courants électriques horizontaux dans la nappe d’aluminium. La figure 2 montre une cuve 200 d’électrolyse appartenant à l’état de la technique, parcourue par un courant d’électrolyse Ι₂₀₀. La cuve 200 d'électrolyse présente une anode 201, un caisson 202 contenant notamment un bain électrolytique 203, une nappe d’aluminium liquide 204 et une cathode 205. Il est à noter que les courants horizontaux sont importants dans les milieux parcourus particulièrement conducteurs. C'est le cas notamment lorsque le courant d’électrolyse I200 parcourt la nappe d'aluminium liquide 204,Another cause of instability of electrolytic cells, in addition to the vertical component of the magnetic field, is the presence of horizontal electric currents in the aluminum sheet. FIG. 2 shows an electrolysis cell 200 belonging to the state of the art, through which an electrolysis current Ι ₂₀₀ flows. The electrolysis cell 200 has an anode 201, a box 202 containing in particular an electrolytic bath 203, a sheet of liquid aluminum 204 and a cathode 205. It should be noted that the horizontal currents are high in particularly conductive media. This is the case in particular when the electrolysis current I200 passes through the sheet of liquid aluminum 204,

Aussi la présente invention a pour but de remédier en tout ou partie à ces inconvénients, en proposant une aluminerie dans laquelle la stabilité des liquides contenus dans les cuves d'électrolyse est améliorée, et présentant des coûts de conception, de fabrication et d’exploitation moindres.Also the object of the present invention is to remedy all or part of these drawbacks, by proposing an aluminum smelter in which the stability of the liquids contained in the electrolytic cells is improved, and having design, manufacturing and operating costs. lesser.

A cet effet, la présente invention a pour objet une aluminerie comprenant :To this end, the present invention relates to an aluminum smelter comprising:

(i) une série de cuves d'électrolyse, destinées à la production d'aluminium selon le procédé de Hall-Héroult, chaque cuve d’électrolyse comprenant au moins une anode, une cathode et un caisson muni d’une paroi latérale et d’un fond, chaque cathode comprenant au moins une sortie cathodique, (ii) un circuit électrique principal parcouru par un courant d’électrolyse, reliant électriquement les cuves d’électrolyse les unes aux autres, le courant d’électrolyse parcourant en premier lieu une cuve d'électrolyse N, placée à l’amont, et en deuxième lieu une cuve d'électrolyse N+1, placée à l’aval, x/T ledit circuit électrique principal comprenant un conducteur électrique relié à chaque sortie cathodique de la cuve d'électrolyse N, le conducteur électrique étant également relié à la au moins une anode de la cuve d’électrolyse N+1, en vue d'acheminer le courant d’électrolyse de la cuve d'électrolyse N à la cuve d'électrolyse N+1, caractérisée en ce que l’aluminerie comprend en outre (iii) au moins un moyen pour stabiliser les cuves d'électrolyse parmi au moins un circuit électrique secondaire parcouru par un courant électrique, permettant de compenser le champ magnétique créé par le courant d’électrolyse, ou l’utilisation d’une cathode à surface crénelée, et en ce que une au moins parmi la ou les sorties cathodiques de la cathode de la cuve d’électrolyse N traverse le fond du caisson, chaque conducteur électrique s'étendant depuis chaque sortie cathodique de la cuve d'électrolyse N en direction de la cuve d'électrolyse N+1 est parcouru lors du fonctionnement des cuves (2) d’électrolyse N, N+1 par le courant d'électrolyse (h) dans un sens amont-aval uniquement.(i) a series of electrolysis cells, intended for the production of aluminum according to the Hall-Héroult process, each electrolysis cell comprising at least one anode, a cathode and a box provided with a side wall and 'a bottom, each cathode comprising at least one cathode output, (ii) a main electrical circuit through which an electrolysis current flows, electrically connecting the electrolytic cells to each other, the electrolysis current firstly passing through a electrolysis cell N, placed upstream, and secondly an electrolysis cell N + 1, placed downstream, x / T said main electrical circuit comprising an electrical conductor connected to each cathode output of the cell electrolysis N, the electrical conductor also being connected to the at least one anode of the electrolysis cell N + 1, in order to convey the electrolysis current from the electrolysis cell N to the electrolysis cell N + 1, characterized in that the aluminum plant further comprises (iii) at least s means for stabilizing the electrolytic cells among at least one secondary electrical circuit through which an electric current flows, making it possible to compensate for the magnetic field created by the electrolysis current, or the use of a cathode with a crenellated surface, and in that at least one of the cathode output or outputs of the cathode of the electrolytic cell N passes through the bottom of the box, each electrical conductor extending from each cathode output of the electrolytic cell N towards the cell electrolysis N + 1 is traversed during the operation of the tanks (2) of electrolysis N, N + 1 by the electrolysis current (h) in an upstream-downstream direction only.

Ainsi, l’invention permet d’améliorer la stabilité des cuves d’électrolyse dans l’aluminerie, en agissant à la fois sur les courants horizontaux traversant les cuves et sur le champ magnétique généré par le courant d’électrolyse et/ou la stabilité cinétique de la nappe d’aluminium contenu dans les cuves. Elle permet simultanément une réduction de l’encombrement et de la masse des conducteurs acheminant le courant d’électrolyse d'une cuve à une autre, et par conséquent une réduction des coûts associés à la conception et la fabrication de l’aluminerie selon l’invention. Les pertes d’énergies sont en outre réduites.Thus, the invention makes it possible to improve the stability of electrolytic cells in the aluminum smelter, by acting both on the horizontal currents passing through the cells and on the magnetic field generated by the electrolysis current and / or the stability. kinetics of the aluminum layer contained in the tanks. It simultaneously allows a reduction in the size and mass of the conductors carrying the electrolysis current from one cell to another, and consequently a reduction in the costs associated with the design and manufacture of the aluminum smelter according to the invention. Energy losses are also reduced.

Selon une autre caractéristique de l’aluminerie selon l'invention, les cuves d’électrolyse sont alignées suivant un axe, et en ce que le conducteur électrique s’étend de manière sensiblement rectiligne et de manière sensiblement parallèle à l’axe d’alignement des cuves d’électrolyse.According to another characteristic of the aluminum smelter according to the invention, the electrolytic cells are aligned along an axis, and in that the electrical conductor extends substantially rectilinearly and substantially parallel to the alignment axis electrolysis tanks.

Selon une autre caractéristique de l’aluminerie selon l'invention, chaque cathode comprend en outre au moins une sortie cathodique traversant la paroi latérale avale du caissonAccording to another characteristic of the aluminum smelter according to the invention, each cathode further comprises at least one cathode outlet passing through the downstream side wall of the box

Cette caractéristique présente l’avantage de diminuer davantage l'encombrement et la masse des conducteurs électriques acheminant le courant d'électrolyse d'une cuve à une autre. Cette sortie cathodique traverse la paroi latérale du caisson de la cuve N au niveau de son côté aval, afin de respecter la caractéristique selon laquelle chaque conducteur électrique s’étend en direction de la cuve N+1, dans un sens amont-aval uniquement. Du fait de la proximité du côté aval de la cuve N et de la cuve N+1, la longueur du conducteur électrique reliant cette sortie cathodique à l’anode de la cuve N+1 est inférieure à celle d’un conducteur électrique reliant une sortie cathodique par le fond de la cuve N à l’anode de la cuve N+1. Ainsi, ce mode de réalisation présente l’avantage d’une diminution de l’encombrement et de la longueur des conducteurs électriques par rapport à un mode de réalisation de l'aluminerie selon l'invention dans lequel les cuves comportent des sorties cathodiques par le fond uniquement.This feature has the advantage of further reducing the size and mass of the electrical conductors carrying the electrolysis current from one cell to another. This cathode outlet passes through the side wall of the box of the N tank at its downstream side, in order to comply with the characteristic that each electrical conductor extends in the direction of the N + 1 tank, in an upstream-downstream direction only. Due to the proximity of the downstream side of tank N and tank N + 1, the length of the electrical conductor connecting this cathode output to the anode of tank N + 1 is less than that of an electrical conductor connecting a cathode exit through the bottom of tank N to the anode of tank N + 1. Thus, this embodiment has the advantage of a reduction in the size and length of the electrical conductors compared to an embodiment of the aluminum smelter according to the invention in which the tanks include cathode outputs via the background only.

Préférentiellement, chaque sortie cathodique aval traversant la paroi latérale du caisson de la cuve d’électrolyse N comprend une barre métallique, plus particulièrement formée d’acier, avec un insert ou une plaque en cuivre.Preferably, each downstream cathode outlet passing through the side wall of the box of the N electrolytic cell comprises a metal bar, more particularly formed of steel, with an insert or a copper plate.

Cela permet d’équilibrer la tension au niveau de la sortie cathodique traversant le fond du caisson par rapport à celle au niveau de la sortie cathodique traversant la paroi latérale du caisson.This balances the voltage at the cathode output passing through the bottom of the housing relative to that at the cathode output passing through the side wall of the housing.

De manière avantageuse, le caisson de la cuve d'électrolyse N comprend plusieurs arceaux fixés à la paroi latérale et au fond du caisson, les conducteurs électriques reliés à chaque sortie cathodique traversant le fond du caisson de la cuve d'électrolyse N s’étendant entre les arceaux.Advantageously, the box of the electrolysis cell N comprises several arches fixed to the side wall and to the bottom of the box, the electrical conductors connected to each cathode output passing through the bottom of the box of the electrolysis cell N extending between the arches.

Cette caractéristique présente l’avantage de diminuer l’encombrement des conducteurs électriques acheminant le courant d’électrolyse d'une cuve à une autre.This feature has the advantage of reducing the size of the electrical conductors carrying the electrolysis current from one cell to another.

Avantageusement, les cuves d’électrolyse comprennent des moyens de courtcircuitage.Advantageously, the electrolysis cells include shortcircuiting means.

Les moyens de court-circuitage permettent de court-circuiter une cuve d’électrolyse en vue de la retirer pour des opérations de maintenance, tout en continuant l’exploitation des autres cuves de la série.The short-circuiting means make it possible to short-circuit an electrolysis cell with a view to removing it for maintenance operations, while continuing to operate the other cells in the series.

Avantageusement, les moyens de court-circuitage de la cuve d’électrolyse N+1 comprennent au moins un conducteur électrique de court-circuitage placé à demeure entre la cuve d’électrolyse N et la cuve d'électrolyse N+1, chaque conducteur électrique de court-circuitage étant relié électriquement à un des conducteurs électriques relié à uneAdvantageously, the means for shorting the electrolysis cell N + 1 comprise at least one electrical short-circuiting conductor permanently placed between the electrolysis cell N and the electrolysis cell N + 1, each electrical conductor short-circuiting being electrically connected to one of the electrical conductors connected to a

sortie cathodique de la cuve traversant le fond du caisson de la cuve d’électrolyse N+1, et chaque conducteur électrique de court-circuitage étant situé à une faible distance d’un des conducteurs électriques relié à une des sorties cathodiques de la cuve d’électrolyse N.cathode output of the cell passing through the bottom of the box of the electrolysis cell N + 1, and each electrical short-circuiting conductor being located at a short distance from one of the electrical conductors connected to one of the cathode outputs of the cell d 'electrolysis N.

Selon une autre caractéristique de l’aluminerie selon l’invention, les moyens de court-circuitage de la cuve d’électrolyse N+1 comprennent au moins un conducteur électrique de court-circuitage placé à demeure entre la cuve d’électrolyse N et la cuve d’électrolyse N+1, chaque conducteur électrique de court-circuitage étant relié électriquement à un des conducteurs électriques relié à une sortie cathodique de la cuve traversant le fond du caisson de la cuve d’électrolyse N, et chaque conducteur électrique de court-circuitage étant situé â une faible distance d’un des conducteurs électriques relié à une des sorties cathodiques de la cuve d’électrolyse N+1.According to another characteristic of the aluminum smelter according to the invention, the means for short-circuiting the electrolysis cell N + 1 comprise at least one electrical short-circuiting conductor permanently placed between the electrolysis cell N and the electrolysis cell N + 1, each electrical short-circuiting conductor being electrically connected to one of the electrical conductors connected to a cathode output of the cell passing through the bottom of the casing of the electrolysis cell N, and each electrical conductor short -circuitage being located at a short distance from one of the electrical conductors connected to one of the cathode outputs of the N + 1 electrolytic cell.

La faible distance entre le conducteur de court-circuitage et l’autre conducteur forme des emplacements pour l'introduction de cales de court-circuitage. Ces cales de courtcircuitage peuvent être introduite par le dessus ou par le dessous dans le deuxième cas.The small distance between the shorting conductor and the other conductor forms places for the introduction of shorting wedges. These short-circuiting wedges can be introduced from above or from below in the second case.

Préférentiellement, au moins un circuit électrique secondaire comprend des conducteurs électriques longeant le côté droit et/ou le côté gauche des cuves d’électrolyse d’au moins une file de cuves d’électrolyse.Preferably, at least one secondary electrical circuit comprises electrical conductors running along the right side and / or the left side of the electrolytic cells of at least one row of electrolytic cells.

De manière avantageuse, le au moins un circuit électrique secondaire comprend des conducteurs électriques s’étendant le long d’au moins une file de cuves d’électrolyse, sous lesdites cuves d’électrolyse.Advantageously, the at least one secondary electrical circuit comprises electrical conductors extending along at least one line of electrolytic cells, under said electrolytic cells.

De manière avantageuse, les conducteurs électriques du au moins un circuit électrique secondaire sont en matériau supraconducteur. Cela permet de diminuer la chute de tension à laquelle chaque circuit secondaire est soumis, ce qui permet des économies d’énergie et d’utiliser une sous-station d’alimentation de chaque circuit électrique secondaire de puissance plus faible, donc moins coûteuse. Cette caractéristique permet également de réduire les coûts de matière, par rapport à des conducteurs en aluminium ou en cuivre. Elle permet enfin de diminuer la taille des conducteurs électriques, ce qui se traduit par un gain de place dans l’aluminerie.Advantageously, the electrical conductors of at least one secondary electrical circuit are made of a superconductive material. This makes it possible to decrease the voltage drop to which each secondary circuit is subjected, which allows energy savings and to use a substation to feed each secondary electrical circuit of lower power, therefore less expensive. This feature also makes it possible to reduce material costs, compared to aluminum or copper conductors. Finally, it makes it possible to reduce the size of the electrical conductors, which translates into space savings in the aluminum smelter.

Selon une autre caractéristique de l’aluminerie selon l’invention, le conducteur électrique du au moins un circuit électrique secondaire longe au moins deux fois les cuves d’électrolyse de la ou des files.According to another characteristic of the aluminum smelter according to the invention, the electrical conductor of the at least one secondary electrical circuit runs along at least twice the electrolysis cells of the row or rows.

Cette caractéristique offre la possibilité de diminuer l’intensité du courant parcourant ce circuit secondaire en vue de réaliser des économies d’énergie.This feature offers the possibility of reducing the intensity of the current flowing through this secondary circuit in order to achieve energy savings.

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée qui est exposée ci-dessous en regard des dessins annexés dans lesquels :The invention will be better understood with the aid of the detailed description which is set out below with reference to the appended drawings in which:

- La figure 1 est une vue schématique de dessus d'une cuve d’électrolyse de l’état de la technique,- Figure 1 is a schematic top view of an electrolysis cell of the state of the art,

- La figure 2 est une vue schématique d’une cuve d’électrolyse appartenant à l’état de la technique,- Figure 2 is a schematic view of an electrolysis cell belonging to the state of the art,

- La figure 3 une vue schématique de dessus d’une aluminerie selon un mode particulier de réalisation de la présente invention,- Figure 3 is a schematic top view of an aluminum smelter according to a particular embodiment of the present invention,

- La figure 4 est une vue schématique d’une cuve N et d'une cuve N+1 d’une aluminerie selon un mode particulier de réalisation de l’invention,- Figure 4 is a schematic view of an N tank and an N + 1 tank of an aluminum smelter according to a particular embodiment of the invention,

- Les figures 5 et 6 sont des vues en coupe selon respectivement les lignes l-l et ll-ll de la figure 4,- Figures 5 and 6 are sectional views respectively along lines l-l and ll-ll of Figure 4,

- La figure 7 est une vue schématique d’une cuve d’électrolyse selon le mode de réalisation de la figure 4,- Figure 7 is a schematic view of an electrolysis cell according to the embodiment of Figure 4,

- La figure 8 est une vue schématique de dessus de la cuve N et de la cuve N+1 d’une aluminerie selon le mode particulier de réalisation de la figure 4,- Figure 8 is a schematic top view of the N tank and of the N + 1 tank of an aluminum smelter according to the particular embodiment of Figure 4,

- La figure 9 est une vue en coupe selon la ligne lll-lll de la figure 8,- Figure 9 is a sectional view along the line III-III of Figure 8,

- La figure 10 est une vue schématique d’une cuve N et d’une cuve N+1 d’une aluminerie selon un autre mode particulier de réalisation de l’invention,- Figure 10 is a schematic view of an N tank and an N + 1 tank of an aluminum smelter according to another particular embodiment of the invention,

- Les figures 11 et 12 sont des vues en coupe selon respectivement les lignes IVIV et V-V de la figure 10,- Figures 11 and 12 are sectional views along lines IVIV and V-V respectively of Figure 10,

- La figure 13 est une vue schématique de dessus de la cuve N et de la cuve N+1 d'une aluminerie selon le deuxième mode particulier de réalisation de l'invention,- Figure 13 is a schematic top view of the tank N and of the tank N + 1 of an aluminum smelter according to the second particular embodiment of the invention,

- La figure 14 est une vue en coupe selon la ligne VI-VI de la figure 13- Figure 14 is a sectional view along the line VI-VI of Figure 13

- Les figures 15 et 16 sont des vues schématiques de dessus d’une aluminerie 1 selon des modes particuliers de réalisation de l’invention, pQ- Figures 15 and 16 are schematic top views of an aluminum smelter 1 according to particular embodiments of the invention, pQ

- Les figures 17, 18 et 19 sont des vues schématiques de profil de cathodes crénelées pouvant équiper une cuve d'une aluminerie selon un mode de réalisation de l'invention,- Figures 17, 18 and 19 are schematic side views of crenellated cathodes that can equip a vessel of an aluminum smelter according to one embodiment of the invention,

- La figure 20 est une vue schématique de face d’un bloc cathodique crénelé pouvant équiper une cuve d'une aluminerie selon un mode de réalisation de l’invention,- Figure 20 is a schematic front view of a crenellated cathode block capable of equipping a vessel of an aluminum smelter according to one embodiment of the invention,

- La figure 21 est une vue schématique de dessus d’un bloc cathodique crénelé pouvant équiper une cuve d’une aluminerie selon un mode de réalisation de l'invention.- Figure 21 is a schematic top view of a crenellated cathode block capable of equipping a vessel of an aluminum smelter according to one embodiment of the invention.

La figure 3 montre une aluminerie 1 comprenant une pluralité de cuves 2 d’électrolyse. Les cuves 2 d’électrolyse peuvent être par exemple rectangulaires. Elles présentent alors deux grands côtés 2a correspondant à leur longueur et deux petits côtés 2b correspondant à leur largeur.Figure 3 shows an aluminum smelter 1 comprising a plurality of electrolysis tanks 2. The electrolysis cells 2 may for example be rectangular. They then have two large sides 2a corresponding to their length and two small sides 2b corresponding to their width.

Les petits côtés 2b de chaque cuve 2 peuvent être divisés en un côté gauche et un côté droit. Côté gauche et côté droit sont définis par rapport à un observateur placé au niveau du circuit électrique principal 4 et regardant dans le sens global d’acheminement du courant d’électrolyse h.The short sides 2b of each tank 2 can be divided into a left side and a right side. Left side and right side are defined in relation to an observer placed at the level of the main electrical circuit 4 and looking in the overall direction of the electrolysis current h.

Les grands côtés 2a de chaque cuve 2 peuvent être divisés en un côté amont et un côté aval. Le côté amont correspond au grand côté 2a d’une cuve 2 adjacent à la cuve 2 précédente, c'est-à-dire celle parcourue d’abord par le courant d’électrolyse l_v Le côté aval correspond au grand côté 2a d'une cuve 2 adjacent à la cuve 2 suivante, c’est-à-dire celle parcourue ensuite par le courant d’électrolyse h. D’une manière plus générale, amont et aval sont définis par rapport au sens global de circulation du courant d’électrolyse h.The large sides 2a of each tank 2 can be divided into an upstream side and a downstream side. The upstream side corresponds to the large side 2a of a tank 2 adjacent to the previous tank 2, that is to say that first traversed by the electrolysis current l _v The downstream side corresponds to the large side 2a of a tank 2 adjacent to the next tank 2, that is to say that then traversed by the electrolysis current h. More generally, upstream and downstream are defined with respect to the overall direction of flow of the electrolysis current h.

Dans l'exemple de la figure 3, les cuves 2 sont alignées suivant deux axes parallèles, de manière à former une file F et une file F'. Chaque file F, F' peut comporter par exemple une centaine de cuves 2. Les files F et F’ sont connectées électriquement en série l’une à l’autre. Les cuves 2 sont reliées électriquement en série les unes aux autres. Une série de cuves 2, pouvant contenir plusieurs files F, F', est reliée à ses extrémités à une sous-station d’alimentation 3. Le courant d’électrolyse h parcourt les cuves 2 les unes après les autres, définissant un circuit électrique principal 4.In the example of FIG. 3, the tanks 2 are aligned along two parallel axes, so as to form a row F and a row F '. Each row F, F ′ can comprise, for example, a hundred tanks 2. The rows F and F ’are electrically connected in series to one another. The tanks 2 are electrically connected in series to each other. A series of tanks 2, which can contain several rows F, F ', is connected at its ends to a supply substation 3. The electrolysis current h passes through the tanks 2 one after the other, defining an electrical circuit main 4.

Dans le mode de réalisation de la figure 3, les cuves 2 d’électrolyse sont agencées de sorte que leurs grands côtés 2a soient perpendiculaires à leur axe d’alignement.In the embodiment of Figure 3, the electrolysis cells 2 are arranged so that their long sides 2a are perpendicular to their axis of alignment.

Comme cela est visible sur la figure 3, l’aluminerie 1 comprend deux circuits électriques secondaires 5 et 6 distincts du circuit électrique principal 4. ζΰΓ βAs can be seen in Figure 3, the aluminum smelter 1 comprises two secondary electrical circuits 5 and 6 separate from the main electrical circuit 4. ζΰΓ β

Les circuits électriques secondaires 5 et 6 sont respectivement parcourus par des courants électriques l₂ et l₃. La valeur de l'intensité des courants électriques l₂ et l₃₁ est comprise entre 20% et 100% de celle de l’intensité du courant d’électrolyse fi et de préférence entre 40% et 70%, et plus particulièrement encore de l’ordre de la moitié. Le sens d’acheminement des courants électriques l₂ et l₃ est avantageusement le même que le sens d’acheminement du courant d’électrolyse fi. Les circuits électriques secondaires 5 et 6 peuvent chacun être reliés à une sous-station d’alimentation respective 20 et 21, distincte de la sous-station d’alimentation 3, comme cela est visible par exemple sur la figure 15 ou sur la figure 16.The secondary electric circuits 5 and 6 are respectively traversed by electric currents l ₂ and l ₃ . The value of the intensity of the electric currents l ₂ and l ₃₁ is between 20% and 100% of that of the intensity of the electrolysis current fi and preferably between 40% and 70%, and more particularly still l order of half. The direction of routing of the electric currents l ₂ and l ₃ is advantageously the same as the direction of routing of the electrolysis current fi. The secondary electric circuits 5 and 6 can each be connected to a respective supply substation 20 and 21, separate from the supply substation 3, as can be seen for example in figure 15 or in figure 16 .

Les circuits électriques secondaires 5 et 6 sont formés par des conducteurs électriques disposés parallèlement aux axes d'alignement des cuves 2. Ils longent les côtés droits et gauches des cuves 2 d’électrolyse de chaque file F, F’ de la série. Les circuits électriques secondaires 5 et 6 peuvent également passer en tout ou partie sous les cuves 2 d’électrolyse.The secondary electrical circuits 5 and 6 are formed by electrical conductors arranged parallel to the alignment axes of the tanks 2. They run along the right and left sides of the electrolysis tanks 2 of each row F, F ’of the series. The secondary electrical circuits 5 and 6 can also pass in whole or in part under the electrolysis tanks 2.

Afin de stabiliser les liquides contenus dans les cuves 2 d’électrolyse, il est possible d’utiliser, de manière alternative ou complémentaire à l’utilisation des circuits électriques secondaires 5 et 6, un ou plusieurs blocs cathodiques 8 présentant une face supérieure crénelée, comme cela est visible sur les figures 17 à 21. La face supérieure de ces blocs cathodiques 8 comprend au moins un canal 8a s'étendant longitudinalement sur une partie au moins de la longueur des blocs cathodiques 8. En fonctionnement, la surface supérieure des crénaux est recouverte par la nappe d’aluminium et les canaux 8a sont donc occupés par la nappe 11 d’aluminium qui se forme au cours de la réaction d’électrolyse. La hauteur de la nappe d’aluminium au dessus de la surface supérieure des créneaux est notamment comprise entre 3 et 20 cm. Ainsi, les créneaux et canaux 8a permettent de limiter les mouvements de la nappe 11 d’aluminium pendant la réaction d’électrolyse et contribuent ainsi à la stabilité et à un meilleur rendement des cuves 2 d’électrolyse.In order to stabilize the liquids contained in the electrolytic cells 2, it is possible to use, as an alternative or complementary to the use of the secondary electrical circuits 5 and 6, one or more cathode blocks 8 having a crenellated upper face, as can be seen in FIGS. 17 to 21. The upper face of these cathode blocks 8 comprises at least one channel 8a extending longitudinally over at least part of the length of the cathode blocks 8. In operation, the upper surface of the crenels is covered by the sheet of aluminum and the channels 8a are therefore occupied by the sheet 11 of aluminum which forms during the electrolysis reaction. The height of the aluminum sheet above the upper surface of the crenellations is in particular between 3 and 20 cm. Thus, the slots and channels 8a make it possible to limit the movements of the sheet 11 of aluminum during the electrolysis reaction and thus contribute to the stability and better efficiency of the electrolysis cells 2.

Chaque cuve 2 d’électrolyse peut contenir une pluralité de blocs cathodiques 8 placés les uns à côté des autres. Au lieu de canaux 8a sur la face supérieure d’une ou plusieurs de ces blocs cathodiques 8, il est possible de prévoir une face supérieure inclinée, de sorte que les blocs cathodiques 8 placées les uns à côté des autres forment des canaux 8b, comme cela est représenté schématiquement sur la figure 19.Each electrolysis cell 2 can contain a plurality of cathode blocks 8 placed next to each other. Instead of channels 8a on the upper face of one or more of these cathode blocks 8, it is possible to provide an inclined upper face, so that the cathode blocks 8 placed next to each other form channels 8b, as this is shown schematically in figure 19.

De tels blocs cathodiques à face supérieure crénelée sont notamment connus du document de brevet US5683559. zyTSuch cathode blocks with a crenellated upper face are in particular known from patent document US5683559. zyT

La face supérieure de ces blocs cathodiques 8 pourvus de canaux 8a longitudinaux peut également comporter un canal central 8c transversal, s’étendant au moins partiellement sur la largeur des blocs cathodiques 8. Le canal central 8c croise ainsi le ou les canaux 8a s’étendant au moins partiellement sur la longueur des blocs cathodiques 8. Dans l’exemple des figures 20 et 21, le bloc cathodique 8 comprend sur sa face supérieure un canal central 8c disposé perpendiculairement aux canaux 8a s’étendant de manière sensiblement parallèle à la longueur du bloc cathodique 8.The upper face of these cathode blocks 8 provided with longitudinal channels 8a may also include a transverse central channel 8c, extending at least partially over the width of the cathode blocks 8. The central channel 8c thus crosses the channel or channels 8a extending. at least partially over the length of the cathode blocks 8. In the example of FIGS. 20 and 21, the cathode block 8 comprises on its upper face a central channel 8c arranged perpendicularly to the channels 8a extending substantially parallel to the length of the cathode block 8.

Classiquement, comme cela est visible sur la figure 4, une cuve 2 d’électrolyse comprend un caisson 7 métallique, par exemple en acier. Le caisson 7 métallique présente une paroi latérale 7a et un fond 7b. Il est garni intérieurement par des matériaux réfractaires (non visibles). La cuve 2 d’électrolyse comporte également une cathode formée de blocs cathodiques 8 en matériau carboné et des anodes 9 en matériau carboné également. Les anodes 9 sont destinées à être consommées au fur et à mesure de la réaction d’électrolyse dans un bain électrolytique 13 comportant notamment de la cryolithe et de l’alumine. Les anodes 9 sont reliées à une structure porteuse par des tiges 10. Au cours de la réaction d’électrolyse, une nappe 11 d’aluminium liquide se forme. La cathode comprend des sorties cathodiques 12 traversant le caisson 7. Les sorties cathodiques 12 sont formées par exemple par des barres métalliques fixées sur les blocs cathodiques 8. Les sorties cathodiques 12 sont elles-mêmes reliées à des conducteurs électriques 14 permettant d’acheminer le courant d’électrolyse h depuis les sorties cathodiques 12 d’une cuve N (celle de gauche sur la figure 4) vers les anodes 9 d’une cuve N+1 (celle de droite sur la figure 4).Conventionally, as can be seen in FIG. 4, an electrolysis cell 2 comprises a metal box 7, for example made of steel. The metal box 7 has a side wall 7a and a bottom 7b. It is lined internally with refractory materials (not visible). Electrolysis cell 2 also comprises a cathode formed of cathode blocks 8 made of carbonaceous material and anodes 9 of carbonaceous material as well. The anodes 9 are intended to be consumed as the electrolysis reaction proceeds in an electrolytic bath 13 comprising in particular cryolite and alumina. The anodes 9 are connected to a supporting structure by rods 10. During the electrolysis reaction, a sheet 11 of liquid aluminum is formed. The cathode comprises cathode outputs 12 passing through the well 7. The cathode outputs 12 are formed for example by metal bars fixed to the cathode blocks 8. The cathode outputs 12 are themselves connected to electrical conductors 14 making it possible to route the cathode. electrolysis current h from the cathode outputs 12 of a tank N (the one on the left in FIG. 4) to the anodes 9 of a tank N + 1 (the one on the right in FIG. 4).

Le courant d’électrolyse h traverse d'abord l’anode 9 de la cuve N, puis le bain électrolytique 13, la nappe 11 d’aluminium liquide, la cathode, les sorties cathodiques 12 et les conducteurs électriques 14 qui l'acheminent ensuite vers l’anode 9 de la cuve suivante N+1.The electrolysis current h first passes through the anode 9 of the tank N, then the electrolytic bath 13, the sheet 11 of liquid aluminum, the cathode, the cathode outputs 12 and the electrical conductors 14 which then carry it. to the anode 9 of the next tank N + 1.

Comme cela est représenté à la figure 4, qui illustre un mode particulier de réalisation de la présente invention, les sorties cathodiques 12 traversent avantageusement le fond 7b du caisson 7. Cela permet de réduire les courants électriques horizontaux en vue d’améliorer le rendement des cuves 2. En effet, pour une même masse d'acier utilisée pour la partie horizontale sous les anodes de la sortie cathodique, la densité de courant globale est diminuée et donc la chute de potentiel. Aussi, les lignes de courant tendent à s’étendre de façon sensiblement rectiligne, et donc verticalement dans la nappe d’aluminium comme naturellement entre les anodes et les conducteurs électriques. La figure 7 montre à cet effet les lignes de courant parcourant une cuve 2 d’électrolyse. On remarque que les courants électriques horizontaux, en particulier dans la nappe 11 d'aluminium liquide, sont sensiblement réduits par rapport à ceux de la figure 2.As represented in FIG. 4, which illustrates a particular embodiment of the present invention, the cathode outputs 12 advantageously pass through the bottom 7b of the well 7. This makes it possible to reduce the horizontal electric currents in order to improve the efficiency of the cells. tanks 2. In fact, for the same mass of steel used for the horizontal part under the anodes of the cathode output, the overall current density is reduced and therefore the potential drop. Also, the current lines tend to extend in a substantially rectilinear fashion, and therefore vertically in the aluminum sheet as naturally between the anodes and the electrical conductors. Figure 7 shows for this purpose the current lines flowing through an electrolysis cell 2. It is noted that the horizontal electric currents, in particular in the sheet 11 of liquid aluminum, are appreciably reduced compared to those of FIG. 2.

Un autre point remarquable est que les conducteurs électriques 14 s'étendent de manière rectiligne et parallèle à l’axe d’alignement des cuves 2 d’électrolyse depuis les sorties cathodiques 12 de la cuve N en direction de la cuve N+1 de sorte à être parcouru lors du fonctionnement des cuves 2 d’électrolyse N, N+1 par le courant d’électrolyse uniquement dans un sens amont-aval. Le sens amont-aval correspond au sens global de circulation du courant d’électrolyse l_v Ainsi, un observateur placé au niveau d'une cuve 2 d’électrolyse N et se déplaçant dans le sens amont-aval ne peut que se diriger que vers la cuve N+1. En particulier, pour atteindre la cuve N+1, cet observateur ne peut rebrousser chemin, même partiellement, en direction de la cuve N-1.Another remarkable point is that the electrical conductors 14 extend in a rectilinear manner and parallel to the axis of alignment of the electrolysis cells 2 from the cathode outputs 12 of the N cell towards the N + 1 cell so to be traversed during the operation of the electrolysis tanks 2 N, N + 1 by the electrolysis current only in an upstream-downstream direction. The upstream-downstream direction corresponds to the overall direction of circulation of the electrolysis current l _v Thus, an observer placed at the level of an electrolysis cell 2 N and moving in the upstream-downstream direction can only move towards the N + 1 tank. In particular, to reach tank N + 1, this observer cannot turn back, even partially, in the direction of tank N-1.

De plus, les conducteurs électriques 14 reliés aux sorties cathodiques 12 traversant le fond 7b du caisson 7 ne s’étendent pas sous la totalité de la largeur du caisson 7 de la cuve N; il n’y a aucune traversée complète d’une cuve 2 d’électrolyse sous son caisson 7 ou sur les côtés du caisson par un conducteur électrique 14. En particulier, ils ne traversent pas le plan contenant la paroi latérale amont du caisson 7 de la cuve N.In addition, the electrical conductors 14 connected to the cathode outputs 12 passing through the bottom 7b of the box 7 do not extend under the entire width of the box 7 of the tank N; there is no complete crossing of an electrolysis cell 2 under its box 7 or on the sides of the box by an electrical conductor 14. In particular, they do not pass through the plane containing the upstream side wall of box 7 of the tank N.

L’extension rectiligne uniquement vers l’aval parallèlement à l’axe d’alignement des cuves 2 d’électrolyse constitue le trajet électrique le plus court pouvant relier une sortie cathodique de la cuve N, traversant le fond 7b du caisson 7 de cette cuve N, jusqu'à l’anode 9 de la cuve N+1 suivante. En effet, comme cela a été précédemment mentionné, le courant d’électrolyse h parcourant la cuve N traverse les sorties cathodiques 12 puis les conducteurs électriques 14 reliés aux sorties cathodiques 12. Le courant d’électrolyse h en parcourant les conducteurs électriques 14 est acheminé en ligne droite parallèlement à l'axe d'alignement des cuves 2 en direction de la cuve N+1 suivante. Cela permet notamment de faire des économies d’énergie.The rectilinear extension only downstream parallel to the alignment axis of the electrolysis cells 2 constitutes the shortest electrical path that can connect a cathode output of the cell N, passing through the bottom 7b of the box 7 of this cell. N, to the anode 9 of the next tank N + 1. Indeed, as was previously mentioned, the electrolysis current h flowing through the tank N passes through the cathode outputs 12 then the electrical conductors 14 connected to the cathode outputs 12. The electrolysis current h passing through the electrical conductors 14 is routed in a straight line parallel to the alignment axis of the tanks 2 in the direction of the next tank N + 1. In particular, this enables energy savings.

De plus, cette disposition permet de limiter l’encombrement à proximité des cuves 2 d’électrolyse. Il devient alors possible de réduire l’entraxe séparant deux cuves 2 adjacentes afin d’augmenter la place disponible dans l'aluminerie 1, par exemple pour ajouter des cuves 2 d’électrolyse supplémentaires ou diminuer la taille des bâtiments.In addition, this arrangement makes it possible to limit the bulk near the electrolysis tanks 2. It then becomes possible to reduce the center distance between two adjacent tanks 2 in order to increase the space available in the aluminum smelter 1, for example to add additional electrolysis tanks 2 or to reduce the size of the buildings.

En outre, le fait d’utiliser des conducteurs électriques 14 s'étendant de manière rectiligne d’une cuve à l'autre parallèlement à l’axe d’alignement des cuves 2 simplifie la structure de ces conducteurs électriques 14. Leur modularité rend leur fabrication plus économique,In addition, the fact of using electrical conductors 14 extending rectilinearly from one tank to another parallel to the alignment axis of the tanks 2 simplifies the structure of these electrical conductors 14. Their modularity makes their more economical manufacturing,

Il est à noter que cette disposition particulière est rendue possible notamment par l'existence du premier circuit électrique secondaire 5 et du deuxième circuit électrique secondaire 6 qui compensent les effets du champ magnétique créé par le courant d'électrolyse h, ou celle de la cathode à face supérieure crénelée qui stabilise les mouvements de la nappe 11 d’aluminium liquide. Il n’est en effet pas nécessaire de configurer les conducteurs électriques 14 de manière à obtenir une auto-compensation des effets de ce champ magnétique à l’échelle de chaque cuve 2 d’électrolyse.It should be noted that this particular arrangement is made possible in particular by the existence of the first secondary electrical circuit 5 and of the second secondary electrical circuit 6 which compensate for the effects of the magnetic field created by the electrolysis current h, or that of the cathode with a crenellated upper face which stabilizes the movements of the sheet 11 of liquid aluminum. It is in fact not necessary to configure the electrical conductors 14 so as to obtain self-compensation for the effects of this magnetic field on the scale of each electrolysis cell 2.

Les figures 5 et 6 montrent une vue en coupe d’une cuve 2 d’électrolyse selon un mode de réalisation de l’invention, respectivement selon la ligne l-l et la ligne ll-ll de la figure 4. Il est possible de voir que le caisson 7 d'une cuve 2 est soutenu par une pluralité d'arceaux 15. Les arceaux 15 sont disposés autour du caisson 7. Les arceaux 15 sont fixés contre la paroi latérale 7a et le fond 7b du caisson 7. Ils sont disposés parallèlement les uns par rapport aux autres. Un espace, délimité entre deux arceaux 15 consécutifs, est avantageusement occupé par les conducteurs électriques 14. On remarquera que les conducteurs électriques 14 peuvent raccorder les sorties cathodiques 12 par paires.Figures 5 and 6 show a sectional view of an electrolytic cell 2 according to one embodiment of the invention, respectively along line II and line II-II of Figure 4. It is possible to see that the box 7 of a tank 2 is supported by a plurality of arches 15. The arches 15 are arranged around the box 7. The hoops 15 are fixed against the side wall 7a and the bottom 7b of the box 7. They are arranged in parallel one to another. A space, delimited between two consecutive arches 15, is advantageously occupied by the electrical conductors 14. It will be noted that the electrical conductors 14 can connect the cathode outputs 12 in pairs.

La figure 8 montre schématiquement le dessus d’une cuve N (à gauche sur la figureFigure 8 shows schematically the top of a tank N (on the left in the figure

8), placée en amont, et d’une cuve N+1 (à droite sur la figure 8), placée en aval, selon le mode de réalisation de la figure 4. La figure 9 montre une vue en coupe selon la ligne IIIIII de la figure 8. Les circuits électriques secondaires 5 et 6, disposés parallèlement aux petits côtés 2b des cuves 2 d’électrolyse, sont visibles. On remarquera également sous le caisson 7, les conducteurs électriques 14 qui s'étendent en ligne droite en direction de la cuve N+1. On remarquera également les arceaux 15 fixés sur la paroi latérale 7b du caisson 7 de la cuve N et entre lesquels s'étendent les conducteurs électriques 14. Les sorties cathodiques 12 peuvent être alignées selon un axe parallèle aux grands côtés 2a de la cuve 2 d’électrolyse, comme cela est visible en pointillés sur la figure 8.8), placed upstream, and of a tank N + 1 (on the right in FIG. 8), placed downstream, according to the embodiment of FIG. 4. FIG. 9 shows a sectional view along line IIIIII of FIG. 8. The secondary electrical circuits 5 and 6, arranged parallel to the short sides 2b of the electrolysis cells 2, are visible. It will also be noted under the box 7, the electrical conductors 14 which extend in a straight line in the direction of the tank N + 1. Note also the hoops 15 fixed to the side wall 7b of the box 7 of the tank N and between which extend the electrical conductors 14. The cathode outputs 12 can be aligned along an axis parallel to the long sides 2a of the tank 2d. electrolysis, as can be seen in dotted lines in Figure 8.

La figure 10 illustre de façon schématique un autre mode particulier de réalisation d'une aluminerie 1 selon la présente invention. Les figures 11 et 12 montrent une vue en coupe respectivement selon les lignes IV-IV et V-V de la figure 10. Dans ce mode de réalisation, les cuves 2 d'électrolyse présentent des premières sorties cathodiques 12 traversant le fond 7b du caisson 7, tandis que des deuxièmes sorties cathodiques 12, situées à l’aval des premières sorties cathodiques 12, traversent la paroi latérale 7a aval du caisson 7. Les cuves 2 d’électrolyse de l’aluminerie 1 selon ce deuxième mode de réalisation présentent ainsi des sorties cathodiques 12 « mixtes », car traversant le fond 7b et la paroi latérale 7a. XiFIG. 10 schematically illustrates another particular embodiment of an aluminum smelter 1 according to the present invention. Figures 11 and 12 show a sectional view respectively along lines IV-IV and VV of Figure 10. In this embodiment, the electrolysis cells 2 have first cathode outputs 12 passing through the bottom 7b of the box 7, while second cathode outlets 12, located downstream of the first cathode outlets 12, pass through the side wall 7a downstream of the box 7. The electrolysis cells 2 of the aluminum smelter 1 according to this second embodiment thus have outlets 12 “mixed” cathode cells, as they pass through the bottom 7b and the side wall 7a. Xi

Cette disposition permet de faire davantage d’économies de matière, en raison de la diminution de la longueur, donc de la masse, des conducteurs électriques 14.This arrangement makes it possible to save more material, due to the reduction in the length, and therefore the mass, of the electrical conductors 14.

Avantageusement, les deuxièmes sorties cathodiques 12 traversant la paroi latérale 7a peuvent comporter un élément en un matériau meilleur conducteur électrique que l’acier, notamment en cuivre, sous la forme par exemple d'une plaque 16 ou d'un insert. La plaque 16 en cuivre disposée sur une barre en acier permet, par sa conductivité électrique élevée, de rééquilibrer les tensions au niveau des premières sorties cathodiques 12, traversant le fond 7b, et les deuxièmes sorties cathodiques 12, traversant la paroi latérale 7a, et de limiter ainsi les courants électriques horizontaux dans la nappe d'aluminium.Advantageously, the second cathode outputs 12 passing through the side wall 7a may include an element made of a material that is better electrically conductive than steel, in particular copper, in the form for example of a plate 16 or of an insert. The copper plate 16 disposed on a steel bar makes it possible, by its high electrical conductivity, to rebalance the voltages at the level of the first cathode outputs 12, passing through the bottom 7b, and the second cathode outputs 12, passing through the side wall 7a, and thus limiting the horizontal electric currents in the aluminum sheet.

La figure 13 montre de façon schématique le dessus d'une cuve N, placée en amont (celle de gauche sur la figure 13), et d’une cuve N+1, placée en aval (celle de droite sur la figure 13), d’une alumînerie 1 selon le mode de réalisation présenté à la figure 10. La figure 14 est une vue en coupe selon la ligne Vl-VI de la figure 13. Comme dans le mode de réalisation présenté à la figure 4, les conducteurs électriques 14 s’étendent entre les arceaux 15. De plus, ils s'étendent de manière rectiligne et sont parcourus lors du fonctionnement des cuves 2 d’électrolyse N, N+1 par le courant d’électrolyse uniquement en direction de la cuve N+1 située en aval de la cuve N, depuis les sorties cathodiques 12 traversant le fond 7b du caisson de la cuve N, afin de permettre l’acheminement du courant d’électrolyse h des sorties cathodiques 12 de la cuve N vers l’anode 9 de la cuve N+1.Figure 13 shows schematically the top of a tank N, placed upstream (the one on the left in figure 13), and of a tank N + 1, placed downstream (the one on the right in figure 13), of an aluminum smelter 1 according to the embodiment shown in Figure 10. Figure 14 is a sectional view along line VI-VI of Figure 13. As in the embodiment shown in Figure 4, the electrical conductors 14 extend between the arches 15. In addition, they extend in a rectilinear manner and are traversed during the operation of the electrolysis cells 2 N, N + 1 by the electrolysis current only in the direction of the N + cell. 1 located downstream of the tank N, from the cathode outputs 12 passing through the bottom 7b of the box of the tank N, in order to allow the routing of the electrolysis current h from the cathode outputs 12 of the tank N to the anode 9 of the tank N + 1.

Comme dans le mode de réalisation présenté à la figure 4, les circuits électriques secondaires 5 et 6 sont parallèles à Taxe d'alignement des cuves 2.As in the embodiment shown in Figure 4, the secondary electrical circuits 5 and 6 are parallel to the tank alignment tax 2.

L’aluminerîe 1 peut aussi comprendre avantageusement des moyens de courtcircuitage de chaque cuve 2. Ces moyens de court-circuitage peuvent comprendre des conducteurs électriques 17 de court-circuitage, visibles sur les figures 4, 8, 10 et 13. Les conducteurs électriques 17 de court-circuitage sont disposés entre deux cuves 2 d’électrolyse successives. Sur les figures 4, 8, 10 et 13, les conducteurs électriques 17 sont placés au contact des conducteurs électriques 14 reliés aux sorties cathodiques 12 traversant le fond 7b du caisson 7 de la cuve N+1, et à distance des conducteurs électriques 14 reliés aux sorties cathodiques 12 de la cuve N, de telle manière qu'un court espace sépare les conducteurs électriques 17 de court-circuitage des conducteurs électriques 14 reliés aux sorties cathodiques 12 de la cuve N, comme cela est notamment visible sur la figure 10.The aluminum 1 can also advantageously comprise short-circuiting means for each tank 2. These short-circuiting means can comprise short-circuiting electrical conductors 17, visible in FIGS. 4, 8, 10 and 13. The electrical conductors 17 short-circuiting are arranged between two successive electrolysis tanks 2. In FIGS. 4, 8, 10 and 13, the electrical conductors 17 are placed in contact with the electrical conductors 14 connected to the cathode outputs 12 passing through the bottom 7b of the box 7 of the N + 1 tank, and at a distance from the connected electrical conductors 14. to the cathode outputs 12 of the tank N, in such a way that a short space separates the electrical short-circuiting conductors 17 from the electrical conductors 14 connected to the cathode outputs 12 of the tank N, as can be seen in particular in FIG. 10.

Les conducteurs électriques 17 de court-circuitage sont destinés à court-circuiter une cuve N+1, par exemple pour enlever cette dernière pour des opérations de maintenance. La distance entre les conducteurs électriques 17 de court-circuitage et (es conducteurs électriques 14 reliés aux sorties cathodiques 12 de la cuve N est alors comblée par une cale en un élément conducteur (non représenté) de manière à conduire le courant d’électrolyse h de la cuve N à la cuve N+2 via cette cale, les conducteurs électriques 17 de court-circuitage et les conducteurs électriques 14 normalement disposés sous la cuve N+1 (c'est-à-dire les conducteurs électriques 14 reliés aux sorties cathodiques 12 traversant le fond 7b du caisson 7 de la cuve N+1 lorsque celle-ci est en place).The electrical short-circuiting conductors 17 are intended to short-circuit an N + 1 tank, for example to remove the latter for maintenance operations. The distance between the electrical conductors 17 and short-circuiting (the electrical conductors 14 connected to the cathode outputs 12 of the tank N is then filled by a shim in a conductive element (not shown) so as to conduct the electrolysis current h from tank N to tank N + 2 via this wedge, the electrical conductors 17 for short-circuiting and the electrical conductors 14 normally placed under the tank N + 1 (that is to say the electrical conductors 14 connected to the outputs cathode tubes 12 passing through the bottom 7b of the box 7 of the N + 1 tank when the latter is in place).

Il est également possible de prévoir des conducteurs électriques 17 de courtcircuitage placés au contact des conducteurs électriques 14 reliés aux sorties cathodiques 12 de la cuve N et à distance des conducteurs électriques 14 reliés aux sorties cathodiques 12 de la cuve N+1 traversant le fond 7a du caisson 7.It is also possible to provide short-circuiting electrical conductors 17 placed in contact with the electrical conductors 14 connected to the cathode outputs 12 of the tank N and at a distance from the electrical conductors 14 connected to the cathode outputs 12 of the tank N + 1 passing through the bottom 7a. cabinet 7.

Les conducteurs électriques 17 de court-circuitage peuvent être en aluminium. Etant donné qu’ils ne sont parcourus qu'occasionnellement lors de court-circuitage par le courant d’électrolyse h (pour des opérations de maintenance d’une cuve 2, soit à intervalles de plusieurs années), ils peuvent être dimensionnés pour travailler à la plus haute densité de courant admissible, ce qui permet de limiter leur masse.The electrical short-circuiting conductors 17 can be made of aluminum. Since they are only occasionally traversed during short-circuiting by the electrolysis current h (for maintenance operations on a tank 2, i.e. at intervals of several years), they can be sized to work at the highest admissible current density, which makes it possible to limit their mass.

Enfin, il est à noter que, de manière avantageuse, les conducteurs électriques formant les circuits électriques secondaires 5 et/ou 6 peuvent être en matériau supraconducteur.Finally, it should be noted that, advantageously, the electrical conductors forming the secondary electrical circuits 5 and / or 6 can be made of a superconducting material.

Ces matériaux supraconducteurs peuvent par exemple comporter du BiSrCaCuO, du YaBaCuO, des matériaux connus des demandes de brevet W02008011184, US20090247412 ou encore d’autres matériaux connus pour leurs propriétés supraconductrices.These superconducting materials may for example comprise BiSrCaCuO, YaBaCuO, materials known from patent applications WO2008011184, US20090247412 or even other materials known for their superconducting properties.

Les matériaux supraconducteurs sont utilisés pour transporter du courant avec peu ou pas de perte par génération de chaleur par effet Joule, car leur résistivité est nulle lorsqu’ils sont maintenus en-dessous de leur température critique.Superconducting materials are used to carry current with little or no loss through Joule heat generation, because their resistivity is zero when kept below their critical temperature.

A titre d’exemple, un câble supraconducteur comprend une âme centrale en cuivre ou en aluminium, des rubans ou des fibres en matériau supraconducteur, et une enveloppe cryogénique. L'enveloppe cryogénique peut être formée par une gaine contenant un fluide de refroidissement, par exemple de l’azote liquide. Le fluide de refroidissement permet de maintenir la température des matériaux supraconducteurs à une température inférieure à leur température critique, par exemple inférieure à 100 K (Kelvin), ou comprise entre 4 K et 80 K.For example, a superconducting cable comprises a central copper or aluminum core, tapes or fibers of superconducting material, and a cryogenic jacket. The cryogenic envelope can be formed by a sheath containing a cooling fluid, for example liquid nitrogen. The cooling fluid makes it possible to maintain the temperature of the superconducting materials at a temperature below their critical temperature, for example below 100 K (Kelvin), or between 4 K and 80 K.

L'utilisation de conducteurs électriques en matériau supraconducteur pour former les circuits électriques secondaires 5 et 6 est particulièrement intéressante du fait de leur longueur, de l’ordre de deux kilomètres. L'utilisation de conducteurs électriques en matériau supraconducteur nécessite une tension moindre par rapport à celle nécessitée par des conducteurs électriques en aluminium ou en cuivre. Ainsi, il est possible de diminuer la tension de 30 V à 1 V. Cela représente une réduction de la consommation d’énergie de l’ordre de 75 % à 99 % par rapport à des conducteurs électriques en aluminium. De plus, le coût des sous-stations d’alimentation 20 et 21, respectivement du circuit électrique secondaire 5 et du circuit électrique secondaire 6, est réduit en conséquence.The use of electrical conductors of superconducting material to form the secondary electrical circuits 5 and 6 is particularly interesting because of their length, of the order of two kilometers. The use of electrical conductors made of superconducting material requires a lower voltage compared to that required by electrical conductors made of aluminum or copper. Thus, it is possible to decrease the voltage from 30 V to 1 V. This represents a reduction in energy consumption of around 75% to 99% compared to aluminum electrical conductors. In addition, the cost of the power substations 20 and 21, respectively of the secondary electric circuit 5 and the secondary electric circuit 6, is reduced accordingly.

Les conducteurs électriques des circuits électriques secondaires 5 et 6 peuvent longer avantageusement au moins deux fois une file F de cuves 2 d’électrolyse.The electrical conductors of the secondary electrical circuits 5 and 6 can advantageously run along at least twice a line F of electrolysis cells 2.

Le faible encombrement des conducteurs électriques en matériau supraconducteur par rapport à des conducteurs électriques en aluminium ou en cuivre (section jusqu’à 150 fois plus faible que la section d’un conducteur en cuivre pour une intensité égale, et davantage encore par rapport à un conducteur en aluminium) facilite en effet la réalisation de plusieurs tours en série dans les boucles formées par les circuits électriques secondaires 5 et 6.The small size of electrical conductors made of superconducting material compared to electrical conductors made of aluminum or copper (section up to 150 times smaller than the section of a copper conductor for an equal intensity, and even more compared to a aluminum conductor) indeed facilitates the realization of several turns in series in the loops formed by the secondary electrical circuits 5 and 6.

De plus, il est possible de contenir le conducteur électrique d’un circuit à l’intérieur d’une unique gaine de refroidissement quelque soit le nombre de tours réalisés par ce même conducteur. A un endroit donné, la gaine peut donc contenir plusieurs passages du même conducteur électrique en matériau supraconducteur.In addition, it is possible to contain the electrical conductor of a circuit inside a single cooling sheath regardless of the number of turns made by the same conductor. At a given location, the sheath can therefore contain several passages of the same electrical conductor made of superconducting material.

Le fait que la boucle formée par les circuits électriques secondaires 5 et 6 comprennent plusieurs tours en série permet de diviser (autant de fois que le nombre de tours réalisés) l’intensité du courant électrique l₂, h traversant respectivement le circuit électrique secondaire 5 et le circuit électrique secondaire 6. La réduction de la valeur de cette intensité permet de diminuer les pertes d’énergie par effet Joule au niveau des jonctions entre les conducteurs électriques en matériau supraconducteur et les pôles des sous-stations d’alimentation. La diminution de l’intensité globale avec des conducteurs électriques en matériau supraconducteur permet de diminuer la taille des sous-statrons d’alimentation 20 et 21. Par exemple, la sous-station d'alimentation 20 ou 21 du circuit électrique secondaire 5 ou du circuit électrique secondaire 6 comprenant un conducteur électrique en matériau supraconducteur peut délivrer un courant d’intensité de l’ordre de 5 kA à 40 kA. Cela permet ainsi d’utiliser des équipements couramment vendus dans le commerce et donc peu onéreux.The fact that the loop formed by the secondary electric circuits 5 and 6 comprise several turns in series makes it possible to divide (as many times as the number of turns made) the intensity of the electric current l ₂ , h respectively passing through the secondary electric circuit 5 and the secondary electrical circuit 6. Reducing the value of this intensity makes it possible to reduce the energy losses by the Joule effect at the level of the junctions between the electrical conductors made of superconducting material and the poles of the supply substations. The reduction in the overall intensity with electrical conductors made of superconductive material makes it possible to reduce the size of the supply sub-statrons 20 and 21. For example, the supply substation 20 or 21 of the secondary electrical circuit 5 or of the power supply substation. secondary electrical circuit 6 comprising an electrical conductor made of a superconductive material can deliver a current of intensity of the order of 5 kA to 40 kA. This thus makes it possible to use equipment commonly sold on the market and therefore inexpensive.

Il est à noter que les conducteurs électriques en matériau supraconducteur peuvent 5 être disposés sous les cuves 2 d’électrolyse.It should be noted that the electrical conductors made of superconducting material can be placed under the electrolysis cells 2.

Ainsi, l’aluminerie 1 selon l’invention présente un ensemble de caractéristiques dont la combinaison concourt par un effet de synergie à la réduction des coûts de conception, fabrication et d'exploitation de cette aluminerie 1, et l’augmentation de son rendement.Thus, the aluminum smelter 1 according to the invention exhibits a set of characteristics, the combination of which contributes by a synergistic effect to the reduction of the costs of design, manufacture and operation of this aluminum smelter 1, and the increase in its output.

Bien entendu, l'invention n’est nullement limitée aux modes de réalisation décrits cî10 dessus, ces modes de réalisation n’ayant été donnés qu’à titre d'exemples. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par la substitution d'équivalents techniques, sans pour autant sortir du domaine de protection de l'invention.æTOf course, the invention is in no way limited to the embodiments described above, these embodiments having been given only as examples. Modifications remain possible, in particular from the point of view of the constitution of the various elements or by the substitution of technical equivalents, without departing from the scope of protection of the invention.

Claims

1. Aluminum smelter (1) comprising:

(i) a series of electrolysis cells (2), intended for the production of aluminum according to the Hall-Héroult process, each electrolysis cell (2) comprising at least one anode (9), a cathode (8 ) and a box (7) provided with a side wall (7a) and a bottom (7b), each cathode (8) comprising at least one cathode output (12), (ii) a main electrical circuit (4) traversed by an electrolysis current (h), electrically connecting the electrolysis cells (2) to each other, the electrolysis current (I,) firstly passing through an N electrolysis cell (2), placed upstream, and secondly an N + 1 electrolysis tank (2), placed downstream, said main electrical circuit (4) comprising an electrical conductor (14) connected to each cathode output (12) of the N electrolysis tank (2), the electrical conductor (14) also being connected to the at least one anode (9) of the N + 1 electrolysis tank (2), in order to carry the current of electrolysis (h) of the electrolysis cell (2) N to the N + 1 electrolysis cell (2), characterized in that the aluminum plant (1) further comprises (iii) at least one means for stabilizing the electrolysis cells (2) among at least one electrical circuit secondary (5, 6) through which an electric current (l ₂ , h), making it possible to compensate for the magnetic field created by the electrolysis current (h), or the use of a cathode with a crenellated surface, and in this that at least one of the cathode output (s) (12) of the cathode (8) of the N electrolysis tank (2) passes through the bottom (7b) of the box (7), each electrical conductor (14) extending from each cathode output (12) of the N electrolysis tank (2) towards the N + 1 electrolysis tank (2) is traversed during the operation of the N, N + 1 electrolysis tanks (2) by electrolysis current (h) in an upstream-downstream direction only

2. Aluminum smelter (1) according to claim 1, characterized in that the electrolysis cells (2) are aligned along an axis, and in that the electrical conductor (14) extends substantially rectilinearly and substantially parallel to the alignment axis of the electrolysis cells (2).

3. Aluminum smelter (1) according to claim 1 or claim 2, characterized in that each cathode (8) further comprises at least one cathode outlet (12) passing through the side wall (7a) downstream of the box (7).

4. Aluminum smelter (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that each downstream cathode outlet (12) passing through the side wall (7a) of the casing (7) of the cell (2) of electrolysis N comprises a metal bar, more particularly formed of steel, with a copper insert or plate (16).

5. Aluminum smelter (1) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the box (7) of the N electrolysis tank (2) comprises several arches (15) fixed to the side wall (7a) and at the bottom (7b) of the box (7), the electrical conductors (14) connected to each cathode output (12) passing through the bottom (7b) of the box (7) of the N electrolysis tank (2) extending between the hoops (15).

6. Aluminum smelter (1) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the electrolysis tanks (2) comprise short-circuiting means.

7. Aluminum smelter (1) according to claim 6, characterized in that the means for short-circuiting the cell (2) of N + 1 electrolysis comprise at least one electrical conductor (17) permanently placed between the N electrolysis tank (2) and the N + 1 electrolysis tank (2), each short-circuiting electrical conductor (17) being electrically connected to one of the electrical conductors (14) connected to a cathode output (12) ) of the tank (2) passing through the bottom (7b) of the box (7) of the N + 1 electrolysis tank (2), and each short-circuiting electrical conductor (17) being located at a short distance from one of the electrical conductors (14) connected to one of the cathode outputs (12) of the N electrolysis tank (2).

8. Aluminum smelter (1) according to claim 6, characterized in that the means for shorting the cell (2) of N + 1 electrolysis comprise at least one electrical conductor (17) permanently placed between the N electrolysis tank (2) and the N + 1 electrolysis tank (2), each short-circuiting electrical conductor (17) being electrically connected to one of the electrical conductors (14) connected to a cathode output (12) ) of the tank (2) passing through the bottom (7b) of the box (7) of the N electrolysis tank (2), and each short-circuiting electrical conductor (17) being located at a short distance from one of the electrical conductors (14) connected to one of the cathode outputs (12) of the N + 1 electrolysis tank (2). Aj

9. Aluminum smelter (1) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the at least one secondary electrical circuit (5, 6) comprises electrical conductors running along the right side and / or the left side of the tanks (2 ) electrolysis of at least one row (F, F ') of electrolysis cells (2).

10. Aluminum smelter (1) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the at least one secondary electrical circuit (5, 6) comprises electrical conductors extending along at least one row (F, F ') of electrolysis cells (2), under said electrolysis cells (2).

11. Aluminum smelter (1) according to one of claims 9 to 10, characterized in that the electrical conductors of at least one secondary electrical circuit (5, 6) are made of a superconductive material.

12. Aluminum smelter (1) according to claim 11, characterized in that the electrical conductor of at least one secondary electrical circuit (5, 6) runs along at least twice the cells (2) for electrolysis of the row (s) (F , F '), fu