Brevet FR2010330A1 — publié le 19700213

' 2010330 L'invention a poux objet un appareil pour supporter les électrodes des cellules électrolytiques qui servent à la production de métaux à partir de leurs oxydes. Plus précisément, l'appareil de l'invention convient aux électrodes du type suspendu $ utilisées dans les fours dits multicellulaires servant à la production électrolytique de l'aluminium à partir de AlgO-^ mélangé à des sels en fusion (bains cryolithiques). Ainsi qu'il est connu dans cette technique, les électrodes des fours multicellulaires sont en matière à base de carbo-10 ne ou en graphite; elles sont utilisées par groupes ou par séries d'électrodes disposées parallèlement les unes aux autres, en position verticale ou inclinée. Les électrodes extrêmes sont des électrodes monopolaires alimentées directement tandis que les électrodes intermédi-15 aires, non alimentées directement, se comportent comme des électrodes bipolaires. Ces séries d'électrodes sont généralement supportées par des moyens rigides, isolés où. c'est nécessaire, et réunies à des barres longitudinales ou transversales qui courrent le long 20 des parois latérales des cuves contenant le bain électrolytique. En général, les barres porteuses sont montées sur des guides permettant leur déplacement dans le sens de l'axe longitudinal des cuves ou des réservoirs, ceci dans un but évident de réglage pour pouvoir faire varier la distance interpolaire et pour satisfaire 25 aux nécessités de l'entretien. On sait aussi que la matière à base de carbone qui compose les électrodes tend, en service, à se déformer en raison, à la fois, de sa dilatation thermique et de son mouillage par le bain. 50 En outre, comme cette matière à base de carbone n'a, par nature, qu'une faible élasticité, il arrive, quand les électrodes sont réunies à une structure porteuse rigide, qu'elles se fissurent et même qu'elles se brisent. Le but de l'invention est de parvenir à un appareil 35 adapté à l'élimination des inconvénients sérieux cités ci-dessus et conçu pour maintenir de manière suffisamment rigide les électrodes à la position requise par le procédé électrolytique particulier appliqué, c'est-à-dire, dans une position inclinée déterminée. L'appareil doit en plus, être suffisamment articulé pour avoir de 40 la souplesse et, ainsi, être capable d&bsorber les distorsions et .-.J 69 17991 2 2010330 les déplacements possible des électrodes, évitant donc les déformations et les cassures.' Un autre but de l'invention est d'apporter un appareil qui permette le déplacement transversal des électrodes ( en conser-5 vant constante leur inclinaison préétabli^ dans le sens du passage du courant à travers le bain, autorisant en même temps la variation de la distance interpolaire selon les besoins. Ces buts, ainsi que d'autres qui deviendront évidents à l'homme de l'art au cours de la description détaillée qui suivra, 10 sont avantageusement atteints par un appareil apte à supporter des électrodes de cellules électrolytiques, en particulier des électrodes suspendues de fours multicellulaires à aluminium, appareil qui, selon l'invention, comprend deux bras alignés en position substantiellement horizontale avec leurs extrémités contigties réunies à 15 la maase de l'électrode grâce à des moyens d'accrochage appropriés permettant aux deux bras de constituer une unique poutre rigide, chaque bras se terminant à son extrémité libre, opposée à celle qui est réunie à l'électrode, par une articulation ou un joint, substantiellement en forme de "T", logé dans une cavité ou dans 20 un évidement prévu dans un chariot monté glissant sur un rail de guidage rectiligne qui est disposé extérieurement et parallèlement au plus long côté de la cuve contenant le bain électrolytique; chaque bras est, en outre, muni de moyens isolants aptes à arrêter le courant électrique et le flux thermique entre le joint en "T1* 23 la partie restante du bras lui-même, chaque bras étant, en plus, subdivisé en deux demi-bras, réunis l'un à l'autre de façon détachable grâce à me pince d'accouplement qui autorise la rotation autour de son axe du demi-bras porteur de l'électrode par rapport au demi-bras se terminant par le joint en " T des moyens 30 de réglage étant prévus, en plus, pour l'exécution de réglages verticaux, sous chaque guide horizontal du chariot. On donnera maintenant, uniquement à titre d'exemple, une description d'un mode préféré, mais non exclusif, de réalisation de l'invention. On se référera au dessins annexés dans les-35 quels : - La figure 1 est une vue en perspective, partiellement en coupe, d'un appareil porteur d'électrodes conforme à l'invention; - La figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un 40 détail de l'appareil de la figure 1; 69 17991 3 2010330 -La figure 3 est une vue en coupe à 90° du même détail que celui de la figure 2; -La figure 4 est une vue schématique générale d'un four multicellulaire équipé d'un appareil complet de l'invention repré-5 sneté en position d'utilisation; -La figure 5 est une vue schématique ( partiellement en coupe) d'un autre détail de l'appareil de la figure 1. Ainsi qu'il ressort de la figure 4 et comme on l'expliquera plus clairement plus loin, l'appareil de l'invention comprend 10 deux structure égales alignées en position substantiellement horizontale et réunies à une électrode de façon à constituer avec celle-ci une unique poutre continue reposant sur ses extrémités. Pour des raisons de simplicité, on ne décrira dans ce qui suit qu'une seule structure porteuse, l'autre lui étant sembla-15 ble et étant disposée symétriquement. En se reportant aux figures, plus spécialement à la figure 1, on peut voir que l'appareil considéré (limité à l'une de deux pièces égales et symétriques déjà mentionnées) comprend substantiellement un bras porteur subdivisé en deux demi-bras 1 et 2. 20 Une extrémité du demi-bras 1 est réunie par des barres 3 et 3' (substantiellement des nipples ou des broches filetées) à une électrode 4. Une extrémité de chaque barre 3 et 31 est retenue (avec un certain jeu) dans un trou ménagé dans le demi-bras 1 et immobilisée par une clavette ou une goupille 5»5'î l'autre extrémi-25 té est vissée dans la masse de l'électrode 4. L'autre extrémité du demi-bras 1, de forme cylindrique, est logée ( avec la possibilité de tourner d'un angle quelconque autour de son axe en donnant ainsi à l'électrode 4 l'inclinaison désiré») dans une pince 6 composée de deux plaques opposées 7 et 30 7' qui sont serrées par des boulons 6,6', Afin d'assurer un blocage parfait de la pince, la plaque de base 7 qui fait partie intégrante du demi-bras 2 a, en contact avec la partie cylindrique du demi-bras 1, une zone qui se présente comme un siège à profil substantiellement semi-trapézoïdal. 35 Dans une région intermédiaire du demi-bras 2, on peut voir un accouplement composé de deux plateaux opposés y et 9' sntre lesquels se trouve une couche 10 d'une matière à forte résistance électrique et calorifique, comme l'amiante par exemple; les deux plateaux opposés 9 et 9' sont serrés par des boulons 11 et 11' 40 etc... ( voir la figure 2). 69 17991 4 2010330 La fonction particulière de l'accouplement isolant est d""arrêter entre les deux parties qui le constituent le passage du courant électrique et du flux thermique sans produire d'affaiblissement de la rigidité mécanique du demi-bras 2, ni de la totalité 5 de la structure. A son extrémité opposée à celle portant la pince 6, le demi-bras 2 se termine par un joint 12 en " I Ce joint comprend un court cylindre réuni transversalement à la tête du demi-bras 2 et logé librement dans un évidement prévu dans un patin ou 10 dans un chariot qui peut glisser entre deux rails de guidage superposés Cet 13'. Le patin circule grâce à deux rouleaux 14 et 14' montés libres sur des axes horizontaux 15 et 15' ( voir les figures 2, 3) qui sont clavetés dans deux plaques ou supports opposés 16 et 16*. La cavité ou l1évidement parallélépipédique adapté au soutien du ç joint 12 en " T " est défini, ainsi, par les plaques longitudinales 16 et 16 *, les plaques transversales 17 et 17' et les rails superposés 13 et 13 1 • Dans la plaque 16 est prévue une fenêtre 18 pour permettre l'introduction du joint 12 en 11 T 11 à l'intérieur de l'évi-20 dement et pour autoriser un nombre de mouvements de rotation préétablis du joint dans cet évidement. Comme on le voit clairement sur les dessins, particulièrement 3ur les figures 2 et 3» la forme et les dimensions de 1'évidement ou cavité et du joint en " T " sont conçues pour que ce 25 dernier puisse, une fois qu'il a été introduit dans 1®évidement, effectuer les seuls mouvements suivants : a) - une rotation limitée autour de l'axe 3-B (voir las figures 2 et 3) b) - un mouvement limité de rotation autour de l'axe 3C perpendiculaire au plan de la figure 2 et passant par 2' ( sur la figure 3 cette rotation se fait autour de l'axe 3'-3') Le joint en " 'i " peut, en outre, effectuer les mouvements suivants ( voir les figures 1 et 4) 35 o) - un mouvement de translation horizontale avec le patin ou chariot, sous l'effet de celui-ci qui se est, à son tour, contraint de/déplacer le long des guides superposés 13 et 13'; ce mouvement de translation peut être provoqué soit manuellement, 40 soit mécaniquement. 69 17991 5 2010330 d) - un mouvement de translation verticale, autrement dit dans une direction normale au mouvement de déplacement du chariot, au moyen d'un dispositif de levage ( voir la figure 5) agissant, comme on 5 le verra plus loin, sous les extrémités suppor tées des guides superposés 13 et 13'. De la figure 3, il ressort très clairement pourquoi le joint articulé en " T " ne peut effectuer aucun mouvement de rotation autour de son propre axe longitudinal, c'est-à-dire autour 10 de l'axe perpendiculaire au plan de la figure 3 et passant par le point C. Cet axe longitudinal du joint 12 en " I " peut coïncider, éventuellement, avec l'axe longitudinal de l'extrémité cylindrique du demi-bras 1 auquel l'électrode est fixée ( voir la 15 figure 1 ). De ce qui précède, il est évident que, pour la solution du problème technique que l'invention entend résoudre, ces mouvements de rotation et de translation permis par l'appareil sont tous ceux, et seulement ceux, qui permettent d'absorber, sans y résister 2D rigidement, les déformations à la fois de la matière dea électrodes (dilatation linéaire et/ou flexions dues à la dilatation thermique ou au mouillage par le bain) et des structures porteuses( dilatation linéaire), en laissant invariable la position initiale de l'électrode suspendue. 25 Comme on l'a déjà indiqué le patin est obligé de se mouvoir horizontalement entre la paire de guides composée de deux rails parallèles superposés 13 et 13'. Ces guides ( voir les figures 4 et 5) sont parallèles et montés à l'extérieur des parois latérales qui sont dans le sens de la dimension principale de la cuve 30 19 d'un four rectangulaire multicellulaire . Ces guides, selon une variante de l'invention, peuvent faire partie intégrante de la cuve elle-même, auquel cas le mouvement de translation verticale, indiqué plus haut en d) , est rendu impossible. Toutefois, la solution préférée, selon l'invention, est 35 celle qui offre la possibilité de soulever et d'abaisser l'ensemble des électrodes par rapport à la cuve. On parvient à ce résultat en montant les paires de guides 13 et 13' sur quatre colonnes 20, 21, 22 et 23 ( voir les figures 4 et 5) placées aux angles de la cuve rectangulaire, ce qui permet le soulèvement et l'abaissement de ces 40 paires de guides par rapport à la cave, grâce à la manoeuvre de 69 17991 6 2010330 vérins appropriés à roue denrée et à vis sans fin 24, 25,26 et 27. Grâce à ce montage, il devient possible d'imposer aux guides, et , de ce fait, aux patins qui glissent sur eux, un déplacement vertical tel que celui défini plus haut en d). 5 La figure 4 est une vue schématique en plan d'une cuve 19 avec un seul appareil 26 en service qui, comme on l'a déjà expliqué, comprend deux structures porteuses comme celle de la figure 1 montées en alignement horizontal et ayant leurs demi-bras respectifs réunis à une électrode 4. Sur cette même figure 4 on peut voir les 10 autres électrodes bipolaires et les deux électrodes de tête, mono-polaires, directement alimentées en courant, 29 et 30. Il est évident qu'au stade de la réalisation pratique de l'invention on peut adopter des modifications ou des variantes équivalentes aux divers organes qui font partie de l'appareil 15 décrit et représenté, sans sortir pour autant du cadre ni de l'esprit de l'invention. 69 17991 7 2010330 REVENDICATIONS I0/ - Appareil destiné à supporter les électrodes de cellules électrolytiques, en particulier les électrodes suspendues utilisées dans les fours multicellulaires servant à la production d'aluminium, caractérisé en ce qu'il comprend deux bras alignés 5 tn position substantiellement horizontale avec leuis extrémités voisines réunies à une electrode pour constituer une unique poutre rigide, chaque bras se terminant à son extrémité libre opposée à celle réunie à l'électrode par un joint articulé substantiellement en forme de " T " logé dans un évidement ménagé dans un patin con-10 traint de se déplacer le long d'un guide approprié courant parallèlement au grand cStê de la cuve contenant le bain, chaque bras étant muni de moyens isolants aptes à empêcher le passage du courant électrique et du flux thermique entre le joint en " T " et la partie restante du bras, chacun des bras étant subdivisé en deux demi-15 bras réunis l'un à l'autre de façon détachable pour une pince capable d'autoriser des rotations préétablies du demi-bras qui porte l'électrode par rapport au demi-bras qui se termine par le joint en " T ". 2°/ - Appareil selon la revendication 1 caractérisé 20 en ce que des moyens de réglage en sens vertical sont placés aux extrémités de chacun des guides horizontaux qui supportent les patins. 3°/ - Appareil selon les revendications 1 0u 2 caractérisé en ce que le joint en " T " est constitué par un court cy-25 lindre fixé à l'extrémité libre d'un demi-bras avec son axe géométrique placé à 90° de l'axe du demi-bras lui-même. 4°/ - Appareil selon les revendications 1,2 et 3 caractérisé en ce que le patin glissant dans lequel est ménagé un évidement apte à recevoir le joint en " T " comprend des rouleaux 30 fous, tournant entre deux rails parallèles et superposés, et maintenue dans un même plan par des plaques opposées qui limitent intérieurement 1'évidement dans lequel est tenu le joint en " T 5°/ - Appareil selon les revendications 1,2 et 4 caractérisé en ce que 1'évidement ménagé dans le patin est substan-35 tiellement parallélépipédique et dimensionné pour permettre au joint en " T " qui y est logé d'éffectuer deux mouvements seulement de rotation partielle, l'un autour de l'axe géométrique du 69 17991 8 2010330 court cylindre du joint, l'autre autour d'un axe normal à celui du joint mais faisant un angle de £0° avec l'axe géométrique du demi-bras. 6°/ - Appareil selon les revendications 1 et 2 carac-5 térisé en oe que les moyens isolants sont placés entre le joint "T" et la pince bloquant le demi-bras et sont constitués essentiellement par un accouplement comprenant deux plateaux opposés serrés ensemble par des boulons, une ou plusieurs couches d'une matière telle que de l'amiante à résistivité électrique et thermique élevée 10 étant disposées entre ces plateaux. 7°/ - Appareil selon les revendications 1 et 2 carac -térisé en ce que la pince de serrage des demi-bras est composée de deux plaques opposées, l'une faisant partie intégrante du demi-bras portant le joint en " I " et les deux étant convenablement profilées 15 pour serrer entre eux , sous l'effet de boulons, l'extrémité cylindrique du deri-cras porte-électrode, ce dernier ayant la possibilité d'être orienté d'un angle quelconque autour de son axe. 8°/ - Appareil selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les moyens de riglage agissant en direction verti-20 cale sous les rails de guidage du patin sont constitués par des vérins à roue dentée et à vis sans fin montés sur des supports fixes disposés aux quatre coins de la cuve contenant le bain et ayant effet directement sur la face inférieure des rails longitudinaux qui guident les patins. 25 S0/ - A-ppareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que les rails de guidage longitudinaux font partie intégrante de la cuve mê.-ne contenant le bain.