Brevet FR2004728A1 — publié le 19691128

Ci y U 's 4» ». " . > O L'invention a peur objet des perfectionnements apportés aux fouvs :;roitio3llul,-dr^ïï à slsâtro-lss "bipolaires suspendues servant à la production d'alumini^aa éliotrolytique par êlectrolyse thermique d'alumine dissoute dans des bains en fusion contenant 5 des composés fluorés» Plus exactement, l'invention a pour objet le profil du fond de la cuve des fours multicellulaires, par exemple des fours de type décrit dans le brevet italien U° 659»283* On sait que, alors que dans les fours du type classique 10 ancien (avec anode Soederberg ou anodes cuites) servant à la production d'aluminium par électrolyse thermique d'alumine dissoute dans un bain de cryolithe, la cuve en matière à base de carbone et l'aluminium lui-même agissent comme me cathode et l'aluminium produit" se rassemble au fond de la cuve en formant tin unique dépôt à surface "15 continue^ au contraire, dans les fours multicellulaires mentionnéc plus haut, la cuve joue un simple rôle de conteneur à la fois pour le bain et pour le métal qui se dépose sur le fond de la cuve elle-même après sa séparation à la surface cathodique des électrodes bipolaires et à la cathode terminale* En d'autres termes, alors que 20 dans les fours du type ancien: traditionnel l'unique dépôt métallique est toujours polarisé comme la cathode et que l'énergie électrique le traverse, ceci ne se produit pas, ou ne se produit pas nécessairement, dans les fours multicellulaires. Dans ces derniers s au contraire, si la continuité du 25 dépôt métallique qui se rassemble sur le fond de la cuve n'est pas rompue, une quantité considérable d'énergie électrique est "dérivée* par le métal lui-même (excellent conducteur de courant) ; par conséquent, cette énergie circule en dérivation par rapport à l'ensemble des électrodes et elle est s=ans utilité pour l'opération d'élecUjro-20 lyse. On a déjà proposé, pour éliminer cet inconvénient* de donner au fond du four m profil approprié qui permette au métal de se rassembler en dépôts séparés les uns des autres transversalement à la direction de passage du courant électrique à travers le four* 55 Par exemple, dans le brevet italien N° 659-285 déjà mentionné plus haut, le fond de la cuve du four, qui est recouverte de matière réfractaire et inerte, a un profil tel que des rainures individuelles s'étendent à travers la cuve comme il convient pour recueillir séparément le métal produit par électrolyse et descen— 40 dant par gravité des surfaces cathodiques des électrodes individuel— (AD- ORIGINAL Cea riicores *•*. . •? 3 £C-at i®s dans une œaUè*» ♦ s réfractairs en *orrespc;-.'u»ce n^es les in-'->rvall$s qui séparent les électrodes* 5 En conséquence, use rainure au moins de rassemblement du métal existe pour chaque espace entre électrodes» Eh variante, conformément à un autre brevet italien E® 802 847» les zones où se rassemble le métal fondu peuvent être construites comme des poches ( que l'on appelle aussi poches de 10 rassemblement ou poches de prélèvement) incorporées à des parois ou à des cloisonss ou limite-.?® par celles-ci, en matière ayant une résistance électrique élevée., et qui s'élèvent au-dessus de la sur*» face du fond du four« En ce quJ. concerne le nombre de ces rainures ou de ces 15 pcchss de rassembl-^sîit réaiî.f^es conformément aux breveis rappelés ci-dessus, la condition optimum à observer pour la répartition du dépôt métallique est que ce nombre doit être au moins égal au nombre des espaces entre électrodes et qu'une rainure ou une poche au moins, se trouve en dessous de chacun de ces espaces (c'est-à— 20 dire en-dessous de chaque cellule)o Ces types de profil du fond conformes à la technique connue que l*oa vient de rappeler, bien qu'ils évitent le passage en dérivation du courant à travers le métal déposé, entraînent certains inconvénients découlant justement de la pluralité des po-25 ches de rassemblement ou des rainures, cette pluralité étant nécessaire à la répartition - qui est le but des brevets déjà mentionnés - du dépSt de métal et, réalisant» ainsi l'absence de dérivation du, courant» Ces inconvénients consistent essentiellement en ce qu'il 30 est nécessaire de répéter l'opération de coulée du métal aussi souvent qu'il y a de poches de rassemblement de ce dernier (appelées ainsi pour cette raison), en différents points du four, cette façon de faire obligeant à briser en différentes zones la peau du bain qui se forme à la surface, entre les électrodes et dans les 35 intervalles existant entre celles-ci et les parois de la cuve j la conséquence directe en est une altération de l'équilibre thermique du four» Il sst nécessaire.;, en outre, de déplacer les électrodes (2© distança fui les sépare « appelée "espace interpolaire" - étant 40 de préférence tenus à une valeur minimum de 5 cm) afin de dégager BAD original -J. •**.-**> 69 08321 3 200472S au-dessus de la rainure ou de la poche intéressée, un espace suffisant à 1*introduction d'un dispositif de prélèvement» Toutes les opérations mentionnées ei-dessus, qui doivent évidemment être exécutées pendant que le four est au moins partiel-5 lement découvert - ce qui altère par conséquent son équilibre thermique - entraînent des pertes de temps et des-difficultés opératoires notables. Un autre inconvénient des poches pour,le;rassemblement ou le prélèvement de 1* aluminium en dessous de chaque cellule se 10 rencontre quand les cloisons de séparation ne sont plus aptes à agir comice matière-isolante électriquement en raison de fissures ou d'infiltrations de métal fondue Quand ceci a lieu,,,,deux ou plïi-sieurs poches se trouvent en état de court-circuit électrique et le courant dérivé augmente tandis que le courant utile diminue. 15 Un des buts de la présente invention est de parvenir à un fond de four multicellulaire quis tout en conservant les avan« tages procurés par les fours classiques conformes à la technique antérieure, élimine les inconvénients mentionnés plus haut. L'objet de l'invention est un fond pourfour muXticellu^ 20 laire ayant une cuve réfractai!'® qui évite l'accroissement des courant dérivés à travers le dépôt métallique grâce, à une intexemption de la continuité électrique de la couche de métal sur le fond dé la cuve sans que ceci nécessite le_prélèvement du métal fondu par line pluralité de poches ou de rainures distinctes et sans 25 par-conséquent, que 1*on rencontre les inconvénients qui en résultent» En fait, on a constaté qu'il est suffisant que le fond ait un profil à gradins, mêci® si. les degré*? n'ont qu'une faible • élévation relative pourvu qu'ils aient des niveaux nettement dii^ 30 tincts, de façon que. l'aluminium fondu qui, produit par électroly-se, se dépose sur le fond sous forme d'une couche mince, s'écoule vers le bas en direction d'une poche de rassemblement (ou de plusieurs poches) de manière discontinue, chaque degré provoquant la brisure ety de ce fait, la discontinuité de la couche ou du courant 35 de métal liquide qui s'écoule et ne laissant, en conséquence, aucune possibilité au courant d'être dérivé à travers le métal déposé ou, au moins, réduisant notablement la valeur des courants de dérivation. De cette façon - et ceci est 1'avantage le plus impor-40 tant - il est possible de réduire le nombre des poches de rassem— I BAD ORIGINAL 69 08321 4 20Ô4728 blement et par conséquent» des prélèvements» Il est évident, d'après ce qui a été/mentionné plus haut, qu'il est préférable d'avoir un nombre de pochés de rassemblement aussi faible que possible et même une seule poche, si on peut y 5 parvenir» Bien entendu pour fixer le nombre des poches de rassemblement, on doit prendre en considération le nombre des espaces entre électrodes agissant comme cellules électrolytiques ou, ea d'autres termes, les dimensions du four0 En fait, le nombre des degrés se terminant à une poche 10 de rassemblement dépend d'une part du nombre de cellules que la poche de rassemblement doit desservir et d'autre part, à la fois, de l'aptitude de la matière réfractaire constituant le fond à recevoir le profil à degrés mentionné plus haut, et des dimensions des électrodes bipolaires# 15 Bien entendu, certaines limites sont imposées aussi, en pratique, au nombre de degrés se terminant aux poches de rassemblement par l'épaisseur de la matière réfractaire du fond de la cuve» On comprendra aisément, dans ces conditions, que l'on 20 peut prévoir un plus grand nombre de poches de rassemblement dans des fours ayant un grand nombre d'électrodes bipolaires» De toute façon, il est possible d'adopter au moins trois cellules électrolytiques, ces cellules désignant des espaces entre électrodes, avec une unique poche de rassemblement, ce qui constitue 25 déjà un progrès notable dans le sens de l%unélioration recherchée» En ce qui concerne l'arrangement de la volée des degrés ou des marches faites dans le fond, il est préférable qu'une marche apparaisse à chaque cellule (à l'exception du cas oîi une cellule est nécessairement placée au-dessus de la poche de rassemblement 30 du métal) de telle façon que la "plage" (surface horizontale ou surface de rassemblement) de la marche corresponde à une cellule et que les plages de deux marches contiguës correspondent à deux cellules contigu^So Il est possible que les plages ou surfaces de rassemble-35 ment des marches, mentionnées ci-dessus, ne soient pas parfaitement horizontales: par exemple, on peut adopter une légère inclinaison favorisant l'écoulement du métal en direction de la poche de rassemblement ou une légère inclinaison en sens opposé, c'est-à-dire concave comme un déversoir» La "paroi"(face verticale)de la marche 40 peut ne pas être parfaitement verticale mais présenter seulement BAD ORIGINAL ••• " ■ . ; „ - . - Os.o car-: -- i.'rista..:. r-*ie dîgutr3£ d- L: iirreaiâo^i sorost i-isio^k eoiap:i.i-::-5 au e-«.u.ss ôo la description donaée el^dess^s unigue.uisnt à titre àJexemple et sans i^teaiioa limitativa, âs plu-k sieur ss nodes réalisation de l9is.w-v.;iono On se référera aux anaes:4s dans lesquels s - 7:8. figure 1 est une vue schématique eu ooupe longitudinale d'eus four multicellulaire équipé d'un fond à degrés conforme à 1:invention ne comprenant qu'une poche ds rassemblement$ 10 — la figure 2 et la figure 3 couvrent solifeatiquement ( à «su .-.us gi «^iû.6 - akeUe ) - Les figures 4»5 ©t G itaprsœ'vate&t schématiqiîosentç, «.a coupe .L,.;'5itudinales des ver--' :.te^ -î-? réalisation dss 15 ««La figure 7 est 'vrva vue schématique e» coupe longitu dinale ûh-a Tous: iuuliic&llui; - f-pot xm. fond à degrCs conforme à l'iaveatioa * supii enant deux poauvs de rassemblements - La figure 8 est j>ue vut- schématique en coups longitudinale* dsun etsi four raultieëlX" -isArs ayant un fond à degrés oo>v> 20 forBi« à l'iaveation et prés&utr&îrs ât,ux poiDh.es de raeseml;„eaeii' : Dans 1*exemple d© réalisation, de l°iaveation visiol® sur la figure 1, les degré3 1 (de grande ou de petite dimension) vent en descendant, des eztrémit-?-'? du fera? ea direction de la zoae oeu-traie, où ss trouve vue unique poohs- de rassemblement 2 e^rvant à 25 recueillir et 1 prélever l'alurai^traa fondu qui se sépare du ba±r?o Les figuras 2 et 3 •- - ofcent deux types différente £•■? nés clt ù?:: Les figures 4 à 6 moatisnt schématiquement plusieurs variantes possibles du profil des degrés? conformément à la figure 4, la p3.age -supérieure est inclinée vers le bas et la paroi verti-35 cale est» en réalité, penchée| si-,-:- les figures 5 et 6 la plage est in?lr.aée ou présente un profil e-r.ncave» respectivement à la façon d ' un dévarsc? o -- >.;:ac.vts lo 'zrx>! se r^sa-rble dans ?■■■ ~ ospr-ï'ion^ ou cavit-: s, Ses relies de:? £i^ores. 5 et 6 mais-il eu. oa-bs i:iiiédi^= 40 tFO.snt$ \ .. ell"- vv~ doivent pas être confci-îuss arc-v- BADORIG1NAL >;ritablas poches de' • v-""l- nt à*;*. y':::.-. , dans •' sent appelées aussi "-f.sr-s sh«s cl pr#l?:v-'.^e:vt""o X-?-? profils ??•- r.s doirsat pas i^r^, eon.^iaJrés comme limitatifss par ailleurs? le prei'Ll dos n®?. ;l@ marches s* la f paroi dressés ne fout pas prr*:rsme£t partie •*& iH^venttono Le four !»:û.ti cellulaire représenté ^;&éiuatiq\?e.'n??nt sur la figure 7 présente' ua autr** mode de réalieatioa pratique d« 1H&-TSiiïiLo-:? les degrés 1 descendent à partir de la zone central© 4n four ea direction de -ses extrémités où sont disposées deux poches 10 rassemblement 2 gui recueillent le métal fendu* ï es p.t.G^\ls du foîiâ représenté ne doivent pas êtr-» ccnsi-semms limitatifs maif*-. ssulGrae&t comme de-; exemples s, étant de •-• né que le foad d4^ four ec-a£orme à l8ia*?eatitai peut; Éters d:-vias eoustewatioa dite réeurreat®5 c^st-à-âir© &siï»à oonstruetioa rép C* que l'on signifie ici* ssOLoa l,iaT@ntioag par "se .vépé*??"^ périodeqnsffieat" ©rt mis .en évidence sur la figure 8 montre ra» fora? dont ©n peut penser qu*il est obtenu par la joactioa (or1. "r\ réunion) de deux fours identiques à celui de la - figure 1 o;* 20 pal- »£$3ple9 une aacâfc terminale 8 et uas v-rl^ue czt'r.câv teriiVi-als S ont lté soaserréçso Cette dernière réalisation de l,iaveatioa est particu»» lièremeat approprié© aux fc-urs ayant ua grand nombre de cellules en fait que:. si l'oa devait réaliser un foad ayant le profil -çi Bible ?Ç sur les figures 1 ou 7 daas -on four ayant des dimensions aussi gx&&£ï.- ; la p-oche traie --J-laaeat oa le? â fe-er—s 0c:-'«.isnt t*"»* éloignées de lseasem"?l© des électrode? aci r. ~?e -aar."'" icc élect:o&,: "j-polal^s 5? 1* ri? **■«.« terminale 8 et la oath^ ■ terminale 9c Il est r-'C-Dssairc dsé!?3f':iner le ds la solidifies» tioa du bain électrciytiqu© 6, colmatage de la poche ou des poches de rassemblornent ainsi que 1* impossibilité tpi sa résulterait de prélever pratiquement le métal prodxiit Avec le mode de réalisation pratique de l'invention re-35 présci„!:s scliématiqueiaeat bvù:- la figure 8, il 6et t"*ès possible d*u-tili?&r Sir cellules avec seulement deux poches de rassemblement s-5;.. - "^peadaat, qua ces peuies soient y.-.--ses éloigaéss de* l^nseia--.-^relytimî-: pour prdroguer les i;v-:0*dYéaieats crue l'on vient ci 40 On aotera que 1er fours urult.tcellulai.res dessinés sellé--&==■ BAD ORIGINAL 69 08321 7 2004728 tiquement sur les figures 1,7 et 8 représentant un arrangement préféré de la volée de degrés ou de marota.es, de grande ou de petite dimension, par rapport à l'ensemble des électrodes, cet arrangement laissant une plage plane pratiquement horizontale des degrés pour 5 recueillir l'aluminium en correspondance avec chaque intervalle électrolytique (ou cellule) 7» si "bien que les plages (ou surfaces horizontales ou pratiquement horizontales) de deux degrés successifs correspondent à deux cellules contigu^s. Il est évident que toute variante ou tout mode de cons-10 truction équivalent ne sortirait pas du cadre de l*invention, à la fois en ce qui concerne, par exemple, le nombre aussi bien que le profil des degrés et le choix de la matière inerte et électriquement isolante dans laquelle les degrés sont pratiqués (on peut employer par exemple des éléments spéciaux profilés en matière 15 réfractaire à base de carbure de silicium allié à du nitrure de silicium). Il doit être entendu aussi que les transpositions analogiques faites à des fours différents de ceux pris comme exemples pour les besoins de la description ne sortent pas du cadre de l'invention* 69 08321 è 2004728 REVENDICATIONS 1) Four multicellulaire à électrodes bipolaires suspendues pour la fabrication d'aluminium par électrolyse thermique dfalumine dissoute dans des bains en fusion contenait des composés fluorés, équipé d'une cuve en matière réfractaire électrique- 5 ment isolante avec un fond présentant des rainures et des poches pour le rassemblement et le prélèvement de l'aluminium produit par l'opération d'électrolyse, caractérisé en ce que les rainures ou les poches de rassemblement sont en nombre inférieur à celui des cellules ou espaces entre électrodes, le fond ayant en outre un 10 profil à degrés et chaque degré comprenant une face ou plage, pratiquement horizontale et une face pratiquement verticale tandis que l'ensemble des degrés descend en direction des rainures ou des poches de rassemblement. 2) Four selon la revendication 1, caractérisé en ce que 15 le rapport entre le nombre des poches de rassemblement et le nombre des cellules est inférieur ou égal à 1 : 3» 3) Four multicellulaire selon lés revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la plage des marches est légèrement inclinée dans une direction qui favorise la descente du métal en direction 20 de la poche de rassemblement de ce dernier. 4) Four multicellulaire selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la plage des marches est légèrement in'clinée en sens opposé à la direction d'écoulement du métal vers la poche de rassemblement de ce dernier. 25 5) Four multicellulaire selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la plage des marches est légèrement en dé-' pression avec un effet analogue à celui d'un déversoir. 6) Four multicellulaire selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, caractérisé en ce que la face dressée 30 des marches a une élévation en projection verticale. 7) Four multicellulaire selon les revendications 1,2, 3, 4, 5, 6, caractérisé en ce qu'à chaque cellule, à l'exception de celle située au-dessus de la poche de rassemblement du métal, il existe un seul degré de sorte que la plage de ce dernier cor- 35 respond à une cellule déterminée si bien que les plages de deux degrés successifs correspondent à deux cellules contiguës. B) Four multicellulaire selon l'une quelconque des re- ' ' iuU -T s C café or_s "* :is - 4s 5, 6, 7? caractérisé en ce que le nés des marchés ou degrés présente une partie saillante qui. favorise la rupture de la couche ou du courarro de métal liquide qui coule vers le point le plus bas, ou vers les points les plus bas, du 5 fond de la cuve du four. 9) Four multicellulaire selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, h, 5, 6, ?, S, caractérisé en ce que les degrés vont en descendant à partir des extrémités de la cuve du four en direction de sa zone centrale où se trouve unique 10 poche de rassemblemant du mê'&al rc-adu 0 10) Four multicellulaire selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5. 6, 7, 8S caractérisé en ce qu® les degrés vont en descendant à partir de la zone centrale de 2a cuve du four en direction de ses extrémités où se trouvent deux 15 poches de rassemblement du métal fondu3 11) Four multicellulaire caractérisé en ce que son fond est d'une construction récurrente qui répète périodiquement ^'uns. c|ueico«^ue. , le fond défini par des revendications precedentes. BAD ORIGINAL Uî»,