Brevet FR2104781A1 — publié le 19720421

La présente invention concerne un dispositif de contrôle continu nu de la température d'un bain dans une cuve de préparation de 1'aluminium du type Hall. L'aluminium est produit principalement dans des cuves électrolytiques parfois dénommées "marmites". Ces cuves sont en général des récipients rectangulaires peu profonds comportant une enveloppe extérieure d'acier entourant un revêtement en charbon placé au fond, et des parois latérales également en charbon. Des barres en acier collectant le courant cathodique sont noyées dans le revêtement du fond. Une couche d'aluminium fondu se trouvant au fond de la cuve est recouverte d'une couche d'un mélange de cryolite et d'alumine fondues. Les anodes en charbon sont en général placées de manière a plonger dans la couche de cryolite et d'alumine.Un courant continu provenant des anodes traverse la couche de sels fondus et, dana ces conditions, l'alumine est décomposée en oxygène qui se combine au charbon des anodes et en aluminium métallique fondu qui, plus dense que le bain de cryolite et d'alumine se trouvant dans la cuve, forme une couche au fond de celle-ci. La productivité d'une cuve électrolytique est liée en particulier a une régulation précise de la température du bain. Des tenta tives antérieures de régulation automatique de la productivité d'une cuve électrolytique étaient basées sur la mesure de la résistance électrique de cette cuve. Cependant, les résultats n'ont pas été très satisfaisants, car la résistance de la cuve varie avec sa température. Des tentatives antérieures de contrôle continu de la température de la cuve ont également échoué. Les pyromètres optiques étaient d'un emploi difficile i cause de la présence de gaz gênants et des variations de température du point visé. L'introduction de puits thermométriques a poste fixe présente de sérieux inconvénients : ils se brisent très rapidement. Lorsqu'un puits thermométrique est introduit par dessus dans la couche supérieure fondue de cryolite et d'aluminessl doit traverser une croûte d'un mélange solidifié de cryolite et d'alumine, dont la température varie entre la température ambiante du local où se trouve la cuve et celle du mélange fondu de cryolite et d'alumine a environ 9750C et est ainsi dans une zone de variations extrêmement rapides de la température et de la composition chimique de l'ambiance.Il est également exposé a des risques très sérieux du point de vue mécanique, car il est de pratique courante de briser à intervalles assez réguliers la croûte qui se forme en général a la surface du bain dans la cuve. I1 arrive souvent que'les outils utilisés pour briser cette croate viennent heurter les puits thermométriques et les brisent également. L'invention a pour objet une cuve de préparation de l'aluminium du type Hall, comportant un dispositif de controle continu de la température du bain qu'elle contient. D'autres objets et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en référence au dessin annexé dans lequel la figure 1 est une coupe partielle d'une cuve de préparation de l'aluminium; et la figure 2 est une vue en élévation latérale partielle d'une cuve de préparation de l'aluminium. Selon l'invention, un bloc de graphite percé d'un trou est logé dans une des parois latérales de la cuve de préparation de l'aluminium. Un puits thermométrique réfractaire est placé dans redit trou et aligné sur une ouverture de l'enveloppe d'acier de manière'que l'extrémité antérieure dudit puits thermométrique soit au-dessus du revêtement constituant le fond de la cuve. Ce puits thermométrique est destiné à loger et à entourer le pyromètre utilisé. L'axe du trou sus-mentionné est de préférence sensiblement parallèle (mais ce n'est pas limitatif) à la surface du revêtement du fond de la cuve. De plus, ce puits thermométrique a une longueur suffisante pour s'enfoncer au delà du bloc de graphite dans la cuve, à une profondeur suffisante pour traverser la couche de matière solidifiée adhérant à l'intérieur de la paroi de la cuve.Ce puits thermométrique a de préférence une forme cylindrique et est réalisé en nitrure de silicium ou de bore. En variante, ce puits thermométrique peut être réalisé en diborure de titane ou en diborure de zirconium. Les dessins représentent une cuve de préparation de l'aluminium comportant une enveloppe 10 extérieure d'acier et un revêtement 11 du fond en charbon ainsi que des parois latérales 14 en charbon plus un revêtement calorifuge 12. Un bloc de graphite 16 percé d'un trou 17 est incorporé à une des parois latérales de la cuve. Un puits thermométrique 18 cylindrique réfractaire est placé de manière à être aligné avec un trou de l'enveloppe métallique et traverse le trou 17. L'ouverture pratiquée dans l'enveloppe métallique est obturée par une garniture étanche & l'air 9 travers laquelle on fait passer le dispositif pyrométrique. L'extrémité antérieure 19 du puits thermométrique se trouve au-dessus du revetement 11 du fond. Comme on le voit, l'axe du trou 17 et celui du puits thermométrique sont sensiblement paralldles (sans que cela soit limitatif) a la surface supérieure du revêtement 11 du fond.Le puits thermométrique réfractaire est de préférence réalisé en nitrure de silicium ou en nitrure de bore, cependant, on a observé que le diborure de titane ou le diborure de zirconium sont également des matériaux acceptables. On a observé que tous les matériaux ci-dessus résistent suffisamment à l'action corrosive des composants du bain. Pour surveiller en permanence la température du bain, on introduit un thermocouple dans le puits thermométrique protecteur. Le puits thermométrique selon l'invention permet de contrôler en continu la température du bain de manière pratique et assez simple. On notera que l'emplacement du puits thermométrique est éloigné de l'intersurface aire-bain fortement corrosive. De plus, cet emplacement est tel que le puits thermométrique est éloigné des zones de la cuve dans lesquelles on brise la croûte. I1 va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'a titre illustratif, mais non limitatif, et qu'elle est susceptible de diverses variantes et modifications entrant dans son cadre et dans son esprit. REVENDICATIONS 1. Cuve de préparation de l'aluminium du type Hall, comportant un revêtement en charbon au fond ainsi que des parois latérales en charbon, ledit fond et lesdites parois latérales étant entourées d'une enveloppe extérieure en métal, ainsi qu'un dispositif de contrôle continu de la température, caractérisée en ce qu'elle comprend un bloc de graphite percé d'un trou, ledit bloc étant placé dans une des parois latérales et un puits thermométrique passant par une ouverture de l'enveloppe métallique et par ledit trou et l'extrémité antérieure dudit puits thermométrique se trouve au-dessus dudit revêtement du fond, ledit puits thermométrique étant destiné à loger et à entourer un dispositif pyrométrique. 2. Cuve selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'axe dudit trou est pratiquement parallèle au revêtement du fond de la cuve. 3. Cuve selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'extrémité antérieure du puits thermométrique pénètre dans la cuve au delà du bloc de graphite. 4. Cuve selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit puits thermométrique a une forme cylindrique et est réalisé en nitrure de silicium, en nitrure de bore, en diborure de titane ou en diborure de zirconium.