Brevet FR2278784A1 — publié le 19760213

La cathode des fours industriels à électrolyse connus pour l'obtention de l'aluminium est constituée de blocs de carbone de conductibilité électrique identique noyés dans les barres d'acier destinées à la conduction du courant électrique. Le courant d'électrolyse provenant de l'anode traverse verticalement l'électrolyte et il est dévié ensuite vers les parois latérales de la cellule d'électrolyse lorsqu'il pénètre dans la couche d'aluminium en fusion recouvrant le carbone cathodique, la couche d'aluminium présentant une conductibilité 2300 fois supérieure à celle des blocs de carbone. Le courant électrique sort ainsi des barres d'acier cathodique par les blocs cathodiques.Ceci a pour conséquence que le fond du four, en-dessous des anodes au voisinage de l'axe longitudinal du four, est sous-chargé électriquement et thermiquement, tandis que ce fond est surchargé électriquement et thermiquement dans la région des parois latérales du four. I1 est d'autre part connu que l'introduction d'oxyde d'aluminium dans le four à électrolyse peut avoir lieu aussi bien le long des parois latérales du four que dans la région de l'axe médian longitudinal. Dans un four à électrolyse dont le service se fait le long d'une paroi latérale, la surcharge thermique dans la zone des parois latérales du four est compensée par la consommation de chaleur due à la solution de l'oxyde d'aluminium, de telle sorte qu'il en résulte une chute de température du milieu du four vers les parois latérales. Ceci a pour effet la formation d'une croute d'électrolyte solidifié sur les parois latérales, cette croute protégeant le revetement de carbone des parois latérales du four de l'action corrosive de l'électrolyte en fusion. L'épaisseur de la croûte dépend de plusieurs paramètres tels que par exemple la quantité d'oxyde d'aluminium introduit par unité de temps. En l'absence de cette couche protectrice l'utilisation prolongée d'un four à électrolyse s' avère impossible. Dans les fours à électrolyse dont la charge d'oxyde d'aluminium s'effectue dans l'axe longitudinal du four, l'effet thermique dû à l'augmentation de la densité de courant cathodique le long des parois latérales du four se développe complètement ; contrairement au cas des fours à charge latérale cité précédemment, on a ici une chute de température des parois latérales vers l'axe médian du four. Ceci signifie qu'un four à charge médiane présente une tempé- rature plus élevée dans la zone des parois latérales que dans la partie médiane en raison de l'absence de consommation de chaleur dû à la solution de l'o*de d'aluminium. I1 ne peut ainsi se former que difficilement ou même pas du tout de couche protectrice d'électrolyte solidifié sur les parois latérales de carbone du four à électrolyse. La présente invention a précisément pour but de remédier à ce défaut par des moyens assurant une distribution telle du courant cathodique dans le four à électrolyse, que la croûte d'électrolyte nécessaire à la protection du four contre l'érosion se forme de la manière désirée. A cet effet, le four à électrolyse de l'aluminium selon l'invention, comparer nant des anodes et une cathode en blocs de carbone de conductibilités identiques, est caractérisé en ce que la surface de la cathode tournée vers l'anode est coupe verte partiellement par une couche d'un matériau non conducteur de l'électricilÉi Le matériau non conducteur doit résister à l'aluminium en fusion et doit être adapté à la dilatation des blocs de carbone cathodiques. A cet effet, des matériaux tels que des céramiques ou des pisés réfractaires damés, tels que du carbure de silicium, de la magnésite, du corindon ou du carbure de silicium et du nitrure de silicium, introduit ou damé dans des creusures prévues à cet effet dans la surface de la cathode, se sont avérés particulièrement indiqués. On peut considérer, dans une certaine mesure, comme surprenante l'amélioration des conditions de fonctionnement du four résultat de la combinaison de blocs de carbone conducteurs avec une céramique non conductrice. Dans tous les cas cette combinaison permet de réaliser un progrès notable. Le dessin annexé représente, à titre d'exemple non limitatif, deux formes d'exécution de l'invention. La figure 1 représente une vue en coupe transversale d'un four à électrolyse selon la première forme d'exécution. La figure 2 représente une vue en coupe transversale d'un four à électrolyse selon la seconde forme d'exécution. Dans le four représenté à la figure 1, la charge d'oxyde d'aluminium s'effectue au moyen du tube d'amenée 7 le long de la paroi latérale En-dessous de la couche d'oxyde d'aluminium 6 recouvrante et introduite en continu ou par charges successives, se trouve l'électrolyte en fusion 3 et en-dessous de celuici la couche d'aluminium fondu 4. On a représenté schématiquement l'anode 1, la cathode 2 et les barres d'acier 10 reposant sur le fond 11 du four. La cathode 2 est recouverte partiellement d'une.couche non conductrice 9 qui a pour effet de dévier la totalité du courant d'électrolyse en direction des parois latérales du four comme indiqué par les flèches 5.La chaleur ainsi libérée pour la solution et la réduction de l'oxyde d'aluminium introduit est consommée de manière suffisante pour qu'une couche de protection d'électrolyte solidifié 8 se forme sur les parois laterales, l'épaisseur de cette couche étant adaptée 3 l'équilibre thermique du four. Dans le four représenté à la figure 2 la charge d'oxyde d'aluminium est introduite dans l'axe médian du four. Dans une telle exécution les parois latérales du four doivent être déchargées électriquement et thermiquement en faveur de la surface cathodique se trouvant en-dessous des anodes 12. L'oxyde d'aluminium est accumulé dans un silo 20 monté entre les anodes 12. L'oxyde d'aluminium est introduit en continu ou par charges successivesdans le four où il forme une couche recouvrante 22. Dans le four on reconnaft successivement l'électrolyte 15, l'aluminium fondu 16, la cathode 13 et les barres d'acier 14 et le fond du four 23. I1 est prévu en putre un ciseau de charge 21 permettant la rupture de la croûte d'électrolyte. Les parties latérales de la surface de la cathode sont recouvertes d'une couche non conductrice de l'électricité 17 qui oblige le courant de l'électrolyse à se diriger verticalement en direction des blocs de carbone cathodiques. On obtient ainsi l'établissement d'une chute de température favorable au processus d'électrolyse, de la partie médiane du four vers les parois latérales. La chaleur se développant exclCzsivement sous la table anodique par le passage du courant est consommée de manière continue sous la forme d'énergie de désintégration et de solution de l'oxyde d'aluminium de telle sorte que sur les parois latérales du four il s'établit une température assez basse pour qu'il puisse se former une couche de protection 19 d'électrolyte solidifié dont l'épaisseur est déterminée par l'équilibre thermique du four. REVENDICATIONS 1. Four pour l'électrolyse de l'aluminium comprenant des anodes et une cathode constituée de blocs de carbone de même conductibilité, caractérisé en ce que la surface de la cathode tournée vers les anodes est partiellement recouverte d'une couche en matériau non conducteur de l'électricité. 2. Four à électrolyse selon la revendication 1, dans lequel la charge en oxyde d'aluminium s'effectue le long des parois latérales du four, caractérisé en ce que la cathode est revêtue dans la zone faisant face aux anodes, d'une couche de matériau non conducteur de l'électricité. 3. Four à électrolyse selon la revendication 1, dans lequel la cherge d'oxyde d'aluminium s'effectue dans la partie médiane du four, caractérisé en ce que la cathode, dans les zones s étendant entre la partie de la cathode faisant face au bord extérieur des anodes et le bord extérieur des blocs cathodiques, est recouverte d'une couche de matériau non conducteur de l'électricité. 4. Four à électrolyse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la couche non conductrice de l'électricité est constituée par un matériau céramique dont le coefficient de dilatation thermique correspond au coefficient de dilatation thermique du matériau cathodique. 5. Four à électrolyse slon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la couche de matériau non conducteur de l'électricité est constituée par un pisé réfractaire dame dont le coefficient de dilatation thermique correspond au coefficient de dilatation thermique de la masse cathodique. 6. Four à électrolyse selon la revendication 5, caractérisé en ce que le pisé réfractaire damé est un carbure de silicium. 7. Four à électrolyse selon la revendication 5, caractérisé en ce que le pisé réfractaire damé est de la magné site. 8. Four à électrolyse selon la revendication 5, caractérisé en ce que le pisé réfractaire damé est du corindon.