Brevet FR2527647A1 — publié le 19831202

DISPOSITIF AMDVIBLE D'ALZ* 7 Itt ION 1 p OC 1 U EN MUMIE D'UNE CUVE D' EI Ri LYSE CUR LA PRODUION D'ALUMINM La présente invention concerne un dispositif amovible d'alimentation ponctuelle en alumine d'une cuve d'électrolyse pour la production d'aluminium par le procédé Hall-Héroult. Au cours de ces dernières années, on a progressivement automatisé le fonctionnement des cuves de production d'aluminium, tant pour en amé- liorer le bilan énergétique et la régularité de marche, que pour li- miter les interventions humaines et améliorer le rendement de captage des effluents fluorés. Un des facteurs essentiels, pour assurer la régularité de marche d'une cuve de production d'aluminium par électrolyse d'alumine dissou- te dans la cryolithe fondue, est la cadence d'introduction de l'alu- mine dans le bain. Jusqu'à une époque récente, l'alimentation en alumine était effectuée en déposant l'alumine sur la croûte d'électrolyse figée recouvrant la cuve et en brisant périodiquement cette croûte au royen de piqueurs, ce qui entraînait la chute de l'alumine dans le bain en quantité im- portantes et mal contrôlées. De tels procédés ont été décrits, par exemple, dans les brevets fran- çais 1 245 59 &, 1 526 766, 2 036 896 au nom de PECHINEY (correspon- dant respectivement aux brevets américains US 3 216 918, 3 372 106, 3 679 557). On tend maintenant à effectuer l'alimentation en alumine de façon con- trôlée et régulière, de façon à maintenir en permanence la concentra- tion en alumine de l'électrolyte dans une fourchette prédéterminée, en vue d'obtenir le meilleur rendement possible. Pour celà, l'alumine est introduite en doses successives, de poids con- trolé, dans un ou plusieurs orifices maintenus ouverts en permanence dans la croûte d'électrolyte (systêie dit "d'alimentation ponctuelle"). -2- De tels systèmes ont été décrits, en particulier, dans les brevets français n 2 099 343 (AICA), 2 264 098 (NIPPON LIGHT METALS) et dans les brevets américains US 3 400 062 (ALCOA), US 3 689 229 u(AOA) et FR 2 465 016 (ALUSUISSE), 2 483 964 et 965 au nom d'Al IN Itq M DE GRECE et 2 487 386 au nom d'ALUMINIUM PECHINEY Ils sont généralement constitués par un moyen de stockage et par un moyen de distribution de l'alumine sur les cuves, en un ou plusieurs points, le moyen de distribution de l'alumine étant souvent combiné avec le moyen de perçage de la croûte d'électrolyte figé. Le tmoyen de stockage peut être du type centralisé avec distribution sur chaque cuve par aéroglissière, transport pneumatique, ou fluidisé, ou du type local, avec une ou plusieurs trémies par cuve, que l'on vient réalimenter périodiquement. I L'inconvénient de ces systèmes, surtout lorsque la trémie est fixe, réside dans la difficile accessibilité des dispositifs de perçage de la croûte et de dosage et distribution d'alumine qui, en raison du caractère abrasif de oe produit, nécessitent des opérations d'entre- tien relativement fréquentes, que l'on est obligé d'effectuer directe- ment sur la cuve, dans des conditions très difficiles, en raison de la chaleur, des émanations de gaz fluorés et du potentiel électrique sur les superstructures, et des champs magnétiques élevés qui provo- quent des collages des outils et des manipulations difficiles. Pour résoudre ce problème, on a prcposé de rendre amovible, ou mobile sur un rail intégré à la superstructure, la trémie ou l'ensemble de la trémie du piqueur et du doseur. Mais, le systène de trémie amovible présente de nombreux inconvénients. Il coûte cher à réaliser car il oblige à assurer 1 ' interchangeabilité de pièces de grandes dimrensions, d'o la nécessité de tolérances de fabrication très étroites Il faut prévoir, hors des cuves, le stockage de trémies de rechange et des trémies en cours de réparation, ce qui nécessite des supports apprcpriés et occupe de la place dans les bâtiments. -3- En outre, l'acier de la tréme ne participe pas à la résistance de la superstructure des cuves ni à la réalisation des hottes d'aspiration des gaz La capacité des trémies amovibles est réduite très sensible- ment (jusqu'à 30 %) par les jeux nécessaires aux opérations d'échange. Les opérations de remplissage des trémies sont donc fréquentes et la sécurité de fonctionnement moindre. Au mcrent de l'échange d'une trémie hors d'usage, ou du démontage d'une trémie pour accéder aux dispositifs de piquage et de dosage, il faut vider l'alumine, puis remplir d'alumine la trémie mise en place pour qu'elle entre en service Ces transvasements d'alumine provoquent des envolements préjudiciables au bon fonctionnement des mécanismes de cuve et aux conditions de travail Ils augmentent la durée de l'inter- vention, donc du manque d'alimentation en alumine de la cuve. En outre, la liaison entre la trémie amovible et la superstructure de la cuve doit être aussi étanche que possible aux gaz de cuve pour amé- liorer le rendement de captacge Cette étanchéité est délicate à réali- ser sur des pièces d'aussi grandes dimensions. Enfin, le concept de trémie amovible a pour conséquence inévitable la présence d'alumine dans l'atelier d'entretien, car la vidange parfaite des trémies n'est pas possible Il faut donc s'entourer de précautions particulières pour éviter de contaminer par l'alumine, très abrasive, les outillages, les machines et les pièces dont on assure l'entretien. La présente invention permet de surmonter tous ces inconvénients Elle a pour objet un dispositif amovible d'alimentation ponctuelle en alu- mine d'une cuve pour la production d'aluminium par électrolyse d'alumi- ne dissoute dans de la cryolithe fondue, comportant une trémie métalli- que fixe intégrée à la superstructure de la cuve par un moyen de liaison étanche aux gaz éemis par la cuve, un moyen de perçage d'un orifice dans la croûte d'électrolyte figé qui, en fonctionnement nor- mral, reccuvre la surface de la cuve, et un moyen d'alimentation dans l'orifice de doses contrôlées d'alumine Dans ce dispositif, la trémie fixe est -unie d'un orifice inférieur pour la sortie de l'alumine et coaporte un fourreau rétallique étanche, dont la partie supérieure est -4- ouverte et arrive au roins au niveau de la partie supérieure de la trémie et dont la partie inférieure comporte deux branches, sensible- ment parallèles, la première branche débouchant à l'extérieur de la trémie, et la deuxième branche débouchant, à sa partie inférieure, à l'intérieur de la trémie et à proximité irmndiate et dans l'axe de l'orifice de sortie. Le moyen de perçage est placé dans Iapremière branche du fourreau et le moyen d' alrentation en alumir e est placé dans la deuxième branche du fourreau; ils sont, en outre, fixes à leur partie supérieure, à un support commun qui vient en appui sensiblement étanche sur l'ouver- ture supérieure du fourreau métallique L'orifice-de sortie de la tré- mie se prolonge par un royen tubulaire qui débouche à proximité immé- diate et au-dessus de l'orifice de la cro Qte d'électrolyse. Le moyen de dosage de l'alumine est du type volumétrique et comporte un corps tubulaire de volume prédéterminé, muni à sa partie supérieure et à sa partie inférieure, de moyens d'obturation commandés La partie supérieure du corps tubulaire débouche au niveau de l'espace situé en- tre l'extrémité inférieure de la deuxième branche du fourreau et l'ori- fice de sortie de la trémie, tandis que la partie inférieure du corps tubulaire débouche dans le moyen tubulaire fixé audit orifice de sortie. Les figures 1 à 3 illustrent la mise en oeuvre de l'invention. La figure 1 est une coupe verticale, en travers, de la trémie. La figure 2 est une coupe verticale du doseur proprement dit. La figure 3 est une coupe en long de la trémie, comportant le disposi- tif amovible de perçage et d'alimentation ponctuelle objet de l'in- -30 vention. La trémie ( 1) de stockage de l'alumine est intégrée aux poutres hori- zontales ( 2) formant la superstructure de la cuve, les deux faces in- ternes ( 3) des poutres ( 2) constituant les parois latérales de ia trémie Les poutres ( 2) supportent, en particuliier, les anodes et leur système de réglage de hauteur et d'alimentaticn électrique. La trémi e ( 1) caoporte un fourreau ( 4) en tôle d'acier qui la traverse -5- de haut en bas Le fourreau peut être disposé vers le centre de la trémie et, de préférence, au-dessus du point le plus bas Il peut éga- lement s'appuyer sur une des parois. La partie supérieure ( 5) du fourreau est raccordée à un chassis ( 6) qui sert de support, pour la fixation sur la cuve ou pour la manutention, au piqueur, au doseur et aux distributeurs de commande des vérins Il réalise, de plus, l'étanchéité entre Iapartie supérieure ( 5) du loge- ment et l'intérieur de la trémie ( 1). La partie inférieure ( 7) est ramifiée en deux branches parallèles ( 8) et ( 9) La première ( 8) reçoit le moyen de perçage de la croûte C'est un simple tube, étanche par rapport à la trémie ( 1), qui permet le passage du piqueur ( 10) entièrement assemblé La seconde ( 9) reçoit le distributeur-doseur ( 11) Elle se termine à proximité immédiate et dans l'axe de l'orifice de sortie ( 12) de la trémie Cet espace ( 13) de quelques centimètres a pour fonction de laisser passer l'alumine de la trémie vers l'entrée ( 14) du doseur ( 15) A la sortie ( 16) du doseur est soudé un tube ( 17) dont le niveau supérieur dépasse un peu le fond de la trémie La base de ce tube débouche dans une goulotte ( 18) qui dirige l'alumine vers le trou foré dans les croûtes par le piqueur ( 10). L'ensemble distributeur-doseur (l 1) comporte: un vérin pneumatique ( 19) fixé sur son fond arrière par l'intermé- diaire d'un ressort ( 20) sur le chassis ( 6) Le ressort assure une liaison élastique du doseur sur le chassis, et permet de comprimer le doseur sur le fcond de la trémie; - une rallonge ( 21) qui porte les clapets ( 22) ( 23) du doseur et qui sert aussi d'évent; un pot de dosage volumétrique ( 15), constitué par un corps tubulaire ( 26) dans lequel coulisse une tige ( 27) actionnée par le vérin ( 19). Cette tige est munie de deux obturateurs conicques ( 22) ( 23) qui coo- pèrent avec deux portées coniques ( 28) ( 29) sur lesquelles ils peu- vent alternativement venir en appui de façon sensiblement étanche. Le corps tubulaire ( 26) et le coros supérieur ( 9) sont réunis coaxia- lement par une pluralité de nervures ( 30) laissant entre elles de lar- ges espaces entre lesquels 1 'alumie s'écoule spontanément par gravité -6lorsque l'obturateur ( 23) est en position haute, de façon à remplir le corps tubulaire dont la capacité correspond à une dose unitaire d'alu- mine. Sous l'action du vérin ( 9), la tige centrale ( 27) amine l'obturateur ( 23) en position basse, sur la portée ( 29), tandis que l'obturateur ( 22) quitte sa portée ( 28) et permet ainsi à la dose d'alumine de s'écouler par l'intermédiaire du tube ( 17) et de la goulotte de dis- tribution ( 18) directement dans l'orifice foré dans une croûte d'élec- trolyte par le perceur ( 36). Le pot de dosage ( 15) comporte une collerette ( 31) qui sert d'appui du doseur sur le rebord interne ( 32) de l'orifice ( 12) de la trémie et qui réalise une chicane pour éviter le passage d'alumine lorsque le doseur est en place Le piqueur ( 10) couporte: un vérin pneumatique ( 33) fixé par son fond arrière sur le chassis ( 6) au moyen d'un boulonnage isolant ( 34), une rallonge de tige ( 35) qui porte un outil ( 36) de perforation de la croûte, un guide de la rallonge ( 35), qui porte un patin isolant ( 38) et le râcleur ( 39) qui permet, lors de la remontée de l'outil de perfora- tion ( 36) de détacher les croûtes d'électrolyte qui auraient pu y adhérer. La centrale pneumatique de commande des vérins est placée dans un lo- gement ( 40) aménagé au scamet du dispositif. Les liaisons des distributeurs au piqueur et au doseur sont internes au dispositif. Une queue de raccordements pneumatique et électrique de la centrale à la cuve est disposée sur le côté de la cuve, de façon à être manoeu- vrée sans monter sur la cuve. L'échappement de l'air coeprimé se fait dans le logement ( 40) au moyen d'un silencieux ( 4 '). Enfin, la trémie ( 1) possède, à sa paxlrtie supérieure, un orifice de remplissage obturable, non représenté, par lequel elle est réalimentée -7périodiquement en alumine, à partir d'un stockage central, soit par un transport pneumatique ou fluidisé, du type aéroglissière, soit à partir d'un conteneur amené par un pont roulant, de façon habituelle. Le dispositif, objet de l'invention, fonctionne de la façon suivante: Lorsqu'on veut procéder à l'échange d'un ensemble piqueur-doseur, le dispositif en plaoe sur la cuve est mis hors service, les commandes électriques sont interrompues, l'alimentation en air comprimé est dé- connectée Un palonnier spécial vient se positionner sur la cuve au- dessus du dispositif concerné, et un encliquetage automatique se ver- rouille sur un anneau ( 42) aménagé sur le chassis support Ce palon- nier porte aussi une clé pneumatique qui desserre le verrouillage du dispositif sur la superstructure. Un opérateur ouvre un capot de la cuve en face du dispositif d'alimen- tation en alumine concerné Au moyen d'une rallonge, il place sous la goulotte d'alumine ( 18) un récipient qui peut être maintenu sous cette goulotte par un accrochage sommaire. Le dispositif de piquage et d'alimentation peut alors être enlevé. L'alumine s'écoule alors par l'orifice ( 12) du fond de trémie et la goulotte, jusqu'à ce que le récipient placé sous la goulotte soit plein Il se crée alors un siphon d'alumine qui stoppe naturellement son écoulement La trémie d'alumine reste aussi pleine. Le dispositif défectueux est entreposé sur un ratelier spécial pour être acheminé à l'atelier d'entretien Un dispositif en état de mar- che est saisi par le même palonnier Il est introduit dans le logement vide jusqu'à ce que la base du doseur bute sur l'alumine qui se trouve alors à la base de la trémie dans l'orifice du doseur. On enlève alors le récipient placé sous la goulotte L'alumine cammen- ce à s'écouler et, simultanément, le distributeur-doseur ( 11) prend sa place dans l'orifice ( 12) à la base de la trémie Le poids de l'en- semble du dispositif comprire alors par 1 ' intermédiaire du ressort ( 20) le doseur ( 11) sur son siège ( 32), et l'écoulement d'alumine cesse On a ainsi laissé s'écouler dans la cuve entre 2 et 5 kg d'alu- mine au maxirmum On resserre le verrouillage du dispositif Les -8 connexions pneumatiques et électriques sont rétablies Le système est remis en service La perturbation apportée à la cuve d'électrolyse par cet échange peut être considérée carme insignifiante. La mise en oeuvre de l'invention présente un autre avantage; ii est possible de prévoir, par exetple à la partie supérieure de la trémie, un étranglement ( 43) qui forme, avec la paroi interne des poutres ho- rizontales ( 2), une gaine ( 44) que l'on peut utiliser commute collec- teur principal des gaz émis par la cuve On économise ainsi la imoitié de la tôle d'acier nécessaire à la réalisation de ce collecteur. 9 9- REVENDICATIONS 1 / Dispositif amovible d'alimentation ponctuelle en alumine d'une cuve pour la production d'aluminium par électrolyse d'alumine dissoute dans de la cryolithe fondue, comportant une trémie métallique fixe sup- portée par des poutres métalliques horizontales formant la superstruc- ture de la cuve, un moyen de perçage d'un orifice dans la croûte d'électrolyte figé qui, en fonctionneent nonrmal, recouvre la surface de la cuve et un moyen d'alimentation dans l'orifioe, de doses contrô- lées d'alumine, caractérisé en ce que la trémie fixe ( 1) est intégrée aux poutres métalliques horizontales ( 2) qui constituent, au moins partiellement, ses parois latérales ( 3) et en ce qu'elle est munie d'un orifioe inférieur ( 12) pour la sortie de l'alumine et ccporte un fourreau métallique étanche ( 4) dont la partie supérieure est ou- verte et arrive sensiblement au niveau de la partie supérieure de la trémie et dont la partie inférieure ccamporte deux branches ( 8) ( 9) sensiblement parallèles, la première branche ( 8) débouchant à l'exté- rieur de la tr(mie, et la deuxième branche ( 9) débouchant, à sa par- tie inférieure, à l'intérieur de la trémie à proximité immédiate et dans l'axe de l'orifice de sortie ( 12) de l'alumine. 2 / Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de perçage ( 10) ( 36) est placé de façon amovible dans la première branche ( 8) du fourreau et en ce que le moyen d'alimentation ( 11) en alumine est placé de façon amovible dans la deuxième branche ( 9) du fourreau. 3 / Dispositif selon revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de perçage ( 10) ( 36) et le moyen d'alimentation ( 11) en alumine sont fixés,à la partie supérieure, à un support ( 6) qui vient en appui sen- siblement étanche sur l'ouverture supérieure du fourreau métallique. 4 / Dispositif selon revendication 3, caractérisé en ce que le sup- port ( 6) est coranmun au rmoyen d'alimentation et au moyen de pergage. / Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'orifice de sortie de la trémie ( 12) se prolonge 10- par un moyen tubulaire ( 17) ( 18) qui débouche à proximité immédiate et au-dessus de l'orifice de la croûte d'électrolyte. 6 / Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le moyen de dosage ( 15) de l'alumine est du type volumétrique et comporte un corps tubulaire ( 26) de volume prédetermi- né, muni, à sa partie supérieure et à sa partie inférieure, de toyens d'obturation cormmandés ( 22, 23), la partie supérieure du corps tubu- laire ( 26) débouchant au niveau de l'espace situé entre l'extrémité inférieure de la deuxième branche ( 9) du fourreau et l'orifice ( 12) de sortie de la trémie, la partie inférieure du corps tubulaire ( 26) débouchant dans le moyen tubulaire ( 17) ( 18) fixé audit orifice de sortie. 7 / Dispositif selon revendication 6, caractérisé en ce que le corps tubulaire ccmporte une collerette externe ( 31) qui est maintenue en appui sur le rebord interne ( 32) de l'orifice de sortie de la trémie par un rnyen élastique ( 20). 89/ Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce que la par- tie supérieure de la trémie comporte un étranglement ( 43) qui forme, avec la paroi interre ( 3) des poutres horizontales ( 2), une gaine étanche ( 44) utilisable come collecteur des gaz émis par la cuve d'électrolyse.