Brevet FR2550553A1 — publié le 19850215

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR L'RECHANGE DES CUVES D'ELECTROLYSE USEES L'invention concerne un procédé et un dispositif pour l'échange des cuves d'électrolyse usées et pour leur transfert à l'emplacement où sera effectuée la réfection. Les cuves pour la production d'aluminium par électrolyse par le procédé Hall-Héroult ont une durée de vie moyenne de plusieurs années. Dans la majorité des cas, elles sont mises hors d'usage par les infiltrations de l'électrolyte à base de cryolithe fondue, -et aussi par des infiltrations de métal-, dans les garnissages latéraux et, surtout, au travers des blocs carbonés qui forment la cathode. L'imprégnation progressive du garnissage calorifuge dégrade ses propriétés isolantes et entraine des déformations du caisson métallique qui peut finir par percer et laisser échapper l'électrolyte et le métal. I1 est donc nécessaire, à intervalles périodiques, d'arreter les cuves endommagées, et de les remettre en état de marche. Une série comportant fréquemment de 150 à 200 cuves, il est courant qu'il y ait, à tout moment, une ou plusieurs cuves en cours de réfection. Il est 30ssibl- de procéder à la réfection sur le site. Mais cette opération est pXniale -et parfois dangereuse- en raison de l'exiguité du site, due > la proximité des autres cuves de la série qui restent sous tension êlect=ique, et elle apporte des nuisances certaines dans la salle d'électrolyse : poussières, circulation de personnel et d'engins, bruits, odeurs, etc... Enfin, si le caisson a été fortement déformé, sa remise en état est très difficile. Aussi cherche-t-on à enlever les cuves usées et à les transporter à un emplacement situé hors de l'emprise des cuves en fonctionnement et à les remplacer immédiatement par une cuve neuve ou réparée. Pour cela, on débranche les connexions électrigues, anodique et cathodique, et on rétablit la continuité du circuit électrique de la série, on démonte la plus grande partie du système anodique pour réduira la poids de l'ensemble, on déconnecte les différents circuits électriques, hydrauliques. pneumati ques, l'alimentation en alumin2* les conduites dlevacuav,on des gaz de cuves, et on lève la cuve usée par un pont-roulant, à une hauteur telle qu'on puisse passer au-dessus de la série de cuves en fonctionnement, pour amener la cuve usée au bout de la salle d'électrolyse. Cette façon de procéder à deux inconvénients majeurs : d'une part, elle implique que la hauteur et la résistance mécanique de la charpente du bâtiment rendent ce levage possible, d'autre part, elle nécessite un pont-roulant capable de lever un poids important puisqu'on évalue, très grossièrement, le poids d'une cuve usée, débarrassée du système anodique, à environ 1 tonne par 1000 ampères de courant d'électrolyse normal, soit au moins 150 tonnes pour une cuve de 150.000 ampères. En outre, pendant le levage et le transfert, la partie correspondante de la salle d'électrolyse n'est plus accessible aux autres ponts-roulants ou semi-portiques qui assurent le service des cuves. Pour éviter ces inconvénients, et pour réduire le court de l'équipement nécessaire, on utilise parfois des portiques roulants automoteurs, qui viennent se placer au-dessus de la file contenant la cuve usée, et en assurent le levage et le transport, en passant au-dessus des autres cuves de la file. Cette solutionAest plus satisfaisante, mais elle se heurte parfois à la hauteur insuffisante du bâtiment, et à la présence de trémies d'alimentation en alumine et des canalisations évacuant les gaz produits par ltélectrolyse vers les systèmes d'épuration. On a éga~emect proposé de descendre les cuves usées dans le sous-sol du bâtiment, qT existe presque toujours sous la dalle principale, et qui abrite, notamment, les conducteurs de liaison entre les cuves successives de chaque file, et permet d'assurer la ventilation des parois externes des caissons. La cuve est alors descendue et posée sur un chariot puis évacuée vers le bout du bâtiment. Cette façon de procéder, décrite dans le brevet CH-A-341 003, implique toutefois une hauteur suffisante du sous-sol, une disposition convenable des conducteurs de liaison, et une absence d'autres obstacles tels que piliers ou canalisations, et ces deux conditions sont rarement remplies dans la plupart des installations actuellement en service. Plus récemment, on a proposé (demande de brevet DE-OS 31 27 859) de munir chaque caisson de la série de rouleaux capables de supporter le poids total de la cuve en service, et coopérant avec des rails scellés dans la dalle de béton, de façon que la cuve à réparer soit, après débranchement de toutes les connexions, dégagée de la série, latéralement, par une ouverture pratiquée dans la paroi du bâtiment, et chargée sur une plateforme basse, munie d'un chemin de roulement placé à la même hauteur que celui qui supporte la cuve en service, et mobile sur une voie ferrée disposée le long du bâtiment.Cette solution n'exige plus de sous-sol important ni de pont-roulant, mais elle implique des investissements assez lourds (rouleaux et chemins ae roulement pour chaque cuve de la série, voie ferrée), et certaines servitudes pour les liaisons électriques entre cuves et pour le service des cuves. Enfin, dans la demande DE-OS 28 55 103, on décrit un procédé analogue, dans lequel la cuve usée est dégagée latéralement et sans changement de niveau, le chemin de roulement étant placé sous le fond de chaque caisson, supporté par des piliers, et le véhicule de transport étant muni de roues à hauteur réglable. Ce procédé implique l'existence d'un soussol sous la dalle principale. Comme dans la demande DE-OS 31 27 859, ce procédé ne peut pas s'appliquer au cas, courant dans la pratique, où des obstacles inamovibles (génie civil, barres de courant, etc...) empêchent la sortie de la cuve du bâtiment sans en changer le niveau de façon importante. Le problème de l'évacuation d'une cuve usée sans perturber la marche de 11 atelier, n'exigeant ni un pont-roulant de 200 tonnes ou plus, ni une charpente métallique renforcée pour le supporter, ni un bâtiment de hauteur excess~-ve, ni des investissements lourds majorant le coût de chaque cuve, reste donc posé. La présente invention permet de résoudre ce problème dans des conditions satisfaisantes, et elle s'adapte sans modification notable à la plupart des installations existantes. Elle s'applique particulièrement aux séries dans lesquelles les cuves sont disposées en travers par rapport à l'axe de la série -disposition actuellement la plus fréquente- et sont placées au-dessus d'une fosse, en appui sur des supports logés dans le sous-sol du bâtiment, la dalle principale dudit bâtiment (plan de travail) se trouvant à un niveau qui correspond sensiblement au niveau de l'électrolyte dans la cuve. Le procédé consiste en ce que, après avoir assuré par court-circuitage de la cuvée usée, la continuité électrique de la série, débranché les différentes connexions de la cuve, et éventuellement enlevé tout au partie de l'aluminium, de l'électrolyte et du système anodique a) on soulève la cuve jusqu'à ce que le fond du caisson soit plus haut que la dalle principale, b) on glisse sous la cuve, au-dessus de la fosse, une poutre de transfert comportant d'une part des moyens aptes à assurer son propre déplacement sous la cuve dans une direction perpendiculaire à l'axe de la série, et d'autre part un plancher qui recouvre la fosse et va permettre la manoeuvre c), c) on avance, sur le plancher, un véhicule de transport que l'on positionne sous la cuve, d) on assure l'appui de la cuve sur le véhicule, et on la désolidarise ainsi de la poutre de transfert qui reste en appui sur les rebords de la fosse, e) on recule le véhicule chargé de la cuve perpendiculairement à l'axe de la série jusqu'à ce qu'il soit hors de l'emprise de la série, la poutre de transfert restant en place, f) on Wcneqit le véhicule à l'emplacement aménagé pour la réfection de la cuve, g) on remet en place une cuve neuve ou réparée. Un autre objet de l'invention est un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé d'échange d'une cuve usée, qui comporte, d'une part, une poutre de transfert munie des moyens de translation horizontale par rapport à la cuve qui coopèrent avec des moyens de translation disposés sur le caisson de la cuve, et d'autre part, un véhicule de transport, muni de moyens de déplacement dans au moins deux directions perpendiculaires. Les figures 1 à 4 illustrent la mise en oeuvre de l'invention. La figure 1 montre, en coupe, sur sa partie droite (figure 1A) une cuve en position de travail, et sur sa partie gauche (figure 1B) une cuve levée et reposant sur la poutre de transfert. La figure 2 montre, en vue de côté, la cuve -reposant sur la poutre de transfert. La figure 3 montre, en vue de côté, une cuve portée par le véhicule de transport sorti du bâtiment. La figure 4 montre, en vue de dessus, le véhicule de transport. Le caisson (1) de la cuve (2) est supporté par les piliers (3), qui s'appuient sur la dalle bétonnée inférieure (4). Dans le cas présenté, le caisson (1) repose sur les chevêtres (5) qui peuvent, soit être libres, et dans ce cas, il faut les assujettir au caisson (1) au moment du levage de la cuve, soit être soudés au caisson (1) à la construction, et, dans ce dernier cas, ils contribuent à le rigidifier mais aussi à l'alourdir et à augmenter son prix. Ces chevêtres (5) serviront ensuite de chemin de roulement pour des galets lors de la translation de la cuve. La dalle bétonnée principale (6) constitue le plan de travail qui, en général, se trouve sensiblement au niveau supérieur de l'électrolyte con- tenu dans la cuve (2). Dans certains cas, il peut y avoir une différence de niveau entre le plan de travail qui entoure les cuves, et les allées (6a) qui longent la (ou les) série(s), les allées étant parfois un peu plus basses. Mais la différence de niveau reste relativement faible et ne modifie pas de açon significative les conditions de mise en oeuvre de l'invention. La cuve est fermée par le capotage (7). On a simplifié la représentation des superstructures de la cuve pour ne pas alourdir le dessin. Les anodes (non visibles) sont suspendues par les tiges (8) au croisillon anodique (9) alimenté en courant par les montées (10). Avant d'enlever une cuve usée, on assure la continuité électrique de la série, de façon connue, par court-circuitage de la cuve, puis on débranche toutes les connexions électriques, hydrauliques; pneumatiques, les dispositifs d'alimentation en alumine, d'évacuation des gaz, etc... On peut, en cas de nécessité, enlever la plus grande partie du système anodique et procéder à un premier nettoyage de la cathode (enlèvement de l'électrolyte, de l'alumine, etc...) Il est toutefois généralement considéré comme très avantageux de ne procéder à ces opérations qu'en dehors de la série dans un atelier spécialisé. Cela étant fait, on lève la cuve usée (2) au-dessus du niveau de la dalle supérieure (6) par des vérins (11) à grande course tde l'ordre de 3 à 4 mètres) que lton bride sur le caisson (1), dans les angles, et qui viennent en appui sur des semelles (12) scellées dans les piliers (3) de la dalle inférieure (4). Le nombre de vérins est déterminé par le poids et les dimensions de la cuve. Lorsque la cuve est en position haute (figure fB), on glisse sous le caisson (1) une poutre de transfert (14), formée par un cadre rigide comportant deux profilés principaux (14A), Les profilés principaux comportent une série de galets (17) qui coopèrent avec les chevêtres (5) du caisson (1), pour assurer la translation de la poutre de transfert (14). La translation pourrait être également assurée par des patins coopérant avec une surface de glissement, avec interposition éventuelle de dispositifs ou de matériau antifriction. La poutre de transfert (14) est enfilée par l'extrémité de la cuve la plus accessible, en règle générale, par l'extrémité faisant face à la paroi latérale du bâtiment (18), de façon que les galets (17) soient engagés sur le chevêtre (5) formant chemin de roulement. La poutre est engagée à fond par un moyen qui sera précisé dans la suite de la description jusqu'à ce qu'elle vienne en butée en (19) et repose sur llap- pui (20) de la dalle supérieure (6). Pour procéder au dégagement latéral de la cuve (2) on utilise un véhicule bas (25) automoteur ou remorqué, monté sur une pluralité de roues à pneumatiques ou bandages caoutchoutés (26), dont le nombre et la surface d'appui sont calculés pour supporter le poids de la cuve usée et de la poutre de transfert. Le véhicule (25) vient se placer dans l'axe de la cuve à enlever, et avance, sur le plancher (16), de façon à se placer exactement sous la cuve. A ce moment là, par un léger mouvement ascensionnel, réalisé hydrauliquement, le véhicule (25) prend la cuve en charge par décollage des galets de transfert (17), de leur appui sur les chevêtres (5). Cela implique que le diamètre extérieur des galets (17) soit inférieur à l'espace disponible entre les ailes supérieure (5A) et inférieure (5B) du chevêtre (5). Ce mouvement est obtenu, par exemple, par des vérins hydrauliques tels que (27) placés au centre et aux extrémités du véhicule (25). Les vérins (11) qui soutenaient la cuve sont alors remontés et le véhicule (25) supportant maintenant la cuve, peut reculer hors de l'emprise de la série jusqu'à l'extérieur du bâtiment par une ouverture ménagée entre deux poteaux (28, 29). Grâce à un jeu de roues auxiliaires (30), la remorque peut également fonctionner en "plaque tournante" autour de son axe (31). Pour cela on relève hydrauliquement le châssis supportant les roues principales (26), ou, ce qu revient au même, on abaisse les trains de roues auxiliaires (30) et le vérin central (27) jusqu'à ce que ces dernières seules soient an appui: Une ou plusieurs de ces roues (30) étant motrices, on procède alors à une rotation de 900 de façon que l'axe longitudinal de la remorque soit parallèle à ~!axe de la série, donc du bâtiment. Le véhicule (25) est alors conduit au batiment d'entretien. Dans ce batiment, ce aire de réception, équipée d'un plancher identique à celui qui a servi à obturer la fosse de la cuve lors de l'enlèvement, permet à la remorque de se libérer de la cuve à réparer qui peut alors subir les opérations de démolition et de reconstruction. La mise en place d'une cuve neuve s'effectue exactement selon le même processus, en sens inverse la cuve neuve munie ou non de son système anodique est posée sur le véhicule (25) que l'on ramène en face de la fosse, puis, après rotation à 900, le véhicule (25) est placé sur le plancher (16) de la poutre de transfert (14).La cuve est alors soulevée de façon à ne plus être en appui sur le véhicule, puis on désolidarise la cuve du véhicule, (soit en abaissant la plate-forme du véhicule, sois en soulevant légèrement la cuve), ce qui permet de retirer le véhicule. La cuve est alors en appui sur la poutre de transfert (14). On peut alors soulever la cuve -par exemple au moyen de vérins- puis dégager la poutre (14) latéralement et la transférer sur le véhicule (25) qui est ainsi prêt à intervenir pour enlever une autre cuve usée. I1 ne reste plus qu'a abaisser la cuve neuve jusqu'à ce qu'elle vienne en appui sur les piliers (3) de la fosse, et à commencer la procédure de démarrage, de façon connue. Une cuve neuve étant sensiblement moins lourde qu'une cuve usée, ilest également possible, dans certains cas, de la mettre en place par un moyen différent, par exemple avec un pont-roulant ou un portique, si leurs caractéristiques le permettent, et après avoir préalablement enlevé la poutre de transfert. Le chemin de roulement peut, par exemple, avoir été renforcé localement, pour tenir compte de la surcharge. Le véhicule (25) peut être tracté par un engin autonome ou être luimême automoteur, par exemple grâce à un groupe générateur hydraulique non représenté qui assure le déplacement en translation, la rotation en "plaque tournante" par le moteur 32 et la transmission 33 par exemple, et fournit les moyens de traction ou de poussée pour la pose du plancher (16), le déplacement de la cuve sur les galets (17) ainsi que l'alimentation et la mmande des différents vérins. En outre, la ==tation.des roues principales (26) peut être utilisée pour la mise rw place et le retrait de la poutre de transfert (14). En effet, lorsque le véhicule (25) a été amené, chargé de la poutre de transfert (14), en facv de la cuve à enlever, on peut relever le chassis supportant les roues principales (26) de façon qu'elles ne soient plus en appui au sol, (les roues auxiliaires (30) servant alors d'appui), puis les mettre en rotation.Elles se trouvent alors au contact de la face inférieure du plancher (16), ce qui a pour effet d'entraîner, par friction, la poutre de transfert (14) en direction de la cuve (2) et d'assurer ainsi l'engagement des galets (17) dans les chevêtres (5) de la cuve, L'opération inverse permet, lors de la remise en place d'une cuve neuve ou réparée, de procéder à l'enlèvement de la poutre de transfert. Bien que l'on ait décrit le moyen de déplacement du véhicule comme étant constitué par des roues, il n'est pas exclu de le réaliser par des moyens équivalents tels qu'un "coussin d'air", gui implique toutefois que l'état de surface des pistes de circulation ait été étudié dans ce but. La mise en oeuvre de llinvention permet l'échange d'une cuve usée dans un temps relativement court, sans apporter de perturbation à l'exploitation de la série, et sans imposer de contrainte, à aucun moment sur la charpente du bâtiment. REVENDICATIONS 10/ Procédé d'échange d'une cuve usée dans une série de cuves d'électrolyse pour la production dtaluminium par le procédé Haîl-Hérouît entre un système anodique et une cathode carbonée, les cuves étant disposées dans un bâtiment, en travers par rapport à l'axe de la série, et comportant un caisson métallique autoporteur, supporté par des piliers placés dans une fosse située au-dessous du niveau de la dalle principale, ui constitue le plan de travail correspondant sensiblement au niveau du bain d'électrolyse, caractérisé en ce que, après avoir assuré la continuité électrique de la série, débranché les différentes connexions de la cuve, et éventuellement enlevé tout ou partie de l'aluminium, de l'électrolyte et du système anodique a) on soulève la cuve jusqu'à ce que le fond du caisson soit plus haut que la dalle principale, b) on glisse sous la cuve, au-dessus de la fosse, une poutre de transfert comportant d'une part des moyens aptes à assurer son propre déplacement sous la cuve dans une direction perpendiculaire à l'axe de la série et d'autre part un plancher qui recouvre la fosse et va permettre la manoeuvre suivante c), c) on avance, sur le plancher, un véhicule de transport que l'on positionne sous la cuve, d) on assure l'appui de la cuve sur le véhicule, et on désolidarise ainsi la crve de la poutre de transfert qui reste en appui sur les rebords de le fosse, e) on encule le véhicule chargé de la cuve perpendiculairement à l'axe de la série jusqu'à ce qu'il soit hors de l'emprise de la série, la poutre de transfert restant en place, f) on conduit le véhicule à l'emplacement aménagé pour la réfection de la cuve, g) on remet en place une cuve neuve ou réparée. 20/ Procédé d'échange d'une cuve, selon revendication 1, caractérisé en ce que, au stade a), la cuve est soulevée au moyen d'une pluralité de vérins. 30/ Procédé d'échange d'une cuve, selon revendication 1, caractérisé en ce que la cuve est soulevée par un engin de levage tel qu'un pont-roulant, un portique ou un semi-portique. 40/ Procédé d'échange d'une cuve, selon revendication 3, caractérisé en ce que la cuve est soulevée par un pont-roulant dont le chemin de roulement a été localement renforcé en tenant compte du poids de la cuve usee. 50/ Procédé d'échange d'une cuve, selon revendication 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que la cuve est soulevée de façon à amener au même niveau les moyens de déplacement fixés sur le caisson et les moyens de déplacement fixés sur la poutre de transfert. 60/ Procédé d'échange d'une cuve, selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la poutre de transfert a été préalafl blement placée sur le véhicule de transport et en ce qu'elle est positionnée au-dessus de la fosse sous la cuve par des moyens de déplacement incorporés au véhicule de transport. 70/ Procédé d'échange d'une cuve, selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le véhicule portant la cuve usée est éloigné de l'emprise de la série dans une direction perpendiculaire à l'axe de la série puis subit une rotation de 900 pour être conduit à l'emplacement aménagé pour la réfection de la cuve. 80/ Dispos-tn pour la mise en oeuvre de procédé d'échange d'une cuve, selon 1' ne --uelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte f'rrt.e part une poutre de transfert (14) comportant des moyens de translation horizontale- de la cuve tels que (17) qui coopèrent avec des moyens de translation tels que (5) disposés sur le caisson de la cuve, et d'autre part un véhicule de transport (25), muni de moyens de déplacement tels que (26) dans au moins deux directions perpendiculaires. 90/ Dispositif, selon revendication 8, caractérisé en ce que la poutre de transfert est constituée par deux profilés principaux et un plancher, les deux profilés principaux comportant une pluralité de galets qui coopèrent avec un chemin de roulement assujetti au caisson de la cuve. 100/ Dispositif, selon revendication 9, caractérisé en ce que le chemin de roulement est constitué par deux profilés dits "chevêtres" assujetis sous le fond du caisson. 11 / Dispositif, selon revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de translation horizontale de la cuve comportent des -patins cooperants- avec une surface de glissement disposée sur le caisson de la cuve, avec interposition éventuelle d'un dispositif ou d'un matériau antifriction. 120/ Dispositif, selon revendication 8, caractérisé en ce que le véhicule comporte d'une part une pluralité de roues (26) à pneumatiques ou bandages caoutchoutés qui assurent son déplacement et d'autre part un jeu de roues auxiliaires (30) qui lui permettent de fonctionner en plaque tournante.