Brevet FR2600137A1 — publié le 19871218

SUSPENSION PNEUMATIQUE DES VIBROTASSEUSES UTILISKES EN PARTICULIER POUR LA PRODUCTION DE BLOCS CARBONES DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION L'invention concerne un dispositif de suspension pneumatique des vibrotasseuses, en particulier mais non exclusivement, celles destinées à la production d'électrodes carbonées pour les cuves d'électrolyse produisant de l'aluminium selon le procédé Hall-Héroult, par électrolyse d'alumine dissoute dans de la cryolithe fondue. ETAT DE LA TECHNIQUE La plupart des installations modernes pour la production d'aluminium 10 par le procédé Hall-Héroult utilisent des anodes précuites. Ces anodes sont obtenues par mise en forme à environ 120 à 160 C, d'une pâte carbonée obtenue par malaxage à environ 120 à 200 C de coke broyé et de brai. La qualité des anodes joue un rôle important dans la bonne marche et 15 dans l'économie du procédé et les exploitants s'efforcent d'améliorer sans cesse les caractéristiques des anodes, en particulier en augmentant leur conductivité électrique (donc le rendement énergétique global de l'électrolyse) et leur compacité, donc leur durée de vie. En effet, le changement d'anode est une opération qui, même mécanisée et automati20 sée, reste délicate, et perturbe localement l'équilibre électrique et thermique de la cuve. Le procédé le plus utilisé pour la mise en forme des anodes est le vibrotassage. Ce procédé peut également être utilisé pour la mise en 25 forme d'autres types de blocs carbonés: blocs de garnissage cathodique pour cuves d'électrolyse pour A1 ou encore électrodes pour sidérurgie, électrométallurgie, etc... La pâte carbonée, soitanr du malaxeur à une température d'environ 120 à 200'C 30 est introduite dans un moule dort Le fiond est constitué par une table vibrante, et dont l]s varoi5 sont, au moins en partie, démontables pour extraire le bloc c. carbone terminé, et dont le dessus est constitué par un lourd couvercle dont le dessin, sur la face inférieure (empreinte) assure la mise en forme de la partie supérieure de l'anode: pans coupés, rainurages divers, trous de scellement des tiges de suspension. La table support est mise en vibration par un moyen qui est le plus souvent formé de deux arbres rotatifs à balourd excentré. La composante vibratoire est sensiblement verticale, avec une fréquence de quelques dizaines de hertz et une amplitude pouvant aller jusqu'à quelques dizaines de millimètres. Cette table vibrante est supportée par un lourd massif en 10 béton par l'intermédiaire d'un certain nombre de ressorts. INCONVENIENTS DE L'ART ANTERIEUR La suspension de la vibro-tasseuse par des ressorts n'est pas entièrement 15 satisfaisante. On peut notamment lui reprocher: a) de ne pas être réglable. En effet, pour pouvoir s'adapter aux variations de poids de pâte ou de moule, dans le cas de la fabrication de blocs carbonés de formats différents sur une même table, ou aux varia20 tions des caractéristiques de la pâte dans le temps, l'exploitant ne peut que faire varier la vitesse de rotation des balourds excentrés. b) de ne pas être parfaitement équilibrée, soit que les ressorts n'aient pas, à l'origine, une raideur ou une hauteur égale, soit que leur raideur 25 évolue différemment selon leur vieillissement. c) de ne pas donner une isolation vibratoire suffisante vis à vis de l'environnement. OBJET DE L'INVENTION L'objet de l'invention est un nouveau type de suspension élastique des vibro-tasseuses basé sur l'utilisation de boudins pneumatiques à pression ajustable, en remplacement partiel ou total des ressorts 35 habituellement utilises comme éléments de suspension et d'amortissement des vibrations, ent-e la table vibrante et le massif en béton. DESCRIPTION DES FIGURES Les figures 1 à 5 illustrent la mise en oeuvre de l'invention. La figure 1 se rapporte à l'art antérieur et rappelle la structure générale d'une vibro-tasseuse (en coupe verticale). 5. La figure 2 montre la même vibro-tasseuse équipée de boudins pneumatiques selon l'invention. La figure 3 montre le détail de montage d'un boudin pneumatique. La figure 4 représente une variante de l'invention dans laquelle un certain nombre de boudins sont remplacés par des ressorts ou par 10 des supports élastiques. La figure 5 montre la répartition des boudins sous la table vibrante (en vue très schématisée). La vibrotasseuse (1) comporte, de façon classique, un moule 15 parallélépipédique formé de deux parois transversales (2) amovibles et deux parois longitudinales, non visibles sur la coupe. Le fond de moule est constitué par la table vibrante (3) elle-même, qui est soumise sous l'effet d'un moteur couplé à deux arbres à balourd excentré, à une vibration de composante sensiblement verticale, d'une fréquence 20 de 10 à 30 hertz et d'une amplitude pouvant aller jusqu'à 40 millimètres. La fréquence propre de vibration de la machine à compacter est généralement comprise entre 2 et 20 hertz Le couvercle (4), dont le poids est relativement élevé (2 à 4 tonnes 25 par ex) assure à la fois le tassage de la pâte carbonée par son inertie et la mise en forme du sommet de l'anode (5): pans coupés (6), bouchons (7) de scellement des tiges de suspension, rainurages divers. Après moulage puis relevage des parois (2), l'anode (5) est dégagée 30 par le vérin (8) en direction de la table à rouleaux (9) vers le four à cuire ou vers un stockage intermédiaire. La table vibrante (3) s'appuie, par l'intermédiaire d'un ensemble de ressorts hélicoidaux (10) sur un massif en béton (1), qui est souvent lui-même isolé du sol par une suspension élastique, de façon à réduire autant que faire se peut, 2 2600137 la transmission de vibrations dans l'environnement. Selon l'invention, les ressorts (10) sont remplacés, partiellement ou en totalité, par des boudins pneumatiques gonflables (12). Dans la réalisation illustrée sur la figure (2) on a choisi des boudins constitués de deux flasques métalliques (13A, 13B) reliés par une membrane en élastomère (14). Ces flasques sont munis de 4 inserts métalliques taraudés pour assurer leur fixation. L'un des flasques, 13B dans le 10 cas figuré, possède un orifice de gonflage (15). Dans le cas représenté sur la figure 2, on a remplacé 24 ressorts par 18 boudins. Pour des raisons de sécurité, les circuits de fluide des boudins (12) ne sont pas tous montés en parallèle. Il est préférable de les répartir de façon à les relier à la source de fluide, soit individuellement, soit en plusieurs groupes alimentés séparément sous une pression de quelques bars (2 à 8 bars par exemple, soit 0,2 à 0,8 MPa) avec un 20 ensemble de vannes de distribution et d'isolement et avec une possibilité de mise en parallèle de l'ensemble pour assurer un gonflage simultané à une pression identique; les groupes sont ensuite isolés. La pression est contr8ôlée par les manomètres (22) qui comportent un moyen de signalisation de toute baisse de pression. Les boudins (12) sont montés avec l'orifice de gonflage (15) situé du côté de la table inférieure de façon que le circuit pneumatique (17) soit soumis au minimum de vibrations. Compte tenu des masses en jeu (10 à 30 tonnes) et des efforts dus aux vibrations, il est nécessaire d'assurer la sécurité de la vibrotasseuse en cas de défaillance des boudins pneumatiques (dégonflage accidentel ou éclatement). Pour éviter le dégorflage gnéral, on a prévu, come indiqué Ci-dessus une scaratîion de l'ensemble en plusieurs groupes. Ceux-ci sont branchés en parallèle sur un réservoir intermédiaire (26) pendant la phase de 2600137 gonflage; ainsi tous les boudins sont gonflés à la même pression. Le réservoir intermédiaire est relié à une source de fluide sous pression telle qu'une bouteille d'air comprimé (23). / Lorsque les boudins sont gonflés, les groupes sont isolés en jouant sur les électrovannes. Il est envisageable de maintenir les groupes en parallèle pendant le 10 fonctionnement de la machine. Dans ce cas, l'isolement des groupes de boudins n'interviendrait qu'en cas de fuite détectée au moyen des instruments de mesure de la pression. - En outre, 4 capteurs de proximité (18) situés aux 4 angles de la 15 table (3) réagissent à tout début d'affaissement de cette table et coupent automatiquement la rotation du moteur à balourds excentrés. - Un certain nombre de supports élastiques (19) sont disposés entre les deux tables de façon à limiter l'affaissement total de la table 20 (3) en cas de dégonflage généralisé, évitant ainsi l'écrasement des boudins sous le poids de la vibrotasseuse et de l'anode. - Enfin, il est possible de conserver un certain nombre de ressorts (10), en complément ou en remplacement des supports élastiques (19) tou25 jours dans le but d'éviter un affaissement total de la table (3). Il est également possible d'insérer, entre l'électrovanne et les boudins, un volume additionnel (25) dont le but est de modifier le volume global 30 des boudins et par conséquent leur raideur. EXEMPLE D'APPLICATION Sur les principes que l'on vient de décrire, on a équipé une vibrotas35 seuse, selon l'invention, de 18 boudins élastiques, du type A113, fabriqués par la société FIRESTONE, ayant un diamâtre maximal de 390 mm. 6 2600137 Les 18 boudins sont montés sur la périphérie du châssis. Ils sont gonflés sous une pression réglable entre 0,4 et 0,8 MPa. Ils sont répartis, du point de vue alimentation, en air comprimé, en 4 groupes de 4 plus un groupe de 2, disposés symétriquement (fig. 5). Comme on l'a indiqué précédemment, les orifices de gonflage (15) sont disposés du côté de la table inférieure. Les boudins de chaque groupe sont réunis par des tubes en polymère du type polyamide (tel que le "RILSAN" -marque déposée-) avec raccords en laiton. Chacun des 5 groupes 10 est relié par l'intermédiaire de vannes (21) au réservoir intermédiaire commun (26), luimême relié à la source de fluide sous pression par la vanne (20). Ces vannes permettent les opérations suivantes: - gonflage en parallèle de l'ensemble des boudins à pression contr8ôlée, 15 - isolation des 5 groupes de boudins, - purge ou dégonflage partiel d'un groupe de boudins indépendamment des autres grâce aux électrovannes de purge (24). L'ensemble du système peut être branché sur le réseau d'air comprimé 20 de l'usine ou sur un compresseur, ou sur une bouteille (23) de gaz ou air comprimé, les volumes d'air en jeu étant relativement faibles. Au centre de la table, 8 supports élastiques (19) de marque "PAULSTRA" permettraient d'éviter l'affaissement total de la vibrotasseuse et 25 l'écrasement des boudins en cas de dégonflage ou d'éclatement généralise. La masse totale de la vibrotasseuse étant de 13,5 tonnes (couvercle : 3,9 T, table + anode: 9,6 T), la charge par boudin est de 13,5/18 = 750 kg par boudin. La raideur mesurée de l'ensemble de la suspension 30 est de 15>8.106 Newtons par mètre, soit 0,88.106 N/m par boudin gonflé à 7 bars (0,7 KPa). Avec la machine ainsi équipée, deux lots d'anodes de formats différents ont été fabriqués. Le tableau ci-desscus montre les différences de caractéristiques entre les anodes dE ces deux lots et les anodes de deux lots équivaler:s -7 fabriqués avec la machine équipée de ressorts (raideur fixe = 40.106 N/m). MASSE ANODE MASSE COUVERCLE AUGMENTATION DE LA RAIDEUR DENSITE SECHE (g/cm3) PAR RAPPORT A L'ART N/m ANTERIEUR KG KG LOT A LOT B 350 690 2200 4000 12,7 106 15,8 106 + 0,015 + 0,005 La densité sèche est définie (100 - taux de brai % /100). comme la densité apparente multipliée par AVANTAGES PROCURES PAR L'INVENTION La mise en oeuvre de l'invention permet: - de pouvoir régler aisément la raideur de la suspension par augmentation 20 ou diminution de la pression de gonflage des boudins. Il est ainsi plus facile d'adapter la raideur à une modification de la masse vibrante lorsque des blocs carbonés de formats différents sont fabriqués, ou à une variation des matières premières. - d'obtenir un meilleur équilibrage de la machine. Les différents boudins 25 étant branchés en parallèle, leur pression de gonflage est identique. La raideur de la suspension est ainsi uniformément répartie. - de pouvoir détecter la défaillance d'un boudin en observant la pression dans le circuit. - de limiter la transmission des vibrations vers l'extérieur (massif de fondation) en translatant le pic de réponse en transmitivité vers les basses fréquences. Ainsi, la fréquence du choc se trouve dans une zone d'atténuation et non d'amplification. Tous ces avantages sont obtenus sans dégrader la compacité des blocs car5 bonés fabriqués. REVENDICATIONS 1. Dispositif de suspension de machine à compacter Ies blocs carbonés, du type vibrotasseuse, dans lequel la masse de pâte carbonée à mettre en forme, introduite dans un moule est disposée sur une table vibrante (3) supportée par un lourd massif (11), généralement en béton, par 5 l'intermédiaire de moyens d'amortissements (10), caractérisé en ce que au moins une partie des moyens d'amortissement est constituée par des boudins pneumatiques gonflables (12). 2. Dispositif de suspension selon revendication 1 caractérisé en ce 10 que les différents boudins (12) sont connectés en parallèle de façon permanente sur une même source de fluide sous une pression réglable. 3. Dispositif de suspension pneumatique selon revendication 1, caractérisé en ce que les différents boudins (12) sont connectés en 15 parallèle pendant la phase de gonflage et isolés individuellement ou par groupes, de la source de fluide sous pression. 4. Dispositif de suspension, selon revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de mesure (22) de la pression dans chaque 20 boudin (12) ou dans chaque groupe de boudins et un moyen de signalisation de la baisse de pression dans l'un des boudins ou groupe de boudins. 5. Dispositif de suspension, selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que chaque boudin (12) ou groupe de boudin 25 est relié à la source de fluide par des électro-vannes (21). 6. Dispositif de suspension selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de détection (18) d'un affaissement de la table vibrante (3) et des moyens pour interrompre 30 la vibration en cas d'affaissement de la table vibrante (3). 7. Dispositif de suspension, selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens élastiques auxiliaires tel que (10 ou 19) disposés entre la table vibrante (3) et le châssis 35 inférieur (16).dai lesquels sont fixés le. boudins de façon à prévenir l'affaissement de la table vibrante (3) en cas de dégonflage des boudins. 8. Dispositif de suspension selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les boudins (12) sont gonflés par un fluide, gazeux ou liquide, dont la pression est régulée. 9. Dispositif de suspension selon revendication 8 caractérisé en ce que la source de fluide peut comporter un ou plusieurs volumes additionnels auxiliaires (25). 10. Dispositif de suspension, selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte un réservoir intermédiaire (26) entre la source de fluide (23) et les vannes (21). 11. Application du dispositif de suspension, selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, à la fabrication des blocs carbonés tels que les électrodes de carbone (anodes et garnissages cathodiques) destinés à la production d'aluminium par électrolyse.