Brevet FR2611747A1 — publié le 19880909

PROCEDE ET DISPOSITIF DE SCELLEMENT SIMELTANE, A LA FOUTE, DES BOUCHONS D'UNE ANODE PRECUITE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention concerne un procédé et un dispositif de scellement simultané à la fonte des bouchons d'anodes précuites destinées aux cuves de production d'aluminium par electrolyse selon le procédé Hall-Héroult. RT & DE LA TECHNIQUE Dans les cuves d'électrolyse Hall-Héroult, les anodes sont supportées et reliées électriquement au cadre anodique par une tige de forte section, généralement en aluminium, prolongée à sa partie inférieure par une pluralité de rondins en fer ou acier qui pénètrent dans des cavités formées lors du moulage à la partie supérieure des anodes crues. Le scellement des rondins en fer dans les cavités (souvent appelées "bouchons d'anode") peut s'effectuer avec une pâte carbonée, mais le plus généralement on procède par coulée d'une fonte spéciale. Ces techniques de scellement sont décrites, par exemple, dans le brevet FR 1 513 797 (= US 3 468 713). La présente invention concerne uniquement les scellements à la fonte. Habituellement, la fonte est fondue dans un four à induction et transférée jusqu'au poste de scellement dans une poche basculante intermédiaire. Le scellement est contrôlé par un opérateur qui interrompt le déversement de la fonte lorsque sa hauteur dans le bouchon atteint la hauteur optimale. La qualité du scellement est donc liée à la précision du travail de l'opérateur. Or, le scellement joue un rôle important outre la liaison mécanique, il doit assurer une liaison électrique entre la tige d'anode en acier et l'anode carbonée précuite proprement dite avec une chute de potentiel aussi réduite que possible, et il doit aussi assurer ltéquilibrage électrique de l'anode, c'est-àdire une égalité de l'intensité traversant les n scellements, (n pouvant être compris par exemple, et de façon non limitative, entre 2 et 8). Ces conditions ne sont remplies qu'imparfaitement par scellement manuel et successif des différents bouchons d'une même anode et de l'ensemble des anodes d'une cuve. OBJET DE L'INVENTION L'objet de l'invention est un procédé de scellement simultané au moyen de fonte liquide des différents bouchons d'une anode précuite, procédé consistant à relier entre eux, lors du moulage de l'anode, les différents bouchons, par des canaux de liaison ouverts, puis après cuisson de l'anode, à couler la fonte dans les bouchons à un niveau au plus égal au plan supérieur de l'anode cuite. La fonte peut etre coulée, simultanément, dans au moins une partie, et de préférence, dans la totalité des bouchons, à partir de tout dispositif classique de fonderie permettant de prélever, dans un four de fusion, une quantité prédéterminée. La fonte liquide peut, par exemple, être prélevée dans un four de fusion dit "à pression"en augmentant la pression P de gaz (air ou argon neutre) dans le four d'une valeur prédéterminéenl correspondant à un volume de fonte V prédéterminé, équivalent à la capacité des n bouchons et des canaux de liaison. Un autre objet de l'invention est un dispositif, pour la mise en oeuvre du procédé, constitué par une goulotte de coulée simultanée de la fonte liquide dans au moins une partie, et, de préférence dans la totalité des bouchons d'une même anode. Pour la bonne compréhension de l'invention, on rappelle que la cuisson de l'anode est effectuée à l'abri de l'air, pendant une durée de l'ordre d'une centaine d'heures à une température qui peut atteindre 1150 à 12000C, soit en four tunnel à passage, soit le plus souvent en four statique (four à chambres). Les figures 1 à 5 illustrent l'invention. La figure 1 schématise le scellement classique des rondins d'anode. La figure 2 schématise un four de fusion à pression, à induction, du type "à canal". La figure 3 montre en coupe verticale (en vue de dessus : 3A) un bouchon d'anode complété par des capacités-tampons latérales. La figure 4 montre en vue de dessus (A) et en coupe verticale (B) les canaux de liaison entre bouchons, selon l'invention. La figure 5 montre en coupe schématique un dispositif de remplissage simultané des bouchons d'anode reliés par des canaux de liaison. Les rondins (1), en fer ou acier, sont scellés au moyen de fonte (4) dans les "bouchons"(2) de l'anode carbonée précuite (3). La composition de cette fonte est ajustée de façon qu'elle provoque, lors de sa solidification, une légère expansion en volume qui assure la solidité du scellement sans risque d'éclatement ou de fissuration du carbone. Cette composition ne fait pas partie de l'invention. Un premier moyen de délivrer des doses égales de fonte-dans chaque bouchon d'anode consiste à utiliser un four de fusion (5) du type four à induction à canal, hermétiquement fermé, dit "four sous pression", muni, à sa partie supérieure d'une arrivée (6) d'air ou de gaz neutre ou inerte, et, latéralement d'une goulotte (7) de sortie de la fonte, qui est positionnée au-dessus du bouchon d'anode (2) à remplir. En augmentant de façon contrô lée et précise la pression de gaz dans le four d'une valeur P, on provoque une liaison de niveau de la fonte H E et l'expulsion, par la goulotte, du volume équivalent V de fonte, égal à H E x la section S du four.I1 existe d'autres moyens pour obtenir le même résultat, par exemple les louches automatiques, bien connues en fonderie de moulage, et qui conviennent également pour la mise en oeuvre de l'invention. Cependant, du fait que l'on réutilise les rondins récupérés sur les anodes usees, extraites de la cuve d'électrolyse, il est fréquent que les n rondins d'une même anode n'aient pas le même degré d'usure, donc qu'ils aient des diamètres ou volumes différents dans la partie concernée par le scellement. I1 en résulte que le volume V de fonte nécessaire pour assurer un scellement sur une hauteur constante ho varie autour d'une valeur moyenne Vo selon un écart-type CU-O, relativement élevé. Une première solution consiste à disposer, autour de chaque bouchon (2) une capacité-tampon (8) en communication avec le bouchon proprement dit, afin de diminuer les variations relatives de la hauteur de scellement h. Ces capacités-tampons (8) sont réalisées sans difficulté par une empreinte en relief lors du compactage de la pâte carbonée pour former l'anode crue. Elles n'entralnent qu'une légère surconsommation de fonte, acceptable dans la mesure où la fonte est récupérée en quasi-totalité sur les anodes usees. Un second perfectionnement, qui permet de diminuer l'écart-type 0o de la hauteur des scellements, consiste à prolonger les capacités-tampons de façon à relier les différents bouchons d'une anode entre eux par des canaux (9) et à couler la fonte jusqu'à un niveau légèrement inférieur et au plus sensiblement égal au plan supérieur P de l'anode. On obtient ainsi un effet d'égalisation qui assure la constance des hauteurs h pour les n bouchons d'anodes. Cette hauteur h sera fonction de la somme Z: nV des volumes V des n bouchons. Or O Lv (écart type sur la somme des volumes V) est inférieur à qv (somme des écartstypes sur chacun des volumes V), ce qui signifie que la dispersion de la hauteur h de scellement entre les anodes sera réduite d'autant. Ces raccordements peuvent s'effectuer (fig. 4) selon différents trajets, parallèlement aux côtés de l'anode (9) et/ou en diagonale (9A). I1 peut être avantageux de prévoir, dans la zone de raccordement entre les canaux 9 ou 9A et les bouchons proprement dits, des étranglements (15) formant amorce de rupture, en vue de faciliter l'opération dite de "défontage", c'est-à-dire de récupération de la fonte lors du cassage des anodes usées extraites de la cuve d'électrolyse. Toutefois, l'égalisation du niveau de fonte peut être limitée en raison de la viscosité de la fonte liquide qui augmente notablement par refroidissement au contact de la masse de carbone. Par ailleurs, le remplissage de n bouchons implique un débit de fonte relativement faible puisqu'il doit être compatible avec la section transversale des canaux de raccordement (9)(9A). Une solution réside dans l'utilisation d'une goulotte de coulée répartitrice (10) à n écoulements "pattes d'araignées" telle que chacune des pattes (écoulements)(ll) alimente au moins la moitié des bouchons d'une même anode, et, de préférence, la totalité des bouchons d'une même anode. Le dispositif de goulotte à n pattes peut être complété par un détecteur de niveau (12) de la fonte dans le bouchon ou dans un des canaux (9)(9A) qui assure le relèvement de la goulotte (10) par exemple par basculement autour d'un axe (13) sous l'effet du vérin à action rapide (14), ou l'obturation du ou des trous de coulée dans le cas des fours à quenouille. Le procédé et le dispositif objets de l'invention permettent l'automatisation du poste de scellement des anodes et une augmentation sensible de sa production, la durée complète d'une opération de scellement étant réduite à 40 secondes en moyenne, y compris la mise en place de l'anode et son évacuation. Les opérations de "défontage", c'est-à-dire la récupération de la fonte, ainsi que des autres composants des mégots d'anodes usées extraites des cuves d'électrolyse, ne sont pas modifiées par rapport aux anodes habituelles à scellements indépendants. REVvNDICATIONS 1. Procédé de scellement, au moyen de fonte liquide, des rondins d'acier dans chacun des bouchons d'une anode carbonée précuite pour la production d'aluminium selon le procédé Hall-Héroult, caractérisé en ce que, lors du moulage de l'anode crue, l'on forme sur la face supérieure de l'anode des chenaux de liaison ouverts entre les différents bouchions, puis après cuisson de l'anode on coule la fonte dans les bouchons à un niveau sensiblement et au plus égal au plan supérieur de l'anode. 2. Procédé de scellement, selon rev. 1, caractérisé en ce que lors du moulage de l'anode crue, on forme sur les chenaux de liaison au moins un étranglement formant amorce de rupture. 3. Procédé de scellement, selon revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on coule la fonte simultanément dans au moins une partie des bouchons. 4. Procédé de scellement, selon revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on coule la fonte simultanément dans tous les bouchons d'une même anode. 5. Procédé de scellement, selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on coule la fonte à partir d'un four à induction à pression de gaz en augmentant la pression P de gaz (air ou argon) dans le four d'une valeur prédéterminée tsP correspondant à un volume de fonte V prédéterminé. 6. Dispositif de scellement, selon le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte une goulotte de coulée (10) de la fonte liquide munie d'une pluralité d'écoulement (11) en nombre au moins égal à la moitié du nombre n de bouchons d'une même anode, et, de préférence, égal à ce nombre n. 7. Dispositif, selon revendication 5, caractérisé en ce que la goulotte (10) est munie d'un axe de basculement (13) et d'un vérin (14) de commande du basculement relié à un détecteur (12) du niveau de fonte liquide dans au moins un bouchon (2) ou un canal de liaison (9)(9A).