Brevet FR2872176A1 — publié le 20051230

RACLEUR D'UN ORGANE DE PERCAGE D'UNE CROêTE DE BAIN D'UNE CELLULE D'ÉLECTROLYSE DESTINÉE À LA PRODUCTION D'ALUMINIUM Domaine de l'invention L'invention concerne les équipements de cellules d'électrolyse destinées à la production d'aluminium par électrolyse ignée selon le procédé Hall-Héroult. Elle concerne en particulier les dispositifs de perçage des croûtes de bain solidifié desdites cellules d'électrolyse. Etat de la technique Le fonctionnement d'une cellule de production d'aluminium par électrolyse ignée d'alumine dissoute dans un bain à base de cryolithe entraîne une évolution permanente de la composition du bain. D'une part, l'alumine est consommée par les réactions d'électrolyse et, d'autre part, la quantité et la composition du bain sont progressivement modifiées par des mécanismes secondaires, tels que l'absorption de constituants de la cryolithe par les parois de la cellule ou la décomposition des constituants fluorés par les effets d'anode. Il est par conséquent nécessaire d'ajouter régulièrement de l'alumine et des composés de bain, tels que de la cryolithe (Na3A1F6) ou du fluorure d'aluminium (A1F3), afin de stabiliser les paramètres de fonctionnement de la cellule. L'alumine et les composés de bain sont généralement introduits dans le bain sous forme de poudre. Afin de pouvoir introduire la matière pulvérulente dans le bain d'électrolyte, on équipe les cellules d'électrolyse d'un ou plusieurs distributeurs de matières pulvérulentes associés à un dispositif de perçage de la croûte d'alumine et d'électrolyte figé qui recouvre la surface du bain en fonctionnement normal. Le dispositif de perçage comporte généralement un vérin et un organe de perçage (souvent appelé "piqueur", "plongeur" ou "pointerolle") fixé à l'extrémité de la tige du vérin. Le piqueur, placé en général de manière verticale, est abaissé par activation du vérin et brise la croûte d'alumine et de bain solidifié. Les dispositifs de piquage comportent aussi, en général, un racleur destiné à éliminer les dépôts de bain solidifié qui tendent à se former sur les piqueurs. Le brevet français FR 2 455 093, FR 2 487 386 (correspondant au brevet américain US 4 431 491) et FR 2 527 647 (correspondant au brevet américain US 4 437 964) au nom d'Aluminium Pechiney décrivent des dispositifs d'alimentation ponctuelle en alumine d'une cellule d'électrolyse destinée à la production d'aluminium. Ces dispositifs, connus sous le nom de "piqueur-doseur" lorsqu'ils sont regroupés, comportent des moyens d'alimentation en alumine et un dispositif de perçage de la croûte d'alumine et de bain solidifié. Le dispositif de perçage est muni d'un racleur qui enserre étroitement le piqueur. Toutefois, le bain solidifié forme quelquefois une enveloppe à la surface de l'organe de perçage qui peut bloquer l'organe dans le racleur. La demanderesse a cherché des moyens pour éviter cet inconvénient. Description de l'invention L'invention a pour objet un racleur d'un organe de perçage (tel qu'un piqueur, un plongeur ou une pointerolle) utilisable pour former une ouverture dans une croûte d'alumine et de bain solidifié d'une cellule d'électrolyse ignée par un mouvement de va-et-vient de l'organe de raclage le long d'un axe de translation T. Le racleur selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois doigts disposés autour d'un axe de référence S destiné à coïncider avec ledit axe de translation T en utilisation de façon à former un espace, appelé "détalonnage", entre les doigts et l'organe de perçage, et en ce que chaque doigt comprend au moins un organe de raclage formant saillie en direction de l'organe de perçage. La demanderesse a eu l'idée de décomposer le racleur en un ensemble d'organes de raclage, séparés les uns des autres, de diminuer la surface de contact avec le racleur et de disposer les organes de raclage sur une pluralité de doigts séparés angulairement les uns des autres. Cette approche permet d'éviter le blocage de l'organe de perçage en limitant l'effort nécessaire pour le dégager en cas d'accumulation de croûte de bain entre les organes de raclage et l'organe de perçage. En outre, la demanderesse a eu l'idée d'éloigner sensiblement les doigts de l'organe de perçage du dispositif de perçage afin de favoriser l'accumulation des débris de croûte de bain au-dessus les organes de raclage, plutôt que leur insertion entre la gaine et l'organe de perçage. Les débris accumulés peuvent aisément s'évacuer par l'espace formé par l'écartement entre les doigts du racleur. L'invention est particulièrement adaptée aux cellules d'électrolyse destinées à la production d'aluminium. L'invention a également pour objet un dispositif de perçage destiné à une cellule de production d'aluminium par électrolyse ignée et comportant un racleur selon l'invention. L'invention a encore pour objet un piqueur-doseur destiné à une cellule de production d'aluminium par électrolyse ignée et comportant un racleur selon l'invention. L'invention a encore pour objet un dispositif de piquage et de mesure destiné à une cellule de production d'aluminium par électrolyse ignée et comportant un racleur 25 selon l'invention. L'invention a en outre pour objet l'utilisation du racleur selon l'invention dans une cellule d'électrolyse destinée à la production d'aluminium par électrolyse ignée. L'invention est décrite en détail ci-après à l'aide des figures annexées. La figure 1 représente, de manière simplifiée, une vue intérieure partielle d'une cellule d'électrolyse typique destinée à la production d'aluminium par électrolyse ignée, vue en section verticale. La figure 2 donne une vue en perspective d'un mode de réalisation préféré du racleur selon l'invention. La figure 3 donne une vue de côté du racleur de la figure 2. Les figures 4 et 5 en donnent des vues en coupe du racleur de la figure 2 selon les plans de coupe indiqués à la figure 3. La figure 6 donne une vue en perspective du racleur de la figure 2 fixé à l'extrémité d'un dispositif de perçage. Tel qu'illustré à la figure 1, une cellule d'électrolyse (1) pour la production d'aluminium par électrolyse ignée, c'est-à-dire par électrolyse en sel fondu, comprend une cuve (2), une ou plusieurs anodes (3) typiquement des anodes précuites en matériau carboné et des moyens d'alimentation en matières pulvérulentes (20, 30), qui sont généralement fixés à une superstructure (4) disposées au-dessus de la cuve. La cuve d'électrolyse (2) comprend des éléments de revêtement intérieur (non illustré) et un ensemble cathodique (5) qui forment à l'intérieur de la cuve (2) un creuset apte à contenir le bain d'électrolyte (7) et une nappe d'aluminium liquide (6) lorsque la cellule est en fonctionnement. Les anodes (3) sont normalement partiellement immergées dans le bain d'électrolyte liquide (7) et les cellules sont conduites de manière à former une croûte d'alumine et de bain solidifié (10) au-dessus du bain d'électrolyte. Les moyens d'alimentation en matières pulvérulentes (20, 30) comprennent généralement un distributeur de matières pulvérulentes (20) et un dispositif de perçage (30). Le distributeur de matières pulvérulentes (20) comporte typiquement une trémie (21), destinée à contenir une réserve de matière pulvérulente, et une goulotte (22) fixée à la partie inférieure de la trémie et destinée à acheminer la matière pulvérulente jusqu'à proximité d'une ouverture (1l) dans la croûte (10). Le dispositif de perçage (30) comporte un actionneur (31) et un organe de perçage (33) (souvent appelé "piqueur", "plongeur" ou "pointerolle") fixé à l'extrémité de la tige de l'actionneur, qui est typiquement située dans une gaine ou fourreau (32). L'organe de perçage (33) est généralement disposé de manière à entrer et sortir du dispositif de perçage (30) par une ouverture située à l'extrémité libre (34) de la gaine ou du fourreau (32). L'organe de perçage (33) permet de former une ouverture (11) dans une croûte (10) d'alumine et de bain solidifié par un mouvement de va-et-vient de l'organe de perçage (33) le long d'un axe de translation T, qui est typiquement vertical ou légèrement incliné par rapport à la verticale. La section transversale de l'organe de perçage (33) est typiquement circulaire. L'actionneur (31) est typiquement un actionneur pneumatique, tel qu'un vérin pneumatique. Un racleur (40) assure le nettoyage de l'organe de perçage lors de ses mouvements de va-et-vient. Un distributeur de matières pulvérulentes peut être associé à un ou plusieurs dispositifs de piquage déterminés ou, inversement, un dispositif de piquage peut être associé à un ou plusieurs distributeurs de matières pulvérulentes déterminés. Les cellules d'électrolyse sont fréquemment munies d'un ou plusieurs dispositifs regroupant un distributeur de matières pulvérulentes et un dispositif de piquage. Ces dispositifs sont connus sous le nom de dispositifs de piquage et d'alimentation ("Crustbreaking and Feeding Device" en anglais). En fonctionnement, au moins une ouverture (11) est formée (ou éventuellement 30 maintenue ouverte) dans ladite croûte (10), entre les anodes (3), à l'aide du ou des dispositifs de perçage (30) et de la matière pulvérulente est introduite dans le bain d'électrolyte (7) par l'ouverture (11) (ou par au moins une ouverture lorsqu'il y en a plusieurs). Le racleur (40) selon l'invention comporte une pluralité de doigts (42) disposés autour d'un axe de référence S destiné à être confondu avec ledit axe de translation T en utilisation. Les doigts (42) sont disposés de façon à libérer un espace (44), appelé "détalonnage", entre les doigts (42) et l'organe de perçage (33). Chaque doigt (42) comprend au moins un organe de raclage (43) formant saillie en direction de l'organe de perçage (33). Les figures 2 à 6 illustrent un mode de réalisation préféré d'un racleur selon l'invention. Le racleur (40) selon l'invention comporte au moins trois doigts (42) et de préférence au moins 6 doigts. Le nombre de doigts est typiquement compris entre 6 et 10 inclusivement. L'exemple de réalisation de l'invention illustré aux figures 3 à 6 comporte six doigts. Le détalonnage (44) entre les doigts (42) et l'organe de perçage (33) c'est-à-dire la largeur E de l'espace séparant la surface intérieure (421) des doigts (42) et la surface extérieure latérale (331) de l'organe de perçage (33) est avantageusement supérieur à 10 mm. La longueur L1 des doigts (42) est de préférence supérieure à 100 mm. Les doigts (42) sont disposés de manière à former un espace, appelé "écartement", (422, 423) entre eux. La section transversale des doigts (42) est avantageusement sensiblement uniforme sur au moins 50 % de leur longueur L1 afin de maintenir, sur une longueur significative, un écartement (422, 423) entre les doigts suffisant pour permettre une évacuation aisée des débris de croûte de bain arrachés par les organes de raclage (43). Les doigts (42) sont de préférence droits et parallèles à l'axe de référence S du racleur. Afin de permettre une évacuation efficace des débris de croûte de bain produits par le raclage, l'écart Cm entre les points les plus rapprochés de la surface des doigts adjacents est de préférence supérieur à 10 mm, et de préférence encore supérieur à 20 mm, sur au moins 50 % de leur longueur L1. Afin de favoriser l'évacuation des débris de croûte de bain vers l'extérieur du racleur, l'écart C entre les doigts adjacents croît de préférence en s'éloignant de l'axe S, c'est-à-dire entre l'intérieur et l'extérieur du racleur, de façon à former une ouverture qui s'évase vers l'extérieur. Dans l'exemple illustré à la figure 5, l'écart C croît entre l'extrémité intérieure (425) des doigts et leur extrémité extérieure (426). De préférence, les doigts (42) comportent au moins un premier (424) et un deuxième (424') éléments de surface plans disposés de telle façon que le premier élément de surface (424) de chaque doigt et le deuxième élément de surface (424') d'un doigt adjacent sont en regard d'une de l'autre et sont inclinés angulairement l'une par rapport à l'autre de façon à former une ouverture qui s'évase vers l'extérieur du racleur. Par rapport audit axe S, lesdites surfaces en regard (424, 424') sont de préférence écartées angulairement d'un angle a supérieur à 10 , afin de former entre les doigts un écartement (422, 423) suffisant pour permettre l'évacuation des débris de croûte de bain produits par le raclage. L'espacement angulaire centre à centre 13 entre les doigts est typiquement compris entre 20 et 90 . Chaque organe de raclage (43) est de préférence disposé sur les doigts (42) de façon à libérer un espace (45), appelé "espace de raclage", entre l'organe de raclage (43) et l'organe de perçage (33). Plus précisément, chaque organe de raclage (43) comporte une extrémité (431), dite "extrémité de raclage", située à une distance déterminée D 1 dudit axe S de façon à libérer ledit espace de raclage. La distance déterminée D1 est avantageusement la même pour toutes les extrémités de raclage (431). L'espace de raclage (45) est typiquement compris entre 1 et 5 mm inclusivement. La distance de raclage Dl est plus faible que le détalonnage (44) (correspondant à un écart E constant dans le mode de réalisation illustré aux figures 3 à 6). L'organe de raclage (43) forme ainsi une saillie tournée du côté de l'organe de perçage (33). De manière avantageuse, chaque organe de raclage (43) est situé à l'extrémité libre (420) de chaque doigt (42). Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, l'extrémité de raclage (431) prend la forme d'une surface concave. La longueur L2 de cette surface, dans le sens de l'axe S, est typiquement comprise entre 10 mm et 50 mm, et plus typiquement comprise entre 10 mm et 30 mm. L'aire de la surface concave est typiquement comprise entre 10 et 1000 mm2. Ladite surface concave est typiquement parallèle à la surface extérieure latérale (331) de l'organe de perçage (33), c'est-à-dire qu'elle épouse la forme de la surface extérieure latérale (331). Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'extrémité de raclage (431) prend la forme d'une pointe ou d'une arête. Les doigts (42) sont typiquement fixés à un élément de support (41). Les organes de 20 raclage (43) sont de préférence disposés à une distance déterminée D3 de l'élément de support (41) au moins égale à 100 mm. Le racleur (40) est avantageusement amovible afin de pouvoir le changer, notamment en cas d'endommagement ou d'usure. Dans ce cas, l'élément de support (41) comporte typiquement des moyens de fixation (410, 411), tels qu'une collerette ou une bride (410) munies de trous débouchants (411). Les moyens de fixation (410, 411) permettent, par exemple, de fixer le racleur à un dispositif de perçage, typiquement à l'extrémité (34) d'un fourreau (ou gaine) (32) duquel émerge l'organe de perçage (33). L'élément de support ou corps (41) et les doigts (42) sont typiquement d'une seule pièce. Les doigts (42) sont typiquement en acier afin d'assurer une rigidité suffisante. Les figures 4 et 5 illustrent différents paramètres d'un racleur selon un mode de réalisation préféré de l'invention, dans lequel les doigts sont droits et possèdent une section transversale sensiblement uniforme sur plus de 50 % de leur longueur L1, et pour un organe de perçage (33) de section circulaire. Dans ces figures, R est le rayon de l'organe de perçage (33), Dl est ladite distance déterminée, D2 est la distance entre l'axe S et l'axe central des doigts (42) et E est ledit détalonnage. Le racleur (40) selon l'invention peut avantageusement équiper les dispositifs de perçage (30) utilisés dans les cellules de production d'aluminium par électrolyse ignée ayant un organe de perçage mobile en translation le long d'un axe T. En particulier, il peut avantageusement équiper les piqueurs-doseurs destinés aux cellules de production d'aluminium par électrolyse ignée, tels que ceux décrits ci-dessus. Le racleur (40) selon l'invention peut également équiper les dispositifs de piquage et de mesure, tels que celui qui est décrit dans le brevet EP 0 716 165 (correspondant au brevet américain US 6 065 867) au nom d'Aluminium Pechiney. Dans ces derniers dispositifs, l'organe de perçage comporte en outre des moyens de mesure, tels qu'un thermocouple, ou sert de moyen de mesure (il peut servir par exemple de pointe de contact électrique pour détecter l'entrée en contact de l'organe et du bain d'électrolyte liquide lors de ses mouvements verticaux). REVENDICATIONS 1. Racleur (40) d'un organe de perçage (33) d'un dispositif de perçage (30) utilisable pour former une ouverture (11) dans une croûte (10) d'alumine et de bain solidifié d'une cellule d'électrolyse ignée (1) par un mouvement de va-et-vient de l'organe de perçage (33) le long d'un axe de translation T, ledit racleur étant caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois doigts (42) disposés autour d'un axe de référence S destiné à coïncider avec ledit axe de translation T en utilisation, de façon à former un espace (44), appelé "détalonnage", entre les doigts (42) et l'organe de perçage (33), et en ce que chaque doigt (42) comprend au moins un organe de raclage (43) formant saillie en direction de l'organe de perçage (33). 2. Racleur (40) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre de doigts (42) est compris entre 6 et 10 inclusivement. 3. Racleur (40) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la longueur L1 des doigts (42) est supérieure à 100 mm. 4. Racleur (40) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la section transversale des doigts (42) est sensiblement uniforme sur au moins 50 % de leur longueur L1. 5. Racleur (40) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les doigts (42) sont droits et parallèles à l'axe de référence S du racleur. 6. Racleur (40) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'écart Cm entre les points les plus rapprochés de la surface des doigts adjacents est supérieur à 10 mm sur au moins 50 % de leur longueur L1. 7. Racleur (40) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'écart C entre les doigts adjacents croît en s'éloignant de l'axe S, de façon à former une ouverture qui s'évase vers l'extérieur. 8. Racleur (40) selon la revendication 7, caractérisé en ce que les doigts (42) comportent au moins un premier (424) et un deuxième (424') éléments de surface plans disposés de telle façon que le premier élément de surface (424) de chaque doigt et le deuxième élément de surface (424') d'un doigt adjacent sont en regard d'une de l'autre et sont inclinés angulairement l'une par rapport à l'autre de façon à former une ouverture qui s'évase vers l'extérieur du racleur. 9. Racleur (40) selon la revendication 8, caractérisé en ce que, par rapport audit axe S, lesdites surfaces en regard (424, 424') sont écartées angulairement d'un angle a supérieur à 10 . 10. Racleur (40) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le détalonnage entre les doigts (42) et l'organe de perçage (33) est supérieur à 10 mm. 11. Racleur (40) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que chaque organe de raclage (43) est situé à l'extrémité libre (420) de chaque doigt (42). 12. Racleur (40) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce 25 que les doigts (42) sont fixés à un élément de support (41). 13. Racleur (40) selon la revendication 12, caractérisé en ce que les organes de raclage (43) sont disposés à une distance déterminée D3 de l'élément de support (41) au moins égale à 100 mm. 14. Racleur (40) selon l'une quelconque des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que l'élément de support (41) comporte des moyens de fixation (410, 411). 15. Dispositif de perçage (30) destiné à une cellule de production d'aluminium par électrolyse ignée et caractérisé en ce qu'il comporte un racleur (40) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14. 16. Piqueur-doseur destiné à une cellule de production d'aluminium par électrolyse ignée et caractérisé en ce qu'il comporte un racleur (40) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14. 17. Dispositif de piquage et de mesure destiné à une cellule de production d'aluminium par électrolyse ignée et caractérisé en ce qu'il comporte un racleur (40) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14. 18. Utilisation d'un racleur (40) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 15 dans une cellule d'électrolyse destinée à la production d'aluminium par électrolyse ignée.