Brevet FR2862663A1 — publié le 20050527

revêtement intérieur et les éléments cathodiques de la cuve. Ces opérations peuvent être effectuées sur place, c'est-à-dire sans retirer la cuve de la cellule correspondante, mais elles peuvent nuire au fonctionnement des cellules et à l'entretien des salles d'électrolyse. En effet, ces opérations produisent des poussières, provoquent un va-et- vient de matériaux neufs et usagés dans les salles d'électrolyse et réduisent la production d'une série de cellules par l'arrêt de la cellule correspondante durant les travaux. Afin d'éviter ces inconvénients, il est préférable d'effectuer la réfection des cuves dans une salle spécifique destinée à la réfection des cuves et située en dehors de la salle d'électrolyse. Les unités de levage et de manutention utilisées pour le transport des cuves d'électrolyse entre la salle de réfection et la (ou les) salle(s) d'électrolyse comportent généralement un ou deux chariots munis de moyens de levage. Lors des opérations de réfection, on fixe généralement un ou plusieurs palonniers au caisson de la cuve et on manipule la cuve par l'intermédiaire du ou des palonniers. Les moyens connus présentent toutefois l'inconvénient de ne pas maîtriser la déformation de la cuve sous l'effet de son propre poids, ce qui risquerait d'entraîner une détérioration des "brasquages" qui pourrait limiter sensiblement la durée d'utilisation de la cuve. La demanderesse a donc recherché des moyens qui permettent d'éviter ces inconvénients. Description de l'invention L'invention a pour objet un dispositif de manutention d'une cuve de cellule d'électrolyse destinée à la production d'aluminium par électrolyse ignée, ladite cuve étant rectangulaire, ayant un axe principal X et comportant un caisson métallique muni d'un rebord au moins sur les côtés longs de la cuve, ledit dispositif comportant au moins un moyen d'accrochage destiné à permettre sa préhension par une unité de levage et de manutention et étant caractérisé en ce qu'il comporte une armature munie d'une pluralité de moyens de fixation rigide répartis de façon à permettre une fixation rigide de l'armature au caisson en une pluralité d'endroits déterminés. La demanderesse a eu l'idée de rigidifier la cuve à l'aide d'au moins un élément rigide, à savoir ladite armature, interposé entre la cuve et l'unité de levage et de manutention et fixé rigidement en plusieurs endroits du caisson de la cuve. L'armature permet de maintenir la déformation du caisson de la cuve notamment par flexion longitudinale (c'est-à-dire dans le sens long de la cuve) dans un domaine de tolérance déterminé lorsqu'il est suspendu par une unité de levage et de manutention et d'éviter ainsi l'endommagement du revêtement intérieur de la cuve durant les opérations de manutention de la cuve. La répartition de la pluralité de moyens de fixation sur l'armature répartit la charge sur l'armature, notamment dans le sens de la longueur de la cuve, et permet ainsi de minimiser la déformation du caisson sous l'effet du poids de l'ensemble en rapprochant cette déformation de celle du dispositif. Les endroits de fixation déterminés sont typiquement répartis sur une portion déterminée du pourtour du caisson. Cette portion couvre typiquement au moins 70 % des côtés longs de la cuve, afin de minimiser la partie "flottante" (non fixée) de la cuve. La flèche de déformation de l'armature, sous l'action de son propre poids et de celui de la cuve à laquelle le dispositif est fixé, est de préférence inférieure à 5 mm sur toute la longueur de l'armature (dans le sens long de la cuve), et de préférence encore inférieure ou égale à 2 mm. De préférence, l'armature comporte une ou deux poutres longitudinales destinées à être disposées dans le sens de la longueur de la cuve. Dans le premier cas, la poutre est typiquement munie de bras et les moyens de fixation sont situés à l'extrémité de ces bras. Dans le deuxième cas, les poutres sont de préférence parallèles l'une à l'autre et sont liées par au moins une traverse, et les moyens de fixation sont de préférence répartis sur les poutres, éventuellement à l'extrémité de bras, de manière à permettre la fixation de chaque poutre au côté long correspondant de la cuve. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif de manutention comporte, en outre, des écarteurs réglables destinés à compenser les éventuels défauts de géométrie de l'armature et/ou du caisson. L'invention a également pour objet l'utilisation d'un dispositif selon l'invention dans une usine de production d'aluminium par électrolyse ignée. L'invention a encore pour objet une méthode de manutention d'une cuve de cellule d'électrolyse destinée à la production d'aluminium par électrolyse ignée, qui peut être 10 mise en oeuvre à l'aide d'un dispositif de manutention selon l'invention. L'invention est décrite en détail ci-après à l'aide des figures annexées. La figure 1 illustre une salle d'électrolyse typique destinée à la production 15 d'aluminium et équipée d'une unité de levage et de manutention. La figure 2 représente de manière schématique, en vue du dessus, des variantes possibles de l'armature du dispositif de manutention selon l'invention. Les figures 3 à 5 illustrent un mode de réalisation préféré du dispositif de manutention selon l'invention. La figure 3 représente le dispositif en vue transversale (A) et en vue de côté (B). La figure 3(A) correspond au plan de coupe A-A de la figure 3(B) . La figure 3(B) correspond au plan de coupe B-B de la figure 3(A). La figure 3(B) illustre également, de manière schématisée, une cellule d'électrolyse (2) et une unité de levage et de manutention (20) en cours de manutention de la cuve (11). La figure 4 représente le dispositif en vue transversale partielle. La figure 4(B) illustre plus en détails une partie d'un moyen de fixation de la cuve au dispositif de manutention. La figure 5 illustre plus en détails, en vue de côté, le mode de réalisation du dispositif de manutention illustré aux figures 3 et 4. La figure 4 correspond au plan de coupe C-C de la figure 5. La figure 5 correspond au plan de coupe D-D de la figure 4. Dans les figures 2 à 5, le dispositif de manutention (300) est fixé à une cuve (11) afm d'illustrer le positionnement relatif de ces éléments. Les usines d'électrolyse destinées à la production d'aluminium comprennent une ou plusieurs salles d'électrolyse (1) comportant un grand nombre de cellules d'électrolyse (2) (typiquement plusieurs centaines de cellules), chaque cellule d'électrolyse (2) comportant une cuve (11) et des anodes (10). Tel qu'illustré à la figure 1, les cuves (11) ont généralement une forme rectangulaire allongée possédant un axe principal X; les cuves (11) ont une longueur Lo généralement supérieure à 3 fois leur largeur Wo. L'axe principal X d'une cuve (11) se situe dans le sens de sa longueur. Tel qu'illustré dans les figures, notamment les figures 3 à 5, chaque cuve (11) comprend un caisson métallique (12) qui comporte une caisse (13) , un rebord (14) et des raidisseurs (15) répartis le long de la caisse. Le rebord (14) comporte typiquement au moins des rebords latéraux (14a, 14b) sur les côtés longs (17a, 17b) de la cuve et des rebords d'extrémité (14c, 14d) sur les côtés courts (17c, 17d) de la cuve. Les raidisseurs (15) comportent généralement des renforts (16) disposés perpendiculairement à la surface extérieure de la caisse (13). Le caisson (12) est revêtu intérieurement d'éléments de revêtement en matériaux réfractaires (non illustré) et contient un ensemble cathodique (non illustré). La cuve (11) peut être mise en place ou retirée à l'aide d'une unité de levage et de manutention (20) apte à être déplacée le long des cellules d'électrolyse sur des chemins de roulement (3, 3') à l'aide de moyens de roulement (23, 23'). La figure 1 illustre une unité de levage et de manutention typique, vue de côté (figure 1(A)) et vue dans l'axe principal (figure 1(B)). Ladite unité (20) comprend typiquement un pont roulant (21), au moins un chariot (22, 22') apte à être déplacé sur le pont roulant (21), et des organes de manutention (24, 24') qui comprennent typiquement au moins un dispositif de levage (25, 25'), tel qu'un palan. La cuve (11) est reliée au dispositif de levage (25, 25') par des moyens de liaison (30, 30') amovibles qui incluent, généralement, des palonniers distincts (31, 31') (appelés "lifting beams" en anglais) et des moyens d'attache articulés (32, 32'), tels que des biellettes ou des leviers articulés, qui permettent un mouvement d'oscillation autour des points de liaison. Les palonniers (31, 31') sont disposés transversalement à la cuve (11) et sont fixés au dispositif de levage (25, 25') par des moyens d'accrochage (33, 33'). Les moyens d'attache (32, 32') procurent une liaison isostatique entre le ou les dispositifs de levage (25, 25') et la cuve (11). Les moyens de liaison (30, 30') connus permettent des déformations longitudinales et transversales de la cuve. Selon l'invention, la cuve (11) est fixée au dispositif de levage (25, 25') par l'intermédiaire d'un dispositif de manutention (300) destiné à rigidifier le caisson et à en limiter la déformation. L'ensemble formé par la cuve (11) et le dispositif de manutention (300) peut ensuite être manipulé comme un tout par l'unité de levage et de manutention (20). Le dispositif de manutention (300) selon l'invention comporte: - au moins un moyen d'accrochage (301, 301') destiné à permettre sa préhension par 20 une unité de levage et de manutention (20) ; - une armature (310) munie d'une pluralité de moyens de fixation rigide (320) répartis de façon à permettre une fixation rigide de l'armature (310) au caisson (12) en une pluralité d'endroits déterminés. Les moyens de fixation rigide (320) procurent une liaison hyperstatique entre le ou les dispositifs de levage (25, 25') et la cuve (11). Le ou les moyens d'accrochage (301, 301') sont normalement aptes à être reliés aux dispositifs de levage (25, 25') de l'unité de levage et de manutention (20). Ils sont typiquement choisis parmi les trous débouchants, les systèmes de boulonnage et les crochets. Le dispositif de manutention (300) comporte avantageusement au moins deux moyens d'accrochage (301, 301'). Ceux-ci sont de préférence suffisamment éloignés l'un de l'autre pour éviter le tangage du caisson en cours de manutention. Cette variante permet également de limiter la déformation de l'armature (310) sous l'effet des poids combinés de la cuve et du dispositif de manutention. Tel qu'illustré à la figure 2, l'armature (310) comporte de préférence au moins une poutre longitudinale (311, 311a, 311b) et une pluralité de moyens de fixation rigide (320) répartis le long de chaque poutre (311, 311a, 31lb), de façon à permettre une fixation rigide de l'armature (310) au moins sur les côtés longs (17a, 17b) du caisson (12). Ces poutres (311, 311a, 311b) sont destinées à être disposées dans le sens de la longueur de la cuve. Les moyens de fixation (320) sont éventuellement situés à l'extrémité de bras (313) fixés à la ou à chaque poutre (311, 311a, 311b). Chaque poutre longitudinale (311, 311a, 311b) a une longueur L qui est avantageusement supérieure à 70 % de la longueur Lo de la cuve (11), et de préférence supérieure à 80 % de Lo. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, l'armature (310) comporte une poutre longitudinale (311), de préférence une seule poutre, destinée à être placée parallèlement à l'axe principal X de la cuve (11) et au-dessus de celui-ci. Dans la variante illustrée à la figure 2(A), la poutre longitudinale (311) est munie de bras (313) répartis le long de la poutre, typiquement avec des espacements réguliers, et les moyens de fixation (320) sont situés à l'extrémité de ces bras. Dans ce mode de réalisation, le (les) moyen(s) d'accrochage (301, 301') est (sont) typiquement pourvu(s) sur la poutre (311). Dans un autre mode de réalisation de l'invention, dont deux variantes sont illustrées aux figures 2(B) et 2(C), l'armature (310) comporte deux poutres longitudinales (31la, 311b) parallèles l'une à l'autre, liées l'une à l'autre par au moins une barre transversale ou "traverse" (315, 315'), et destinées à être placées parallèlement à l'axe principal X de la cuve (11) et à être fixées chacune à un côté long (17a, 17b) correspondant du caisson (12). Les moyens de fixation (320) sont répartis sur les poutres, éventuellement à l'extrémité de bras (313). Les poutres longitudinales (311a, 311b) ont typiquement une même longueur L. Dans ce mode de réalisation, le (les) moyen(s) d'accrochage (301, 301') est (sont) avantageusement pourvu(s) sur la ou les traverses (315, 315'). Dans la variante illustrée à la figure 2(C), les deux poutres longitudinales (311a, 311b) sont agencées de manière à pouvoir être placées, en tout ou partie, au-dessus de chacun des rebords (14a, 14b) correspondants du caisson (12) situés sur les côtés longs (17a, 17b) de celui-ci. Cette variante présente l'avantage de permettre une réduction significative du poids de l'armature (310). Elle présente également l'avantage d'être plus simple à réaliser. Les figures 3 à 5 illustrent, de manière non limitative, une variante particulière du 15 mode de réalisation de l'invention de la figure 2(C). La ou les traverses (315, 315') permettent de limiter les déformations latérales de l'armature (310). Elles peuvent être amovibles, mais elles sont de préférence solidaires des poutres longitudinales (311a, 311b) afin de conférer une plus grande rigidité au dispositif. L'armature (310) comporte avantageusement au moins deux traverses (315, 315'), chacune munie d'un moyen d'accrochage (301, 301'). Cette variante permet de limiter la flèche des poutres longitudinales (311 a, 311b) sous l'effet des poids combinés de la cuve et du dispositif de manutention. La ou les poutres (311, 311a, 311b) peuvent éventuellement comporter des renforts (312) pour les renforcer et les rigidifier; ces renforts sont typiquement des plaques disposées transversalement à l'axe principal des poutres. Les poutres (311, 311a, 31 lb) sont typiquement formées d'un caisson allongé de forte section et possédant une forte inertie de flexion. Le nombre de moyens de fixation (320) distincts dépend des dimensions de la cuve. Il est typiquement supérieur à 10. La distance maximale entre les moyens de fixation sur les côtés longs de la cuve est typiquement d'environ 2 mètres. Les moyens de fixation sont typiquement répartis uniformément afin de simplifier la conception et l'utilisation du dispositif. La distance moyenne entre les moyens de fixation est typiquement comprise entre 0,5 et 2 mètres. Les moyens de fixation (320) sont de préférence choisis parmi les moyens qui permettent de fixer fermement, mais de manière amovible, le caisson (12) à 10 l'armature (310), tels que les systèmes à boulons et écrous. Les moyens de fixation (320) comprennent avantageusement des tirants (321) aptes à prendre appui sur le dispositif de manutention (300) typiquement sur chaque poutre longitudinale (311a, 311b) du dispositif , d'une part, et sur le caisson (12), d'autre part. A cette fin, les tirants (321) comprennent avantageusement une tige (322), qui est typiquement filetée au moins à ses deux extrémités de façon à permettre sa fixation à l'aide d'écrous (323, 324). En pratique, la tige (322) peut passer par des ouvertures (19, 19') aménagées dans les rebords (14) du caisson. Afin de répartir la charge sur les raidisseurs (15), les moyens de fixation (320) peuvent comprendre des barres d'appui (325) aptes à prendre appui sur les raidisseurs (15) du caisson. Cette variante de l'invention est avantageusement mise en oeuvre avec des caissons dans lesquels les raidisseurs (15) comportent des ouvertures (18) aptes à permettre l'insertion des dites barres d'appui (325) (voir les figures 4 et 5). Les barres d'appui (325) peuvent être formées de plusieurs éléments (par exemple, deux barres distinctes (325, 325') disposées en parallèle et séparées par des entretoises (326)). Les ouvertures (18) sont avantageusement renforcées à l'aide de renforts (18'), qui prennent typiquement la forme d'une section de tube. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif de manutention (300) comporte en outre une pluralité d'écarteurs (330) (ou "vérins ajustables") destinés à ajuster l'espacement E entre le caisson (12) et le dispositif de manutention (300) (typiquement entre les rebords (14) du caisson (12) et les poutres longitudinales (311a, 31lb)). Les écarteurs permettent également de fournir des points d'appui déterminés entre le caisson (12) et le dispositif de manutention (300). Les écarteurs (330) permettent d'adapter précisément le dispositif de manutention (300) au caisson (12) et d'éviter d'ajouter une déformation supplémentaire au caisson. En effet, la demanderesse a noté que les caissons sont souvent légèrement déformés et que la mise en appui des poutres longitudinales sur le caisson, sans élément d'ajustement complémentaire, pouvait entraîner une déformation supplémentaire du caisson. Les écarteurs (330) sont de préférence placés de façon à s'appuyer sur les parties les plus rigides du caisson (12) (notamment des rebords (14) du caisson, typiquement au niveau des renforts (14')). Les écarteurs (330) sont typiquement alignés avec les points d'appui (18) des tirants sur le caisson, comme illustré à la figure 5. Les écarteurs (330) sont typiquement choisis parmi les vérins à vis. L'invention a encore pour cbjet une méthode de manutention d'une cuve de cellule d'électrolyse destinée à la production d'aluminium par électrolyse ignée, comportant: - la fourniture d'un dispositif de manutention (300) selon l'invention; - la mise en place du dispositif de manutention (300) sur le caisson (12) d'une cuve (11) ; - la fixation du dispositif de manutention (300) sur le caisson à l'aide des moyens de fixation (320) ; la fixation du dispositif de manutention (300) à une unité de levage et de manutention (20) typiquement aux organes de manutention (24, 24') d'une telle unité (20) à l'aide d'au moins un moyen d'accrochage (301, 301'). La cuve peut ensuite être levée, transportée et déposée. Lorsque le dispositif de manutention (300) comporte des écarteurs (330), la méthode comporte en outre l'ajustement d'un espacement E entre le caisson (12) et le 30 dispositif de manutention (300) à l'aide desdits écarteurs (330). Lorsque l'armature (310) du dispositif de manutention (300) comporte au moins deux poutres longitudinales (311a, 311b), la mise en place du dispositif de manutention (300) sur le caisson (12) d'une cuve (11) comprend typiquement un alignement de ces poutres longitudinales (311a, 311b) avec les rebords latéraux (14a, 14b) du caisson (12) situés sur ses côtés longs (17a, 17b). Lorsque le dispositif de manutention (300) comporte des tirants (321), les poutres (311a, 311b) sont fixées au caisson (12) par serrage jusqu'à la mise en appui du caisson contre les dites poutres ou, le cas échéant, contre les écarteurs (330). Lorsque l'on utilise des écarteurs (330), ceux-ci sont de préférence ajustés avant le serrage définitif des tirants (321). Les écarteurs (330) sont de préférence intégrés au dispositif de manutention (300) afin de simplifier l'utilisation du dispositif de manutention (300) ou la mise en oeuvre de la méthode selon l'invention. Les écarteurs (330) peuvent éventuellement être, en tout ou partie, distincts du dispositif ou amovibles. Lorsque les écarteurs (330) sont séparés du dispositif de manutention au moment de sa mise en place, la méthode comporte en outre une mise en place d'une pluralité d'écarteurs (330), typiquement par insertion, entre l'armature (310) et le caisson (12). REVENDICATIONS 1. Dispositif de manutention (300) d'une cuve (11) de cellule d'électrolyse (2) destinée à la production d'aluminium par électrolyse ignée, ladite cuve étant rectangulaire, ayant un axe principal X et comportant un caisson métallique (12) muni d'un rebord (14) au moins sur les côtés longs (17a, 17b) de la cuve (11), ledit dispositif (300) comportant au moins un moyen d'accrochage (301, 301') destiné à permettre sa préhension par une unité de levage et de manutention (20) et étant caractérisé en ce qu'il comporte une armature (310) munie d'une pluralité de moyens de 'fixation rigide (320) répartis de façon à permettre une fixation rigide de l'armature (310) au caisson (12) en une pluralité d'endroits déterminés. 2. Dispositif de manutention (300) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux moyens d'accrochage (301, 301'). 3. Dispositif de manutention (300) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'armature (310) comporte au moins une poutre longitudinale (311, 311a, 311b) et une pluralité de moyens de fixation rigide (320) répartis le long de chaque poutre (311, 311a, 31lb), de façon à permettre une fixation rigide de l'armature (310) au moins sur les côtés longs (17a, 17b) du caisson (12). 4. Dispositif de manutention (300) selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de fixation (320) sont situés à l'extrémité de bras (313) fixés à la ou à 25 chaque poutre (311, 311a, 311b). 5. Dispositif de manutention (300) selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'armature (310) comporte une poutre longitudinale (311) destinée à être placée parallèlement à l'axe principal X de la cuve (11) et au- dessus de celui-ci. 6. Dispositif de manutention (300) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le ou les moyens d'accrochage (301, 301') sont pourvus sur ladite poutre (311). 7. Dispositif de manutention (300) selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'armature (310) comporte deux poutres longitudinales (311 a, 311b) parallèles l'une à l'autre, liées l'une à l'autre par au moins une traverse (315, 315'), et destinées à être placées parallèlement à l'axe principal X de la cuve (11) et à être fixées chacune à un côté long (17a, 17b) correspondant du caisson (12). 8. Dispositif de manutention (300) selon la revendication 7, caractérisé en ce que le ou les moyens d'accrochage (301, 301') sont pourvus sur la ou les traverses (315, 315'). 9. Dispositif de manutention (300) selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que l'armature (310) comporte avantageusement au moins deux traverses (315, 315'), chacune munie d'un moyen d'accrochage (301, 301'). 10. Dispositif de manutention (300) selon l'une quelconque des revendications 7 ou 20 9, caractérisé en ce que chaque traverse (315, 315') est solidaire des poutres longitudinales (311a, 311b). 11. Dispositif de manutention (300) selon l'une quelconque des revendications 7 ou 10, caractérisé en ce que les poutres longitudinales (31la, 311b) sont agencées de manière à pouvoir être placées, en tout ou partie, au-dessus de chacun des rebords (14a, 14b) correspondants du caisson (12) situés sur ses côtés longs (17a, 17b). 12. Dispositif de manutention (300) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les moyens de fixation (320) comprennent des tirants (321) aptes à prendre appui sur le dispositif de manutention (300) , d'une part, et sur le caisson (12), d'autre part. 13. Dispositif de manutention (300) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une pluralité d'écarteurs (330) destinés à ajuster l'espacement E entre le caisson (12) et le dispositif (300). 14. Dispositif de manutention (300) selon la revendication 13, caractérisé en ce que les écarteurs (330) sont choisis parmi les vérins à vis. 15. Utilisation d'un dispositif de manutention (300) selon l'une quelconque des 10 revendications 1 à 14 dans une usine de production d'aluminium par électrolyse ignée. 16. Méthode de manutention d'une cuve (11) de cellule d'électrolyse destinée à la production d'aluminium par électrolyse ignée, comportant: la fourniture d'un dispositif de manutention (300) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14; - la mise en place d'un dispositif de manutention (300) sur le caisson (12) d'une cuve (11); - la fixation du dispositif de manutention (300) sur le caisson à l'aide des 20 moyens de fixation (320) ; - la fixation du dispositif de manutention (300) à une unité de levage et de manutention (20) à l'aide d'au moins un moyen d'accrochage (301, 301'). 17. Méthode de manutention selon la revendication 16, comportant en outre la mise 25 en place d'une pluralité d'écarteurs (330) entre l'armature (310) et le caisson (12). 18. Méthode de manutention d'une cuve (11) de cellule d'électrolyse destinée à la production d'aluminium par électrolyse ignée, comportant: la fourniture d'un dispositif de manutention (300) selon l'une quelconque des 30 revendications 13 ou 14; - la mise en place d'un dispositif de manutention (300) sur le caisson (12) d'une cuve (Il) ; - l'ajustement d'un espacement E entre le caisson (12) et le dispositif de manutention (300) à l'aide desdits écarteurs (330) ; - la fixation du dispositif de manutention (300) sur le caisson à l'aide des moyens de fixation (320) ; la fixation du dispositif de manutention (300) à une unité de levage et de manutention (20) à l'aide d'au moins un moyen d'accrochage (301, 301').