Brevet FR2876049A1 — publié le 20060407

PROCEDE ET DISPOSITIF D'USINAGE D'ANODES POUR LA PREPARATION DE L'ALUMINIUM PAR ELECTROLYSE Domaine de l'invention La présente invention concerne l'usinage d'électrodes utilisées comme anodes lors de la préparation de l'aluminium par électrolyse. Exposé de l'art antérieur La majeure partie de l'aluminium est actuellement obtenue par électrolyse d'un électrolyte riche en aluminium, par exemple l'alumine. L'électrolyse est réalisée dans une cuve dont le fond forme la cathode. La cuve est remplie d'électrolyte et on y plonge des anodes, généralement constituées de blocs parallélépipédiques en carbone. Par électrolyse, l'alumine se décompose et de l'aluminium se dépose sur la cathode. L'anode comporte une surface sensiblement plane placée généralement horizontalement dans le bain d'électrolyte. Au cours de l'électrolyse, l'anode se consume et doit être régulièrement remplacée. De plus, des gaz se forment au niveau des anodes. L'accumulation de gaz au niveau de la surface inférieure des anodes peut perturber le déroulement de l'électrolyse. Pour faciliter l'évacuation des composés gazeux, on réalise au niveau de la surface inférieure de chaque anode des fentes dont le fond est incliné par rapport à l'horizontale. Les fentes peuvent être obtenues lors de la fabrication des anodes par moulage en utilisant des moules de forme adaptée. Toutefois, les anodes obtenues par moulage devant généralement être empilées à des fins de stockage avant leur utilisation, les fentes tendent à fragiliser les anodes qui peuvent alors se fissurer, voire se casser, au cours du stockage. Il est donc souhaitable de réaliser les fentes peu avant la plongée des anodes dans le bain d'électrolyse. Un procédé permettant la réalisation des fentes peu avant l'utilisation des anodes consiste à fraiser les fentes dans l'anode préalablement formée au moyen d'une fraise-scie circulaire. Un inconvénient d'un tel procédé est que l'épaisseur des fraises-scies circulaires est généralement supérieure à 12 millimètres principalement pour assurer la tenue mécanique des fraises-scies. Les fentes obtenues ont donc une largeur minimale de 12 millimètres. On entend par largeur la dimension de la fente transverse à la direction longitudinale selon laquelle s'étend la fente sur la face inférieure de l'anode. Toutefois, il est souhaitable, notamment pour limiter la fragilisation des anodes et améliorer le rendement de la cuve d'électrolyse, de réaliser des fentes dont la largeur est inférieure à une dizaine de millimètres. La présente invention vise à obtenir un procédé et un dispositif de réalisation de fentes dans des anodes utilisées lors de la préparation d'aluminium par électrolyse permettant la réalisation de fentes de faible largeur dans les anodes peu avant leur utilisation dans le bain d'électrolyse. Selon un autre objet, la présente invention vise à obtenir un procédé de réalisation de fentes dans des anodes qui 30 soit compatible avec un processus industriel. Résumé de l'invention Dans ce but, la présente invention prévoit un dispositif d'usinage pour la réalisation d'au moins une fente dans une anode destinée à la préparation de l'aluminium par électrolyse, comprenant deux volants; un fil de coupe cylin- drique entourant les deux volants formant une portion de coupe s'étendant entre les volants; un moyen d'entraînement d'un des deux volants en rotation pour le sciage de la fente dans l'anode par la portion de coupe du fil de coupe; et un moyen d'aspi- ration des particules issues du sciage de l'anode par la portion de coupe du fil de coupe. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend, en outre, un moyen de soufflage d'air sur au moins une partie du fil de coupe pour le refroidissement du fil de coupe. Selon un mode de réalisation de l'invention, le fil de coupe est un fil diamant. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend, en outre, un moyen de déplacement des volants par rapport à l'anode selon une direction privilégiée pour faire venir en contact la portion de coupe du fil de coupe avec l'anode. Selon un mode de réalisation de l'invention, les volants ont le même diamètre et les axes de rotation des volants 20 sont décalés selon la direction privilégiée. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend, en outre, un moyen de déplacement du moyen d'aspiration simultanément avec les volants. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispo- sitif comprend deux volants supplémentaires, chaque volant supplémentaire étant adjacent à l'un des volants; un fil de coupe supplémentaire entourant les deux volants supplémentaires formant une portion de coupe s'étendant entre les volants; et un moyen d'entraînement d'un des deux volants supplémentaires en rotation pour le sciage d'une fente supplémentaire dans l'anode par la portion de coupe du fil de coupe supplémentaire. La présente invention prévoit également un procédé de réalisation d'au moins une fente dans une anode destinée à la préparation de l'aluminium par électrolyse, comprenant les étapes consistant à prévoir deux volants et un fil de coupe cylindrique entourant les deux volants formant une portion de coupe s'étendant entre les volants; à entraîner en rotation l'un des deux volants pour le sciage de la fente dans l'anode par la portion de coupe du fil de coupe; et à aspirer simultanément des particules issues du sciage de l'anode par la portion de coupe du fil de coupe sans aucune projection d'un liquide de nettoyage sur l'anode. Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé consiste, en outre, à refroidir au moins une partie du fil de coupe par soufflage d'air sans aucune projection d'un liquide de refroidissement sur l'anode. Brève description des dessins Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'un exemple de réalisation particulier faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: la figure 1 représente une vue schématique de dessus, en coupe partielle, d'un exemple de réalisation d'un dispositif de réalisation de fentes dans une anode selon l'invention; la figure 2 représente un vue schématique en coupe partielle d'une partie du dispositif de la figure 1 selon la direction A; et la figure 3 représente une vue schématique en coupe 25 partielle du dispositif de la figure 1 selon la direction B. Description détaillée Les figures 1, 2, 3 représentent trois vues d'un exemple de réalisation du dispositif d'usinage de fentes selon l'invention. Le dispositif 10 est destiné à être placé dans une installation de manutention d'anodes 12, qui, comme cela est représenté en figures 1 et 3, comprend un convoyeur 14 adapté à transporter des anodes 16, de forme générale parallélépipédique, jusqu'au dispositif 10 selon l'invention, et un convoyeur 18 adapté à recevoir les anodes 16 en sortie du dispositif 10 pour les transporter au poste suivant de l'installation de manutention. Au niveau du dispositif 10, l'installation 12 de manutention comprend un système de support 20 des anodes 16 comprenant une armature supérieure 22 qui surplombe le dispositif 10 et qui est maintenue au sol par des pieds de soutien 24 (deux pieds étant représentés en figure 3). L'armature supérieure 22 maintient, par un jeu de poutrelles 26, deux plateaux de glissement 28, sensiblement horizontaux. Un dispositif de poussée 30 est monté mobile par rapport à l'armature supérieure 22 et comprend au moins un doigt 32 adapté à faire glisser une anode 16 sur les plateaux 28 sur sa face inférieure 34. Les plateaux 28 sont disposés au niveau des bords latéraux de la face inférieure 34 de l'anode 16 de sorte que, lors du glis- sement de l'anode 16 sur les plateaux 28, la région centrale de la face inférieure 34 de l'anode 16 est accessible. Le dispositif 10 selon l'invention comprend une embase sur laquelle est monté un corps central 42 se prolongeant sur chaque côté par deux enceintes de coupe 44, 46. Le corps central 42 peut être déplacé par rapport à l'embase 40 selon la direction transverse à la direction de déplacement des anodes 16. Le corps central 42 comprend un dispositif de levage, non représenté, permettant de déplacer les enceintes de coupe 44, 46 selon la direction verticale par rapport à l'embase 40. Les enceintes de coupe 44 ou 46 ont des structures sensiblement identiques. On décrira donc par la suite seulement la structure de l'enceinte de coupe 44. L'enceinte de coupe 44 comprend deux volants d'entraînement 48, 50 montés sur un arbre 52, d'axe A. L'arbre 52 est monté à rotation dans un palier 54 fixé à l'enceinte 44. L'entraînement de l'arbre 52 est assuré par l'intermédiaire d'un moteur 56 fixé à une poutre longitudinale 58 solidaire de l'enceinte de coupe 44. L'arbre de sortie du moteur 56 entraîne, par l'intermédiaire d'une courroie 60, une poulie d'entraînement 62 solidaire de l'arbre 52. L'enceinte de coupe 44 comprend deux volants de mise en tension 64, 66 montés sur un arbre 68, d'axe A'. L'arbre 68 est monté à rotation dans un palier 70 fixé à l'enceinte 44. Un premier fil de coupe 70 relie le volant d'entraînement 48 au volant de mise en tension 64 en entourant les deux volants et définit, entre les deux volants 48, 64, une partie supérieure 71 et une partie inférieure 72 de fil de coupe. De façon analogue, un second fil de coupe 73 relie le volant d'entraînement 50 au volant de mise en tension 66 en entourant les deux volants. La position de chaque volant de mise en tension 64, 66 par rapport à l'enceinte de coupe 44 peut être modifiée par un mécanisme non représenté pour assurer une mise en tension convenable des fils de coupe 70, 73. Les fils de coupe 70, 73 sont par exemple des fils diamant. Un fil diamant comprend un câble cylindrique sur lequel sont enfilés des éléments cylindriques comportant des concré- tions de diamant et séparés les uns des autres par des petits ressorts. Il peut s'agir également d'un fil cylindrique constitué d'un câble cylindrique sur lequel sont disposés des éléments cylindriques comportant des concrétions à base de carbure. Lorsque le moteur 56 est actionné, la rotation des volants d'entraînement 48, 50 entraîne le déplacement des fils de coupe 70, 73 associés qui sont maintenus en tension par l'intermédiaire des volants de mise en tension 64, 66. La position de l'axe A selon la direction verticale est légèrement inférieure par rapport à la position de l'axe A' de sorte que la partie supérieure 71 de chaque fil de coupe 70, 73 est légèrement inclinée par rapport à l'horizontale. L'enceinte de coupe 44 comprend une ouverture 78 au niveau des parties supérieures 71 des fils de coupe 70, 73. Le fonctionnement du dispositif 10 selon l'invention va maintenant être décrit. Une anode 16 est déplacée sur les plateaux 28 dans une position où elle se trouve sensiblement à l'aplomb de l'ouverture 78 de l'une des enceintes de coupe 44, 46. Le dispositif de levage du corps central 42 est alors actionné de façon à rapprocher l'enceinte de coupe 44 de l'anode 16, d'où il résulte la mise en contact des parties supérieures 71 des fils de coupe 70, 73 avec l'anode 16 qui viennent réaliser des fentes dans l'anode 16. L'écartement entre les plateaux 28 est suffisant pour permettre le passage de la partie supérieure de l'enceinte de coupe 44 entre les plateaux 28. Le dispositif de levage est alors actionné jusqu'à ce que les fentes aient la profondeur souhaitée. En figure 2, on a représenté, par des traits pointillés 74, la position de la partie supérieure de l'enceinte de coupe 44 lorsqu'elle est déplacée par le dispositif de levage. Les traits pointillés 75 représentent le fond des fentes obtenues. En figure 3, on a représenté schématiquement des fentes 76, 77 réalisées dans l'anode 16 par les fils de coupe 70, 73 de l'enceinte de coupe 44, les enceintes de coupe 44, 46 étant représentées en position basse. L'inclinaison des parties supérieures 71 des fils de coupe 70, 73 permet d'obtenir des fentes dont le fond 75 est incliné par rapport à l'horizontale. Lors de l'opération de coupe, l'action de chaque fil de coupe 70, 73 sur l'anode 16 entraîne la formation de minuscules particules, appelées fines, dont il est souhaitable de se débarrasser. On prévoit donc pour chaque enceinte de coupe 44, 46, un système d'aspiration 80, 82 constitué d'un conduit d'évacuation se prolongeant par une buse d'aspiration 84, 86 qui affleure l'enceinte de coupe correspondante 44, 46. Une ouverture est prévue dans l'enceinte de coupe 44, 46 au niveau des buses d'aspiration 84, 86 pour le passage des fines. Les systèmes d'aspiration 80, 82 suivent le mouvement vertical des enceintes de coupe 44, 46. L'évacuation des fines est donc réalisée sans aucune projection d'un liquide de nettoyage, par exemple de l'eau ou de l'huile, sur les fils de coupe 70, 73 et l'anode 16. En outre, le flux d'air induit par le système d'aspiration 80, 82 participe au refroidissement des fils de coupe 70, 73. Toutefois, l'action des fils de coupe 70, 73 sur une anode 16 peut entraîner un échauffement excessif des fils de coupe. On peut alors prévoir, pour chaque enceinte de coupe 44, 46, un dispositif de refroidissement à l'air 84 constitué par exemple d'un conduit de circulation d'air comportant un ensemble de buses adaptées à projeter de l'air sur la partie inférieure 72 de chaque fil de coupe 70, 73. Le refroidissement des fils de coupe 70, 73 est donc réalisé sans aucune projection d'un liquide de refroidissement, par exemple de l'eau ou de l'huile, sur les fils de coupe 70, 73 et l'anode 16. De plus, les buses de projection d'air peuvent être disposées de façon que le flux d'air fourni par les buses de projection d'air améliore l'évacuation des fines en conjonction avec le système d'aspiration 80, 82. Sur les figures 1 à 3, on a représenté un dispositif comprenant deux enceintes de coupe 44, 46. Ceci permet le traitement en parallèle d'anodes qui seraient acheminées par deux voies de convoyage distinctes. On peut également prévoir une seule voie de convoyage d'anode, comme cela est représenté en figure 3, et utiliser alors l'une des enceintes de coupe comme secours en cas de défaillance de l'enceinte de coupe utilisée pour réaliser les fentes. Ceci permet de ne pas immobiliser l'installation de manutention 12, par exemple pour le remplacement de fils de coupe. Toutefois, si la cadence de fonctionnement de l'installation de manutention le permet, il est bien sûr possible de prévoir un dispositif de coupe selon l'invention ne comportant qu'une enceinte de coupe. En outre, dans chaque enceinte de coupe, le nombre de fils de coupe à prévoir dépend du nombre de fentes à réaliser dans chaque anode. Selon une variante de l'invention, le dispositif de coupe 10 selon l'invention est fixe. L'installation de manutention comporte alors un système pour déplacer selon la direction verticale chaque anode 16 au niveau du dispositif de coupe 10 de façon à rapprocher chaque anode 16 des fils de coupe 70, 73 pour la réalisation des fentes 76, 77. Selon une autre variante de l'invention, les deux fils de coupe 70, 73 sont remplacés par un fil de coupe unique qui entoure les volants 48, 64 et les volants 50, 66. Le fil de coupe comprend alors deux parties inférieures de fil de coupe, la première entre le volant de mise en tension 64 et le volant d'entraînement 50 et la seconde entre le volant de mise en tension 66 et le volant d'entraînement 48. Autrement dit, les deux parties inférieures du fil de coupe unique se croisent. Le fil de coupe comprend deux parties supérieures de fil de coupe, qui ne se croisent pas, la première entre le volant d'entraînement 48 et le volant de mise en tension 64 et le volant d'entraînement 50 et le volant de mise en tension 66 et dont le rôle est le même que les parties supérieures 71 précédemment décrites. La présente invention comporte de nombreux avantages: Premièrement, l'utilisation d'un fil de coupe cylindrique permet la réalisation des fentes ayant une largeur relativement faible, par exemple, inférieure à 10 millimètres. Ceci correspond aux largeurs de fentes que l'on souhaite actuellement réaliser pour faciliter l'évacuation des composants gazeux lors de l'électrolyse. Deuxièmement, la présente invention permet la réali- sation de fentes de profondeur importante, par exemple jusqu'à 400 mm. De telles fentes seraient difficilement réalisables au moyen d'une fraise- scie puisqu'une augmentation du diamètre de la fraise-scie impliquerait une augmentation de son épaisseur et donc de la largeur de la fente obtenue et, comme cela a été indiqué précédemment, des fentes de largeur trop importante tendent à fragiliser les anodes et à dégrader le rendement de la cuve d'électrolyse. Troisièmement, l'évacuation des fines produites lors de la coupe de l'anode et le refroissement des fils de coupe sont respectivement réalisés par aspiration et soufflage d'air. L'anode sur laquelle les fentes ont été réalisées peut donc être immédiatement utilisée pour une étape d'électrolyse puisque le refroidissement des fils de coupe et l'aspiration des fines n'ont pas entraîné le dépôt sur l'anode de corps étrangers. En effet, si un corps étranger, par exemple de l'eau avait été utilisé pour les opérations de nettoyage et de refroidissement, les anodes auraient été salies et il aurait alors été nécessaire de prévoir une étape de nettoyage et de séchage supplémentaire de l'anode, augmentant en conséquence le coût de fabrication des anodes. Quatrièmement, l'évacuation des fines par aspiration entraîne la création d'un flux d'air qui participe au refroidissement des fils de coupe. Le refroidissement peut être complété par soufflage d'air sur les fils de coupe, ce qui, en conjonction avec l'aspiration d'air, peut faciliter la mise en place d'un flux d'air autour de la partie supérieure des fils de coupe améliorant l'évacuation des fines et le refroidissement des fils de coupe. Cinquièmement, il est facile de modifier le nombre des fentes à réaliser dans chaque anode. Ceci peut être obtenu en rajoutant des fils de coupe, et les volants correspondants. De même, il est facile de modifier l'inclinaison du fond des fentes réalisées dans chaque anode en modifiant la position relative des axes des volants associés à chaque fil de coupe. Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, la présente invention a été décrite pour une installation de manutention dans laquelle les anodes sont amenées au niveau du dispositif d'usinage sensiblement selon la direction longitudinale des fentes formées sur chaque anode. Toutefois, on peut prévoir que les anodes sont amenées au niveau du dispositif d'usinage selon la direction transverse à la direction longitudinale des fentes formées sur chaque anode. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'usinage (10) pour la réalisation d'au moins une fente (76) dans une anode (16) destinée à la préparation de l'aluminium par électrolyse, comprenant: deux volants (48, 64) ; un fil de coupe (70) cylindrique entourant les deux volants formant une portion de coupe (71) s'étendant entre les volants; un moyen d'entraînement (56) d'un des deux volants en rotation pour le sciage de la fente dans l'anode par la portion 10 de coupe du fil de coupe; et un moyen d'aspiration (80) des particules issues du sciage de l'anode par la portion de coupe du fil de coupe. 2. Dispositif selon la revendication 1, comprenant, en outre, un moyen de soufflage d'air (84) sur au moins une partie 15 du fil de coupe (70) pour le refroidissement du fil de coupe. 3. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le fil de coupe (70) est un fil diamant. 4. Dispositif selon la revendication 1, comprenant, en outre, un moyen de déplacement des volants (48, 64) par rapport à l'anode (16) selon une direction privilégiée pour faire venir en contact la portion de coupe (73) du fil de coupe (70) avec l'anode. 5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel les volants (48, 64) ont le même diamètre et les axes de 25 rotation des volants sont décalés selon la direction privilégiée. 6. Dispositif selon la revendication 4, comprenant, en outre, un moyen de déplacement du moyen d'aspiration (80) simultanément avec les volants (48, 64). 7. Dispositif selon la revendication 1, comprenant: deux volants supplémentaires (50, 68), chaque volant supplémentaire étant adjacent à l'un des volants (48, 64) ; un fil de coupe supplémentaire (73) entourant les deux volants supplémentaires formant une portion de coupe (71) s'étendant entre les volants; et un moyen d'entraînement (56) d'un des deux volants supplémentaires en rotation pour le sciage d'une fente supplémentaire (77) dans l'anode par la portion de coupe du fil de coupe supplémentaire. 8. Procédé de réalisation d'au moins une fente (76) dans une anode (16) destinée à la préparation de l'aluminium par 10 électrolyse, comprenant les étapes suivantes: prévoir deux volants (48, 64) et un fil de coupe (70) cylindrique entourant les deux volants formant une portion de coupe (71) s'étendant entre les volants; entraîner en rotation l'un des deux volants pour le 15 sciage de la fente dans l'anode par la portion de coupe du fil de coupe; et aspirer simultanément des particules issues du sciage de l'anode par la portion de coupe du fil de coupe sans aucune projection d'un liquide de nettoyage sur l'anode. 9. Procédé selon la revendication 8, consistant, en outre, à refroidir au moins une partie du fil de coupe (70) par soufflage d'air sans aucune projection d'un liquide de refroidissement sur l'anode (16).