Brevet FR3012473A1 — publié le 20150501

La présente invention concerne un dispositif d'étanchéité pour capot de cellule d'électrolyse destinée à la production d'aluminium. La présente invention concerne également un dispositif de recouvrement pour cellule d'électrolyse ainsi qu'une cellule d'électrolyse comprenant un tel dispositif d'étanchéité. L'aluminium est classiquement produit dans des alumineries, par électrolyse, selon le procédé de Hall-Héroult. A cet effet, on prévoit une cuve d'électrolyse comprenant un caisson et un revêtement intérieur en matériau réfractaire. La cuve d'électrolyse comprend également des blocs cathodiques agencés au fond du caisson, parcourus par des barres conductrices destinées à collecter le courant d'électrolyse pour le conduire à une cuve d'électrolyse suivante, et au moins un bloc anodique suspendu à une traverse et plongé partiellement dans un bain électrolytique, au-dessus des blocs cathodiques. Une nappe d'aluminium liquide, recouvrant les blocs cathodiques, se forme au fur et à mesure de la réaction. Le passage du courant s'effectue du bloc anodique vers la cathode via le bain électrolytique à une température d'environ 970°C dans lequel l'alumine est dissoute. Ce courant d'électrolyse présente une intensité pouvant atteindre plusieurs centaines de milliers d'ampère. Ce procédé d'électrolyse est à l'origine de la formation de gaz dont la diffusion hors de la cellule d'électrolyse doit être évitée. A cet effet, il est connu d'utiliser des capots, bombés ou plans, reposants sur les bords de la cuve d'électrolyse et contre une superstructure de sorte à limiter la diffusion des gaz et les pertes thermiques. Ces capots sont généralement juxtaposés les uns à cotés des autres, suivant l'axe d'extension longitudinal de la cuve, de sorte à former une enceinte fermée. Mais des fuites de gaz ainsi que des pertes thermiques peuvent avoir lieu dans la zone de jonction entre les capots. Pour y remédier, des joints d'étanchéités ont alors été fixés sur les bords des capots de sorte à recouvrir ces zones de jonction. Toutefois, des opérations nécessitent d'accéder à l'intérieur de la cellule d'électrolyse, notamment des changements d'anodes, de sorte qu'il est nécessaire de régulièrement soulever au moins l'un des capots surplombant la cuve. La superposition d'un joint d'étanchéité au niveau de la zone de jonction entre deux capots adjacents gêne la manipulation. Typiquement, lorsque le joint d'étanchéité recouvre la zone de jonction en recouvrant partiellement la face extérieure du second capot, le premier capot sur lequel le joint a été fixé est décalé de sa position initiale lorsque le second capot sous jacent au joint d'étanchéité est soulevé. Alternativement, lorsque le joint d'étanchéité recouvre la zone de jonction en recouvrant partiellement la face intérieure du second capot, le second capot sous jacent au joint d'étanchéité est décalé de sa position initiale lorsque le premier capot sur lequel le joint a été fixé est soulevé. Ce décalage du premier (alternativement du second) capot peut, par un effet domino, également avoir une incidence sur un troisième capot adjacent. Ainsi, une fois l'opération d'entretien réalisée, l'opérateur doit remettre les différents capots en place. Il en résulte des manipulations supplémentaires, des dégagements gazeux et des pertes thermiques potentiellement conséquentes dans l'intervalle. La présente invention vise alors à faciliter le déplacement d'un capot parmi un ensemble de capots juxtasposés, tout en conservant de bonnes propriétés d'isolation thermique et d'étanchéité fluidique de la cellule d'électrolyse. A cet effet, la présente invention propose un dispositif d'étanchéité pour capot de cellule d'électrolyse destinée à la production d'aluminium, le dispositif d'étanchéité comportant une portion de fixation destinée à être fixée sur une portion latérale d'un premier capot et une portion d'étanchéité destinée à déborder latéralement du premier capot et recouvrir une zone de jonction entre le premier capot et un second capot juxtaposé au premier capot, caractérisé en ce que des entailles s'étendent dans la portion d'étanchéité. Lesdites entailles augmentent la flexibilité de la portion d'étanchéité et permettent une dissociation des différentes sections séparées par les entailles qui peuvent se déformer indépendamment et éventuellement différemment. Dans cette configuration, par exemple lorsque la portion d'étanchéité recouvre partiellement la face extérieure du second capot, lors du soulèvement du second capot pour une opération sur la cuve, les entailles de la portion d'étanchéité du dispositif d'étanchéité fixé sur le premier capot permettent une déformation importante de la portion d'étanchéité située entre les entailles. Aussi, les capots sont généralement soulevés par pivotement autour de leur partie basse (ou embase) de sorte que le fractionnement de la portion d'étanchéité en une pluralité de sections au moyen des entailles permet à la portion d'étanchéité de se déformer progressivement avec le mouvement imposé au second capot. En d'autres termes, lorsque l'opérateur saisit le second capot et commence à le faire pivoter autour de sa partie basse, l'écartement entre les premier et second capots est plus important au niveau de la partie haute des capots que de la partie basse des capots de sorte que les sections disposées en partie haute de la portion d'étanchéité sont rapidement fortement déformées tandis que les sections disposées en partie basse de la portion d'étanchéité ne sont pas encore ou peu déformées. Les contraintes exercées par les sections disposées en partie haute se relâche lorsque ces sections ne sont plus en contact avec le second capot et la déformation des sections se déplace progressivement du haut vers le bas. Ainsi, la contrainte exercée sur le premier capot est limitée. Celui-ci n'étant pas ou peu sollicité reste sensiblement en place de sorte que la diffusion de gaz et les pertes thermiques sont limitées. Par ailleurs, il n'est pas nécessaire que l'opérateur repositionne le premier capot une fois la manipulation terminée. Le mouvement du second capot généré par l'opérateur est également facilité car la résistance opposée est plus faible qu'en absence d'entailles. De préférence, la portion d'étanchéité comprend un premier bord solidaire de la portion de fixation et un second bord opposé au premier bord, les entailles s'étendant à partir du second bord. Cette configuration permet d'optimiser la flexibilité de la portion d'étanchéité. Avantageusement, l'axe d'extension des entailles s'étend selon un angle compris entre 45° et 135° par rapport à l'axe défini par le second bord. De préférence, l'axe d'extension des entailles s'étend transversalement à l'axe défini par le second bord. L'axe d'extension des entailles peut toutefois s'étendre de façon oblique par rapport à l'axe défini par le second bord, par exemple pour accompagner et faciliter le déplacement du capot en fonction du mouvement qui lui est appliqué. Par exemple, lorsque le capot est conçu pour être déplacé dans un mouvement de bas en haut, les entailles obliques peuvent-être avantageusement prévues selon une inclinaison de bas en haut à partir du second bord latéral de la portion d'étanchéité. Selon une disposition particulière de l'invention, les entailles sont régulièrement espacées. Selon une variante de l'invention, la distance entre deux entailles adjacentes diminue selon une direction prédéterminée. Il est avantageux de prévoir une faible distance entre deux entailles dans la partie haute du second bord de la portion d'étanchéité et une distance plus importante dans sa partie basse lorsque le déplacement des capots est exercé selon un mouvement de pivotement autour de sa partie basse. La contrainte exercée sur le dispositif d'étanchéité par ce déplacement est en effet la plus importante à l'initiation du mouvement, les sections situées entre les entailles se soulevant et se dégageant au fur et à mesure du haut vers le bas. Il est donc avantageux de conférer une plus grande flexibilité à la partie haute de la portion d'étanchéité par une distance plus faible entre deux entailles que dans la partie basse. De préférence, la distance entre deux entailles adjacentes est comprise entre 10 et 300 millimètres, de préférence entre 30 et 200 mm, et de préférence encore entre 50 et 150 mm. Cette dimension permet de conférer la flexibilité souhaitée à la portion d'étanchéité tout en limitant le risque de diffusion gazeuse et de pertes thermiques. La distance optimale pourra être déterminée simplement, de façon empirique, en fonction de la rigidité, l'épaisseur, la nature du matériau, de la longueur de la portion d'étanchéité et/ou de la configuration de la zone de jonction (écartement entre deux capots adjacents et déformations éventuelles des bords de ces capots). Selon une autre disposition particulière de la présente invention, les entailles s'étendent jusqu'au premier bord de la portion d'étanchéité. Cette disposition permet en effet d'améliorer la flexibilité de la portion d'étanchéité. De préférence, la portion d'étanchéité comprend un matériau de fibre de verre recouvert de silicone. Ce matériau présente intrinsèquement une bonne flexibilité, résiste aux températures élevées et présente des propriétés d'isolation thermique. Selon un deuxième aspect, l'invention concerne également un dispositif de recouvrement pour cellule d'électrolyse destinée à la production d'aluminium comprenant un capot sur une portion latérale duquel est fixé au moins un dispositif d'étanchéité tel que précédemment décrit. Avantageusement, le dispositif d'étanchéité est fixé sur une face extérieure du capot. Le dispositif d'étanchéité et les moyens de fixation du dispositif d'étanchéité sont alors moins exposés aux hautes températures et aux gaz présents à l'intérieur de la cellule. Les moyens de fixation peuvent notamment être des rivets ou des boulons. La portion de fixation du dispositif d'étanchéité peut notamment comporter des perforations pour le passage de ces moyens de fixations. Selon une possibilité, deux dispositifs d'étanchéité sont fixés sur deux portions latérales opposées d'un capot. On obtient ainsi une meilleure étanchéité. Selon un troisième aspect, l'invention concerne également une cellule d'électrolyse pour la production d'aluminium comprenant au moins un dispositif de recouvrement tel que précédemment décrit. Il est entendu dans le présent document que lorsque la cellule d'électrolyse comprend plusieurs dispositifs de recouvrement, chaque capot est juxtaposé au capot voisin de sorte que chaque portion d'étanchéité recouvre la zone de jonction entre deux capots adjacents. Les portions d'étanchéité recouvrent par ailleurs avantageusement au moins en partie le capot adjacent. De préférence, les entailles s'étendent selon l'axe d'extension longitudinal de la cellule d'électrolyse. Cette configuration permet en effet d'obtenir une meilleure flexibilité du dispositif d'étanchéité. Par face extérieure des capots (respectivement intérieure), on entend la face des capots qui est tournée vers l'extérieure (respectivement l'intérieure) de la cellule d'électrolyse. D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description suivante de plusieurs modes de réalisation de celle-ci, donnés à titre d'exemples non limitatifs et en référence aux dessins annexés. Les figures ne respectent pas nécessairement l'échelle de tous les éléments représentés de sorte à améliorer leur lisibilité. Dans la suite de la description, par souci de simplification, des éléments identiques, similaires ou équivalents des différentes formes de réalisation portent les mêmes références numériques. La figure 1 illustre une vue en coupe d'une cellule d'électrolyse selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 2 illustre une vue de dessus en coupe de la zone de jonction entre deux dispositifs de recouvrement selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 3 illustre une vue de dessus en coupe de la zone de jonction entre deux dispositifs de recouvrement selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 4 illustre une vue schématique d'un dispositif d'étanchéité selon un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 5 illustre une vue schématique d'un dispositif d'étanchéité selon un second mode de réalisation de l'invention. La figure 6 illustre une vue schématique d'un dispositif d'étanchéité selon un troisième mode de réalisation de l'invention. La figure 7 illustre une vue de dessus en coupe d'un dispositif de recouvrement selon un second mode de réalisation de l'invention. La figure 7 illustre une vue de dessus en coupe d'un dispositif de recouvrement selon un troisième mode de réalisation de l'invention. La figure illustre une vue de dessus en coupe de deux dispositifs de recouvrement selon un troisième mode de réalisation de l'invention. Comme illustré sur la figure 1, une cellule d'électrolyse 100 destinée à la production d'aluminium comprend plusieurs capots 1,2 juxtaposés les uns par rapport aux autres, le long d'un caisson 3 (selon l'axe d'extension longitudinal L de la cellule d'électrolyse 100), de sorte à former une enceinte fermée. Comme visible sur la figure 2, un dispositif d'étanchéité 4 (visible sur les figures 2 à 9) est fixé sur un capot 1 et recouvre la zone de jonction 10 entre les capots 1,2 juxtaposés, de sorte à limiter la diffusion de gaz provenant de l'électrolyse et les pertes thermiques. Avantageusement un dispositif d'étanchéité 4 est fixé sur chacun des capots 1,2 de la cellule d'électrolyse. Ce dispositif d'étanchéité 4 illustré sur les figures 2 et 3 comprend notamment une portion de fixation 5, fixée sur une portion latérale 6 d'un premier capot 1 (formant un dispositif de recouvrement 15), et une portion d'étanchéité 8 qui deborde latéralement du premier capot 1 de sorte à recouvrir la zone de jonction 10 formée avec un second capot 2 adjacent au premier capot 1. Comme illustré sur les figures 2 et 3, la portion d'étanchéité 8 recouvre également partiellement le second capot 2 de sorte à optimiser le confinement de la cellule 100. Sur la figure 2, le dispositif d'étanchéité 4 recouvre la zone de jonction 10 en s'étendant sur des faces similaires des capots 1,2 juxtaposés. De préférence, le dispositif d'étanchéité 4 est fixé sur la face extérieur du capot 1 de manière à limiter la dégradation du dispositif d'étanchéité et des moyens de fixation par exposition à la température et aux gaz confinés dans la cellule d'électrolyse. Pour la même raison, le dispositif d'étanchéité 4 recouvre de préférence partiellement le second capot sur sa face extérieure. Une telle configuration a en outre pour avantage d'améliorer l'étanchéité car la cellule est en légère dépression du fait de l'aspiration des gaz, de sorte que le dispositif d'étanchéité a tendance à être plaqué contre la face extérieure du second capot. Alternativement, comme visible sur la figure 3, le dispositif d'étanchéité 4 recouvre la zone de jonction 10 en traversant cette zone de jonction 10, c'est-à-dire en s'étendant depuis des faces opposés des capots 1,2 juxtaposés. Comme illustré à la figure 4, la portion d'étanchéité 8 comprend un premier bord 9 solidaire de la portion de fixation 5 du dispositif d'étanchéité 4 et un second bord 11 opposé. Des entailles 12 formées dans la portion d'étanchéité 8 s'étendent avec un espacement régulier à partir du second bord 11, vers le premier bord. Ces entailles 12 divisent la portion d'étanchéité 8 en une pluralité de sections de petites tailles et assurent une grande flexibilité de la portion d'étanchéité 8, ce qui limite le décalage du premier capot 1 auquel elle est reliée lors du déplacement du second capot 2 adjacent. Selon une variante illustrée à la figure 5, la distance entre les entailles 12 varie le long du second bords 11. Dans la partie supérieure 14 de la portion d'étanchéité 8, la distance est en effet plus faible que dans la partie inférieure 13. Cette disposition est particulièrement efficace lorsque le second capot 2 est conçu pour être déplacé selon un mouvement de pivotement autour de la partie basse du capot. La contrainte la plus forte est en effet exercée au début du mouvement et est compensée par une plus grande flexibilité de la partie supérieure 14 de la portion d'étanchéité 8. Comme illustré à la figure 6, l'axe d'extension des entailles 12 peut s'étendre selon un angle par rapport à l'axe défini par le second bord. Cet angle est de préférence compris entre 45° et 135°. Les entailles 12 sont orientées vers la partie supérieure 14 de la portion d'étanchéité 8, à partir du second bord 11, de sorte à favoriser le mouvement du second capot 2 dans une direction de bas en haut (de la partie proximale vers le partie distale du capot par rapport au caisson 3 et au bord de la cuve sur lequel il repose). Comme visible sur les figures 4 à 6, la portion de fixation 5 du dispositif d'étanchéité 4 peut comprendre des perforations 20 pour le passage de moyens de fixation sur le capot, par exemple des rivets ou des boulons. La figure 7 illustre une variante de réalisation du dispositif de recouvrement 15 dans lequel un dispositif d'étanchéité 4 est fixé sur chacune des deux portions latérales 6 opposées d'un premier capot 1. Ainsi, chacune des portions d'étanchéité 4 est adaptée à recouvrir partiellement deux capots 2 adjacents au premier capot 1 de façon opposée. La figure 8 illustre une autre variante de réalisation du dispositif de recouvrement 15 dans lequel un dispositif d'étanchéité 4 est fixé sur chacune des deux portions latérales 6 opposées d'un premier capot 1, sur des faces opposées du capots. Un dispositif d'étanchéité 4 est fixé sur la face extérieure du capot, tandis que l'autre dispositif d'étanchéité 4 est fixé sur la facé intérieure du capot. La figure 9 illustre deux capots 1.2 adjacents du type représenté sur la figure 8. Une telle configuration améliore encore l'étanchéité fluidique dans la zone de jonction 10 entre deux capots 1,2 . Les dispositifs d'étanchéité s'étendent avantageusement sur toute la longueur de la portion latérale des capots, soit typiquement sur une longueur comprise entre 1 et 2 mètres. La largeur des dispositifs d'étanchéité est typiquement comprise entre 3 et 20 cm, et de préférence entre 5 et 10 cm, avec une portion d'étanchéité s'étendant sur plus de 20%, de préférence plus de 40% de la largeur des dispositifs d'étanchéité, et les entailles s'étendant sur plus de 30%, de préférence plus de 50% de la portion d'étanchéité. La distance entre deux entailles adjacentes est avantageusement comprise entre 10 et 300 millimètres, de préférence entre 30 et 200 mm, et de préférence encore entre 50 et 150 mm. Ainsi, la présente invention propose un dispositif d'étanchéité 4 permettant de réduire efficacement la perte thermique et la diffusion de gaz entre deux capots 1,2 adjacents pour une cellule d'électrolyse 100, tout en favorisant le déplacement du second capot 2 sans décaler le premier capot 1. La juxtaposition de dispositifs de recouvrement 15 comprenant un dispositif d'étanchéité 4 fixé sur un capot 1 reposant sur les bords de la cuve assure l'obtention d'une cellule d'électrolyse 100 minimisant les manipulations et présentant des diffusion de gaz et pertes thermiques réduites. Il va de soi que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus à titre d'exemples mais qu'elle comprend tous les équivalents techniques et les variantes des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons. Notamment, la forme rectiligne des entailles présentées dans les figures n'est pas limitative, ces entailles pouvant par exemple avoir d'autres formes en zig-zag ou arrondies. REVENDICATIONS1. Dispositif d'étanchéité (4) pour capot (1,2) de cellule d'électrolyse (100) destinée à la production d'aluminium, le dispositif d'étanchéité (4) comportant une portion de fixation (5) destinée à être fixée sur une portion latérale (6) d'un premier capot (1) et une portion d'étanchéité (8) destinée à déborder latéralement du premier capot (1) et recouvrir une zone de jonction (10) entre le premier capot (1) et un second capot (2) juxtaposé au premier capot (1), caractérisé en ce que des entailles (12) s'étendent dans la portion d'étanchéité (8). 2. Dispositif d'étanchéité (4) selon la revendication 1 dans lequel la portion d'étanchéité (8) comprend un premier bord (9) solidaire de la portion de fixation (5) et un second bord (11) opposé au premier bord (9), les entailles (12) s'étendant à partir du second bord (11). 3. Dispositif d'étanchéité (4) selon la revendication 2, dans lequel l'axe d'extension des entailles (12) s'étend selon un angle compris entre 45° et 135° par rapport à l'axe défini par le second bord (11). . 4. Dispositif d'étanchéité (4) selon l'une des revendications 2 et 3, dans lequel l'axe d'extension des entailles (12) s'étend transversalement à l'axe défini par le second bord (11). 5. Dispositif d'étanchéité (4) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel les entailles (12) sont régulièrement espacées. 6. Dispositif d'étanchéité (4) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la distance entre deux entailles (12) adjacentes diminue selon une direction prédéterminée. 7. Dispositif d'étanchéité (4) selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la distance entre deux entailles (12) adjacentes est comprise entre 10 et 300 millimètres, de préférence entre 30 et 200 mm, et de préférence encore entre 50 et 150 mm. 8. Dispositif d'étanchéité (4) selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel les entailles (12) s'étendent jusqu'au premier bord (9) de la portion d'étanchéité (8). 9. Dispositif d'étanchéité (4) selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel la portion d'étanchéité (8) comprend un matériau de fibre de verre recouvert de silicone. 10. Dispositif de recouvrement (15) pour cellule d'électrolyse (100) destinée à la production d'aluminium comprenant un capot (1,2) sur une portion latérale (6) duquel est fixé au moins un dispositif d'étanchéité (4) selon l'une des revendications 1 à 9. 11. Dispositif de recouvrement (15) selon la revendication 10, dans lequel le dispositif d'étanchéité est fixé sur une face extérieure du capot (1,2). 12. Dispositif de recouvrement (15) selon la revendication 10, dans lequel deux dispositifs d'étanchéité (4) sont fixés sur deux portions latérales (6) opposées d'un capot (1). 13. Dispositif de recouvrement (15) selon la revendication 11, dans lequel un premier dispositif d'étanchéité (4) est fixé sur une face extérieure du capot (1,2) et un second dispositif d'étanchéité (4) est fixé sur une face intérieure du capot (1,2). 14. Dispositif de recouvrement (15) selon l'une des revendications 10 à 13, dans lequel le dispositif d'étanchéité est fixé au capot au moyen de rivets ou de boulons. 15. Cellule d'électrolyse (100) pour la production d'aluminium comprenant au moins un dispositif de recouvrement (15) selon l'une des revendications 10 à 14.