Brevet FR3050462A1 — publié le 20171027

CONNECTEUR POUR LE RACCORDEMENT MECANIQUE ET ELECTRIQUE D'UNE ANODE AU CADRE ANODIQUE D'UNE CELLULE DE PRODUCTION D'ALUMINIUM DOMAINE DE L'INVENTION L'invention appartient au domaine de la production d'aluminium mettant en oeuvre la technologie bien connue de l'électrolyse ignée. Selon cette technologie, la production d'aluminium est réalisée au sein de cuves ou cellules de production montées en série, comportant chacune un bain en fusion, notamment de cryolite et d'alumine, traversée par un courant électrique de fort ampérage. Des anodes, typiquement réalisées en matériau carboné, sont partiellement immergées dans les cuves et se consomment au fur et à mesure de la progression de la réaction d'électrolyse, de sorte qu'il convient de procéder à leur remplacement périodique. A cet effet, les anodes sont montées à l'extrémité d'une tige métallique destinée à permettre leur raccordement électrique et mécanique à un cadre métallique, désigné par cadre anodique, mobile par rapport à un portique fixe disposé au-dessus des cuves d'électrolyse. Ce cadre anodique est animé d'un mouvement de descente verticale afin de compenser le jeu des anodes lié à leur consommation, et ainsi maintenir sensiblement constante la distance interpolaire entre l'anode et la cellule faisant fonction de cathode. Afin d'assurer la fixation des anodes sur le cadre anodique, on met en oeuvre des connecteurs remplissant tout à la fois la fonction de liaison mécanique des tiges des anodes sur le cadre anodique et la conduction électrique permettant d'assurer la réaction d'électrolyse. Les principales difficultés inhérentes à la mise en oeuvre d'un tel connecteur réside tout d'abord dans la réalisation d'une fixation d'une grande efficacité, afin d'éviter la chute des anodes au sein de la cuve ou de la cellule d'électrolyse, susceptible d'endommager celle-ci, et d'autre part, d'optimiser la connexion électrique afin de limiter les chutes de tension au niveau du contact, en raison des très forts ampérages parcourant chacune des anodes. 3050462 2 ETAT ANTERIEUR DE LA TECHNIQUE La plupart des connecteurs aujourd'hui mis en oeuvre sont mobiles. En d'autres termes, ils ne restent pas à demeure sur le cadre anodique. 5 Parmi ces connecteurs mobiles, on connaît celui décrit dans le document FR 2 039 543. Ce document décrit un connecteur constitué de deux leviers articulés sur un axe commun, les extrémités respectives dudit axe étant reçu dans des crochets solidarisés au cadre anodique. Les leviers sont susceptibles de se rapprocher ou de 10 s'éloigner l'un de l'autre sous l'action d'une vis de serrage à double pas opposés. Le serrage effectif de la tige d'anode contre le cadre anodique résulte du déplacement relatif du bord des leviers par rapport au crochet. De fait, la surface presseuse des leviers, voisine de l'axe commun, est telle que lorsque l'on rapproche les extrémités 15 opposées des leviers l'une de l'autre au moyen de la vis de serrage, on induit une force de serrage adaptée à l'application envisagée. Corollairement, lorsque l'on éloigne lesdites extrémités, on recule la surface presseuse des leviers par rapport au référentiel défini par les crochets, libérant ainsi la tige d'anode considérée. 20 Ce type de connecteur a également été décrit dans le document FR 2 854 906. Celui-ci décrit plus particulièrement un levier supérieur muni d'un rebord de préhension destiné à coopérer avec les moyens d'accrochage ménagés au sein d'un organe de manutention desdits connecteurs. 25 Le document EP 0 584 024 décrit également un connecteur mobile dans lequel la zone destinée à coopérer avec la tige d'anode, afin d'assurer la connexion de cette dernière avec le cadre anodique, est constituée par le bord de traverses entrant dans la constitution des leviers du connecteur. 30 Ces différents documents décrivent un connecteur hyperstatique entre l'axe géométrique défini par l'axe commun d'articulation des leviers et le plan défini par le parallélisme des faces de serrage de l'anode. De fait, comme le contact connecteur-anode est de type cylindre sur plan, et qu'en outre, l'effort presseur n'est pas uniforme en raison du caractère hyperstatique du dispositif, les tiges d'anode sont déformées par 35 les mâchoires ou leviers du connecteur, diminuant l'effet de serrage, et donc affectant la fonction de fixation mécanique de l'anode sur le cadre anodique, et d'autre part, affectent la chute de tension entre la tige d'anode et le cadre anodique. 3050462 3 Afin de surmonter ces inconvénients, il a été proposé dans le document FR 2 902 443 un connecteur du type en question dont l'organe presseur, en raison de sa structure d'une part, et de son mode de solidarisation aux leviers d'autre part, lui assure un caractère isostatique propre à augmenter la surface et corollairement l'efficacité de la 5 tige d'anode sur le cadre anodique, et en outre, l'optimisation de la conduction électrique entre le cadre anodique et la tige d'anode. A cet effet, cet organe presseur est distinct des leviers ou traverses solidarisant les leviers l'un à l'autre, le caractère isostatique étant obtenu par la mise en oeuvre de deux 10 surfaces planes montées sur des rotules du connecteur, de telle sorte à conférer auxdites surfaces planes un certain degré de débattement sur un plan horizontal et sur un plan vertical lors des opérations de serrage / desserrage de la vis de serrage, lesdites surfaces planes s'étendant sensiblement verticalement depuis la zone médiane du connecteur. 15 Si incontestablement, ce connecteur à caractère isostatique donne entièrement satisfaction tant sur le plan de la fixation mécanique que sur le plan de la connexion électrique, en revanche, l'usage a démontré qu'en raison des conditions auxquelles sont soumis de tels connecteurs, inhérentes notamment à certaines phases de court- 20 circuit, outre des conditions de températures, une certaine fatigue née de l'effet thermique inhérent à la phase de court-circuit, apparaît, se traduisant par des phénomènes de casse récurrents, nécessitant le remplacement du connecteur dans son intégralité. 25 L'objectif recherché par la présente invention vise à s'affranchir de ces problèmes de casse. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention vise donc un connecteur pour le raccordement mécanique et électrique 30 d'une anode au cadre anodique d'une cellule de production d'aluminium par électrolyse ignée, ledit cadre anodique étant pourvu de crochets de fixation destinés à coopérer avec ledit connecteur, celui-ci étant constitué de deux étriers ou mâchoires faisant fonction de leviers, articulés sur un axe commun dont les prolongements respectifs sont reçus au sein desdits crochets, lesdits leviers étant actionnés de manière 35 antagoniste au niveau de leurs extrémités libres au moyen d'une vis de serrage à deux zones à pas contraires, coopérant au niveau de traverses joignant lesdites extrémités libres des étriers. 3050462 4 Selon l'invention, la surface presseuse du connecteur, c'est-à-dire, la zone destinée à coopérer avec la tige d'anode, afin de permettre la connexion de cette dernière avec le cadre anodique, est constituée par deux organes presseurs indépendants, distincts des étriers ou mâchoires et des traverses, solidarisant entre eux lesdits étriers ou mâchoires, 5 et disposés de part et d'autre de l'axe d'articulation des leviers ou mâchoires entre elles (eux) ; la surface presseuse de chacun des deux organes presseurs coopérant avec une rotule montée à l'extrémité de traverses antérieures reliant les deux étriers ou mâchoires constitutifs du connecteur. 10 Ce faisant, on confère de la sorte le caractère isostatique aux organes presseurs, et parallèlement, en désolidarisant entre elles lesdites surfaces presseuses et les organes auxquels elles sont associées, on s'affranchit des phénomènes de fatigue et corollairement de casse susceptibles de résulter des phénomènes de fatigue inhérents aux conditions auxquelles sont soumis lesdits connecteurs. 15 Selon l'invention, les organes presseurs sont chacun constitués de deux branches globalement en forme de U, les extrémités libres des branches étant solidarisées entre elles par une plaque et la base du U étant solidarisée, quant à elle, à la surface presseuse correspondante. 20 Ce faisant, chacun des organes presseurs est monté, en quelque sorte, en flottement autour des traverses antérieures définissant chacune une rotule, lui conférant ainsi le caractère d'isostaticité recherché. De fait, et afin de ne pas conférer à l'organe presseur un débattement trop important dans le sens latéral, les traverses faisant fonction de 25 rotule ont un profil particulier, et notamment bombé en direction du cadre anodique, de telle sorte que les deux branches en forme de U constitutives de chacun des organes presseurs soient situées de part et d'autre du point culminant de la forme bombée. En outre, lesdites traverses antérieures sont chacune munies de deux excroissances, s'étendant de part et d'autre de la surface presseuse correspondante, de telle sorte à 30 limiter le débattement de cette dernière dans le plan latéral. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent, 35 ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit, donné à titre indicatif et non limitatif à l'appui des figures annexées. 3050462 5 La figure 1 est une représentation schématique illustrant une cellule de production d'aluminium par électrolyse ignée, sur laquelle ont été représentées différentes anodes fixées sur le cadre anodique associé. Les figures 2 et 3 sont deux représentations schématiques en perspective vues sous 5 deux angles différents du connecteur conforme à l'invention. Les figures 4, 5 et 6 sont deux représentations schématiques en section verticale du connecteur de l'invention, respectivement en mode transport, en mode nominal et en mode maximal, en termes de pression exercée sur la tige d'anode contre le câble anodique. 10 Les figures 7, 8 et 9 sont des représentations schématiques vues du dessus du connecteur de l'invention, selon les mêmes positions respectives que celles des figures 4, 5 et 6. La figure 10 est une représentation schématique en section illustrant la coopération d'un dispositif de manutention du connecteur de l'invention avec un tel connecteur. 15 DESCRIPTION DETAILLEE DES FIGURES On a représenté en relation avec la figure 1 une cuve d'électrolyse (1), destinée à permettre la production d'aluminium par la technologie dite de l'électrolyse ignée. Au 20 sein de cette cuve ou cellule, on plonge une série d'anodes précuites (2), typiquement réalisées en carbone, et fixées chacune à un cadre anodique (3) par l'intermédiaire d'une tige métallique conductrice de l'électricité (4) sensiblement verticale. Le cadre anodique (3) est également métallique et donc conducteur de l'électricité, et 25 est mobile par rapport à un portique fixe (5), disposé au-dessus de la cuve d'électrolyse (1). Ainsi, ce cadre anodique (3) est susceptible de se translater verticalement par rapport au portique (5). Les tiges (4) des anodes (2) permettent leur fixation sur le cadre anodique (3) au 30 moyen de connecteurs (10), décrits ci-après plus en détail, munis chacun d'un axe d'articulation reçu au sein de crochets (6) fixés audit cadre anodique (3). Le connecteur conforme à l'invention est plus particulièrement décrit en relation avec les figures 2 à 9. 35 3050462 6 Ce connecteur comporte de manière connue deux leviers ou mâchoires (11) et (12), constitués chacun de deux flasques latéraux reliés entre eux au moyen de traverses postérieures (13) et (14) et antérieures (15) et (16). 5 Ces deux leviers ou mâchoires (11) et (12) sont articulés entre eux par rapport à un axe (17), en l'espèce constitué d'une tige cylindrique métallique. Cette tige fait saillie de part et d'autre du connecteur, de telle sorte à pouvoir être réceptionnée par les crochets (6) fixés sur le cadre anodique, de telle sorte à permettre ainsi la réception des connecteurs sur ledit cadre et corollairement, d'assurer la fonction de serrage des tiges 10 (4) des anodes contre le cadre anodique. Les traverses postérieures (13) et (14) sont chacune munies d'un alésage pourvu d'un taraudage interne destiné à recevoir une vis de serrage (18) comportant deux parties colinéaires (19) et (20), présentant un pas de vis opposé. Cette vis (18) est munie d'une 15 tête de vis (21), en l'espèce, de section transversale de forme carrée, destinée à coopérer avec un organe de serrage non représenté. Les traverses (13) et (14) sont montées rotatives sur les flasques latéraux constitutifs des leviers (11) et (12), de telle sorte à permettre le maintien sensiblement linéaire de 20 la tige de la vis de serrage lors des opérations de serrage ou de desserrage du connecteur. Selon l'invention, le connecteur comporte en outre deux organes presseurs (22) et (23), indépendants l'un de l'autre, fixés de manière isostatique sur ledit connecteur. Chacun 25 de ces organes presseurs (22) et (23) est muni d'une surface presseuse (24) et (25). Ces surfaces presseuses sont destinées à venir en contact avec la tige d'anode, afin d'assurer la fixation mécanique de cette dernière sur le cadre anodique, outre la conduction électrique entre ledit cadre anodique et la tige d'anode correspondante. 30 Plus spécifiquement, chacun des organes presseurs est constitué de deux structures en forme de U, dont les extrémités libres des branches sont reliées entre elles au moyen d'une plaque plane (26), et dont la base est solidarisée aux surfaces presseuses (24) et (25). Ce faisant, chacun des organes presseurs (22) et (23) entourent les traverses antérieures, respectivement (15) et (16), sans pour autant leur y être solidarisés. 35 3050462 7 Les traverses antérieures (15) et (16) assurent lors de l'éloignement des leviers (11) et (12) l'un de l'autre, la progression en direction de la tige d'anode des surfaces presseuses (24) et (25) par coopération de l'extrémité antérieure (26) desdites traverses faisant fonction de rotule, réceptionnée dans une forme complémentaire semi- 5 sphérique desdites surfaces presseuses (24) et (25) et que l'on peut même observer sur les figures 4, 5 et 6. Par ailleurs, le débattement latéral des organes presseurs (22) et (23), est limité par la forme particulière desdites traverses (15) et (16), ainsi que l'on peut l'observer sur les 10 figures 7, 8 et 9. Plus spécifiquement, d'une part ces traverses sont de forme légèrement bombée en direction de la tige d'anode, de telle sorte que l'apex desdites zones bombées vient se situer entre les structures en forme de U constitutives des organes presseurs, et d'autre part, lesdites traverses sont munies de saillies ou excroissances (27) s'étendant de part et d'autre des structures en forme de U, là encore 15 que l'on peut observer sur les figures 7, 8 et 9. En revanche, le débattement des organes presseurs (22, 23) est plus libre notamment verticalement, de telle sorte à permettre de conférer auxdits organes presseurs 1 'isostaticité recherchée. 20 Ainsi donc, les saillies ou ergots (27) maintiennent latéralement les organes presseurs dans l'axe de serrage du connecteur. Par ailleurs, les plaques (26) maintiennent les organes presseurs autour des traverses 25 lors de la manutention du connecteur. De plus, la plaque (26) de l'organe presseur inférieur est utilisée pour la préhension du connecteur durant sa manutention, tel qu'on peut l'observer sur la figure 10. Au sein de cette figure, on a représenté par la référence (30) le dispositif assurant la 30 manutention, et corollairement l'actionnement du connecteur conforme à l'invention. Ce dispositif, fixé sur une machine spécialisée associée à un pont dédié, susceptible de se déplacer au-dessus de la cellule à électrolyse (non représenté), comprend fondamentalement une fourche (31), dont l'extrémité inférieure forme griffe (32) destinée à recevoir l'extrémité inférieure de la plaque (26) de l'organe presseur 35 inférieur. Le dispositif comporte également une clef de serrage (33), destinée à recevoir la tête de vis (21), pour assurer le serrage ou le desserrage du connecteur. 3050462 8 En raison de l'indépendance des deux organes presseurs (22) et (23) l'un par rapport à l'autre, on confère en quelque sorte un degré de liberté supplémentaire lors de l'actionnement du connecteur, plus particulièrement lors des opérations de serrage et donc de fixation mécanique des tiges d'anode contre le cadre anodique. 5 En outre et surtout, cette indépendance des deux organes presseurs permet de s'affranchir des phénomènes de fatigue observés avec les connecteurs de l'art antérieur. 10 Un autre avantage de cette solution est de rendre le connecteur réparable à moindre coût. En effet, ce sont les deux organes presseur qui subissent le plus de dommages en suite des arcs électriques de très forte intensité susceptibles de se produire lors de la fixation de la tige d'anode sur le cadre anodique. Ce sont ces arcs électriques qui détruisent prématurément les organes presseur et non plus les autres composants du 15 système de serrage du connecteur, qui ne sont pas affectés par les arcs électriques de par leur position centrale. De fait, il suffit alors de ne changer que le ou les organes presseur endommagés, et non plus l'intégralité du connecteur. REVENDICATIONS1. Connecteur (10) pour le raccordement mécanique et électrique d'une anode au cadre anodique (3) d'une cellule (1) de production d'aluminium par électrolyse ignée, ledit cadre anodique (3) étant pourvu de crochets de fixation (6) destinés à coopérer avec le connecteur (10), celui-ci étant constitué de deux étriers ou mâchoires (11, 12) faisant fonction de leviers, articulés sur un axe commun (17) dont les prolongements respectifs sont reçus au sein desdits crochets, lesdits leviers étant actionnés de manière antagoniste au niveau de leurs extrémités libres au moyen d'une vis de serrage ((18) à deux zones (19, 20) à pas contraires, coopérant au niveau de traverses (13, 14) joignant lesdites extrémités libres des étriers, caractérisé en ce que la surface presseuse du connecteur, c'est-à-dire, la zone destinée à coopérer avec la tige d'anode (4), afin de permettre la connexion de cette dernière avec le cadre anodique (3), est constituée par deux organes presseurs (22, 23), distincts des étriers ou mâchoires (11, 12) et des traverses, solidarisant entre eux lesdits étriers ou mâchoires, et disposés de part et d'autre de l'axe d'articulation (17) des leviers ou mâchoires entre elles (eux), la surface presseuse (24, 25) de chacun des deux organes presseurs coopérant avec une rotule montée à l'extrémité de traverses antérieures (15, 16) reliant les deux étriers ou mâchoires constitutifs du connecteur. 2. Connecteur (10) pour le raccordement mécanique et électrique d'une anode au cadre anodique (3) d'une cellule (1) de production d'aluminium par électrolyse ignée selon la revendication 1, caractérisé en ce que les organes presseurs (22, 23) sont chacun constitués de deux branches globalement en forme de U, les extrémités libres des branches étant solidarisées entre elles par une plaque (26) et la base du U étant solidarisée, quant à elle, à la surface presseuse correspondante (24, 25) . 3. Connecteur (10) pour le raccordement mécanique et électrique d'une anode au cadre anodique (3) d'une cellule (1) de production d'aluminium par électrolyse ignée selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacun des organes presseurs (22, 23) est monté en flottement autour des traverses antérieures (15, 16) définissant chacune une rotule coopérant avec la surface presseuse correspondante. 3050462 10 4. Connecteur (10) pour le raccordement mécanique et électrique d'une anode au cadre anodique (3) d'une cellule (1) de production d'aluminium par électrolyse ignée selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé : - en ce que les traverses antérieures (15, 16) faisant fonction de rotule 5 présentent un profil bombé en direction du cadre anodique, de telle sorte que les deux branches en forme de U constitutives de chacun des organes presseurs sont situées de part et d'autre du point culminant de la forme bombée ; - et en ce que lesdites traverses antérieures sont chacune munies de deux 10 excroissances s'étendant de part et d'autre de la surface presseuse correspondante, de telle sorte à limiter le débattement de cette dernière dans le plan latéral.