INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
En général, en calcinant l'hydrate d'alumine, par exemple le trihydrate d'alumine du processus Bayer, on produit une alumine utilisable dans la présente invention De façon générale, des températures de calcination de l'ordre d'environ 300 a 6000C conviennent pour objectif visé. On connaît bien les appareils et les procédé permettant le chauffage de l'alumine a la teneur en eau et la surface spécifique voulues dans des fours ou bien le chauffage dit "éclair" (voir brevet des E.U.A. NO 2.915.365 de F. Saussol, et le brevet français n 1.108.011).
On peut obtenir des alumines à surfaces spécifiques aussi élevées que 350 m2/g en chauffant du trihydrate d'alumine α (gibbsite) pendant une heure a 4000C dans de l'air sec. De tels matériaux se solubilisent rapidement dans les bains électrolytiques selon la présente invention.
Pour toute alumine que l'on doit utiliser pour alimenter la cellule de fusion dlaluz:.nium, il est possible d'effectuer une expérience du type présenté dans l'Exemple II ci-dessous, ou d'un type équivalent, dans le but de déterminer la teneur minimale souhaitable en eau. La teneur en eau est de préférence efficace pour disperser chacune des particules de 'l'alumine lorsqu'on introduit l'alumine dans le bain électrolytique.Si la teneur en eau est trop faible, le dégagement de vapeur d'eau n'est pas suffisant pour disperser les particules, et il se forme des blocs de particules entraînant une diminution de la vitesse de dissolution efficace de l'alumine dans le bain de fusion Quelle que soit l'alumine, la dimension préférentielle a pour les particules est de 100 a 150 microns. La limite supérieure pour la teneur en eau de l'alumine n'est pas déterminée par la nécessité d'éviter des explosions, mais plutôt par la quantité de chaleur qui doit etre retirée du bain pour évacuer l'eau sous forme de vapeur Cette quantité ne peut être suffisante pour entraîner la solidification du bain autour des particules d'alumine solides, ce qui contribuerait à la formation de boues.
En général, lorsque ce second critère est satisfait, aucune explosion dangereuse ne se produit dans la mise en oeuvre de la présente invention. En général, si la teneur en eau est efficace pour disperser chacune des particules, elle est également efficace pour empêcher l'encrassement par l'anode.
c. La mise sous enceinte du bain Pour fermer le sommet de la cellule selon le procédé de la présente invention, on doit connaître certains éléments.
1) Le couvercle doit empêcher les pertes de chaleur par le sommet du bain, à un degré suffisant pour que la surface du ban reste fondue; 2) il doit empocher qu'une quantité notable d'air ne dilue les fumées provenant du fonctionnement de la cellule; et 3) il vise, en empechant l'entrée d'air, à éliminer le brûlage à l'air du matériau a base de carbone de l'anode.
il est important que la surface du bain reste fondue pour que les charges d'alumine qui sont introduites se trouvent en contact avec le bain fondu. Ceci amène l1eau se trouvant dans l'alumine à disperser les particules en vue de leur rapide dissolution dans-le bain, ainsi qu'à fournir la vapeur d'eau qui empêche l'attaque des surfaces exposées des anodes de carbone, comme cela sera discuté ci-dessous. Il est parfois arrivé que des substances non dissoutes flottent a la surface du bain, mais ces substances non dissoutes ne doivent-pas entre présentes en quantités propres d interrompre la dispersion de 11 alumine et à amener la formation de boues.
un concept fondamental, qui se trouve derrière le fait qu'on réduit au minimum l'entrée d'air dans la cellule, réside en ce qu'il n'est pas souhaitable de produire la dilution des fumées, comme les gaz dégagés par l'anode (par exemple des hydrocarbures)-, les gaz résultant de la réaction Ol.ectrolytique (par exemple C02)j et les gaz se dégageant du bain (par exemple des fluorures gazeux). Naturellement, on ne peut fermer complètement la cellule, car on doit prévoir des ouvertures pour faire sortir de la cellule les gaz mentionnés ci-dessus qui y sont produits.
d. Encrassement par l'anode Selon les conditions de fonctionnement, la consommation des anodes de carbone dans des cellules de zall-HEroult s'éche- lonnent entre 1/3 a 3/4 de kilogramme de carbone par kilogramme d'aluminium produit. Les conditions préférentielles sont celles qui conduisent a la consommation minimale stoechiométrique de 0,33 kg C/kg Al, prédite par la réaction nette de la cellule
Un des problèmes que l'on a rencontré jusqu'ici lorsqu'on fermait a l'air l'espace situé au-dessus du bain électrolytique d'une cellule de Hall-Héroult est que de l'écume de carbone s'accumule à la surface du bain et de la poussière de carbone se répartit uniformément dans l'électrolyte. Cette écume-et cette poussière de carbone font produites par la détérioration des anodes de carbone. Ce phénomène est appelé encrassement par l'anode.
L'écume de carbone entraîne des problèmes d'alimentation en alumine. L'écume de carbone rend impossible le remplacement de l'alumine consommée pendant l'électrolyse. Lorsque la teneur en alumine dissoute dans le bain décroît, la formation écume s'accélère. La poussière et l'écume de carbone augmentent la viscosité du bain et gênent la diffusion des ions porteurs d'oxygène a l'anode1 ce qui limite les densités de courant anodique et altère lèéquilibre thermique de la cellule.
L'augmentation de la viscosité et de la densité du bain abaisse le rendement en courant et contribue a affaiblir la coalescence métallique. Le carbone qui se trouve dans l'écume et la poussibre n'est pas disponible pour réagir avec l'oxygène au niveau de l'anode, et, ainsi, la consommation de carbone augmente du fait de l'encrassement. En raison de l'écume de carbone, l'agitation du bain obtenue par le dégagement de bulles a l'anode se réduit, et la tendance que présente 1 1électrolyte a se solidifier a l'interface bain-matelas métallique augmente.Enfin, une quantité suffisante de poussière de carbone peut être répartie dans tout le bain se trouvant dans une cellule fermée pour permettre une conduction électronique et aboutir a la perte de la production métallique. Pour réussir a faire fonctionner une cellule fermée selon la présente invention, on doit éviter ces conditions.
Le fait de prolonger la durée de vie des anodes nta pas seulement pour effet de réduire la consommation de carbone, mais, dans le cas d'anodes précuites, cela réduit la quantité de bouts d'anode a recycler a la production d'anodes supplémentaires, ce qui limite les problèmes attachés au dégagement de fluorures pendant -la cuisson des anodes On a découvert que l'on pouvait empêcher le #;nomène d'encrassement anodique dans des cellules fermées en prévoyant a 11 anode, a l'intérieur de la cellule, une atmosphère contenant de l'eau. I1 est ainsi possible de former a l'intérieur de la cellule fermée une jupe entourant l'anode et de créer a l'intérieur de cette jupe une pression partielle d'eau propre a empocher l'encrassement anodique.La présente invention utilise la découverte selon laquelle, lorsqu'on place l'alumine -contenant de l'eau décrite ci-dessus sur le bain, de préférence en des points de la surface du bain où le gaz se dégage le long de l'anode, I 1eau qui se dégage lorsque l'alumine vient en contact avec la surface du bain créée dans la cellule fermée, au niveau de l'anode, l'atmosphère contelant de l'eau qui est nécessaire pour empêcher ltencrassement anodique. Si l'on dépose l'alumine dans le bain ailleurs gue le long de l'anode, on doit disposer et régler la ventilation du couvercle placé au-dessus de la dellule de manière que la vapeur d'eau dégagée vienne réellement en contact avec l'anode et empêche ainsi l'encrassement anodique.
De préférence, les ébauche? C sont chargees sur la broche par un dispositif qui comprend un magasin 18 d'un type classique qui distribue par gravité les embauches C dans les alvéo- les P d'une étoile de distribution 19 qui tourne pas à pas.
les alvéoles P de étoile 19 s'alignent successivement avec le mandrin 14 et avec le poussoir 14'. L'étoile 19 est entraînée par intermittence par un dispositif classique de commande pas a pas. De préférence, le moteur d'entrainement de a'étoile 19 commande également la rotation du tambour de pro grammation '250.
La rotation pas à pas de ltétoile 19 est synchronisée avec la machine de manière qu'un alvéole P reste aligné avec le mandrin 14 et le tampon 14' pendant un temps suffisant pour que l'ébauche correspondante puisse être extraite de l'alvéole par le tampon 14t et que cette ébauche soit mise en forme par la molette 20 puis revienne ensuite dans l'alvéoles et soit libérée par le tampon 14'. Après le retour du récipient fini dans 1' alvéole P, l'étoile effectue un nouveau déplacement angulaire pour aligner l'ébauche suivante avec le mandrin 14, et ainsi de suite. les récipients finis C tombent ensuite de l'étoile 19 par une goulotte 316 revêtue de matière plastique dans un bac de réception approprié 318.
le tampon 14' qui a à la fois pour fonction de- transfé- rer l'ébauche C de l'étoile sur le mandrin 14 et de la maintenir plaquée contre celui-ci pendant ltopération de formation, est commandé par un cylindre 330 dont l'alimentation s'effectue par l'intermédiaire d'un distributeur 331 à commande électrique monté sur la table 332 du bâti droit F. la tige de piston 338 du cylindre coulisse dans un manchon -336 supporté par un bloc 334. Son extrémité intérieure est munie d'une tête 340 dont la face bombée est sensiblement complémentaire de la surface extérieure du fond concave du récipient.De préférence, la tête 340 est recouverte d'une couche de matière élastique telle que du caoutchouc qui augmente l'adhérence.La tee est accouplée à la tige de piston 338 par des roulements 342 (figure 8A) et peut tourner librement par rapport à la tige 338.
L'étoile de distribution 19 avance d'un pas et aligne une ébauche de récipient C avec le mandrin 14 et le tampon 14' concentriquement à lut axe A. Le distributeur 331 commandé par des signaux électriques inverse l'alimentation du cylindre 330 et celui-ci fait avancer la tette 340 du tampon 1t' pour qu'elle s'applique contre le fond de 11 ébauche C logée dans l'alvéole P aligné avec l'axe A. Un trou central 344 de la tige de piston 336 débouche dans la tête 340 et est relié à une source de vide non représentée par un conduit 345.Ainsi, lorsque la texte 340 s'applique contre le fond de ébauche, le vide plaque cette dernière contre le tampon,tandis que celuici 1extrait de l'alvéole et ltentraîne vers la gauche 3usqu å ce Qas son extrémité ouverte stengage dans un tube de guidage 350 (figure 2) fixé par des vis 351 sur le boîtier 22 de la broche. L'ébauche s'embolie ensuite autour de la tête 178 du mandrin 14, autour de la surface cylindrique 100 de la collerette 96, autour des mors 70 des doigts solidaires du manchon intérieur 26 et à 11 intérieur du manchon 24.La tête 340 du tampon continue à pousser l'ébauche C vers la gauche avec la tête 178 du plongeur qui comprime le ressort 206 jusqu'à ce que la broche transversale 202 vienne buter contre l'extrémité arrière des lumières longitudinales 200 de la tige creuse 191.
Lorsque la texte 178 du plongeur recule vers la gauche, les différents doigts 168 glissent sur les rampes alternées cor respondantos 212 et 214. Ils s'écartent radialement en se dé veloppant à la manière d'un parapluie et viennent stappliquer contre la surface intérieure de la jupe S de l'ébauche.
Pendant ce temps, l'arbre 150, le plongeur 178, les doigts 64, etc. sont entraînés en rotation par la courroie 146 accouplée au moteur principal 142.
Normalement, l'ébauche ne commence à tourner avec la broche que lorsque son fond a été appliqué contre la face évidée du plongeur 178 par la teste 340 du tampon 14'. Celle-ci tournant librement par rapport à la tige de piston 338j l'ébauche C peut également tourner librement tout en se déplaçant vers la gauche.
Lorsque le plongeur 178 et le tampon 340 arrivent à fond de course, le mandrin 14 continue à Autre entraîné par le moteur 142 car l'arbre 150 est accouplé par des cannelures au manchon 26 et au tube 80. Le tambour de programmation 250 commande l'inversion de l'alimentation du cylindre 282 par ltin- termédiaire du distributeur 300. et la tige de piston 283 se déplace alors vers la droite pour que l'ébauche passe à nouveau devant la molette de formage 20.Cependant, avant cette phase, dès que l'ébauche C est emboîte à fond sur le mandrin 14, le cylindre 134 qui commande le levier 124 a été alimenté par un sigral émis par le tambour 250 et a fait pivoter le levier 124 dans le sens des aiguilles d'une montre pour déplacer vers la gauche le collier 120 ,le tube 80 et la bague de retenue 96. De ce fait, les portées 70 des doigts se sont écartées radialement et sont appliquées contre des plages prédéterminées de la surface intérieure de la jupe de ébauche. Ainsi, le corps de l'ébauche est entièrement épaulé par 11 intérieur en deux points espacés, c' est-à-dire au niveau des chiens 168 et au niveau des portées 70 des doigts pivotant (figure 9).
Le distributeur 300 est à nouveau inversé par une impulsion électrique émise par le tambour 250,et l'arbre 150 ainsi que le mandrin 14 continuent à tourner,tandis que les arbres de commande 283 et 150 se déplacent vers la droite en repoussant le tampon 14' et en entraînant le gabarit 308 qui se déplace devant le palpeur 301.
le distributeur 300 alimente alors les chambres arrière des cylindres 255 et 282 par le conduit 314,et la tige de piston 283 ainsi que le mandrin 14 se déplacent vers la droite en entranant l'ébauche C qui repasse devant la molette de formage 20 tournant librement et qui s'applique contre la jupe de l'ébauche en effectuant un mouvement avance déterminé -par le gabarit 308 et commandé par le cylindre 255. Il faut noter qu'une soupape de décharge appropriée ramène le fluide en excès de la ligne 306 dans le réservoir de vidange lorsque la pression dans le conduit 304 dépasse la pression nécessaire à faire avancer la molette 20 commandée par le gabarit 308.
On voit en particulier sur la figure 9 que la molette s'applique contre la jupe du récipient entre les plages circulaires supportées intérieurement par les chiens i68 et les doigts 70, et au voisinage immédiat de la bague de retenue 96 dont l'arbre extérieure 103 est arrondie à un rayon de courbure approprié . Pendant le déplacement progressif vers la droite de l'ébauche C, les doigts expansibles 64 et la bague-de retenue 96 supportent les deux extrémités de la plage de sa jupe qui vient directement en contact avec la molette 20. le bord arrondi 103 de la bague 96 agit à la manière du bord arrondi d'une filière d'étirage et la molette 20 agit à la manière du poinçon d'une presse car-elle appuie contre la jupe du récipient avec une force prédéterminée qui de préférence dépasse légèrement la limite élastique du métal. Il en résulte un déplacement controlé du métal par fluage à froid, meme si l'ébauche est en alumir.ium,sans que la jupe risque de se voiler, de s'enfoncer ou se déchirer.En outre, ce fluage contrôlé de la matière n'amincit pas la jupe par étirage, et la pièce -finie conserve sa résistance mécanique initiale. Au contraire, dans certains cas, cet écrouissage supplémentaire de la pièce améliore les caractéristiques mécaniques, notamment en ce qui concerne sa résistance à la traction et à la flexion.
La pression exercée par la molette 20 contre la jupe de la pièce est déterminée principalement par la vitesse de déplacement de celle-ci par rapport à la trajectoire de la molette. Cette vitesse d'avancement est elle-mSme fonction de l'épaisseur et des caractéristiques mécaniques de l'ébauche.
Dans tous les cas, la pression exercée par la molette 20,bien que dépassant la limite élastique du métal, doit rester pratiquement constante pour que le fluage du métal soit continu et uniforme quelle que soit la profondeur de pénétration de la molette. Ainsi, la pièce n'est 'pas amincie et sa jupe ne com- porte pas de plages affaiblies qui peuvent être dangereuses notamment lorsque le récipient est destiné à contenir des aérosols.
La machine de l'invention donne d'excellents résultats notamment pour la mise en forme dtébauches étirées et écrouies en alliages d'aluminium tels que les alliages du type 3004 ASTM 1971. La paroi latérale du récipient tant sa mise en forme par le procédé de l'invention est durcie et elle est pratiquement trempée sur toute sa hauteur. le récipient fini a par exemple un diamètre moyen de tordre de 50 mm et son épaisseur, qui est de l'ordre d'environ 0,25 mm,est - constante sur toute sa hauteur.En général > l'ébauche a une résistance à la traction de l'ordre de 30,5 kg/mm2 > une résistance au cisaillement de l'ordre de 29 kg/mm2 et un coefficient d'allongement de 2%, Pendant l'opération de formage de la paroi latérale du réci piento la broche 12 entrain celui-ci à une vitesse de rotation de l'ordre de 5000 à 10 000 t/mm et la molette 20 pénètre dans sa paroi latérale sur un$pr9ofondeur radiale de l'ordre de3 mm à 4,5mm, est-à-dire en réduisant son diamètre maximal d'en- viron 6mm à 9mm. La pièce finie a une épaisseur constante d'environ 2,49 mm c'est-à-dire pratiquement identique à son épaisseur initiale.Sa résistance à la traction est de ltor- dre de 30 kg/mm2, sa résistance au cisaillement est de l'ordre de 29 kg/mm2 et son coefficient d'allongement est de 1' odre de 2% Lorsque l' ébauche a effectué vers la droite une course déterminée par celle de la tige de piston 283, la tige creuse 150 s'est déplacée avec le boitier 156 et les plongeurs intérieur et extérieur 178 et 340 par rapport à la molette 20 et à la bague de retenue 96. Autrement dit, la molette 20 conserve son décalage initial par rapport à la bague 96 et à sa jupe annulaire 100 meme si elle se déplace par rapport à l'axe de la bague 96.
Dans certains cas, il peut être préférable de mettre hors service les chiens 168. A cet effet, il suffit de démonter le sous-ensemble 156 qui comprend les éléments 234, 236., 230, 168, 170, 172, etc. le plongeur 178 peut ebtre utilisé seul dans tous les cas ou la plongée de la molette 20 n'est pas très importante. Cependant, si la pénétration maximale de la molette dans la jupe de 1' ébauche se situe plus près du fond de celle-ci que de son extrémité ouverte, il est préférable qu' el- le soit épaulée intérieurement par les chiens 168.
Enfin, un conduit 25 est raccordé au conduit 4, d'une part, entre le moteur la et le limiteur de débit 5, d'autre part, entre la restriction 24 et le distributeur 3a. Un clapet de non-retour 26, permettant le passage du fluide dans le conduit 4 uniquement de la pompe 6 vers le moteur la, est disposé sur ce conduit 25. il convient également d'indiquer que l'alimentation du moteur la par le conduit 2 correspond à une configuration dans laquelle ce moteur risque d'entre entratné par la charge qui y est attelée et doit pouvoir etre freiné par le limiteur de débit 5 (c'est par exemple, le cas de l'entraînement d'un treuil pendant la descente de la charge).Au contraire, l'alimentation du moteur la par les conduits 4, 25 et 4, à travers le clapet de non-retour 26, correspond à une configuration né nécessitant aucun freinage (par exemple, montée de la charge par un treuil).
Le circuit de la figure 3 complete celui de la figure 2, en en reprenant tous les éléments, bien entendu, repérés par les memes références. On note qu'un clapet de décharge taré 27 est disposé sur le conduit 2, cependant qu'un conduit 28 est raccordé au conduit 2, entre le distributeur 3a et le clapet taré 27 et relie ce conduit 2 à un distributeur à deux positions 29. Un moteur 30 est relié, par son conduit d'aspiration 32, au distributeur 29, et par son conduit de reibulement 31, au réservoir 7.
Les deux positions de ce distributeurs 29 correspondent - la première position, aux obturation part ledit distributeur, des conduits 28 et 32, - et la deuxième position, à la mise en communication des conduits 28 et 32.
Tous les circuits représentés possèdent déjà le fonctionnement du plus simple d'entre eux : celui de la figure 1. C'est pourquoi va d'abord être exposé le fonctionnement de cè circuit.
Le distributeur 3 étant placé dans sa deuxième position, le fluide sous pression refoulé par la pompe 6 parvient, par les conduits 8 et 2 à l'admission du moteur 1. La pression du fluide va croître dans le conduit 2, de meme que dans les conduits 17 et 18, compte tenu du fait que le limiteur de débit 5 est initialement fermé. Le vérin de pilotage 11 du limiteur de débit 5 dispose alors celui-ci en configuration d'ouverture complète. Par ailleurs le fluide du conduit 18 parvient au vérin 16 par les conduits 19 et 21, et tend à obturer progressivement le conduit 17, tout en ouvrant le conduit 19, de sorte que le fluide contenu dans le conduit 18 voit sa pression décroître.
L'effet du fluide dans le vérin 16 diminue, lui aussi, et la valve 14, repoussée par le ressort 15, tend à réaugmenter llouverture du conduit 17. On com prend bien que la valve 14 va finalement atteindre une position d'equilibre, et que la pression dans le vérin 11 sera pratiquement exempte de fluctuations instantanées. Autrement dit, le fonctionnement du limiteur de débit 5 est stable, ce qui est un avantage considérable par rapport à l'art connu antérieurement.
Bien entendu, pour une autre pression dans le conduit 2, on obtiendrait un autre équilibre de la valve 14, et par conséquent, une autre cou ouverture du limiteur de débit 5, mais serait conservée la meme stabilité de fonc tionnement que celle qui vient d'entre mentionnée.
Dans le circuit de la figure 2, le distributeur 3a est placé dans sa deuxième position, de sorte que le fluide refoulé par la pompe 6 parvient au moteur la encore par le conduit 2. Lors du fonctionnement du circuit de la figure 1, on constate que, quel que soit le débit d'alimentation du moteur l, le limiteur de débit 5 a une ouverture donnée indépendante du débit. Alors que cette ouverture est suffisante pour l'écoulement des débits faibles ou moyens, on constate qu'elle est trop petite pour l'écoulement des grands débits. Elle constitue donc une véritable restriction à l'écoulement de ces grands débits.
Par suite, on constate une élévation de la pression d'alimentation, rendue nécessaire uniquement pour vaincre la gene à l'écoulement du fluide, alors aQme que ï'effort résistant dû àla charge est faible, voire nul, quand, par exemple, il s'agit de commander la descente de la charge attelée à un treuil entraîné par le moteur I. Une perte de puissance non négligeable existe donc, qu'il convient de combattre.
C'est le but du circuit de la figure 2.de rendre négligeable cette perte. Pour ce faire a été prévue 1a restriction 24, qui permét de maintenir une pression non nulle dans le conduit 20 et par conséquent permet l'actionnement du vérin 22. Ladite pression dans le conduit 20 est d'ailleurs d'autant plus élevée que le débit à travers la restriction 24 est lui-mEme élevé, et est bien entendu égale à la perte de charge à travers cette restriction. L'action du vérin 22 sur la valve 14a est alors de tendre à la repousser dans le sens de l'augmentation de l'ouverture du conduit 18, donc, dansleseasde l'augmentation de l'ouverture du limiteur de débit 5 et de la diminution de la perte de puissance précédemment constatée.Naturellement, le fonctionnement de la valve 1 est identique à celui de la valve 14 pour le reste, de sorte que la stabilité de fonctionnement du limiteur de débit 5, qui était obtenue avec la valve 14, est conservée avec la talve 14a Quant à la présence du conduit 25, elle correspond à un mode de fonctionnement connu en lui-meme, selon lequel, lorsque le distributeur 3a est disposé dans sa troisième position, le fluide sous pression refoulé par la pompe 6 parvient au moteur la, sans aucune résistance, par les conduits 8, 14, 25 et 4, cependant que le fluide refoulé par le moteur la fait un libre retour au réservoir 7, par les conduits 2 et 9.Lorsque le distributeur 3a est dans sa deuxième position, le clapet de non-retour 26 interdit le passage du fluide, refoulé par le moteur la, dans le conduit 25, et permet ainsi au limiteur de débit 5 d'agir.