OA17792A - Cuve d'électrolyse destinée à la production d'aluminium et usine d'électrolyse comprenant cette cuve - Google Patents

Abstract

Cette cuve (1) comprend un caisson (2) présentant deux côtés (18) longitudinaux symétriques par rapport à un plan (P) médian longitudinal de la cuve (1) d'électrolyse, un ensemble anodique mobile uniquement en translation verticale par rapport au caisson (2), l'ensemble anodique comprenant un bloc (100) anodique et un support (200) anodique transversal s'étendant de façon orthogonale aux côtés (18) longitudinaux du caisson (2) et auquel est suspendu le bloc (100) anodique. Le support (200) anodique comprend deux portions (202) de connexion à partir desquelles est alimenté le support (200) anodique en courant d'électrolyse, et la cuve (1) comprend des conducteurs (20) électriques de connexion connectés électriquement aux deux portions (202) de connexion du support (200) anodique, les deux portions (202) de connexion étant agencées de part et d'autre du plan (P).

Description

La présente invention concerne une cuve d’électrolyse, destinée à la production d’aluminium, et une usine d’électrolyse, notamment une aluminerie, comprenant cette cuve d’électrolyse.

II est connu de produire l’aluminium industriellement à partir d’alumine par électrolyse selon le procédé de Hall-Héroult. A cet effet, on prévoit une cuve d’électrolyse comprenant classiquement un caisson en acier à l’intérieur duquel est agencé un revêtement en matériaux réfractaires, une cathode en matériau carboné, traversée par des conducteurs cathodiques destinés à collecter le courant d’électrolyse à la cathode pour le conduire jusqu’à des sorties cathodiques traversant le fond ou les côtés du caisson, des conducteurs d’acheminement s’étendant sensiblement horizontalement jusqu’à la cuve suivante depuis les sorties cathodiques, un bain électrolytique dans lequel est dissout l’alumine, au moins un ensemble anodique comportant une tige anodique sensiblement verticale et au moins un bloc anodique suspendu à la tige anodique et plongé dans ce bain électrolytique, un cadre anodique auquel est suspendu l’ensemble anodique par l’intermédiaire de la tige anodique sensiblement verticale, celle-ci étant mobile avec le cadre anodique par rapport au caisson et à la cathode, et des conducteurs de montée du courant d’électrolyse, s’étendant de bas en haut, reliés aux conducteurs d’acheminement de la cuve d’électrolyse précédente pour acheminer le courant d’électrolyse depuis les sorties cathodiques jusqu’au cadre anodique et à l’ensemble anodique et l’anode de la cuve suivante. Les anodes sont plus particulièrement de type anodes précuites avec des blocs carbonés précuits, c’est-à-dire cuits avant introduction dans la cuve d’électrolyse.

Les blocs anodiques étant consommés au cours de la réaction d’électrolyse, il est nécessaire de remplacer périodiquement les ensembles anodiques. Classiquement, le remplacement d’un ensemble anodique est réalisé sur un côté de la cuve d’électrolyse.

Cependant, le remplacement d’ensembles anodiques sur les côtés des cuves impose de disposer d’un espace inter-cuves relativement important.

Le document US3575827 divulgue le remplacement d’un ensemble anodique par le haut de la cuve. Selon ce document, les cuves d’électrolyse sont agencées transversalement par rapport à la longueur de la file qu’elles forment. Les cuves d’électrolyse comprennent un ensemble anodique avec un conducteur anodique sous forme de plaque électriquement conductrice, non verticale, mais horizontale, à laquelle est suspendue une anode, la plaque conductrice étant alimentée en courant d’électrolyse par des

J conducteurs électriques souples connectés à un seul côté, amont, de l’ensemble anodique. Ainsi, l’ensemble anodique peut être extrait par le haut de la cuve.

Cependant, du fait de cet agencement horizontal et sous forme de plaque, le conducteur anodique est davantage exposé à des températures élevées. Il en résulte une augmentation de la résistivité électrique, impliquant des pertes énergétiques, et une réduction de la solidité mécanique de l’ensemble anodique.

De plus, l’utilisation d’une plaque connectée et alimentée en courant uniquement du côté amont, pour répartir le courant sur les anodes de la cuve implique un important équilibrage électrique entre le côté amont et le côté aval de la cuve compte tenu de la largeur des cuves actuelles. Ainsi pour assurer un équilibrage électrique correct, il faut utiliser une plaque de section très importante ou dissocier cette plaque en une pluralité de plaques distinctes parallèles formant une pluralité de circuits électriques distincts de résistance équivalente. Dans les deux cas cela conduirait à des ensembles anodiques équipés de conducteurs électriques anodiques de très fort encombrement et coûteux en matière première.

Par ailleurs, le flux thermique extrait par les conducteurs anodiques du côté amont de la cuve introduirait un déséquilibre thermique important entre les deux côtés de la cuve, rendant difficile le contrôle du procédé d’électrolyse et réduisant fortement la durée de vie de la cuve.

Aussi, la présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients en proposant une cuve d’électrolyse permettant un remplacement d’ensemble anodique par le haut tout en conservant un rendement élevé.

A cet effet, la présente invention a pour objet une cuve d’électrolyse, destinée à la production d’aluminium par électrolyse, dans laquelle la cuve d’électrolyse comprend un caisson présentant deux côtés longitudinaux opposés, un ensemble anodique, mobile uniquement en translation verticale par rapport au caisson, l’ensemble anodique comprenant au moins un bloc anodique et un support anodique transversal s’étendant de façon sensiblement transversale aux côtés longitudinaux du caisson et auquel est suspendu ledit au moins un bloc anodique, le support anodique transversal comprenant deux portions de connexion à partir desquelles est destiné à être alimenté le support anodique transversal en courant d’électrolyse, la cuve d’électrolyse comprenant en outre des conducteurs électriques de connexion connectés électriquement aux deux portions de connexion du support anodique transversal, caractérisée en ce que les deux portions de connexion sont distantes selon une direction sensiblement transversale de la cuve d’électrolyse.

Du fait de cette double connexion de part et d’autre du support anodique, il est possible de diminuer la quantité de matière première constituant ce dernier, de réduire ses dimensions, notamment sa section moyenne, tout en conservant une conductivité électrique équilibrée sur la largeur de la cuve. L’équilibre thermique de la cuve n’est par ailleurs pas perturbé par d’importantes différences de pertes thermiques entre le côté amont et le côté aval, du fait de cette double connexion de part et d’autre du support anodique et plus particulièrement de part et d’autre de la cuve.

Ainsi, la cuve d’électrolyse selon l’invention permet avantageusement un allègement de l’ensemble anodique et une minimisation de son l’encombrement ce qui apporte une économie de matière première sur l’ensemble anodique mais aussi sur les équipements structurels périphériques. L’allègement et la compacité de l’ensemble anodique permet d’envisager l’utilisation de moyens de déplacement des ensembles anodiques de dimensions réduites, et donc moins coûteuse.

L’allègement de l’ensemble anodique permet aussi en pratique d’envisager plus facilement un remplacement d’ensemble anodique par le haut, c’est-à-dire par traction verticale ascendante de l’ensemble anodique. Un remplacement d’ensemble anodique par le haut permet avantageusement de libérer l’espace entre les cuves, soit pour faciliter les opérations, soit pour rapprocher les cuves les unes des autres afin d’aligner davantage de cuves dans un même espace ou un même nombre de cuves dans un espace moindre.

Avantageusement, les deux côtés longitudinaux opposés sont sensiblement symétriques par rapport à un plan médian longitudinal de la cuve d’électrolyse, et les deux portions de connexion sont agencées de part et d’autre dudit plan. Plus particulièrement, le support anodique transversal comporte deux portions d’extrémités, et les portions de connexion sont disposées sur ces portions d’extrémités.

Selon un mode de réalisation préféré, le support anodique comprend une première structure, en un premier matériau électriquement conducteur, et une deuxième structure, en un deuxième matériau électriquement conducteur, le deuxième matériau présentant une conductivité électrique sensiblement supérieure à celle du premier matériau.

Ainsi, le support anodique offre une combinaison d’un matériau présentant une conductivité électrique élevée, pour assurer la conductivité électrique et diminuer les pertes énergétiques, et d’un matériau présentant une conductivité électrique certes plus faible, mais servant de structure porteuse résistante et rigide permettant de supporter mécaniquement une pluralité de blocs anodiques, malgré l’exposition de cette structure porteuse à de fortes températures pouvant atteindre environ 1 000°C.

L’utilisation d’un tel support anodique composite permet de diminuer la quantité et le cout des matières premières nécessaires pour que le support anodique puisse assurer les deux fonctions de transport du courant électrique et de support des blocs anodiques.

Le premier matériau est plus particulièrement de l’acier pour son faible cout et sa résistance mécanique importante, également à haute température. Le deuxième matériau est plus particulièrement du cuivre pour sa très haute conductivité électrique, mais également sa capacité à se déformer et ses propriétés intéressantes comme surface de contact pour une connexion électrique.

Un support anodique en cuivre seul se déformerait sous le poids des blocs anodiques, plus particulièrement du fait des hautes températures dans la cuve. Aussi, un support anodique en acier seul présenterait un encombrement très important pour assurer une conduction correcte du courant d’électrolyse vers les blocs anodiques, malgré les améliorations évoquées ci-dessus apportées par la présente invention.

De préférence, la deuxième structure est fixée à la première structure de sorte que la première structure supporte mécaniquement la deuxième structure. Cette fixation peut être réalisée par exemple par boulonnage, soudure ou moulage d’une des matières dans un squelette formé par l’autre matière, notamment un moulage de cuivre dans un squelette d’acier.

Selon un mode de réalisation particulier, la première structure comprend une barre transversale s’étendant sensiblement transversalement d’une portion de connexion à l’autre portion de connexion.

Une telle barre est moins sensible au rayonnement thermique dégagé par le bain électrolytique qu’une plaque de section équivalente disposée horizontalement et l’air environnant circule également mieux autour. Une barre est également mécaniquement plus adaptée pour supporter des charges lourdes.

Avantageusement, la barre s’étend d’un seul tenant entre les portions de connexion.

Par s’étendre d’un seul tenant il faut entendre s’étendre sans discontinuer d’une portion de connexion à l’autre. Autrement dit, chaque barre longitudinale est monobloc et correspond à une seule et même pièce mécanique s’étendant d’une portion de connexion à l’autre.

Ainsi, la tenue mécanique de la barre est améliorée et cela limite également éventuellement les pertes énergétiques en comparaison avec une cuve d’électrolyse dans laquelle les barres formant le support anodique seraient discontinues, formées d’une pluralité de tronçons joints les uns aux autres.

De manière avantageuse, les portions de connexion sont agencées sur les extrémités de la barre longitudinale et sont plus particulièrement situées à proximité des côtés longitudinaux du caisson.

De manière avantageuse, la deuxième structure forme au moins partiellement les portions de connexion du support anodique.

Ainsi, la connexion électrique de l’ensemble anodique avec les conducteurs électriques de connexion de la cuve est réalisée au moyen de la deuxième structure formé avec un matériau ayant une bonne conductivité électrique. Les chutes de tension sont alors minimisées pour le transport du courant d’électrolyse vers les blocs anodiques.

Selon un mode de réalisation avantageux, la deuxième structure comprend deux parties distinctes formant chacune au moins partiellement l’une des deux portions de connexion.

Il n’est pas nécessaire que la deuxième structure de meilleure conductivité électrique soit continue d’une portion de connexion à l’autre du support anodique, car cette deuxième structure sert à l’alimentation électrique des blocs anodiques et ne serait par conséquent quasiment pas parcourue par un courant électrique sur toute sa longueur du fait qu’elle est alimentée en courant d’électrolyse en deux points distincts distants selon une direction sensiblement transversale de la cuve, notamment à deux extrémités opposées du support anodique, de chaque côté de la cuve. Cette discontinuité, ou séparation de la deuxième structure en deux parties distinctes permet de minimiser la quantité de deuxième matériau utilisé, ce deuxième matériau ayant classiquement un cout élevé.

Ces deux parties distinctes sont plus particulièrement distantes selon la direction transversale de la cuve.

Avantageusement, les deux côtés longitudinaux opposés de la cuve sont sensiblement symétriques par rapport à un plan médian longitudinal de la cuve d’électrolyse, et les deux parties distinctes sont agencées de part et d’autre du plan (P). Le courant d’électrolyse parcourant chacune des deux parties distinctes est alors d’intensité sensiblement identique mais de direction opposé dans le support anodique de sorte que l’équilibrage électrique dans le support est réalisé au centre du support anodique. Aussi, les deux parties distinctes sont avantageusement sensiblement symétriques par rapport audit plan. Les ensembles anodiques peuvent donc présenter une symétrie par rapport à un plan médian de sorte que les ensembles anodiques peuvent être insérés dans la cuve sans qu’il n’y ait de sens prédéterminé à respecter.

Selon un mode de réalisation préféré, le support anodique transversal comporte une pluralité de rondins fixés sur la première structure et destinés à être scellés dans des évidements formés dans une surface dudit au moins un bloc anodique, et la distance selon la direction transversale entre les deux parties distinctes est sensiblement équivalente à la distance entre deux rondins adjacents.

Lorsque l’alimentation des blocs anodiques est réalisée au moyen de rondins connectés électriquement au support anodique, une zone dans laquelle le courant ne circule dans le support anodique peut être réalisée entre deux rondins de sorte que cette configuration permet une économie importante de deuxième matière pour former la deuxième structure. Selon un mode de réalisation préféré, le support anodique transversal comporte une pluralité de rondins fixés sur la première structure et chaque partie est fixée à la première structure uniquement au niveau de la fixation des rondins et d’une portion de connexion. Cette fixation de la deuxième structure sur la première structure peut par exemple être réalisée par soudure ou boulonnage.

Chaque rondin peut par conséquent être parfaitement alimenté électriquement par la partie de la deuxième structure qui s’étend depuis la portion de connexion correspondante jusqu’à l’extrémité de fixation du rondin sur la première structure qui est la structure porteuse. Aussi, cette manière de fixer la deuxième structure sur la première structure permet à la première structure de pouvoir se dilater indépendamment de la deuxième structure de sorte que les changements de température subis par le support anodique au cours de sa vie ne le dégradent pas. Plus particulièrement, en prenant le cas de l’acier comme premier matériau et de cuivre comme deuxième matériau, le premier matériau se dilatera moins que le deuxième matériau lors d’une exposition à la chaleur, et le deuxième matériau, plus flexible que le premier matériau, qui doit être rigide pour former la structure porteuse, pourra se déformer légèrement le long de la première structure entre deux points de fixation.

Selon un mode de réalisation particulier, l’ensemble anodique comprend deux blocs anodiques adjacents selon une direction transversale de la cuve d’électrolyse, les deux blocs anodiques étant supportés par une même première structure et disposés sous deux parties distinctes de la deuxième structure.

Les cuves d’électrolyse actuelles sont de largeur importante de sorte qu’il est avantageux d’utiliser deux blocs anodiques sur la largeur de la cuve, donc accrochés à un même ensemble anodique pour faciliter l’évacuation de gaz s’accumulant sous les blocs anodiques, la fabrication et la manutention des blocs anodiques.

Selon un mode de réalisation préféré, le support anodique forme un anneau délimité par deux barres transversales reliées l’une à l’autre à leurs extrémités, les barres s’étendant de façon sensiblement parallèle entre elles et perpendiculaire aux côtés longitudinaux du caisson.

La forme annulaire du support anodique permet de réaliser des économies de matière première et un allègement par rapport à un support anodique formé d’une barre unique ou d’une plaque qui couvrirait globalement la même superficie dans un plan horizontal que l’anneau ainsi formé, pour une résistance mécanique et une conductivité électrique équivalente.

Cette forme annulaire permet notamment de minimiser les longueurs totales de conducteurs électriques depuis les portions de connexions jusqu’aux blocs anodiques.

La forme annulaire permet de minimiser les gauchissements ou déformations des supports anodiques en vrille du fait des dilatations successives subies par les supports anodiques.

La forme annulaire ou multi-barres parallèles offre également la possibilité d’élargir les ensembles anodiques en minimisant le cout matière. Le fait de disposer d’ensembles anodiques larges, notamment avec deux blocs anodiques adjacents dans le sens de la longueur de la cuve d’électrolyse, permet de diminuer le nombre de moyens de déplacement ou structure de soulèvement selon la direction verticale des ensembles anodiques, en particulier de diminuer le nombre de vérins, et le nombre de connexions électriques avec des conducteurs électriques de connexion.

Ainsi, l’ensemble anodique comprend avantageusement deux blocs anodiques adjacents selon une direction longitudinale de la cuve d’électrolyse, chaque bloc anodique étant supporté par une barre transversale distincte. Aucune barre ne s’étend au-dessus de l’espace entre les deux blocs anodiques adjacents selon la direction longitudinale de la cuve de sorte que la chaleur rayonnée par le bain entre ces blocs anodiques n’impacte pas la résistance et la conductivité des supports anodiques. Aussi, les barres ne font pas obstacle au déversement par le dessus de produit de couverture entre ces blocs anodiques adjacents.

Les rondins reliant le support anodique aux blocs anodiques s’étendent avantageusement sensiblement verticalement sous chaque barre.

Ainsi, cela permet une économie de matière, en comparaison avec des rondins présentant des traverses et longerons multidirectionnels supportant une pluralité de pieds scellés dans un bloc anodique.

Selon un mode de réalisation préféré, la première structure forme un anneau et la deuxième structure est agencée à l’intérieur de l’anneau formé par la première structure.

Cela permet de réaliser avantageusement des économies de matière car la longueur et la quantité de matière de la deuxième structure est ainsi minimisée pour remplir la fonction de conduction électrique, plus particulièrement depuis les portions de connexions jusqu’aux extrémités supérieures de fixation des rondins sur la première structure. Les rondins doivent avant tout être tenus mécaniquement, c’est pour cela qu’ils doivent être fixés, plus particulièrement soudés, au droit de la première structure. La connexion électrique à la deuxième structure peut ensuite être raccordée par le flan du rondin ou encore le courant peut passer au travers de la première structure mais sur une courte distance pour ne dégrader la consommation énergétique. Ainsi, lorsque les rondins reliant le support anodique aux blocs anodiques s’étendent avantageusement sensiblement verticalement sous chaque barre, la première structure est située à l’aplomb des rondins tandis que la deuxième structure est décalée sur l’intérieur de l’anneau par rapport à l’axe le long duquel s’étendent les rondins ; la deuxième structure n’est pas dans la continuité de cet axe mais sa longueur est minimisée car elle est positionnée sur l’intérieur de l’anneau.

Aussi, la deuxième matière formant la deuxième structure est protégée par la première structure l’entourant, contre des dégradations dues à un fort rayonnement thermique engendré par un retrait d’un ensemble anodique adjacent du bain électrolytique, contre des projections de matières corrosives, et contre d’éventuels chocs lors de la manipulation du support anodique seul ou des ensembles anodique comportant un tel support anodique.

Avantageusement, l’anneau présente des extrémités en forme de U, la deuxième structure comporte deux parties présentant chacune une forme en U correspondante complémentaire de celle des extrémités de l’anneau, et, à température ambiante, la longueur de la paroi périphérique extérieure des portions curvilignes du U formé par chaque partie de la deuxième structure (220) est inférieure à la longueur de la paroi périphérique intérieure des portions curvilignes du U formé par l’extrémité correspondante de l’anneau

Ainsi, cela évite une usure prématurée du support anodique causée par une dilatation de la deuxième structure sous l’effet de la température dans la cuve d’électrolyse en fonctionnement. Sans un tel agencement, la deuxième matière viendrait forcer contre la première structure. Comme la deuxième matière à tendance à se dilater plus que la première matière, le mode de réalisation défini ci-dessus permet à la seconde matière de se dilater sans venir forcer contre la première matière et risquer de dégrader la deuxième matière ou les fixations de la deuxième structure sur la première structure. Une zone de dilatation libre est préservée pour la dilatation de la deuxième structure, via un rayon de courbure plus court de la deuxième structure, afin d’éviter une rupture des fixations (soudures-boulonnage) et des connexions électriques entre la première structure et la deuxième structure.

Avantageusement, l’ensemble anodique comprend une pluralité de rondins s’étendant entre le support anodique et ledit au moins un bloc anodique et en ce que le support anodique comprend une portion coudée dans un plan vertical à chacune de ses extrémités de sorte que les portions de connexion du support anodique sont disposées au-dessus de la surface supérieure des rondins.

Ainsi, cela permet de réduire la distance entre le support anodique et le bloc anodique, donc de réduire la hauteur des rondins. Des rondins de hauteur excessive conduiraient à une augmentation de la chute de potentiel, préjudiciable au rendement de la cuve d’électrolyse, ainsi qu’à une augmentation de la longueur et la masse de matériau conducteur formant le support anodique.

Avantageusement, l’ensemble anodique comprend une pluralité de rondins s’étendant sensiblement verticalement entre le support anodique et ledit au moins un bloc anodique, et en ce que le rondin comporte une extrémité de scellement sensiblement horizontale scellée à l’intérieur du bloc anodique.

L’utilisation de tels rondins permet de diminuer le nombre total de rondins et d’améliorer l’équilibre thermique et électrique des ensembles anodiques.

Selon une possibilité avantageuse, le support anodique comprend au moins un longeron de renfort s’étendant selon une direction sensiblement transversale de la cuve d’électrolyse et reliant les deux extrémités du support anodique.

Cette caractéristique permet de renforcer mécaniquement le support anodique et de limiter la flexion ou la déformation de ce dernier.

Selon une forme d’exécution avantageuse, le support anodique comprend une traverse s’étendant selon une direction longitudinale de la cuve d’électrolyse et reliant les deux barres longitudinales entre elles et le cas échéant avec ledit au moins un longeron de renfort.

Cela renforce davantage encore le support anodique pour limiter la flexion.

Longerons et traverses peuvent servir de moyens de préhension des ensembles anodiques pour leur manipulation.

Selon un mode de réalisation, l’ensemble anodique comprend deux blocs anodiques adjacents selon une direction longitudinale de la cuve d’électrolyse, chaque bloc anodique étant supporté par une barre longitudinale distincte.

Selon un autre aspect, l’invention concerne une usine d’électrolyse, notamment une aluminerie, comprenant une cuve d’électrolyse ayant les caractéristiques précitées, dans laquelle les cuves d’électrolyse sont disposées transversalement par rapport à la longueur de la file.

D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront clairement de la description détaillée ci-après d’un mode de réalisation, donné à titre d’exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels :

La figure 1 est une vue schématique de côté en coupe d’une cuve d’électrolyse selon un mode de réalisation de l’invention,

La figure 2 est une vue schématique de côté en coupe d’une cuve d’électrolyse selon un mode de réalisation de l’invention,

La figure 3 est une vue schématique de côté d’un ensemble anodique d’une cuve d’électrolyse selon un mode de réalisation de l’invention,

La figure 4 est une vue de dessus de l’ensemble anodique de la figure 3,

La figure 5 est une vue en coupe selon la ligne l-I de la figure 3, respectivement de côté sur laquelle est représentée un ensemble anodique,

La figure 6 est une vue schématique de côté d’un ensemble anodique d’une cuve d’électrolyse selon un mode de réalisation de l’invention,

La figure 7 est une vue de dessus de l’ensemble anodique de la figure 6,

La figure 8 est une vue en coupe selon la ligne ll-II de la figure 6,

La figure 9 est une vue en coupe schématique de côté d’un ensemble anodique d’une cuve d’électrolyse selon un mode de réalisation de l’invention,

La figure 10 est une vue schématique de dessus d’un ensemble anodique d’une cuve d’électrolyse selon un mode de réalisation de l’invention,

La figure 11 est une vue schématique en coupe de côté selon la ligne lll-lll de la figure 10,

La figure 12 est une vue schématique de dessus d’un ensemble anodique d’une cuve d’électrolyse selon un mode de réalisation de l’invention,

La figure 13 est une vue schématique en coupe de côté selon la ligne IV-IV de la figure 12,

La figure 14 est une vue schématique en perspective d’un ensemble anodique des figures 12 et 13 ;

- La figure 15 est une vue schématique de dessus d’un ensemble anodique d’une cuve d’électrolyse selon un mode de réalisation de l’invention.

La figure 1 montre des cuves 1 d’électrolyse selon un mode de réalisation de l’invention, destinées à la production d’aluminium par électrolyse.

Les cuves 1 d’électrolyse comprennent un caisson 2, notamment en acier, à l’intérieur duquel est agencé un revêtement 4 en matériaux réfractaires, une cathode 6 en matériau carboné, traversée par des conducteurs 8 cathodiques destinés à collecter le courant d’électrolyse à la cathode 6 pour le conduire jusqu’à des sorties 10 cathodiques traversant le fond ou les côtés du caisson 2, des conducteurs 12 d’acheminement s’étendant sensiblement horizontalement jusqu’à la cuve 1 d’électrolyse suivante depuis les sorties 10 cathodiques, un bain 14 électrolytique dans lequel est dissout l’alumine, et une nappe 16 de métal liquide, notamment d’aluminium liquide, se formant au cours de la réaction d’électrolyse.

Le caisson 2 peut présenter une forme sensiblement parallélépipédique. Il comprend deux côtés 18 longitudinaux opposés, sensiblement symétriques par rapport à un plan P médian longitudinal de la cuve 1 d’électrolyse. Le caisson 2 peut présenter deux côtés transversaux reliant les côtés longitudinaux en délimitant sensiblement un rectangle.

Par plan médian longitudinal on entend plan sensiblement perpendiculaire à une direction transversale X de la cuve 1 d’électrolyse et séparant la cuve 1 d’électrolyse en deux parties sensiblement égales.

On notera que la cuve 1 d’électrolyse est agencée transversalement par rapport à la longueur d’une file de cuves d’électrolyse. En d’autres termes, la cuve 1 d’électrolyse s’étend en longueur selon une direction longitudinale Y qui est sensiblement perpendiculaire à la direction X dans laquelle s’étend la file de cuves d’électrolyse dont la cuve 1 d’électrolyse fait partie.

La cuve 1 d’électrolyse selon l’invention comprend par ailleurs un ensemble anodique. L’ensemble anodique comprend un ou plusieurs blocs 100 anodiques et un support 200 anodique transversal, allongé transversalement par rapport à la longueur de la cuve 1 d’électrolyse, auquel est suspendu le ou les blocs 100 anodiques.

Les blocs 100 anodiques sont plus particulièrement en matériau carboné de type précuits, c’est-à-dire cuits avant introduction dans la cuve 1 d’électrolyse.

L’ensemble anodique est mobile uniquement en translation, notamment en translation verticale, par rapport au caisson 2. Aussi, la cuve 1 d’électrolyse est configurée pour permettre un changement d’ensemble anodique par le haut, comme cela est représenté sur la figure 1 pour la cuve 1 située à droite de la figure 1.

Comme on peut le voir sur la figure 1 ou 2, le support 200 anodique transversal s’étend de façon sensiblement orthogonale aux côtés 18 longitudinaux du caisson 2. Autrement dit, le support 200 anodique transversal s’étend selon une direction sensiblement transversale X de la cuve 1 d’électrolyse.

Le support 200 anodique transversal comprend deux portions 202 de connexion. C’est à partir de ces portions 202 de connexion que le support 200 anodique est alimenté en courant d’électrolyse.

La cuve 1 d’électrolyse comprend en outre des conducteurs 20 électriques de connexion, connectés électriquement aux deux portions 202 de connexion pour conduire le courant d’électrolyse jusqu’au support 200 anodique.

Les conducteurs 20 électriques de connexion s’étendent sensiblement verticalement le long de chaque côté 18 longitudinal du caisson 2.

On remarquera que les deux portions 202 de connexion sont agencées de part et d’autre du plan P, si bien que le support 200 anodique bénéficie d’une connexion bilatérale.

Les deux portions 202 de connexion sont distinctes et distantes selon une direction sensiblement transversale X de la cuve 1 d’électrolyse.

Les deux portions 202 de connexion peuvent être agencées de façon sensiblement symétrique par rapport au plan P.

Elles peuvent être agencées à chacune des deux extrémités du support 200 anodique transversal.

En particulier, les portions 202 de connexion peuvent être agencées à proximité des côtés 18 longitudinaux du caisson 2.

Plus précisément, elles peuvent être agencées sensiblement verticalement au-dessus des côtés 18 longitudinaux du caisson 2, ou, plus avantageusement, elles peuvent ne pas s’étendre au droit du caisson 2, c’est-à-dire qu’elles peuvent être agencées en-dehors d’un volume obtenu par translation verticale d’une surface projetée dans un plan horizontal du caisson 2.

Les portions 202 de connexion sont ainsi moins exposées à la chaleur dégagée par le bain 14 électrolytique en fonctionnement.

Comme cela est visible sur les figures 10 et 12, le support 200 anodique présente une forme d’anneau. Il comprend notamment deux barres 204 longitudinales, sensiblement parallèles entre elles, s’étendant de façon sensiblement orthogonale aux côtés 18 longitudinaux du caisson 2, c’est-à-dire selon une direction sensiblement transversale X de la cuve d’électrolyse. Les barres 204 sont reliées l’une à l’autre au niveau de leurs extrémités.

Chaque barre 204 longitudinale s’étend d’un seul tenant entre ses deux extrémités. Autrement dit, chaque barre 204 longitudinale correspond à une seule et même pièce mécanique s’étendant de l’une de ses extrémités à l’autre extrémité.

Les portions 202 de connexion sont avantageusement agencées au niveau des extrémités de chacune des barres 204 longitudinales, donc aux extrémités de l’anneau formé par le support 200 anodique, de manière à les déporter le plus loin possible du centre de la cuve 1 d’électrolyse.

Comme on peut le voir sur les figures, le support 200 anodique peut comprendre une première structure 210, destinée à assurer la tenue mécanique du support 200 anodique, et une deuxième structure 220, destinée à assurer le transport du courant d’électrolyse depuis les portions 202 de connexion vers le ou les blocs 100 anodiques.

La première structure 210 est en un premier matériau électriquement conducteur. La deuxième structure 220 est en un deuxième matériau électriquement conducteur. Le deuxième matériau présente une conductivité électrique sensiblement supérieure à celle du premier matériau.

Par exemple, la première structure 210 est en acier, la deuxième structure 220 est en cuivre. Ainsi, le premier matériau peut correspondre à de l’acier, le deuxième matériau peut correspondre à du cuivre, le support 200 anodique correspondant donc à un composite acier/cuivre.

La première structure 210 est formée par les barres 204 longitudinales. La deuxième structure 220 peut être formée par des barres additionnelles en cuivre, distinctes des barres 204 longitudinales. Les barres en cuivre peuvent épouser la forme des barres 204 longitudinales.

La deuxième structure 220 est fixée à la première structure 210. Ainsi, la première structure 210 supporte la deuxième structure 220.

La première structure 210 présente une forme annulaire. A cet effet, les barres 204 longitudinales peuvent être une même barre pliée à leurs extrémités ou des barres distinctes fixées ensemble à leurs extrémités. Les barres 222 de conduction en cuivre formant la deuxième structure 220 peuvent être également pliées pour épouser la forme de la première structure 210.

Les conducteurs 20 électriques de connexion peuvent être connectés à la deuxième structure 220. Comme visible sur la figure 14, la deuxième structure 220 forme plus particulièrement une semelle 32 dans chaque portion 202 de connexion, la semelle étant destinée à reposer contre une surface de connexion du conducteur 20 électrique de connexion associé. Un connecteur 30 peut être utilisé pour assurer une bonne connexion électrique du support 200 anodique par compression de la portion 202 de connexion (la semelle) contre le conducteur 20 électrique de connexion associé (la surface de connexion).

La deuxième structure 220 est avantageusement dissociée en deux parties 220a,220b distinctes correspondant à deux barres 222 de conduction distinctes et distantes. Une partie de chacune des barres 222 de conduction forme au moins en partie l’une des deux portions 202 de connexion.

Selon l’exemple des figures 1 à 9, la deuxième structure 220 est agencée sur un côté de la barre 204 formant la première structure 210.

Selon l’exemple des figures 10 à 13, la deuxième structure 220 est agencée à l’intérieur de l’anneau formé par la première structure 210. La deuxième structure est alors moins longue que si disposée sur l’extérieur de l’anneau et en outre protégée par la première partie l’entourant.

Plus particulièrement, selon l’exemple des figures 10 et 11, l’anneau formé par la première structure 210 présente des extrémités en forme de U et les deux barres 222 de conduction ou parties 220a,220b de la deuxième structure 220 présentent également une forme en U, complémentaire de celle des extrémités de l’anneau formé par la première structure 210. De plus, à température ambiante, c’est-à-dire à une température comprise entre 15°C et 25°C, la longueur de la paroi périphérique extérieure des portions curvilignes du U formé par chaque barre 222 de conduction est inférieure à la longueur de la paroi périphérique intérieure des portions curvilignes du U formé par l’extrémité correspondante de l’anneau.

Il existe ainsi un jeu, à froid, entre les barres 222 de conduction et les barres 204 longitudinales, notamment au niveau des portions curvilignes de ces barres.

Comme on peut le voir sur les figures, l’ensemble anodique comprend une pluralité de rondins 230 entre le support 200 anodique et le ou les blocs 100 anodiques.

Chaque rondin 230 comprend une extrémité proximale fixée à une face supérieure du ou de l’un des blocs 100 anodiques et une extrémité distale rattachée à la première structure

210 uniquement L’extrémité proximale peut être par exemple soudée sur la première structure 210. Une connexion électrique peut en outre être réalisée par soudure entre les rondins 230 et la deuxième structure 220.

Chaque rondin 230 peut s’étendre de façon sensiblement rectiligne entre son extrémité proximale et son extrémité distale, comme cela est représenté sur la figure 5.

La deuxième structure 220 est avantageusement fixée sur la première structure 210 uniquement au niveau des portions 202 de connexion et/ou au niveau des extrémités distales des rondins 230, comme cela est illustré sur les figures 10 et 12.

La deuxième structure 220 est par exemple rivetée, boulonnée ou soudée sur la première structure. Selon l’exemple des figures 10 et 12, une pluralité d’organes 240 de fixation maintient la deuxième structure 220 fixée contre la première structure 210.

Chaque partie 220a,220b alimente en courant électrique des rondins 230 distincts et les parties sont distantes selon la direction sensiblement transversale de la cuve d’électrolyse.

Du fait de cette double connexion de part et d’autre du support anodique, il est possible d’utiliser une deuxième structure discontinue, en deux parties 220a,220b et minimiser les coûts en matière première. Les deux parties 220a,220b sont plus particulièrement distantes d’une distance correspondant à l’écartement entre les deux rondins 230 les plus au centre de l’ensemble anodique et symétrique par rapport au plan P.

Chaque rondin 230 peut comprendre une unique extrémité proximale et une unique extrémité distale. Autrement dit, les rondins 230 peuvent être dépourvus de traverses ou longeron s’étendant dans un plan sensiblement horizontal.

Comme cela est visible sur la figure 9, l’extrémité proximale peut être solidaire d’une barre 240 ou plaque de scellement sensiblement horizontale s’étendant transversalement par rapport à la cuve et scellée à l’intérieur du bloc 100 anodique.

La figure 15 montre un autre ensemble anodique dans lequel une telle barre 240 ou plaque de scellement s’étend longitudinalement par rapport à la cuve.

Comme cela est représenté sur les figures 2 à 8 et 10 à 13, le support 200 anodique comprend avantageusement une portion 250 coudée à chacune de ses extrémités.

Plus précisément, les barres 204 longitudinales et le cas échéant les barres 222 de conduction peuvent être pliées pour présenter une portion 250 coudée dans un plan vertical à chacune de leurs extrémités, de sorte que les portions de connexion du support anodique soient disposées au-dessus de la surface supérieure des rondins.

Ainsi, la distance entre le support anodique et le bloc anodique peut être réduite, et par conséquent la hauteur des rondins. Des rondins de hauteur excessive conduiraient à une augmentation de la chute de potentiel, préjudiciable au rendement de la cuve d’électrolyse, ainsi qu’à une augmentation de la longueur et la masse de matériau conducteur formant le support anodique.

Comme on peut le voir sur les figures 2 et 11, le support 200 anodique peut comprendre au moins un longeron 260 de renfort s’étendant selon une direction sensiblement transversale X de la cuve 1 d’électrolyse et reliant les deux extrémités du support 200 anodique.

Comme on peut le voir sur la figure 12, le support 200 anodique peut par ailleurs comprendre une ou plusieurs traverses 270 s’étendant selon une direction sensiblement longitudinale Y de la cuve 1 d’électrolyse. La ou les traverses 270 relient les deux barres 204 longitudinales entre elles

Ces longerons 260 et traverses 270 peuvent également servir de moyen d’accrochage pour la manutention de l’ensemble anodique ou du support anodique.

Selon l’exemple des figures 10 à 14, l’ensemble anodique comprend deux blocs 100a, 100b anodiques adjacents selon une direction longitudinale Y de la cuve 1 d’électrolyse. Chaque bloc 100a, 100b anodique est avantageusement supporté par une barre 204 longitudinale distincte.

Comme cela est visible sur les figures, l’extrémité proximale de chaque rondin 230 peut être agencée sur une ligne médiane de la face supérieure du bloc 100 anodique correspondant.

Chaque rondin 230 peut par exemple s’étendre selon une direction sensiblement verticale uniquement.

Selon l’exemple des figures 6 à 8, l’ensemble anodique comprend deux blocs 100a, 100a’ ou 100b, 100b’ anodiques adjacents selon une direction longitudinale Y de la cuve 1 d’électrolyse, et ces deux blocs 100a, 100a’ ou 100b, 100b’ anodiques sont supportés par une même barre 204 longitudinale.

Comme cela est visible sur la figure 8, les rondins 230 peuvent alors s’étendre de façon oblique, ou du moins avoir une composante horizontale.

Toujours selon l’exemple des figures 6 à 8, les rondins 230 reliant une même barre 204 longitudinale à deux blocs 100a, 100b ou 100a’, 100b’ anodique peuvent être agencés par paire. Les deux rondins 230 d’une même paire sont alignés selon une direction sensiblement longitudinale Y de la cuve 1 d’électrolyse. Autrement dit, les deux rondins

G

230 d’une même paire peuvent s’étendre dans un plan sensiblement perpendiculaire à une direction sensiblement transversale X de la cuve 1 d’électrolyse.

Selon un autre aspect, l’invention concerne une usine d’électrolyse, notamment une aluminerie, comprenant une cuve 1 d’électrolyse telle que décrite précédemment.

Bien entendu, l’invention n’est nullement limitée au mode de réalisation décrit ci-dessus, ce mode de réalisation n’ayant été donné qu’à titre d’exemple. Des modifications sont possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par la substitution d’équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l’invention.

Claims (22)

1. REVENDICATIONS

   1. Cuve (1) d’électrolyse, destinée à la production d’aluminium par électrolyse, dans laquelle la cuve (1) d’électrolyse comprend un caisson (
2. 2) présentant deux côtés (18) longitudinaux opposés, un ensemble anodique, mobile uniquement en translation verticale 5 par rapport au caisson (2), l’ensemble anodique comprenant au moins un bloc (100) anodique et un support (200) anodique transversal s’étendant de façon sensiblement transversale aux côtés (18) longitudinaux du caisson (2) et auquel est suspendu ledit au moins un bloc (100) anodique, le support (200) anodique transversal comprenant deux portions (202) de connexion à partir desquelles est destiné à être alimenté le support 10 (200) anodique transversal en courant d’électrolyse, la cuve (1) d’électrolyse comprenant en outre des conducteurs (20) électriques de connexion connectés électriquement aux deux portions (202) de connexion du support (200) anodique transversal, caractérisée en ce que les deux portions (202) de connexion sont distantes selon une direction sensiblement transversale de la cuve (1) d’électrolyse.

   15 2. Cuve (1) d’électrolyse selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux côtés (18) longitudinaux opposés sont sensiblement symétriques par rapport à un plan (P) médian longitudinal de la cuve (1) d’électrolyse, et en ce que les deux portions (202) de connexion sont agencées de part et d’autre du plan (P).
3. 3. Cuve (1) d’électrolyse selon la revendication 2, caractérisée en ce que le support

   20 (200) anodique transversal comporte deux portions d’extrémités, et en ce que les portions (202) de connexion sont disposées sur ces portions d’extrémités.
4. 4. Cuve (1) d’électrolyse selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le support (200) anodique comprend une première structure (210), en un premier matériau électriquement conducteur, et une deuxième structure (220), en un deuxième matériau

   25 électriquement conducteur, le deuxième matériau présentant une conductivité électrique sensiblement supérieure à celle du premier matériau.
5. 5. Cuve (1) d’électrolyse selon la revendication 4, caractérisée en ce que la première structure (210) comprend une barre transversale (204) s’étendant sensiblement transversalement d’une portion (202) de connexion à l’autre portion (202) de connexion.

   30
6. 6. Cuve (1) d’électrolyse selon la revendication 5, caractérisée en ce que la barre (204) s’étend d’un seul tenant entre les portions d’extrémité.
7. 7. Cuve (1) d’électrolyse selon l’une des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que la deuxième structure (220) est fixée à la première structure (210) de sorte que la première structure (210) supporte mécaniquement la deuxième structure (220).

   t
8. 8. Cuve (1) d’électrolyse selon l’une des revendications 4 à 7, caractérisée en ce que la deuxième structure (220) forme au moins partiellement les portions (202) de connexion du support (200) anodique.
9. 9. Cuve (1) d’électrolyse selon l’une des revendications 4 à 8, caractérisée en ce que la deuxième structure (220) comprend deux parties (220a,220b) distinctes formant chacune au moins partiellement l’une des deux portions (202) de connexion.
10. 10. Cuve d’électrolyse selon la revendication 9, caractérisée en ce que les deux parties (220a,220b) distinctes sont distantes selon la direction transversale de la cuve.
11. 11. Cuve (1) d’électrolyse selon la revendication 10, caractérisée en ce que les deux côtés (18) longitudinaux opposés sont sensiblement symétriques par rapport à un plan (P) médian longitudinal de la cuve (1) d’électrolyse, et en ce que les deux parties (220a, 220b) distinctes sont agencées de part et d’autre du plan (P).
12. 12. Cuve (1) d’électrolyse selon la revendication 11, caractérisée en ce que les deux parties (220a,220b) distinctes sont sensiblement symétriques par rapport au plan (P).
13. 13. Cuve (1) d’électrolyse selon l’une des revendications 10 à 12, caractérisée en ce que le support anodique transversal comporte une pluralité de rondins (230) fixés sur la première structure (210) et destinés à être scellés dans des évidements formés dans une surface dudit au moins un bloc anodique (100), et en ce que la distance selon la direction transversale entre les deux parties distinctes est sensiblement équivalente à la distance entre deux rondins (230) adjacents.
14. 14. Cuve (1) d’électrolyse selon l’une des revendications 10 à 13, caractérisée en ce que le support anodique transversal comporte une pluralité de rondins (230) fixés sur la première structure (210) et en ce que chaque partie est fixée à la première structure uniquement au niveau de la fixation des rondins et d’une portion de connexion.
15. 15. Cuve (1) d’électrolyse selon l’une des revendications 9 à 14, caractérisée en ce que l’ensemble anodique comprend deux blocs (100a, 100a’) anodiques adjacents selon une direction transversale de la cuve (1) d’électrolyse, les deux blocs (100a, 100a’; 100b, 100b’) anodiques étant supportés par une même première structure (210) et disposés sous deux parties distinctes de la deuxième structure (220).
16. 16. Cuve (1) d’électrolyse selon l’une des revendications 1 à 15, caractérisée en ce que le support (200) anodique forme un anneau délimité par deux barres (204) transversales reliées l’une à l’autre à leurs extrémités, les barres (204) s’étendant de façon sensiblement parallèle entre elles et perpendiculaire aux côtés (18) longitudinaux du caisson (2).
17. 17. Cuve (1) d’électrolyse selon la revendication 16, caractérisée en ce que l’ensemble anodique comprend deux blocs (100a, 100b) anodiques adjacents selon une direction

    5 longitudinale de la cuve (1) d’électrolyse, chaque bloc (100a,100b) anodique étant supporté par une barre (204) transversale distincte.
18. 18. Cuve (1) d’électrolyse selon l’une des revendications 4 à 15, dans laquelle, caractérisée en ce que la première structure (210) forme un anneau et en ce que la deuxième structure (220) est agencée à l’intérieur de l’anneau formé par la première

    10 structure (210).
19. 19. Cuve (1) d’électrolyse selon la revendication 18, caractérisée en ce que l’anneau présente des extrémités en forme de U, la deuxième structure (220) comporte deux parties présentant chacune une forme en U correspondante complémentaire de celle des extrémités de l’anneau, et en ce que, à température ambiante, la longueur de la paroi

    15 périphérique extérieure des portions curvilignes du U formé par chaque partie de la deuxième structure (220) est inférieure à la longueur de la paroi périphérique intérieure des portions curvilignes du U formé par l’extrémité correspondante de l’anneau.
20. 20. Cuve (1) d’électrolyse selon l’une des revendications 1 à 19, caractérisée en ce que l’ensemble anodique comprend une pluralité de rondins (230) s’étendant entre le support

    20 (200) anodique et ledit au moins un bloc (100) anodique et en ce que le support (200) anodique comprend une portion (250) coudée dans un plan vertical à chacune de ses extrémités de sorte que les portions (202) de connexion du support (200) anodique sont disposées au-dessus de la surface supérieure des rondins (230).
21. 21. Cuve (1) d’électrolyse selon l’une des revendications 1 à 20, caractérisée en ce que 25 l’ensemble anodique comprend une pluralité de rondins (230) s’étendant sensiblement verticalement entre le support (200) anodique et ledit au moins un bloc (100) anodique, et en ce que le rondin comporte une extrémité de scellement sensiblement horizontale scellée à l’intérieur du bloc (100) anodique.
22. 22. Usine d’électrolyse, notamment aluminerie, comprenant une file de cuves (1) 30 d’électrolyse selon l’une des revendications 1 à 21 agencées électriquement en série, caractérisée en ce que les cuves d’électrolyse sont disposées transversalement par rapport à la longueur de la file.