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EP0167461B1 - Anode carbonée à rondins partiellement rétrécis destinée aux cuves pour la production d'aluminium par électrolyse - Google Patents

Anode carbonée à rondins partiellement rétrécis destinée aux cuves pour la production d'aluminium par électrolyse Download PDF

Info

Publication number
EP0167461B1
EP0167461B1 EP85420101A EP85420101A EP0167461B1 EP 0167461 B1 EP0167461 B1 EP 0167461B1 EP 85420101 A EP85420101 A EP 85420101A EP 85420101 A EP85420101 A EP 85420101A EP 0167461 B1 EP0167461 B1 EP 0167461B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
anode
upper portion
steel conductor
section
steel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
EP85420101A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0167461A1 (fr
Inventor
Bernard Langon
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rio Tinto France SAS
Original Assignee
Aluminium Pechiney SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aluminium Pechiney SA filed Critical Aluminium Pechiney SA
Priority to AT85420101T priority Critical patent/ATE28904T1/de
Publication of EP0167461A1 publication Critical patent/EP0167461A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0167461B1 publication Critical patent/EP0167461B1/fr
Expired legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
    • C25C3/12—Anodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/16—Electric current supply devices, e.g. bus bars
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
    • C25C3/12—Anodes
    • C25C3/125—Anodes based on carbon

Definitions

  • the present invention relates to an anode assembly comprising a carbon anode with partially shrunk logs, intended for tanks for the production of aluminum by electrolysis.
  • Its main purpose is to allow a reduction in ohmic drops at the connection of anode carbon, while reducing heat losses through the anode system of these tanks and increasing the service life of aluminum-steel connections. It is particularly suitable for electrolytic cells with prebaked anodes, but can be used for electrolytic cells with continuous anodes called Soderberg.
  • Aluminum is mainly produced by electrolysis of alumina dissolved in a cryolitic bath.
  • the electrolysis furnace which allows this operation is constituted by a carbon cathode placed in a steel box and insulated by refractory insulating products surmounted by an anode or a plurality of carbon anodes immersed in the cryolitic bath which is progressively oxidized by oxygen from the decomposition of alumina.
  • the flow of current is done from top to bottom.
  • the cryolite is maintained in the liquid state, at a temperature close to its solidification temperature.
  • the usual tank operating temperatures are between 930 and 980 ° C.
  • the aluminum produced is therefore liquid and it is deposited by gravity on the cathode which is sealed.
  • the aluminum produced, or part of the aluminum produced, is regularly sucked up by a ladle and transferred to foundry furnaces and the used anodes are replaced by new anodes.
  • the operating intensities of these electrolysers are today between 100,000 and 300,000 amperes.
  • the conductors for connecting and distributing the curant are therefore chosen from industrial metals with high electrical conductivity, that is to say pure and alloyed copper and aluminum.
  • the steel part and the connection elements are at decreasing temperature from carbon to the copper or aluminum conductor. They are therefore the support of a considerable heat flux representing a significant energy loss in the electrolysis process.
  • thermal insulation of the steel part leads to an excessive rise in its temperature which will lead to an irreversible deterioration of the connection between the conductor and the steel, or even a degradation of the conductor in aluminum or copper. There is a risk that the degradation of these elements will lead to a break in electrical continuity and therefore a partial or total stoppage of the electrolysis.
  • the steel-carbon electrical connection element operating at temperatures above 700 °, introduces into the current flow a very large parasitic resistance consisting of a contact resistance and a local resistance in the carbon of the anode. where the flow of current is very concentrated around the seal. Measured under the current connection conditions, it reaches 30 to 50% of the total resistance of the anode. Many methods have been used to lower this contact resistance.
  • An effective method consists in increasing the contact surface by increasing the number or the size of the housings provided in the anode for placing the steel conductors there. Unfortunately, it comes up against an unfortunate consequence: by increasing the number and size of steel conductors, the conductive heat flux passing through these elements increases proportionally to the sections. The thermal equilibrium of the electrolytic cell is then disturbed and energy compensation is necessary. The overall balance is unfavorable, the increase in thermal losses being greater than the gain in resistance obtained on the anodic connection.
  • the object of the present invention is to allow the reduction of the contact resistances at the connection of the carbon anodes of the aluminum electrolysis cells, without however increasing the thermal losses of the electrolysis cell through the steel conductors. penetrating into the carbon anode.
  • the object of the invention is an anode assembly, intended for tanks for the production of aluminum by igneous electrolysis, according to the Hall-Héroult process, including the connection of a carbon anode at the arrival of positive current is carried out by at least one steel conductor comprising a lower part which penetrates into the carbon anode and an upper part connected to the positive current inlet, characterized in that the upper part of the steel conductor has, on at minus 30% of the length of its upper part, a cross section at most equal to 60% of the cross section of the lower part.
  • the steel conductor is a sealed log, by a known process such as casting iron, in a recess made at the top of the pre-baked anode or a stud, whose lower end is tapered, and which is forced into the Sôderberg carbonge paste.
  • FIGS 1 to 6 illustrate the implementation of the invention. These are vertical section representations.
  • Figure 1 shows the temperature distribution on a partially narrowed anode log, according to the invention.
  • FIG. 2 shows the distribution of the temperature on an anode log according to the prior art, for comparison.
  • Figures 3 to 5 show, by way of non-limiting example, different embodiments of the invention on so-called prebaked anodes.
  • FIG. 6 shows, by way of nonlimiting example, two modes of implementation of the invention on continuous anodes called Soderberg.
  • the precooked anode (1) conventionally comprises a cavity (2) in which the log (3) is sealed, most often by casting iron (4).
  • the section of the log (3) has been locally reduced (5). It is known that, on the prebaked anode tanks (3), approximately half of the heat flux passing through the anodes is discharged by the steel.
  • the mode of heat transport is essentially simple conduction.
  • the dotted line XX represents the limit between the lower part of the conductor, sealed in carbon, and the upper part.
  • FIG. 1 which relates to the invention, it has been found that the partial reduction of the section of the steel in the upper part makes it possible to locally obtain high temperature gradients. This makes it possible to precisely locate the hot and cold zones in the steel.
  • a temperature drop of 650 ° C. to 320 ° C. is obtained over 10 cm in length.
  • FIG. 2 shows how, according to the prior art and under identical conditions, the temperatures are established in the anode system when the log (8) has a constant section.
  • FIG. 1 It thus appears in FIG. 1 that the increase in temperature of the steel source of thermal losses by convection and radiation, is located just above the anode. It will therefore suffice to insulate this zone, by means of conventional thermal insulators such as alumina, or the ground electrolysis bath, or the granules of carbonaceous paste, to eliminate most of the thermal losses which occur there, while the middle and upper parts of the log and its connections (6, 7) on the conductors (9), can easily be left in the open due to their moderate temperature, of the order of 300 ° C or lower.
  • thermal insulators such as alumina, or the ground electrolysis bath, or the granules of carbonaceous paste
  • the increase in ohmic drop in the narrowed part (5) can be compensated for, and even beyond, by an increase in section of the hot part of the steel where the electrical resistivity is high; the temperature coefficient of the electrical resistivity of iron is, in fact, from 0.0147 to 500 ° C, which is an exceptionally high value among metals and it is maximum around 500 ° C.
  • the choice of the dimensions of the shrunk and non-shrunk portions of the log is not arbitrary.
  • the sections and lengths of these two parts must be such that the total thermal resistance obtained is equal to or preferably slightly greater than that of the assembly according to the prior art, the calculation being able to be easily made by those skilled in the art.
  • the invention has been found to be particularly effective if the ratio between the cross-section of the area (5). and the section of area (3) was 0.6 or less.
  • the length of the reduced part should be at least 35% of the total length of the upper part of the log.
  • the anode (1) has 4 sealing holes (2).
  • Each log has a lower part (10) 200 mm high and 150 mm in diameter, sealed with cast iron (4) in the anode, the upper part (11), over a height of 170 mm, has its section transverse reduced to 36% of the section of the lower part (90 mm in diameter).
  • the four logs (11) are connected by a rectangular cross-member (12) of large section (150 x 80 mm) which is itself connected by an aluminum-iron clad (13) to the rod (14), in aluminum which ensures the electrical connection with the anodic frame (anodic bus bar) not shown.
  • the thermal insulation of the hot zone is ensured by an alumina or crushed bath cover, up to the approximate level indicated by the dotted line AA '(2 to 3 centimeters above the connection with the narrowed part of the log).
  • the constricted part (11) of the log has been formed by a tube (15), which has the advantage of an equal current density. better heat dissipation by radiation in case of excessive overload. It can have, for example, 150 mm of external diameter and 120 mm of internal diameter, on 150 mm of height.
  • a tube which can have, for example, 150 mm of external diameter and 120 mm of internal diameter, on 150 mm of height.
  • Such an assembly can be obtained by electric welding of these components, but also by molding, because the large number of elements required on a series of one or more hundreds of electrolysis cells, each comprising several tens of anodes, makes it easy to amortize the cost of molds.
  • Another possibility consists in sawing the upper part of the log (fig. 4) so as to reduce it to a rectangular plate (16) whose cross section represents, for example, only 40% of the initial cross section.
  • the thermal insulation of the upper part of the anode is, in this case, ensured by the granules of carbonaceous paste (19) which are added periodically to reconstitute the anode as it wears through the lower part.
  • the granules of carbonaceous paste (19) which are added periodically to reconstitute the anode as it wears through the lower part.
  • mounting using a tube with the same outside diameter as the lower part is preferable.
  • the implementation of the invention makes it possible to obtain a gain of the order of 200 to 300 kwh / t of aluminum, and a considerable increase in the life of the aluminum-steel clads which becomes at least equal to that steel elements themselves.

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Description

  • La présente invention concerne un ensemble anodique comportant une anode carbonée à rondins partiellement rétrécis, destinée aux cuves pour la production d'aluminium par électrolyse.
  • Elle a pour but essentiel de permettre une réduction des chutes ohmiques à la connexion du carbone anodique, tout en réduisant les pertes thermiques à travers le système anodique de ces cuves et en augmentant la durée de vie des raccordements aluminium-acier. Elle est particulièrement adaptée aux cuves d'électrolyse à anodes précuites, mais peut être utilisée pour les cuves d'électrolyse à anodes continues dites Sôderberg.
  • L'aluminium est essentiellement produit par électrolyse d'alumine dissoute dans un bain cryolithaire. Le four d'électrolyse qui permet cette opération est constitué par une cathode en carbone placée dans un caisson en acier et calorifugée par des produits isolants réfractaires surmontée par une anode ou une pluralité d'anodes en carbone plongeant dans le bain cryolithaire qui est oxydée progressivement par l'oxygène provenant de la décomposition de l'alumine.
  • Le passage du courant s'effectue de haut en bas. Par effet Joule, la cryolithe est maintenue à l'état liquide, à une température proche de sa température de solidification. Les températures usuelles de marche des cuves sont comprises entre 930 et 980°C. L'aluminium produit est donc liquide et il se dépose par gravité sur la cathode qui est étanche. Régulièrement l'aluminium produit, ou une partie de l'aluminium produit, est aspiré par une poche de coulée et transvasé dans des fours de fonderie et les anodes usées sont remplacées par des anodes neuves.
  • Les intensités de marche de ces électrolyseurs sont aujourd'hui comprises entre 100 000 et 300 000 Ampères. Les conducteurs de liaison et de distribution du curant sont donc choisis parmi les métaux industriels à haute conductivité électrique, c'est-à-dire le cuivre et l'aluminium purs ou alliés.
    • Exposé du problème
  • Les parties carbonées des électrolyseurs sont à des températures proches des températures du bain cryolithaire. La connexion de l'anode et de la cathode avec les conducteurs transportant le courant est donc nécessairement effectuée, à l'aide d'une partie intermédiaire résistant à ces températures élevées. Celle-ci est habituellement en acier. Le montage utilisé comporte plusieurs éléments:
    • a) un élément de connexion entre le conducteur et l'acier. Ce peut être un simple contact pressé, un contact amélioré par des moyens divers (graisses conductrices, meulages, étamages, serrages, etc...) un composé bi- ou trimétal plaqué par colaminage, explosion, pressage, friction, tel que Cuivre-Fer, Aluminium-Fer, Aluminium-Titane-Fer, etc...
    • b) une partie conductrice en acier pénétrant dans le carbone. Celle-ci peut être conçue sous forme de rondins, de plaques, de barres à section carrée, rectangulaire ou profilée.
    • c) un élément de connexion entre la partie acier et le carbone anodique ou cathodique. Cet élément peut être un scellement à la fonte, au carbone à la pâte carbonée ou à sec.
  • La partie en acier et les éléments de connexion sont à température décroissante en allant du carbone vers le conducteur en cuivre ou en aluminium. Ils sont donc le support d'un flux thermique considérable représentant une perte énergétique importante dans le processus d'électrolyse.
  • Il est très malaisé de réduire ces pertes thermiques par les procédés classiques de calorifugeage. En effet, un calorifugeage de la partie en acier conduit à une élévation excessive de sa température qui amènera une dégradation irréversible de la connexion entre le conducteur et l'acier, ou même une dégradation du conducteur en aluminium ou en cuivre. Il existe un risque que la dégradation de ces éléments amène une rupture de continuité électrique et donc un arrêt partiel ou total de l'électrolyse.
  • On peut aussi penser, pour réduire ce flux thermique par conduction, à diminuer la section de ce tronçon de conducteur en acier. L'homme de l'art se heurte ici à trois obstacles:
    • - par réduction de la section de l'acier, on augmente la chute ohmique dans l'acier, ce qui compromet l'objectif de réduction des consommations énergétiques de l'électrolyseur.
    • - en réduisant la section de l'acier, on augmente sa température et corrélativement, les pertes thermiques par convection et rayonnement de l'acier dans la partie à l'air libre. Le gain escompté sur le transfert thermique par conduction pure est alors fortement atténué. De plus, la connexion entre acier et conducteur en aluminium ou cuivre, fragile à haute température, se dégrade.
    • - par réduction de la section de l'acier, la connexion entre acier et carbone est moins performante et la perte énergétique par chute ohmique de contact à cet endroit réduit de nouveau les gains escomptés.
  • En conséquence, l'opération se traduit généralement par une dégradation de la connexion entre acier et aluminium ou cuivre sans gain notable sur les consommations énergétiques.
  • On ne peut donc pas, pour résoudre ce problème, se borner à transposer les solutions proposées dans les brevets FR 2 088 263 (Alusuisse) et FR 1 125 949 (PECHINEY) dans le cas des barres cathodiques, car ces dernières sont, pour leur plus grande partie, noyées dans les blocs cathodiques et les garnissages latéraux, alors que les rondins d'anodes sont exposés à l'air libre sur presque toute leur longueur, exceptée la partie scellée dans l'anode et immédiatement au-dessus de l'anode. Les conditions d'équilibre thermique sont donc très différentes.
  • L'élément de connexion électrique acier- carbone, fonctionnant à des températures supérieures à 700°, introduit dans le passage du courant une résistance parasite très grande constituée d'une résistance de contact et d'une résistance locale dans le carbone de l'anode où le passage du courant est très concentré autour du scellement. Mesurée dans les conditions actuelles de connexion, elle atteint 30 à 50 % de la résistance totale de l'anode. De nombreux procédés ont été utilisés pour faire baisser cette résistance de contact. Une méthode efficace consiste à augmenter la surface de contact en augmentant le nombre ou la dimension des logements prévus dans l'anode pour y placer les conducteurs en acier. Elle se heurte malheureusement à une conséquence fâcheuse: en augmentant le nombre et la dimension des conducteurs acier, le flux thermique conductif traversant ces éléments, augmente proportionnellement aux sections. L'équilibre thermique de la cuve d'électrolyse est alors perturbé et une compensation énergétique est nécessaire. Le bilan global est défavorable, l'augmentation des pertes thermiques étant supérieure au gain de résistance obtenu sur la connection anodique.
    • Objet de l'invention
  • La présente invention a pour but de permettre la réduction des résistances de contact à la connexion des anodes carbonées des cuves d'électrolyse de l'aluminium, sans pour autant augmenter les pertes thermiques de la cuve d'électrolyse au travers des conducteurs d'acier pénétrant dans l'anode carbonée.
  • De façon plus précise, l'objet de l'invention est un ensemble anodique, destiné aux cuves pour la production d'aluminium par électrolyse ignée, selon le procédé Hall-Héroult, dont la connexion d'une anode carbonée à l'arrivée de courant positive est effectuée par au moins un conducteur d'acier comportant une partie inférieure qui pénètre dans l'anode carbonée et une partie supérieure reliée à l'arrivée de courant positive, caractérisée en ce que la partie supérieure du conducteur acier a, sur au moins 30 % de la longueur de sa partie supérieure, une section transversale au plus égale à 60 % de la section transversale de la partie inférieure.
  • Selon le type d'anode considéré -précuite ou Sôderberg- le conducteur d'acier est un rondin scellé, par un procédé connu tel que la coulée de fonte, dans un évidement ménagé à la partie supérieure de l'anode précuite ou un goujon, dont l'extrémité inférieure est effilée, et qui est introduit à force dans la pâte carbonge Sôderberg.
  • D'autres modes de réalisation préférentiels de l'invention font l'objet des revendications 4-7.
  • Les figures 1 à 6 illustrent la mise en oeuvre de l'invention. Ce sont des représentations en coupe verticale.
  • La figure 1 montre la répartition de la température sur un rondin d'anode partiellement rétréci, selon l'invention.
  • La figure 2 montre la répartition de la température sur un rondin d'anode selon l'art antérieur, à titre de comparaison.
  • Les figures 3 à 5 représentent, à titre d'exemple non limitatif, différents modes de mise en oeuvre de l'invention sur des anodes dites précuites.
  • La figure 6 représente, à titre d'exemple non limitatif, deux modes de mise en oeuvre de l'invention sur des anodes continues dites Sôderberg.
  • Sur la figure 1, l'anode précuite (1) comporte, de façon classique, une cavité (2) dans laquelle le rondin (3) est scellé, le plus souvent par coulée de fonte (4). La section du rondin (3) a été localement réduite (5). On sait que, sur les cuves à anodes précuites (3), la moitié environ du flux thermique traversant les anodes est évacué par l'acier. Le mode de transport de la chaleur est essentiellement la conduction simple. La ligne pointillée XX' représente la limite entre la partie inférieure du conducteur, scellée dans le carbone, et la partie supérieure.
  • Dans le cas de la figure 1 qui se rapporte à l'invention, on a constaté que la réduction partielle de la section de l'acier dans la partie supérieure permettait d'obtenir localement de forts gradients de température. Cela permet de situer de façon précise les zones chaudes et les zones froides dans l'acier. Dans l'expérience représentée sur la fig. 1, on obtient sur 10 cm de longueur une chute de température de 650° C à 320° C.
  • La figure 2 montre comment, selon l'art antérieur et dans des conditions identiques, les températures s'établissent dans le système anodique lorsque le rondin (8) a une section constante.
  • On a également constaté que la densité de courant pouvait localement être augmentée sans que l'effet de fusible bien connu de l'homme de l'art ne se manifeste. En effet, la proximité d'une masse importante d'acier à température relativement basse absorbe rapidement les calories dégagé par effet Joule si l'intensité augmente exagérément dans le rondin (3).
  • Il apparaît ainsi sur la figure 1 que l'augmentation de température de l'acier source de pertes thermiques par convection et rayonnement, est localisée juste au-dessus de l'anode. Il suffira donc de calorifuger cette zone, au moyen des isolants thermiques classiques tels que l'alumine, ou le bain d'électrolise broyé, ou les granulés de pâte carbonée, pour supprimer la plus grande partie des pertes thermiques qui s'y produisent, tandis que les parties médiane et supérieure du rondin et ses raccordements (6, 7) sur les conducteurs (9), peuvent sans inconvénient être laissées à l'air libre en raison de leur température modérée, de l'ordre de 300° C ou inférieure.
  • L'augmentation de chute ohmique dans la partie rétrécie (5) peut être compensée, et même au-delà, par une augmentation de section de la partie chaude de l'acier où la résistivité électrique est forte; le coefficient de température de la résistivité électrique du fer est, en effet, de 0,0147 à 500° C, ce qui est une valeur exceptionnellement élevée parmi les métaux et il est maximum aux environs de 500° C.
  • En outre, le contact entre l'acier et le carbone se trouve amélioré par l'augmentation de section de la partie inférieure (3) en acier plongeant dans le carbone et par l'augmentation de température de cette zone et du fait de la dilatation thermique supplémentaire de la partie métallique, qui concourt également à améliorer ce contact. Le gain de résistance de contact ainsi obtenu est de près de 30 % par rapport au montage selon l'art antérieur (fig. 2).
  • Le choix des dimensions des parties rétrécies et non rétrécies du rondin n'est pas quelconque. Les sections et longueurs de ces deux parties devront être telles que la résistance thermique totale obtenue soit égale ou de préférence un peu supérieure à celle du montage selon l'art antérieur, le calcul pouvant être aisément fait par l'homme de l'art. Ceci implique que la longueur de la partie rétrécie (5) soit d'autant plus grande que sa section est proche de celle du rondin d'origine. Ceci implique aussi une relation entre la longueur de la partie (5), la section de la partie (5) et la section de la partie (3).
  • On a trouvé que l'invention était particulièrement efficace si le rapport entre la section de la zone (5). et la section de la zone (3) était égal ou inférieur à 0,6. La longueur de la partie réduite devrait être au moins égale à 35 % de la longueur totale de la partie supérieure du rondin.
  • Cela permet d'équilibrer la résistance thermique totale sans atteindre l'effet de fusible, tout en obtenant un gain sur la résistance de contact dans tous les cas supérieur à 30 % de sa valeur initiale.
    • Mise en oeuvre de l'invention
  • A partir du principe de base ainsi défini, plusieurs modes de réalisation sont possibles.
  • Sur la figure 3, l'anode (1) comporte 4 orifices de scellement (2). Chaque rondin comporte une partie inférieure (10) de 200 mm de haut et de 150 mm de diamètre, scellée à la fonte (4) dans l'anode, la partie supérieure (11), sur une hauteur de 170 mm, a sa section transversale réduite à 36 % de la section de la partie inférieure (90 mm de diamètre).
  • Les quatre rondins (11) sont reliés par une traverse rectangulaire (12) de large section (150 x 80 mm) qui est elle-même reliée par un clad aluminium-fer (13) à la tige (14), en aluminium qui assure la liaison électrique avec le cadre anodique (anodic bus bar) non représenté.
  • Le calorifugeage de la zone chaude est assuré par une couverture d'alumine ou de bain broyé, jusqu'au niveau approximatif indiqué par la ligne pointillée AA' (2 à 3 centimètres au-dessus du raccordement avec la partie rétrécie du rondin).
  • L'utilisation de ce montage dans une cuve prototype à 280 000 ampères a permis de constater que le recouvrement du rondin à grande section de quelques centimètres d'alumine suffisait pour calorifuger très fortement les anodes. Les densités de courant utilisées étaient dans ce cas:
    • - traverse (12) (- zone froide): 15 A/cm2
    • - rondin:
    • (- zone rétrécie (11): 28 A/cm2
    • (- zone chaude (10): 10 A/cm2.
  • En faisant fonctionner cette cuve de 280 000 A dont les rondins d'anodes étaient selon l'art antérieur de diamètre constant = 120 mm, avec des anodes équipées selon l'invention, il apparait un gain de 30 mV sur la chute anodique. Celui-ci se traduisit par une baisse des consommations énergétiques de la cuve de 100 Kwh/T, la tension de marche de l'électrolyseur ayant pu être baissée de 0,03 volts, sans modification de l'intensité. En effet, dans ce cas, la resistance thermique totale du rondin, compris sa zone rétrécie, est supérieure de 50 % à la résistance thermique du rondin de diamètre 120. Cela permet un calorifugeage supplémentaire de la cuve permettant de baisser la puissance injectée à la cuve.
  • Dans un autre mode de mise en oeuvre de l'invention (figure 4), on a constitué la partie rétrécie (11) du rondin par un tube (15), qui présente, à densité de courant égale, l'avantage d'une meilleure dissipation de chaleur par rayonnement en cas de surcharge excessive. Il peut avoir, par exemple, 150 mm de diamètre externe et 120 mm de diamètre interne, sur 150 mm de haut. Un tel assemblage peut être obtenu par soudure électrique de ces composants, mais aussi par moulage, du fait que le grand nombre d'éléments nécessaires sur une série de une ou plusieurs centaines de cuves d'électrolyse, comportant chacune plusieurs dizaines d'anodes, permet d'amortir aisément le coût des moules.
  • Une autre possibilité consiste à scier la partie supérieure du rondin (fig. 4) de façon à la réduire à une plaque rectangulaire (16) dont la section transversale ne représente plus, par exemple, que 40 % de la section transversale initiale.
  • Enfin, dams le cas des anodes Sôderberg (fig. 6), l'introduction du courant est effectuée par des ronds d'aciers appelés "goujons" (17) qui sont plantés directement dans la pâte carbonée (18), et que l'on arrache puis replante un peu plus haut, à mesure que l'anode s'use par combustion, de façon à éviter que la pointe inférieure du goujon n'entre en contact avec l'électrolyte. On peut, de la même façon que dans le cas des rondins d'anodes précuites, diminuer le diamètre de la partie supérieure du goujon (qui est souvent de l'ordre de 100 à 150 mm), en-dessous de la zone de contact du goujon dans le cadre anodique et augmenter celui de la partie inférieure. Le calorifugeage de la partie supérieure de l'anode est, dans ce cas, assuré par les granulés de pâte carbonée (19) que l'on ajoute périodiquement pour reconstituer l'anode au fur et à mesure qu'elle s'use par la partie inférieure. Pour permettre une extraction aisée du goujon de la pâte, le montage utilisant un tube de même diamètre extérieur que la partie inférieure est préférable.
  • La mise en oeuvre de l'invention permet d'obtenir un gain de l'ordre de 200 à 300 kwh/T d'aluminium, et une augmentation considérable de la durée de vie des clads aluminium-acier qui devient au moins égale à celle des éléments en acier eux-mêmes.

Claims (7)

1. Ensemble anodique destiné aux cuves pour la production d'aluminium par électrolyse ignée, selon le procédé Hall-Héroult, dont la connexion d'une anode carbonée à l'arrivée de courant positive, est effectuée par au moins un conducteur d'acier, comportant une partie inférieure qui pénètre dans l'anode carbonée et une partie supérieure, reliée à l'arrivée de courant positive, caracterisée en ce que la partie superieure du conducteur d'acier a sur au moins 30 % de la longueur de la partie supérieure une section transversale au plus égale à 60 % de la section transversale de la partie inférieure.
2. Ensemble anodique, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conducteur d'acier est un rondin scellé, par exemple par coulée de fonte, dans une cavité (2) ménagée à la partie supérieure de ladite anode, préalablement cuite.
3. Ensemble anodique, selon revendication 1, caractérisé en ce que le conducteur d'acier est un goujon, dont l'extrémité inférieure est effilée et qui est introduit à force dans la pâte carbonée Sôderberg qui forme ladite anode.
4. Ensemble anodique, selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la partie superiére du conducteur d'acier à section transversale réduite est constituée par un profilé plein.
5. Ensemble anodique, selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la partie supérieure du conducteur d'acier à section transversale réduite est constituée par un profilé tubulaire.
6. Ensemble anodique, selon la revendication 2, constituée par un bloc de pâte carbonée, préalablement cuit à une température élevée et munie à sa partie supérieure, d'au moins une cavité de scellement (2), caractérisé en ce que la partie inférieure du conducteur d'acier scellée à la fonte dans l'orifice du scellement, a une hauteur au moins égale à la profondeur de l'orifice de scellement.
7. Ensemble anodique, selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce la partie inférieure du conducteur d'acier est recouverte, jusqu'à un niveau au moins égal à celui du raccordement entre la partie inférieure et la partie supérieure rétrécie, du conducteur d'acier, par une substance calorifuge telle que l'alumine, le bain d'électrolyse cryolithaire solidifié et broyé, la pâte carbonée en granulés.
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