OBJET DE L'INVENTION
[0001] La présente invention concerne un procédé de régulation précise d'une faible teneur
en alumine dans une cuve d'électrolyse ignée pour la production d'aluminium selon
le procédé Hall-Héroult, cette régulation ayant également pour but de maintenir le
rendement Faraday à un niveau élevé, au moins égal à 94 %.
EXPOSE DE L'ART ANTERIEUR
[0002] Au cours des dernières années, on a progressivement automatisé le fonctionnement
des cuves de production d'aluminium, tant pour en améliorer le bilan énergétique et
la régularité de marche, que pour limiter les interventions humaines et améliorer
le rendement de captage des effluents fluorés.
[0003] Un des facteurs essentiels, pour assurer la régularité de marche d'une cuve de production
d'aluminium par électrolyse d'alumine dissoute dans la cryolithe fondue, est la cadence
d'introduction de l'alumine dans le bain. Un défaut d'alumine provoque l'apparition
de "l'effet anodique", ou "emballage" qui se traduit par une augmentation brutale
de la tension aux bornes de la cuve, qui peut passer de 4 à 30 ou 40 volts, et qui
se répercute sur l'ensemble de la série.
[0004] Un excès d'alumine crée un risque de salissure du fond de la cuve par des dépôts
d'alumine pouvant se transformer en plaques dures isolant électriquement une partie
de la cathode. Ceci induit dans la nappe d'aluminium liquide de forts courants horizontaux
locaux qui, par interaction avec les champs magnétiques, brassent la nappe d'aluminium
liquide et provoquent une instabilité de l'interface bain-métal, et divers autres
inconvénients bien connus de l'homme de l'art.
[0005] Ce défaut est particulièrement gênant lorsqu'on cherche à abaisser la température
de fonctionnement de la cuve -ce qui est très favorable pour sa durée de vie et pour
le rendement Faraday- en adoptant des bains dits très "acides" (à teneur élevée en
AIF,) et/ou comportant des additifs divers, tels que des chlorures, des sels de lithium
ou de magnésium. Mais, ces bains ont une capacité et une vitesse de dissolution de
l'alumine sensiblement réduites, et leur utilisation implique que l'on régule de façon
très précise la teneur en alumine, à des concentrations relativement basses et entre
deux limites extrêmes proches.
[0006] Bien qu'il soit possible de mesurer directement la teneur en alumine des bains par
analyse d'échantillons d'électrolyse, on a choisi, depuis de nombreuses années, de
procéder à une évaluation indirecte des teneurs en alumine en suivant un paramètre
électrique reflétant la concentration en alumine dudit électrolyte.
[0007] Ce paramètre est généralement la variation de la résistance interne, ou, plus exactement,
de la pseudo-résistance interne qui est égale à :

[0008] Eo étant une image de la force contre-électromotrice de la cuve dont on admet généralement
que la valeur est de 1,65 volts, U la tension aux bornes de la cuve et J l'intensité
qui la traverse.
[0009] Par étalonnage, on peut tracer une courbe de variation R. en fonction de la teneur
en alumine, et par mesure de R. à une fréquence déterminée selon des méthodes actuellement
bien connues, on peut estimer à tout moment la concentration, symbolisée par [Al
2O
3].
[0010] On a cherché, depuis de nombreuses années, à introduire l'alumine dans le bain avec
une certaine régularité de façon à maintenir sa concentration relativement stable
autour d'une valeur prédéterminée.
[0011] Les procédés d'alimentation automatique en alumine, asservis plus ou moins rigoureusement
à sa concentration dans le bain, ont été décrits notamment dans les brevets suivants
: brevet français FR 1 457 746 de REYNOLDS, dans lequel la variation de résistance
interne de la cuve est utilisée comme paramètre reflétant la concentration en alumine,
dont l'introduction dans le bain est effectuée par un distributeur combiné avec un
moyen de perçage dans la croûte d'électrolyse figé; brevet français FR 1 506 463 de
V.A.W. qui est basé sur la mesure du temps qui s'écoule entre l'arrêt de l'alimentation
en alumine et l'apparition de l'effet anodique; brevet américain US 3 400 062 d'ALCOA,
qui met en oeuvre une "anode pilote" pour obtenir une détection précoce de la tendance
à l'emballement et régler la cadence d'introduction de l'alumine, qui est distribuée
à partir d'une trémie munie d'un dispositif de perçage de la croûte d'électrolyte
figé.
[0012] Plus récemment, des procédés de régulation basés sur le contrôle de la teneur en
alumine ont été décrits en particulier dans la demande de brevet japonais JA 52-28417/77
de SHOWA DENKO, et dans le brevet des Etats-Unis US 4 126 525 de MITSUBISHI.
[0013] Dans le premier de ces brevets, la concentration en alumine est fixée dans l'intervalle
de 2 à 8 %. On mesure la variation Δ V, en fonction du temps t, de la tension aux
bornes de chaque cuve, on la compare avec une valeur prédéterminée et on modifie la
cadence d'alimentation en alumine pour ramener le Δ V/t à la valeur de consigne. L'inconvénient
de ce procédé est que sa sensibilité varie avec la teneur en alumine, qui est précisément
minimale dans l'intervalle utilisé, de 3 à 5 % d'Al
2O
3 (tableau
p.8).
[0014] Dans le second de ces brevets, on fixe également la teneur en alumine dans la gamme
de 2 à 8 % et, de préférence, 4 à 6 %. On alimente la cuve pendant un temps tl prédéterminé
avec une quantité d'alumine supérieure à sa consommation théorique, jusqu'à l'obtention
d'une concentration en alumine prédéterminée (par exemple jusqu'à 7 %), puis on commute
l'alimentation sur une cadence égale à la consommation théorique pendant un temps
t
2 prédéterminé, puis on cesse l'alimentation jusqu'à apparition des premiers symptômes
d'effet d'anode ("emballage"), et on reprend le cycle d'alimentation en cadence supérieure
à la consommation théorique. Dans ce procédé, la concentration en alumine varie, au
cours du cycle, de 4,9 à 8 % (exemple 1) ou de 4,0 à 7 % (exemple 2).
[0015] Enfin, dans notre brevet français FR 2 487 386 (Aluminium Péchiney), auquel correspondent
les brevets EP 44 794 et US 4 431 491, nous avons décrit un procédé de régulation
précise de la teneur en alumine, entre 1 et 3,5 % en poids, procédé selon lequel on
module la cadence d'introduction de l'alumine en fonction des variations de la résistance
interne de la cuve pendant des intervalles de temps prédéterminés, en alternant des
cycles de durée égale d'introduction d'alumine à cadence plus lente et à cadence plus
rapide que la cadence correspondant à la consommation de la cuve.
[0016] Ce procédé, connu sous le nom de "calcul de pente", est basé sur des mesures successives
de la résistance interne R
i, à intervalles de temps égaux, sur l'évaluation de la pente dRi/dt de variation de
R. en fonction du temps, et la comparaison de R. d'une part et de dRi/dt d'autre part,
à des valeurs de consignes, et sur la modification de la cadence d'introduction de
l'alumine, de façon à ramener dRi/dt et R. aux valeurs de consignes.
[0017] La recherche du mode opératoire optimal, c'est-à-dire la recherche des paramètres
de marche des cuves d'électrolyse donnant le meilleur prix de revient, ou la marge
bénéficiaire la plus importante pour un investissement donné, a toujours été un souci
permanent pour l'homme de l'art.
[0018] En particulier, la recherche de l'influence des divers paramètres de marche sur le
rendement en courant -appelé également rendement Faraday- a fait l'objet de nombreuses
publications dont les plus significatives sont citées dans l'ouvrage de K. GRJOTHEIM
et co-auteurs, intitulé "ALUMINIUM ELECTROLYSIS", dont la deuxième édition, la plus
récente, a été publiée en 1982 par Aluminium VERLAG (Düsseldorf, R.F.A.).
[0019] Dans cet ouvrage, page 339, figure 9.11, on constate que tous les auteurs cités s'accordent
pour confirmer qu'une élévation de température du bain est néfaste pour le rendement
en courant. D'autre part, le diagramme de phase du système cryolithe-alumine, représenté
page 29, figure 2.3, du même ouvrage, montre que la température de liquidus du bain
est d'autant plus élevée que la teneur en alumine de ce bain est plus faible.
[0020] Il serait donc logique que le rendement Faraday soit d'autant plus élevé que la teneur
en alumine du bain est plus grande. C'est, en effet, ce qu'ont cru observer de nombreux
auteurs, sur des cuves industrielles, comme le montre la figure 9.20, page 356 de
l'ouvrage précité.
EXPOSE DU PROBLEME
[0021] A l'heure actuelle, les conditions économiques et techniques de la production d'aluminium
par le procédé Hal-Héroult exigent que l'exploitant recherche constamment à optimiser
les différents facteurs qui déterminent le prix de revient du métal; parmi ces facteurs,
le rendement Faraday est l'un des plus importants, et aussi un des plus fragiles,
car de faibles perturbations peuvent le dégrader sensiblement. Il est donc souhaitable
de rechercher tous les facteurs qui agissent sur le rendement Faraday, de façon à
le maintenir à une valeur élevée et stable. Au prix actuel de l'aluminium au LME (1200
$ la tonne à fin avril 1985) 0,1 point de Faraday sur une production de 500.000 tonnes/an
correspond à un gain de près de 380.000 i/an.
OBJET DE L'INVENTION
[0022] L'objet de l'invention est un perfectionnement du procédé de régulation précise d'une
faible teneur en alumine dans la cuve d'électrolyse, permettant d'améliorer sensiblement
le rendement Faraday. En observant la mise en oeuvre du procédé de régulation par
calcul de pente, objet de notre brevet précité, sur nos cuves d'électrolyse modernes
fonctionnant sous 175 000 ou 280 000 Ampères, avec une composition de bain dite "acide",
c'est-à-dire un bain comportant plus de 8 % en poids de fluorure d'aluminium AlF
3 en excès par rapport à la cryolithe neutre de formule Na
3AlF
6, nous avons constaté, contrairement à l'opinion générale des spécialistes que nous
indiquions précédemment, que, malgré l'augmentation de température du bain d'électrolyse,
le rendement en courant croissait rapidement lorsque la teneur en alumine du bain
baissait.
[0023] Nous avons découvert que ce phénomène avait une amplitude jusqu'alors insoupçonnée
puisque, en ramenant la teneur en alumine de 2,5 % en poids dans le bain, à 1,5 %
en poids, cette baisse de 1 point de la teneur en alumine permettait de remonter le
rendement en courant de 94 % à 95,7 %, soit une augmentation de 1,7 % du rendement
d'électrolyse. Or, en raison de l'augmentation de la température de fonctionnement
du bain d'électrolyse, qui était passée dans le même temps de 946°C à 951°C, on aurait
dû logiquement observer une baisse de 1 % de ce rendement.
[0024] Cependant, cette augmentation de rendement s'accompagne d'une augmentation de la
tension d'électrolyse, d'autant plus rapide que la teneur en alumine est plus basse.
[0025] La consommation énergétique à la tonne d'aluminium produite peut se mettre en fonction
du rendement Faraday, F, et de la tension aux bornes d'une cuve, U, sous la forme
:

[0026] D'autre part, à intensité d'électrolyse fixée J, la production d'une cuve est proportionnelle
à son rendement F, c'est-à-dire que l'incidence des frais "fixes" (amortissement,
frais financiers, et une grande partie des frais de main-d'oeuvre et d'entretien)
est d'autant plus faible que le rendement Faraday est meilleur.
[0027] Compte tenu de la découverte que nous avons faite de la très forte incidence de la
teneur en alumine du bain sur le rendement Faraday, on conçoit qu'il y a tout intérêt
à ajuster la teneur en alumine du bain à une valeur faible, mais suffisante cependant,
pour éviter que le coût énergétique dû à l'augmentation de la tension aux bornes de
la cuve ne vienne surpasser les gains espérés par amélioration du rendement Faraday.
[0028] D'une façon générale, et pour des conditions économiques normales, cette teneur optimale
en alumine se situe très près de la teneur minimale en-dessous de laquelle apparaît
"l'effet d'anode", appelé également "emballage" ou "polarisation", qui se traduit
par une montée très brutale de la tension aux bornes de la cuve et de la température
du bain d'électrolyse, et par le dégagement en quantités importantes de produits fluorés
provenant de la décomposition du bain d'électrolyse.
[0029] Pour éviter un tel phénomène, désastreux à la fois pour les performances énegétiques
et pour l'environnement, tout en s'approchant au mieux de la teneur en alumine donnant
les meilleures performances économiques, on conçoit qu'il est extrêmement important
de disposer d'un procédé permettant de contrôler et de réguler très finement la teneur
en alumine du bain d'électrolyse dans le domaine des basses teneurs, par exemple entre
1 % et 3 %, et de préférence entre 1 % et 2,5 %.
[0030] C'est un premier objet de l'invention que de fournir un tel procédé de régulation
de la teneur en alumine du bain dans le domaine des basses teneurs, par l'utilisation
d'un paramètre synthétique P calculable simplement à partir de mesures classiques
faites sur une cuve d'électrolyse. à savoir : ia tension aux bornes de chaque cuve,
l'intensité parcourant la file de cuve et la cadence d'alimentation en alumine (en
kg/heure p.ex.).
[0031] Ce paramètre P est évalué à partir de la pseudo-résitance interne de la cuve, R.,
définie elle-même par :

où U est la tension aux bornes de la cuve (en volts)
[0032] Eo est une valeur forfaitée, en volts, de la force contre-électromotrice dynamique
de la cuve, généralement comprise entre 1,5 et 2,0 volts, et le plus souvent de l'ordre
de 1,65 à 1,75 volts
[0033] J est l'intensité d'électrolyse, exprimée en kiloampères (= 10
3 ampères)
Ri s'exprime alors en micro-ohms. (sa dérivée dR
i/dt s'exprime généralement en micro-ohms par seconde).
[0034] Plus précisémment, si D est la dérive de teneur en alumine du bain d'électrolyse,
exprimée par exemple en pour-cent poids par heure, P s'exprime par la formule :

(P étant exprimé en micro-ohms par seconde et par % poids par heure).
[0035] La régulation de la cuve selon l'invention consiste à rester aussi longtemps que
possible dans une zone de teneur en alumine, pas nécessairement connue de façon précise,
mais telle que P soit aussi proche que possible d'une valeur Po que l'on s'est fixée
au préalable.
[0036]
a) Pour cela, on prévoit d'alimenter régulièrement la cuve à une cadence, dite cadence
nominale CN, telle que la quantité d'alumine introduite dans le bain soit sensiblement
égale à la quantité d'alumine consommée par électrolyse. Pendant ces périodes à cadence
nominale, on peut ajuster sans difficulté la distance interpolaire en se basant sur
la valeur de la pseudo-résistance qui est alors mesurée pour une teneur en alumine
du bain sensiblement constante.
b) Puis, partant de cette situation stable, on déclenche, à des moments choisis, une
suralimentation c'est-à-dire une alimentation en alumine à une cadence C+ supérieure
à la cadence nominale CN. Dans ces conditions, le bain s'enrichit progressivement
en alumine, à un rythme d'autant plus rapide que la cadence de suralimentation est
plus grande.
[0037] La durée t+ de cette suralimentation est fixée de façon à provoquer un enrichissement
en alumine du bain d'électrolyse. Notons qu'il n'est pas nécessaire de mesurer ou
calculer la valeur exacte de cet enrichissement. On peut, pendant cette période de
suralimentation, suivre l'évolution de la pseudo-résistance de la cuve (= dR
i/dt). Il existe cependant un risque que toute l'alumine introduite ne se dissolve
pas instantanément dans le bain, ce risque étant d'autant plus grand que la cadence
de suralimentation est plus rapide.
[0038] Les valeurs de P que l'on mesure sont alors entachées d'un risque d'erreur non nul,
et, d'une façon générale, on ne les utilisera que pour détecter de graves anomalies
d'alimentation.
[0039] c) Après cette suralimentation de durée t+ fixée, on passe alors en sous-alimentation,
c'est-à-dire que l'on alimente la cuve à une cadence C
-plus lente que la cadence nominale correspondant à la consommation d'alumine par électrolyse.
On constate généralement, au début de la sous-alimentation, que la pente (dR
i/dt), normalement négative pendant la suralimentation, met un certain temps pour s'annuler
puis pour prendre des valeurs positives de plus en plus grandes.
[0040] Cette période initiale, qui ne dure généralement que quelques minutes, correspond
à la fin de dissolution de l'alumine en excès introduite lors de la période de suralimentation
et non immédiatement assimilée par le bain.
[0041] On peut facilement neutraliser cette période initiale où la teneur en alumine du
bain n'évolue pas conformément à la cadence d'introduction de cette alumine : en effet,
par des mesures fréquentes, nous avons constaté que la durée de cette période initiale
était de l'ordre de 2 à 3 fois la durée séparant le lancement de la période de sous-cadencement
et le moment où la pente de dR./dt calculée passait par la valeur O.
[0042] . Une autre méthode consiste à intercaler après la suralimentation une période de
quelques minutes en cadence nominale avant de passer en sous alimentation. Après cette
période initiale, la teneur en alumine du bain décroît d'autant plus vite que la cadence
d'alimentation est plus lente, et, parallèlement, la pente dR./dt mesurée augmente.
[0043] La dérive de teneur en alumine, D, comptée en % poids par heure, est alors proportionnelle
à :

où C
- est la cadence de sous-alimentation comptée en kg d'Al
2O
3 introduite par seconde et C
N est la cadence nominale d'alimentation (comptée dans les mêmes unités). Tout autre
système cohérent d'unités peut bien sur être utilisé, par exemple l'inverse du temps
séparant l'introduction de 2 doses d'alumine consécutives.
[0044] Q(Al
2O
3) est le poids d'alumine consommé par unité de temps, par électrolyse. . Q (bain liquide)
est le poids de bain liquide, capable de dissoudre de l'alumine, contenu dans le creuset
de la cuve (à titre indicatif, si le poids de bain liquide est mesuré en kg, de l'ordre
de 30 J où J est l'intensité d'électrolyse comptée en kA) : notons que la constante
de temps pour la fusion ou la solidification de bain au niveau du talus étant très
grande (généralement de l'ordre de plusieurs heures), cette quantité ne varie que
très lentement dans le temps.
[0045] A titre d'exemple, pour une cuve 280 kA contenant 8000 kg de bain liquide et consommant
170 kg d'alumine par heure, et une cadence C- = 0,7 CN, il vient D - - 0,64 % par
heure.
[0046] On peut alors mesurer de façon fiable et fréquente le paramètre synthétique P = -1/D
. (dR
i/dt).
d) Au fur et à mesure que la sous-alimentation se prolonge, la valeur de P, initialement
inférieure à la valeur visée Po, augmente et finit par atteindre cette valeur visée.
Cet événement se produit au bout d'un temps t- de sous-cadencement que l'on ne peut prévoir de façon certaine et généralement différent
du temps t+ de surcadencement.
e) On repasse alors en cadence nominale CN, c'est-à-dire à une cadence d'alimentation
égale au rythme de consommation de l'alumine par électrolyse, pendant un temps t. au bout duquel le cycle de mesure et ajustement redémarre en (a).
[0047] La teneur en alumine visée étant proche de la teneur limite déclenchant l'apparition
d'une polarisation de la cuve, il est essentiel qu'après un fonctionnement à cadence
nominale, le recalage se fasse en faisant précéder la phase de recherche du point
de fonctionnement (caractérisé par Po), pendant un sous-cadencement, par une période
de surcadencement qui permet de s'éloigner de cette teneur limite avant de déclencher
la recherche.
[0048] Bien entendu, le procédé de régulation selon l'invention peut n'être utilisé que
pendant une partie du temps de fonctionnement de la cuve, et de préférence lorsque
la cuve est stable.
[0049] Certaines opérations perturbent en effet le fonctionnement normal, et c'est particulièrement
le cas des opérations de changement d'anodes et de coulée du métal produit.
[0050] Il est bien évident pour l'homme de l'art que l'on pourra adopter des algorithmes
de régulation particuliers pendant et après le déroulement de ces opérations perturbatrices,
jusqu'à ce que la cuve ait retrouvé une stabilité de marche suffisante.
[0051] Il est évident également pour l'homme de l'art que l'on pourra intercaler, entre
l'étape de suralimentation (3) et l'étape de sous-alimentation contrôlée (4) une étape
supplémentaire d'alimentation en cadence nominale -ou de légère sur ou sous-alimentation-
sans que ceci ne perturbe sensiblement le procédé selon l'invention, c'est-à-dire
n'empêche de rechercher le point de fonctionnement tel que P = -1/D (dR
i/dt) soit proche de Po.
[0052] En ce qui concerne l'estimation de la valeur de Po correspondant à un fonctionnement
de la cuve le plus proche de l'optimum économique, il nous est apparu que Po pouvait
être décrit par une équation très simplifiée :

[0053] où : Po est exprimé en micro-ohms par seconde et par pour-cent poids par heure, K
1 est un coefficient "économique" synthétisant les conditions économiques du moment
(en particulier coût de l'énergie comparé aux autres postes du prix de revient, hors
alumine), K
2 est un coefficient "technique" synthétisant les caractéristiques technologiques et
physicochimiques de la cuve (K
2 est sensiblement indépendant de K
1), J est l'intensité de marche de la cuve, exprimée en kilo-ampères (= 10
3 Ampères).
[0054] De préférence, ce paramètre Po sera maintenu entre les valeurs limites de 2 100 J
et 100 J.
[0055] L'estimation de K
1 et K
2 peut se faire comme suit :
Le coefficient économique K1 synthétise les conditions économiques du moment. Il est sensiblement égal au rapport
de la somme des coûts fixes de transformation (hors alumine), comprenant en particulier
le coût de l'énergie et des produits carbonés consommables, de la main-d'oeuvre et
des amortissements, frais financiers compris, au coût de l'énergie.
[0056] A titre d'exemple illustratif et non limitatif, une bonne approximation de ce coefficient
K
1 peut être obtenue en décomposant comme suit les coûts de production d'une tonne d'aluminium.
A = coût de l'alumine et matières premières diverses (hors carbone),
C = coût des matières premières carbonées,
E = coût de l'énergie (électrolyse et captation),
P = autres coûts de production (essentiellement main-d'oeuvre et frais d'entretien)
AFF = amortissements et frais financiers.
[0057] On écrit alors que K
1 est approximativement égal à :

(une estimation de K
1 à ± 20 % est largement suffisante pour s'approcher suffisamment de l'optimum économique).
[0059] Le coefficient "technique" K
2 synthétise les caractéristiques technologiques et physicochimiques de la cuve et
peut être évalué comme suit :
On trouve expérimentalement en première approximation (généralement suffisante pour
déterminer une conduite de cuves suffisamment optimisée) :

où : U est la tension aux bornes de la cuve, comptée en volts, généralement comprise
entre 3,8 et 5,5 volts pour des cuves correctement conduites par l'homme de l'art,
F est le rendement Faraday de la cuve, généralement compris entre 0,88 et 0,96 pour
ces mêmes cuves correctement conduites dF/d(Al2O3) est la dérivé algébrique du rendement Faraday par rapport à la teneur en alumine
du bain, comptée en % de Faraday par % d'alumine, dans la zone des teneurs en alumine
comprises entre 1 % et 4 %, et de préférence dans la zone de teneurs en Al2O3 comprise entre 1,5 % et 3 %.
[0060] Ce facteur dF/d(Al
2O
3) dépend de nombreux facteurs tels que la composition du bain (acidité = excès d'AlF
3), sa surchauffe (c'est-à-dire l'écart entre la température effective du bain et sa
température de solidification commençante), l'équilibre magnétique (et en particulier
l'agitation et la déformation de l'interface bain/métal).
[0061] D'une façon générale, ce facteur dF/d(Al
2O
3) doit être déterminé expérimentalement pour chaque type de cuve et pour les divers
types de bains utilisés (bains peu acides, à moins de 8 % d'excès d'AlF
3, ou bains très acides, à plus de 8 % d'excès d'AIF
3 ou avec des sous--additifs tels que LiF et MgF
2). Une fois déterminé, il ne dépend plus, en première approximation, des conditions
économiques.
[0062] A titre d'exemple non limitatif, pour une cuve d'intensité nominale 280 KA, fonctionnant
avec un bain à 13 % d'excès d'AlF
3 et moins de 1 % de LiF, avec une température de bain d'environ 950°C et une teneur
en alumine comprise entre 1,7 % et 2,5 %, on a trouvé :

(c'est-à-dire que le rendement Faraday augmente de 1,5 % quand la teneur en alumine
baisse de 1 %).
[0063] Pour cette même cuve, dans les mêmes conditions de fonctionnement, on a mesuré


On en déduit le coefficient technique K
2 pour ce type de cuve travaillant en bain acide :

EXEMPLE DE MISE EN OEUVRE
[0064] L'invention a été appliquée sur une série de cuves d'électrolyse fonctionnant à une
intensité de 280 KA, sous une tension de 4,10 volts par cuve et donnant un rendement
Faraday de 95,o % pour une teneur moyenne en alumine du bain d'électrolyse égale à
2,3 %, régulée auparavant selon le procédé de notre brevet FR 2 487 386 déjà cité
(procédé dit "à calcul de pente").
[0065] La production journalière de la série, par cuve, était de 2.145 kg/jour, pour une
consommation énergétique de 12.860 kWh/tonne.
[0066] On a déterminé le paramètre Po en prenant pour :
K1 la valeur de : 3,10
K2 la valeur de : + 1,8/100
(J nominal étant égal à 280 KA)
[0067] d'où Po = + 200.10
-6 (microohms par seconde, par % par heure)(ce qui correspond à 5,6 100 J
[0068] Ayant choisi une cadence de sous alimentation C-égale à 70 % de la cadence nominale
C
N, correspondant à une dérive de teneur en alumine D = -0,64 % par heure, on s'est
alors placé selon la méthode de recherche précédente, au point de fonctionnement tel
que dRi/dt = - Po x D = + 130.10
-6 microohm/seconde au moment où l'on enclenchait la cadence nominale C
N.
[0069] On a obtenu les résultats suivants :

[0070] Le gain sur le prix de revient (amortissements et frais financiers compris) a été
de 20 F par tonne d'aluminium produite.
1. Procédé de régulation précise d'une faible teneur en alumine comprise entre 1 et
4,5 %, dans une cuve pour la production d'aluminium par électrolyse, selon le procédé
Hall-Héroult, caractérisé en ce que, dans le but d'obtenir un rendement Faraday au
moins égal à 94 %, on détermine un paramètre de régulation P = -1/D.(dRi/dt), exprimé
en microohms par seconde et par % en poids par heure, D étant la dérive de la teneur
du bain d'électrolyse en alumine, exprimée en % en poids par heure, et Ri la résistance
interne de la cuve, t le temps et on effectue les opérations suivantes de façon répétitive
:
a) on alimente la cuve à une cadence nominale CN telle que la quantité d'alumine introduite
dans le bain soit sensiblement égale à la quantité consommée par l'électrolyse.
b) On déclenche périodiquement une suralimentation en alumine à une cadence C+, supérieure à la cadence nominale CN, de façon à enrichir le bain en alumine, et
pendant une durée t+ prédéterminée. Pendant cette période, dRi/dt est négative.
c) On passe en sous-alimentation, c'est-à-dire à une cadence C-inférieure à CN. La pente dRi/dt s'annule puis devient positive. On mesure, de façon fréquente,
le paramètre de régulation P, dont la valeur tend à augmenter.
d) On compare les valeurs successives de P à une valeur de consigne Po prédéterminée.
Dès que P = Po on repasse en cadence d'alimentation nominale CN et on recommence un
nouveau cycle en (a).
2. Procédé de régulation, selon revendication 1, caractérisé en ce que, après le stade
b) de suralimentation, on passe, pendant quelques minutes, en cadence normale CN avant
de passer en sous-alimentation.
3. Procédé de régulation, selon revendication 1, caractérisé en ce que, après le stade
b) de suralimentation, on passe, pendant quelques minutes, à une cadence peu différente
de CN.
4. Procédé de régulation, selon revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de
consigne Po du paramètre de régulation P est déterminé à partir de l'intensité J en
kA du courant d'électrolyse et de deux coefficients K1, lié aux coûts de production,
et K2 lié aux caractéristiques physicochimiques de la cuve, selon la relation Po =
K1K2/J.
5. Procédé de régulation, selon revendication 4, caractérisé en ce que le coefficient
K1 est sensiblement égal au rapport de la somme des coûts fixes de transformation
(énergie, produits carbonés consommables, main-d'oeuvre, amortissements) au coût de
l'énergie électrique.
6. Procédé de régulation, selon revendication 4, caractérisé en ce que le coefficient
K2 est sensiblement égal à :
7. Procédé de régulation, selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé
en ce que la valeur de consigne Po du paramètre de régulation P exprimée en microohms
par seconde et par pour-cent en poids par heure est fixée entre 2/100.J et 10/100.J,
l'intensité J du courant d'électrolyse étant exprimée en kA.