DISPOSITIF DESTINE A COLLECTER DES DEBRIS SOLIDES DANS UNE CUVE D'ELECTROLYSE DESTINEE A LA PRODUCTION D'ALUMINIUM

Description

[0001] L'invention concerne la production d'aluminium par électrolyse ignée selon le procédé de Hall-Héroult. Elle concerne plus particulièrement un dispositif destiné à collecter les débris solides en immersion ou flottant dans le bain d'électrolyse et le métal liquide, notamment les boues provenant du bain électrolytique et qui s'accumulent sur le fond de cuve, ainsi que les restes de carbone et les débris de croûte qui proviennent en particulier des diverses opérations effectuées avant et pendant l'enlèvement des anodes usées.

[0002] L'aluminium est produit industriellement par électrolyse ignée, selon le procédé bien connu de Hall-Héroult, dans des cellules d'électrolyse. Les usines contiennent un grand nombre de cellules d'électrolyse disposées en ligne, dans des bâtiments appelés halls ou salles d'électrolyse, et raccordées électriquement en série à l'aide de conducteurs de liaison, de façon à optimiser l'occupation au sol des usines. Les cellules sont généralement disposées de manière à former deux ou plusieurs files parallèles qui sont électriquement liées entre elles par des conducteurs d'extrémité. Dans chaque cellule, le bain d'électrolyte et le métal liquide sont contenus dans une cuve, dite « cuve d'électrolyse », comprenant un caisson en acier, qui est revêtu intérieurement de matériaux réfractaires et/ou isolants, et un ensemble cathodique situé au fond de la cuve. Des anodes, typiquement en matériau carboné, sont partiellement immergées dans le bain d'électrolyte.

[0003] En fonctionnement, une usine d'électrolyse nécessite des interventions sur les cellules d'électrolyse parmi lesquelles figurent, notamment, le remplacement des anodes usées par des anodes neuves, le prélèvement de métal liquide et les ajouts ou prélèvements d'électrolyte. Afin d'effectuer ces interventions, les usines sont en général équipées d'une ou plusieurs unités de service comprenant un pont mobile qui peut être translaté au-dessus et le long des séries des cellules d'électrolyse, et un ou plusieurs modules de service, chacun comprenant un chariot, apte à être déplacé sur le pont mobile, et des organes de manutention et d'intervention, tels que des pelles et des palans, appelés communément "outils". Ces unités de service sont souvent appelées "machines de service électrolyse" ou "M.S.E" ("PTA" ou "Pot Tending Assembly" ou "PTM" ou "Pot Tending Machine" en langue anglaise). Le module de service comprend en général, attaché au chariot, un châssis rotatif, appelé tourelle porte-outils, qui est apte à tourner autour d'un axe vertical et est solidaire desdits outils. Chaque outil peut être fixé au bout d'un câble manoeuvré par un treuil attaché à ladite tourelle, ou encore au bout d'un bras, ce dernier pouvant être télescopique et/ou articulé.

[0004] L'une des interventions nécessaires au cours du remplacement des anodes est le nettoyage de la zone qui était occupée par l'anode usée et qui doit être occupée par la nouvelle anode. Cette zone est essentiellement constituée par le bain et le métal liquide mais peut contenir de nombreux débris solides qu'il est nécessaire d'enlever avant de mettre en place la nouvelle anode. Au cours de l'électrolyse, il se forme à la surface supérieure du bain une croûte dure de cryolithe fluorée et d'alumine. Cette croûte présente l'avantage de conserver la chaleur au sein du bain et constitue donc une enveloppe calorifuge efficace. Mais elle est extrêmement dure et adhère à la paroi du bloc anodique, de sorte qu'il s'avère nécessaire de la rompre autour de l'anode usée, afin de permettre l'extraction de celle-ci. Typiquement, la rupture de la croûte est réalisée à l'aide d'outils tels que des piqueurs, appelés "piqueurs brise-croûte". Il se forme alors, lors de l'enlèvement de l'anode usée, un orifice dans la croûte, orifice qui est laissé vacant jusqu'à l'installation de la nouvelle anode et que nous appellerons par la suite "trou anodique". La rupture de la croûte et les manipulations du bloc anodique usé engendrent inévitablement la formation de morceaux ou parties solides qui surnagent ou restent en suspension dans le bain d'électrolyse, ou encore qui tombent au fond de la cuve. Il est alors nécessaire de les prélever au moyen d'un outil de collecte, appelé communément "pelle à croûte".

[0005] La demande de brevet européen EP-A- 0 440 488 décrit un exemple de pelle à croûte associée à un véhicule particulier, distinct d'une machine de service. La demande de brevet européen EP-A-0 618 313 décrit, mais de façon peu détaillée, un exemple de machine de service équipée d'une dispositif propre à assurer la rupture de la croûte au voisinage d'une anode usée ainsi que le nettoyage du trou anodique. La pelle à croûte communément employée est une pince constituée de deux godets disposés symétriquement par rapport à un plan sensiblement vertical et articulés, pivotant autour de deux axes sensiblement horizontaux, éventuellement confondus. Chaque godet présente un bord d'attaque, appelé également "lame", en vis-à-vis du bord d'attaque de l'autre godet. Pour recueillir les débris, on plonge la pelle à croûte, en position ouverte, dans le bain puis on fait passer la pelle à croûte d'une position ouverte à une position fermée, en utilisant au moins un actionneur qui agit soit directement sur un godet, soit de préférence sur un embiellage conçu pour mettre les godets en un mouvement de rotation sensiblement symétrique l'un par rapport à l'autre, les débris solides situés entre les deux godets se trouvant ainsi piégés, alors que le milieu liquide, mélange de bain d'électrolyte et de métal fondu peut encore s'échapper, en particulier par des ouvertures ménagées dans les parois des godets.

[0006] Traditionnellement, le mouvement d'ouverture et de fermeture de la pelle à croûte est animé par l'actionnement d'au moins un vérin pneumatique qui agit sur un embiellage conçu pour transformer le mouvement de translation du vérin en deux mouvements de rotation symétriques des godets. Avant de placer la nouvelle anode dans la cellule, il faut s'assurer que l'ensemble des débris de croûte et de carbone qui se trouvent dans le trou anodique a été enlevé. Comme certains d'entre eux peuvent reposer sur le fond de la cuve, il est nécessaire de plonger la pelle à croûte dans le milieu liquide constitué par le bain et le métal de sorte que ses bords d'attaque affleurent le fond de la cuve. Mais comme les bords d'attaque des godets décrivent des trajectoires circulaires lorsque la pelle à croûte se ferme pour ramasser les débris, la manoeuvre de la pelle est très délicate, car l'ensemble cathodique qui constitue le fond de la cuve risque de subir un endommagement important lors de cette opération. Pour éviter une telle détérioration, il faudrait imposer à l'axe ou aux axes de pivotement des godets une position en altitude telle que les bords d'attaque des godets ne touchent jamais le fond de la cuve pendant la manoeuvre, tout en étant les plus proches possible de ce fond de façon à ce que le nettoyage soit efficace. Toutefois, cette position est difficile à évaluer car il n'y a pas d'accès visuel au fond de cuve. D'autre part, cette position théorique rend, en raison du décrit circulaire des lames, la pelle à croûte peu efficace dans les phases où celles-ci sont les plus éloignées du fond de cuve, une partie des débris reposant sur le fond de cuve risquant de ne pas être collectée.

[0007] Ainsi, cette opération de nettoyage du trou d'anode à l'aide de la pelle à croûte se heurte à deux difficultés antagonistes: soit on est trop près du fond de cuve et, dans ce cas, on risque de le détériorer, soit on en est trop éloigné et le nettoyage est insuffisant. Quelle que soit la façon de procéder, il subsiste un risque non négligeable d'instabilité générale d'ordre électrique et magnétique dans le fonctionnement de la cuve, conduisant à une baisse de rendement de l'installation.

[0008] La demande de brevet européen EP-A-1 178 004 propose une solution susceptible de résoudre le problème exposé dans le paragraphe précédent. Cette solution consiste à utiliser une pelle à godets montée sur un bras vertical mais à ne pas fixer directement le châssis solidaire des axes des godets sur ledit bras vertical. A cette fin, on dédouble le châssis en une partie appelée "châssis porte-pelle", qui reste solidaire du bras attaché à la tourelle porte-outils et en une partie appelée "châssis support des godets", mobile verticalement par rapport au châssis porte-pelle de sorte que, le centre de rotation instantanée des godets pouvant se déplacer alors que le bras reste immobile par rapport au fond de cuve, on puisse donner aux bords d'attaque des godets une trajectoire sensiblement rectiligne. La pelle peut être placée de telle sorte que ses bords d'attaque affleurent le fond de cuve pendant toute l'opération de fermeture de la pelle. Toutefois, une telle solution se traduit par une complication importante du mécanisme de la pelle, avec un embiellage de fermeture des godets complexe comprenant "une bielle de transmission d'efforts, dont l'une des extrémités est articulée [ ... ] sur les godets [ ... ] et dont l'autre extrémité est articulée sur une bielle rotative d'actionnement, elle-même articulée sur le châssis support des godets, ladite bielle rotative étant reliée mécaniquement au châssis porte-pelle au moyen d'une bielle de compensation articulée sur le châssis porte-pelle, ladite bielle rotative étant par ailleurs actionnée en rotation au moyen d'un vérin d'actionnement, dont le point d'application est solidaire du châssis support des godets". Une telle solution impose d'introduire dans la pelle à croûte de nombreuses pièces intermédiaires destinées à fonctionner en milieu hostile et à subir des vibrations de fortes amplitudes, en particulier à cause des sollicitations associées au claquage des godets. Cela implique un remplacement fréquent de ces pièces sujettes à une usure rapide.

[0009] Le but que s'est fixé la demanderesse a été de réaliser, sans endommager le fond de cuve, un nettoyage efficace du trou d'anode lors du remplacement des anodes, tout en faisant appel à un outil simple, facile à nettoyer et à entretenir, et peu coûteux en maintenance.

[0010] Un premier objet selon invention est une unité de collecte destinée à collecter les débris solides et les boues se trouvant dans les milieux liquides d'une cellule de production d'aluminium, tels que le bain d'électrolyse et le métal liquide, en particulier une pelle à croûte destinée au nettoyage des trous anodiques, comprenant:

a) un moyen de fixation permettant de fixer ladite unité de collecte sur un support mobile apte à déplacer ladite unité de collecte au-dessus de la zone à nettoyer ;

b) une liaison actionnée par un premier actionneur qui impose à ladite liaison un déplacement par rapport audit support mobile suivant la direction verticale;

c) un châssis solidaire de ladite liaison;

d) au moins un godet articulé, pivotant autour d'un axe sensiblement horizontal, monté sur ledit châssis, présentant une lame sensiblement horizontale et actionné par un deuxième actionneur, solidaire dudit châssis, qui impose audit godet un mouvement de rotation autour dudit axe sensiblement horizontal,
caractérisée en ce que ledit premier actionneur est relié à un système de pilotage programmable apte à :

i) déterminer, directement ou indirectement, l'altitude dudit axe sensiblement horizontal et la différence d'altitude entre ladite lame dudit godet et ledit axe sensiblement horizontal;

ii) définir, à partir des valeurs déterminées en i), le déplacement vertical qui doit être imposé à ladite liaison pour que l'altitude de ladite lame reste supérieure à une valeur prédéterminée;

iii) définir et transmettre audit premier actionneur un flux de commande approprié, permettant audit premier actionneur d'imposer ledit déplacement vertical à ladite liaison.

[0011] Ledit premier actionneur permet de déplacer verticalement ladite liaison qui, typiquement sous la forme d'une tige rigide, d'un mât vertical coulissant, ou encore d'un câble, est solidaire de l'unité de collecte. Selon l'invention, on impose au premier actionneur, appelé également « actionneur de levage », en particulier lors de la rotation du ou des godets, un régime de fonctionnement où l'altitude de l'axe de rotation du godet est imposée en fonction de celle de la lame du godet. Pour ce faire, ledit premier actionneur est piloté au cours de la rotation dudit godet par ledit système de pilotage programmable qui comprend avantageusement une unité de contrôle et de commande et un convertisseur. L'unité de contrôle et de commande:

• recueille les données, typiquement fournies par des capteurs de mesure, concernant ladite altitude dudit axe sensiblement horizontal et ladite différence d'altitude entre la lame du godet et l'axe sensiblement horizontal ;
• en déduit, typiquement à l'aide d'une mémoire informatique associée, une valeur de consigne qu'il faut imposer à l'altitude dudit axe sensiblement horizontal de façon à ce que l'altitude de la lame soit au moins égale à une valeur prédéterminée, ce qui permet d'éviter tout risque de contact entre ladite lame et un obstacle situé en dessous de ladite unité de collecte, par exemple le fond de cuve,
• émet un signal représentatif de ladite valeur de consigne en direction du convertisseur.

[0012] Le convertisseur traduit ledit signal en un flux de commande et transmet ledit flux de commande vers ledit premier actionneur. Selon la nature de l'actionneur, le convertisseur peut être par exemple un servo-distributeur associé à un vérin ou un variateur de vitesse associé à un moteur électrique. Dans le premier cas, le flux de commande est un débit d'huile en direction d'une chambre du vérin. Dans le second cas, le flux de commande est un signal électrique, ou un courant de commande, dont les propriétés caractéristiques (intensité(s), fréquence(s), ...) influent sur le sens et la vitesse de rotation du moteur.

[0013] L'altitude de l'axe sensiblement horizontal et celle de la lame peuvent être mesurées directement par des capteurs mais, en raison du milieu agressif et du manque d'accessibilité, ces mesures directes sont avantageusement remplacées par des calculs à partir de mesures indirectes. Ainsi, ledit système de pilotage programmable peut être relié à un premier capteur permettant de mesurer le déplacement vertical de ladite liaison par rapport à un niveau de référence et à un deuxième capteur permettant de mesurer, directement ou indirectement, la différence d'altitude entre la lame du godet et l'axe sensiblement horizontal autour duquel pivote le godet. Le niveau de référence peut être un niveau fixe défini dans le référentiel du hall d'électrolyse. Il peut également être lié au support mobile sur lequel est fixée l'unité de collecte. Dans ce dernier cas, il faut bien évidemment prendre en compte une éventuelle variation d'altitude dudit support mobile. En ce qui concerne le deuxième capteur, on peut utiliser un capteur permettant de déterminer la position angulaire du godet. A cette fin, si ledit deuxième actionneur est un vérin imposant une rotation audit godet par le biais d'une bielle, on peut utiliser un capteur de déplacement mesurant le déplacement de la tige dudit vérin par rapport au corps dudit vérin.

[0014] Avantageusement, les caractéristiques du flux de commande transmis au premier actionneur agissent sur le sens et l'intensité du déplacement que doit réaliser ledit premier actionneur : plus l'écart constaté entre l'altitude mesurée de l'axe sensiblement horizontal et son altitude de consigne est important, plus forte est l'intensité du déplacement imposé à l'actionneur.

[0015] Bien évidemment, il est possible d'être plus exigeant sur le contrôle de la trajectoire de la lame, puisque l'efficacité de l'unité de collecte diminue lorsque la lame s'éloigne trop du fond de cuve. Dans une modalité préférée de l'invention, on définit la valeur de consigne à imposer à l'altitude dudit axe sensiblement horizontal de façon à ce que l'altitude de la lame soit non seulement plus grande mais aussi la plus proche possible de ladite valeur prédéterminée. Avantageusement, en faisant les mesures un grand nombre de fois et en effectuant à chaque mesure un déplacement correctif de ladite liaison pour que l'axe sensiblement horizontal se trouve à l'altitude de consigne permettant à la lame de se trouver à l'altitude voulue, on peut imposer à ladite lame une trajectoire prédéterminée. A cette fin, ladite unité de contrôle et de commande est avantageusement un automate programmable industriel qui, à multiples reprises, de préférence à intervalles de temps réguliers, typiquement de quelques dizaines de millisecondes, :

a) recueille les données fournies par ledit premier capteur et ledit deuxième capteur ;

b) déduit de ces données, à l'aide d'un programme informatique basé sur un modèle cinématique décrivant la trajectoire de la lame dans un référentiel approprié, la valeur de consigne qu'il faut imposer à l'altitude de l'axe de pivotement du godet et

c) transmet audit convertisseur un signal (S) représentatif de ladite valeur de consigne.

[0016] Avantageusement, le programme informatique implémenté dans ledit automate programmable est basé sur un modèle cinématique qui décrit une trajectoire de la lame passant au-dessus, mais pas trop loin, du fond de cuve. Cette trajectoire peut être déduite du profil théorique du fond de cuve par translation suivant un vecteur orienté verticalement vers le haut et dont l'intensité correspond à une distance de sécurité prédéfinie.

[0017] L'unité de collecte selon l'invention, peut être par exemple une « pelle à croûte » utilisée pour le nettoyage des trous anodiques, comprenant un châssis et deux godets montés sur ledit châssis, disposés symétriquement par rapport à un plan sensiblement vertical et articulés, pivotant autour de deux axes sensiblement horizontaux, chaque godet présentant une lame en vis-à-vis de la lame de l'autre godet, le deuxième actionneur, solidaire dudit châssis, imposant à chacun desdits godets un mouvement de rotation sensiblement symétrique par rapport audit plan sensiblement vertical, de façon à ce que les débris solides situés entre les deux godets se trouvent piégés par lesdits godets.

[0018] De préférence, de façon à imposer un mouvement fluide au(x) godet(s), on évite que le deuxième actionneur, appelé également « actionneur de fermeture » ou encore « actionneur de fermeture/ouverture», soit choisi parmi les vérins pneumatiques, car ce type de vérin ne permet pas de contrôler à tout moment la vitesse de rotation du godet pendant la phase de fermeture du ou des godets. On peut choisir un actionneur (électro)mécanique mais, de préférence, on choisira un vérin hydraulique alimenté par un circuit dont une portion est montée en différentiel pour assurer aux godets la fonction de claquage décrite ci-après, qui est essentielle pour les pelles à godets employées dans le cadre du nettoyage des trous anodiques.

[0019] Pour recueillir les débris, on plonge dans le bain l'unité de collecte, qui est une pelle à croûte, alors qu'elle se trouve en position ouverte, puis on la fait passer d'une position ouverte à une position fermée, en utilisant l'actionneur de fermeture qui agit sur un embiellage conçu pour mettre les godets en un mouvement de rotation sensiblement symétrique l'un par rapport à l'autre. Les débris solides situés entre les deux godets se trouvent ainsi piégés, alors que le milieu liquide, mélange de bain d'électrolyte et de métal fondu peut encore s'échapper, en particulier par des ouvertures ménagées dans les parois des godets. Une partie de ce milieu liquide, qui est très visqueux, adhère à la paroi des godets, de sorte que les godets se couvrent d'une gangue qu'il faut enlever après chaque passage de la pelle à croûte dans la cuve, car les godets, très rapidement encrassés, deviennent inopérants. Pour enlever le maximum de bain et de métal qui refroidissent et se figent en adhérant à la surface des godets, on réalise une opération, appelée "claquage des godets". Dans cette opération, on utilise l'actionneur de fermeture/ouverture des godets de façon à ce que les bords en vis-à-vis des godets soient animés d'une vitesse telle que leur mise en contact se traduise par un choc suffisamment violent pour que le bain et le métal refroidis se décollent et s'éjectent de la surface desdits godets.

[0020] Traditionnellement, en particulier parce qu'il était bien adapté à l'opération de claquage, l'actionneur de fermeture/ouverture des godets était constitué d'un ou plusieurs vérins pneumatiques. Ici, dans le cadre de la présente invention, pour assurer un mouvement fluide aux godets et pour mieux contrôler trajectoire des lames, il est avantageux de remplacer le ou les vérins pneumatiques par au moins un vérin hydraulique double effet relié à un circuit d'alimentation qui présente au moins deux schémas de fonctionnement pour la fermeture des godets:

➢ un premier schéma, où les godets avancent lentement mais où le vérin de fermeture peut fournir des efforts suffisants pour permettre d'entraîner les débris solides rencontrés par les godets,

➢ un deuxième schéma, où il n'est pas nécessaire de transmettre des efforts, mais où il faut transmettre aux godets une énergie cinétique suffisante pour que la fonction de claquage puisse être remplie. Ce deuxième schéma correspond à un montage en différentiel analogue à celui qui est décrit un peu plus loin, dans l'exemple 1, lors du commentaire sur la descente rapide de l'unité de collecte, illustré en figure 5. Bien évidemment, les fonctions à remplir étant différentes, le circuit alimentant le second actionneur est différent de celui qui alimente le premier actionneur mais le principe du montage en différentiel reste le même.

[0021] Auparavant, on pensait qu'un claquage efficace de la pelle à croûte ne pouvait se faire que par voie pneumatique. En effet, on pensait que, grâce à l'air comprimé, on peut beaucoup plus facilement et rapidement imposer aux godets des mouvements de rotation symétriques suffisamment rapides pour que le choc qui en résulte permette de détacher et d'éjecter le bain et le métal en cours de solidification sur la surface des godets. De plus, la source d'air comprimé existait déjà sur la machine de service. Enfin, on souhaitait éviter l'implantation de circuits hydrauliques en des endroits qui peuvent se trouver à proximité immédiate du bain d'électrolyse.

[0022] Ici, dans le cadre de cette modalité préférée de l'invention, on choisit comme deuxième actionneur un ou plusieurs vérins hydrauliques. Pour éviter qu'il(s) se trouve(nt) à proximité du bain d'électrolyse, on peut donc soit éloigner le ou les dits vérins hydrauliques et prévoir une pièce intermédiaire agissant sur l'embiellage, soit les laisser à proximité des godets mais les protéger des projections. On peut par exemple utiliser la centrale hydraulique qui est embarquée sur la machine de service et qui est déjà placée en hauteur, de sorte qu'elle se trouve éloignée du bain d'électrolyse, et installer le circuit hydraulique nécessaire au fonctionnement du ou des vérins de sorte que la partie la plus exposée au milieu hostile soit limitée aux flexibles qui alimentent les compartiments du vérin double effet. Pour améliorer encore la protection de cette portion de circuit vis-à-vis de l'atmosphère hostile et d'éventuelles projections de bain, on peut utiliser le châssis porte-pelle comme écran, en montant le ou les vérins au-dessus de celui-ci et compléter la protection des flexibles du circuit hydraulique à proximité desdits vérins par des parois verticales entourant lesdits vérins et lesdits flexibles.

[0023] D'autre part, le fait de choisir pour actionneur de fermeture un ou plusieurs vérin(s) hydraulique(s) permet de consacrer l'air comprimé fourni par le compresseur embarqué de la machine de service à d'autres fonctions ou encore, de préférence, de choisir un compresseur de plus faible capacité, donc plus léger, pour équiper ladite machine de service.

[0024] Dans un premier mode de réalisation selon l'invention, ledit premier actionneur, appelé également « actionneur de levage », comprend un moteur électrique solidaire dudit support mobile, une liaison solidaire de ladite unité de collecte et couplée audit moteur de telle sorte que la rotation dudit moteur électrique entraîne le déplacement de ladite unité de collecte par le biais de ladite liaison, et ledit convertisseur est un variateur de vitesse qui transmet audit moteur électrique un courant de commande, dont les caractéristiques permettent audit moteur électrique d'imposer ledit déplacement vertical à ladite liaison. Ledit moteur électrique peut être le moteur d'un vérin électrique, ladite liaison étant la tige du vérin supportant ou étant couplée avec un mât vertical supportant ladite unité de collecte. Ce peut être également le moteur d'un treuil électrique, ladite liaison étant le câble supportant ladite unité de collecte. L'exemple 2 décrit ci-après illustre un tel mode de réalisation.

[0025] Dans une deuxième modalité de l'invention, ledit premier actionneur comprend au moins un vérin hydraulique qui comprend un corps solidaire du support mobile et un piston relié à une tige qui joue le rôle de ladite liaison et ledit convertisseur est un distributeur monté sur la portion du circuit hydraulique qui alimente avec un débit contrôlé la chambre côté tige dudit vérin hydraulique. Ainsi, au moins lorsque ledit deuxième actionneur est activé, le volume d'huile dans la chambre côté tige est imposé par ledit distributeur qui, avantageusement, est un servo-distributeur électro-hydraulique asservi en débit et piloté par ledit système de pilotage programmable. De préférence, ledit distributeur est un servo-distributeur 4/3, à action proportionnelle, commandé électriquement.

[0026] Dans cette deuxième modalité de l'invention, ledit premier actionneur comprend au moins un vérin hydraulique qui permet de déplacer verticalement ladite liaison à laquelle est attaché le reste de l'unité de collecte. De préférence, le bras manipulateur de l'unité de collecte est un bras télescopique, comprenant un mât « mobile » coulissant dans un bras « fixe », la tige dudit vérin hydraulique étant solidaire du dit mât « mobile » et le corps dudit vérin hydraulique étant solidaire du dit mât « fixe », lié au dit support mobile, par exemple une tourelle porte-outils fixée sur un chariot capable de longer la poutre d'un pont roulant, de sorte que ladite unité de collecte peut être déplacée et positionnée au-dessus de la zone de travail avant d'être descendue au niveau du trou anodique. Une solution "symétrique", consistant à rendre le mât « mobile » solidaire du corps du vérin et la tige solidaire du mât « fixe » solidaire du support mobile, est également possible. Dans les deux cas, la montée de l'unité de collecte se fait en alimentant en huile la chambre côté tige. Dans cette deuxième modalité de l'invention, un mode de réalisation préféré comprend un distributeur piloté par un automate programmable qui recueille à intervalles de temps réguliers, typiquement quelques dizaines de millisecondes, l'altitude H de l'axe sensiblement horizontal autour duquel pivote le godet et la valeur L du déplacement de la tige du piston du deuxième actionneur, déduit de ces valeurs, à l'aide d'une mémoire informatique associée, la valeur de consigne qu'il faut imposer à l'altitude de l'axe de pivotement du godet et injecte un signal en direction dudit distributeur de façon à diminuer ou augmenter le volume de l'huile qui alimente la chambre côté tige et qui est nécessaire pour atteindre la bonne altitude.

[0027] Ledit premier actionneur peut comprendre plusieurs vérins hydrauliques. Toutefois, le contrôle du volume d'huile dans chacune des chambres côté tige n'étant pas aisé, il est préférable d'utiliser comme premier actionneur un vérin unique dont la chambre côté tige est alimentée à l'aide d'un seul distributeur asservi.

[0028] Le dispositif selon l'invention permet en particulier d'effectuer une collecte des débris en définissant une distance de sécurité entre le fond de cuve et la lame du ou des godets: dès que la distance estimée est inférieure à cette distance de sécurité, le système de pilotage envoie au dit distributeur une consigne qui permet d'augmenter le volume d'huile dans la chambre côté tige du vérin de façon à imposer l'altitude voulue au piston et par conséquent à l'axe sensiblement horizontal de rotation du godet.

[0029] Avantageusement, pour que la collecte de débris soit efficace, il faut également que la distance entre la lame du godet et le fond de cuve ne soit pas trop grande: dès que la distance estimée est supérieure à un éloignement limite prédéterminé, le système de pilotage envoie au distributeur une consigne qui permet de diminuer le volume d'huile dans la chambre côté tige du vérin. Dans l'exemple 1 présenté ci-après, on n'agit que sur le circuit hydraulique reliant la chambre côté tige: lorsqu'il faut éloigner le godet du fond de cuve, le servo-distributeur à action proportionnelle contrôle le débit d'huile envoyée sous la pression requise dans la chambre côté tige; lorsqu'il faut le rapprocher, elle évacue vers le réservoir un débit contrôlé d'huile provenant de la chambre côté tige, laquelle se trouve sous une pression correspondant sensiblement au poids de l'unité de collecte. Dans l'exemple 2, le variateur de vitesse utilisé émet un courant de commande qui peut agir non seulement sur l'amplitude de la vitesse de rotation mais aussi sur le sens de rotation du moteur électrique.

[0030] De préférence, la distance de sécurité et l'éloignement limite sont choisis aussi proches que possibles. Le fond de cuve étant en général plan, cela revient à imposer une trajectoire rectiligne au bord d'attaque du godet. Bien évidemment, cette trajectoire peut être définie de façon plus précise, en fonction de la géométrie réelle du fond de cuve à l'endroit où la collecte de débris doit être effectuée. En pratique donc, on définit une altitude visée pour la lame du godet et le système de pilotage programmable est associé à une mémoire informatique programmée pour fournir, en fonction de l'angle d'ouverture du godet directement ou indirectement mesuré, l'altitude de consigne que doit avoir le centre de rotation instantanée dudit godet. L'altitude visée pour la lame est constante si le fond de cuve est considéré plan. Elle peut être variable, en fonction de la position du trou anodique à traiter dans la cellule; cela nécessite simplement l'emploi d'une mémoire informatique associée au système de pilotage plus complexe, donnant des valeurs de consigne différentes suivant l'endroit où travaille l'unité de collecte. Ainsi, le dispositif selon l'invention permet de positionner le ou les godets au plus proche de la cathode, donc d'augmenter l'efficacité de l'opération de collecte des débris sans toucher le fond de cuve.

[0031] Sur le plan pratique, l'unité de collecte, suspendue au chariot mobile qui se déplace le long du pont roulant, est avantageusement munie d'un capteur de déplacement qui permet de connaître à tout moment l'altitude du ou des axes sensiblement horizontaux de rotation du ou des godets. Le capteur de déplacement peut être un encodeur à câble ou un télémètre laser. L'altitude du fond de cuve est elle-même connue et peut être vérifiée régulièrement, par exemple en faisant descendre lentement l'unité de collecte placée dans une position prédéterminée jusqu'à ce que la lame du godet touche le fond de cuve. Le godet est en général délimité par une paroi axiale, c'est-à-dire une surface réglée engendrée par une génératrice parallèle à l'axe de pivotement et s'appuyant sur une courbe directrice ouverte, et deux parois transversales. Ces parois transversales ont un bord sensiblement rectiligne, qui rejoint les extrémités de la courbe ouverte. La position du godet peut être caractérisée par l'angle α que fait ce bord avec la verticale. En désignant par d la distance de ce bord à l'axe de pivotement et par h la distance entre la lame et la projection de l'axe de pivotement sur ledit bord, on connaît à tout moment, en fonction de l'angle d'inclinaison α du bord par rapport à la verticale, la différence d'altitude entre l'axe sensiblement horizontal et ladite lame, qui est donnée par l'expression: ΔZ= d cos α + h sin α. L'angle d'inclinaison est lui-même directement relié à une caractéristique dimensionnelle de l'actionneur qui fait pivoter le godet. Par exemple, s'il s'agit d'un vérin, l'angle d'inclinaison est directement relié à la course de la tige du vérin.

[0032] Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le système de pilotage programmable est un automate programmable industriel (API en français, PLC (Prommable Logic Controler) en anglais) qui recueille à intervalles de temps réguliers, typiquement quelques dizaines de millisecondes, à l'aide d'un premier capteur, l'altitude de l'axe de pivotement du godet, et à l'aide d'un second capteur, la valeur de la course du vérin de fermeture et déduit de ces valeurs, à l'aide d'un programme informatique basé sur un modèle cinématique décrivant la trajectoire de la lame dans un référentiel approprié, la valeur de consigne qu'il faut imposer à l'altitude de l'axe de pivotement du godet et pilote en conséquence le servo-distributeur de façon à introduire ou évacuer le volume d'huile nécessaire pour atteindre la bonne altitude.

[0033] Avantageusement , ledit vérin hydraulique est un vérin double effet dont la tige est solidaire du mât vertical et de ladite unité de collecte, avec une chambre côté tige apte à imposer à tout moment à ladite tige un mouvement vertical vers le haut et une chambre côté piston apte à imposer à tout moment à ladite tige un mouvement vertical vers le bas, les deux chambres pouvant être connectées, par l'intermédiaire d'au moins un distributeur, à une source de pression ou à un réservoir, le circuit d'alimentation comprenant plusieurs portions de circuits qui permettent de réaliser les schémas d'alimentation hydraulique suivants:

a) un schéma différentiel, où la chambre côté tige et la chambre côté piston sont connectées à ladite source de pression, permettant d'assurer la descente à grande vitesse du mât;

b) un schéma correspondant au repos, l'unité de collecte restant suspendue, le circuit étant aménagé de telle sorte que ladite unité de collecte peut se déplacer verticalement sans effort en cas de rencontre d'obstacle;

c) un schéma où la chambre côté tige est connectée à la source de pression, correspondant à la montée de l'unité de collecte;

d) un schéma en fonctionnement asservi, où la portion de circuit alimentant la chambre côté tige comprend un distributeur asservi en débit et piloté par un système de pilotage programmable comprenant une unité de contrôle et de commande qui recueille les données concernant l'altitude dudit axe sensiblement horizontal et la différence d'altitude entre la lame du godet et l'axe sensiblement horizontal, déduit de ces données la valeur de consigne qu'il faut imposer à l'altitude dudit axe sensiblement horizontal et émet un signal représentatif de ladite valeur de consigne en direction dudit distributeur.

[0034] Dans exemple 1 présenté ci-après, nous décrivons plus en détail ces différentes phases de fonctionnement de l'unité de collecte.

[0035] Un autre objet selon l'invention est un module de service destiné à être utilisé dans une usine de production d'aluminium par électrolyse ignée et comprenant un chariot et des organes de manutention et d'intervention, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une unité de collecte selon l'invention, telle que décrite précédemment.

[0036] Un autre objet selon l'invention est une unité de service d'une usine de production d'aluminium par électrolyse ignée comprenant un pont roulant et caractérisée en ce qu'elle comprend également au moins un module de service selon l'invention, tel que décrit précédemment.

[0037] Un autre objet selon l'invention est l'utilisation d'un module de service selon l'invention pour les interventions sur des cellules d'électrolyse destinées à la production d'aluminium par électrolyse ignée, en particulier pour le nettoyage des trous anodiques, dans laquelle ledit premier actionneur est piloté par ledit système de pilotage programmable de telle sorte que ladite ou les dites lame(s) de godet suive(nt) une trajectoire prédéfinie, typiquement située au-dessus et parallèle au fond de cuve.

[0038] Un autre objet selon l'invention est un procédé pour nettoyer un trou d'anode lors du remplacement d'une anode, dans lequel on utilise une unité de collecte selon invention, ledit premier actionneur étant monté solidaire d'une machine de service et on procède de la manière suivante :

a. on amène à l'aide des actionneurs de la MSE ladite unité de collecte, en position fermée, au droit du dit trou anodique, ledit premier actionneur étant au repos;

b. on actionne ledit premier actionneur en descente rapide jusqu'à une altitude prédéterminée, supérieure au niveau du bain situé dans la cuve, afin d'autoriser l'ouverture de l'unité de collecte ;

c. on actionne ledit deuxième actionneur de telle sorte qu'il ouvre les godets jusqu'à ce que lesdits godets atteignent une position ouverte de référence, typiquement proche de l'ouverture maximale permise par la course du deuxième actionneur;

d. on actionne ledit premier actionneur en descente « lente » jusqu'à une altitude prédéfinie; dans un mode de réalisation spécifique et préféré, l'altitude prédéfinie visée est l'altitude atteinte par un point représentatif de la liaison lorsque la lame du godet arrive en contact avec le fond de cuve. Ainsi, on actionne ledit premier actionneur en descente lente jusqu'à ce qu'on détecte le contact d'au moins une lame sur le fond de cuve; par exemple, si l'actionneur est un vérin hydraulique, on utilise un capteur permettant de détecter le moment où la pression dans le circuit d'huile qui alimente la chambre côté piston augmente brutalement, un capteur permettant de connaître l'angle d'ouverture du godet et un capteur de déplacement qui permet de connaître l'altitude de la liaison lors dudit contact ;

e. on définit, à partir de l'altitude atteinte en fin d'étape précédente, la hauteur à laquelle doit être ladite lame, en tenant compte d'une distance de sécurité et on en déduit la trajectoire que doit suivre ladite lame entre ladite position ouverte de référence et la position fermée;

f. on actionne ledit premier actionneur pour remonter ladite unité de collecte jusqu'au point origine de la trajectoire définie à l'étape précédente ;

g. on actionne ledit deuxième actionneur, ledit premier actionneur étant en mode asservi de façon à ce que la lame suive la trajectoire définie en e) ;

h. une fois l'unité de collecte fermée, on actionne le premier actionneur en mode montée puis, lorsque l'unité de collecte a atteint une certaine altitude, on utilise les actionneurs de la MSE pour déplacer l'ensemble vers une aire de réception des débris récoltés.

La figure 1 illustre schématiquement une machine de service dans une salle d'électrolyse typique destinée à la production d'aluminium, vue en section.

La figure 2 illustre un mode de réalisation particulier d'une unité de collecte, qui est une pelle à croûte, montée sur un mât de guidage vertical télescopique actionné par un vérin hydraulique.

La figure 3 illustre, en perspective, l'embiellage et la pelle à godet du mode de réalisation de la figure 2.

Les figures 4 à 7 illustrent, dans quatre configurations différentes, le schéma d'un circuit hydraulique alimentant le premier actionneur (vérin de levage) d'une unité de collecte selon l'invention. Ces configurations correspondent aux modes de fonctionnement suivants: repos (figure 4), descente rapide (figure 5), montée (figure 6) et fonctionnement asservi (figure 7).

La figure 8 illustre schématiquement une unité de collecte selon l'invention, dans laquelle le premier actionneur est un vérin électromécanique.

[0039] Les usines d'électrolyse destinées à la production d'aluminium comprennent une zone de production d'aluminium liquide qui comprend une ou plusieurs salles d'électrolyse. La salle d'électrolyse (1) illustrée sur la figure 1 comporte des cellules d'électrolyse (2) et une machine de service (5). Les cellules d'électrolyse (2) sont normalement disposées en rangées ou files, chaque rangée ou file comportant typiquement plus d'une centaine de cellules. Les cellules (2) sont disposées de manière à dégager une allée de circulation le long de la salle d'électrolyse (1). Les cellules (2) comprennent une série d'anodes (3) munies d'une tige métallique (4) destinée à la fixation et au raccordement électrique des anodes à un cadre anodique métallique (non illustré).

[0040] L'unité de service (5) sert à effectuer des opérations sur les cellules (2) telles que les changements d'anodes ou le remplissage des trémies d'alimentation en bain broyé et en fluorure d'aluminium (AlF3). Elle peut également servir à manutentionner des charges diverses, telles que des éléments de cuve, des poches de métal liquide qui sont employées lors des coulées ("poches de coulée") ou encore des anodes. Elle peut également être utilisée pour nettoyer le trou d'anode, après l'enlèvement d'une anode usée et avant la mise en place d'une anode neuve.

[0041] L'unité de service (5) comprend un pont mobile (6) qui peut être translaté au-dessus des cellules d'électrolyse (2), et au moins un module de service (7) comprenant un chariot mobile (8), dit "porte-outils", apte à être déplacé sur le pont mobile (6) et équipé de plusieurs organes de manutention et d'intervention (10), tels que des outils, parmi lesquelles peut figurer la pelle à croûte (100'). Les outils sont ici montés sur des mâts télescopiques verticaux (9) attachés au chariot mobile (8). Comme nous l'avons déjà vu, par exemple dans la demande de brevet européen EP-A-0 440 488, une pelle à croûte peut également être déplacée et manoeuvrée à partir d'un véhicule autre qu'une machine de service. L'invention s'applique à toute unité de collecte, quel que soit son mode de déplacement et de mise en place au-dessus de la zone de travail.

[0042] Les figures 2 et 3 illustrent un mode de réalisation particulier d'une unité de collecte (100), qui est une pelle à croûte (100') fixée à l'extrémité d'un bras télescopique, au bout du bras mobile appelé ici "fût de pelle" (11). Le fût de pelle est un mât vertical mobile (9") coulissant dans un mât vertical (9'), qui lui-même se déplace verticalement sous l'effet d'un actionneur (non représenté), apte à effectuer des déplacements plus rapides, tout en restant solidaire de la tourelle porte-outils du chariot mobile (8) d'un module de service (7). La pelle à croûte comprend un châssis (110) muni de deux godets (120a et 120b) placés en vis-à-vis, de façon substantiellement symétrique par rapport à un plan sensiblement vertical et articulés, pivotant autour de deux axes sensiblement horizontaux (115a et 115b). Chaque godet (120a, 120b) présente un bord d'attaque, ou lame (128a, 128b) en vis-à-vis de la lame (128b, 128a) de l'autre godet (120b, 120a). Le deuxième actionneur se présente ici sous la forme de deux vérins (200, 201) solidaires du châssis (110), fonctionnant simultanément, en imposant à chacun des godets, par l'intermédiaire d'une bielle de liaison (300, 300'), un mouvement de rotation sensiblement symétrique par rapport au plan sensiblement vertical, de façon à ce que les débris solides situés entre les deux godets se trouvent piégés par lesdits godets. Jusqu'à la présente invention, les deux vérins du second actionneur étaient des vérins pneumatiques particulièrement bien adaptés pour l'opération de claquage.

EXEMPLES DE REALISATION

EXEMPLE 1 (Figures 2 A 7)

[0043] Les figures 4 à 7 illustrent, dans quatre configurations différentes, le schéma d'un circuit hydraulique alimentant le premier actionneur (50) d'une unité de collecte selon l'invention, qui possède par ailleurs les caractéristiques décrites précédemment (figures 2 et 3).

[0044] Le premier actionneur (50), ou vérin de levage, est un vérin double effet (51) avec un corps (55) et un piston (56) associé à une tige (52). La tige (52) est solidaire de l'unité de collecte (non représentée sur les figures 4 à 7). Le vérin double effet (51) a une chambre côté tige (53), dite inférieure, apte à imposer à tout moment au mât vertical mobile (9") un mouvement vertical vers le haut et une chambre côté piston (54), dite supérieure, apte à imposer à tout moment au dit mât vertical mobile un mouvement vertical vers le bas. Le circuit hydraulique comprend deux portions (63) et (64) qui alimentent les deux chambres (53) et (54) du vérin double effet (51). Le circuit peut être connecté, via un distributeur à trois positions, appelé "distributeur de sens" (80), à la "ligne pression" (P) et à la "ligne retour" (R) d'une centrale hydraulique. Le distributeur de sens (80) est naturellement dans la position (802) qui correspond au repos et peut être excité pour être mis dans l'une des deux autres positions possibles: la position (803) où la tige (52) du vérin fait descendre l'unité de collecte et la position (801) où la tige du vérin fait monter ladite unité de collecte.

[0045] La portion de circuit (64) comprend une branche principale (640) dont une extrémité est connectée au distributeur de sens (80) et dont l'autre extrémité est connectée à la chambre - piston (54) du vérin (51).

[0046] La portion de circuit (63) comprend une branche principale (630) dont une extrémité est connectée au distributeur de sens (80) et dont l'autre extrémité se ramifie en deux sous-branches; dont chacune est équipée d'un distributeur à deux positions (81, 82), la première sous-branche (631 comprenant 6310, 6311, 6312 et 6313) étant associée à une valve de retenue (90), la seconde sous-branche (632 comprenant 6320, 6321 et 6322) étant associée au servo-distributeur électrohydraulique (83). Les deux sous-branches se rejoignent en leurs autres extrémités pour constituer la portion de circuit (633) qui alimente la chambre - tige (53) du vérin (51).

[0047] La figure 4 illustre le circuit lorsque le vérin de levage est au repos. Le distributeur de sens (80) est naturellement dans la position (802), laquelle met les deux portions de circuit (63) et (64) en connexion entre elles par le biais de leurs branches principales respectives (630) et (640). Le distributeur (82) se trouve dans la position (821) qui bloque la circulation dans la deuxième sous-branche. Isolée par le distributeur (82) en position (821) et par la valve de retenue (90) qui est "non passante" (les pressions de pilotage des branchements (92) et (93) sont insuffisantes pour la rendre passante), la chambre-tige (53) est maintenue, en dehors de tout choc, à une pression sensiblement constante, associée au poids de l'unité de collecte. La branche de circuit (633) est équipée d'une sécurité, intégrée dans la fonction de la valve de retenue (90), pour limiter la pression dans la chambre-tige en cas de choc.

[0048] La figure 5 illustre le circuit lorsque le vérin de levage est en descente rapide. Le distributeur de sens (80) est excité pour occuper la position (803), laquelle met les deux portions de circuit (63) et (64) en communication avec la ligne de pression (P) de la centrale hydraulique, les deux portions de circuit (63) et (64) communiquant également entre elles, par le biais de leurs branches principales respectives (630) et (640), au niveau du distributeur de sens (80) lorsqu'il est dans cette position (803). Le distributeur (82) se trouve dans la position (821) qui bloque la circulation dans la deuxième sous-branche. Le distributeur (81) se trouve dans la position (811) et autorise le fonctionnement de la valve de retenue (90): dès que la résultante des efforts dus aux pressions de pilotage provenant d'une part de la branche (92) et d'autre part de la branche (93) est supérieure à une certaine valeur, la valve de retenue (90) devient "passante".

[0049] La valve de retenue (90) est réglée à une valeur critique, typiquement voisine de 180 bars, de sorte que, dès que ses pilotages disposent des pressions suffisantes, elle devient passante et l'huile peut s'écouler de la chambre-tige (53) vers la chambre-piston (54), via les branches (630) et (640), qui communiquent entre elles au niveau du distributeur de sens (80), placé en position (803). De la sorte, le débit d'huile provenant de la centrale hydraulique se trouve augmenté du débit d'huile provenant de la chambre-piston. Si le x est le rapport (section de la chambre-piston (54)) / (section de la tige (52)), le débit provenant de la centrale hydraulique est multiplié par x, de sorte qu'avec un tel montage différentiel, la tige de piston peut descendre avec une vitesse x fois plus rapide qu'avec un montage classique.

[0050] La figure 6 illustre le circuit lorsque le vérin de levage monte la tige (52). Le distributeur de sens (80) est excité pour occuper la position (801), laquelle met la branche principale (630) en connexion avec la ligne pression (P) de la centrale hydraulique et la branche principale (640) en communication avec le réservoir de la centrale hydraulique, via la ligne retour (R). Le distributeur (82) se trouve dans la position (821) et le distributeur (81) se trouve dans la position (811). L'huile sous pression passe par la branche principale (630), traverse le distributeur (81) en position (811) et rejoint les portions (6313) et (633) via le clapet anti-retour (91), pour alimenter la chambre-tige (53). Au fur et à mesure de la montée du piston, l'huile située dans la chambre-piston (54) est évacuée vers la ligne retour (R) de la centrale hydraulique, via la branche principale (640).

[0051] La figure 7 illustre le circuit lorsque le vérin de levage est activé dans un mode asservi lors de la collecte des débris. Le distributeur de sens (80) est excité pour occuper la position (801), laquelle met la branche principale (630) en connexion avec la ligne de pression (P) de la centrale hydraulique et la branche principale (640) en connexion avec la ligne retour (R) de la centrale hydraulique. Le distributeur (82) se trouve dans la position (822) et le distributeur (81) se trouve dans la position (812). Suivant que l'on veut faire monter ou descendre le vérin, le servo-distributeur est activé pour être mis dans la position (831) pour la descente ou (833) pour la montée.

[0052] Le servo-distributeur est piloté par un automate programmable (84) qui est reçoit les indications fournies par deux capteurs:

le premier indique la distance (H) entre un niveau horizontal de référence (N) (par exemple une plate-forme de la tourelle porte-outils) et un point fixe du châssis (110') de l'unité de collecte (représenté sur la figure 7 par le niveau horizontal commun des axes de rotation des godets), ce qui permet de connaître l'altitude de l'axe (115') autour duquel pivote le godet (120') dont la forme est schématisée en pointillés;

- le second indique la course (L) de la tige du vérin de fermeture (200'), lequel, par le biais d'une bielle commune (300'), commande l'ouverture et la fermeture des deux godets.

[0053] A toute valeur L de la course du piston du vérin de fermeture correspond un angle d'ouverture déterminé des godets, égal à deux fois l'angle (α) que fait le bord (129') du godet avec la verticale. En désignant par d la distance de ce bord (129') à l'axe de pivotement (115') et par h la distance entre la lame (128') et la projection orthogonale de l'axe de pivotement sur ledit bord (129'), on connaît à tout moment la différence d'altitude entre l'axe (115') et ladite lame, qui est donnée par l'expression: ΔZ= d cos α + h sin α.

[0054] Ainsi, à toute position de la tige du vérin de fermeture correspond une altitude à laquelle doit se trouver ledit axe pour que la lame (128') se trouve à une altitude supérieure ou égale à une valeur donnée correspondant à l'altitude théorique du fond de cuve augmentée d'une certaine marge de sécurité, typiquement une ou quelques dizaines de millimètres. Le système de pilotage programmable est un automate programmable (84) associé à une mémoire informatique (85) qui lui permet, en fonction des valeurs de mesure de (H) et (L) transmises, de définir une altitude de consigne au vérin de levage (50). Si l'altitude de consigne est supérieure à l'altitude effective du vérin de levage, il y a danger de collision entre la lame du godet et le fond de cuve et il faut que le servo-distributeur soit activé vers une position (833) pour corriger rapidement la trajectoire de ladite lame. L'automate programmable (84) envoie un signal (S) au servo-distributeur (83), qui est un servo-distributeur à action proportionnelle, imposant à la portion de circuit alimentant la chambre côté tige un débit d'huile (Φ) d'autant plus important que l'écart par rapport à la position de consigne est grand. Le signal présente des caractéristiques qui permettent de déplacer l'organe mobile du servo-distributeur dans une position de type (833) plus ou moins avancée, selon le débit d'huile sous pression voulu, l'huile provenant des branches (630) et (632) et alimentant la chambre côté tige via les branches (6321), (6322) et (633).

[0055] Lorsque par contre l'altitude de consigne est inférieure à l'altitude effective du vérin de levage (50), il faut que le servo-distributeur soit activé pour abaisser l'altitude de la lame. L'automate programmable (84) envoie un signal (S) au servo-distributeur (83) pour le mettre dans une configuration correspondant à une position (831), où l'huile sous pression n'alimente plus la chambre côté-tige, laquelle est mise en relation avec la ligne retour (R), via les branches (65), (6321), (6322) et (633), le débit (Φ) d'évacuation de l'huile vers la ligne retour étant contrôlé par l'ouverture du servo-distributeur, laquelle est commandée par le signal émis par l'automate programmable.

[0056] L'automate programmable (84) recueille à intervalles de temps réguliers, typiquement quelques dizaines de millisecondes, l'altitude H de l'axe de pivotement du godet et la valeur L de la course du vérin de fermeture et déduit de ces valeurs, à l'aide d'un programme informatique basé sur un modèle cinématique qui décrit la trajectoire de la lame dans un référentiel approprié, la valeur de consigne qu'il faut imposer à l'altitude de l'axe de pivotement du godet et émet un signal (S) en direction du servo-distributeur (83) de façon à introduire ou évacuer le volume d'huile nécessaire pour atteindre la bonne altitude.

[0057] Le second actionneur (200'), ici simplement schématisé essentiellement pour illustrer le rôle qu'il joue dans le principe de fonctionnement du premier actionneur (50), ce dernier étant piloté en particulier en fonction de la configuration spatiale dudit second actionneur. Ce second actionneur, dont le corps est solidaire de la tige (52) du premier actionneur (50), est ici un vérin hydraulique double effet relié à un circuit d'alimentation dont une partie permet un montage en différentiel pour assurer la fonction de claquage.

[0058] Ainsi, pour nettoyer un trou d'anode lors du remplacement d'une anode, on peut utiliser une unité de collecte selon l'invention, telle qu'illustrée sur les figures 2 à 7, montée sur un mât vertical télescopique solidaire d'une machine de service électrolyse (MSE) et on procède de la matière suivante :

• On amène à l'aide des actionneurs de la MSE ladite unité de collecte, en position fermée, au droit du dit trou anodique, le vérin de levage étant au repos (configuration illustrée par la figure 4) ;
• On actionne le vérin de levage en descente rapide (configuration illustrée par la figure 5) jusqu'à une altitude prédéterminée, supérieure au niveau du bain situé dans la cuve, afin d'autoriser l'ouverture de l'unité de collecte;
• On actionne l'actionneur des godets, dit « vérin de fermeture », de telle sorte qu'il ouvre les godets jusqu'à ce qu'ils atteignent une position ouverte de référence, typiquement proche de l'ouverture maximale des godets permise par la course du dit vérin de fermeture.
• On actionne le vérin de levage en descente « lente » (alimentation spécifique de la chambre côté piston) jusqu'à ce qu'on détecte le contact d'au moins une lame sur le fond de cuve ; on utilise par exemple un capteur permettant de détecter le moment où la pression dans le circuit d'huile qui alimente la chambre côté piston augmente brutalement et un capteur de déplacement qui permet de relever l'altitude de la lame lors dudit contact;
• On définit à partir de cette altitude la hauteur à laquelle doit être ladite lame, en tenant compte d'une distance de sécurité et on en déduit la trajectoire que doit suivre ladite lame entre ladite position ouverte de référence et la position fermée;
• On actionne ledit vérin de levage pour remonter ladite unité de collecte jusqu'au point origine de la trajectoire définie à l'étape précédente (configuration illustrée par la figure 6);
• On actionne le vérin de fermeture, le vérin de levage étant en mode asservi de façon à ce que la lame suive la trajectoire définie précédemment (configuration illustrée par la figure 7) ;
• Une fois l'unité de collecte fermée, on actionne le vérin de levage en mode montée (configuration illustrée par la figure 6) puis, lorsque l'unité de collecte a atteint une certaine altitude, on utilise les actionneurs de la MSE pour déplacer l'ensemble vers une aire de réception des débris récoltés.

EXEMPLE 2 (Figure 8)

[0059] La figure 8 illustre schématiquement une unité de collecte, dans laquelle le premier actionneur (50) est un moteur électrique (53') alimenté à l'aide d'un circuit qui permet d'asservir la rotation dudit moteur. Ici, le moteur électrique est celui d'un vérin électrique (51') qui impose un déplacement vertical à la liaison (52') solidaire du châssis (110'). Dans une variante de cet exemple, on remplace le vérin électrique par un treuil électrique, la liaison étant alors un câble relié audit châssis, le déplacement vertical de celui-ci étant par exemple guidé par un dispositif de guidage fixé sur le support mobile.

[0060] Le moteur (53'), suivant le courant de commande (I) envoyé par le variateur de vitesse (83'), est à tout moment apte à imposer à la liaison (52') un mouvement vertical vers le haut ou vers le bas à la vitesse requise. Le variateur de vitesse (83') est piloté par un automate programmable (84) qui reçoit les indications fournies par deux capteurs :

• le premier indique la distance (H) entre un niveau horizontal de référence (N) (par exemple une plate-forme de la tourelle porte-outils) et un point fixe du châssis (110') de l'unité de collecte (représenté sur la figure par le niveau horizontal commun des axes de rotation des godets), ce qui permet de connaître l'altitude de l'axe (115') autour duquel pivote le godet (120') dont la forme est schématisée en pointillés;
• le second indique la course (L) de la tige du vérin de fermeture (200'), lequel, par le biais d'une bielle commune (300'), commande l'ouverture et la fermeture des deux godets.

[0061] A toute valeur L de la course du piston du vérin de fermeture correspond un angle d'ouverture déterminé des godets, égal à deux fois l'angle (α) que fait le bord (129') du godet avec la verticale. En désignant par d la distance de ce bord (129') à l'axe de pivotement (115') et par h la distance entre la lame (128') et la projection orthogonale de l'axe de pivotement sur ledit bord (129'), on connaît à tout moment la différence d'altitude entre l'axe (115') et ladite lame, qui est donnée par l'expression: ΔZ= d cos α + h sin α.

[0062] Ainsi, à toute position de la tige du vérin de fermeture correspond une altitude à laquelle doit se trouver ledit axe pour que la lame (128') se trouve à une altitude supérieure ou égale à une valeur donnée correspondant à l'altitude théorique du fond de cuve augmentée d'une certaine marge de sécurité, typiquement une ou quelques dizaines de millimètres. Le système de pilotage programmable comprend un automate programmable (84) associé à une mémoire informatique (85) qui lui permet, en fonction des valeurs de mesure de (H) et (L) transmises, de définir l'altitude de consigne de l'axe sensiblement horizontal autour du quel pivote un godet. Si l'altitude de consigne est supérieure à l'altitude effective, il y a danger de collision entre la lame du godet et le fond de cuve. Le variateur de vitesse (83') est alors activé de telle manière qu'il puisse corriger rapidement la trajectoire de la lame. L'automate programmable (84) envoie un signal (S) au variateur de vitesse (83'), qui convertit ledit signal en un courant de commande (I) qui impose au dit moteur électrique un sens de rotation et une vitesse d'autant plus importants que l'écart par rapport à la position de consigne est grand. Inversement, lorsque l'altitude de consigne est inférieure à l'altitude effective, le variateur de vitesse (83') est activé de telle manière qu'il puisse corriger rapidement l'asservissement du moteur, pour abaisser l'altitude de la lame. L'automate programmable (84) envoie un signal (S) au variateur de vitesse (83') qui impose au moteur un sens de rotation et une vitesse d'autant plus importants que l'écart par rapport à la position de consigne est grand.

Revendications

1. Unité de collecte (100) destinée à collecter les débris solides et les boues se trouvant dans les milieux liquides d'une cellule de production d'aluminium, tels que le bain d'électrolyse et le métal liquide, en particulier pelle à croûte (100') destinée au nettoyage des trous anodiques, comprenant:

a) un moyen de fixation permettant de fixer ladite unité de collecte sur un support mobile (5') apte à déplacer ladite unité de collecte au-dessus de la zone à nettoyer ;

b) une liaison (520) actionnée par un premier actionneur (50) qui impose à ladite liaison un déplacement par rapport audit support mobile suivant la direction verticale;

c) un châssis (110) solidaire de ladite liaison;

d) au moins un godet (120a, 120b) articulé, pivotant autour d'un axe (115a, 115b) sensiblement horizontal, monté sur ledit châssis, présentant une lame (128a, 128b) sensiblement horizontale et actionné par un deuxième actionneur (200, 201), solidaire dudit châssis, qui impose audit godet un mouvement de rotation autour dudit axe sensiblement horizontal,
caractérisée en ce que ledit premier actionneur (50) est relié à un système de pilotage programmable (83 + 84 + 85 ; 83' + 84 + 85) apte à :

i) déterminer, directement ou indirectement, l'altitude dudit axe sensiblement horizontal et la différence d'altitude entre ladite lame dudit godet et ledit axe sensiblement horizontal;

ii) définir, à partir des valeurs déterminées en i), le déplacement vertical devant être imposé à ladite liaison pour que l'altitude de ladite lame soit au moins égale à une valeur prédéterminée;

iii) définir et transmettre audit premier actionneur un flux de commande (Φ, I) approprié, permettant audit premier actionneur d'imposer ledit déplacement vertical à ladite liaison.

2. Unité de collecte (100, 100') selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit système de pilotage programmable comprend :

a) une unité de contrôle et de commande qui recueille les données concernant ladite altitude dudit axe sensiblement horizontal et ladite différence d'altitude entre la lame du godet et l'axe sensiblement horizontal, déduit de ces données une valeur de consigne qui doit être imposée à l'altitude dudit axe sensiblement horizontal de façon à ce que l'altitude de la lame soit au moins égale à une valeur prédéterminée, ce qui permet d'éviter tout risque de contact entre ladite lame et un obstacle situé en dessous de ladite unité de collecte, typiquement le fond de cuve, et émet un signal (S) représentatif de ladite valeur de consigne ;

b) un convertisseur qui traduit ledit signal en un flux de commande (Φ, I) et transmet ledit flux de commande audit premier actionneur.

3. Unité de collecte (100, 100') selon la revendication 1 ou 2 , caractérisée en ce que ledit système de pilotage programmable est relié à un premier capteur permettant de mesurer le déplacement vertical de ladite liaison par rapport à un niveau de référence (N) et à un deuxième capteur permettant de mesurer, directement ou indirectement, la différence d'altitude entre ladite lame (128a, 128b) dudit godet (120a, 120b) et ledit axe (115a, 115b) sensiblement horizontal, par exemple un capteur permettant de déterminer la position angulaire (α) dudit godet.

4. Unité de collecte (100, 100') selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit deuxième actionneur est un vérin imposant une rotation audit godet par le biais d'une bielle, et en ce que ledit moyen permettant de mesurer indirectement la différence d'altitude entre ladite lame (128a, 128b) dudit godet (120a, 120b) est un capteur de déplacement mesurant le déplacement (L) de la tige dudit vérin par rapport au corps dudit vérin.

5. Unité de collecte (100, 100') la revendication 3 ou 4, dans laquelle ladite unité de contrôle et de commande est un automate programmable industriel qui :

a) recueille à intervalles de temps réguliers, typiquement quelques dizaines de millisecondes, les données fournies par ledit premier capteur et ledit deuxième capteur ;

b) déduit de ces données, à l'aide d'un programme informatique basé sur un modèle cinématique décrivant la trajectoire de la lame dans un référentiel approprié, la valeur de consigne qu'il faut imposer à l'altitude de l'axe de pivotement du godet et

c) transmet audit convertisseur un signal (S) représentatif de ladite valeur de consigne.

6. Unité de collecte (100, 100') selon la revendication 5, dans laquelle ledit programme informatique implémenté dans ledit automate programmable est basé sur un modèle cinématique décrivant une trajectoire de la lame qui est déduite du profil théorique du fond de cuve par translation suivant un vecteur orienté verticalement vers le haut et dont l'intensité correspond à une distance de sécurité prédéfinie.

7. Unité de collecte (100, 100') selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend un châssis (110) et deux godets (120a, 120b) montés sur ledit châssis, disposés symétriquement par rapport à un plan sensiblement vertical et articulés, pivotant autour de deux axes sensiblement horizontaux (115a, 115b), chaque godet présentant une lame (128a, 128b) en vis-à-vis de la lame de l'autre godet, le deuxième actionneur, solidaire dudit châssis, imposant à chacun desdits godets un mouvement de rotation sensiblement symétrique par rapport audit plan sensiblement vertical, de façon à ce que les débris solides situés entre les deux godets se trouvent piégés par lesdits godets.

8. Unité de collecte (100, 100') selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que ledit second actionneur (200, 201, 200') est un vérin hydraulique alimenté par un circuit qui présente au moins deux schémas de fonctionnement pour la fermeture des godets:

a) un premier schéma, où des efforts suffisants sont transmis aux godets pour permettre d'entraîner les débris solides rencontrés par les godets,

b) un deuxième schéma, correspondant à un montage différentiel, où une énergie cinétique suffisante est transmise aux godets pour que la fonction de claquage puisse être remplie.

9. Unité de collecte (100, 100') selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisée en ce que ledit premier actionneur comprend un moteur électrique (53') solidaire dudit support mobile, une liaison (52') solidaire de ladite unité de collecte et couplée audit moteur de telle sorte que la rotation dudit moteur électrique entraîne le déplacement de ladite unité de collecte par le biais de ladite liaison, en ce que ledit convertisseur est un variateur de vitesse (83') qui transmet audit moteur électrique un courant de commande (I), dont les caractéristiques permettent audit moteur électrique d'imposer ledit déplacement vertical par le biais de ladite liaison.

10. Unité de collecte (100, 100') selon la revendication 9, dans laquelle ledit moteur électrique est le moteur d'un vérin électro-mécanique et dans laquelle ladite liaison est la tige du dit vérin électro-mécanique.

11. Unité de collecte (100, 100') selon la revendication 9, dans laquelle ledit moteur électrique est le moteur d'un treuil électrique et dans laquelle la dite liaison est le câble du dit treuil.

12. Unité de collecte (100, 100') selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, dans laquelle ledit premier actionneur comprend un vérin hydraulique (51) comprenant un corps (55) solidaire dudit support mobile, ladite liaison étant la tige (52) dudit vérin hydraulique, et dans laquelle ledit convertisseur est un distributeur monté sur la portion du circuit hydraulique qui alimente avec un débit contrôlé la chambre côté tige du dit vérin hydraulique.

13. Unité de collecte (100, 100') selon la revendication 12 dans laquelle ledit distributeur (83) est un servo-distributeur électrohydraulique asservi en débit pour contrôler le volume d'huile à l'intérieur de la chambre côté tige, de préférence, un servo-distributeur à action proportionnelle commandé électriquement.

14. Unité de collecte (100, 100') selon la revendication 12 ou 13, dans laquelle ledit distributeur (83) est piloté par un automate programmable (84) qui recueille à intervalles de temps réguliers, typiquement quelques dizaines de millisecondes, l'altitude H de l'axe (115') de pivotement du godet et la valeur L du déplacement de la tige du piston du deuxième actionneur (200'), déduit de ces valeurs, à l'aide d'une mémoire informatique (85) associée, la valeur de consigne qu'il faut imposer à l'altitude de l'axe de pivotement du godet et injecte un signal (S) en direction dudit distributeur (83) de façon à diminuer ou augmenter le volume de l'huile qui alimente la chambre côté tige et qui est nécessaire pour atteindre la bonne altitude.

15. Unité de collecte (100, 100') selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, dans laquelle ledit vérin hydraulique (51) est un vérin double effet dont la tige (52) est solidaire de ladite unité de collecte, avec une chambre côté tige (53) apte à imposer à tout moment à ladite tige un mouvement vertical vers le haut et une chambre côté piston (54) apte à imposer à tout moment à ladite tige un mouvement vertical vers le bas, les deux chambres pouvant être connectées, par l'intermédiaire d'au moins un distributeur (80), à une source de pression (P) ou à un réservoir (R), le circuit d'alimentation comprenant plusieurs portions de circuits qui permettent de réaliser les schémas d'alimentation hydraulique suivants:

a) un schéma différentiel, où la chambre côté tige (53) et la chambre côté piston (54) sont connectées à ladite source de pression (P), permettant d'assurer la descente à grande vitesse du mât;

b) un schéma correspondant au repos, l'unité de collecte restant suspendue, le circuit étant aménagé de telle sorte que ladite unité de collecte peut se déplacer verticalement sans effort en cas de rencontre d'obstacle;

c) un schéma où la chambre côté tige (53) est connectée à la source de pression (P), correspondant à la montée de l'unité de collecte;

d) un schéma en fonctionnement asservi, où la portion de circuit alimentant la chambre côté tige comprend un distributeur (83) asservi en débit et piloté par un système de pilotage programmable comprenant une unité de contrôle et de commande qui recueille les données concernant l'altitude dudit axe sensiblement horizontal et la différence d'altitude entre la lame du godet et l'axe sensiblement horizontal, déduit de ces données la valeur de consigne qu'il faut imposer à l'altitude dudit axe sensiblement horizontal et émet un signal représentatif de ladite valeur de consigne en direction dudit distributeur.

16. Module de service (7) destiné à être utilisé dans une usine de production d'aluminium par électrolyse ignée et comprenant un chariot (8) et des organes de manutention et d'intervention (10), caractérisé en ce qu'il comprend en outre une unité de collecte (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 15.

17. Unité de service (5) d'une usine de production d'aluminium par électrolyse ignée comprenant un pont roulant (6) caractérisée en ce qu'elle comprend également au moins un module de service (7) selon la revendication 16.

18. Utilisation d'un module de service (7) selon la revendication 16 pour les interventions sur des cellules d'électrolyse (2) destinées à la production d'aluminium par électrolyse ignée, en particulier pour le nettoyage des trous anodiques, dans laquelle ledit premier actionneur est piloté par ledit système de pilotage programmable de telle sorte que ledit axe sensiblement horizontal suit une trajectoire prédéfinie, typiquement située au-dessus et parallèle au fond de cuve.

19. Procédé pour nettoyer un trou d'anode lors du remplacement d'une anode, dans lequel on utilise une unité de collecte selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, ledit premier actionneur étant monté solidaire d'une machine de service (5) et on procède de la manière suivante :

a. on amène à l'aide des actionneurs de la MSE ladite unité de collecte, en position fermée, au droit du dit trou anodique, ledit premier actionneur étant au repos;

b. on actionne ledit premier actionneur en descente rapide jusqu'à une altitude prédéterminée, supérieure au niveau du bain situé dans la cuve, afin d'autoriser l'ouverture de l'unité de collecte ;

c. on actionne ledit deuxième actionneur de telle sorte qu'il ouvre les godets jusqu'à ce que lesdits godets atteignent une position ouverte de référence, typiquement proche de l'ouverture maximale permise par la course du deuxième actionneur;

d. on actionne ledit premier actionneur en descente « lente » jusqu'à une altitude prédéfinie;

e. on définit, à partir de l'altitude atteinte en fin d'étape précédente, la hauteur à laquelle doit être ladite lame, en tenant compte d'une distance de sécurité et on en déduit la trajectoire que doit suivre ladite lame entre ladite position ouverte de référence et la position fermée;

f. on actionne ledit premier actionneur pour remonter ladite unité de collecte jusqu'au point origine de la trajectoire définie à l'étape précédente ;

g. on actionne ledit deuxième actionneur, ledit premier actionneur étant en mode asservi de façon à ce que la lame suive la trajectoire définie en e) ;

h. une fois l'unité de collecte fermée, on actionne le premier actionneur en mode montée puis, lorsque l'unité de collecte a atteint une certaine altitude, on utilise les actionneurs de la MSE pour déplacer l'ensemble vers une aire de réception des débris récoltés.

Ansprüche

1. Sammeleinrichtung (100) zur Aufnahme von festen Trümmerteilchen und Schlamm, die sich in den flüssigen Medien wie zum Beispiel dem Elektrolysebad und dem Flüssigmetall einer Zelle zur Herstellung von Aluminium befinden, insbesondere Krustenschaufel (100') zum Reinigen der Anodenlöcher, umfassend:

a) ein Befestigungsmittel zum Befestigen der Sammeleinrichtung an einem beweglichen Träger (5'), welcher die Sammeleinrichtung über der zu reinigenden Zone verfahren kann;

b) eine Verbindungselement (520), das von einem ersten Stellorgan (50) betätigt wird, welches dem Verbindungselement eine Bewegung in vertikaler Richtung in Bezug auf den beweglichen Träger aufprägt;

c) ein Gestell (110), das mit dem Verbindungselement fest verbunden ist;

d) mindestens eine um eine im Wesentlichen horizontale Achse (115a, 115b) drehbare, am Gestell angebrachte gelenkige Schaufel (120a, 120b), die einen im Wesentlichen horizontalen Schild (128a, 128b) aufweist und von einem mit dem Gestell fest verbundenen zweiten Stellorgan (200, 201) betätigt wird, welches der Schaufel eine Drehbewegung um die im Wesentlichen horizontale Achse aufprägt;
dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stellorgan (50) mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung (83 + 84 + 85; 83' + 84 + 85) verbunden ist, welche geeignet ist:

i) die Höhe der im Wesentlichen horizontalen Achse und den Höhenunterschied zwischen dem Schaufelschild und der im Wesentlichen horizontalen Achse direkt oder indirekt zu bestimmen;

ii) aus den in i) bestimmten Werten die vertikale Bewegung festzulegen, die das Verbindungselement ausführen muss, damit die Schildhöhe mindestens einem vorbestimmten Wert entspricht;

iii) einen geeigneten Steuerfluss (Φ, I) zu definieren und auf das erste Stellorgan zu übertragen, damit das erste Stellorgan dem Verbindungselement die vertikale Bewegung aufprägen kann.

2. Sammeleinrichtung (100, 100') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die speicherprogrammierbare Steuerung umfasst:

a) eine Kontroll- und Steuereinheit, welche die Daten bezüglich der Höhe der im Wesentlichen horizontalen Achse und des Höhenunterschieds zwischen dem Schaufelschild und der im Wesentlichen horizontalen Achse sammelt, aus diesen Daten einen Sollwert ableitet, der für die Höhe der im Wesentlichen horizontalen Achse vorgegeben werden muss, damit die Schildhöhe mindestens einem vorbestimmten Wert entspricht, wodurch ein möglicher Kontakt zwischen dem Schild und einem unter der Sammeleinrichtung befindlichen Hindernis, typischerweise dem Zellenboden, vermieden wird, und ein für den Sollwert repräsentatives Signal (S) aussendet;

b) einen Wandler, der das Signal in einen Steuerfluss (Φ, I) umsetzt und den Steuerfluss auf das erste Stellorgan überträgt.

3. Sammeleinrichtung (100, 100') nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die speicherprogrammierbare Steuerung mit einem ersten Sensor zum Messen der vertikalen Bewegung des Verbindungselementes in Bezug auf ein Referenzniveau (N) und einem zweiten Sensor zum direkten oder indirekten Messen des Höhenunterschiedes zwischen dem Schild (128a, 128b) der Schaufel (120a, 120b) und der im Wesentlichen horizontalen Achse (115a, 115b), zum Beispiel einem Sensor zum Bestimmen der Winkelposition (α) der Schaufel, verbunden ist.

4. Sammeleinrichtung (100, 100') nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Stellorgan ein Zylinder ist, welcher der Schaufel über eine Pleuelstange eine Drehbewegung aufprägt, und dass das Mittel zum indirekten Messen des Höhenunterschiedes zwischen dem Schild (128a, 128b) der Schaufel (120a, 120b) ein Bewegungssensor ist, der die Bewegung (L) der Zylinderstange in Bezug auf den Zylinderkörper misst.

5. Sammeleinrichtung (100, 100') nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Kontroll- und Steuereinheit eine speicherprogrammierbare Industriesteuerung ist, die

a) in regelmäßigen Zeitabständen, typischerweise einigen Millisekunden, die vom ersten Sensor und zweiten Sensor gelieferten Daten sammelt;

b) aus diesen Daten mit Hilfe eines Computerprogramms auf der Basis eines kinematischen Modells, das die Bewegungsbahn des Schildes in einem geeigneten Bezugsrahmen beschreibt, den Sollwert ableitet, der für die Höhe der Schwenkachse der Schaufel vorgegeben werden muss, und

c) ein für den Sollwert repräsentatives Signal (S) an den Wandler überträgt.

6. Sammeleinrichtung (100, 100') nach Anspruch 5, wobei das in der speicherprogrammierbaren Industriesteuerung implementierte Computerprogramm auf einem kinematischen Modell beruht, das eine Bewegungsbahn des Schildes beschreibt, die aus dem theoretischen Profil des Zellenbodens durch Verschieben um einen vertikal nach oben gerichteten Vektor abgeleitet ist und deren Intensität einem vorgegebenen Sicherheitsabstand entspricht.

7. Sammeleinrichtung (100, 100') nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Gestell (110) und zwei auf dem Gestell montierte, spiegelsymmetrisch zu einer im Wesentlichen vertikalen Ebene angeordnete und gelenkig ausgebildete Schaufeln (120a, 120b) umfasst, die um zwei im Wesentlichen horizontale Achsen (115a, 115b) drehbar sind, wobei jede Schaufel ein Schild (128a, 128b) aufweist, das dem Schild der anderen Schaufel gegenüberliegt, wobei das mit dem Gestell fest verbundene zweite Stellorgan jeder dieser Schaufeln eine zu der im Wesentlichen vertikalen Ebene nahezu symmetrische Drehbewegung aufprägt, so dass die zwischen den beiden Schaufeln befindlichen festen Trümmerteilchen von den Schaufeln gefangen gehalten werden.

8. Sammeleinrichtung (100, 100') nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Stellorgan (200, 201, 200') ein Hydraulikzylinder ist, der von einer Schaltung versorgt wird, die mindestens zwei Funktionsschemata für das Schließen der Schaufeln aufweist:

a) ein erstes Schema, bei dem genügend Kräfte auf die Schaufeln übertragen werden, um die mit den Schaufeln zusammenkommenden Trümmerteilchen mitzuführen,

b) ein zweites Schema, das einer Differenzschaltung entspricht, bei dem genügend kinetische Energie auf die Schaufeln übertragen wird, damit die Durchschlagfunktion erfüllt werden kann.

9. Sammeleinrichtung (100, 100') nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stellorgan einen mit dem beweglichen Träger fest verbundenen Elektromotor (53'), ein mit der Sammeleinrichtung fest verbundenes Verbindungselement (52') umfasst, welches mit dem Motor so gekoppelt ist, dass die Rotation des Elektromotors die Bewegung der Sammeleinrichtung über das Verbindungselement bewirkt, dass der Wandler ein Drehzahlwandler (83') ist, der einen Steuerstrom (I) auf den Elektromotor überträgt, dessen Merkmale es dem Elektromotor ermöglichen, die vertikale Bewegung über das Verbindungselement aufzuprägen.

10. Sammeleinrichtung (100, 100') nach Anspruch 9, wobei der Elektromotor der Motor eines elektromechanischen Zylinders ist und das Verbindungselement die Stange des elektromechanischen Zylinders ist.

11. Sammeleinrichtung (100, 100') nach Anspruch 9, wobei der Elektromotor der Motor einer elektrischen Winde und das Verbindungselement das Kabel der elektrischen Winde ist.

12. Sammeleinrichtung (100, 100') nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stellorgan einen Hydraulikzylinder (51) mit einem mit dem beweglichen Träger fest verbundenen Zylinderkörper (55) umfasst, wobei das Verbindungselement die Stange (52) des Hydraulikzylinders ist und der Wandler ein Ventil ist, das auf demjenigen Abschnitt der Hydraulikschaltung montiert ist, der die stangenseitige Kammer des Hydraulikzylinders mit einer geregelten Durchflussmenge versorgt.

13. Sammeleinrichtung (100, 100') nach Anspruch 12, wobei das Ventil (83) ein durchflussmengengeregeltes Servoventil zur Einstellung des Ölvolumens im Innern der stangenseitigen Kammer ist, vorzugsweise ein elektrisch gesteuertes Proportionalservoventil.

14. Sammeleinrichtung (100, 100') nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Ventil (83) von einer speicherprogrammierbaren Steuerung (84) gesteuert wird, die in regelmäßigen Zeitabständen, typischerweise einigen Millisekunden, die Höhe H der Schwenkachse (115') der Schaufel und den Wert L der Bewegung der Kolbenstange des zweiten Stellorgans (200') erfasst, aus diesen Werten mit Hilfe eines zugeordneten Computerspeichers (85) den Sollwert ableitet, der für die Höhe der Schwenkachse der Schaufel vorzugeben ist, und in Richtung des Ventils (83) ein Signal (S) einspeist zur Erniedrigung oder Erhöhung des Ölvolumens, das die stangenseitige Kammer versorgt und notwendig ist, um die richtige Höhe zu erreichen.

15. Sammeleinrichtung (100, 100') nach irgendeinem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der Hydraulikzylinder (51) ein doppelt wirkender Zylinder ist, dessen Stange (52) mit der Sammeleinrichtung fest verbunden ist und der eine stangenseitige Kammer (53), die geeignet ist, der Stange jederzeit eine vertikale Bewegung nach oben aufzuprägen, und eine kolbenseitige Kammer (54) aufweist, die geeignet ist, der Stange jederzeit eine vertikale Bewegung nach unten aufzuprägen, wobei die beiden Kammern über mindestens ein Ventil (80) an eine Druckquelle (P) oder einen Vorratstank (R) angeschlossen werden können, wobei die Versorgungsschaltung mehrere Schaltungsabschnitte umfasst, die folgende Hydraulikversorgungsschemata ermöglichen:

a) ein Differenzschema, bei dem die stangenseitige Kammer (53) und die kolbenseitige Kammer (54) an die Druckquelle (P) angeschlossen sind, so dass der Mast mit hoher Geschwindigkeit abgesenkt werden kann;

b) ein dem Ruhezustand entsprechendes Schema, bei dem die Sammeleinrichtung in hängender Position verbleibt, wobei die Schaltung so ausgestaltet ist, dass sich die Sammeleinrichtung mühelos vertikal bewegen kann, wenn sie auf ein Hindernis stößt;

c) ein Schema, bei dem die stangenseitige Kammer (53) an die Druckquelle (P) angeschlossen ist, was dem Hochfahren der Sammeleinrichtung entspricht;

d) ein Schema bei gesteuertem Betrieb, bei dem der Schaltungsabschnitt zur Versorgung der stangenseitigen Kammer ein durchflussmengengeregeltes Ventil (83) enthält, das von einer speicherprogrammierbaren Steuerung gesteuert wird, welche eine Kontroll- und Steuereinheit aufweist, die die Daten bezüglich der Höhe der im Wesentlichen horizontalen Achse und des Höhenunterschiedes zwischen dem Schaufelschild und der im Wesentlichen horizontalen Achse sammelt, aus diesen Daten den Sollwert ableitet, der für die Höhe der im Wesentlichen horizontalen Achse vorgegeben werden muss, und ein für den Sollwert repräsentatives Signal in Richtung Ventil aussendet.

16. Servicemodul (7) zum Einsatz in einem Werk zur Herstellung von Aluminium durch Schmelzflusselektrolyse mit einem Schlitten (8) und Handhabungs- und Eingriffsorganen (10), dadurch gekennzeichnet, dass das Servicemodul ferner eine Sammeleinrichtung (100) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 15 aufweist.

17. Serviceeinrichtung (5) für ein Werk zur Herstellung von Aluminium durch Schmelzflusselektrolyse mit einer Rollbrücke (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Serviceeinrichtung auch mindestens ein Servicemodul (7) nach Anspruch 16 aufweist.

18. Verwendung eines Servicemoduls (7) nach Anspruch 16 für Eingriffe an Elektrolysezellen (2) zur Herstellung von Aluminium durch Schmelzflusselektrolyse, insbesondere für die Reinigung der Anodenlöcher, wobei das erste Stellorgan von der speicherprogrammierbaren Steuerung so gesteuert wird, dass die im Wesentlichen horizontale Achse einer vorgegebenen Bahn folgt, die typischerweise über und parallel zu dem Zellenboden verläuft.

19. Verfahren zum Reinigen eines Anodenlochs beim Austausch einer Anode, bei dem eine Sammeleinrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 15 verwendet wird, wobei das erste Stellorgan fest an einer Servicemaschine (5) angebracht ist, und wie folgt vorgegangen wird:

a) die Sammeleinrichtung wird mit Hilfe der Stellorgane der Elektrolyse-Servicemaschine in geschlossener Position vor das Anodenloch geführt, wobei das erste Stellorgan im Ruhezustand ist;

b) Betätigen des ersten Stellorgans zum schnellen Absenken bis auf eine vorbestimmte Höhe oberhalb des Badspiegels in der Zelle, um das Öffnen der Sammeleinrichtung zu gestatten;

c) Betätigen des zweiten Stellorgans zum Öffnen der Schaufeln solange, bis die Schaufeln eine Referenzoffenstellung erreichen, die typischerweise der maximalen Öffnung nahekommt, die der Hub des zweiten Stellorgans zulässt.

d) Betätigen des ersten Stellorgans zum langsamen Absenken bis auf eine vorbestimmte Höhe;

e) aus der erreichten Höhe am Ende des vorhergehenden Schrittes wird unter Berücksichtung eines Sicherheitsabstandes die Höhe bestimmt, auf der sich das Schild befinden muss, und daraus die Bahn abgeleitet, auf der sich das Schild zwischen der Referenzoffenstellung und der Schließstellung bewegen muss;

f) Betätigen des ersten Stellorgans zum Hochfahren der Sammeleinrichtung bis zum Ausgangspunkt der im vorhergehenden Schritt festgelegten Bahn;

g) Betätigen des zweiten Stellorgans, wobei sich das erste Stellorgan im gesteuerten Modus befindet, damit sich das Schild auf der in e) definierten Bahn bewegt;

h) sobald die Sammeleinrichtung geschlossen ist, Betätigen des ersten Stellorgans im Hochfahrmodus, und wenn die Sammeleinrichtung eine bestimmte Höhe erreicht hat, Verwendung der Stellorgane der Elektrolyse-Servicemaschine, um die gesamte Einheit zu einer Empfangsfläche für die gesammelten Trümmerteilchen zu bewegen.

Claims

1. A collection unit (100) designed to collect the solid debris and mud in the liquid media of a cell for producing aluminum, such as the electrolysis bath and the molten metal, in particular a crust shovel (100') designed for cleaning anode holes, comprising:

a) a means of fixing to fix said collection unit onto a mobile support (5') able to move said collection unit above the zone to be cleaned;

b) a connection (520) actuated by a first actuator (50) which causes said connection to move in relation to said mobile support in the vertical direction;

c) a frame (110) interdependent of said connection;

d) at least one articulated bucket (120a, 120b), swiveling around a substantially horizontal axis (115a, 115b), fitted to said frame, with a substantially horizontal blade (128a, 128b), said bucket being actuated by a second actuator (200, 201), interdependent with said frame, causing said bucket to adopt a rotary movement around said substantially horizontal axis,
characterized in that said first actuator (50) is connected to a programmable control system (83 + 84 + 85 ; 83' + 84 + 85) able to:

i) determine, directly or indirectly, the altitude of said substantially horizontal axis and the difference in altitude between said blade of said bucket and said substantially horizontal axis;

ii) define, from the values determined in i), the vertical movement which must be applied to said connection so that the altitude of said blade remains at least equal to a predetermined value;

iii) define and transmit to said first actuator a suitable control flow (Φ, I), so that the first actuator can apply said vertical movement to said connection.

2. Collection unit (100, 100') according to claim 1, characterized in that said programmable control system includes:

a) an instrumentation and control unit which acquires the data relating to said altitude of said substantially horizontal axis and said difference in altitude between the bucket blade and the substantially horizontal axis, deduces from these data a set point to be imposed on the altitude of said substantially horizontal axis so that the altitude of the blade is at least equal to a predetermined value, which makes it possible to avoid any risk of contact between said blade and an obstacle located below said collection unit , typically the tank bottom, and emits a signal (S) representative of said set point;

b) a converter that translates said signal into a control flow (Φ, I) and transmits said control flow to said first actuator.

3. Collection unit (100, 100') according to claim 1 or 2, characterized in that said programmable control system is connected to a first sensor making it possible to measure the vertical movement of said connection in relation to a reference level (N) and to a second sensor making it possible to directly or indirectly measure the difference in altitude between said blade (128a, 128b) of said bucket (120a, 120b) and said substantially horizontal axis (115a, 115b), for example a sensor making it possible to determine the angular position (α) of said bucket.

4. Collection unit (100, 100') according to claim 3, characterized in that said second actuator is a jack imposing a rotation on said bucket via a rod, and in that said means making it possible to indirectly measure the difference in altitude between said blade (128a, 128b) of said bucket (120a, 120b) is an incremental position sensor measuring movement (L) of the rod of said jack in relation to the body of said jack.

5. Collection unit (100, 100') according to claim 3 or 4, in which said instrumentation and control unit is an Programmable Logic Controller (or PLC) which:

a) acquires the data provided by said first sensor and said second sensor at regular time intervals, typically a few tens of milliseconds;

b) deduces from these data, using a computer program based on a kinematic model describing the trajectory of the blade in an appropriate reference frame, the value of the set point which it is necessary to impose on the altitude of the bucket's pivotal axis, and

c) transmits to said converter a signal (S) representing said set point.

6. Collection unit (100, 100') according to claim 5, in which said computer program implemented in said programmable controller is based on a kinematic model describing a trajectory of the blade which is deduced from the theoretical profile of the tank bottom by translation along a vector oriented vertically upwards, the intensity of which corresponds to a preset safety distance.

7. Collection unit (100, 100') according to any of claims 1 to 6, characterized in that it includes a frame (110) and two buckets (120a, 120b) assembled on said frame, laid out symmetrically in relation to a substantially vertical plane and articulated, swiveling around two substantially horizontal axes (115a, 115b), each bucket having a blade (128a, 128b) opposite the blade of the other bucket, the second actuator, interdependent of said frame, imposing on each of said buckets a substantially symmetrical rotation movement in relation to said substantially vertical plane, so that the solid debris located between the two buckets is trapped by said buckets.

8. Collection unit (100, 100') according to any of claims 1 to 7, characterized in that said second actuator (200, 201, 200') is a hydraulic actuating cylinder fed by a circuit which has at least two operating configurations for closing the buckets:

a) a first configuration, in which sufficient force is transmitted to the buckets to make it possible to entrain the solid debris encountered by the buckets,

b) a second configuration, corresponding to a differential assembly, in which sufficient kinetic energy is transmitted to the buckets for the slamming function to be carried out.

9. Collection unit (100, 100') according to any of claims 2 to 8, characterized in that said first actuator includes an electrical motor (53') interdependent with said mobile support, a connection (52') interdependent with said collection unit and coupled to said motor so that the rotation of said electric motor causes the movement of said collection unit via said connection, in that said converter is a variable speed transmission (83') which transmits to said electrical motor a control current (I), whose characteristics allow the electric motor to impose said vertical movement via said connection.

10. Collection unit (100, 100') according to claim 9, in which said electric motor is the motor of an electromechanical jack and in which said connection is the rod of said electromechanical jack.

11. Collection unit (100, 100') according to claim 9, in which said electric motor is the motor of an electric winch and in which said connection is the cable of said winch.

12. Collection unit (100, 100') according to any of claims 2 to 8, in which said first actuator includes a hydraulic actuating cylinder (51) including a body (55) interdependent with said mobile support, said connection being the rod (52) of said hydraulic actuating cylinder, and in which said converter is a distributor mounted on the portion of the hydraulic circuit which supplies the chamber on the rod side of said hydraulic actuating cylinder with a controlled flow.

13. Collection unit (100, 100') according to claim 12 in which said distributor (83) is an electro-hydraulic servo-distributor with controlled flow to control the volume of oil inside the chamber on the rod side, preferably, an electrically-controlled proportional action servo-distributor.

14. Collection unit (100, 100') according to claim 12 or 13, in which said distributor (83) is controlled by a Programmable Logic Controller (84) which acquires, at regular time intervals, typically a few tens of milliseconds, altitude H of the swiveling axis (115') of the bucket and value L of the movement of the piston rod of the second actuator (200'), deduces from these values, using a related computing memory (85), the set point which it is necessary to impose on the altitude of the pivotal axis of the bucket and injects a signal (S) to said distributor (83) in order to decrease or increase the volume of oil which feeds the chamber on the rod side and which is necessary to reach the right altitude.

15. Collection unit (100, 100') according to any of claims 12 to 14, in which said hydraulic actuating cylinder (51) is a double-acting jack, the rod (52) of which is interdependent with said collection unit, with a chamber on the rod side (53) able to constantly impose on said rod a vertical movement upwards and a chamber on the piston side (54) able to constantly impose on said rod a vertical movement downwards, it being possible to connect the two chambers, via at least one distributor (80), to a source of pressure (P) or a tank (R), the feeding circuit including several portions of circuits which make it possible to provide the following hydraulic feed configurations:

a) a differential configuration, where the chamber on the rod side (53) and the chamber on the piston side (54) are connected to the pressure source (P), allowing the mast to descend at high speed;

b) a configuration corresponding to rest position, the collection unit remaining suspended, and the circuit arranged so that said collection unit can move vertically without effort should it encounter an obstacle;

c) a configuration in which the chamber on the rod side (53) is connected to the pressure source (P), corresponding to the upward movement of the collection unit;

d) a configuration under controlled operation, in which the portion of circuit feeding the chamber on the rod side includes a distributor (83) with controlled flow and controlled by a programmable control system including an instrumentation and control unit which acquires the data relating to the altitude of said substantially horizontal axis and the difference in altitude between the bucket blade and the substantially horizontal axis, deduces from these data the set point which it is necessary to impose on the altitude of said substantially horizontal axis and emits a signal representative of said set point to said distributor.

16. Pot tending module (7) designed to be used in a plant for the production of aluminum by igneous electrolysis and comprising a carriage (8) and handling and servicing devices (10), characterized in that it also includes a collection unit (100) according to any of claims 1 to 15.

17. Pot tending assembly (5) for a plant producing aluminum by igneous electrolysis including an overhead travelling crane (6) characterized in that it includes also at least one pot tending module (7) according to claim 16.

18. Use of a pot tending module (7) according to claim 16 for work on electrolysis cells (2) designed for the production of aluminum by igneous electrolysis, in particular for cleaning the anode holes, in which said first actuator is controlled by said programmable control system so that said substantially horizontal axis follows a predefined trajectory, typically located above and parallel with the tank bottom.

19. Process for cleaning an anode hole during anode replacement, in which a collection unit according to any of claims 1 to 15 is used, said first actuator being assembled interdependently with a pot tending machine (5); one proceeds as follows:

a. using the PTA actuators, said collection unit is brought in closed position, in line with said anode hole, said first actuator being at rest;

b. said first actuator is actuated to descend quickly as far as a predetermined altitude, higher than the level of the bath located in the tank, in order to authorize opening of the collection unit ;

c. said second actuator is actuated so that it opens the buckets until said buckets reach a reference open position, typically close to the maximum opening permitted by the travel of the second actuator;

d. said first actuator is actuated in "slow" descent mode as far as a preset altitude;

e. from the altitude reached at the end of the previous stage, the height at which said blade must be is defined, taking a safety distance into account, and the trajectory that said blade must follow between said open reference position and the closed position is deduced;

f. said first actuator is actuated to raise said collection unit up to the point origin of the trajectory defined in the previous stage;

g. said second actuator is actuated, said first actuator being in controlled mode so that the blade follows the trajectory defined in e);

h. once the collection unit is closed, the first actuator is actuated in raise mode; then when the collection unit has reached a certain altitude, the PTA actuators are used to move the unit towards a zone which receives the collected debris.

Dessins