Simulation mathématique d'un four de cuisson des anodes pour l'électrolyse de l'aluminium

par Kyong Yee Youn Lee

Thèse de doctorat en Métallurgie

Sous la direction de André Rist.

Soutenue en 1988

à Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris .

mots clés

• Cuisson des anodes
• Simulation mathématique
• Electrolyse de l'aluminium
• Fours industriels
• Anodes

Résumé

Les anodes destinées aux cuves d'électrolyses sont moulées dans une pate crue de coke de pétrole et de brai. Ces anodes crues doivent être précuites afin de leur assurer les propriétés électriques et mécaniques requises. Bien que la connaissance et la maitrise de la cuisson des anodes soient d'un grand intérêt, l'étude systématique de la modélisation mathématique du fonctionnement du four a tardé à apparaitre en raison de la complexité des phénomènes à simuler. Nous modélisons dans ce travail les processus de cuisson des anodes en considérant les phénomènes principaux, a savoir les infiltrations d'air parasite, l'émission et la combustion des matières volatiles, l'échange thermique par convection et radiation entre gaz et solides, la conduction dans les solides et les pertes thermiques du four. En outre, pour étudier l'homogénéité de la température dans les anodes, nous traitons la conduction de la chaleur en deux dimensions. Le résultat, sous forme de cartes de température, permet d'apprécier la qualité du produit. Notre programme donne les profils de débit de gaz et le profil de dépression/surpression dans les cloisons, les profils de l'émission des matières volatiles et de leur combustion partielle. Le modèle de conduction à une dimension calcule les profils de températures des solides dans la direction transversale Z pour chaque tranche de la longueur du four. Avec ces profils nous calculons les pertes thermiques du four. Notre programme donne aussi le profil de l'énergie apportée au four dans lequel l'apport d'énergie des matières volatiles est environ 40% de l'apport total de chaleur. Le modèle de conduction à deux dimensions calcule l'histoire thermique de tous les points des anodes. Il montre que le gradient de température dans la direction verticale y est le plus important

Titre traduit

Mathematical simulation of the anode baking furnace for the aluminum electrolysis

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