Le nouveau poste de préchauffage pour cathodes : plus performant, plus propre, plus sûr

Un pas de géant technologique chez TRIMET

Dans l’aluminerie d’Essen, TRIMET Aluminium SE a mis en service un nouveau poste de préchauffage pour cathodes avec quatre fours à cathodes et des chauffe-poches et chauffe-lingotières attenants. L’installation sur mesure augmente l’efficacité énergétique et la sécurité du travail. Par ailleurs, le nombre d’étapes pendant le coulage a pu être réduit et l’ergonomie améliorée.

Le nouveau poste de préchauffage est le résultat de quatre années de planification. L’installation adaptée aux besoins sur site a tout d’abord été testée sous la forme d’un prototype, avant d’être mise en service en janvier 2022 dans l’atelier de réparation des cathodes, après 17 semaines de chantier et de montage. Le revêtement des cuves d’électrolyse pour la production d’aluminium est modifié ici. Pour cela, les barres cathodiques nécessaires à l’alimentation électrique sont coulées avec de la fonte dans des blocs cathodiques. Onze de ces blocs forment alors le fond de chaque cuve.

« La modernisation de la préparation des cathodes marque une nouvelle étape dans notre progression vers des sites de production viables : nous augmentons l’efficacité énergétique, réduisons les émissions de CO2 et améliorons la sécurité du travail », déclare le Dr Andreas Lützerath, membre du comité de direction de TRIMET Aluminium SE.

Dans le poste de préchauffage, les blocs cathodiques composés de graphite sont préchauffés à près de 480 °C afin de minimiser le choc thermique au moment de verser la fonte brûlante d’une température de 1 450 °C. La température de préchauffage ne doit toutefois pas dépasser 500 °C afin de ne pas provoquer une inflammation spontanée des blocs. En parallèle, les barres cathodiques déposées doivent cependant atteindre une température supérieure à 600 °C. Ce défi technique est résolu par des brûleurs linéaires sans flammes intégrés dans la nouvelle installation, qui chauffent par le haut le fer à cathodes. L’acheminement intelligent des gaz de combustion rend un feu inférieur supplémentaire inutile.

Modernisation de la station de chauffage cathodique chez TRIMET à Essen

La nouvelle station de chauffage est le résultat d'une planification intensive. Adaptée aux besoins du site, elle a d'abord été testée comme prototype avant d'être mise en service en janvier 2022 dans l'atelier de réparation des cathodes, après 17 semaines de construction et de montage. C'est ici que les cellules d'électrolyse sont réalimentées pour la production d'aluminium. Pour ce faire, les lingots de cathodes nécessaires à la conduite du courant sont coulés avec de la fonte dans les blocs de cathodes. Onze de ces blocs forment ensuite le fond d'une cellule d'électrolyse.

Des processus de travail plus efficaces garantissent une meilleure sécurité du travail.

Les brûleurs linéaires sont intégrés dans les couvercles à déplacement hydraulique des fours à cathodes. Ainsi, ces derniers peuvent rester complètement fermés pendant la phase de préchauffage des blocs cathodiques. Cette construction innovante réduit de manière drastique les pertes de chaleur. Avec une enveloppe extérieure à une température de seulement 40 °C, le personnel n’est soumis qu’à un faible rayonnement thermique. En outre, la consommation d’énergie a rapidement diminué. Alors que les brûleurs à buse utilisés jusqu’à présent nécessitaient plus de 1 500 m3 de gaz naturel par opération de préchauffage, la nouvelle installation consomme moins de 500 m3. La nouvelle installation fait également baisser le rejet de CO2 d’environ deux tiers. La puissance des nouveaux brûleurs se module en continu grâce à un contrôleur logique programmable ou est diffusée en mode cadencé. En outre, la nouvelle installation est beaucoup plus silencieuse que la précédente : le niveau sonore a pu être réduit de plus de 90 décibels à près de 75 décibels.

En plus des fonctions principales du poste de préchauffage pour cathodes, TRIMET a également rénové les installations annexes et les a adaptées sur mesure au nouveau système. Cela simplifie la manutention et le processus opérationnel. Le transvasement multiple de la fonte liquide pendant le coulage devient inutile grâce à l’installation d’une poche de transfert et de coulage combinés. L’isolation de la poche protège le personnel de la forte chaleur et augmente l’efficacité énergétique. La température de l’enveloppe de la poche a pu être réduite de 525 °C à une température qui varie entre 100 et 270 °C. L’isolation empêche la fonte de refroidir rapidement et donc de perdre sa fluidité. La poche est préchauffée à proximité directe du préchauffage des cathodes. Pour ce faire, un élément de chauffe en forme de doigt est abaissé dans la poche. Un système à air chaud sèche la lingotière à coulée résiduelle requise et évite ainsi des explosions de l’eau liées à l’évaporation par à-coups du condensat.

Les quatre nouveaux fours à cathodes et les deux chauffe-poche et chauffe-lingotière sont équipés de systèmes d’évacuation séparés. Ils acheminent les gaz de combustion vers une cheminée indépendante de 17 mètres de haut, située à l’extérieur du bâtiment et empêchent ainsi une fuite dans l’atelier. TRIMET a profité de la construction du poste de préchauffage pour cathodes pour optimiser l’infrastructure de l’atelier en termes de sécurité du travail. Toutes les conduites d’alimentation en fluides et en énergie ainsi que les conduites d’évacuation des fours à cathodes ont été posées sous l’atelier. Les zones de trébuchement encore présentes ont ainsi été supprimées et la zone de travail est encore plus sécurisée.