Etude de l'influence des parametres de vibro-compaction sur les proprietes mecaniques des anodes crues en carbone.

摘要

La qualite des matieres premieres utilisees lors de la fabrication des anodes en carbone pour la production de l'aluminium primaire par le procede Hall-Heroult se degrade de jour en jour. Afin de pouvoir ameliorer la qualite et du fait meme la duree de vie ainsi que les couts de production de ces anodes, dans le cadre de ce projet, l'interet est porte au procede de vibro-compaction. Ce procede fait partie des etapes importantes de la fabrication des anodes en carbone. Actuellement, dans la plupart des industries; ce sont les vibro-compacteurs qui sont utilises pour la production des anodes. Les vibro-compacteurs sont plus performants en plus d'avoir un meilleur rendement. Cependant, ces machines necessitent un controle de meme qu'un suivi en continu afin d'eviter des bris majeurs vu leur fonction de base qui est la vibration. L'objectif de cette etude est de comprendre ce procede et ainsi faire le lien entre les parametres de vibro-compaction et les proprietes mecaniques des anodes crues. La methodologie elaboree pour repondre a la problematique et ainsi atteindre les objectifs de cette etude est basee simultanement sur des approches experimentales et analytiques. L'approche experimentale porte sur les caracterisations physiques et mecaniques des anodes industrielles et aussi sur les analyses des mesures vibratoires des vibro-compacteurs industriels et celui du laboratoire. Cette approche englobe egalement la fabrication des anodes en laboratoire avec des parametres de vibro-compaction variables. Pour ce qui est de l'approche analytique, c'est le developpement de modeles dynamiques du vibro-compacteur a un degre de liberte 1-DDL et a deux degres de liberte 2-DDL qui ont ete realises. La premiere campagne de caracterisation porte sur la cartographie des proprietes physiques et mecaniques dans les trois directions de quatre anodes crues industrielles formees avec le meme materiel et les memes conditions de malaxage et de vibro-compaction. Les resultats obtenus montrent que la qualite des anodes produites est largement affectee par les vibro-compacteurs qui sont utilises lors de la formation de ces anodes. Par la suite, une autre campagne de caracterisation plus poussee a ete realisee sur huit anodes industrielles crues, mais cette fois-ci en prenant des mesures vibratoires afin de comprendre ce qui se passe reellement au niveau de la mecanique de fonctionnement des vibro-compacteurs. Les anodes testees ont ete formees avec des matieres premieres et des conditions de vibro-compaction variables. Les resultats obtenus montrent que les proprietes des parties du bas de ces anodes sont relativement faibles comparees a celles du haut dans tous les cas etudies. Ce resultat est relie aux accelerations generees entre les tables de vibration et les tiges-guides des vibro-compacteurs. Une evaluation des principaux parametres de vibro-compaction a ete effectuee par l'equipe de vibro-compactage de la chaire UQAC-AAI sur le carbone. Les principaux parametres ont ete fournis a une entreprise externe pour la conception du vibro-compacteur du laboratoire. Par la suite, une calibration de ce vibro-compacteur a ete realisee en effectuant des mesures vibratoires. Des procedures de suivi et de diagnostic de l'etat du vibro-compacteur du laboratoire ont ete etablies dans ce projet. Actuellement, tous ceux qui utilisent cet equipement suivent ces procedures afin de mieux controler leur fabrication d'anodes. D'un autre cote, des anodes a l'echelle du laboratoire ayant la meme recette de pâte que le partenaire industriel ont ete fabriquees avec des parametres de vibro-compaction variables. Les resultats obtenus montrent les relations existantes entre la variation des parametres de vibro-compaction et la qualite des anodes formees. Cette campagne a permis aussi de calculer experimentalement la rigidite de la pâte d'anode qui par la suite a ete integree dans un modele dynamique a deux degres de liberte du vibro-compacteur developpe dans ce projet de recherche. Ce modele a 2-DDL developpe est unique, car il permet de simuler les vibrations generees par les vibro-compacteurs en prenant en consideration une rigidite de pâte actuelle mesuree experimentalement. La validation de ce modele est realisee avec les donnees tirees de la revue de litterature de meme qu'avec les donnees experimentales obtenues durant la realisation de cette these. Au final, les travaux qui ont ete realises durant ce projet ont permis d'avoir une meilleure comprehension du procede de vibro-compaction de meme qu'au niveau de la variation de la qualite des anodes crues. Cette etude a aide a mieux diagnostiquer les problemes mecaniques des vibro-compacteurs.