Au Québec, les alumineries sont de grandes consommatrices d’énergie électrique, soit près de 14% de la puissance installée d’Hydro-Québec. Dans ce contexte, des petits gains en efficacité énergétique des cuves d’électrolyse pourraient avoir un impact important sur la réduction globale de la consommation d’électricité. Le projet de maîtrise décrit dans cette étude répond à la problématique suivante : comment l’optimisation de la géométrie d’un bloc cathodique en vue d’uniformiser la densité de courant peut augmenter l’efficacité énergétique et la durée de vie de la cuve d’aluminium? Le but premier du projet est de modifier la géométrie en vue d’améliorer le comportement thermoélectrique des blocs cathodiques et d’accroître par le fait même l’efficacité énergétique du procédé de production d’aluminium. La mauvaise distribution de la densité de courant dans la cuve est responsable de certains problèmes énergétiques ayant des impacts négatifs sur l’économie et l’environnement. Cette non-uniformité de la distribution du courant induit une usure prématurée de la surface de la cathode et contribue à réduire la stabilité magnétohydrodynamique de la nappe de métal liquide. Afin de quantifier les impacts que peut avoir l’uniformisation de la densité de courant à travers le bloc cathodique, un modèle d’un bloc cathodique d’une cuve de la technologie AP-30 a été conçu et analysé par éléments finis. À partir de son comportement thermoélectrique et de données expérimentales d’une cuve AP-30 tirées de la littérature, une corrélation entre le profil de densité de courant à la surface du bloc et le taux d’érosion local au même endroit a été créée. Cette relation correspond au modèle prédictif de la durée de vie de tout bloc du même matériau à partir de son profil de densité de courant. Ensuite, une programmation a été faite incorporant dans une même fonction coût les impacts économiques de la durée de vie, de la chute de voltage cathodique et de l’utilisation de nouveaux matériaux. Ceci a permis d’évaluer les bénéfices faits à partir d’un bloc modifié par rapport au bloc de référence. Plusieurs paramètres géométriques du bloc sont variables sur un domaine réaliste et l’intégration d’un composant en matériau plus conducteur y a également été étudiée. Utilisant des outils mathématiques d’optimisation, un design de bloc optimal a pu être trouvé. Les résultats démontrent qu’il est possible de générer des économies à partir de la modification du bloc. Il est également prouvé que l’uniformisation de la densité de courant à travers le bloc peut apporter de grands avantages économiques et environnementaux dans le procédé d’électrolyse de l’aluminium. Les résultats de cette étude serviront d’arguments pour les chercheurs dans l’industrie à savoir s’il vaut la peine d’investir ou non dans la fabrication d’un prototype expérimental souvent très coûteux.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usherbrooke.ca/oai:savoirs.usherbrooke.ca:11143/6638 |
| Date | January 2012 |
| Creators | Blais, Mathieu |
| Contributors | Désilets, Martin |
| Publisher | Université de Sherbrooke |
| Source Sets | Université de Sherbrooke |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | Mémoire |
| Rights | © Mathieu Blais |
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