DANS UNE INSTALLATION

La présente invention concerne un procédé et un système de régulation de la cuisson de blocs carbonés dans une installation, tout particulièrement une installation de cuisson des anodes en carbone utilisées pour la production d'aluminium par électrolyse.

L'aluminium métal est produit industriellement par électrolyse selon le procédé de Hall-Héroult. A cet effet, on prévoit des cuves comportant au fond un ensemble cathodique et contenant un bain d'électrolyse dans lequel des anodes en matériau carbone sont partiellement immergées. Les anodes sont formées de blocs carbonés moulés qui sont cuits dans des fours.

De façon connue, ces fours comprennent une enceinte extérieure calorifugée, pouvant comporter des murs transversaux définissant des chambres. Les fours sont pourvus de cloisons chauffantes creuses s'étendant longitudinalement, formant entre elles des alvéoles allongées destinées à recevoir les blocs carbonés pour leur cuisson. Une fois les blocs carbonés empilés dans les alvéoles, et avant la cuisson, on introduit dans ces alvéoles un matériau de remplissage granulaire ou pulvérulent appelé « poussier ». Le poussier sert entre autres à protéger les anodes lors de la cuisson, en particulier de l'oxydation qu'elles pourraient subir du fait de la température de cuisson élevée (de l'ordre de 1200°C). La cuisson est obtenue par des gaz chauds circulant à l'intérieur des cloisons. Ces gaz comprennent d'une part de l'air soufflé dans les cloisons au moyen de jambes de soufflage et un combustible primaire - liquide ou gazeux - injecté dans les cloisons, et d'autre part le gaz produit par la cuisson des anodes (hydrocarbures volatils), qui sert de combustible secondaire (complémentaire). L'injection du combustible primaire peut se faire par des rampes de chauffage comportant un ou plusieurs brûleurs, ou un ou plusieurs injecteurs. Dans ce dernier cas, le combustible brûle dans le four du fait de la haute température qui y règne. Les paramètres de chauffage sont déterminés avec précision et sont généralement fixes pendant toute la durée de cuisson. Puis les gaz injectés et/ou produits sont aspirés depuis les cloisons au moyen de jambes d'aspiration. Au cours du processus de cuisson, les rampes de chauffage sont progressivement déplacées par rapport au four, de sorte que chaque charge d'anode, en un emplacement donné du four, est successivement préchauffée, soumise à la cuisson, puis refroidie. Ce type de fours est appelé « four à feu tournant » (« ring furnace » en anglais). Une fois les anodes refroidies, elles sont évacuées hors des alvéoles. En pratique, on constate que le degré de cuisson des anodes ainsi obtenu est variable, en particulier selon la position qu'occupait le bloc carboné à cuire correspondant dans l'alvéole.

En effet, la répartition du flux gazeux dans les cloisons n'est pas uniforme, de sorte que, en régime permanent, la majeure partie du flux gazeux s'écoule selon des chemins préférentiels, laissant une partie des parois de la cloison avec un contact faible - voire sans contact - avec ce flux gazeux. Il s'ensuit que les blocs carbonés situés dans l'alvéole au voisinage de ces parties peu exposées au flux gazeux apportant l'énergie de chauffage sont moins cuits que les autres blocs carbonés empilés dans l'alvéole. Or, une anode insuffisamment cuite engendre, lors de son utilisation dans la cuve d'électrolyse, un certain nombre de problèmes tels que la modification de paramètres de fonctionnement pouvant conduire à des instabilités ou la création de particules de carbone dans la cuve (« charbonaille »).

Pour résoudre ces problèmes, une solution consiste à augmenter la puissance de chauffage de manière à ce que même les blocs carbonés placés en position défavorable sur le plan de l'échange thermique puissent satisfaire aux exigences de qualité requises. En d'autres termes, avec cette solution, aucune anode n'est trop peu cuite, mais certaines anodes sont cuites au-delà de ce qui est nécessaire. Ceci entraîne une surconsommation énergétique, donc un surcoût. De plus, cette solution conduit souvent à un endommagement prématuré des matériaux réfractaires constituant les parois des cloisons. En effet, les cloisons sont soumises fréquemment à de grands écarts de température et se détériorent en conséquence bien qu'elles soient faites en briques réfractaires. Elles doivent donc être remplacées périodiquement, et il n'est évidemment pas souhaitable de réduire encore leur durée de vie. Une autre solution connue consiste à aménager les cloisons en y intégrant des moyens de répartition du flux gazeux visant à le rendre plus homogène. Toutefois, cette solution nécessite de modifier la structure même des cloisons, ce qui, en plus d'être coûteux, n'est pas toujours réalisable en pratique et ne résout que partiellement le problème. La présente invention vise à améliorer la qualité des anodes - ou plus généralement des blocs carbonés cuits - en particulier la constance de qualité et l'homogénéité des performances au sein d'un même bloc carboné et d'un bloc à l'autre, tout en remédiant aux inconvénients mentionnés ci-dessus.

A cet effet, et selon un premier aspect, l'invention concerne un procédé de régulation de la cuisson de blocs carbonés dans une installation comprenant : - un four qui comporte des cloisons creuses longitudinales dans lesquelles peuvent circuler des gaz chauds de cuisson et définissant entre elles des alvéoles de réception des blocs carbonés à cuire ;

- et un système de chauffage tournant par rapport au four, qui comporte une rampe amont de plusieurs jambes de soufflage d'air dans les différentes cloisons, une rampe aval de plusieurs jambes d'aspiration de gaz depuis les différentes cloisons et, entre lesdites rampes de soufflage et d'aspiration, au moins une rampe de chauffage pourvue d'au moins un organe de chauffage tel qu'un brûleur ou un injecteur de combustible par cloison, la ou les zones situées sous la ou les rampes de chauffage étant dites zones de chauffage forcé, une cloison située dans une zone de chauffage forcé étant parcourue par un gaz circulant entre une ouverture d'entrée et une ouverture de sortie de ladite cloison.

Selon une définition générale de l'invention, dans le but d'homogénéiser la cuisson des blocs carbonés dans une alvéole, le procédé comprend : a) la séparation fictive d'une cloison d'une zone de chauffage forcé en plusieurs secteurs ; b) en fonction de la position d'un secteur considéré dans la cloison et de conditions de fonctionnement dans ladite cloison, la détermination, pour chaque secteur de ladite cloison, de la quantité d'énergie à apporter directement audit secteur ciblé pour l'obtention d'une cuisson sensiblement identique des blocs carbonés reçus en différents endroits de l'alvéole adjacente à ladite cloison ; c) en fonction de la détermination réalisée à l'étape b), l'établissement d'une séquence de variation dans le temps d'au moins un paramètre opérationnel du ou des organes de chauffage de ladite cloison ; d) la répétition de ladite séquence lors d'un cycle de chauffage.

L'invention permet donc de gérer la cuisson de chaque secteur de façon spécifique et individuelle - tout en tenant compte des conséquences sur ledit secteur des apports en chauffage dans les autres secteurs. Ainsi, par exemple, le chauffage d'un secteur en amont entraîne généralement l'apport de chaleur dans un secteur adjacent en aval ; de façon similaire, le chauffage d'un secteur en bas entraîne généralement l'apport d'un minimum de chaleur au secteur situé au-dessus.

Il est à noter que les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport au sens du feu, qui est également le sens de déplacement du flux gazeux. L'invention concerne aussi bien les fours comportant au moins un mur transversal que ceux qui n'en possèdent pas.

Selon l'invention, les paramètres de chauffage sont propres à chaque secteur, et sont de plus variables dans le temps au cours d'un cycle de chauffage (qui dure typiquement de l'ordre de 20 à 40 heures).

Le principe à la base de l'invention est donc de cibler les secteurs où apporter de l'énergie, de façon â bien cuire chacun des blocs carbonés, dans toute l'alvéole, plutôt que de vouloir cuire grossièrement l'ensemble des anodes comme dans l'art antérieur. Il est à noter que le fait de cibler un secteur pour lui apporter directement de l'énergie ne se traduit pas nécessairement par un déplacement de la flamme dans ledit secteur. Cet apport ciblé peut être obtenu par le fait que les gaz chauds de combustion sont localisés dans ledit secteur, suite au choix approprié des différents paramètres.

De façon concrète, en fonction des conditions de fonctionnement dans la cloison ou dans un secteur de ladite cloison, notamment de la température, par exemple, on peut jouer sur un paramètre du ou des organes de chauffage, ou plusieurs paramètres en combinaison, pour apporter de l'énergie de façon ciblée au secteur concerné. Bien entendu cet apport d'énergie a des conséquences dans d'autres secteurs, et ceci est pris en compte pour les prochaines phases d'apport d'énergie de la séquence.

Un avantage important de l'invention réside dans le fait qu'elle ne nécessite pas de modification structurelle de la cloison, et peut donc être mise en œuvre sur une installation existante.

Selon une réalisation possible, la séquence comprend une succession de phases où les paramètres opérationnels du ou des organes de chauffage de ladite cloison sont sensiblement inchangés, les paramètres étant variables d'une phase à l'autre dans une même séquence, et la durée d'une phase est inférieure à 30 minutes, de préférence inférieure à 10 minutes. Un cycle de chauffage comporte quant à lui plusieurs séquences, de préférence identiques.

Plus particulièrement, la durée d'une phase peut être comprise entre 10 secondes et 5 minutes. Cette variation très rapide des paramètres opérationnels du ou des organes de chauffage favorise l'homogénéité de cuisson, et évite qu'un secteur se refroidisse. Le fait de passer assez fréquemment dans chaque secteur permet d'éviter le trop fort refroidissement des secteurs entre chaque passage de la flamme, mais également d'éviter les chauds/froids créant des contraintes thermiques. De plus, on évite la saturation thermique de la brique réfractaire constituant les parois des cloisons. En effet, à partir d'une certaine température, la brique atteint un palier de transmission thermique et le fait de chauffer davantage n'améliore pas le transfert thermique mais favorise la dégradation de la brique réfractaire. Il reste toutefois important de passer assez de temps par cycle dans chaque secteur pour chauffer efficacement.

La ou les conditions de fonctionnement dans ladite cloison peuvent comprendre au moins l'un parmi : la température des gaz circulant dans la cloison, la température des parois des cloisons de l'alvéole, la pression des gaz dans la cloison, le débit de l'écoulement des gaz (qui a pour effet notamment de chasser les gaz injectés vers l'aval), la concentration en oxygène et la concentration en monoxyde de carbone. Ces facteurs peuvent être obtenus par mesure directe ou par calcul, selon les cas. Il peut s'agir d'une donnée ponctuelle ou d'une moyenne temporelle, ou d'une moyenne temporelle pondérée du temps passé dans chaque secteur, par exemple sur une phase de la séquence. Ces facteurs permettent de commander le ou les organes de chauffage en conséquence. Le ou les paramètres opérationnels du ou des organes de chauffage de ladite cloison peuvent être choisis parmi :

- la pression du combustible introduit dans la cloison par l'organe de chauffage ;

- la durée d'injection du combustible ;

- la quantité de combustible introduite ;

- le débit de combustible introduit ;

- la répartition du combustible introduit par un organe de chauffage dans ladite cloison entre un organe amont et un organe aval ;

- le diamètre de sortie de l'organe de chauffage ;

- la profondeur de l'organe de chauffage dans ladite cloison. En particulier, en jouant sur la pression du combustible, on peut atteindre un secteur bas sans trop chauffer le secteur situé au-dessus, c'est-à-dire le secteur situé entre l'organe de chauffage et ledit secteur bas. En jouant sur la durée d'injection du combustible (avec une durée d'impulsion variable dans le temps), on peut agir sur la longueur de flamme, donc obtenir un chauffage ciblé d'un secteur haut ou, au contraire, d'un secteur bas. La quantité de combustible introduite se traduit par la quantité de chaleur apportée au secteur ciblé. La répartition entre un organe amont et un organe aval de chauffage permet de favoriser le chauffage d'un secteur amont ou, au contraire, d'un secteur aval. En jouant sur la profondeur de l'organe de chauffage, on peut également favoriser le chauffage d'un secteur haut ou d'un secteur bas. „

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Dans le cas où l'on joue sur un paramètre tel que la profondeur de l'injecteur ou le diamètre de sortie, on peut, en pratique, prévoir plusieurs injecteurs ou un injecteur multiple dans la cloison, éventuellement dans le même orifice, seul l'un d'eux fonctionnant au moment considéré. Dans le cas particulier de la profondeur, on peut prévoir un unique injecteur motorisé afin de faire varier sa profondeur dans la cloison.

Par exemple, on peut prévoir une répartition globale du combustible introduit, en quantité de gaz, de 50% à 90% pour l'organe de chauffage amont et de 10% à 50% pour l'organe de chauffage aval.

Plus précisément, dans une séquence, la répartition du combustible introduit, peut être :

- de 75% à 95% pour l'organe de chauffage amont et de 5% à 25% pour l'organe de chauffage aval, pendant une durée comprise entre 50% et 75% de la durée de la séquence ;

- et de 5% à 25% pour l'organe de chauffage amont et de 75% à 95% pour l'organe de chauffage aval, pendant une durée comprise entre 25% et 50% de la durée de la séquence.

De préférence, au cours d'une séquence, on apporte de l'énergie directement à chacun des secteurs de la cloison au moins une fois. C'est-à-dire que chaque secteur est ciblé au moins une fois dans une séquence. En d'autres termes, il s'agit de chauffer l'intégralité de la cloison, que ce soit haut ou bas, amont ou aval.

Avantageusement, au cours d'une séquence, on apporte plus fréquemment et/ou plus longtemps de l'énergie directement aux secteurs de la cloison dans lesquels le débit de l'écoulement de gaz est moindre. C'est dans ces secteurs que la cuisson des blocs carbonés est moins efficace, par exemple dans les coins en bas de la cloison. La quantité d'énergie nécessaire n'est pas la même pour chaque secteur, c'est pourquoi tous les secteurs n'ont pas besoin d'être ciblés à la même fréquence.

De préférence, les phases d'une séquence sont définies de façon à éviter l'introduction de combustible dans un secteur dans lequel s'écoulent les fumées de combustion d'un autre secteur, car ces fumées sont pauvres en oxygène. Par exemple, au cours d'une phase, il peut être préférable de ne pas injecter le combustible immédiatement en aval du secteur où on a injecté du combustible dans la phase précédente. De façon concrète, on peut prévoir de mesurer ou de calculer la quantité d'oxygène ou de C0 ₂ dans un secteur avant d'y introduire du combustible. Selon un mode de réalisation possible, on sépare fictivement ladite cloison en plusieurs secteurs dont au moins : un secteur amont haut, un secteur amont bas, un secteur aval haut et un secteur aval bas. Ces secteurs reflètent les inhomogénéités de transferts thermiques généralement constatées dans les cloisons de l'art antérieur. Pour améliorer encore l'homogénéité de cuisson, on peut également séparer fictivement ladite cloison en plusieurs secteurs dont au moins :

- un secteur amont haut, un secteur amont bas, et au moins un secteur amont intermédiaire ;

- un secteur aval haut, un secteur aval bas, et au moins un secteur aval intermédiaire.

Le système de chauffage définit successivement, de l'aval vers l'amont, une zone de préchauffage forcé, une première zone de chauffage forcé et une deuxième zone de chauffage forcé.

Typiquement, les séquences de variation dans le temps d'au moins un paramètre opérationnel du ou des organes de chauffage d'une cloison d'une zone sont différentes entre lesdites zones.

Le procédé peut être tel que :

- dans une cloison de la zone de préchauffage forcé, on cible préférentiellement, pour l'apport direct de quantité d'énergie, les secteurs situés en amont et en bas. Ces secteurs clés sont ceux qui sont le plus facilement chauffés par les procédés de cuisson habituels (les secteurs moins bien chauffés étant l'aval et le haut). Dans cette zone de préchauffage forcé, on cherche à monter en température rapidement, donc on met en œuvre une forte concentration sur les secteurs clés de la cloison ;

- dans une cloison de la première zone de chauffage forcé, on cible les différents secteurs de façon sensiblement identique, pour l'apport direct de quantité d'énergie.

Contrairement à la zone de préchauffage forcé, on a une concentration de chaleur moins forte sur les secteurs clés de la cloison. Le but dans cette première zone de chauffage forcé est de cuire les blocs carbonés ;

- et/ou dans une cloison de la deuxième zone de chauffage forcé, on cible préférentiellement, pour l'apport direct de quantité d'énergie, les secteurs situés en aval et en haut. Ces secteurs sont ceux qui sont le moins chauffés par les procédés de cuisson habituels. Dans cette deuxième zone de chauffage forcé, on cherche à homogénéiser la _

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cuisson, donc on renforce le chauffage dans les secteurs précités et on maintien la température dans les autres secteurs.

Selon un deuxième aspect, l'invention concerne une installation de cuisson de blocs carbonés comprenant : - un four qui comporte des cloisons creuses longitudinales dans lesquelles peuvent circuler des gaz chauds de cuisson et définissant entre elles des alvéoles de réception des blocs carbonés à cuire ;

- et un système de chauffage tournant par rapport au four, qui comporte une rampe amont de plusieurs jambes de soufflage d'air dans les différentes cloisons, une rampe aval de plusieurs jambes d'aspiration de gaz depuis les différentes cloisons et, entre lesdites rampes de soufflage et d'aspiration, au moins une rampe de chauffage pourvue d'au moins un organe de chauffage tel qu'un brûleur ou un injecteur de combustible par cloison, la ou les zones situées sous la ou les rampes de chauffage étant dites zones de chauffage forcé, une cloison située dans une zone de chauffage forcé étant parcourue par un gaz circulant entre une ouverture d'entrée et une ouverture de sortie de ladite cloison.

Dans le but d'homogénéiser la cuisson des blocs carbonés dans une alvéole adjacente à une cloison d'une zone de chauffage forcé séparée fictivement en plusieurs secteurs, le système comprend : - des moyens de détermination, en fonction de la position d'un secteur considéré dans la cloison et de conditions de fonctionnement dans ladite cloison, et pour chaque secteur de ladite cloison, de la quantité d'énergie à apporter directement audit secteur ciblé pour l'obtention d'une cuisson sensiblement identique des blocs carbonés reçus en différents endroits de l'alvéole adjacente à ladite cloison ; - des moyens pour établir une séquence de variation dans le temps d'au moins un paramètre opérationnel du ou des organes de chauffage de ladite cloison, en fonction de la détermination effectuée par les moyens de détermination ;

- des moyens permettant de répéter ladite séquence lors d'un cycle de chauffage.

On décrit à présent, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs modes de réalisation possibles de l'invention, en référence aux figures annexées :

La figure 1 est une vue partielle, en perspective, d'une installation de cuisson d'anodes typique et plus particulièrement du four de cette installation ; La figure 2 est une vue de dessus du four, montrant également un système de chauffage typique ;

La figure 3 est une représentation schématique en vue latérale des cloisons situées au niveau du système de chauffage de la figure 2 ; La figure 4 est une vue d'une cloison du type à entretoises, séparée en six secteurs fictifs ;

La figure 5 est une vue d'une cloison du type à chicanes, séparée en quatre secteurs fictifs ;

Les figures 6, 7 et 8 sont des diagrammes représentant le degré de cuisson des anodes selon leur position dans une alvéole, dans un four au fioul comprenant des cloisons du type sans chicanes et à entretoises. Ces données ont été obtenues par des mesures réalisées sur des anodes après leur cuisson. Les zones plus foncées représentent les zones les plus cuites. La figure 6 représente les résultats de l'art antérieur, avec une injection de combustible selon des impulsions fixes. Les figures 7 et 8 sont relatives au procédé selon l'invention, avec des durées d'impulsion variables dans le temps ;

Les figures 9 à 11 illustrent schématiquement une séquence possible, respectivement pour une cloison de la zone de préchauffage forcé, de la première zone de chauffage forcé, et de la deuxième zone de chauffage forcé, dans un four sans chicanes.

Une installation de cuisson d'anodes comprend un four 1 à feu tournant. La description détaillée qui suit porte sur l'application de l'invention aux installations comprenant un four à chambres, telles qu'illustrées aux figures 1 à 3. L'invention n'est toutefois pas limitée à ce type de fours. En particulier, l'invention est également applicable aux installations comportant un four sans murs transversaux intermédiaires entre les murs d'extrémité.

Le four 1 comprend une enceinte 2 calorifugée de forme sensiblement parallélépipédique, par rapport à laquelle on définit une direction longitudinale X et une direction transversale Y. Dans l'enceinte 2 sont disposés des murs transversaux 3 définissant des chambres C successives selon la direction X. Dans chaque chambre C sont prévues des cloisons 4 creuses disposées dans le sens longitudinal, formant entre elles des alvéoles 5 allongées. Chaque chambre C comporte ainsi plusieurs cloisons 4a à 4i, comme illustré sur la figure 2. Les cloisons 4 comprennent des parois latérales 6 minces généralement séparées par des entretoises 7 et/ou des chicanes 8. Les extrémités des cloisons creuses comportent des ouvertures 10 et sont encastrées dans des échancrures 9 des murs transversaux 3. Ces échancrures 9 sont elles-mêmes munies d'ouvertures 10' situées en regard des ouvertures 10 des cloisons 4, afin de permettre le passage des gaz circulant dans les cloisons 4 d'une chambre C à la suivante. Les cloisons 4 comprennent en outre des orifices 11 qui servent notamment à introduire des organes de chauffage (qui sont ici des injecteurs 30 mais pourraient également être des brûleurs de combustible), ou des jambes d'aspiration 12 d'une rampe d'aspiration 13 raccordée à un conduit principal 14 longeant le four 1 , ou des jambes de soufflage d'air, etc.

Comme on le voit plus particulièrement sur la figure 2, les chambres C forment une longue travée 15 dans la direction longitudinale, et le four 1 comprend typiquement deux travées parallèles, chacune ayant une longueur de l'ordre d'une centaine de mètres, délimitées par un mur central 16. Dans chaque travée 15, on a donc des lignes longitudinales de cloisons 4.

Dans les alvéoles 5 sont empilés des blocs carbonés 17 crus, c'est-à-dire les anodes à cuire, et l'alvéole 5 est remplie d'un matériau granulaire ou pulvérulent (typiquement à base de coke), appelé « poussier » 18, qui entoure ces blocs 17 et les protège pendant leur cuisson. L'installation de cuisson d'anodes comprend également un système de chauffage, qui comporte typiquement : une rampe de soufflage amont 19 de plusieurs jambes de soufflage 20 d'air dans les différentes cloisons 4 d'une chambre C (par les orifices 11), deux ou trois rampes de chauffage 21 , 22, 23 composée chacune d'un ou deux injecteurs 30 (ou brûleurs) de combustible par cloison, et une rampe d'aspiration aval 13 de plusieurs jambes d'aspiration 12 de gaz depuis les différentes cloisons 4 d'une chambre C (depuis les orifices 1 1).

Comme on le voit sur la figure 3, les différents éléments constitutifs du système de chauffage sont disposés à distance les uns des autres selon la configuration fixe typique suivante : la rampe de soufflage d'air 19 est située en entrée d'une chambre C1 donnée ; la première rampe 21 d'injecteurs 30 est disposée au-dessus de la cinquième chambre C5 en aval de la rampe de soufflage d'air 19, la deuxième rampe 22 d'injecteurs 30 est disposée au-dessus de la chambre C6 située immédiatement en aval de la première rampe 21 ; la troisième rampe 23 d'injecteurs 30 est disposée au-dessus de la chambre C7 située immédiatement en aval de la deuxième rampe 22 ; et la rampe d'aspiration 13 est située en sortie de la troisième chambre C10 en aval de la troisième rampe 23. Plus généralement, la position relative des différents éléments est toujours la même (à savoir, dans le sens du feu, la rampe de soufflage 19, les rampes d'injecteurs 21 , 22, 23 et la rampe d'aspiration 13). Toutefois, l'espacement (en nombre de chambres) entre des éléments peut varier d'un four à l'autre. C'est ainsi que la première rampe 21 d'injecteurs 30 pourrait être positionnée au-dessus de la chambre C4 ou C3. Par ailleurs, la rampe d'aspiration 13 pourrait être située en sortie de la deuxième chambre en aval de la troisième rampe 23. En outre, le nombre de rampes de chauffage sur le four peut varier.

Lors des opérations de cuisson, de l'air est soufflé par les jambes de soufflage 20. Cet air, mélangé au combustible primaire injecté par les rampes d'injecteurs 21 , 22, 23 et au combustible secondaire produit par la cuisson des anodes, circule dans les lignes longitudinales de cloisons 4, de chambre en chambre, en suivant le chemin formé par les chicanes 8 - lorsqu'elles sont présentes - et en passant d'une cloison à une autre par les ouvertures 10, jusqu'à être aspiré par les jambes d'aspiration 2. Entre une jambe de soufflage 20 et une jambe d'aspiration 12 correspondante, on a donc une ligne de circulation de gaz 24 globalement longitudinale le long des cloisons 4 successives. Par « globalement longitudinale », on entend que le gaz circule, depuis une jambe de soufflage vers la jambe d'aspiration correspondante, selon la direction X de façon globale, tout en effectuant localement des mouvements. En particulier, lorsque les chicanes 8 sont présentes, ces mouvements s'apparentent à des ondulations, comme illustré sur la figure 3.

Comme indiqué ci-dessus, le flux gazeux est constitué d'air, du gaz issu de la combustion du combustible liquide ou gazeux injecté, et des matières volatiles dégagées par les blocs carbonés 17. La chaleur produite par la combustion du combustible de chauffage (primaire) et des matières volatiles (combustible secondaire) dégagées par les blocs carbonés est transmise aux blocs carbonés 17 contenus dans les alvéoles 5, ce qui entraîne leur cuisson.

Un processus de cuisson de blocs carbonés, pour une chambre C donnée, comprend typiquement le chargement des alvéoles 5 de cette chambre C en blocs carbonés 17 crus, le chauffage de cette chambre C jusqu'à la température de cuisson des blocs carbonés 17 (typiquement de 1 100 à 1200 °C), le refroidissement de la chambre C jusqu'à une température qui permette d'enlever les blocs carbonés cuits et le refroidissement de la chambre C jusqu'à la température ambiante.

Le principe du feu tournant consiste à effectuer successivement le cycle de chauffage sur les chambres du four par un déplacement du système de chauffage. Ainsi, une chambre donnée passe successivement par des périodes de préchauffage naturel (par les gaz chauds circulant dans les cloisons), de chauffage forcé (incluant un préchauffage forcé) et de refroidissement. La zone de cuisson est formée par l'ensemble des chambres situées entre la rampe de soufflage et la rampe d'aspiration. Sur les figures 2 et 3 est représenté le sens du feu F.

On décrit à présent les conditions régnant dans les différentes chambres C du four 1 au niveau desquelles est placé le système de chauffage à un instant donné, en se reportant aux figures 2 et 3.

Les quatre premières chambres C1 à C4 suivant la rampe de soufflage 19 sont des zones dites de soufflage BL, respectivement BL4, BL3, BL2 et BL1. Il y règne une surpression. Les anodes qui y sont placées sont déjà cuites, et subissent un refroidissement, ce qui a pour conséquence d'augmenter la température de l'air soufflé, qui servira aux combustions. Les six chambres suivantes C5 à C10, jusqu'à la rampe d'aspiration 13, sont des zones en dépression. Sensiblement à la jonction entre ces deux blocs de chambres se situe le « point zéro » PO, c'est-à-dire un point où la pression dans le four 1 est sensiblement égale à la pression atmosphérique. Le point zéro est situé en amont de la première rampe de chauffage afin d'éviter le rejet des produits de combustion dans le milieu ambiant.

Il est prévu une rampe de prise de pression - dite rampe de point zéro 25 (PZR) - afin de réguler la pression au point zéro. Cette rampe 25 est positionnée de façon fixe par rapport au système de chauffage, en amont de la première rampe de chauffage 21 , dans la zone de soufflage BL. Dans la réalisation représentée, la rampe de point zéro 25 est située au niveau des orifices 11 de la cloison 4 situés le plus en aval de la dernière chambre C4, BL1 située dans la zone de soufflage. Toutefois, cette rampe de point zéro 25 pourrait être placée en un autre point de la zone de soufflage BL.

Dans la zone en dépression, on trouve successivement, de l'amont vers l'aval :

- une zone de chauffage forcé HR au niveau des chambres C5, C6 et C7 situées sous les trois rampes de chauffage 21 , 22, 23, comprenant dans les deux premières chambres C5, C6 une zone de chauffage forcé, respectivement HR3, HR2, puis dans la chambre suivante C7 une zone de préchauffage forcé HR1. La température de l'air préchauffé dans les zones de soufflage BL suffit à créer l'inflammation et la combustion du combustible ;

- une zone de préchauffage naturel PN au niveau des chambres C8, C9 et C10, respectivement PN3, PN2 et PN1. Les gaz chauds issus de la zone de chauffage permettent l'inflammation des matières volatiles combustibles libérées par les blocs carbonés lors de leur préchauffage dans la zone de préchauffage.

La chambre C située juste après la rampe d'aspiration 13 (complètement à droite sur la figure 3), nommée chambre morte, est une chambre prête à recevoir des blocs carbonés crus 17, qui subira donc successivement, lorsque le système de chauffage sera déplacé dans le sens F : un préchauffage naturel (PN1 , PN2 puis PN3), un préchauffage forcé (HR1 ), un chauffage forcé (HR2 puis HR3), puis un refroidissement (BL1 , BL2, BL3 puis BL4), avant le déchargement des anodes cuites et refroidies. Un cycle HR dure typiquement de 20 à 40 heures, et il y a donc trois cycles de chauffage forcé (HR1 , HR2, HR3).

Le système de chauffage comprend également un dispositif de mesure de la température, qui comporte typiquement au moins un pyromètre ou un thermocouple 26 par rampe de chauffage et par cloison, disposé chacun immédiatement en aval de chaque rampe de chauffage 21 , 22, 23. II est de plus prévu au moins une rampe de mesure 27 de pression et/ou de température (TPR), disposée entre la dernière rampe de chauffage 23 et la rampe d'aspiration 13, c'est-à-dire dans la zone PN. Dans la réalisation représentée sur les figures 2 et 3, on a une unique rampe TPR permettant de mesurer à la fois la température et la pression. Cette rampe est positionnée au niveau de la même chambre C10 que la rampe d'aspiration 13, c'est-à-dire dans la première chambre de préchauffage naturel PN1 , par exemple dans l'orifice 1 1 le plus en amont de cette chambre.

Afin d'homogénéiser la cuisson des blocs carbonés situés dans une alvéole 5 donnée, dans une zone de chauffage forcé HR, l'invention prévoit un procédé de régulation qui, pour l'essentiel, consiste à cibler plus particulièrement un secteur d'une cloison 4 présentant un besoin en chauffage, et à lui apporter directement la quantité d'énergie requise. Sont ainsi définies des phases de chauffage individuel d'un secteur particulier, avec des paramètres de chauffage de préférence constants dans une même phase, mais variables d'une phase à l'autre. L'ensemble des phases successives constitue une séquence qui se répète pendant un cycle de chauffage. Un cycle de chauffage est défini comme suit. Au début du cycle, la rampe de soufflage 19, la rampe d'aspiration 13, les rampes de chauffage 21 , 22, 23 ainsi que les organes de mesure (ici la rampe de point zéro 25, les thermocouples 26, la rampe de mesure 27) sont placés au-dessus des orifices 11 appropriés, comme illustré par exemple sur la figure 3. A la fin du cycle, la rampe de chauffage amont est déplacée pour être placée au-dessus de la chambre située immédiatement en aval de la chambre au-dessus de laquelle se situe la rampe de chauffage la plus en aval. De plus, la rampe de soufflage 19, la rampe d'aspiration 13, et les organes de mesure sont chacun déplacés d'une chambre vers l'aval. En d'autres termes, tout ce passe comme si, globalement, l'ensemble était déplacé d'une chambre vers l'aval, même si l'ordre des rampes de chauffage 21 , 22, 23 a été modifié. Un nouveau cycle de chauffage peut alors commencer.

Il ne s'agit pas, comme dans l'art antérieur, de considérer les blocs carbonés dans l'alvéole comme un tout à cuire, avec des paramètres d'injection fixes, mais de considérer l'alvéole - donc les cloisons qui la bordent - comme constituée de différents secteurs que l'on cherchera à cuire individuellement, indépendamment les unes des autres, grâce à des paramètres d'injection propres à chaque secteur.

De façon concrète, une cloison 4 est séparée fictivement en plusieurs secteurs.

Selon un premier mode de réalisation, illustré sur la figure 4, la cloison 4 est séparée en six secteurs, à savoir : un secteur amont haut (A), un secteur amont intermédiaire (B), un secteur amont bas (C) ; un secteur aval haut (D), un secteur aval intermédiaire (E) et un secteur aval bas (F). Il s'agit ici, à titre d'exemple, d'une cloison 4 dépourvue de chicanes, et possédant uniquement des entretoises 7. Dans ce type de cloisons, les gaz entrent par l'ouverture 10, située en partie haute, se répartissent sur la hauteur de la cloison, puis se regroupent vers l'ouverture 10 de sortie, également située en partie haute. Dans ces conditions, on comprend que les coins inférieurs de la cloison 4 ne sont pas situés sur un chemin d'écoulement préférentiel des gaz, et que les blocs carbonés 17 adjacents à ces coins seront moins cuits que les autres.

Selon un deuxième mode de réalisation, illustré sur la figure 5, la cloison 4 est séparée en quatre secteurs, à savoir : un secteur amont haut (A), un secteur amont bas (C) ; un secteur aval haut (D) et un secteur aval bas (F). Il s'agit ici, à titre d'exemple, d'une cloison 4 du type à chicanes 8. Dans ce type de cloison, les gaz sont contraints de suivre un chemin formant des ondulations, mais il n'en reste pas moins que certaines parties de la cloison sont davantage soumises au flux gazeux que d'autres.

Il est également possible de séparer la cloison 4 en un nombre différent de secteurs, par exemple en huit secteurs.

Pour l'obtention d'un même degré de cuisson d'un bloc carboné, les secteurs présentent des besoins différents en apport d'énergie selon leur position dans la cloison 4. En effet, certains secteurs sont avantagés sur le plan de l'échange thermique, parce qu'ils se situent sur le chemin d'écoulement préférentiel des gaz chauds et/ou parce qu'ils bénéficient de l'énergie apportée à d'autres secteurs. Afin de remédier à ce problème d'inhomogénéité, le procédé de régulation de la cuisson selon l'invention prévoit de déterminer pour chaque secteur A-F de la cloison 4 la quantité d'énergie à lui apporter directement, de façon ciblée, pour que les blocs carbonés logés dans l'alvéole 5 adjacente aient, à l'issue du processus de cuisson et de refroidissement, sensiblement le même degré de cuisson.

Cette détermination tient compte de la position du secteur A-F considéré dans la cloison 4, mais également de conditions de fonctionnement dans la cloison 4. En effet, les conditions de fonctionnement peuvent notamment influer sur la répartition du combustible injecté, donc sur les échanges thermiques. Ces conditions de fonctionnement comprennent au moins un facteur parmi : la température des gaz circulant dans la cloison 4 (qui peut être mesurée par un thermocouple 26), la température des parois de la cloison 4, la pression des gaz dans la cloison 4, le débit de l'écoulement des gaz, la concentration en oxygène et la concentration en monoxyde de carbone.

En fonction de cette détermination du besoin en chauffage de chaque secteur A-F, sur un cycle de chauffage, le procédé selon l'invention prévoit d'établir une séquence de variation dans le temps d'au moins un paramètre opérationnel du ou des organes de chauffage de la cloison 4. Ces paramètres opérationnels comprennent typiquement : la pression du combustible introduit dans la cloison par l'injecteur 30, la durée d'injection du combustible (à savoir la durée de chaque injection de combustible, l'injection étant non continue), la quantité de combustible introduite, le débit du combustible introduit, la répartition du combustible introduit par un injecteur amont 30a et un injecteur aval 30b, le diamètre de sortie de l'injecteur 30, la profondeur de l'injecteur 30 dans la cloison 4.

Selon le choix du ou des paramètres, il est possible d'apporter de l'énergie de façon ciblée à un secteur donné, les autres secteurs ne bénéficiant pas directement de cet apport de chaleur, mais bénéficiant toutefois des conséquences de cet apport de chaleur.

En particulier, il est possible de régler la longueur de la flamme du combustible et/ou la position du point chaud de cette flamme, notamment en fonction de la pression du combustible introduit dans la cloison par l'injecteur 30, et/ou de la durée d'injection du combustible. Ceci permet de cibler plutôt un secteur haut A, D avec une flamme courte (correspondant à des durées d'injection courtes), ou au contraire plutôt un secteur bas C, F, avec une flamme longue (correspondant à des durées d'injection longues). Pour contrôler le débit de combustible injecté, on modifie alors la fréquence des impulsions d'injection. Par ailleurs, il est possible de favoriser le chauffage d'un secteur amont A, B, C ou au contraire d'un secteur aval D, E, F en fonction de la répartition du débit de combustible injecté par l'injecteur amont 30a ou par l'injecteur aval 30b.

Un autre avantage du fait de cibler le secteur à chauffer est que, contrairement à l'art antérieur où les conditions d'injection sont constantes, le point chaud se déplace sur les parois de la cloison. Ainsi, on évite de solliciter tout particulièrement une portion de la cloison qui de ce fait subirait un vieillissement prématuré.

On définit ainsi plusieurs phases successives de chauffage ciblé d'un secteur. De préférence, les phases ont une durée assez faible, généralement inférieure à 30 minutes, voire inférieure à 10 minutes. Par exemple, la durée d'une phase est comprise entre 10 secondes et 5 minutes. Ceci permet d'éviter de trop grands écarts de température dans un secteur, puisque les différents secteurs n'ont pas le temps de trop se refroidir.

La succession de ces phases constitue une séquence qui est répétée pendant tout le cycle de chauffage. La séquence est établie de façon à respecter un certain nombre de principes généraux avantageux. Ainsi, au cours d'une séquence, chacun des secteurs A- F est ciblé au moins une fois, c'est-à-dire qu'il reçoit de l'énergie directement et non comme une conséquence du chauffage apporté à d'autres secteurs. Egalement, on veille à apporter plus fréquemment et/ou plus longtemps de l'énergie directement aux secteurs de la cloison dans lesquels le débit de l'écoulement de gaz est moindre. Ces secteurs sont en effet défavorisés sur le plan de l'échange thermique, et cela est compensé par un apport accru d'énergie. Par ailleurs, au sein de la séquence, on évite de prévoir une phase au cours de laquelle du combustible est injecté dans un secteur dans lequel s'écoulent les fumées de combustion d'un autre secteur, car cela nuirait à la combustion du combustible injecté, et donc à l'apport d'énergie au secteur ciblé. Afin d'optimiser la régulation du degré de cuisson, il est avantageux d'adapter la séquence à la zone de chauffage forcé HR considérée, car les phénomènes intervenant dans les zones HR1 , HR2 et HR3 sont différents. Ainsi :

- dans une cloison de la zone de préchauffage forcé HR1 , on cherche à monter en température rapidement et, à cet effet, on cible préférentiellement, pour l'apport direct de quantité d'énergie, les secteurs situés en amont et en bas ;

- dans une cloison de la première zone de chauffage forcé HR2, on cherche à cuire les blocs carbonés et, à cet effet, on cible les différents secteurs de façon sensiblement identique, pour l'apport direct de quantité d'énergie ; - dans une cloison de la deuxième zone de chauffage forcé HR3, on cherche à homogénéiser la cuisson et, à cet effet, on cible préférentiellement, pour l'apport direct de quantité d'énergie, les secteurs situés en aval et en haut.

Les figures 6 à 8 illustrent l'amélioration de l'homogénéité de cuisson obtenue grâce à l'invention.

Les figures 6 à 8 correspondent à une série d'essais, sur des cloisons sans chicanes et avec entretoises, avec du fioul comme combustible. Sur un cycle de 30h, il a été procédé à un préchauffage forcé pendant 30h. Les blocs carbonés ont été soumis à une température de 1190°C pendant 60h. Après la cuisson, des carottes ont été prélevées dans les anodes cuites qui occupaient des positions différentes dans l'alvéole. L'analyse cristallographique de ces carottes permet d'évaluer le degré de cuisson, qui est ensuite associé à la position de cette partie d'anode dans l'alvéole. Ceci permet d'obtenir les diagrammes des figures 6 à 8, qui montrent le degré de cuisson en fonction de la partie de cloison considérée, les zones les plus foncées correspondant aux zones les plus cuites.

La figure 6 correspond à un essai de cuisson avec des impulsions d'injection de combustible fixes. Ceci reflète l'hétérogénéité de cuisson de l'art antérieur.

Avec des impulsions d'injection de combustible variables, conformément à l'invention, c'est-à-dire en faisant varier la longueur de flamme dans le temps, on constate une homogénéité de cuisson améliorée, mais également un degré de cuisson moyen plus important (figures 7 et 8).

Les figures 7 et 8 correspondent à des tests effectués à des moments différents, mais avec des conditions d'essais identiques.

Les figures 9 à 11 illustrent schématiquement une séquence possible, respectivement pour une cloison de la zone de préchauffage forcé HR1 , de la première zone de chauffage forcé HR2, et de la deuxième zone de chauffage forcé HR3, dans un four sans chicanes, où une cloison est séparée fictivement en 6 zones. La durée pendant laquelle un secteur est ciblé est de l'ordre de quelques dizaines de secondes, par exemple 30 secondes. Ainsi, comme illustré sur la figure 9, une séquence possible pour la zone de préchauffage forcé HR1 est : C, A, E, C, F, D, C, B, C, A, B, F. En d'autres termes, au cours d'une séquence, le secteur A est ciblé 2 fois, le secteur B est ciblé 2 fois, le secteur C est ciblé 4 fois, le secteur D est ciblé 1 fois, le secteur E est ciblé 1 fois, et le secteur F est ciblé 2 fois. Comme illustré sur la figure 10, une séquence possible pour la première zone de chauffage forcé HR2 est : C, A, F, B, E, C, D, F. En d'autres termes, au cours d'une séquence, le secteur A est ciblé 1 fois, le secteur B est ciblé 1 fois, le secteur C est ciblé 2 fois, le secteur D est ciblé 1 fois, le secteur E est ciblé 1 fois, et le secteur F est ciblé 2 fois.

Enfin, comme illustré sur la figure 11 , une séquence possible pour la deuxième zone de chauffage forcé HR3 est : F, C, D, F, C, A. En d'autres termes, au cours d'une séquence, le secteur A est ciblé 1 fois, le secteur B n'est jamais ciblé, le secteur C est ciblé 2 fois, le secteur D est ciblé 1 fois, le secteur E n'est jamais ciblé, et le secteur F est ciblé 2 fois.

Ainsi, l'invention apporte une amélioration déterminante à la technique antérieure, en permettant d'obtenir une cuisson homogène des anodes, par l'adaptation de la fourniture d'énergie thermique au besoin de chaque secteur des cloisons séparant les alvéoles de réception des blocs carbonés à cuire. Un autre avantage de l'invention est de permettre une diminution de la consommation d'énergie grâce à une meilleure utilisation du combustible. De plus, le fait de moins chauffer les cloisons de façon globale limite la création de points chauds où les parois des cloisons sont particulièrement sollicitées.

Il va de soi que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci- dessus à titre d'exemples mais qu'elle comprend tous les équivalents techniques (notamment les cloisons avec chicanes) et les variantes des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons.