DÉVELOPPEMENT D’UN MODÈLE TRANSITOIRE EN 3D DU FOUR HORIZONTAL DE CUISSON D’ANODES EN CARBONE

Résumé

Dans l’industrie de l’aluminium de première fusion, les anodes en carbone sont consommées continuellement en grande quantité durant la réduction de l’alumine dans les cuves d’électrolyse. Les anodes sont fabriquées à partir de coke calciné, des mégots d’anodes, d’anodes recyclées et de brai de goudron de houille comme liant entre les particules des agrégats solides. Les anodes crues sont cuites dans des fours très larges où elles subissent un traitement thermique afin d’atteindre les propriétés voulues en termes de densité, de résistance mécanique et de conductivité électrique. La cuisson est l’une des étapes de production des anodes la plus importante et la plus couteuse. Le fonctionnement approprié du four permet de fournir des anodes de bonne qualité.

La modélisation mathématique se présente comme un moyen qui permet la prédiction de l’impact des paramètres de design et d’opération du four sur le traitement thermique que subissent les anodes durant la cuisson. Un modèle mathématique 3D transitoire a été développé du four horizontal qui prend en compte les phénomènes les plus importants se produisant durant la cuisson des anodes. Les prédictions du modèle global permettent de donner des informations très détaillées sur toutes les étapes de la cuisson des anodes dans le four. Le modèle 3D a été ajusté afin de simuler tout le feu de cuisson parcourant ainsi lors d’une seule simulation les trois phases de la cuisson ; le préchauffage, le chauffage et le refroidissement. Le modèle a été validé et calibré en comparant les résultats des prédictions avec les données des fours de l’usine d’anode de l’Aluminerie Alouette.

Le modèle mathématique 3D transitoire a été appliqué à différentes configurations du design du four horizontal ainsi que pour tester différents paramètres d’opération. Son utilisation en tant qu’outil de prédiction permet de voir l’impact de n’importe quel aspect géométrique ou opérationnel sur la cuisson des anodes avec la distribution de la température au niveau de toutes les anodes et la température maximale atteinte à n’importe quelle position des anodes.