CA2066319A1 - Conducteur electrique, procede de fabrication d'un conducteur electrique et electrode pour cellule d'electrolyse - Google Patents

Abstract

Conducteur électrique, procédé de fabrication d'un conducteur électrique et électrode pour cellule d'électrolyse Conducteur électrique comprenant un barreau métallique (1) chemisé d'un fourreau (2) en un métal différent de celui du barreau, dans lequel le barreau (1) présente au moins une rainure longitudinale (3, 3') contenant un cordon (4, 4') en même métal que le fourreau (2), soudé au barreau (1), et le fourreau (2) présente une ouverture en regard du cordon (4, 4'), ladite ouverture contenant une masse métallique (9, 9') soudée au cordon (4, 4') et au fourreau (2). Le conducteur trouve une application dans des électrodes comprenant une plaque métallique fixée longitudinalement à un conducteur électrique. Figure 1.

Description

Conducteur électrique, procédé de fabrication d'un conducteur électrique et électrode pour cellule d'électrolyse Cas S 91/14 SOLVAY (Sociétlé Anonyme) La présente invention concern~e un conducteur électrique comprenant un barreau métallique chemisé d'un fourreau en un métal différent de celui du barreau.
Des conducteurs electriques de ce type sont communément utilisés dans la construction d'électrodes destinées aux cellules d'électrolyse de solutions aqueuses, notamment des solutions de chlorure de sodium. Dans cette application, ils comprennent habituellement un barreau en cuivre chemisé d'un fourreau en un métal inerte vis-à-vis de l'environnement chimique dans la lO cellule d'électrolyse et ils sont engagés horizontalement ou verticalement entre une paire de plaques métalliques verticales formant l'électrode proprement dite. Par exemple, dans le cas de cathodes destinées à la production électrolytique d'hydrogène et de solutions aqueuses d'hydroxyde de sodium, le métal du fourreau ~5 est généralement choisi parmi le fer, le nickel et leurs alliages. Le barreau en cuivre est utilisé pour sa haute conduc-tibilité électrique et a dès lors pour fonction principale de véhiculer des densités de courant élevées, tandis que le fourreau sert à isoler le barreau en cuivre de l'action corrosive des 20 électrolytes circulant dans la cellule d'électrolyse. Le fourreau exerce en outre la fonction supplémentaire d'assurer une circu-lation du courant électrique entre le barreau et les plaques de l'électrode. Il est dès lors souhaitable de réduire au minimum la résistance electrique de contact entre le barreau et le fourreau.
25 Pour atteindre cet objectif, on a songé à utiliser des conducteurs électriques obtenus par une opération métallurgique de cofilage du barreau et du fourreau. Les conducteurs élec-triques obtenus par cette technique sont toutefois coûteux.
Dans le brevet US-A-4647358, on propose un procédé plus 30 économique pour fabriquer un conducteur électrique destiné au raffinage électrolytique du cuivre. Selon &e procédé, on fabrique .. . . ....... :., : ,.. , - . - -: : :

: . , , . . :,, : ., . - . , ........... -, -, . - : .: : -séparément le barreau en cuivre et le fourreau, ce dernier étant fendu sur toute sa longueur, on engage le barreau dans le fourreau et on soude les bords de la fente du fourreau l'un à
l'autre. Les conducteurs électriques obtenus par ce procéde connus présentent toutefois un piètre conductibilité électrique à
la surface de contact entre le barreau et le fourreau.
L'invention vise à remédier aux inconvénients précités, en fournissant un conducteur électrique formé d~un barreau chemisé
d'un fourreau, qui présente une bonne conductibilité électrique dans la zone de contact entre le barreau et le fourreau et dont la fabricaeion est aisée et économique.
En conséquence, l'invention concerne un conducteur élec-trique comprenant un barreau métallique chemisé d'un fourreau en un métal différent de celui du barreau; selon l'invention, le barreau présente au moins une rainure longitudinale contenant un cordon en même métal que le fourreau, soudé au barreau, et le fourreau présente une ouverture en regard du cordon, ladite ouverture contenant une masse métallique soudée au cordon et au fourreau.
Dans le conducteur électrique selon l'inveDtion, le barreau métallique a pour fonction principale de conduire le courant électrique. Le fourreau remplit deux fonctions : d'une part, il sert à isoler le barreau de l'environnement chimique dans lequel le conducteur électrique est utilisé; d'autre part, il sert à
transférer le courant électrique dans le sens transversal au barreau entre celui-ci et un élément métallique (par exemple une électrode) relié au fourreau.
Le profil du barreau n'est pas critique. Il peut par exemple consister en un cylindre de section circulaire ou ovale, ou en un parallélépipède allongé, dont la section transversale est un carré, un rectangle, un trapèze ou un autre polygone régulier ou non. Pour une raison de facilité de construction, on utilise de préférence un barreau rectiligne de section transversale carrée ou rectangulaire. Selon l'invention, le barreau présente une rainure longitudinale. Celle-ci peut s'étendre sur la totalité de la longueur du barreau ou sur un fraction de celle-ci seulement.

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La rainure sert de réceptacle à un cordon métallique constitué du même métal ou alliage que le ~ourreau, ce cordon métallique étant soudé au barreau.
Le fourreau doit avoir un profil qui s'adapte au profil du barreau, de manière qu'il puisse l'envelopper sur approximati-vement la totalité de sa longueur. Le profil du ~ourreau et sa disposition autour du barreau doivent par ailleurs être tels que le fourreau présente une ouverture en regard du cordon métallique se trouvant dans la rainure du barreau. L'ouverture du fourreau peut être une fente qui s'étend sur la totalité de sa longueur ou sur un partie seulement de celle-ci. Elle sert de réceptacle à
une masse métallique constituée du meme métal ou alliage que le fourreau, cette masse métallique étant soudée au cordon et au fourreau.
Le métal du fourreau dépend de la destination du conducteur électrique. Il doit être choisi parmi ceux susceptibles d'être soudés au métal du barreau.
Dans une forme de réalisation particulière du conducteur électrique selon l'invention, le barreau métallique est en cuivre et le fourreau est en un métal choisi parmi le fer, le nickel, les alliages du fer et les alliages du nickel. Les alliages du fer comprennent les aciers ordinaires au carbone et les aciers alliés tels que, par exemple, les aciers inoxydables alliés au chrome, au nickel et au molybdène et les aciers au silicium qui présentent des propriétés électriques particulières. Des exemples d'alliages de nickel sont le monel (alliage de nickel, de cuivre, de fer9 de manganèse, de silicium) et l'inconel (alliage de nickel, de manganèse, de fer, de silicium, de chrome, d'aluminium et de titane). Les conducteurs électriques conformee à cetta forme de réalisation de l'invention trouve une application parti-culière dans la construction de cathodes destinées aux cellules d'électrolyse de solutions aqueuses de chlorure de métal alcalin.
Dans une autre forme de réalisation du conducteur électrique selon l'invent:ion, le fourreau est une tôle métallique repliée autour du barreau de manière à envelopper celui-ci, et l'ouver~
ture précitée est une fente délimitée entre les deux bords .

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juxtaposés de la tôle.
Dans une forme de realisation supplémentaire du conducteur electrique selon l'invention, le barreau présente deu~ rainures longitudinales contenant chacune un cordon en même métal que le fourreau, et le fourreau est formé de deux coques longitudinales distinctes en forme de gouttière, qui coiffent longitudinalement le barreau en ménageant entre leurs bords longitudinaux qui se font face, un écart constituant l'ouverture précitée en regard de chaque cordon. Dans cette forme de réalisation de l'invention, le fourreau présente dès lors deux ouvertures longitudinales en forme de fentes, qui sont situées en face des cordons et qui contiennent deux masses métalliques telles que définies plus haut, soudées respectivement aux deux cordons et aux deux coques.
Dans le conducteur électrique selon l'invention, le barreau est couplé au fourreau par un assemblage soudé, constitué du ou de chaque cordon précité et de la ou de chaque masse métallique précitée. Cet assemblage soudé assure un connexion électrique optimum entre le barreau et le fourreau et réduit en conséquence la résistance au passage du courant électrique entre le barreau et le fourreau.
L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'un conducteur électrique, par assemblage d'un barreau métallique et d'un fourreau en un métal différent de celui du barreau; selon l'invention, on ménage au moins une rainure longitudinale dans le barreau, on soude un cordon en même métal que le fourreau dans la rainure du barreau, on engage le barreau dans le fourreau en ména~eant dans celui-ci une ouverture en regard du cordon et on soude le fourreau au cordon dans l'ouverture susdite.
Dans le procédé selon l'invention, le barreau peut par exemple être obtenu par une opération sidérurgique de laminage.
La rainure peut être formée dans le barreau pendant le laminage, ou bien elle peut être formée ultérieurement par une opération d'usina~e.
Le fourreau peut être obtenu par une opération de laminage du type de celles utilisées pour la fabrication des tubes métal-liques, l'ouverture précitée dans le fourreau étant alors obtenue -.

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s par usinage. On préfère toutefois, selon l'invention, mettre en oeuvre un fourreau obtenu par pliage ou cintrage d'une tôle mé~allique. A cet effet, dans une Eorme de réalisation particu-lière du procédé selon l'invention, on met en oeuvre un fourreau obtenu par cintrage ou pliage d'une tôle métallique, et on maintient entre les bords longitudinaux de la tôle cintrée, un écart formant l'ouverture précitée, destinée à contenir la masse métallique.
Dans une autre forme de réalisation du procédé selon l'invention, on ménage deux rainures longitudinales dans le barreau et on met en oeuvre un fourreau obtenu en accolant deux coques métalliques longitudinales de manière à maintenir un écartement entre leurs bords disposés en vis-à-vis, ledit écartement formant l'ouverture susdite. Dans cette forme de réalisation du procédé selon l'invention, les deux coques ont la forme d'une gouttière et sont par exemple obtenues par emboutis-sage d'une tôle métallique.
Le conducteur électrique selon l'invention est spécialement conçu pour le transport du courant électrique longitudinalement dans le barreau et transversalement à travers le fourreau. Il convient aussi bien pour le courant continu que pour le courant alternatif. Il trouve une application intéressante dans la construction d'électrodes destinées à des procédés d'électrolyse, telles que des cathodes en fer, en acier ou en nickel communément utilisées dans les procédés d'électrolyse de l'eau ou des solutions aqueuses de chlorures de métaux alcalins.
L'invention concerne dès lors aussi une électrode pour cellule d'électrolyse, comprenant au moins une plaque en un métal sélectionné parmi le fer, le nickel5 les alliages du fer et les alliages du nickel, ladite plaque étant fixée à un conducteur électrique conforme à l'invention, dans lequel le barreau est en cuivre et le fourreau est en un même métal que la plaque. Cette électrode trouve une application comme cathode pour la production d'hydrogène et de solutions aqueuses d'hydroxyde de sodium dans une cellule d'électrolyse de solutions aqueuses de chlorure de sodium.

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2~319 Dans l'électrode selon l'invention, la plaque peut être pleine ou ajourée. Elle peut être par exemple une tôle en métal déployé.
Des particularités et détails de l'invention vont ressortir de la description suivante des dessins annexés, qui représentent quelques formes de réalisation du conducteur électrique et de l'électrode selon l'invention.
La figure 1 montre, en section transversale, une forme de réalisation particulière du conducteur électrique selon l~invention.
La figure 2 montre une forme de réalisation particulière de l'électrode selon l'invention, en coupe selon le plan horizontal II-II de la figure 3.
La figure 3 est une section transversale verticale selon le plan III-III de la figure 2.
Dans ces figures, des mêmes notations de référence désignent des éléments identiques.
Le conducteur électrique représenté à la figure 1 comprend un barreau en cuivre 1, dans un fourreau en nickel 2. Le barreau en cuivre est un barreau rectiligne, de section rectangulaire qui a été obtenu par laminage. Il présente, sur deux faces opposées, deux rainures 3, 3'. Les rainures 3 et 3' sont remplies de cordons en nickel 4 et 4'. Les cordons en nickel ont été formés dans les rainures par dépôt à l'état fondu, au moyen d'une ~5 technique conventionnelle de soudure à l'arc en utilisant une baguette de soudure en nickel ou en alliage de nickel, de sorte qu'ils soient soudés au barreau 1.
Le fourreau 2 est constitué de deux coques 5 et 6, ayant la forme de gouttières venant épouser exactement le pourtour du barreau 1. Les coques 5 et 6 ont été obtenues par emboutissage de deux tôles en nickel. Leurs dimensions sont choisies de manière qu'une fente soit délimitée entre leurs bords longitudinaux 7 et 8 en regard du cordon 4 et qu'une seconde fente soit délimitée entre leurs autres bords longitudinaux 7' et 8' en regard du cordon 4'. Ces deux fentes sont remplies respectivement de deux masses en nichel 9 et 9'. Celles-ci sont obtenues par depôt à

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~6~3~9 l'état fondu, au moyen d'une technique conventionnelle de soudure à l'arc en utilisant une baguette de soudure en nickel ou en alliage de nickel, de sorte qu'elles soient soudées aux cordons 4, 4~ et aux coques 5 et 6.
Dans le conducteur représenté à la figure 1, les cordons 4 et 4' et les masses métalliques 9 et 9' réalisent à la fois une fixation mécanique du fourreau 2 au barreau 1 et une jonction électrique de faible résistance entre le barreau 1 et le fourreau 2.
L'électrode représentée aux figures 2 et 3 comprend une paire de plaques verticales ajourée 10, 10' en nickel, disposées parallèlement et en regard ].'une de l'autre, de part et d'autre d'un conducteur métallique horizontal désigné dans son ensemble par la notation de référence 11. Deux feuilles ondulées 12, 12' en nickel servent à relier les plaques 10 et 10' au conducteur 11 .
Le conducteur 11 est conforme à celui représenté à la figure 1 et décrit plus haut.
La fixation des plaques 10 et 10' aux feuilles 12 et 12' est assurée par des points de soudure.
La fixation des feuilles 12 et 12' au conducteur 11 est également obtenue par une opération de soudage. Celle-ci est réalisée le long des masses métalliques 9 et 9' du conducteur électrique, de manière à minimiser la résistance électrique de la jonction entre les plaques 10, 10' et le barreau 1 du conducteur électrique 11.

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Claims (10)

1 - Conducteur électrique comprenant un barreau métallique (1) chemisé d'un fourreau (2) en un métal différent de celui du barreau, caractérisé en ce que le barreau (1) présente au moins une rainure longitudinale (3, 3') contenant un cordon (4, 4') en même métal que le fourreau, soudé au barreau, et en ce que le fourreau (2) présente une ouverture en regard du cordon (4, 4'), ladite ouverture contenant une masse métallique (9, 9') soudée au cordon (4, 4') et au fourreau (2).

2 - Conducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le barreau (1) présente deux rainures longitudinales (3, 3') contenant chacune un cordon (4, 4') en même métal que le fourreau, et en ce que le fourreau (2) est formé de deux coques longitudinales distinctes (5, 6), qui coiffent longitudinalement le barreau en ménageant entre leurs bords longitudinaux (7 et 8;
7' et 8') qui se font face, un écart constituant l'ouverture précitée en regard de chaque cordon (4, 4').

3 - Conducteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la ou chaque rainure longitudinale (3, 3') s'étend sur toute la longueur du barreau (1).

4 - Conducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à
3, caractérisé en ce que le barreau (1) est en cuivre et le fourreau (2) est en un métal sélectionné parmi le fer, le nickel, les alliages du fer et les alliages du nickel.

5 - Procédé de fabrication d'un conducteur électrique, par assemblage d'un barreau métallique (1) et d'un fourreau (2) en un métal différent de celui du barreau, caractérisé en ce qu'on ménage au moins une rainure longitudinale (3, 3') dans le barreau (1), on soude un cordon (4, 4') en même métal que le fourreau dans la rainure du barreau, on engage le barreau (1) dans le fourreau (2) en ménageant dans celui-ci une ouverture en regard du cordon (4, 4') et on soude le fourreau (2) au cordon (4, 4') dans l'ouverture susdite.

6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on ménage deux rainures longitudinales (3, 3') dans le barreau (1) et on met en oeuvre un fourreau (2) obtenu en accolant deux coques métalliques longitudinales (5, 6) de manière à maintenir un écartement entre leurs bords (7 et 8; 7' et 8') disposés en vis-à-vis, ledit écartement formant l'ouverture susdite.

7 - Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le soudage du fourreau (2) au cordon (4, 4') est opéré par un apport de métal (9, 9') dans l'ouverture précitée.

8 - Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on met en oeuvre un barreau (1) en cuivre et un fourreau (2) en un métal sélectionné parmi le fer, le nickel, les alliages du fer et les alliages du nickel et en ce que le soudage du fourreau au cordon est opéré avec apport (9, 9') de métal identique au métal du fourreau.

9 - Electrode pour cellule d'électrolyse, comprenant au moins une plaque (10, 10') en un métal sélectionné parmi le fer, le nickel ou les alliages de ces métaux, fixée à un conducteur électrique (11), caractérisée en ce que le conducteur électrique (11) est conforme à la revendication 4.

10 - Electrode selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle est une cathode pour l'électrolyse de solutions aqueuses de chlorure de métal alcalin.