ENCYCLOPÉDIE DE LA RECHERCHE SUR L’ALUMINIUM AU QUÉBEC 2013 | Page 35

PRODUCTION DE L’ALUMINIUM
ALUMINIUM PRODUCTION

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ÉTUDE PAR ÉLÉMENTS FINIS DU COMPORTEMENT
THERMOMÉCANIQUE DE LA PÂTE MONOLITHIQUE
ANALYSIS OF THE THERMOMECHANICAL BEHAVIOR
OF THE MONOLITHIC PASTE BY THE FINITE ELEMENT METHOD
Pierre-Luc Girard1, Daniel Marceau1, Lyne St-Georges1 et Lyès Hacini2
2

1 Université du Québec à Chicoutimi, 555, boulevard de l’Université, Chicoutimi, G7H 2B1
Centre de recherche et développement d’Arvida, 1955, boulevard Mellon, Jonquière, G7S 4K8

LA PÂTE MONOLITHIQUE ?

CARACTÉRISTIQUES DU MATÉRIAU

Scelle le plan cathodique
o Entre les cathodes
o Joint périphérique

Partie solide —> Fragments d’anthracite (85%)
o Rôle: Résistance mécanique / thermique
o Faiblement thermo-réactif

Mauvaise compréhension
du comportement du
matériau

Partie visqueuse —> Brai (15%)
o Rôle: Lier les fragments d’anthracite
o Mauvaise mouillabilité = Faiblesses
o Fortement thermo-réactif
o Se solidifie au cours de la cuisson

Fissures habituellement
dans ces joints

Fissuration dans les joints de pâte du plan cathodique (Sørlie
& Øye, 1994)

Développement d’un outil numérique permettant
la bonne représentation du comportement
thermo-mécanique de la pâte monolithique

OBJECTIFS DU PROJET
Implémentation de cet outil
dans le logiciel commercial
ANSYS™ via l’interface UserMat

LA LOI DE COMPORTEMENT

Mécanismes de la loi de comportement

o Comportement fonction de l’état
de confinement
o Ductilité fonction de la pression
o Limite en traction triaxiale
o Sub-incrémentation locale

Permettre la réalisation d’études numérique plus
fines du comportement des cuves d’électrolyse en
phase de démarrage

VALIDATION NUMÉRIQUE

Validation élastoplastique
o
o
o
o

Poutre en flexion
Matériau: Carbone
Comparaison UserMat vs FESh++
Comparaison à un point d’intégration
(voisinage de l’encastrement)

Validation cuisson
o
o
o
o

Cuisson d’un cube de pâte
Matériau: Pâte monolithique
Comparaison UserMat vs FESh++
Comparaison à un point d’intégration
(centre du bloc)

Pierre-Luc Girard
Daniel Marceau
Lyne St-Georges
Université du Québec
à Chicoutimi
Lyès Hacini
Centre de recherche et
développement Arvida,
Rio Tinto Alcan

Sub-Incrémentation

Résolution

Résistances en
compression d’un
échantillon de
pâte cuit à
plusieurs niveaux
(D’Amours, 2003)

Croquis de d’un échantillon de pâte
monolithique (Hulse, 2000)

Journée des étudiants – REGAL

Aluminum industry is in a fierce international competition requiring the constant
L’industrie de l’aluminium fait aujourd’hui l’objet d’une compétition internationale
improvement of the electrolysis cell effectiveness and longevity. The selection
féroce obligeant les producteurs Palais des congrès de Montréal, QC, Canada, 22 octobre 2013
d’aluminium de première fusion à améliorer
of the cell’s material components becomes an important factor to lengthen the
l’efficacité et la longévité des cuves d’électrolyse. En ce sens, la sélection ainsi
cell’s life. The ramming paste, used to seal the cathode lining, is compacted in
que la qualité des matériaux composant la dite cuve deviennent donc des
the joints between the cathode and the side of the cell. It is a complex thermofacteurs de toute première importance. La pâte monolithique, qui entre dans
reactive material whose proprieties change with the evolution of its baking index.
la préparation du plan cathodique des cuves, est un matériau qui est mis en
Therefore, the objective of this project is to propose a thermo-chemo-mechanical
place dans les joints par vibro-compaction et ce, afin d’assurer son scellement. Il
constitutive law for the ramming paste and implement it in the finite element
s’agit là d’un matériau thermo-réactif fort complexe dont les propriétés évoluent
software ANSYS™. Subsequently, the numerical tool will be tested in a calibration
avec son niveau de cuisson. Le but du présent projet est donc de proposer une
loi de comportement thermo-chimio-mécanique pour la pâte monolithique et
phase using an inverse method. The method will be validated using the finite
assurer son implémentation dans le logiciel ANSYS™. Pour ce faire, un modèle
element toolbox FESh++. Finally, a validation of the model will be made in a
de c