Brevet FR2004452A1 — publié le 19691121

i 2QÔ4452 La présente invention concerne 1* alimentation d'un four à arc par une électrode creuse et plus particulièrement un ensemble ou système de commande assurant le fonctionnement continu de l'électrode creuse. 5 L'utilisation d'une électrode creuse dans un four à arc pen dant la préparation de quantités importantes d'alliages peut être extrêmement avantageuse. Won seulement l'électrode creuse fonctionne comme source de l'arc qui est amorcé avec le métal se trouvant dans le four, mais elle sert encore de canal d'alimentation 10 à travers lequel on fait passer les matières constituant l'alliage. Du fait que les matières sont avancées par le centre de l'électrode, elles tombent dans le mélange dans la région immédiatement voisine de l'arc. De ce fait, on obtient un mélange rapide et efficace des éléments d'alliage. De plus, on peut régler faci-15 lement la quantité appropriée d'additif ce qui permet de produire un meilleur alliage. En dépit de ces avantages apparents, les électrodes creuses n'ont pas été jusqu'ici utilisées d'une manière étendue principalement du fait des difficultés associées à leur maintien en fonc-20 tionnement continu. Par exemple, du fait que la matière est introduite en la faisant passer par la cheminée centrale de l'électrode, cette cheminée doit être maintenue exempte de toute accumulation de la matière de la charge et il faut éviter tout colmatage ou obstruction de la cheminée qui en résulterait. Lorsqu'une 25 telle obstruction se forme, il faut dégager la cheminée, ce qui oblige à arrêter le système. Le colmatage ou l'obstruction de la cheminée a sa partie inférieure se produit souvent du fait de la solidification du métal liquide lorsque le mélange froid vient en contact avec elle. Du fait que l'obstruction n'est pas détectée 30 en général avant qu'il ne se soit produit un blocage complet, il faut à nouveau arrêter le four. On se rend compte, par suite, que bien qu'une électrode creuse soit considérée comme très favorable pour emploi dans un four métallurgique, on n'a pas réussi encore à l'exploiter avec succès. 35 La présente invention a pour but de fournir un système de commande qui empêche l'électrode creuse d'être colmatée ou obstruée pendant son fonctionnement. En conséquence, la présente invention fournit un dispositif de commande qui refoule périodiquement un gaz approprié sous 69 08411 2 2004452 pression à travers la cheminée centrale de l'électrode creuse de façon à dégager la cheminée avant qu'elle ne puisse être colmatée. Le dispositif, sous sa forme préférée, comprend un ensemble de couvercle qui est disposé au-dessus d'une ouverture formée à l'ex-5 trémité de l'électrode. L'ensemble du couvercle comprend une plaque montée sur charnière qui est soufflée par la force du gaz qui pénètre par une ouverture latérale jusqu'à un point qui lui fait diriger le trajet parcouru par le gaz vers le bas le long de la cheminée et le fait sortir par la partie inférieure de l'éléctro-10 de. Pendant que le gaz est en train de dégager la cheminée, la matière de la charge est empêchée de pénétrer dans celle-ci. Le gaz est introduit dans la cheminée en provenance d'une source d'alimentation, par l'intermédiaire d'une soupape qui est amenée en position ouverte uniquement pendant un bref intervalle de temps 15 pendant un cycle programmé. De cette manière, le gaz peut pénétrer dans la cheminée de l'électrode â des intervalles réguliers et il peut disperser les particules de la charge qui peuvent être collectées pendant le cycle précédent. Un programmateur agit de manière à arrêter le mécanisme d'alimentation pendant une seconde 20 ou deux avant d'actionner la soupape pour le gaz. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront de la description détaillée qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif, une forme de réalisation conforme à l'invention. 25 Sur ces dessins, la figure 1 est une vue schématique, en partie synoptique et en partie en coupe d'un ensemble de four à arc, représentant son électrode creuse, son couvercle et son dispositif d'alimentation ; la figure 2 est une vue en perspective de la plaque utilisée 30 dans le couvercle et de son équipement auxiliaire ; la figure 3 est une vue en coupe de l'ensemble du couvercle monté à la partie supérieure de l'électrode creuse, et la figure 4 est un schéma du moyen de réglage de l'ensemble de la figure 1. 35 En se reportant maintenant aux dessins, et en particulier à la figure 1, on v.oitun four à arc indiqué d'une manière générale par la référence 10. Le four 10 comporte des électrodes creuses 12, un creuset contenant un métal 16. Les électrodes 12 sont représentées brisées et séparées l'une de l'autre pour indiquer I 69 08411 3 2004452 que plusieurs électrodes sont réunies d'une manière classique. Une cheminée centrale 18 est prévue dans chaque électrode, et lorsque les électrodes sont réunies, les cheminées forment un conduit d'alimentation. Comme cela est courant pour la plupart 5 des électrodes pour arc, une empreinte taraudée 20 est prévue à l'extrémité de l'électrode de façon à permettre de la joindre facilement à une autre électrode. Au-dessus du logement 20, se trouve un ensemble de couvercle 22 qui comprend un 'récipient 24 comportant une paroi latérale 26 â l'intérieur de laquelle est 10 fixée une plaque mobile 28. le récipient 24 est complètement fermé à l'exception d*'ouvertures 30 et 32 prévues au sommet et à la partie inférieure et d'un orifice 34 prévu sur la paroi latérale 26. Le récipient 24, dans le mode de réalisation préféré, est équipé de chicanes inclinées 36 et 38. Ces chicanes servent à 15 diriger la matière de la charge et le gaz vers le bas le long de la cheminée 18, comme expliqué plus loin. Un entonnoir 40 destiné à recevoir la charge est disposé au sommet de la caisse 24 et il communique avec l'ouverture 30. Un tuyau rapporté 42 est fixé à la partie inférieure du récipient 24, à l'ouverture 32, et il 20 sert pour conduire la matière de la charge directement dans la cheminée 18 de façon à éviter toute perte de matière de la charge dans le récipient 20. Une base 44 forme un pont sur le récipient 20 et supporte l'ensemble 22 du couvercle. Un conduit souple 46 pour le gaz est relié à la paroi latérale 26, à l'orifice 34, par 25 l'intermédiaire d'un joint à brides isolé 48. Le conduit est souple et il est suffisamment long pour permettre au système de se déplacer à mesure que les électrodes sont consumées pendant le fonctionnement du four. Une soupape 50 est disposée sur le conduit 46 pour le gaz 30 afin de régler le débit de gaz provenant d'une source d'alimentation (non représentée). Des moyens de connexion électriques52 connectent la soupape 50 à un moyen de régulation 54 qui agit de manière à régler et commander non seulement la soupape 50 mais également un moyen d'entraînement 56. Un mécanisme d'alimentation 35 58 tel que le mécanisme à vis tournante représenté est disposé en dessous d'une trémie 60 qui contient la matière de la charge. La matière de la charge est distribuée à l'extrémité de sortie du mécanisme 58 au sommet de l'entonnoir de réception 40. Lorsque l'ensemble est en fonctionnement, la matière qui doit 69 08411 4 2004452 être ajoutée est introduite, sous la forme de particules, de la trémie 60 dans la cheminée 18 par l'intermédiaire du. mécanisme d'alimentation 58, de l'entonnoir 50, de l'ensemble 22 du couvercle et du tuyau rapporté 42. La matière est introduite suivant 5 un régime et suivant des quantités voulues pour produire l'alliage particulier désiré. Le moyen de régulation 54 qui fournit la force motrice d'entraînement faisant fonctionner le mécanisme à vis 58, comprend également des éléments qui coopèrent pour faire ouvrir la soupape 50 pendant quelques secondes, environ une fois toutes 10 les trente ou soixante secondes. Pendant la période où la soupape 50 est ouverte, un gaz approprié s'écoule à travers le conduit 46 et l'orifice 34 en refoulant la plaque 28 et en la faisant tourner jusqu'à la position représentée en pointillé, c'est-à-dire directement en travers de l'ouverture 30 de la caisse 24. Le gaz est de 15 ce fait empêché de s'écouler vers le haut à travers l'entonnoir 40 et il doit s'écouler vers le bas ie long de la cheminée 18 pour expulser tous.les dépôts de matière de la charge qui ont pu se former vers la partie inférieure de la cheminée 18, près du métal 16, comme indiqué par la référence 17. Après que quelques secondes as 20 soient écoulées, le moyen de régulation 54 actionne la soupape 50 pour la faire refermer ce qui fait cesser l'écoulement du gaz et ramène la plaque 28 à sa position normale, et il remet en action le mécanisme à vis 58 qui a été arrêté pendant la purge effectuée par le gaz afin d'amener à nouveau la matière de la charge dans la 25 cheminée 18. Le cycle se répète alors automatiquement. La plaque 28 et son équipement auxiliaire sont représentés plus clairement sur la figure 2. Comme on le voit, la plaque 28 est montée à l'aide d'une charnière sur un bâti de support 62 au moyen de paliers 64 et 66. Une tige 68 est disposée à l'intérieur 30 des paliers et elle est reliée à la plaque 28 au moyen d'une plaque transversale 70. On peut voir ainsi que lorsque la pression du gaz s'exerce sur la plaque 28, celle-ci est contrainte de s'écarter du bâti 22 pour aller vers le haut, son mouvement étant facilité par la rotation de la tige 68 dans les paliers. La tige 35 68 traverse de préférence le bâti de support de telle sorte qu'elle vient presque en contact avec les parois du récipient 24 afin de centrer d'une manière efficace la plaque 28. Bien entendu, une charnière peut être disposée entre les plaques 28 et 70 au point 72, de façon à supprimer la nécessité d'utiliser la tige 68 69 08411 5 2004452 et les paliers 64 et 66. La plaque transversale 72 peut alors ê-tre soudée ou fixée autrement directement sur le bâti 62 et la plaque 28 tourne autour de la charnière sous l'effet de la pression du gaz arrivant. 5 La figure 2 représente le mode de réalisation préféré par le fait que la plaque est fixée sur un bâti ou châssis qui peut être séparé du récipient 24. Des ouvertures 74 sont forées sur le bâti de façon à pouvoir le boulonner facilement sur la paroi latérale 26 de l'ensemble du couvercle. De cette manière, on accède faci-10 lement aux éléments dans le cas où il devient nécessaire de les réparer ou de les remplacer. On peut comprendre en particulier le fonctionnement de l'ensemble du couvercle selon l'invention d'après la vue à grande échelle de la figure 3. Comme on le voit, la plaque 28 occupe 15 normalement une position suivant laquelle elle est sensiblement parallèle à la cheminée verticale de l'électrode lorsqu'aucun gaz ne s'écoule. Lorsqu'une poussée de gaz traverse l'ouverture 34, la plaque est contrainte de prendre une position où elle se trouve sensiblement à 90° de la verticale, c'est-à-dire suivant laquelle 20 elle est perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'électrode. La plaque s'appuie sur un tube 76 qui peut soit faire partie de l'entonnoir 40 soit être constitué par un élément séparé pendant d'une bride 78. Dans tous les cas, l'ouverture 30 du tube 76 doit être plus petite que la plaque 28 pour pouvoir obtenir une étan-25 chéité appropriée. Un mode de réalisation du moyen de régulation 54 est représenté sur la figure 4. Un moteur 82, qui commande le moyen d'entraînement 56 et de ce fait le mécanisme d'alimentation 58 de la figure 1, est connecté au point de jonction 84 d'un commutateur 86. 30 Le bras de contact 88 de ce même commutateur 86 est connecté à la source de courant (non représentée) par l'intermédiaire d'un commutateur 90. Un solénoïde 92 est connecté électriquement au point de jonction 94 du commutateur 96. Le bras de contact de ce commutateur est également connecté au commutateur 90 de la source de 35 courant. Une came tournante 100 est disposée au voisinage des bras de contact 88 et 98, et elle est mise en rotation par un moteur (non représenté). Pour faire fonctionner le circuit, on ferme le commutateur 90 ce qui permet de connecter une source de courant à 110 volts et' de 69 08411 6 2004452 période 60 Hertz aux bras de contact 88 et 98. La came manoeuvrée par le moteur tourne et ferme le bras de contact 88 ce qui met en marche le moteur 82 pour entraîner le mécanisme d'alimentation et fournir la matière de la charge à la cheminée de l'électrode. La 5 came est conçue de telle sorte que pendant une période de brève durée, à chaque tour, le bras de contact 98 est connecté au point de contact 94 et en même temps, le bras de contact 88 est dégagé du point de contact 84. Pendant cette période, la tension d'alimentation fait passer du courant à travers le solénolde et la 10 force électromagnétique qui y est produite attire le bras 102 de la soupape 50 vers, la position 104. Dans cette position, le bras 102 cesse de bloquer le passage du gaz à travers le conduit 46. Lorsque la came continue à tourner, la bobine 92 est privée de courant au moment où le commutateur 96 s'ouvre à nouveau. De ce 15 fait, le gaz est à nouveau empêché de s'écouler dans le conduit 46 tandis qu'en même temps, le moteur 82 entraîne une fois de plus le mécanisme d'alimentation. Le cycle se répète ensuite. On se rend compte que le moyen de régulation représenté sur la figure 4 représente ion mode de réalisation parmi un grand nom-20 bre de modes de réalisation possibles et qu'on peut y incorporer diverses variantes. Le dispositif a pour fonction de libérer périodiquement une impulsion de gaz et de préférence d'arrêter le mécanisme d'alimentation pendant une période de brève durée avant et pendant le dégagement de gaz. De ce fait, tout système qui est 25 conçu pour remplir cette fonction conviendrait également. Les exemples suivants servent à illustrer l'appareil selon l'invention. EXEMPLE I Une électrode en graphite creuse d'un diamètre de 305 mm et 30 d'une longueur de 1524 mm et comportant une cheminée d'un diamètre de 51 mm a été disposée comme représenté sur la figure 1 au-dessus du creuset d'un four contenant un laitier de ferro-manganèse. Un tuyau de 31,8 mm a été disposé au centre de la cheminée et a été relié au récipient d'un ensemble de couvercle qui mesurait 70 mm 35 sur 89 mm sur 100 mm. Des particules métalliques de silicium d'un diamètre de 6,4 mm ont été introduites dans le récipient par un mécanisme d'alimentation à vis d'un diamètre de 50,8 mm et d'une longueur de 1270 mm. Le métal a été introduit à un régime de 64 kg/heure pendant 13 heures environ. Un moyen de régulation 69 08411 7 2004452 constitué par les éléments représentés sur la figure 4 a été réglé de manière à dégager du gaz argon sous une pression de 5,25 bars toutes les 30 secondes, pendant une durée de une seconde, pour dégager la cheminée de l'électrode. L'ensemble du couvercle était 5 semblable à celui représenté sur la figure 3 et comportait une plaque (28) en fer corroyé mesurant 66,7 n™ de longueur sur 50,8iim de largeur. La plaque était fixée rigidement à une tige en acier inoxydable d'un diamètre de 3*2 mm au moyen d'une plaque transversale de 3,9 sur 6,4 mm. La tige a été disposée entre deux paliers 10 qui ont été soudés à un bâti de support. Le bâti de support était également en fer corroyé et mesurait 140 mm de long sur 105 mm de large, son épaisseur était de 3,6 mm et il était fixé à la paroi latérale du récipient du couvercle par huit boulons en laiton de 6,4 mm et d'un diamètre de 19 mm. L'orifice (34) de la paroi la-15 térale de la caisse du couvercle présentait un diamètre de 19 mm comme le conduit (46) qui était relié au bâti de support et qui communiquait directement avec l'orifice. Un tube d'un diamètre de 50,8 mm faisait partie du récipient du couvercle, comme représenté sur la figure 3. Le système a fonctionné d'une manière sensi-20 blement continue pendant toute la période d'essai et 82,6 % de la quantité totale d'alliage soutiré du four était constituée par la matière de la charge en silicium. EXEMPLE II Cet exemple est le même que l'exemple I à l'exception du fait 25 qu'on a ajouté du silicium à un régime de 78 kg par heure et que l'on a fait fonctionner le système pendant huit heures et demie sans aucune perte de temps due au colmatage de la cheminée. Bien entendu, on peut faire varier la pression de 5,25 bars utilisée dans les exemples sans modifier sensiblement le fonction-30 nement du système. Il suffit simplement que la pression soit suffisante pour maintenir la plaque de l'ensemble du couvercle en travers de l'ouverture du tube au sommet de la caisse de l'ensemble du couvercle et pour dégager la cheminée en la débarrassant de la matière de la charge. Des pressions inférieures à 5,25 bars 35 donnent également satisfaction si .le colmatage n'est pas excessif, et des pressions supérieures dégagent bien entendu la cheminée d'une façon tout à fait efficace. On peut également faire varier suivant les demandes du système le cycle de trente secondes ainsi que la période d'une durée de secondes d'"application" de la 69 08411 8 2004452 purge de gaz. Le gaz peut également dans certaines applications, être utilisé de manière à réagir avec le métal se trouvant dans le creuset du four. Pour cette raison, le gaz ne doit pas être limité à 5 un gaz non réactif bien qu'un tel gaz soit utilisé dans la plupart des cas. C'est ainsi que le méthane, l'anhydride carbonique, l'argon, l'azote, etc... constituent des exemples de certains gaz qui peuvent être utilisés. Il convient de noter que quel que soit le gaz utilisé, en plus de sa fonction principale consistant à 10 dégager la cheminée, il faut également mélanger rapidement et d'une façon efficace la matière de la charge avec le métal se trouvant dans le creuset ce qui donne un alliage de haute qualité. On se rend compte que l'ensemble du couvercle peut être relié à l'électrode creuse suivant un certain nombre de façons. Par 15 exemple, il n'a pas besoin d'être fixé directement ni d'être supporté directement par l'électrode, mais il peut être monté sur des supports séparés, avec un tuyau rapporté qui communique directement avec la cheminée de l'électrode. Un raccord fileté creux peut être introduit dans le récipient fileté de l'électrode autour 20 du tuyau rapporté, ce qui permet à l'électrode de coulisser autour du raccord tandis que l'ensemble du couvercle reste fixe. Une garniture de presse-êtoupe peut être montée entre le tuyau rapporté et le réceptacle fileté si on utilise un gaz toxique tel que du chlore. 25 II va de soi que la présente invention a été décrite et repré sentée à titre d'exemple préférentiel explicatif, mais nullement limitatif, et que l'on pourra introduire toute équivalence dans ses éléments constitutifs sans sortir de son cadre défini par les revendications annexées. 69 08411 9 2004452 REVENDICATIONS 1. Ensemble de commande utilisé dans un four à arc électrique comprenant un creuset et une électrode creuse pour l'arc, l'ensemble de commande empêchant le blocage de la cheminée à l'inté- 5 rieur de l'électrode creuse, caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble de couvercle disposé au voisinage de l'électrode et en communication avec lacheminée de celle-ci, cet ensemble comprenant une plaque mobile fixée à l'intérieur de cet ensemble ; un conduit servant à faire passer un gaz, ce conduit étant relié à 10 l'ensemble du couvercle ; un moyen de régulation servant à faire passer un gaz à travers le conduit à des intervalles prédéterminés, le gaz étant sous une pression suffisante pour amener la plaque de l'ensemble du couvercle à une position telle que le gaz est dirigé vers le bas le long de la cheminée vers le métal de 15 façon à empêcher le blocage de cette cheminée par des matières qui sont introduites à travers elle. 2. Ensemble de commande suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble du couvercle comprend : un récipient comportant des ouvertures sur sa surface supérieure et sa surface 20 inférieure, ces ouvertures étant coaxiales par rapport à la cheminée de l'électrode et comportant une paroi latérale munie d'un orifice ; un bâti de support fixé à cette paroi latérale ; et un moyen servant à monter d'une manière mobile la plaque sur le bâti de support. 25 3. Ensemble de commande suivant la revendication 2, caracté risé en ce que le moyen servant à monter d'une manière mobile la plaque comprend : une tige fixée rigidement sur cette plaque ; des paliers fixés au bâti de support, la tige étant reliée aux paliers de telle sorte qu'elle tourne lorsque la pression est ap-30 pliquée à la plaque. 4. Ensemble de commande suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'un tube présentant une ouverture à chacune de ses extrémités est disposé à la partie supérieure de la caisse, en communication avec l'ouverture de sa surface supérieure, ce tube 35 se terminant au voisinage de la plaque dans l'ensemble du couvercle, de telle sorte que lorsque la plaque est déplacée par le gaz qui s'écoule, elle vient en contact avec le tube et recouvre l'une de ses ouvertures. 5. Ensemble de commande suivant la revendication 4, 69 08411 10 2004452 caractérisé en ce qu'un tuyau rapporté est fixé à l'ensemble du récipient et pénètre dans la cheminée de l'électrode afin de diriger la matière de la charge et le gaz qui s'écoule vers cette cheminée. 5 6. Ensemble de commande suivant la revendication 1, caracté risé en ce qu'il comporte un mécanisme d'alimentation communiquant avec l'ensemble du couvercle, ainsi qu'un moyen servant à entraîner le mécanisme d'alimentation, ce dernier transportant une matière de charge qui doit être ajoutée au métal se trouvant 10 dans le creuset et la faisant passer à travers la cheminée de l'électrode. 7. Ensemble de commande suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le moyen de régulation comprend : un premier et un second moyens de commutation, le second moyen de commutation 15 étant relié au moyen servant à entraîner le mécanisme d'alimentation ; une came disposée au voisinage des deux moyens de commutation ; une soupape montée sur le conduit ; un moyen de commande de la soupape, ce moyen de commande étant relié au premier moyen de commutation ; un moyen servant à déplacer la came de sorte 20 que pendant le mouvement de la came, elle fait fermer le second moyen de commutation pendant la plus grande partie du fonctionnement de l'ensemble de commande, le premier moyen de commutation étant ouvert lorsque le second moyen de commutation est fermé, de sorte que lë mécanisme d'alimentation est actionné et fonctionne 25 pendant la plus grande partie de la durée de fonctionnement de l'ensemble de commande et que la soupape n'est actionnée et ne laisse passer un gaz à travers le conduit que pendant une faible partie de la durée de fonctionnement. 8. Ensemble de couvercle caractérisé en ce qu'il comprend en 30 combinaison : une caisse de couvercle présentant des ouvertures sur sa surface supérieure et sa surface inférieure, ces ouvertures étant sensiblement coaxiales, et comportant une paroi latérale munie d'un orifice ; une plaque disposée à l'intérieur du récipient du couvercle et au voisinage de l'orifice de la paroi la-35 térale de sorte qu'elle recouvre normalement cet orifice ; un moyen servant à fixer d'une manière mobile cette plaque sur la paroi latérale, de sorte que pendant le passage d'un fluide à travers l'orifice la plaque est amenée à une position où elle obture l'ouverture de la surface supérieure de la caisse du 69 08411 ii 2004452 couvercle et dirige le fluide en le faisant sortir de l'ouverture formée sur la surface inférieure du récipient du couvercle. 9. Ensemble suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu'un bâti de support amovible est fixé sur la paroi latérale 5 et que ladite plaque est fixée sur le bâti de support. 10. Ensemble suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'au moins une chicane est disposée à l'intérieur de la caisse du couvercle près de l'ouverture de la surface inférieure de celle-ci pour faciliter l'écoulement du fluide vers cette ouver- 10 ture. 11. Ensemble suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'un tube creux est disposé au-dessus de l'ouverture de la surface supérieure du récipient du couvercle et que la plaque s'étend en travers de l'ouverture de ce tube lorsqu'elle est dépla- 15 cée par le fluide. 12. Ensemble suivant la revendication 11, caractérisé en ce qu'un tube rapporté creux est fixé au récipient du couvercle, en communication avec l'ouverture de la surface inférieure du récipient pour former un conduit pour le fluide lorsqu'il s'écoule à 20 travers cette ouverture.