Brevet FR2032455A1 — publié le 19701127

_1" 2032455 La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de refusion électrique des scories de lingots au moyen de plusieurs électrodes en courant triphasé. Dans la refusion électrique des scories, on utilise des courants de forte intensité, approximativement de quelque 1 000 ampères. Si l'on opère en courant monophasé, cela conduit à des pertes considérables dans les conducteurs d'amenée et, de plus, à une charge fortement asymétrique du secteur ou réseau de distribution. Les pertes dans les conducteurs d'amenée sont dues notamment à l'importante self-lnductance du circuit électrique constitué par les conducteurs d'arrivée et de retour, circuit qui, en monophasé, comprend le conducteur d'arrivée à l'électrode et le conducteur de retour à la source de courant en passant par le lingot refondu. Aussi a-t-on déjà, pour obvier à cet inconvénient, opéré avec trois électrodes et une alimentation en triphasé. Cette façon d'opérer provoque, du fait du champ magnétique tournant du courant triphasé, une rotation de même sens de la partie encore fluide du lingot refondu. La rotation du bain de scories et du bain de métal autour de l'axe du lingot refondu favorise l'évacuation de la chaleur en direction de la lingotière et affine la structure cristalline du lingot refondu. Or, il est apparu que, pour des aciers fortement alliés, par exemple pour des aciers inoxydables à 18f0 de chrome et 8fo de nickel, on obtient, avec le procédé connu de refonte électrique en triphasé, des concentrations locales très importantes des composants de l'alliage. Dans la refonte de lingots très importants, par exemple d'un poids de 100 ou 200 tonnes, on voit apparaître avec ce procédé, notamment dans l'axe du lingot, des inclusions non métalliques. La présente invention a pour but de procurer un procédé de refusion électrique des scories dans les lingots en utilisant plusieurs électrodes alimentées en courant triphasé, de façon à éviter, d'une part, lors de la refusion d'aciers fortement alliés, l'apparition de fortes différences locales de concentration, ainsi que, d'autre part, dans la refusion de lingots particulièrement grands et de poids élevé, l'apparition, dans l'axe du lingot et à proximité de cet axe , d'inclusions non métalliques. Conformément à la présente invention, ce problème est résolu, dans un procédé du type défini ci-dessus, par l'utilisation d'au moins un jeu de trois électrodes alimentées en courant triphasé et d'au moins un autre jeu de trois électrodes disposées entre les électrodes du premier jeu et alimentées par un courant triphasé 06897 -2- 20B2455 dont le sens de rotation est l'inverse du sens de rotation du courant alimentant le premier jeu . Avec ce procédé, les vecteurs magnétiques des champs tournants du premier et du deuxième jeu d'électrodes tournent en sens inverse l'un par rapport à l'autre tandis que les actions de rotation qu'ils exercent sur le bain de scories et sur le métal liquide se trouvant en tête du lingot en cours de solidification dans la lin-gotière s'annulent complètement ou presque. On a eu la surprise de constater que les concentrations locales de composants d'alliage se trouvent alors parfaitement évitées, de même que, pour les gros lingots, la formation d'inclusions non métalliques dans le noyau du lingot. On peut opérer, soit avec deux jeux; de trois électrodes chacun, soit aussi avec un multiple de ces jeux, par exemple en divisant l'un des jeux de trois électrodes, ou les deux, en six électrodes chacun, ce qui fait que l'on opère avec neuf, respectivement douze électrodes. Il suffit pour cela uniquement que les actions de rotation exercées par les deux groupes d'électrodes soient égales et de sens opposé l'une à l'autre. On peut y parvenir en maintenant la même intensité totale pour les deux groupes d'électrodes. On obtient une mise en oeuvre particulièrement avantageuse de l'objet de l'invention lorsqu'on dispose les électrodes des deux jeux, en alternance ,sur un même cercle. Avec cet agencement symétrique, on obtient une suppression complète des deux actions rotatives opposées des deux champs magnétiques sur le bain et une excellente homogénéité des lingots. L'augmentation, liée au procédé selon l'invention, du nombre d'électrodes, à au moins 6 par rapport à 3 dans le procédé connu, se traduit de façon particulièrement positive pour la refusion de lingots de grandes dimensions, du fait que la plus grande uniformité de l'alimentation en courant par unité de surface entraîne un chauffage plus uniforme de la tête du lingot à refondre et,par voie de conséquence, une solidification extrêmement uniforme dans le sens longitudinal du lingot refondu, sans liquations ni autres défauts d'homogénéité. Lurs de la refusion de gros lingots ayant un poids total de 100 à 200 tonnes par exemple, le procédé selon l'invention permet d'éviter à coup sûr les effets de liquation et les inclusions non métalliques. 70 06897 -3- 2032455 Le procédé est avantageusement mis en oeuvre au moyen d'un dispositif dans lequel sont disposées, alternant sur un même cercle, à égale distance les unes des autres, six électrodes dont celles du premier groupe sont reliées aux bornes d'un transformateur tri-5 phasé de façon telle que le vecteur des tensions entre les trois électrodes de ce premier groupe tourne, vu d'en haut, dans le sens des aiguilles d'une montre, tandis que celles du second groupe sont reliées aux bornes d'un transformateur triphasé, de façon telle que le vecteur des tensions, vu d'en haut, tourne dans le 10 sens, inverse des aigallles d'une montre. Dans une forme de réalisation particulièrement intéressante du dispositif, les six électrodes sont toutes reliées à trois bornes d'un même transformateur triphasé, les câbles souples qui partent - des trois bornes du transformateur triphasé étant étroitement 15 groupés et connectés, juste avant la lingotière, à trois barres conductrices parallèles dont le plan de symétrie, passant par la barre médiane, passe par le centre du cercle, de telle façon que trois électrodes soient} chaque fois, disposées symétriquement par rapport au plan précité et que, de la première barre conductrice, 20 partent des barres de dérivation aboutissant aux deux premières ,électrodes symétriques par rapport au plan, que de la barre conduc-trice médiane, partent des barres de dérivation aboutissant aux deux électrodes symétriqués suivantes et que de la troisième barre conductrice,partent des barres de dérivation aboutissant aux 25 troisièmes électrodes symétriques, les barres de dérivation étant reliées à demeure aux électrodes correspondantes et étant supportées les unes par rapport aux autres par un matériau isolant,ces barres conductrices étant en outre munies d'un dispositif peimet-tant.de les soulever et de les abaisser. 30 Cette forme de réalisation du dispositif se distingue par un tracé particulièrement simple et peu inductif des lignes électriques., Il permet en outre, grâce au dispositif commun de levage et d'abaissement, de plonger l'ensemble des électrodes dans la lingotière et de les abaisser à volonté pour le réglage d'alimen-3 5 tation. Cette possibilité tient au fait qu'au niveau de la lingotière, les conducteurs se présentent sous la forme de barres qui, étant entretoisées les "unes par rapport aux autres par un matériau isolant et solidement reliées les unes aux autres , constituent un bloc d'ensemble qui, non seulement,assure l'alimentation 40 en coiorant des électrodes, mais encore fait office de porte- 70 06897 -4- 1 2032455 électrodes. On va, dans ce qui suit, décrire plus en détail un exemple de réalisation de l'invention, avec référence au dessin annexé, sur lequel :- 5 la figure 1 est une vue en plan simplifiée d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. la figure 2 est une vue en élévation d*une forme de réalisation du dispositif selon l'invention ; la figure 3, enfin, est une vue en plan du dispositif de la fi-10 gure 2. Dans le procédé de refusion électrique des scories de lingots selon la figure 1, procédé selon lequel on utilise plusieurs électrodes alimentées en courant triphasé, un jeu d'électrodes 1 est ~alimenté par un courant triphasé dont le sens de rotation est ±n-15 diqué par la flèche la • Un autre jeu d'électrodes 2 (hachurées) est alimenté en courant triphasé dont le sens de rotation est opposé au précédent comme cela'est indiqué par la flèche hachurée 2a .Les électrodes des deux jeux sont disposées en alternance sur un même cercle, à égale distance les unes des autres. 20 Dans l'exemple de réalisation considéré, on opère avec deux transformateurs triphasés lb, 2b , raccordés au même réseau.Les phases du courant triphasé sont indiquées par R.S.T. Des transformateurs triphasés (représentés de façon schématique),les fils conducteurs R.S.T. indiqués par des traits simples, et aussi rapprochés 25 que possible les uns des autres, aboutissent aux électrodes. Les électrodes plongent dans un bain de scories contenu dans la lingotière 3 et fondent, sous l'action du courant passant entre les électrodes 1 et entre les électrodes 2, et elles se solidifient ensuite dans la lingotière 3 sous la forme du lingot refondu. 30 Le dispositif de refusion électrique des scories de lingots selon les figures 2 et 3 est constitué par une lingotière 3 refroidie à l'eau et par plusieurs électrodes 1, 2 qui plongent dans un bain de scories, situé au-dessus du lingot se trouvant dans ladite lingotière 3? et qui sont connectées par des câbles souples 5 aux 35 bornes d'un transformateur triphasé non représenté sur la figure 3. L'ensemble des électrodes, au nombre de xix, est divisé en deux groupes, les électrodes des deux groupes étant disposées en alternance sur un même cercle, indiqué en trait pointillé sur la figure 3, et à égale distance les unes des autres. Le premier groupe 70 06897 -5- 2032455 d'électrodes 1R, 1S, II est relié aux bornes du transformateur triphasé de telle façon que le vecteur des tensions entre les trois électrodes tourne, vu d'en haut, dans le sens des aiguilles d'une montre. Les trois électrodes du second groupe, 2R, 2S, 21, 5 sont reliées aux bornes du transformateur triphasé de telle façon que le vecteur des tensions tourne, vu d'en haut, dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Les câbles souples 5, partant des trois bornes du transformateur triphasé, sont étroitement rapprochés les uns des autres et sont raccordés, juste avant la lin-10 gotière, à trois barres conductrices parallèles 7, 8, 9. Le plan de symétrie qui passe par la barre médiane 8 passe par le centre du cercle 6 de telle sorte que les trois électrodes 1R, 2S , II, soient symétriques, par rapport à ce plan, respectivement aux trois électrodes 2R, 1S, 21. De la première barre conductrice 7 15 partent, vers le bas, des barres de dérivation 10 et 11 en forme de T, qui aboutissent aux deux premières électrodes symétriques par rapport au plan, 1R, 2R; de la barre conductrice médiane 8, partent des barres de dérivation 12, 13 aboutissant aux deux électrodes symétriques suivantes, 2S, 1S ; enfin, de la troisième bar-20 re conductrice 9» partent des barres de dérivation 14, 15 aboutissant aux troisièmes électrodes symétriques 1T, 2Ï .Les parties inférieures horizontales des barres de dérivation 11, 13, 15 en forme de T sont serrées chacune, par/clemi-collier sur lequel est vissé tin autre demi-collier 16, sur les électrodes 1 et 2 qui sont 25 ainsi maintenues. Les barres conductrices 7, 8, 9 sont maintenues écartées les unes des autres par un matériau isolant 17, 18 ,et des vis 19» 20 les relient les unes aux autres. Les six électrodes 1, 2 forment ainsi un bloc d'ensemble qu'un dispositif de levage et d'abaissement permet de plonger dans la lingotière 3 et de ré-30 gler en hauteur au cours du processus de refusion. Dans ce qui suit, on va donner un exemple de mise en oeuvre du procédé, selon l'invention, de refusion d'un lingot d'acier fortement allié et d'un poids de 8 tonnes. L'acier était de qualité X 10 Cr Ni Mo Ti 1810 , dont l'analyse de contrôle donnait : 35 C ^0,07# , Si environ 0,5 $ , Mn 1,2 % , Cr 17,5 $ »Mo 2,3 > Ni 12 fo , Ti K 0,7$ , au moins 5 x fo C. Ce lingot a été refondu par le procédé selon l'invention à partir de six électrodes ayant chacune un diamètre de 200 mm. Le diamètre de la lingotière était de 1000 mm. La tension de service 70 06897 —t>— 2032455 était de 50 volts, l'intensité du courant de 8 000 A par phase. Dans ces conditions, de marche, le lingot de 8 tonnes a été refondu en 800 min. environ, avec un très bon résultat en ce qui concerne le degré de pureté et avec une répartition uniforme des 5 éléments sur toute la section transversale et la longueur du lingot .Pendant l'opération de refusion, le bain de scories était parfaitement au repos en ce qui concerne le sens de rotation; seul est apparu, le courant de convection connu, alors que dans le cas de la refusion dans la même lingotière, avec trois élec-10 trodes de 300 mm de diamètre alimentées en courant triphasé et avec une intensité de 9500 A par phase, il se produisait un mouvement de rotation d'environ 2 tours-minute. 70 06897 -7- 2032455 - REVEMDIOATIOE'S- 1.- Procédé de refusion électrique des scories dans les lingots, dans lequel on utilise plusieurs électrodes alimentées en courant triphasé, caractérisé.par l'utilisation d'au moins un jeu de trois électrodes alimentées en courant triphasé et d'au moins un autre 5 jeu de trois électrodes disposées entre les électrodes du premier jeu et alimentées par un courant triphasé dont le sens de rotation est l'inverse du sens de rotation du courant alimentant le premier jeu, 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on dispose les éléctrodes des deux jeux, en alternance sur un même cercle. 3.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 ou 2 ,comprenant une lingotière refroidie à l'eau, plusieurs électrodes qui plongent dans un bain de scories situé au-dessus du lingot se trouvant dans ladite lingotière, et qui sont reliées par des câbles souples aux bornes d'un transformateur triphasé, caractérisé en ce que l'ensemble des électrodes, au nombre de six, est divisé en deux groupes, les électrodes des deux groupes étant disposées en alternance sur un même cercle, et à égale 20 distance les unes des autres ,que le premier groupe d'électrodes 1R, 1S, 1 est relié aux bornes du transformateur triphasé de telle façon que le vecteur des tensions entre les trois électrodes tourne, vu d'en haut, dans le sens des aiguilles d'une montre et que les trois électrodes du second groupe, 2R, 2S, 2 sont reliées 2 5 aux bornes du transformateur triphasé de telle façon que le vecteur des tensions tourne, vu d'en haut, dans le sens inverse des aiguilles d'une montre . 4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les six électrodes sont toutes reliées à trois bornes d'un même 30 transformateur triphasé, les câbles souples qui partent des trois bornes du transformateur triphasé étant étroitement groupés et connectés, juste avant la lingotière, à trois barres conductrices parallèles dont le plan de symétrie, passant par la barre médiane, passe par le centre du cercle, de telle façon que trois électrodes 35 soient chaque fois disposées symétriquement par rapport au plan précité et que, de la première barre conductrice, partent des barres de dérivation aboutissant aux deux premières électrodes symétriques par rapport au plan, que de la barre conductrice médiane^ partent des barres de dérivation aboutissant aux deux électrodes 06897 -8- 2032455 symétriques suivantes et que de la troisième barre conductrice, partent des barres de dérivation aboutissant aux troisièmes électrodes symétriques, les barres de dérivation étant reliées à demeure aux électrodes correspondantes et étant supportées les unes par rapport aux autres par un matériau isolant, ces barres conductrices étant en outre munies d'un dispositif permettant de les soulever et de les abaisser.