Brevet FR2026497A1 — publié le 19700918

» % La présente invention a trait à un procédé de réglage de l'avance d'électrodes fusibles en fours à arc électrique, en particulier en fours à arc sous vide, par mesure de la tension de l'arc engendrée durant le processus de fusion, en tenant compte des impulsions de tension superposées à cette tension, la tension de l'arc étant comparée en permanence à une tension théorique, et la différence de tension étant erivoyée à des éléments intégrateurs Etant donné l'impossibilité de déterminer la longueur de l'arc électrique par voie directe, on est contraint de déterminer par voie indirecte la distance entre l'électrode et la surface du bain. Dans ce but on utilise déjà depuis quelque temps la mesure de la tension de l'arc et sa transformation en signaux de réglage. En procédant ainsi il a été constaté qu'à la tension de l'arc sont superposées certaines impulsions de tension qui se produisent généralement de façon irrégulière et dont l'amplitude, la fréquence d'apparition et le signe permettent de tirer certaines conclusions sur la longueur de l'arc. C'est ainsi par exemple que l'on connaît, par le brevet français n° 1 395 053, un procédé de réglage de l'avance d'une électrode fusible dans un four à arc électrique sous vide, selon lequel seules les impulsions d'impédance qui se produisent durant le processus de fusion sont prises en considération. L'amplitude et/ou la fréquence d'apparition des impulsions sont exploitées pour engendrer par voie électrique un signal de réglage. Ce procédé reposait sur la constatation qu'aussi bien la fréquence des impulsions que leur fréquence d'apparition augmentent à mesure que diminue la longueur de l'arc,et inversement. Il est également connu, par le brevet français 1 397 522, de prévoir à côté dcun réglage par exploitation des impulsions également m réglage par détermination de la tension d'arc pure, pour le cas où il ne se produit plus d'impulsions, par exemple à cause d'un trop grand éloignement de l'électrode. Dans ces deux procédés de réglage connus la fréquence d'apparition et/ou l'amplitude des impulsions de tension peuvent être captées et comptées par des éléments intégrateurs placés à la suite. Les signaux de sortie de ces éléments peuvent finalement 69 43994 2 2026497 • être utilisés comme signal d'entrée pour vin dispositif de déplacement de la tige d'électrode. Bien que ces deux procédés de réglage aient donné de bons résultats dans la pratique, ils sont encore entachés d'insuf-5 fisances qui font qu'ils paraissent impropres à être utilisés largement dans tous les cas avec des fours à arc de fusion de métaux de toute nature. En effet, il a été constaté qu'un signal de réglage obtenu à partir d'impulsions ne représentait pâs toujours une fonction univoque de la distance entre l'électrode fusible 10 et le bain, ceci est vrai surtout lorsque l'arc est instable et que des signaux d'impulsions se produisent indépendamment de la position relative de l'électrode. En outre, la grandeur du signal causé par les impulsions dépend du courant de fusion au moment considéré, ce qui n'augmente pas la sûreté de tels signaux. Dans 15 la suite de ce texte on entendra par "impulsions parasites" ces impulsions qui se produisent irrégulièrement et dont la fréquence, l'amplitude et le signe ne sont pas représentatifs de la position de l'électrode. On a maintenant eu la surprise de constater que les im-20 pulsions parasites s'annulent mutuellement lorsqu'on les compare entre elles quant à leur signe. Par contre, les impulsions qui résultent de variations de la position relative de l'électrode présentent, selon que la distance entre l'électrode et le bain est trop courte ou trop longue, une tendance nettement prépondérante 25 à fraction négative ou positive. L'invention a donc pour but de créer vin procédé de réglage qui différencie entre impulsions parasites et impulsions dues à la distance, et dans lequel seules les impulsions qui sont fonction de la distance entre l'électrode et le bainsont utili-30 sées pour effectuer le réglage. Le procédé envisagé doit éviter l'imprécision du réglage de la longueur d'arc qui résulte de l'absence de différenciation entre ces deux types d'impulsions. Pour supprimer les inconvénients inhérents aux procédés connus et atteindre le but fixé, l'invention prévoit que les dif-35 férences entre la tension d'arc et la tension théorique sont captées et intégrées séparément en fonction de leur polarité, et que la différence des tensions intégrées sert de signal de réglage qui, selon sa polarité, provoque le déplacement de l'électrode fu 69 43994 3 2026497 sible dans le sens d'une montée ou d'une descente. Les avantages associés à ce procédé sont que les impulsions parasites se trouvent éliminées avelnt d'avoir influé sur le processus de réglage, celui-ci étant conditionné exclusivement par les impulsions qui 5 permettent de tirer des conclusions univoques quant à la longueur de l'arc. Par la formation d'une différence, comme indiqué ci-dessus, entre les tensions intégrées, on est assuré que la valeur de mesure utilisée pour opérer uii réglage se trouve élevée bien au-dessus du niveau des signaux parasites. 10 Une disposition particulièrement avantageuse permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, une tension théorique Us qui correspond à la tension d'arc moyenne étant appliquée contre la tension d'arc UL, consiste en ce que la différence de potentiel entre la tension d'arc et la tension théorique 15 est appliquée en fonction de sa polarité à deux montages-filtrès qui favorisent la transmission des impulsions et sont reliés à deux éléments de commutation qui, selon la polarité de la différence de potentiel, mettent sous tension l'un de deux éléments intégrateurs branchés en opposition mutuelle, et en ce que la dif-20 férence positive ou négative entre les tensions intégrées qui est présente à tout moment à la sortie commune des éléments intégrateurs branchés l'un contre l'autre est envoyée en tant que signal de réglage à un dispositif de déplacement de l'électrode fusible. Les montages-filtres qUi favorisent la transmission des 25 impulsions et qui doivent distinguer clairement entre les signaux d'impulsions et un faible écart admissible de la différence de potentiel, éventuellement de longue durée, sont constitués particulièrement favorablement par des éléments RC et ils Ont une dimension telle que les variations de la différence de potentiel qui 30 ont un caractère d'impulsions sont immédiatement présentes aux éléments de commutation tandis que les variations de longue durée ne s'y retrouvent qu'après qu'elles ont dépassé une certaine valeur de seuil. Les éléments RC jouent en même temps le rôle d'adapteurs de sensibilité qui font que des impulsions d'amplitudes différen-35 tes sont présentes avec la même grandeur aux éléments de commutation. Des exemples d'exécution de dispositions permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention sont décrits ci-après 43994 4 2026497 avec référence au dessin comportant e figures. La fig.l représente un schéma de connexions d'un appareillage conçu pour détecter la tension d'arc y compris les impulsions de tension superposées à celle-ci, et pour transformer cette tension en signaux. La tension d'arc du four à arc est appliquée aux bornes 1 et 2 et est transmise par l'intermédiaire d'un filtre 3 qui élimine les fréquences indésirables telles que par exemple les harmoniques du redresseur. Entre les bornes dé sortie du filtre se trouve la résistance ohmique 4. Aux bornes 5 et 6 est appliquée une contre-tension que l'on règle au moyen du potentiomètre 7 sur une valeur qui correspond à la tension moyenne à la résistance 4. Cette tension est la tension d'arc théorique. Les diodes 8 et 9 et les résistance 10 et 11 branchées en série par rapport à ces diodes ne sont traversées par aucun courant aussi longtemps qu'il y a égalité entre les tensions à la résistance 4 et au potentiomètre 7, c'est-à-dire aussi longtemps que la tension effective de l'arc est égale à sa tension théorique. Les écarts éventuels de la tension d'arc, c'est-à-dire aussi bien les écarts de longue durée que les impulsions, engendrent toutefois un passage de courant par les diodes et les résistances. Des écarts positifs de la tension d'arc ne peuvent, à cause de la diode 8, que faire passer un courant par la résistance 11, tandis que des écarts négatifs de cette tension ne peuvent, à cause de la diode 9, que faire passer un courant par la résistance 10. Les courants qui, par suite des écarts de tension, passent dans les branches 9/10 et 8/ll, de signe positif ou négatif, sont alors captés séparément et envoyés aux éléments RC 12/13 et 14/15. Etant donné que, comme déjà dit, des écarts de la tension d'arc de longue durée font eux aussi passer des courants dans les circuits 9/l0 ou 8/ll, les éléments RC 12/13 et 14/15 sont conçus de façon que les impulsions ne rencontrent qu'une faible résistance et provoquent la réponse des éléments de commutation 16 et 17 fonctionnant en tant que relais. Toutefois, les tensions présentes -pendant une longue durée à la résistance 10 ou à la résistance Il provoquent une chute de tension à la résistance 13 ou à la résistance 15, de sorte que les éléments de commutation 16 et 69 43994 5 2026497 17 n'attirent pas. Si les résistances 13 et 15 sont des résistances réglables, on peut, selon les cas, les régler sur différentes valeurs de seuil supérieure et inférieure auxquelles répondent les éléments de commutation 16 et 17. 5 Les contacts 18 et 19 de ces éléments sont reliés par l'intermédiaire des bornes 28 et 29 à une source de courant continu. Il se forme deux circuits de courant dans lesquels sont disposées les résistances 20 et 21. Etant donné que seuls des écarts négatifs de la tension d'arc sont captés et envoyés aux éléments 20 de commutation, il ne passe un courant dans le circuit comprenant les contacts 18 et la résistance ohmique 20 que lorsque l'écart de la tension d'arc est négatif et que les autres conditions pour un passage dans l'élément RC sont remplies. De manière analogue, un courant ne passe dans le circuit comprenant les contacts 19 25 et la résistance ohmique 21 que lorsque l'écart de la tension d'arc est positif; en d'autres termes : le traitement séparé des écarts positifs et négatifs de la tension d'arc subsiste également en aval des éléments de commutation 16 et 17. Si l'un des contacts 18 et 19 est fermé, la tension de 20 ia source de courant 28/29 est présente à la résistance 20 ou 21 correspondant au contact concerné. Cette tension est prélevée et est présente aux éléments d'intégration 22/23 ou 24/25, au travers desquels elle apparaît aux bornes 26 et 27, fortement temporisée. Cette temporisation par les éléments intégrateurs est conçue de 25 façon qu'elle soit grande par rapport à la succession d'impulsions escomptée. Une fermeture et ouverture des contacts 18 et 19 provoque à la résistance 20 ou 21, par suite de la tension constante aux bornes 28 et 29, des impulsions rectangulaires dont la hauteur est toujours égale et dont la longueur correspond à la durée des 30 impulsions à l'entrée. Après temporisation par les condensateurs et résistances 22, 23, 24 et 25 il se forme une tension de signal continue au condensateur 23 ou 25, dont la hauteur dépend du nombre et de la durée des impulsions à l'entrée. Par suite du branchement en opposition des condensateurs 23 et 25 on recueille aux 35 bornes 26 et 27 la différence entre les deux tensions de signalisation. Une différence ne peut, par nature, se produire que lorsqu'il n'y a pas concordance entre le nombre et la durée d'impulsions positives et le nombre et la durée d'impulsions négatives. 43994 6 2026497 te signal de sortie aux bornes 26 et 27 est, de façon connue en soi, conduit à un servo-mécanisme pour le déplacement de l'électrode fusible. Ce servo-mécanisme peut avoir un comportement P; lorsqu'un servo-moteur est utilisé pour l'électrode, ce servo-mécanisme présente forcément un comportement I ou PI. Le mode de fonctionnement de la disposition selon la fig. 1 est décrit en détail ci-après avec référence à la fig. 2. A la fig. 2a on a représenté sous forme d'un graphique les courbes de la tension d'arc UL pour trois états de marche d'un four à arc. Ces courbes sont rapportées à la tension dite théorique Us prélevée au potentiomètre 7 (fig. 1). La courbe de gauche caractérise l'allure de la tension d'arc telle qu'elle existe lorsque l'électrode est trop rapprochée. Mis à part le fait que les impulsions négatives sont prépondérantes, il existe en outre pendant un temps assez long un écart de tension négatif - AU. La courbe du milieu montre une allure de la tension d'arc qui est caractéristique d'un état de marche avec un arc de longueur correcte. Bien que dans ce cas aucune intervention de réglage ne soit nécessaire, une telle intervention serait provoquée, selon les procédés connus, par suite des impulsions lors de leur comptage ou intégration sans tenir compte du signe; cette intervention serait non seulement inutile, mais même dépourvue de sens. La courbe de droite montre 11 allure de la tension d'arc qui est caractéristique d'un état de fonctionnement avec un arc de trop grande longueur. Outre la prépondérance des impulsions positives en ce qui concerne leur fréquence d'apparition et leur amplitude, il existe un écart de tension d'arc + qui se maintient longtemps. La fig. 2b représente maintenant l'allure de la tension à la sortie, après avoir quitté les éléments RC 12/13 et 14/15. Dans tous les cas la différence de tension + AU de longue durée a été éliminée grâce à la conception des éléments RC; elle n'a donc plus d'effet sur les éléments de•commutation suivants 16 et 17. La tension positive, représentée par le tronçon de la courbe situé au-dessus de l'abscisse, est présente à l'élément de commutation 17, tandis que la tension négative, représentée par le tronçon de la courbe situé au-dessous de l'abscisse, est présente à l'élément de commutation 16. La fig. 2c représente l'allure de la tension dans les 43994 7 2026497 deux circuits de courant 18/20 et 19/21. Par suite de la présence d'une tension constante aux bornes 28 et 29, des impulsions rectangulaires de hauteur constante sont engendrées en fonction de la durée de fermeture des deux contacts 18 et 19 et peuvent être prélevées aux résistances 20 et 21 suivant leur polarité. Ces impulsions rectangulaires sont appliquées aux éléments intégrateurs 22/23 ou 24/25 qui en effectuent la somme en tenant compte de leur signe. Lorsque l'électrode est trop près du bain (courbe de gauche sur la fig. 2), ce sont surtout les impulsions négatives qui prédominent, de sorte qu'il s'établit aux bornes de sortie 26 et 27 me tension négative qui agit sur un organe de réglage dans le sens d'une augmentation de la distance entre l'électrode et le bain. Lorsque cette distance est correcte (courbe centrale sur la fig.2) la durée des impulsions positives équilibre celle des impulsions négatives. Aucune tension n'apparaît donc dans ce cas aux bornes 26 et 27. Ceci correspond aux conditions requises de l'appareillage de réglage, puisqu'une intervention est inutile dans ce cas. Il en est autrement lorsque les impulsions positives sont prépondérantes (courbe de droite sur la fig. 2), parce que l'électrode est trop éloignée. Dans ce cas il existe aux bornes 26 et 27, par suite de l'élément intégrateur concerné, me tension positive qui provoque me intervention de réglage dans le sens d'un raccourcissement de la distance entre l'électrode et le bain. Exemple : Dans m four à arc sous vide exploité avec me tension d'arc moyenne ULm = 25 volts l'amplitude des impulsions atteignait + 5 volts. On compta environ 40 impulsions par minute. Les deux éléments RC avaient les caractéristiques suivantes : Rmax = 25 000 ohms, C = 100JAF. Les relais utilisés avaient me tension d'excitation de 0,5 volt. Les deux éléments intégrateurs avaient les caractéristiques suivantes : 5,6 Kil, 250jaF + 3,3 KS, 25/«F, et avaient par conséquent me constante de temps d'environ 2 secondes. La fig. 3 représente à titre d'exemple d'exécution me variante de la disposition selon la fig.l avec des éléments de circuit dépourvus de contacts. -La tension d'arc est appliquée aux bornes 1 et 2 et est débarrassée d'harmoniques indésirables au moyen du filtre 3. Les bornes de sortie du filtre sont reliées l'une à l'autre par la résistance 4. Aux bornes 5 et 6 est présente me 69 43994 8 2026497 ■ tension qui est réglable au moyen du potentiomètre 7. Le prélèvement au potentiomètre 7 correspond à la tension théorique tlg qui s'oppose à la tension d'arc. Tant que la tension théorique est égale à la tension d'arc, il ne passe aucun courant. Si maintenant 5 il se produit dans la tension d'arc et à la résistance 4 des impulsions, ceiles-ci sont cotirt-circuitées par le condensateur 30 et peuvent par conséquent être prélevées au potentiomètre 31 selon leur direction. Par contre, des variations de tension de longue durée font que le condensateur 30 se charge, et elles peuvent être 10 prélevées au potentiomètre 32. Ce dernier a une résistance ohmique considérablement plus grande que le potentiomètre 31. En agissant sur le potentiomètre 32 on peut régler des valeurs limites de tension auxquelles les éléments de commutation électroniques situés en aval doivent répondre. Avec le potentiomètre 33 l'effet 15 des impulsions peut être affaibli en les évacuant par l'intermédiaire du condensateur 34. Si les potentiomètres 32 et 33 sont placés sur un axe commun, il est particulièrement simple d'effectuer un réglage sur tout rapport désiré entre l'intensité des impulsions et celle des variations de tension de longue durée. 20 La tension de sortie du potentiomètre 31 qui sert au ré glage de la sensibilité de réponse est transmise à deux éléments de commutation électroniques. Ces éléments, sous forme des transistors 35 à 40, sont conçus de façon que pour une tension déterminée à l'entrée la totalité de cette tension soit présente aux 25 résistances de sortie 41 à 46. Il n'y a toujours qu'un seul côté qui est en activité à un moment donné, à savoir le côté auquel la base du premier transistor est positive. Avec les éléments intégrateurs 47/49 et 48/50 le signal de sortie est temporisé jusqu'à ce qu'il se forme un signal continu. Une réaction avec les résis-30 tances 51 et 52 accroît la tension de commutation nécessaire lorsqu'un signal de sortie relativement grand apparaît. La différence entre les tension intégrées apparaît aux bornes de sortie 53 et 54 et, de là, peut être envoyée à un servo-mécanisme de l'électrode fusible. Les résistances 55 et 56 servent de diviseurs de tension 35 pour la réaction des résistances 51 et 52. Au titre de mesures supplémentaires il faut encore mentionner la possibilité de disposer un amplificateur entre la sortie du potentiomètre 31 et l'entrée des éléments de commutation électroniques, ainsi que de disposer un amplificateur entre les bornes de sortie 53/54 et le 40 servo-mécanisme. v 43994 9 2026497 REVENDICATIONS 1.- Procédé de réglage de l'avance d'électrodes fusibles en fours à arc électrique, en particulier en îqwfs à arc sous vide, par mesure de la tension de l'arc engendrée durant le processus de fusion, en tenant compte des impulsions de tension superposées à cette tension, la tension de lrarc étant comparée en permanence à une tension théorique, et la différence de tension étant envoyée à des éléments intégrateurs qui, de leur côté, engendrent des signaux de réglage pour un appareillage d'avance de l'électrode, ce procédé étant remarquable en ce que les différences de tension sont captées et intégrées séparément en fonction de leur polarité, et en ce que la différence des tensions intégrées sert de signal de réglage qui, selon sa polarité, provoque le déplacement de l'électrode fusible dans le sens d'une montée ou d'une descente. 2.- Disposition pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, une tension théorique Us correspondant à la tension d'arc moyenne étant appliquée contre la tension'd'arc UL, cette disposition étant remarquable en ce que la différence de potentiel entre la tension d'arc et la tension théorique est appliquée en fonction de sa polarité à deux montages-filtres qui favorisent la transmission des impulsions et sont reliés à deux éléments de commutation qui, selon la polarité de la différence de potentiel, mettent sous tension l'un de deux éléments intégrateurs branchés en opposition mutuelle, et en ce que la différence positive ou négative entre les tensions intégrées qui est présente à tout moment à la sortie commune des éléments intégrateurs branchés l'un contre l'autre est envoyée en tant que signal de réglage à un dispositif de déplacement de l'électrode fusible. 3.- Disposition selon la revendication 2, remarquable en ce que les montages-filtres qui favorisent le passage des impulsions sont constitués par des éléments RC, et en ce que ces éléments ont une dimension telle que les variations de la différence de potentiel qui ont un caractère d'impulsions sont immédiatement présentes aux éléments de commutation tandis que les variations de longue durée n'y sont présentes qu'après avoir dépassé une valeur de seuil.