Brevet FR2106448A1 — publié le 19720505

La présente invention concerne le domaine de 1'électrométal-lurgie, et notamment les- installations de refusion sous laitier conducteur de l'électricité, et elle peut être appliquée à l'élaboration de gros lingots en aciers et alliages fins, pesant quel-5 ques centaines de tonnes. On connaît des installations polyphasées pour la refusion sous laitier conducteur de l'électricité, dans une lingotière refroidie, d'électrodes consommables, dont le nombre est un multiple du nombre de phases du réseau à courant alternatif polyphasé à fré-10 quence industrielle. Les électrodes peuvent être montés fixes les unes par rapport aux autres. Dans le cas d'élaboration de lingots d'un poids élevé, de l'ordre de 200 t, la préférence est donnée aux installations à électrodes multiples, car comparativement à celles à trois électrodes elles ont une hauteur plus petite et des carac-'15 téristiques électriques plus élevées.. On connaît des fours électriques à électrodes multipèes alimentés par une source de courant alternatif polyphasé. Dans ces fours, des connexions entre électrodes raccordent deux par deux les électrodes voisines et à une extrémité de chacune des con-20 nexions sont branchées des amenées de courant aboutissant aux enroulement secondaires d'un transformateur, le nombre des enroulements secondaires étant égal au nombre de groupes d'électrodes et leurs tensions constituant un système polyphasé symétrique. Un tel schéma de branchement des électrodes est l'un des plus simples et des 25 plus fiables. Il assure au four une forte production et un rendement élevé. Toutefois, appliqué à la refusion sous laitier conducteur de l'électricité de six électrodes disposées aux sommets d'un hexagone régulier et montées fixes les unes par rapport aux autres, ce schéma 50 présente des inconvénients notables ; il n'assure ni un champ de température uniforme ni l'égalisation automatique des vitesses linéaires de fusion des électrodes, ce qui est indispensable pour élaborer des lingots de haute qualité avec une bonne surface. Dans les intervalles entre électrodes raccordées par des in-35 ter-connexions, le laitier est plus froid que dans les intervalles entre les électrodes de groupes voisins, car les électrodes de chaque groupe se trouvent au même potentiel et aucun courant ne circule dans le laitier entre elles. Un tel champ de température irrégulier dans le bain de laitier sur le périmètre du lingot provoque 40 l'apparition de renflements et d'étranglements sur la surface du COPY 71 32551 2106448 lingot. Dans le cas de l'altération de l'égalité des sections des électrodes, par exemple par suite de porosités des électrodes coulées, de masse importante, ou bien lors de différences de disposi 5 tion des électrodes de chaque groupe par rapport aux électrodes des groupes voisins et à la paroi de la lingotière, dans l'installation alimentée suivant le schéma connu il n'y a pas d'égalisation automatique des vitesses linéaires de fusion des électrodes montées fixes les unes par rapport aux autres (fusion des électrodes avec 10 une profondeur d'immersion dans le laitier constante pendant le processus). En outre, le branchement asymétrique des amenées de courant aux connexions raccordant les électrodes deux par deux peut provoquer, dans le cas de la refusion d'électrodes de grand diamètre, 15 la fusion irrégulière des électrodes raccordées par des connexions. L'invention vise à supprimer les inconvénients mentionnés. Il s.'agit donc de créer une installation pour l'élaboration de lingots de grand poids par refusion sous laitier conducteur de l'électricité, dans laquelle le champ de température serait unifor-20 me et les vitesses de fusion des électrodes montées fixes les unes par rapport aux autres s'égaliseraient automatiquement, dont la conception serait simplifiée et qui aurait des circuits à forte intensité de faible réactance , ainsi que des performances énergétiques accrues. 25 La solution consiste en ce que, dans une installation de re- - fusion d'un métal sous laitier conducteur de l'électricité, comprenant une lingotière refroidie dans laquelle des électrodes consommables sont disposées aux sommets d'un p&lygone régulier formé par elles, ces électrodes étant fixées avec isolement dans un porte-j50 électrodes èt raccordées entre elles deux par deux par des connexions- interélectrodes, ainsi qu'au moins un transformateur d'alimentation avec tin système de barres bifiliaire pour l'amenée du courant aux électrodes, les tensions des enroulements secondaires dudit transformateur constituant un système p&lyphasé symétrique 35 dans lequel le nombre d'enroulements secondaires est égal au nombre de groupes d'électrodes consommables, conformément à l'invention, lesdites connexions interélectrodes raccordent des électrodes consommables disposées diamétralement, aux sommets du pâ>lygone régulier. Il est avantageux que les milieux desdites connexions inter-40 électrodes soit respectivement raccordés, à l'aide de barres, à des 71 32551 3 2106448 premières bornss d'enroulements secondaires de transformateurs monophasés d'alimentation disposés symétriquement par rapport à la lingotière et que les secondes bornes desdits enroulements secondaires soient couplées en étoile à l'aide de barres, disposées au-5 dessus du porte-électrodes, à l'intérieur du polygone régulier formé par tes électrodes, en système bifilaire avec les barres raccordant les connexions interélectrodes aux premières bornes des enroulements. Le milieu de chaque connexion interélectrode peut être raccordé simultanément aux extrémités de noms contraires des enroulements 10 secondaires de deux transformateurs monophasés d'alimentation voisins, disposés conjointement avec les autres transformateurs monophasés de façon à être symétriques par rapport à la lingotière, les enroulements secondaires étant alors couplés en triangle. Il est avantageux aussi que chaque connexion interélectrodes, 15 raccordant des électrodes consommables diamétralement opposées, soit raccordée, du côté d'une électrode, à la première borne, de l'enroulement secondaire de l'un des transformateurs monophasés d'alimentation, et que du côté de l'électrode opposée elle soit raccordée à la seconde borne de l'enroulement secondaire du transforma-20 teur monophasé voisin, ce qui constitue un montage dans lequel les enroulements secondaires des transformateurs sont couplés en triangle. Les milieux desdites connexions interélectrodes peuvent aussi être raccordés par un système de barres bifilaires aux sorties correspondantes des enroulements secondaires d'un transformateur poly-25 phasé unique. Le plus avantageux est de disposer lesdites connexions interélectrodes à l'intérieur du polygone régulier formé par les électrodes. L'installation réalisée conformément à l'invention permet de 30 résoudre les problèmes posés. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels : la Fig. 1 montre le schéma électrique de principe d'une ins-35 tallation suivant l'invention, alimentée par trois transformateurs monophasés dont les enroulements secondaires sont couplés en étoiles ; la Fig. 2 représente le diagramme vectoriel des tensions sur les électrodes de l'installation de la Fig. 1 ; 40 les Fig. 3 et 4 représentent deux variantes du schéma élec 71 32551 4 2106448 trique de principe de la même installation, alimentée par trois transformateurs monophasés dont les enroulements secondaires sont couplés en triangle ; la Fig. 5 représente le schéma électrique de principe d'une 5 installation alimentée par un transformateur polyphasé unique. Dans les exemples l'invention proposée sera considérée appliquée à une installation de refusion sous laitier conducteur de l'électricité, à six électrodes. La Fig. 1 indique que l'installation comprend des électrodes 10 consommables 1 à 6 disposées aux sommets d'un hexagone régulier qu'elles forment. Les électrodes sont montées fixes dans un porte-électrodes 8, immobiles les unes par rapport aux autres et isolées du porte-électrodes. L'installation comporte aussi une billette ou demi-produit métallique 7 central, nécessaire pour augmenter son 15 rendement dans le cas de l'élaboration de lingots pleins. Pour l'élaboration de lingots creux on ne monte.pas le demi-produit métallique 7 central. Le faisceau d'électrodes est réalisé en respectant rigoureusement la symétrie axiale par rapport à la lingotière tfefroi-die (non représentée). Les paires d'électrodes 1 et 4, 2 et 5, 3 20 et 6, disposées aux sommets diamétralement opposés de l'hexagone, sont raccordées entre elles par des connexions interélectrodes 9 en cuivre, refroidies par eau,calculées chacune pour la circulation du courant de fusion d'une électrode. Les milieux des connexions 9 sont respectivement raccordés par des barres 10 à des premières bor-25 nés d'enroulements secondaires de transformateurs monophasés d'ali-_ mentation 11. Les secondes bornes des enroulements secondaires des transformateurs 11 sont raccordées à un point 13 situé sur l'axe de symétrie de l'ensemble d'électrodes 1 à 6 par des barres 12, de façon à former un couplage en étoile avec disposition bifilaire des 30 barres 12 avec les barres- 10. Il est avantageux que le point 13 de branchement des barres 12 soit situé au-dessus du porte-électrodes 8, afin de diminuer l'inductance des circuits à forte intensité.Le point neutre 13 de l'étoile constitué par les secondes bornes des enroulements secondaires des transformateurs 11 peut être soit rac-35 cordé au demi-produit métallique central 7 (comme représenté à la Fig. l), soit isolé de celui-ci. Les transformateurs monophasés d'alimentation 11 sont disposés symétriquement autour de l'installation de refusion. Quand ces transformateurs sont branchés au réseau électrique en étoile ou en triangle, les tensions de leurs enroule-40 ments secondaires constituent un système polyphasé (triphasé dans 71 32551 5 2106448 l'exemple décrit) symétrique, le nombre d'enroulements secondaires devant toujours être égal au nombre de groupes d'électrodes à refondre . Un tel schéma électrique d'alimentation pour la refusion sous 5 laitier conducteur de l'électricité permet de diviser le champ magnétique dans la zone des circuits à forte intensité formés par les électrodes consommables en deux parties égales comparativement à un schéma dans lequel chaque paire d'électrodes voisines est raccordée à des extrémités différentes de l'enroulement secondaire du 10 transformateur d'alimentation. Grâce à la division du champ magnétique, dans une installation conforme à l'invention pour élaborer des lingots d'un poids de l'ordre de 200 t, l'inductance externe du faisceau d'électrodes est notablement diminuée, comparativement, aux schémas monophasés con-15 nus de branchement des électrodes. C'est pourquoi l'inductance de tout le réseau électrique de l'installation est fortement diminuée, grâce à quoi, dans le cas de l'alimentation du four en courant polyphasé à fréquence industrielle de 50 Hz, on obtient un facteur de puissance élevé (cos^Ç = 0,9 à 0,95). Dans l'exemple décrit, 20 entre n'importe laquelle des électrodes 1 à 6 et les autres électrodes (sauf celle qui est diamétralement opposée), est appliquée une tension composée, tandis qu'entre le point neutre 13 (ou le demi-produit 7 central si celui-ci est raccordé à ce point) et n'importe laquelle des électrodes c'est la tension simple qui est appli-25 quée, comme on peut le voir sur le diagramme vectoriel de la Pig. 2. Un tel diagramme vectoriel des tensions sur électrodes 1 à 6 assure une distribution uniforme des champs électriques et, par conséquent, thermiques, dans le bain de laitier, ce què est indispensable pour obtenir des lingots de qualité. 30 La régulation automatique des vitesses de fusion des élec trodes montées fixes les unes par rapport aux autres s'effectue grâce à la redistribution des courants dans les électrodes lors d'une variation de la profondeur d'immersion dans le laitier de n'importe laquelle des six électrodes. Par exemple, en cas d'aug-35 mentation de la profondeur d'immersion dans le laitier de l'électrode 4 de section éventuellement plus grande que celle des électrodes 1,2,3,4,5,6, c'est-à-dire en cas de diminution de la vitesse linéaire de fusion de cette électrode, le courant dans l'électrode 4 augmente. Ce courant parvient aux électrodes voisines 3,5 et 40 aux électrodes 2 et 6 branchées aux autre phases. Etant donné que 71 32551 6 2106448 l'accroissement du courant dans l'électrode 4 seule est égal à la somme des petits accroissements de courant s'étant produits dans-les électrodes 2,3,5,6, la vitesse de fusion de l'électrode 4 augmente beaucoup plus que celle des quatre électrodes indiquées. Il en ré-5 suite l'égalisation des vitesses linéaires de fusion des électrodes. Quand la cause ayant provoqué l'inégalité des vitesses de fusion . des électrodes disparaît (les sections des électrodes sont redevé-nues égales), les courants circulant dans les électrodes s'égalisent. 10 D'autres variantes de branchement des connexions""interélec- " ~ trodes 9 aux enroulements secondaires des transformateurs d'alimentation sont possibles. Par exemple, dans.le cas de couplage des enroulements des transformateurs monophasés d'alimentation en triangle, le milieu 15 de chaque connexion interélectrodes 9 est simultanément raccordé aux extrémités de noms contraires des enroulements secondaires de deux transformateurs monophasés voisins : 14 et 15, 15 et 16 ou 16 et 14 (Fig. 3). La Fig. 4 représente une variante dans laquelle chaque con-20 nexion interélectrodes 9 raccordant entre les électrodes op posées du faisceau 1 à 6, par exemple la paire 1 et 4, est raccordée du côté de l'électrode 4 à une première borne de l'enroulement secondaire du transformateur 15, et du côté de l'électrode 1 elle est raccordée à une seconde borne de l'enroulement secondaire d'un 25 autre transformateur monophasé, le transformateur 14. Les autres - connexions sont raccordées de manière a&alogue, ce qui fait que tous les enroulements secondaires des transformateurs monophasés se trouvent couplés en triangle. Dans le cas de l'alimentation de l'installation à partie d'un 30 transformateur polyphasé unique, par exemple d'un transformateur triphasé (Fig. 5), les milieux des connexions interélectrodes 9 sont raccordés par des barres 17, 18, 19, disposées en système bifilaire, aux sorties des enroulements secondaires du transformateur triphasé 20 (sur les Fig. 3, 4, 5 on n'a représenté que les enrou-35 lements secondaires des transformateurs 14,15, 16, 20). Dans l'installation décrite pour la refusion d'un métal sous laitier conducteur de l'électricité, le nombre d'électrodes peut aussi être supérieur à six, mais il doit toujours être multiple de six. Dans ce cas le faisceau d'électrodes est divisé en six grou-^0 pes, et les groupes d'électrodes diamétralement opposée sont raccorCOPY 7 32551 2106448 dés entre eux de façon à former des paires qui sont branchées eom-mme dans le système à six électrodes. -■ï COPY 71 32551 O 2106448 REVENDICATIONS 1. Installation de refusion d'un métal sous laitier conducteur de l'électricité, comprenant une lingotière refroidie dans laquelle des électrodes consommables sont disposées aux sommets d'un polygone régulier formé par elles, ces électrodes étant 5 fixées avec isolement dans un porte-électrodes et raccordées entre elles en groupes pair des connexions interélectrodes, ainsi qu'au moins un transformateur d'alimentation avec un système de barres bifilaire pour l'amenée du courant aux électrodes consommables, les tensions des enroulements secondaires dudit transformateur 10 constituant un système polyphasé symétrique dans lequel le nombre d'enroulements secondaires est égal au nombre de groupes d'électrodes consommables, caractérisé en ce que lesdites connexions interélectrodes raccordent des électrodes consommables disposées diamétralement, aux sommets du polygone régulier. 15 2. Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les milieux des connexions raccordant des électrodes diamétralement opposées sont respectivement reliés.jpar des barres à des premières bornes des enroulements secondaires des transformateurs monophasés d'alimentation disposés symétriquement par rap-20 port à la lingotière, tandis que les secondes bornes desdits enroulements secondaires sont couplées en étoile à l'aide de barres, disposées au-dessus du porte-électrodes, à l'intérieur du polygone régulier formé par les électrodes, en système bifilaire avec les barres raccordant les connexions interélectrodes aux premières 25 bornes des enroulements. 3. Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le milieu de chaque connexion interélectrodes raccordant des électrodes consommables diamétralement opposées est relié ~ simultanément aux extrémités de noms contraires des enroulements 30 secondaires de deux transformateurs monophasés d'alimentation voisins, disposés conjointement avec les autres transformateurs monophasés de façon à être symétriques par rapport à la lingotière 4. Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que chaque connexion interélectrodes, raccordant des électrodes 35 consommables diamétralement opposées, est reliée du coté d'une électrode à une première borne de l'enroulement secondaire de l'un des transformateurs monophasés, tandis que du coté de l'électrode opposée elle est reliée à une seconde borne de l'enroulement secon daire du transformateur monophasé voisin, ce qui constitue un 71 32551 9 2106448 montage dans lequel les enroulements secondaires des transformateurs sont couplés en triangle. 5. Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les milieux des connexions interélectrodes sont reliés 5 par un système de barres bifilaires aux sorties correspondantes des enroulements secondaires d'un transformateur polyphasé unique. 6. Installation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5> caractérisée en ce que les connexions interélectrodes raccordant des électrodes consommables opposées sont disposées à 10 l'intérieur du polygone régulier formé par les électrodes.