Brevet FR2112230A1 — publié le 19720616

La orésente invention concerne le do. de 11électromé tallurgie, et notamment les dispositifs pour ia refusion au plasma-arc des déchets de tôles en métaux à. haute reactivite On connaît largement des fours à plasma-arc pour la réfusion de demi-produits, comprenant une chacfcre avec un .rée9nis.:.£. d1 avanc- du demi-produit, dotée de plasmatrons,et une lingotière juxtaposée à ladite ehacitre. l'emploi de ces fours pour la fabrication de lingots en métaux et alliages à hau'e réactivité à partir de déchets est lié à la. nécessité de préparer une électrode consommable et, donc, d'exécuter une double refusion, car la refusion simple ne permet pas d'obtenir la qualité requise de la surface du lingot. Les électrodes consommables pour les fours à plasma-arc sont fabriqués soit à partir de déchets de tôles de métaux ou alliages à haute réactivité,soit à partir du constituant principal de la charge (éponge) avec additions desdits déchets. Les électrodes sont fabriquées à partir des déchets de tôles par des procédés extrêmement variés : compression, soudage, liaison des déchets de tôles a oyen d'une armature spéciale, etc... D'ordinaire, pour déplacer vers la zone de refusion les électrodes à fondre, fabriquées à partir de déchets par les procédés précités, on emploie des fours avec un mécanisme d'avance qui leur imprime m mouvement vertical et un mouvement de rotation (oscillatoire)« Toutefois, les fours équipés de tels mécanismes sont de conception compliquée, et la fabrication des électrodes à partir de déchets de tôles pour leur refusion dans ces fours requiert l'emploi d'un équipement de fabrication qui est, lui aussi, compliqué. Tout cela implique et sdge beaucoup de travail et des frais importants. Le rendement des fours est peu élevé,et, dans certains ca6,notamment lorsqu'on veut élaborer de gros lingots, les procédés connus de fabrication des électrodes sont tout à fait inapplicables. De ce ÊLt, les possibilités d'utilisation des déchets de tôles pour l'élaboration de lingots de dimensions (titane, zirconium, etc...) et de ces métaux 71 35253 2 2112230 et sections voulues sont restreintes. Le but de la présente invention est de supprimer les inconvénients mentionnés ci-dessus. Il s'agissait dont de créer un four à plasma-arc avec un 5 dispositif de chargement permettant d'enfourner les déchets de tôles Sans les transformer en électrodes et, par conséquent, de réduire les frais de piéparation des électrodes consommables, de simplifier la conception du four et d'y rendre possible l'élabor^Lon de lingots de dimensions et poids voulus. 10 La solution consiste en un four à plasma-arc comprenant une chambre avec un dispositif de chargement, dans la voûte de laquelle sont montés des plasmatrons, et une lingotière juxtaposée à la partie inférieure de ladite chambre, four dans lequel, conformément à l'invention, le dispositif de chargement 15 comporte, dans la partie supérieure de la chambre, une trémie étanche avec un récipient pour les déchets de tôles, une palette refroidie par eau, comportant des rainures de guidage, et montée entre le récipient et la lingotière, et un mécanisme disposé sous le récipient et destiné à amener les déchets de 20 tôles le long des rainures de ladite palette jusqu'à la zone de refusion, ce qui permet de réduire la durée du processus de refusion des chutes de tôles et la main-d'oeuvre qu'il nécessite. Le mécanisme pour l'amenée des déchets de tôles comporte 25 un chariot sur lequel sont articulés des poussoirs. Le récipient précité possède des compartiments à la partie inférieure desquels sont ménagées des rainures débouchantes longitudinales pour le passage desdits poussoirs. Dans la partie inférieure de la paroi avant du récipient, il y a des ouvertures à obturateurs 30 coulissants pour le passage des déchets de tôles. Une telle solution constructive permet d'exécuter la refusion des déchets de tôles sans les transformer en électrodes, ce qui simplifie considérablement le processus de refusion. Le four peut comporter au moins deux dispositifs de chargement 35 identiques, disposés autour de la lingotière, ce qui permet d'amener les déchets de tôles dans la zone de refusion 71 35253 5 2112230 simultanément par plusieurs voies. Tous les mécanismes et sous-ensembles du dispositif de chargement sont montés dans le four dans l'ordre assurant l'amenée continue dans la zone de refusion des déchets coupés 5 en longueurs prédéterminées, et l'obtention, à la fin du processus, de lingots ayant le poids -voulu. Plus bas est décrit un exemple concret mais non limitatif de réalisation de l'invention, avec renvois aux dessins anneés qui représentent : 10 - la figure 1 un four à plasma-arc conforme à l'invention, vue en coupe longitudinale avec arrachement ; - la figure 2, le récipient des déchets de tôles (vue d'ensemble avec arrachement); - la figure 3, une vue en coupe suivant III-III de la figure 1 15 - la figure 4, une vue en coupe suivant IV-IV de la figure 1 ; - la figure 5 une vue en coupe suivant Y-Y de la figure 2. le four à plasma-arc comprend une chambre pLate soudée 1 (figure 1) du type caisson, sur laquelle sont montés tous les 20 sous-ensembles principaux. Dans la partie centrale de la chambre 1 il y a une ouverture débouchante (non représentée sur le dessin), au-dessus de laquelle est placée une voûte rabattable (non représentée sur le dessin). la voûte du four est réalisée sous la forme d'une boîte rectangulaire avec une 25 chemise d'eau sur toute sa surface. A sa partie supérieure la voûte possède des orifices à travers lesquels sont engagés des plasmatrons 2 montés de façon qu'ils puissent se déplacer verticalement et radialement. La voûte est fixée sur la chambre 1, par des charnières. Sur le côté de la voûte opposé aux charnières 30 sont fixées deux poulies, qui sont contournées par le câble d'un mécanisme de soulèvement de la voûte.Sous la voûte, dans une enveloppe fixée à la base de la chambre 1 est fixée la lingotière 3- L'enveloppe de la lingotière 3 est une structure soudée de forme rectangulaire,ouverte à sa partie supérieure. Le 35 fond de cette enveloppe possède une ouverture de forme rectangulaire, pour le passage du lingot et du faux-lingot du mécanisme 71 35253 4 2112230 (non représenté sur le dessin) d'extraction du lingot, et six orifices ronds pour le passage des tubes de refroidissement de la lingotière 3. Sur toute la surface de l'enveloppe de la lingotière 3 il y a une chemise d'eau. Dans la partie 5 supérieure de l'enveloppe est disposée une bride (non représentée sur le dessin) servant à assembler l'enveloppe de la lingotière 3 à la chambre 1 du four à l'aide de boulons. Les parties saillantes internes de cette bride (non représentée sur le dessin) servent d'appuis sur lesquels se place la 10 lingotière 3, avec interposition de plaques isolantes. A la partie inférieure de l'enveloppe de la lingotière 3> sur sa périphérie , sont disposées des griffes spéciales -(non représentées sur le dessin), à l'aide desquelles on assemble à ladite enveloppe le mécanisme d'extraction du lingot. La 15 lingotière 3 est réalisée composite : en cuivre et acier, avec refroidissement par eau. L'amenée et 1'évacuatiorfie l'eau s'effectuent par six tubes de cuivre passant à travers les orifices prévus dans le fond de l'enveloppe de la lingotière 3. La chambre 1 possède deux dispositifs de chargement (non 20 représentés sur le dessin), disposés symétriquement par rapport à la lingotière 3» Chaque dispositif de chargement comprend une trémie 4 recevant le récipient 5 de déchets de tôles. La trémie 4 est réalisée sous 1a. forme d'une gaine ouverte 25 de deux côtés, dotée de brides en bas et en haut. La bride inférieure de la trémie 4 est fixée de manière étanche à la partie supérieure de la chambre 1 , sous une ouverture pour le passage du récipient 5- Sur la bride supérieure est monté, à l'aide de charnières, un couvercle rabattable 6. 30 Les deux trémies 4 comportent à leur partie supérieure, sur leurs surfaces latérales, des brides pour3g/connexion des tubes d'un système de régénération et de circulation d'un gaz, En outre, sur l'une des trémies 4 est montée une soupape de sûreté qui, en cas de montée de la pression dans le four, met 35 l'enceinte du four en communication avec l'atmosphère et débfanche les sources d'alimentation. 1 35253 '3 2112230 Le récipient 5 est destine a recevoir les déchets 7, qui y sont empilés ; ensuite il est chargé dans le four pour la refusion. Le récipient 5 comprend une carcasse 8 (figure 2) partagée en plusieurs compartiments 9, dans lesquels sont empilés les déchets 7 à refondre, tronçonnés en longueurs prédéterminées. Dans la partie médiane du fend de chaque compartiment 9 sont ménagées des rainures débouchantes longitudinales 10. A la partie inférieure de la paroi avant du récipient 5, il y a des ouvertures pour la sortie des céchets à refondre 7 vers la zone de refusion. Des guidages 11 positionnent, le récipient 5 dans la chambre 1 du four. Deux anneaux de levage 12 servent à la manutention du récipient 5 à l'aide d'appareils de levage (non représentés sur les dessins); ces anneaux sont fixés à la partie supérieure sur une cloison transversale du récipient 5. Entre le récipient 5 et la lingotière 3 est montée une palette 13 refroidie par eau. La palette 13 est une structure soudée à partir de pla.aues de cuivre. Elle sert à guider le déplacement des décrets de tôles à refondre 7 du récipient 5 vers la zone de refusion. Dans sa partie supérieure sont réalisées des rainures de guidage 14, dont le nombre est déterminé par le nombre de compartiments 9 du récipient 5. La palette 13 Est fixée dans la chambre 1 horizontalement et elle est refroidie par eau. Sous le récipient 5, dans la chambre 1 du four est disposé un mécanisme 15 destiné à extraire successivement du récipient 5 les déchets de tôles 7 et à les amener le long des rainures de guidage 14 jusqu'à la zone de refusion. Le mécanisme 15 d'amenée des déchets de tôles comprend : un chariot 16 à la partie supérieure duquel il y a un trou vertical pour un écrou 17, et qui est traversé sur toute sa longueur par une ouverture dans laquelle est placée une vis de commande 18; quatre galets 19 à gorges de forme, montés dans des paliers sur chaque côté longitudinal du chariot 16 à l'aide d'axes 20 (figure 3) solidaires du chariot ; deux guidages 21 fixés à des consoles 22 (figure 4) montés dans la chambre 1, lesdits guidages comportant sur leur côté intérieur 1 35253 6 2112230 et sur toute leur longueur des chanfreins bilatéraux sur lesquels les galets 19 s'engagent par leur gorge de forme des poussoirs 23 réglables en hauteur à l'aide de cames interchangeables qui sont montées à l'avant du chariot 16 sur des axes 24 et peuvent librement tourner sur ces axes (les poussoirs sont biseautés à l'arrière); des ressorts 25 ( deux sur chaque poussoir) à l'aide desquels les poussoirs 23 sont serrés contre des butées 26 (-une extrémité de chaque ressort étant engagée dans un trou du poussoir 23, correspondant, tandis que 1 ' autre extrémité est fixée dans un trou ménagé dans une vis 27 vissée dans les chariots 16); une vis cfe commande 18 engagée dans l'écrou 17 et dont l'extrémité avant s'engage dans un palier monté dans un support 28 rigidement fixé au fond de la chambre 1 ; 1'extrémité arrière de la vis s'engage dans ion palier, monté dans un couvercle 29 fixé à la paroi arrière de la chambre 1. La vis 18 fait saillie à l'extérieur en passant à travers un joint de vide 30. Sur son extrémité arrière est calée une roue dentée 31 reliant le mécanisme d'amenée 15 à une commande 32. La commande 32 sert à imprimer aux poussoirs 23, placés sur le chariot I6di mécanisme 15 d'amenée des déchets de tôles, m^mouvement vers l'avant (vers la palette 13 à la vitesse nécessaire,et elle assure leur retour rapide à la position arrière extrême. La commande 32 est fixée sur le côté extérieur de la chambre 1 au-dessus du mécanisme 15 d'amenée des déchets de tôles. Sur la paroi avant du récipient 5, à côté de l'ouverture par laquelle sortent les déchets , des vis 33 (figure 5) fixent un obturateur 34 dont le déplacement vertical s'effectue à l'aide d'une vis spéciale 35- L'obturateur 34 est destiné à limiter la quantité de déchets de tôles amenée dans la zone de refusion à partir du récipient 5 par les poussoirs 23. Le nombre de poussoirs 23 dans le mécanisme 15 est égal au nombre de compartiments 9 du récipient 5 et au nombre de rainures 14 de la palette 13. Les écartements des axes de symétrie de ces éléments sont eux aussi é,gaux entre eux. 1 35253 7 2112230 le four comporte un mécanisme de déchargement (ç.on représenté sur le dessin) qui est destiné à extraire le lingot de la lingotière 3 et à le déplacer jusqu'au poste de déchargement . le mécanisme de déchargement comprend un mécanisme d'extraction du lingot, des amenées de courant, un châssis et un chariot (non représentés sur le dessin). les amenées de courant du four peuvent être réalisées sous forme de frotteurs ou analogues montés sur le mécanisme d'extraction des lingots. Le châssis du mécanisme de déchargeront est installé sur le chariot et peut être réalisé à partir de cornières sous la forme d'un cône tronqué. Il peut comporter, en haut et en bas, des plates-formes à ouvertures rectangulaires pour le passage du mécanisme d'extraction du lingot. Le chariot se déplace sur des rails et porte tous les organes du mécanisme de déchargement une armoire hydraulique et un groupe motopompe. Il serc à déplac le lingot élaboré jusqu'au poste de déchargement. le four peut aussi comporter un dispositif (non représenté sur le dessin) pour le soulèvement de la voûte lors du nettoyage du four et de la visite de la palette 13 et de la. lingotière 3. Pour refroidir les sous-ensembles du four qui se trouvent dans la zone d'action des hautes températures, il est prévu un systèm^ refroidissement cpnstitué par un bloc hydraulique, une installation de pompage, des canalisations distribuant l'eau aux sous-ensembles à refroidir, un bassin et cfes appareils de contrôle de la circulation et de la température de l'eau (non représentés sur les dessins). Les sous^-ensembles refroidis du four sont divisés en deux parties : ceux refroidis par l'eau courante ordinaire et ceux refroidis par de l'eau épurée ne formant pas de tartre. L'eau épurée refroidit la lingotière 3, le faux-lingot (non représenté sur les dessins) et les plasmatrons 2. A la sortie de tous ces sous-ensembles, dans chaque voie, il y a un relais de circulation. En outre, chacune de ces voies est contrôlée par un relais de tempS/-t'" '"e. Le four est équipé d'un système 71 35253 8 2112230 hydraulique servant à serrer et fixer le mécanisme d'extraction du lingot sur l'enveloppe de la lingotière 3 avant la refusion, ainsi qu'à déplacer le mécanisme (non représenté sur les dessins) de déchargement du-lingot jusqu'au poste de 5 déchargement et à le ramener à sa position initiale sous la lingotière 3. Pour l'alimentation des plasmatrons 2, le four possède un gstème de régénération et de circulation du gaz. le four conforme à l'invention fonctionne de la façon suivante. 10 En position initiale, le récipient 5 (figure 1) dans les compartiments duquel sont disposées les piles de déchets à refondre est placé dans la trémie 4. Sa partie-inférieure est engagée à travers l'ouverture de la chambre 1. Le récipient 5 s'appuie sur des consoles 36 qui sont soudées aux parois de la 1 5 chambre 1 . Le bord supéieur du|fond du récipient 5» sur lequel reposent les déchets tronçonnés 7 à refondre, se trouve un peu plus haut que le fond des rainures 14 de la palette 13-Les poussoirs 23 (avec le chariot 16) occupant leur position 20 arrière extrême, ne sont pas engagés dans les rainures 10 (figure 2 ) Lénagées dans le fond des compartiments 9 du récipient 5. La hauteur des poussoirs 23 est telle que lors de leur déplacement en avant ils engagent et extraient du récipient 5 le nombre nécessaire de tronçons de déchets à refondre 7. 25 L'obturateur 34 (figure 5) est réglé en hauteur à un niveau tel qu'il assure le passage libre, à travers les ouvertures de la paroi avant du récipient 5» des déchets à refondre 7 poussés hors du récipient 5 par les poussoirs 23. En position initiale, les axes de symétrie des poussoirs 30 23, des compartiments 9 des récipients 5 et des rainures 14 de la palette 13 sont en coïncidence. En position initiale, le faux-lingot est engagé dans la lingotière 3 jusqu'au niveau de ses chanfreins supérieurs. La voûte (non représentée sur les dessins) du four est 35 abaissée. Le système de régénération et de circulation du gaz est mis en action. La pression nécessaire est maintenue dans la 71 35253 2112230 chambre 1. Les sources d1 alimentation sont connectées au mécanisme d'extraction lu lingot. Le système de refroidissement par esu est mis en action. Pcum réaliser la refusion, on met en marche à tour de rôle tous les plasmatrons 2 iu four. Le demar-5 rage s'effectue en rapprochant le faisceau incandescent de 1a. charge métallique se trouvant dans la lingotière 3? puis en ramenant les plasmatrons à leur position initiale, qui est leur position de travail. Pour amener les déchets à refondre dans la zone de refusion, 10 la commande 32, dont le sens de rotation le l'arbre de sortie est inversé automatiquement au bout d'un nombre de tours déterminé, anime d'un mouvement rectiligne alternatif les poussoirs 23 fixés au chariot 16 (figures 3,4} du mécanisme d'amenée 15, par l'intermédiaire du couple de roues dentées 31, 15 de la vis de commande 18 et de l'écrou 17. La vitesse de déplacement du puussoir 23 en marche avant (vitesse de travail) est réglable dans une plage étendue. La vitesse de retour (rapide) est constante et de valeur maximale. Pendant leur déplacement de leur position arrière extrême 20 à leur position avant, les poussoirs 23 s'engagent dans les rainures débouchantes 10 longitudinales, ménagées dans le fond des compartiments du récipient 5 ( la direction du mouvement des poussoirs 23 coïncide avec la direction des rainures 10 des compartiments 9), s'approche des tronçons inférieurs 25 des déchets à refondre 7, et, en butant contre leur tranche latéralejles chassent à travers les ouvertures de la paroi avant du récipient 5 les tronçons s'engagent ainsi dans les rainures 14 de la palette 13 et s'acheminent vers la zone de refusion. 30 Les gouttes de métal fondu des tronçons tombent dans la lingotière 3 d'où, au fur et à mesure de son délaboration, le lingot est extrait par le mécanisme d'extraction. Le nombre de tronçons de déchets chassés du récipient 5 est réglé par l'obturateur 34-Après expulsion des tronçons du bas, les 35 tronçons sus-jacents descendent par gravité à leur place, tandis que les poussoirs 23, en sortant des limites du 71 35253 10 2112230 conteneur, atteignent leur position avant extrême. Pendant leur déplacement de leur position avant extrême à leur position arrière, les poussoirs 2? (figure 5) entrent en cont act par leurs biseaux avec les déchets à refondre 7 se 5 ' trouvant dans le récipient 5 et les font pivoter sur les axes 24 en sens contraire du mouvement du chariot 16, en tendant ainsi les ressorts 25 les serrant contre les butées 26. les poussoirs 23 peuvent alors glisser par rapport aux déchets à. refondre 7- Après avoir quitté la zone de contact avec les 10 déchets, les poussoirs 23 sont rappelés par les ressorts 25 à leur "position première, dans laquelle ils sont serrés contre les butées 26. Ensuite les opération se répètent. le four à plasma-arc faisant l'objet dé l'invention permet de refondre les déchets de tôles en métaux et alliages à 15 haute réactivité et d'obtenir directement à partir de ces déchets des brames de n'importe quelle aection et de haute qualité, ce qui réduit la durée du laminage du lingot pour l'obtention de tôles et le volume de travail qu'il nécessite, augmente le rendement en tôles normales et réduit le prix de revient 20 des tôles. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des 25 moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention. _ _ " 2112230 71 35253 KEVE IDItlIIOIJ 1. - Un four à plasma-arc pour la refusion de déchets de tôles en métaux et alliages à haute réactivité, du type comprenant une chambre comportant un dispositif de chargement 5 des déchets de tôles à fondre ,dans la voûte de laquelle sont montés des plasmatrons, et une lingotière juxtaposée à la partie inférieure de ladite chambre, caractérisé en ce que le dispositif de chargement comporte disposée dans la partie supérieure de la chambre une trémie étanche destinée à recevoir 10 un récipient dans lequel sont placés les déchets de tôles à fondre, une palette refroidie par eau munie de rainures de guidage et montée entre ledit récipient et la lingotière, et un mécanisme d'amenée des déchets de tôles disposé sous ledit récipient et assurant l'acheminement des déchets de tôles 15 vers la zone de refusion le long des rainures de ladite palette. 2.- Un four à plasma-arc suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le mécanisme d'amenée des déchets de tôles comprend un chariot sur lequel sont articulés des 20 poussoirs. 3.- Un four à plasma-arc suivant l'une des revendics.tions 1 et î, caractérisé en ce que le récipient précité possède des compartiments à la partie inférieure desquels sont ménagées des rainures débouchantes longitudinales pour le passage desdits 25 poussoirs, et en ce que la partie inférieure cfe la paroi avant dudit récipient comporte des ouvertures munies d'obturateurs coulissants pour le passage des déchets de tôles. 4.- Un four à plasma-arc suivant l'une des revendications 1 3, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux dispositifs 30 de chargement identiques disposés autour de la lingotière.