Brevet FR2186542A1 — publié le 19740111

La présente invention concerne l'électrothermie, et notamment les procédés de conduite des fours à laitier électroconducteur, ainsi que les dispositifs pour leur mise en oeuvre. On connart un four à laitier électroconducteur comprenant une plaque de fond sur laquelle est placée une lingotière refroidie par eau, dans laquelle le lingot est formé ainsi que le bain de métal et le bain de laitier. Dans ce lingot refroidi par eau sont engagées une électrode consommable et une électrode auxiliaire non consommable disposées coaxialement. L'électrode consommable et la plaque de fond sont branchées sur la source d'alimentation ; l'électrode auxiliaire non consommable peut être branchée ou non sur cette source. Le procédé de conduite du four à laitier électroconducteur connu, consiste å maintenir à une valeur constante l'intervalle entre l'extrémité de l'électrode auxiliaire non consommable et la surface du bain de métal. Ce résultat est obtenu dans le procédé de conduite connu en mesurant la vitesse d'avance de l'électrode consommable et en déplaçant l'électrode auxiliaire non consommable à une vitesse proportionnelle à la vitesse d'avance de l'électrode consommable, c'est-à-dire en assurant un coefficient de transmission déterminé dans le dispositif de concordance des vitesses. Toutefois, pendant la fusion, les dimensions de la lingotière refroidie par eau et de l'électrode consommable peuvent changer, et la précision d'affichage du coefficient de transmission dans le dispositif de concordance des vitesses est limitée. Il s'ensuit une cumulation de l'erreur de position de l'électrode auxiliaire non consommable, par rapport au bain de métal, et une perturbation du régime de marche du four à laitier électroconducteur, ce qui peut entraîner un rebut du lingot. La présente invention remédie à ces inconvénients et a pour objet un procédé de conduite de four à laitier électroconducteur et un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé, qui assurent la marche du four à laitier électroconducteur à un régime normal, sans dérangements, par maintien de 1 'électrode auxiliaire non consommable à une position constante dans le bain de laitier. Selon ce nouveau procédé de conduite d'un four à laitier électroconducteur, on mesure les paramètres électriques de l'électrode auxiliaire non consommable et on modifie le coefficient de proportionnalité entre les vitesses de déplacement de l'électrode consommable et de l'électrode auxiliaire non consommable, afin de réduire à zéro l'écart de ce paramètre par rapport à la valeur prescrite. I1 est avantageux que ce dispositif de conduite du four à laitier électroconducteur comporte un mécanisme de concordance des vitesses, comprenant des capteurs de vitesse de l'électrode consommable et de l'électrode auxiliaire non consommable, dont les signaux sont injectés à l'entrée d'un module de concordance des vitesses ayant sa sortie reliée au module de commande du dispositif moteur déplaçant l'électrode auxiliaire non consommable, et d'un mécanisme de correction comprenant un module de conversion des paramètres électriques et un module de consigne des paramètres électriques électriquement reliés à un module de comparaison, dont la sortie est reliée au module de correction, l'entrée du module de conversion des paramètres électriques du mécanisme de correction étant reliée à l'électrode auxiliaire non consommable, et la sortie du module de correction étant reliée au module de concordance des vitesses. Cette réalisation du dispositif de conduite de four à laitier électroconducteur à électrode auxiliaire non consommable présente les caractéristiques technico-économiques suivantes La mise en position manuelle et automatique de l'électrode auxiliaire non consommable dans le bain de laitier-est effectuée avec une précision supérieure à + 1,5 %. Le maintien automatique à la position prescrite de l'électrode auxiliaire non consommable dans le bain de laitier est assuré avec une précision supérieure à + 2,5 % et il est possible d'assurer la commande automatique du déplacement de la lingotière avec une électrode auxiliaire non consommable. La haute précision de maintien de l'électrode auxiliaire non consommable à une position constante dans le bain de laitier, assurant une grande stabilité de la qualité du métal refondu suivant la hauteur du lingot, assure au procédé et au dispositif de conduite du four à laitier électroconducteur à électrode auxiliaire non consommable des applications dans l'élaboration des aciers et des alliages par refusion ou nouvelle fusion sous laitier électroconducteur, ainsi que dans les domaines connexes utilisant un laitier électroconducteur (soudage sous laitier électroconducteur, chauffage au laitier électroconducteur, alimentation en laitier électroconducteur, etc.). L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre d'un exemple préféré de réalisation et des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est un schéma synoptique d'un dispositif de conduite de four à laitier électroconducteur, - la figure 2 est un schéma de principe d'un dispositif de concordance des vitesses de l'électrode consommable et de l'électrode auxiliaire non consommable, et - la figure 3 est un schéma de principe d'un dispositif de correction. Le procédé de régulation proposé est destin à un four 1 à laitier électroconducteur (figure 1), constitué par une plaque 2 de fond sur laquelle est placée une lingotière 3, refroidie par eau. L'extrémité inférieure de l'électrode consommable 4 à refondre est plongée dans le bain 5 de laitier. L'électrode consommable 4 et la plaque 2 de fond sont branchées sur uné source 6 d'alimentation. Sous l'action du courant électrique venant de la source 6 d'alimentation, à l'interface des électrodes consommables 4 et bain 5 de laitier, l'extrémité de l'électrode consommable 4 est fondue. Le métal fondu tombe goutte à goutte par gravité à travers le bain 5 de laitier, et forme un bain 7 de métal. Par suite du refroidissement de la lingotière 3, le métal liquide est solidifié et forme le lingot 8. Au fur et à mesure de la croissance de ce lingot 8, le bain 7 de métal est relevé. Pour augmenter la production de ce four à laitier électro conducteur, on engage dans le bain 5 de laitier une électrode auxiliaire nnn consommable 9 coaxiale de l'électrode consommable 4. Cette électrode auxiliaire non consommable 9 peut être branchée ou non à la source 6 d'alimentation. La détermination de la position de l'extrémité de l'électrode auxiliaire non consommable 9, par rapport au niveau du bain 7 de métal s'élevant au cours de la fusion, est un problème technique difficile du fait de l'impos sibilité d'utiliser des procédés directs pour mesurer l'intervalle inter électrode. I1 s'avère nécessaire de recourir à des procédés de mesure indirecte. Dans le nouveau procédé, la conduite du four 1 à laitier électroconducteur est effectuée à l'aide d'un dispositif 10 de concordance des vitesses, constitué par des capteurs 11, 12 de vitesse de l'électrode consommable 4 et de l'électrode auxiliaire non consommable 9, reliés à un module 13 de concordance des vitesses, dont la sortie est reliée au module 14 de commande du dispositif moteur 15 déplaçant l'électrode auxiliaire non consommable 9. Ce dispositif moteur 15 déplaçant l'électrode auxiliaire non consommable 9 est relié au dispositif 16 de correction qui comporte un module 17 de conversion des paramètres électriques et un module 18 de consigne de ces paramètres électriques, reliés à'un module 19 de comparaison. La sortie de ce module 19 de comparaison est reliée au module 20 de correction. La liaison du dispositif 16 de correction avec l'électrode auxiliaire non consommable 9 est effectuée par l'intermédiaire du module 17 de conversion des paramètres électriques, et sa liaison avec le dispositif 10 de concordance des vitesses est effectuée par l'intermédiaire du module 20 de correction. Le dispositif 10 de concordance des vitesses3 fonctionnant en asservissement de vitesse, assure le déplacement continu de l'électrode auxiliaire non consommable 9, qui monte au fur et à mesure de l'élaboration du lingot 8. Lorsque le paramètre du bain 5 de laitier, choisi en tant que paramètre de correction, s'écarte de la valeur prescrite, le dispositif 16 de correction modifie d'une valeur finie le coefficient de transmission dans le dispositif 10 de concordance des vitesses, en ajustant ainsi tout le dispositif de conduite du four 1 à laitier électroconducteur. La vitesse de remontée de l'électrode auxiliaire non cnnsommable 9 change et l'écart de position de cette électrode est compensé progressivement, ce qui diminue l'écart du paramètre de correction. Lorsque l'ajustage du coefficient de transmission a assuré la concordance du paramètre de correction à la valeur prescrite, la commande de l'électrode non consommable 9 est effectuée par le dispositif 10 de concordance des vitesses. En tant que paramètres de correction, on peut adopter les paramètres électriques du bain 5 de laitier. Dans le cas d'une électrode auxiliaire non consommable 9 qui est fixe, ce paramètre peut entre la tension U1 ou U2, U1 étant la tension entre l'électrode consommable 4 et l'électrode auxiliaire non consommable 9, et U2 la tension entre l'électrode auxiliaire non consommable 9 et le lingot 8. Dans le cas d'électrode auxiliaire non consommable 9, branchée à la source d'alimentation 6, le paramètre adopté peut être le courant I1 circulant à travers l'électrode auxiliaire non consommable 9. On va décrire ci-dessous le schéma électrique de principe du dispositif de mise en oeuvre du nouveau procédé décrit de conduite du four 1 à laitier électroconducteur. Dans ce dispositif, les capteurs 11 et 12 de vitesses (figure 2) de l'électrode consommable 4 et de l'électrode auxiliaire non consommable 9 sont des dynamos tachymétriques 21 et 22 montées sur les arbres respectifs des électrodes 4 et 9. Ces dynamos tachymétriques 21 et 22 sont reliées entre elles par une boucle constituée par un potentiomètre 23 et un rhéostat 24 faisant partie du module 13 de concordance des vitesses. Entre le point de raccordement des dynamos tachymétriques 21 et 22 et le curseur du poten tiomètre 23 sont connectés les enroulements 25 et 26 d'un amplificateur magnétique 27. Par l'intermédiaire de cet amplificateur 27, le module 13 de concordance des vitesses est relié au module 14 de commande, constitué par des thyristors 28, 29, aux électrodes de commande desquels sont reliés des transistors 30, 31, commandés à l'aide des enroulements 32, 33 de travail de l'amplificateur magnétique 27. Ces enroulements 32 et 33 de travail de l'amplificateur magnétique 27 sont reliés aux transistors 30, 31 et aux thyristors 28, 29 via les enroulements 34, 35 et 36, 37 du transformateur 38, une diode 39 étant montée entre les enroulements 34 et 35, et une diode 40 entre les enroulements 36 et 37. Les enroulements 34, 37, les diodes 39, 40 et les condensateurs 41, 42 qui leur sont connectés, constituent une source de tension redressée. L'amplificateur magnétique 27 comporte, en plus des enroulements 25, 26 et 32, 33, des enroulements 43, 44 de polarisation, raccordés à une source de tension continue, constituée par une diode 45 associée à un condensateur 46 et à une résistance 47, cette résistance étant connectée à un stabilisateur 48 et à une résistance variable 49. Les thyristors 28, 29 du module 14 de commande servent à régulariser la vitesse du moteur 50 du dispositif 15 déplaçant l'électrode auxiliaire non consommable 9 (figure 1). La partie électrique du dispositif moteur 15 comprend, outre le moteur 50 (figure 2), un transformateur 51 d'alimentation à enroulements 52 et 53, l'enroulement 52 étant connecté aux thyristors 28, 29, et l'enroulement 53 assurant l'alimentation de l'enroulement 56 d'excitation du moteur 50 via les diodes 54 et 55. Le dispositif 10 de concordance des vitesses (figure 1) est relié au module 20 de correction du dispositif 16 de correction par l'intermédiaire du module 13 de concordance des vitesses. Le module 17 de conversion des paramètres électriques, entrant dans la constitution du mécanisme 16 de correction, est réalisé au moyen d'un transformateur 57 (figure 3) de tension3 de mesure, à enroulements 58 et 59. L'enroulement 58 est branché sur la tension U1 ou U2, et l'enroulement 59 est relié à l'enroulement 63 de commande de l'amplificateur magnétique 64, via la diode 60 et la résistance 61 celles-ci étant raccordées entre elles par un condensateur 62. L'enroulement 63 de commande et les enroulements 65, 66 de polarisation sont connectés au module 18 de consigne des paramètres électriques du dispositif 16 de correction, qui est une source de tension réglable, constituée par les enroulements 67, 68 d'un transformateur 38, des diodes 69 et 70 étant connectées à l'enroulement 68. La tension redressée est lissée par un condensateur 71, monté entre le point milieu de l'enroulement 68 et le point commun des diodes 69, 70. Une résistance variable 72, branchée au point milieu de l'enroulement 68, sert à régler le courant de polarisation. Les enroulements 74, 73 de travail de l'amplificateur magnétique 64 font partie du module 20 de correction, constitué par des thyristors 75, 76, reliés entre eux, par des diodes 77, 78, 79, 80, 81 et 82 et des résistances 83, 84 > 85, 86. Aux anodes des thyristors 75, 76 est connecté un moteur 87 à réducteur de vitesse 88. Le module 20 de correction est alimenté par le transformateur 38, à partir de ses enroulements 89, 90, l'enroulement 89 étant connecté au point commun des enroulements 73, 74 de travail et au point commun des résistances 83, 84, et ltenroulement 90 étant connecté aux cathodes interconnectées des thyristors 75, 76, via les diodes 81 et 82, et au point commun des résistances 85, 86. Ce dispositif de conduite de four à laitier électroconducteur fonctionne de la façon suivante Les signaux issus des dynamos tachymétriques 21 et 22 (figure 2), proportionnels aux vitesses de déplacement des électrodes 4 et 9 (figure X, attaquent le module 13 de concordance des vitesses (figure 2). Les dynamos tachymétriques 21 et 22 sont connectées au potentiomètre 23, au rhéostat 24 et aux enroulements 25, 26 de commande de l'amplificateur magnétique 27 de façon que les courants, engendrés par les dynamos tachymétriques 21 et 22 dans les enroulements 253 26 de commande, soient en opposition. Le signal résultant des enroulements 25, 26 de commande est fonction, d'une part, du rapport entre les vitesses de déplacement des électrodes 4 et 9 (figure 1) et, d'autre part, de la position des curseurs sur le potentiomètre 23 et 3e rhéostat 24, ce qui permet d'afficher le coefficient de transmission voulu (au potentiomètre 23) et de le corriger dans une certaine marge (avec le rhéostat 24).En plus des enroulements 25, 26 de commande, l'amplificateur magnétique 27 comporte deux paires d'enroulements : les enroulements 43, 44 de polarisation et les enroulements 38, 39 de travail. A l'aide des enroulements 43, 44 de polarisation, on réalise la mise du dispositif à l'état initial, auquel le signal est absent à la sortie de l'amplificateur magnétique 27 quand le signal est nul dans les enroulements 43, 44 de commande. Les enroulements 32, 33 de travail, faisant partie du module 14 de commande, envoient l'impulsion de déblocage aux électrodes de commande des thyristors 28 et 29, à un certain angle de déblocage qui est fonction de l'action résultante de tous les enroulements de l'amplificateur magnétique 27. On va décrire de façon plus détaillée le processus de commande des thyristors 28, 29, Nen prenant à titre d'exemple le thyristor 28 (le thyristor 29, du fait de la symétrie du montage de commande, fonctionne de même façon avec déphasage de 180 degrés) pour tous les processus. Le thyristor 28 est commandé par des impulsions rectangulaires. Le formeur d'impulsions rectangulaires est constitué par un redresseur à une alternance (enroulement 34 du transformateur 38, diode 39, condensateur 41), assurant le redressement de la tension sinusotdale du réseau, et un commutateur statique réalisé par un transistor 30. Ce transistor 30 n'envoie le courant continu dans le circuit de travail de l'amplificateur magnétique 27 que pendant l'alternance utile, c'est-à-dire qu'il transforme le courant continu en courant haché à créneaux rectangulaires à la fréquence du réseau. Les basculements du transistor 30 sont assurés par la tension de l'enroulement secondaire 34 du transformateur 38. Pendant l'alternance de commande, le transistor 30 est bloqué, car sa base est à un potentiel positif par rapport à l'émetteur, et le circuit de travail de l'amplificateur magnétique 27 ne laisse pas passer le courant. Pendant cette période la magnétisation du noyau s'inverse : le flux passe de la valeur positive de saturation S engendrée par le courant de l'enroulement de travail à une valeur négative déterminée par l'intensité du courant continu parcourant les enroulements 43, 44 de commande de l'amplificateur magnétique.En conséquence, au début de l'alternance utile, le noyau de l'amplificateur magnétique 27 est traversé par un flux magnétique ?1 Pendant l'alternance utile, le transistor 30 est débloqué car la base est,par rapport à l'émetteur, à un potentiel négatif et la magnétisation du noyau de l'amplificateur 27 passe de à ?1 a +tus, eous l'action de la tension de la source d'alimentation appliquée à l'enroulement 32 de travail de l'amplificateur magnétique 27. Après un certain temps, de durée comprise entre zéro et une demi-période de la tension d'alimentation dans le circuit de travail de l'amplificateur magnétique 27, le noyau magné tique est saturé, de ce fait, la tension de la source d'alimentation est appliquée à la charge "électrode de commande-cathode" du thyristor 28 et celui-ci est débloqué. De ce fait, l'angle de déblocage des thyristors 28, 29 et, par conséquent, la tension aux bornes de l'induit du moteur 50, ainsi que la vitesse de rotation de cet induit, sont fonction du courant circulant dans les enroulements 25, 26 de commande de l'amplificateur magnétique 27. Quand le courant envoyé par la dynamo tachymétrique 21 devient supérieur, le flux diminue dans le noyau de l'amplificateur magnétique 27, les thyristors 28, 29 sont débloqués plus tout, la tension aux bornes de l'induit du moteur 50 est accrue et la vitesse de déplacement de l'électrode auxiliaire non consommable 9 est augmentée. -Lorsque le courant envoyé par la dynamo tachymétrique 22 devient supérieur à son tour, les processus sont modifiés dans le sens de diminution de la tension aux bornes de l'induit du moteur 50 dont la vitesse décroît. En cas de changements notables des dimensions de l'élec trode consommable 4, ou d'affichage incorrect du coefficient de transmission au potentiomètre 23, le dispositif 16 de correction entre en action. L'entrée du module 17 de conversion du dispositif 16 de correction, c'est-à-dire l'enroulement 58 du transformateur 57 (figure 3), est attaquée par la tension U1 ou U2. La tension de l'enroulement secondaire 59 du transformateur 57 est redressée par la diode 60, lissée par le filtre (condensateur 62, résistance 61) et va attaquer l'entrée du module 19 de comparaison, constitué par l'amplificateur magnétique 64. L'amplificateur magnétique 64 comporte un enroulement 63 de commande, des enroulements 65, 66 de polarisation et des enroulements 73, 74 de travail. Dans le noyau de l'amplificateur magnétique 64 s'effectue la comparaison magnétique du signal de l'enroulement 63 de commande et du signal des enroulements 65, 66 de polarisations dont le courant est réglé à l'aide de la résistance variable 72. Lorsque la valeur du paramètre de correction correspond à la valeur prescrite, aucun signal n'est engendré dans les enroulements 73, 74 de travail de l'amplificateur magnétique 64 (le noyau n'est pas saturé). Si la valeur du paramètre de correction diffère de la valeur prescrite, le courant change dans l'enroulement 63 de commande et le flux magnétique engendré par cet enroulement 63 est additionné au flux magnétique de l'un des enroulements de travail, par exemple l'enroulement 73, et retranché du flux magnétique engendré par l'autre enroulement de travail, l'enroulement 74. De la sorte, dans une alternance, le noyau de l'amplificateur magnétique 64 est saturé et la tension de l'enroulement 89 du transformateur 38, via l'enrou- lement 73 de l'amplificateur magnétique 64, la diode 77, la résistance 84, la diode 80 est appliquée à l'intervalle "cathode-électrode de commande" du thyristor 75. Ce thyristor 75 se débloque et la tension redressée de l'enroulement 90 du transformateur 38 est appliquée à la résistance 85, en même temps qu'à travers la résistance 86 sur l'induit du moteur 87. Le moteur 87 est mis en rotation et déplace par l'intermédiaire du réducteur 88 le curseur 24 en ajustant ainsi le coefficient de transmission dans le module 13 de concordance des vitesses (figure 2). I1 en résulte un changement du rapport entre les courants envoyés par les dynamos tachymétriques 21, 22 dans les enroulements 25, 26 de commande de l'amplificateur magnétique 27. L'angle de déblocage des thyristors 75, 76 (figure 3) du module 20 de correction est modifié, la vitesse du moteur 50 (figure 2) change et le dispositif 10 de concordance des vitesses commence à compenser l'écart, en rétablissant le régime de marche prescrit du four à laitier électroconducteur. R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé de conduite d'un four à laitier électro- conducteur par mise en accord des vitesses de déplacement de l'électrode consommable et d'une électrode auxiliaire non consommable, caractérisé en ce que l'on mesure les paramètres électriques de l'électrode auxiliaire non consommable et on modifie le coefficient de proportionnalitÉ entre les vitesses de déplacement de l'électrode consommable et de l'électrode auxi- liaire non consommable, afin de réduire à zéro l'écart de ce paramètre par rapport à la valeur prescrite. 2. Dispositif pour mettre en oeuvre le procédé de conduite de la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est composé par un dispositif de concordance des vitesses, comprenant des capteurs de vitesse de l'électrode consommable et de l'électrode auxiliaire non consommable, dont les signaux sont injectés à l'entrée d'un module de concordance des vitesses, dont là sortie est reliée au module de commande du dispositif moteur déplaçant ltélectrode auxiliaire non consommable, et d'un dispositif de correction comprenant un module de conversion des paramètres électriques et un module de consigne des paramètres électriques, reliés électriquement à un module de comparaison, dont la sortie est reliée au module de correction, l'entrée du module de conversion des paramètres électriques du dispositif de correction étant reliée à l'électrode auxiliaire non consommable, et la sortie du module de correctionétant reliée au module de concordance des vitesses.