Brevet FR2156484A1 — publié le 19730601

La présente invention concerne le domaine de la métallurgie, et notamment les fours électriques à arc pour la fusion des métaux et de leurs alliages. Pour élaborer des métaux et alliages fins, on procède à une refusion à l'arc sous vide. On connaît largement un four à arc pour fusion sous vide, utilisé pour l'élaboration de lingots par fusion d'une électrode consommable. Le four comprend une chambre de fusion placée dans une enveloppe de sécurité et dans laquelle entre une tige porteélectrode ; une lingotière juxtaposée à ladite chambre et dotée d'un fond mobile, sous lequel sont disposés un réfrigérant et un mécanisme d'extraction du lingot, fixés en porte-à-faux sur une colonne porteuse, de telle façon qu'ils puissent se déplacer verticalement. Dans un tel four on refond une électrode primaire, qui est une électrode de métal comprimée (constituée de minéral broyé et de produits d'addition), pour élaborer un lingot destiné à une seconde refusion. Pour améliorer les condMions d'évacuation des gaz se dégageant abondamment lors de la fusion, la zone de fusion dudit four est rapprochée de la tubulure du système à vide. Au fur et à mesure de son élaboration, le lingot est avancé dans le réfrigérant à l'aide du mécanisme d'extraction. La seconde refusion du lingot obtenu s'effectue dans un four à arc pour fusion sous vide, doté d'une lingotière à fond fixe. De la sorte, pour obtenir un lingot apte à l'utilisation, il faut disposer, dans l'atelier, d'un four de première refusion du métal et d'un four de.seconde refusion. La présence de deux fours n'est pas toujours justifiée, surtout dans le cas de fabrication de lingots en petites séries Dans la pratique, il est avantageux d'utiliser un même four pour la première et la deuxième refusion, ce qui permet d'économiser les aires de production, d'utiliser d'une façon rationnelle l'équipement annexe et de réduire la durée des opérations auxiliaires. lie but de la présente invention est de supprimer les inconvénients précités. Il s'agissait donc de créer un four électrique dont la construction comprendrait des organes et des mécanismes interchangeables, ce qui permettrait de réaliser, dans ledit four, aussi bien la première refusion que la seconde. La solution consiste en un four à arc pour fusion sous vide, comprenant,Iacées dans une enveloppe de sécurité : une chambre de fusion dans laquelle entre une tige porte-électrode, une lingotière à fond mobile juxtaposée à ladite chambre et au dessous de laquelle sont placés un réfrigérant et un mécanisme d'extraction du lingot, montés en porte-à-faux sur une colonne porteuse de façon qu'ils puissent se déplacer verticalement, four dans lequel, conformément à l'invention la colonne porteuse est montée de façon qu'elle puisse pivoter autour de son propre axe, et est conçue de manière que le réfrigérant et le mécanisme d'extraction du lingot montés sur elle puissent être enlevés quand ils sont amenés, par pivotement de la colonne porteuse, dans l'axe de déchargement du lingot, une lingotière interchangeable à fond fixe étant en outre prévue pour la seconde refusion du métal, et pouvant être fixée en porte-à-faux sur ladite colonne en remplacement de la lingotière à fond mobile, du réfrigérant et du mécanisme d'extraction du lingot. L'emploi d'organes et de mécansmes interchangeables, ainsi que l'utilisation de la colonnne pour le déchargement du lingot, permettent de réaliser, dans un seul four, aussi bien la première refusion que la seconde. Plus bas on considère un exemple concret mais non limitatif de réalisation de l'invention, avec renvois aux dessins annexés qui représentent - - la figure 1, un four à arc sous vide, conforme à l'invention, avec une lingotière à fond mobile (vue de côté) - la figure 2, idem, avec une lingotière à fond fixe (vue en coupe verticale suivant l'axe du four). lie four se compose d'une enveloppe protectrice 1 (figure 1) se présentant sous forme d'une structure soudée à partir de profilés et tôles d'acier, à l'intérieur de laquelle sont disposées des plates-formes (non représentées sur les dessins) pour l'entretien du four. A l'intérieur de l'enveloppe est placée la chambre de fusion 2 constituée par une enveloppe cylindrique soudée, refroidie par eau, dont la partie intérieure est constituée de tales d'acier en deux couches. La chambre de fusion 2 est raccordée à un système à vide 3 ( figure 2). A travers la partie supérieure de la chambre de fusion 2 est engagée une tige porte-électrode 4 relevée à un mécanisme 5 de déplacement de ladite tige. lie mécanisme 5 de déplacement de la tige porte-électrode 4 est réalisé avec une seule vis, qui est logée à l'intérieur de la tige. Le mouvement est imprimé à la vis par une commande 6 à réducteur différentiel. lie mécanisme 5 de déplacement de la tige porte-électrode 4 assure le déplacement forcé de l'électrode. A la partie inférieure de la chambre de fusion 2 est juxtaposée une lingotière 7 à fond mobile, constituée par un moule en cuivre muni d'une bride et placé dans urne enveloppe d'acier avec un solénoïde. Pour la régulation du niveau du métal liquide, autour de la lingotière 7 sont disposés des jauges de niveau ( non représentées sur les dessins). Au fur et à mesure de l'élaboration du lingot, le fond mobile (non représenté) de la lingotière 7 est déplacé par un mécanisme d'extraction 8 vers un réfrigérant 9. lie réfrigérant 9 se compose de deux viroles cylindriques, entre lesquelles il y a une enceinte pour la circulation de l'eau de refroidissement. La lingotière 7 et le réfrigérant 9 sont montés en porte-àfaux sur un chariot 10 mobile verticalement le long d'une colonne porteuse 11 constituée par un tube d'acier. Pour exécuter la seconde refusion, on enlève le réfrigérant 9 et le mécanisme 8 d'extraction du lingot, et on les remplace par une lingotière interchangeable 13 à fond fixe, que l'on monte sur le support 12 de la colonne porteuse 11. La lingotière 13 à fond fixe se compose d'un moule en cuivre muni d'une bride et placé dans une enveloppe en acier amagnétique sur la surface extérieure de laquelle est enroulé un solénoïde pour la stabilisation de l'arc. teibnd de la lingotière 13 est réalisée sous forme d'une coupelle de cuivre embouti et d'une base d'acier, qui forment une cavité de refroidissement. A la partie inférieure de la colonne 11 est disposé un mécanisme 14 assurant le pivotement de la colonne 11 autour de son propre axe et le déchargement du lingot élaboré. te mécanisme de pivotement 14 se compose d'un vérin hydraulique monté auprès defa base de la colonne 11. La tige de ce vérin estlcinématiquement liée à une biellette ( non représentée sur la figure) prévue dans la base de la colonne 11. lie four peut comporter un mécanisme de nettoyage des lingotières, réalisé sous fort d'une colonne d'acier sur laquelle sont disposées des brosses mises en mouvement par un vérin hydraulique et une commande. te système électrique du four est conçu pour permettre la commande à distance des mécanismes du four, la signalisation et les verrouillages nécessaires, ainsi que la commande automatique et manuelle du processus de fusion lie four fonctionne de la façon suivante. Pour élaborer un lingot de première refusion, on raccorde à la chambre de fusion sous vide 2 la lingotière 7 à fond mobile. Par pivotement de la colonne Il autour de son axe on amène le réfrigérant 9 et le mécanisme d'extraction 8 hors des limites de l'enveloppe protectrice 1. Au moyen du pont roulant de l'atelier, on place une électrode dans le réfrigérant 9, puis, par pivotement de la colonre 11 en sens inverse, on ramène le réfrigérant 9 avec l'électrode et le mécanisme 8 d'extraction du lingot à leur position initiale à l'intérieur de l'enveloppe 1, sous a lingotière 7 à fond mobile, dans le même axe que celle-ci. Par déplacement du chariot 10 on fait monter le réfrigérant 9 jusqu a ce qu'il vienne s'appliquer sur la lingotière 7. On accouple l'électrode à la tige porte-électrode 4 et, à l'aide du mécanisme 5 de déplacement de la tige porte-électrode 4, on met l'électrode en position suspendue dans la chambre de fusion 2. On ferme la porte de l'enveloppe protectrice 1. Après avoir serré étroitement le réfrigérant 9 contre la lingotière 7, on met le four sous vide, puis on amorce l'arc. Au fur et à mesure de l'élaboration du lingot, le fond est déplacé dans le réfrigérant 9 par le mécanisme 8 d'extraction du lingot. Quand la fusion est achevée, on fait pivoter la colonne 11 conjointement avec le réfrigérant 9 de manière à amener le lingot (refroidi dans le réfrigérant 9) dans l'axe de déchargement du lingot, où, à l'aide du vérin hydraulique du mécanisme 8 d'extraction du lingot on extrait le lingot du réfrigérant 9 pour le transpcrter ensuite au poste de traitement ultérieur au moye + u pont roulant de l'atelier. Si le four est utilisé pour une deuxième refusion, on ne décharge pas le lingot ; on l'accouple à la tige porte-électrode 4 (figure 2) et on le met en position suspendue dans la chambre de fusion 2. Ensuite on sépare de la chambre de fusion la lingotière7 à fond mobile ; on enlève du chariot 10 le réfrigérant 9 et le mécanisme 8 d'extraction du lingot et on monte en porteà-faux sur le chariot 10 la lingotière 13 à fond fixe. Par pivotement de la colonne 11 on amène la lingotière 13 dans l'axe de la chambre de fusion 2, puis en déplaçant le chariot 10 on fait remontera lingotière 13 jusqu'à ce qu'elle vienne s'appliquer sur la chambre 2. Au moyen d'u écanisme de serrage (non représenté sur la figure), on accouple la lingotière 13 à la chambre de fusion 2. On ferme la porte de l'enveloppe protectrice 1 et on met le four sous vide. On amorce l'arc. En fondant dans l'arc, le métal de l'électrode ( du lingot obtenu après la première refusion) forme un lingot de seconde refusion dans la lingotière 13. La fusion achevée, on supprime l'arc. Après refroidissement sous vide (ou dans une atmosphère inerte) du lingot élaboré dans la lingotière 13 à fond fixe, on admet l'air dans le four. On écarte la lingotière 13 (avec le lingot) de la chambre de fusion 2 en déplaçant le chariot 10 (après mise au repos du mécanisme de serrage). On ouvre la porte (non représentée sur les figures). Par pivotement de la colonne 11 on amène la lingotière 13 dans l'axe de déchargement, où on défait la fixation du fond de lahingotière 13. On enlève la partie cylindrique de la lingotière et on transporte le lingot élaboré, resté sur le fond, au poste de traitement ultérieur à l'aide du pont roulant de l'atelier. lie four à arc pour fusion sous vide conforme à l'invention permet de réaliser aussi bien la première refusion que la seconde dans un meme four, d'économiser les aires de production, d'utiliser d'une façon rationnelle l'équipement annexe et d'augmenter le rendement en métal sain comparativement aux fours utilisés jusqu'ici. 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 moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, sicelles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention, e fisesen oeuvre dans cadre des revendications qui suivent. REVENDICATION Un four à arc pour fusion sous vide comprenant, placés dans une enveloppe étanche : une chambre de fusion dans laquelle pénètre une tige porte-électrode, une lingotière à fond mobile juxtaposée à ladite chambre et au-desaaus de laquelle sont placés un réfrigérant et un mécanisme d'extraction du lingot, montés en pqrte-à-faux sur une colonne porteuse de façon qu'ils puissent se déplacer verticalement, caractérisé en ce que la colonne porteuse est montée de façon qu'elle puisse pivoter autour de son propre axe, et est conçue de manière que le reffrigérant et le mécanisme d'extraction du lingot montés sur elle puissent être enlevés quand ils sont amenés, par pivotement de la colonne porteuse, dans l'axe de déchargement du lingot, une lingotière interchangeable à fond fixe étant en outre prévue pour réaliser une seconde refusion du lingot obtenu, ladite lingotière étant montée en porte-à-faux sur ladite colonne en remplacement de la lingotière à fond mobile, du réfrigérant et du mécanisme 4'extraction du lingot.