Brevet FR2215775A1 — publié le 19740823

L'inventien concerne un dispositif de chauffage par arc électrique d'un récipient métallurgique qui est obturable de maniere étanche au vide par un couvercle amovible et qui est destiné à la fusion et/ou åu traitement de métaux, en particulier d'acier, dans le cadre d'un dégazage en poche sous vide, ledit dispositif comprenant au moins une électrode relevable ou abaissable fixée à un dispositif de levage et autour de laquelle l'étanchéité est assurée par rapport à l'intérieur du récipient sous vide par une enveloppe tubulaire fixée à la traversée de l'électrode dans le couverclé et par une garniture étanche au vide. Ce type de chauffage par arc électrique des poches métallurgiques de dégazage sous vide est connu. Le dispositif ae dégazage en poche du bain est réalisé de manière classique et se compose d'un récipient dans lequel il est possible de faire le vide et qui a la forme d'une-grande chambre cylindrique obturable hermétiquement par un couvercle. Le bain devant être dégazé est déversé dans la poche de coulée, puis celle-ci est abaissée dans le récipient pouvant être mis sous vide et celui-ci est ensuite obturé par le couvercle. La surface inférieure de ce dernier est en général garnie d'un pare-rayonnement de tale ou de pisé que des nervures fixent au couvercle. Ce dernier supporte des dispositifs permettant d'envoyer des additifs dans le bain et comporte des voyants. Lorsque la poche de coulée a été mise en place, le vide est créé dans le récipient et le processus de dégazage débute. L'expérience a montré qu'il est préférable de compenser les pertes de chaleur par un chauffage auxiliaire. Le chauffage par arc électrique sous vide a été mis au moint à cet effet. Le bras relevable et abaissable de support de ce dispositif de chauffage constitue le dispositif de levage auquel au moins une électrode est fixée et pénètre dans le récipient par une ouverture du couvercle. L'électrode est une tige de cuivre sur laquelle est vissée une électrode de graphite, la tige de cuivre étant fixée au dispositif de levage. L'arrivée de courant est fixée au mme emplacement. Un presse-étoupe fixé à une enveloppe tubulaire soli darisée du couvercle et destiné- à empêcher que le vide ne soit cassé a la traversée de l'électrode forme une garniture dtétanchéité autour de la tige de cuivre. Ainsi, la traversée de l'électrode dans le couvercle est étanche au vide. L'inconvénient de cette disposition est que l'élec- trode usée de graphite doit Qtre interchangée, cette opération ne pouvant s'effectuer que par le bas, car l'ensemble de l'électrode ne peut pas astre enlevé par le haut. I1 faut donc d'abord soulever du récipient le couvercle et attendre que celui-ci ou son pare-rayonnement se soit suffisamment refroidi pour permettre d'effectuer des opérations sur l'électrode.A la fin du temps correspondant de refroidissement, qui est long, l'électrode de graphite peut être dévissée de la tige de cuivre et remplacée. L'invention a pour objet un dispositif de chauffage apportant un perfectionnement à l'art antérieur et permettant de remplacer la partie usée de l'électrode de graphite sans qu'il soit nécessaire d'enlever le couvercle du récipient sous vide, c'est-a-dire permettant ce remplacement par le haut. L'invention concerne également une disposition dans laquelle il est inutile d'interchanger l'électrode. L'invention permet de ne pas perturber ltexploitation de la poche de coulée lorsque ltélectrode est usée et qu'il faut en remplacer la partie consommée. Elle permet aussi d'éliminer les temps d'attente qui étaient nécessaires dans l'art antérieur au refroidissement du couvercle ou de son pare-rayonnement avant de pouvoir procéder à l'échange de l'élec- trode. Selon une particularité essentielle de l'invention, la fixation de la tige de cuIvre au dispositif de levage et celle'de la garniture d'étanchéité à l'enveloppe tubulaire sont facilement démontables. La fixation démontable de la tige de cuivre au dispositif de levage est de préférence un dispositif de serrage à deux mors coopérant l'un avec l'autre, subissant une force élastique tendant à les ouvrir et pouvant être vissés en position de fermeture contre ladite force élastique. La garniture d'étanchéité est avantageusement un presse-étoupe qu'un verrou à genouillère pouvant être facilement dégagé retient sur l'ouverture de l'enveloppe tubulaire située à l'opposé du couvercle.L'invention dans son ensemble permet d'échanger facilement par le haut l'électrode d'un dispositif de chauffage par arc électrique sous vide d'une poche de dégazage sans enlèvement du couvercle du récipient sous vide et élimine l'attente du refroidissement suffisant du couvercle ou de son pare-rayonnement. Les électrodes constituées d'ure tube de cuivre associé à une électrode de graphite peuvent être préparées à l'avance et l'échange peut être exécuté rapidement lors dei la constatation de l'usure de ltélectrode de graphite qui est en place. En variante de l'invention, l'électrode, qui est en tièrement. composée d'éléments individuels de graphite, est raccordée directement à l'arrivée de courant et sa fixation au dispositif de levage est facilement démontable, l'enveloppe tubulaire et cette élec trode étant entourées de manière étanche au vide par un chemisage dont l'extrémité opposée à celle du récipient sous vide comporte une ouver ture obturable hermétiquement. Ainsi, l'électrode n'plus à être inter ehangée. I1 suffit au contraire de rapporter simplement des éléments de graphite à l'électrode par l'extérieur du récipient sous vide, l'inter ruption du dispositif de chauffage étant de brève durée.La fixation facilement démontable de l'électrode de graphite au dispositif de levage et l'ouverture du chemisage permettent de faire remonter facilement l'électrode de graphite et de rapporter sur cette dernière simplement un nouvel élément non usé. Ce dispositif de chauffage par arc électrique est pourtant relevable et abaissable de manière classique et son pas sage le menant à l'intérieur du récipient sous vide est garnihermé tiquement. Selon un mode de mise en oeuvre avantageux de l'inven- tion, une garniture d'étanchéité pouvant avantageusement etre un presse étoupe est disposée entre le chemisage et l'enveloppe tubulaire. Ainsi, le mouvement de levage est simplifié et peut autre exécuté sans que le vide ne soit cassé. L'enveloppe tubulaire dont la longueur au-dessus du couvercle correspond au minimum à la hauteur de levage du dispositif de chauffage par arc électrique plus la hauteur occupée accessoirement par le presse-étoupe peut setre prolongée jflsqu'au dispositif de levage de manière à améliorer le guidage des mouvements de l'électrode de gra phite. L'ouverture du chemisage est de préférence obturable par un clapet qu'il suffit simplement de relever pour pouvoir accéder à-ltélectrode de graphite. Les mouvements nécessaires d'abaissement et de relevage en cours de service risquent de provoquer des coincements qui, selon une autre particularité avantageuse de l'invention, peuvent astre sup primés par un compensateur monté sur le chemisage. Le dispositif de levage qui attaque directement l'élec- trode de graphite à travers le chemisage peut avantageusement compren dre un dispositif démontable de serrage se composant de deux mors coopérant l'un avec l'autre, qutune force élastique tend à maintenir en position de fermeture et qu'un circuit hydraulique peut mettre en position d'ouverture contre ladite force élastique. I1 est ainsi facile de dégager la liaison qui d'habitude est fixe et de remettre en place ltélec- trode de graphite ayant été prolongée au moyen d'un nouvel élément rapporté. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et représente tant schématiquement un dispositif de chauffage par arc électrique d'une poche de dégazage. I1 est cependant bien entendu que le dispositif de chauffage par arc électrique selon l'invention est aussi applicable à d'autres appareillages métallurgiques sous vide tels que des fours de fusion. La figure 1 est une coupe axiale schématique d'un dispositif de chauffage par arc électrique d'une installation de dégazage en poche ; et la figure 2 est une coupe analogue d'une variante de réalisation. Le dispositif représenté de dégazage en poche se compose d'un récipient 1 sous pression qu'un couvercle 2 peut obturer de manière hermétique au vide. Un pare-rayonnement 2a de type connu, fixé au couvercle 2, peut être soulevé avec ce dernier du récipient 1. Une poche 3 remplie d'acier liquide est disposée à l'intérieur du récipient 1 Un raccord au récipient 1 et une flèche indiquent sur le dessin qutune pompe ou autre peut créer une dépression dans ce récipient. Ce dispositif de dégazage en poche est chauffable par arc électrique. Trois électrodes concentriques 4 de graphite formées de pièces individuelles pénètrent dans le récipient 1 à travers le couvercle 2. Les électrodes 4 de graphite du mode de réalisation de la figure 1 sont vissées sur des électrodes 4a de cuivre fixées de leur c8té sur un bras relevable et abaissable 6 de support. L'arrivée 5 de courant à l'électrode correspondante 4, 4a aboutit à la meme jonction. Le dessin représente une électrode descendue dans le récipient 1 sous vide et une électrode extraite du récipient, de manière à illustrer le principe de l'invention. Une enveloppe tubulaire 7 entourant l'électrode 4 et la tige 4a de cuivre est fixée de manière étanche auvide sur le couvercle 2 à chaque traversée d'électrode dans ce dernier et dans le pare-rayonnement 2a. Un presse-étoupe amovible 7a obture l'ouverture de l'enveloppe tubulaire tournée à l'opposé du couvercle 2. Les presseétoupe de ce type sont-connus. L'orifice supérieur de l'enveloppe tubulaire 7 comporte des filets de vis permettant le démontage de ce presseétoupe. La tige 4a de cuivre est aussi reliée de manière démontable au bras 6 de support au moyen d'un dispositif 6a de serrage qui comprend deux mors disposés dans le prolongement du bras 6, coopérant ltun avec l'autre, qu'une force élastique tend à ouvrir et-qui peuvent astre vissés en position de fermeture contre cette force élastique. Ces deux mors enserrent la tige 4a de cuivre et permettent l'arrivée de courant. I1 suffit pour échanger les électrodes 4, 4a de faire remonter le bras 6 de support a sa position la plus élevée, de dévisser le presse-étoupe 7a, de relier ltélectrode 4, 4a à l'appareil de levage et de dégager les mors du dispositif 6a de serrage. Il est alors possible d'extraire ltélectrode 4, 4a du récipient 1 et de la remplacer par une autre ayant éte;-préalablement préparée et qui est ensuite garnie du presse-étoupe 7a puis reliée au dispositif 6a de serrage, ?e presseétoupe vissé ensuite sur l'enveloppe tubulaire 7 refermant hermétiquement le récipient sous vide.Après réglage de la hauteur de l'électrode au-dessus du bain, le chauffage est prset à wetre remis en marche sans qu'il soit nécessaire de soulever le couvercle 2 et d'échanger péniblement I'électrode 4 par le bas après refroidissement du pare-rayonnement 2a. Le temps nécessaire 9 ces opérations est considérablement réduit et le travail est notablement simplifié. Une mâchoire élastique 14 relie les électrodes 4 de graphite de l'exemple de réalisation de la figure 2 au bras relevable et abaissable 6 de support, l'arrivée 5 de courant à l'électrode 4 aboutissant aussi à cette jonction. Le dessin représente en coupe axiale une électrode 4 abaissée et pénétrant dans le récipient 1, c'est-a-dire occupant sa position la plus basse, et en élévation une-électrode 4 à sa position la plus haute, de manière a illustrer le principe de l'invention. Les électrodes 4 se composent exclusivement d'éléments de gra phite. Ce mode de réalisation ne comporte aucune tige de cuivre assurant la liaison avec le dispositif de levage et d'abaissement. Une enveloppe tubulaire 15 entourant une électrode 4 est fixée hermétiquement sur le couvercle 2 à chaque traversée 10 dans ce dernier et dans le pare-rayonnement 2a, cette enveloppe étant prolongée vers le haut jusqu'à la mâchoire élastique t4 pour améliorer le guidage du mouvement de levage de l'électrode 4. Un chemisage 7b formé d'une enveloppe tubulaire extérieure entourant l'enveloppe 15 a sensiblement la même hauteur que celle sur laquelle la totalité de l'électrode 4 monte au-dessus du couvercle 2. Le chemisage 7b comporte des ouvertures 11 de traversée hermétique de la måchoire élastique 14 et donc de liaison de l'électrode 4 à l'arrivée 5 de courant et au dispositif de levage. L'extrémité supérieure du chemisage 7b comporte un obturateur 9 à clapet représenté en position rabattue. L'obturateur 9 est étanche au vide.Par ailleurs, le chemisage 7b comporte à son extrémité inférieure un compensateur 8. Un cylindre 7c d'étanchéité disposé entre l'enveloppe tubulaire 15 et l'enveloppe extérieure est fixé au chemisage 7b et entoure hermétiquement l'enveloppe tubulaire 15. Le chemisage 7b et le cylindre 7c d'étanchéité n'ont au total que la longueur qui permet au dispositif de levage d'entre librement mobile et de ne pas buteur contre le couvercle 2 lorsqu'il occupe sa position inférieure. Lorsque le dispositif décrit de chauffage par arc électrique est en service et que ltélément 12 de graphite qui se trouve dans le récipient 1 sous vide a été consommé, un nouvel élément 13 de graphite est relié à ltextrémité supérieure de l'électrode 4, par exemple par vissage. Il suffit à cet effet de placer le dispositif 6 de levage à sa position la plus élevée et d'ouvrir l'obturateur 9 à clapet. I1 faut alors libérer les mâchoires élastiques 14 pour pouvoir remettre l'électrode 4 en position de service. Le dispositif de chauffage est prêt à & re remis en service après refermeture des mâchoires 14 et de l'ob- turateur 9. I1 va de soi que les dispositifs et représentés peuvent subir diverses modifications, sans sortir du cadre de l'invention. REVENtICATTONS 1. Dispositif de chauffage par arc électrique d'un récipient qui est obturable de manière hermétique au vide par un couvercle amovible et qui est destiné à un processus de dégazage en poche, ledit dispositif comprenant une électrode de graphite à laquelle est reliée une tige de cuivre fixée à un dispositif de levage et qu'une enveloppe tubulaire fixée à sa traversée dans le couvercle ainsi qu'un joint d'étanchéité garnissent de manière à empêcher que le vide de l'intérieur du récipient ne soit cassé, ce dispositif étant caractérisé en ce que la fixation de-la tige de cuivre au dispositif de levage et celle du joint d'étanchéité à l'enveloppe tubulaire sont facilement démontables. 2. Dispositif selon la-revendication 1, caractérisé en ce que la fixation amovible de la tige de cuivre au dispositif de levage est un dispositif de serrage à deux mors coopérant l'un avec l'autre, qu'unie force élastique tend à ouvrir et qui peuvent Qtre vissés en position de fermeture contre cette force élastique0 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit joint est un presse-étoupe qutun verrou à genouillère facilement démontable retient sur l'orifice de l'enve- loppe tubulaire tourné à 11 opposé du couvercle. 4. Dispositif de chauffage a' l'arc électrique d'un récipient métallurgique qui est obturable de manière étanche au vide par un couvercle amovible et qui est destiné à la fusion et, le cas - échéant ou au traitement sous vide de métaux, en particulier d'acier, ledit dispositif comprenant au moins une électrode relevable et abaissable fixée à un dispositif de levage et quine enveloppe tubulaire fixée à sa traversée dans le couvercle ainsi qu'un joint d'étanchéité garnissent de manière à empêcher que le vide régnant dans le récipient ne soit cassé, ledit dispositif étant caractérisé en ce que l'ensemble de l'électrode, qui se compose d'éléments individuels de graphite, est raccordée directement à l'arrivée de courant et sa fixation au dispositif de levage est facilement démontable, un chemisage qui entoure de manière étanche au vide l'enveloppe tubulaire et l'électrode de graphite comportant une ouverture obturable hermétiquement à son extrémité opposée à celle du récipient sous vide. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qutune garniture étanche au vide, de préférence un presse-étoupe est disposée entre ledit chemisage et l'enveloppe tubulaire. 6. Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que ladite ouverture du chemisage est obturable par un couvercle à clapet. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que ledit chemisage comporte un com- pensateur. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que ladite enveloppe tubulaire est prolongée jusqu'au disppsitif de levage. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 8,caractérisé en ce que ladite fixation démontable de l'électrode de graphite au dispositif de levage est réalisée au moyen d'un dispositif de serrage à deux mors qui coopèrent l'un avec l'autre, qu'une force élastique tend à fermer et qu'un circuit hydraulique peut ouvrir contre ladite force élastique.