Brevet FR2217435A1 — publié le 19740906

l'invention se rapporte à un procédé pour la formation revetements protbeteurs sur des électrodes de carbone, employées dans les fours à arc. On connait un procédé de formation-de revetements d'alliages d'aluminium à deux ou trois couches, sur des produits de carbone dans lesquels l'aluminium est rapporté sur la surface de carbone à l'aide d'une aspersion (métallisation). la couche métallisée est badigeonnée avec des substances en poudre contenant de l'aluminium et des éléments d'alliage. Après le badigeonnage on réalise un traitement à l'arc électrique des substances rapportées. A cet effet, entre la surface du produit de carbone et l'une des électrodes latérales on entretient un arc électrique pendant que la surface se meut à une vitesse donnée par rapport à l'arc électrique tandis qui une petite électrode latérale se déplace parallèlement à l'axe du produit. la trace de l'arc électrique forme une bande de vis qui s'émousse un peu à chaque tour.Le défaut fondamental de procédé est que le traitement à l'arc électrique est un processus lent dont la productivité est beaucoup plus faible que celle des autres opérations. Pour accroître la productivité du traitement à l'arc électrique on est contraint de monter plusieurs tetes d'acérage sur une seule machine. Dans ce cas les champs magnétiques propres aux ensembles "électrpde-arcélectrode latérale" influencent l'orientation des arcs et font dévier d'un degré différent les taches anodiques ce qui ag grave la qualité du revetement - (formation de pores dans la couche). le but de l'invention est de créer un procédé de formation de revêtements protecteurs sur des électrodes de carbone, de sorte que le traitement à l'arc électrique s'effectue vite, avec une productivité augmentée tout en améliorant la qualité du revetement. Ce problème est résolu en réalisant le traitement à l'arc électrique par un courant supérieur à 600 A et avec un pas supérieur à 10 m.m. tandis que l'arc électrique est stabilisé au moyen d'un champ magnétique. On obtient de bons résultats en appliquant un champ électromagnétique dont l'axe est parallèle ou coincide avec l'axe de l'électrode latérale. le traitement à l'arc électrique par un--courant de 1000 à 2500 A et avec un pas égal à 13 m.m. est particulièrement favorable. L'électroaimant, qui crée le champ électromagnétique stabilisant l'arc électrique, est alimenté par une source autonome de courant alternatif ou de courant continu. le champ magnétique est crée' par le courant tout entier du traitement à l'arc électrique ou par une partie de ce courant qui passe à travers l'enroulement de l'électroaimant. les couches fondamentales du revêtement protecteur d'une électrode de carbone pour des fours électro-thermiques présentent des bandes parallèles ayant une largeur supérieure à 10 m.m., le revetement étant travaillé à l'arc électrique stabilisé à l'aide d'un champ magnétique par un courant supérieur à 600 A. L'utilisation d'un courant de grande intensité de l'ordre de 1000 à 2500 A dans le traitement à l'arc électrique d'électrodes de carbone et l'application d'un champ électromagnétique donntlltde très bons résultats techniques. On obtient une adhérence fortement améliorée du revêtement avec la surface de carbone, de plus l'adhérence est réalisée sur toute la surface de l'électrode. Pour l'orientation exacte de l'arc électrique et pour l'obtention d'une trace bien acérée de l'arc électrique il n'est déjà plus nécessaire de porter sur la couche travaillée un badigeonnage dé matériaux possédant une bonne émission ionique. Ce fait rend superflu, pour certaines couches, le badigeonnage et les difficultés technologiques qui l'accompagnent.De la sorte, on peut obtenir des revêtements qui contiennent un très grand pourcentage d'aluminium par exemple de l'ordre de 95fui. En même temps le processus n'est pas changeant. On peut rapporter des revêtements d'une excellente qualité, dans le cas de variations considérables du courant (t 20%o) et de la longueur de l'arc électrique (t4m.m.). Cela permet d'utiliser, pour le traitement à l'arc électrique, des redresseurs standards pour soudage électrique. le revêtement réalisé dans ces conditions a une stabilité à l'oxydation améliorée et peut résister 16 heures en moyenne dans la chambre des fours à arc électrique. les électrodes munies d'un tel revetement ont en moyenne 10% d'accroissement de la surface frontale, ce qui augmente l'économie d'électrodes de plus de 5%. Un mode de réalisation du dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé est donné à titre d'exemple sur les figures jointes dans lesquelles La figure 1 représente une coupe du dispositif, alimenté par une source commune de courant, qui crée le champ magnétique; la figure 2 représente une coupe du dispositif qui crée le champ magnétique oW I'électroaimant de l'arc électrique sont alimentés indépendamment l'un de l'autre; La figure 3 représente une partie de l'électrode traitée par un arc électrique stabilisé dans un champ magnétique à courant de 1200 A. la figure 4 représente une partie d'électrode dont l'acérage est réalisé par un arc électrique de 350 A -non stabilisé par un champ magnétique. L'électroaimant (figure 1) comprend un solénoïde i, formé par un tuyau métallique refroidi à l'eau, de sorte que l'électrode latérale 2 et le support conducteur électrique 3- passent à travers le creux du solénoïde dans une direction parallèle à son axe. L'électroaimant et l'arc électrique sont alimentés par une source commune à courant continu 4 étant connectés en série l'un à l'autre. Dans un autre dispositif qui crée un champ magnétique stabilisant l'arc électrique (figure 2) l'électroaimant comprend un noyau creux de fer 5, refroidi à l'eau. Autour du noyau se trouve l'enroulement 1. Le front 6 de ltélectro- aimant est en matériel non magnétique, par exemple en cuivre ou en acier austénitique amagnétique, lui aussi refroidi à l'eau. L'électrode latérale 2 et le support conducteur électrique 3 passent à travers le creux de l'électroaimant dans-un sens parallèle à son axe. l'électroaimant et l'arc électrique sont alimentés indépendamment l'un de l'autre : l'électroaimant est alimenté par une source de courant continu ou alternatif 7 et l'arc électrique est alimenté par une source à courant continu 8. La stabilisation de l'arc électrique dépend de l'intensité du champ magnétique laquelle intensité est proportionnelle au courant qui parcourt l'électroaimant. D'autre part l'intensité du champ magnétique de l'arc électrique dépend de la distance entre l'extrémité de l'électroaimant et l'arc. C'est en réglant ces paramètres (courant et distance) qu'on obtient la stabilisation désirée de l'arc. Quand le champ magnétique est très intense l'arc s'éteint, quand le champ magnétique est faible la tache cathodique et 1'arc changent de place. la surface de l'électrode a des bandes de vis# dont la largeur 9 est égale au pas avec lequel est effectué le traitement à l'arc électrique.Etant donné que le traitement à l'arc électrique stabilisé dans un champ magnétique se réalise avec un pas supérieur à 10 m.m. (en général 12-15 m.m.) (figure 3) et le traitement à l'arc électrique non stabilisé dans un champ magnétique (figure*4) s'effectue avec un pas 10 inférieur à 10 m.m. (en général de 6 à 8 m.m.), la largeur des bandes permet d'établir incontestablement de quelle manière a été réalisé le revêtement d'une électrode de carbone ctest-à-dire de savoir si l'arc a été stabilisé à l'aide d'un champ'magnétique ou non. Dans les trois exemples qui suivent est décrite l'application du procédé à la réalisation d'un revêtement à grande teneur en aluminium. Dans les exemples les revêtements protecteurs ayant été formés sur des électrodes non cylindriques, c'est la raison pour laquelle au lieu de ltexpression "vitesse relative" on emploie l'expression "vitesse périphérique". Toute les quantités des substances se rapportent à un mètre carré de la surface du produit. Exemple 1. Dans cet exemple on emploie le dispositif montré sur la figure 2. les traitement à l'arc électrique sont exécutés dans un champ magnétique qui se caractérise par les paramètres suivants - Distance du front de l'électroaimant à la surface du produit de carbone : 40 m.m. - Courant qui parcourt l'électroaimant : 150 A - #ension : 8 V Sur la surface du produit de carbone on rapporte au moyen d'une métallisation 650 g. d'aluminium. Sur la couche métallisée on porte un badigeonnage composé des substances en poudre suivantes :-aluminium : 60 g., carbure de silicium 160 g., bioxyde titanique : 50 g., acide borique : 20 g. le produit est chauffé jusqu'à 1400C et puis est traité à l'arc électrique dans les conditions suivantes : vitesse périphérique : 11,2 m/mn, pas : 13 m.m., intensité du courant : 1250 A. Sur la surface travaillée à l'arc électrique on rapporte à l'aide d'une métallisation 550 g. d'aluminium et puis on porte un badigeonnage ayant la composition : aluminium :60 g., silicium : 70 g., bioxyde titanique : 50 g. et acide borique 20 g. Après séchage on réalise un traitement à l'arc électrique dans les conditions suivantes : vitesse périphérique 11,2 m/mn, pas : 13 mm., intensité#du courant : 1500 A. La seconde couche est métallisée avec 400 g. d'aluminium et on porte un badigeonnage de 40 g. de graphite. On exécute un traitement à l'arc électrique dans les conditions suivantes : vitesse périphérique : 16,2 m/mn, pas : 13 m.m., intensité du courant : 750 A. Après le traitement à l'arc électrique on polit un peu la surface pour la rendre plus lisse. Exemple 2 Dans cet exemple on emploie le dispositif de la figure 2. les caractéristiques du champ magnétique sont celles de l'exemple précédent. la surface du produit de carbone est métallisée avec 600 g. d'aluminium. la couche obtenue est traitée à l'arc électrique dans les conditions suivantes :vitesse-périphérique : 11 m/mn., pas : 12 m.m. et intensité du courant 1150 A. Sur la surface travaillée à l'arc électrique on rapporte à l'aide dlunemétallisation 500 g. d'aluminium et l'on traite à l'arc électrique dans les conditions suivantes : vitesse périphérique : 13+2 m/mn., pas 11 mm. et intensité du courant 1150 A Sur la seconde couche on rapporte par métallisation 700 g d'aluminium et 200 g. de cuivre. le traitement à l'arc électrique est réalisé dans les conditions suivantes : vitesse périphérique : 13,2 m/mn., pas 11 m.m. et intensité du courant 1150 A. Après le traitement à l'arc électrique on polo un peu la surface pour la rendre plus lisse. Exemple 3. Dans cet exemple on emploie le dispositif de la figure 1. les traitements à arc électrique sont exécutés dans un champ magnétique se caractérisant par les paramètres suivants Distance du front du solénoïde à la surface du produit de carbone : 30 m.m. Intensité du courant dans le solénoïde : 1900 A. Chute de tension dans le solénoïde : 3 V. Sur la surface du produit de carbone on rapporte par métallisation 700 g. d'aliminium. Sur la couche métallisée on porte un badigeonnage des substances poudre suivantes aluminium 80 g., carbure de silicium : 120 g. et acide borique : 30 g. Le produit est chauffé jusqu a 1200C et puis est traité à l'arc électrique dans les conditions suivantes vitesse périphérique : 18,3 m/mn., pas : 14,5 m.m. et intensité du courant : 1900 A. Sur la surface travaillée à l'arc électrique on rapporte par métallisation 600 g. d'aluminium et on traite à l'arc électrique dans les conditions suivantes : vitesse périphérique : 15 m/mn., pas : 13 m.m. et intensité du courant t700 A. Sur la seconde couche on rapporte à l'aide d'une métallisation 500 g. d'aluminium et on polit un peu la surface pour la rendre plus lisse. Dans les conditions des exemples cités on obtient une augmentation multiple de la productivité du traitement à l'arc électrique par rapport au traitement à l'arc électrique non stabilisé à l'aide d'un champ magnétique. Cette augmentation est due à la stabilisation de l'arc électrique et à l'utilisation d'un courant supérieur à 600 A., ce qui donne. la possibilité d'augmenter la vitesse périphérique et le pas auxquels on réalise le traitement. En utilisant le procédé décrit, on obtient des- produits aux revetements protecteurs qui sont plus résistants par rapport aux revêtements protecteurs formés au moyen des procédés connus. Le trait caractéristique principal des produits de carbone possédant ces revêtements protecteurs est que la largeur des bandes des couches fondamentales, qui proviennent du traitement à l'arc électrique est supérieur à 10 m.m. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivantson esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1 Procédé de formation de revêtements protecteurs sur des produits de carbone à l'aide d'un traitement à l'arc électrique des substances rapportées, ledit arc électrique brûlant sans interruption entre le produit travaillé et une électrode latérale pendant que la surface du produit est mise en mouvement par rapport à l'arc électrique ledit procédé se caractérisant en ce que l'arc électrique est stabilisé par un champ magnétique et le traitement à l'arc électrique est effectué au moyen d'un courant électrique supérieur à 600 A. et avec un pas supérieur à 10 m.m. 2. Procédé, selon la revendication 1 se caractérisait en ce que le traitement à l'arc électrique est effectué au moyen d'un courant de 1000 à 2500 A et avec un pas de l'ordre de 13 m.m. 3. Procédé, selon les revendication 1 ou 2, se caractérisant en ce que l'axe du champ magnétique est parallèle ou coïncide avec l'axe de l'électrode latérale. 4. Procédé, selon l'une des revendications 1 à 3, se caractérisant en ce que l'électroaimant est alimenté par une source indépendante de courant. 5. Procédé, selon l'une des revendications 1 et 3, se caractérisant en ce que le champ magnétique est créé par le courant du traitement à l'arc électrique tout entier ou par une partie seulement dudit courant. 6. Electrode de carbone pour des fours électrothermiques à revêtement protecteur avec une grande teneur en aluminium lequel revetement est fixé sur la surface de carbone au moyen d'un traitement à l'arc électrique selon le procédé de l'une quelconque des revendications précédentesse caractérisant en ce que les couches fondamentales du revêtement protect#eur présentent des bandes parallèles, provenant du traitement à arc électrique et dont la largeur est supérieure à 10 m.m.