Brevet FR2283957A1 — publié le 19760402

L'invention due aux travaux de Monsieur André GUEUSSIER concerne un procédé, et l'appareillage pour sa mise en oeuvre, qui s'appliquent en premier lieu aux fours à arc à une ou plusieurs électrodes utilisés pour ltelaboration des aciers de tous types. L'invention ntest pas limitée aux fours à arc dont les electrodes sont constituées par des produits carbonés, elle s'applique aussi aux fours à arc à électrode consommable et également aux fours a arc à électrode non consommable. L'invention s'applique aussi aux fours faisant appel a un mode de chauffage électrique différent de l'arc, tel que le chauffage par résistance, par induction, par plasma et aussi aux fours électriques de tous types utilisés pour la préparation et la fusion de matières non métalliques telles que les laitiers. L'invention peut s'appliquer également aux fours de ces différents types fonctionnant en atmosphère contrôlée, celle-ci étant constituée par un ou plusieurs gaz neutres, oxydants, ou réducteurs à une pression égale, supérieure ou inférieure à la pression atmosphérique, et aussi aux fours sous vide. De la façon la plus générale, dans le cas des fours à arc utilisés pour ltélaboration de 11 acier, les techniques habituelles dtintroduction des différents constituants de la charge sont les suivantes : - les ferrailles en vrac sont chargées dans des paniers à fond ouvrant qui sont transportés au pont roulant jusqu'au-dessus du four, puis vidés dans celui-ci après avoir dégagé la voûte. - les produits pré-réduits souvent sous forme de boulets ou de grande lés sont transportés par des convoyeurs à bandes et introduits par une trémie et une goulotte solidaires de la voûte du four. - enfin, les produits d'addition métalliques ou non, et en particulier les ferro-alliages et les constituants du laitier,sont introduits à travers une porte du four au moyen de godets portés par une chargeuse roulant sur le plancher de travail du four. Pour ces produits d'addition, il faut disposer d'un jeu de godets préalablement chargés et pesés pour faire face aux additions prévues lors de la coulée à élaborer. Ces godets préparés exigent une aire de stockage importante. Il faut aussi des organes de manutention et pesage permettant de préparer tres rapidement des godets supplémentaires avec les additions d'appoint ne pouvant être prévues à l'avance, ceci pour permettre un règlage précis de l'analyse finale. Tous ces godets sont stockés sur le plancher à proximité du four pour raccourcir les allées et venues de la chargeuse. L'introduction dans le four d'une addition donnée au moyen de godets nécessite la série d'opérations suivantes - il faut d'abord déclencher le disjoncteur, puis relever les électrodes et ouvrir la porte. - on peut alors introduire le bras de la chargeuse portant le godet, retourner le godet, retirer le bras de la chargeuse, et répéter cette operation si nécessaire deux à trois fois selon le volume des additions souhaitées. - finalement on referme la porte, puis on réenclenche le disjoncteur et on descend les électrodes pour réamorcer le four. Il est en effet nécessaire de couper le courant et relever les électrodes avant le chargement car il ne faut pas : incommoder le conducteur par le rayonnement de l'arc et aussi risquer de heurter une électrode par le bras de la chargeuse avec un danger d'électrocution du personnel ou de casse d'élec trode. Les manoeuvres précitées constituent des pertes de temps pour la production que l'on peut estimer à deux minutes si on introduit un seul godet, plus deux ou trois minutes par godet supplémentaire selon la distance à parcourir par la chargeuse et ltorganisation de l'aire de stockage des godets. Si les ferro-alliages et la chaux sont introduits à trois ou quatre reprises avec un ou plusieurs godets à chaque fois, on arrive à une perte de temps pouvant aller jùsqutà plus de vingt minutes, ce qui est important en valeur relative si on considère la durée d'une opération d'élaboration d'acier qui est de l'ordre de deux heures à quatre heures selon les nuances. Pendant toute la période consacrée au chargement, le four perd de la chaleur ; cette perte devra ultérieurement être compensée par un appoint supplémentaire d'énergie d'où des consommations spécifiques d'énergie, d'électrode des et de réfractaires augmentées. Les inconvénients de cette méthode courante d'introduction des élé- ments d'alliage et des constituants du laitier sont donc essentiellement : - aire de stockage importante des godets à proximité du four ; - main-d'oeuvre nécessaire pour préparer les charges et conduire la chargeuse ; - perte de temps, donc production horaire diminuée ; - consommation spécifique accrue d'énergie, électrodes et réfractaires. Enfin la nécessité de limiter ces pertes de temps et d'éviter des ac croissements trop importants de la consommation spécifique, conduisent à n' ef- fectuer que le nombre strictement nécessaire d'introductions d'additions dans le four ce qui nuit à la souplesse d'exploitation et empêche souvent d'ajuster les compositions avec toute la précision qui serait souhaitable. Le procédé et l'appareillage qui font l'objet de l'invention ont pour but de remédier à tous ces inconvénients en supprimant la nécessité d'arrêter le chauffage du four pendant le chargement, en réduisant les frais de maind'oeuvre, les consommations spécifiques d'énergie et de matières premières, ainsique les frais d'entretien, et aussi d'accroître la productivité. Un autre résultat obtenu par le procédé et l'appareillage suivant l'invention consiste en une très nette amélioration de la constance de qualité des produits, principalement grâce à un rétrécissement des fourchettes analytiques. Nous allons maintenant décrire dans le détail le procédé et les appareillages qui font l'objet de l'invention. L'inventeur a constaté de façon inattendue qu'il était possible de combiner dune manière simple un ensemble de dispositifs permettant de calculer automatiquement les additions métalliques ou non qui doivent être effectuées, de les extraire d'une capacité de stockage, de les peser, puis de les transporter jusqutau-dessus de la voûte due four d'où-elles sont envoyées au moyen d'une trémie reliée à un conduit traversant cette voûte et pénétrant à l'intérieur du four où elles tombent dans le bain liquide. Pratiquement, le système est réalisé par exemple de la façon représentée schématiquement sur la figure unique et fonctionne de la façon suivante, dans le cas d'un four à arc à trois électrodes pour l'élaboration de l'acier - des trémies de stockage dont trois sont représentées ( 1, 1', 1") sont pourvues. d'extracteurs vibrants ( 2, 2', 2" ) qui alimentent des trémies peseuses ( 3, 3', -3" ) - une bande transporteuse (4) reçoit les produits pesés provenant des trémies précitées les achemine jusqu'à une seconde bande transversale (5), rétractable qui les déverse dans une trémie (6) solidaire de la voûte du four. Cette trémie est munie à sa base d'un clapet d'obturation (7) à commande par vérin pneumatique ; au-dessous du clapet, un conduit tubulaire (8) traverse la voûte du four : la position et l'inclinaison du conduit sont telles que les produits tombent dans le bain d'acier (9) sensiblement entre les trois électro- des. Le clapet d'obturation et les surfaces les plus exposées à l'usure par les produits sont réalisés en acier de composition spéciale pour résister à l'abrasion. Le conduit tubulaire à double paroi est refroidi à l'eau ; ltorifice dans la voute au droit du passage du conduit est muni d'une bouillotte.Afin d'éviter I'entraînement, des particules les plus fines des produits d'addition ainsi introduits, en direction du conduit d'évacuation des fumés, le coude de captation des gaz par aspiration à travers la voûte est muni d'un registre pivotant (10) commandé par vérin pneumatique qui permet d'isoler le four de l'installation dtaspiration des fumées ; la manoeuvre se fait en cinq secondes. - un calculateur (C) permet de commander l'ensemble du processus au moyen d'un prograrame convenable de façon à éviter au maximum les pertes de temps et à obtenir la souplesse maximale. Ce calculateur reçoit les résultats de l'analyse d'un échantillon pris au four ; il calcule le poids des différentes additions à introduire pour réaliser la composition du métal prescrite, puis il commande l'extraction et la pesée de chacun des produits d'addition dans l'ordre désiré et au moment voulu ; il commande aussi le transfert de ces produits par les bandes trànsporteuses jusqu a la trémie en tête du four et ltouverture du clapet d'introduction dans le four, ainsi que la fermeture éventuelle de l'aspiration pendant la chute des produits dans le four. Le temps de calcul est pratiquement négligeable ; le temps qui s'écoule entre le moment où le calculateur donne l'ordre d'extraction et l'arrivée des produits dans le bain est dtenviron quarante secondes. Il faut ensuite cinq à dix secondes pour introduire des additions correspondant à 1 ou 2 Z du poids du métal dans le four. Ces opérations ont pratiquement aucune incidence sur la marche électrique du four qui peut continuer à fonctionner normalement sans interruption. Le nombre des produits différents qu'on peut charger ainsi dans le four n'est limité que parole nombre des trémies ; trois trémies seulement sont représentées sur la figure, mais ce nombre peut être aussi grand qu'il est nécessaire. De meme, il est possible d'effectuer de nombreuses opérations d'addition successives sans perte de temps étant donné la durée extresêmgnt brève -de chaque opération, et le fonctionnement ininterrompu du four. Cette possibilité permet de travailler par approximations successives et d'ajuster de façon beaucoup plus précise les caractéristiques de la nuance d'acier élaborée. Il en résulte une plus grande constance des propriétés métallurgi- ques des prodaits élaborés, et dans le cas d'emploi d'éléments d'addition coûteux tels que le nickel, le molybdène ou le tungstène, une plus grande économie due à l'utilisation des quantités strictement nécessaires à tion des performances désirées. Enfin, il est possible, sans sortir du procédé suivant l'invention, de prolonger le conduit qui canalise les produits d'addition à l'intérieur du four, par une partie mobile capable de descendre en direction du bain fondu, et d'en rejoindre le niveau et meme de pénétrer au-dessous de la surface de ce bain. Toute cette partie mobile du conduit située dans une zone très chaude doit alors être réalisée en un matériau réfractaire convenable. De cette façon, dans le cas d'un four a arc pour l'élaboration d'aciers par exemple, il est possible d'amener les produits d'addition jusque dans le bain métallique sans risques d'oxydation importante avant dissolution dans le bain. Ceci est particulièrement intéressant dans le cas des éléments d'addition très oxydables tels que le titane, le magnésium, le baryum, pour lesquels le rendement d'introduction est souvent très faible. Nous donnons ci-dessous un exemple comparatif concernant ltelabora- tion d'un acier à roulement type 100 C 6 (suivant AFNOR) au moyen de fours de même capacité et même puissance ; l'un étant équipé pour l'introduction des additions par le procédé conventionnel, l'autre équipé de l'appareillage nécessaire pour l'introduction des additions par le procédé suivant l'invention. ( 'Four équipé de fa- : Four équipé suivant çon conventionnelle l'invention ) Nombre d'additions successives . 9 ) ( effectuées 8 8 ) ( : Durée totale de coupure de l'arc ) pendant l'introduction des addi- : 18 mn O mn tions ) ( ) Durée totale de 11 opération d'éla- ( boration d'acier . 200 mn : 182 mn ) ( : : ) capacité de production du four 12 T/h 13,2 T/h Cet exemple montre que ltemploi du procédé suivant l'invention permet d'augmenter la productivité du four de 10 Z. Les autres avantages : réduction des consommations spécifiques d'é- nergie, de matières premières, de produits d'addition coûteux, d'électrodes, de garnissage, bien que non chiffrés de façon précise, sont loin d'être négligeables. La réduction des fourchettes analytiques et l'amélioration de la constance des produits-obtenus sont également des avantages qui résultent de la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. REVENDICATIONS 10 - Procédé pour l'introduction de produits d'addition dans des fours électriques utilisés pour la fusion de métaux ou alliages ferreux ou non-ferreux et de laitiers, caractérisé en ce que ces produits d'addition contenus dans des moyens de stockage séparés sont prélevés automatiquement et indépendamment les uns des autres au moment et dans l'ordre voulu par des moyens d'extraction, puis en ce que des moyens de pesée automatique déterminent de façon précise les quantités ainsi prélevées, puis en ce que ces quantités sont transférées par des moyens de transport au-dessus du four et déversées dans un récipient pourvu à sa base d'un obturateur télécommandé qui se prolonge à travers la paroi supérieure du four par un conduit orienté de façon telle que les produits d'addition tombent dans le bain fondu. 20 - Procédé suivant la revendication 1 dans lequel le four électrique est un four à arc à une ou plusieurs électrodes utilisé pour l'élaboration des aciers ou ferro-alliages et dans lequel le conduit qui canalise les produits d'addition à l'intérieur du four est orienté de telle façon que lesdits produits d'addition tombent dans une des zones les plus chaudes du bain fondu. 30 - Procédé suivant la revendication 2 dans lequel, lorsque il s'agit d'un four à arc triphasé, le conduit qui canalise les produits d'addition à l'intérieur du four est orienté de telle façon que lesdits produits tombent pour la plus grande part dans l'espace compris entre les trois électrodes. 40 - Procédé suivant les revendications 2 ou 3 dans lequel on réduit ou même on interrompt l'aspiration des fumées pendant l'introduction des produits d'addition. 50 - Procédé suivant les revendications 2, 3 ou 4 dans lequel le conduit qui canalise les produits d'addition à l'intérieur du four est pourvu d'une partie mobile dont l'extrémité inférieure est abaissée juste avant d'effectuer l'addition, au voisinage du niveau du bain fondu et meme un peu au-dessous de la surface et qui est ensuite relevée lorsque l'addition a été effectuée. 6" - Procédé suivant les revendications 1, 2, 3, 4 ou 5 dans lequel les quantités d'éléments à introduire sont déterminées de façon automatique par un calculateur à partir des résultats d'analyse d'un échantillon prélevé dans le bain fondu et en ce que le calculateur commande automatiquement grâce à un programme, les opérations d'extraction, de pesée, de transport, et enfin d'introduction dans le four des produits d'addition. 70 - Procédé suivant les revendications 4 et 6 dans lequel, le calcula teur commande aussi la réduction ou l'interruption de l'aspiration des fumées pendant l'introduction des produits d'addition. 8" - Procédé suivant les revendications 5 et 6 dans lequel le calculateur commande aussi les mouvements de descente et de remontée de la partie mobile du conduit qui canalise les produits addition à l'interieur du four. 9 - Procédé suivant les revendications 4, 5, et 6 dans lequel le calculateur commande aussi à la fois la réduction ou l'interruption de 1 'aspi- ration des fumées pendant l'introduction des produits d'addition et les mouvemonts de descente et de remontée de la partie mobile du conduit qui canalise ces produits d'addition à l'intérieur du four. 100 - Appareillage pour la mise en oeuvre du procédé décrit dans l'une quelconque des revendications I à 9. - - Produits obtenus par le procédé faisant l'objet de l'une des revendications 1 à 9.