Brevet FR2402993A1 — publié le 19790406

La présente invention se rapporte aux fours métallurgiques à chauffage par arcs électriques, et concerne plus particulièrement la protection contre la casse des électrodes. Dans les fours de ce type, les électrodes d'amenée du courant, généralement à base de graphite et au nombre de trois, sont fixées à des organes de manutention permettant non seulement de les introduire ou de les extraire du four, mais également de régler en permanence leur position à l'intérieur de ce dernier grâce à un système de régulation automatique approprié. Ilabituellement celui-ci réalise un contrôle des caractéristiques électriques de l'arc de manière à maintenir l'ecartement entre l'extrémité de l'électrode et la charge du four à des valeurs désirées. I1 est clair qu'un tel type de régulation devient inopérant lorsque l'arc électrique est inexistant Or il peut arriver, en cours d'opération et notamment en début, que l'électrode, lors d'une phase de descente, se dirige vers des masses solides non conductrices de l'électricité, telles que des blocs de chaux non encore fondue, ou autres. Dans ce cas, l'arc ne s'amorçant pas, ltelectrode vient en contact mécanique avec ces masses, s'y appuie de plus en plus et finit par se rompre sous l'effet conjugué de son propre poids et de celui de la potence qui la porte. On reconnaît actuellement qu'un tel processus de rupture constitue un facteur important de la consommation d'électrodes, auquel il est de plus haut intérêt de pouvoir remédier efficacement. A cette fin, il est connu de pouvoir suppléer aux lacunes de la régulation par des moyens de prévention permettant de détecter toute augmentation de contraintes dans l'électrode lorsque celle-ci rencontre dans la charge du four un obstacle non conducteur. Ces moyens, décrits- dans le brevet USP n" 3 914 526, sont basés sur la mesure de la force de traction s' exerçant sur les câbles de manutention de la potence à l'aide de jauges de contraintes. Lorsque l'élec- trode rencontre une partie solide non conductrice de la charge, la force de traction sur les câbles accuse une diminution, et si celle-ci descend en dessous d'un seuil prédéterminé, le système de prévention réagit de manière à réduire les contraintes dans l'électrode, notamment en commandant la remontée rapide de cette dernière.On intervient ensuite manuellement pour modifier la configuration de la charge du four. Toutefois, il apparaît qu'un tel systeme de prévention contre la casse d'électrodes pêche en particulier par son appropriation spécifique et exclusive aux installations équipées d'une régulation électro-mécanique par câbles. Or on sait qu'il existe d'autres types d? régulation, et notamment la régulation électro-hydraulique à vérin porteur de potence, à l'égard de laquelle le système de prévention précité ne saurait être simplement transposé ou du moins mis en oeuvre sans une adaptation spéciale restant encore à définir. Le but de la présente invention est de proposer, à un tel problème, une solution améliorée et "universelle", en ce sens qu'elle peut s'appliquer à toute installation, sans distinction de son type de régulation. A cet effet l'invention a pour objet, un procédé de prévention de la casse d'électrodes dans un four électrique à arcs, selon lequel on mesure une grandeur reflétant les efforts dans les organes de manutention des électrodes, permettant de détecter l'augmentation des contraintes dans une électrode lorsque celle-ci vient en contact mécanique avec une partie non-conductrice de la charge du four, et on commande une action visant à réduire ces contraintes lorsque la grandeur ainsi surveillée atteint un seuil prédéterminé, procédé caractérisé en ce qu'on mesure la pression d'un fluide dans une unité hydraulique incorporée aux organes de manutention de l'électrode de manière à être sensible aux effort s'exerçant dans ceux-ci. Dans l'application du procédé aux installations équipées d'un système de régulation électromécanique, l'unité hydraulique est constituée par une chambre hydraulique maintenue sous pression et incorporée aux câbles de manutention des électrodes, ou de préférence interposée entre l'extrêmité du câble et son point d'ancrage. Dans le cas d'une installation à régulation électro-hydraulique l'unité hydraulique est constituée par le circuit hydraulique du liquide de commande du vérin porteur de l'électrode. L'invention a également pour objet un dispositif pour la prévention de la casse d'électrodes, destiné à la mise en oeuvre du procédé précité, et comprenant - une unité hydraulique, incorporée aux organes de manutention de l'élec- trode de manière à être sensible aux efforts s'exerçant dans ceux-ci, et associée à un capteur de pression élaborant un signal représentatif de la valeur de la pression mesurée dans cette unité hydraulique, - une unité de traitement dudit signal, comprenant des moyens pour fournir un signal représentatif d'une valeur de consigne, et des moyens pour comparer ces deux signaux et élaborer un signal d'alerte lorsque la valeur mesurée s'égalise avec la valeur de consigne, - une unité de commande des mouvements de la potence capable de réagir audit signal d'alerte. Dans le cas d'une installation équipée d'un système de régulation électrohydraulique, l'unité hydraulique est constituée par le vérin porteur d'électrode, et le capteur de pression est monté sur la conduite d'alimentation du vérin en liquide de commande. Dans le cas d'une installation équipée d'un système de régulation électromécanique, l'unité hydraulique est constituée par une chambre hydraulique interposée entre l'extrêmité d'un câble de manutention et son point d'ancrage et comprenant un capteur de pression et un accumulateur pour la maintenir en pression. Comme on le comprend, l'invention consiste donc, dans ses caractéristiques principales, à détecter l'apparition d'efforts dans l'électrode et à en apprécier l'importance par un "suivi" des contraintes correspondantes s'exerçant dans les organes de manutention, ce suivi s'effectuant à l'aide d'une surveillance de la pression au sein d'un liquide dans une chambre hydraulique incorporée aux organes de manutention. Par "incorporée" on entend indiquer la double possibilité, pour la chambre hydraulique, d'être soit déjà présente dans l'installation, soit rajoutée à cet effet par la suite. Le premier cas se présente pour les fours équipés de moyens de manutention hydrauliques, car c'est alors le vérin Iui-meme qui, en plus de sa fonction de support et de déplacement de l'électrode, constitue de façon naturelle une enceinte dans laquelle la pression du liquide de commande traduit fidèlement les variations de contraintes dans la potence. La mesure de cette pression peut alors être aisément effectuée à l'aide d'un capteur de pression de genre connu, monté par exemple sur la conduite d'alimentation du vérin. Le deuxième cas se présente par contre pour les fours équipés de moyens de manutention mécaniques, tels que des câbles actionnes par un moteur d'entraînement. Dans ce cas il est nécessaire d'adapter ces moyens à une mesure de pression, par exemple grâce à une chambre hydraulique insérée dans le câble ou, de préférence, interposée à son point d'encrage habituel. De toute façon, quels que soient les moyens de manutention adoptés, il est toujours possible d'insérer au niveau de la potence un dispositif hydraulique, tel qu'un soufflet métallique, de manière qu'il soit soumis, au poids de l'elec- trode seule, ou au poids cumulé de l'électrode et de la potence, selon son lieu d'implantation. L'invention sera bien comprise et d'autres aspects et avantages apparaîtront plus clairement au vu de la description qui suit donnée en référence aux planches de dessin annexées sur lesquelles - la figure 1 représente une vue schématique d'un four à arcs à régulation électro-hydraulique équipé d'un système de prévention de la casse des électrodes conforme à l'invention ; - les figures 2 et 3 illustrent une adaptation-du système de prévention selon l'invention à un four électrique équipé d'une régulation électromécanique par câbles ; - la figure 4 représente une variante de réalisation de l'invention, consistant dans l'utilisation d'un soufflet métallique. La figure 1 montre une installation comprenant un four à arcs 1 et un dispositif à électrodes, comprenant l'électrode 2 elle-même et des organes de manutention 3 constitués par une structure de support ou potence, 4 à laquelle est fixée 11 électrode et une unité motrice, comprenant un vérin hydraulique 5 relié à une pompe 6 par une conduite 7. On a également représenté sur la figure une alimentation électrique 8, amenant le courant de puissance à l'électrode, et connectée d'autre part à une unité de contrôle 9, comprenant un boitier de commande 10 et une électrovanne 11.Le système de prévention de la casse d'élec- trodes a été représenté en 12 et comprend . un capteur de pression 13 monté sur la conduite 7 alimentant le vérin en fluide de commande, une unité de commande constituée par des moyens 14 pour fournir une valeur de consigne et un comparateur 15 relié à une unité de commande des mouvements de l'électrode, constituée, soit par l'unité de contrôle 9, soit, comme le montre la figure, par une électrovanne à trois voies 16 montée sur la conduite 7 de manière à pouvoir mettre en court circuit le contrôle 9 à l'aide d'une conduite de dérivation 17 reliant directement ltélectrovanne à la pompe 6. Dans l'exemple décrit le fluide de commande circule en circuit fermé grâce a un récupérateur 18. Sur la figure 2 les éléments identiques à ceux de la figure 1 sont indiqués par les mêmes références. Comme on le voit cette installation diffère de la précédente essentiellement par l'unité motrice commandant les mouvements de la potence. Cette unité est maintenant constituée par un système à poulies 19 et câble 20, actionnés par un moteur d'entraînement 21 commandé par une unité de contrôle 10. Le système de prévention selon l'invention est composé des mêmes éléments qu'auparavant, à savoir un capteur de pression 13, des moyens pour fournir une valeur de consigne 14, et un comparateur 15 ;-mais il comprend en outre une chambre hydraulique 22 sur laquelle est branché le capteur 13, cette chambre étant interposée entre le câble 20 et son ancrage 23 solidaire de la potence 4.Le comparateur 15 peut être connecté directement à l'unité de contre le 10 ou, peut, comme le montre la figure, commander un inverseur 24 capable de relier le moteur 21 à une alimentation 25 indépendante de l'unité de contrôle 10, et permettant une remontée rapide de l'électrode. La figure 3 représente une vue agrandie de la chambre hydraulique 22. Comme on le voit cette chambre est divisée en deux compartiments 26 et 27 au moyen d'un piston intérieur 28 comportant une tige centrale 29 fixée au câble 20 par l'intermédiaire d'une chape 30. Le compartiment supérieur 26 communique avec l'extérieur et le compartiment inférieur 27 est rempli par un liquide, par exemple de l'huile, maintenu en pression à l'aide d'un accumulateur 31. Le capteur de pression 13 est monté sur le compartiment inférieur 27 de manière à pouvoir suivre les variations de pression du liquide dans ce compartiment en fonction des efforts de traction sur le câble 20. L'ensemble est fixé à l'ancra ge 23 au moyen d'étriers 32. La figure 4 illustre un autre mode de réalisation de l'invention consistant à appliquer le système de prévention non plus à l'unité motrice de la potence comme c'était le cas des figures précédentes, mais directement à la potence elle-même. La mise en oeuvre des moyens de l'invention étant alors indépendante de la nature de cette unité motrice (hydraulique ou mécanique); cette dernière à été symboliquement représentée sous la référence 33. Les moyens de l'invention se distinguent essentiellement de ceux decrits en référence aux figures précédentes par la mise en place d'un soufflet métallique 34 sous la potence 4 de manière à supporter le poids de cette dernière et celui de l'électrode 2.La pression du liquide contenu dans ce vérin est mesurée par le capteur 13 dont le signal de sortie est traité, comme auparavant, par les moyens 14 et 15 connectés, en vue de la remontée de l'électrode, soit à une unité de contrôle 9, ou directement à l'unité motrice 33 à l'aide d'un sélecteur schématisé en 35. Bien entendu, il n'est pas nécessaire que le vérin 34 supporte la totalité du poids -de l'électrode et de la potence ; aussi sa localisation particulière sous la potence n'est elle pas limitative de l'invention. Il est en effet parfaitement possible d'implanter le vérin en d'autres endroits, par exemple au niveau de l'anneau de serrage 36 de l'électrode de manière a notre soumis qu'au poids de celle-ci, ou dans la potence elle-même, de manière à supporter en plus une partie du poids de cette dernière. On va maintenant décrire un mode de fonctionnement du système de prévention contre la casse des électrodes selon l'invention dans le cas d'une installation à régulation électro-hydraulique, telle que représentée sur la figure 1. Bien entendu, ce choix particulier d'installation n'est pas restrictif de l'invention, les caractéristiques essentielles du fonctionnement de l'invention restent analogues pour tout autre système de régulation. En début d'opération de la pression du fluide de commande dans le vérin 5 présente une valeur maximale, par exemple 15 bars, correspondant à une électrode 2 en position haute. L'opérateur commande alors la descente de l'électrode par gravité en diminuant la pression initiale jusqu'à une valeur un peu en dessous de la pression d'équilibre, par exemple 7 bars. Lorsque l'extrémité de l'electro- de s'approche suffisamment de la charge du four un arc électrique s'amorce, mettant ainsi en service le système de régulation automatique 9. Tant que les opérations dans le four se passent de façon normale, on constate que la pression dans le vérin 5 s'établit à une valeur d'équilibre moyenne, par exemple 7 bars, avec de faibles fluctuations de part et d'autre. Par contre si l'électrode 2 se positionne, pour une raison quelconque, au-dessus d'une masse non conductrice représentée en 36 sur les figures, l'arc disparaît et, la régulation 9 devenant inefficace. L'électrode vient alors en contact mécanique avec la masse 36 et s'y appuie de plus en plus. Le vérin 5 est ainsi soulagé rapidement dé son effort, ce qui se traduit bien entendu par une chute brutale de la pression du fluide de commande. Cette dernière est mesurée en permanence par le capteur 13 qui émet un signal analogique proportionnel à cette mesure. Ce signal est introduit dans un comparateur 15, où il est comparé à une valeur de consigne fournie par les moyens 14 et correspondant à une pression limite, par exemple 1 bar, en deça de laquelle l'électrode 2 est susceptible de se rompre.Si la chute de pression dans le vérin 5 est suffisamment importante pour que ces deux signaux s'égalisent, le comparateur 15 émet alors un signal de sortie, transmis à l'unité de commande pour la remontée rapide de l'électrode. Comme on lta dit cette unite de commande peut être l'unité de régulation 9 elle-meme, ou une unité indépendante, telle qu'une électrovanne 16 associée à une conduite en dérivation 17 permettant de mettre en court-circuit la régulation. L'avantage de cette seconde solution consiste à pouvoir s'affranchir du temps de réponse propre de la régulation, généralement trop long pour être compatible avec une remontée rapide de l'électrode. Cette dernière une fois remontée, on intervient manuellement sur la charge du four de manière appropriée, soit en retirant la partie non conductrice, soit en la déplaçant dans le four, soit encore en la recouvrant de matière conductrice. REVENDICATIONS 1 - Procédé de prévention de la casse des électrodes dans un four électrique à arcs, selon lequel on mesure une grandeur reflétant les efforts dans les organes de manutention des électrodes, permettant de détecter une augmentation des contraintes dans une électrode au moment où celle-ci vient en contact mécanique avec une partie non-conductrice de la charge du four, et on commande une action visant à réduire ces contraintes lorsque la grandeur mesurée atteint un seuil prédéterminé, caractérisé en ce que ladite grandeur est la pression d'un fluide dans une unité hydraulique incorporée aux organes de manutention de l'électrode de manière à être sensible aux contraintes s'exerçant dans celleci. 2 - Application du procédé selon la revendication 1 à un four équipé d'un système de régulation électro-hydraulique, caractérisée en ce qu'on effectue la mesure de la pression du fluide de commande 3 - Application du procédé selon la revendication 1 à un four équipé d'un système de régulation électro-mécanique, caractérisée en ce qu'on effectue la mesure de la pression d'un fluide dans une chambre hydraulique maintenue sous pression et implantée dans les câbles de manutention des électrodes. 4 - Dispositif pour la prévention de la casse des électrodes dans un four électrique à arcs, caractérisé en ce qu'il est composé - d'une unité hydraulique, incorporée aux organes de manutention de ltelec- trode de manière à être sensible aux efforts s'exerçant dans ceux-ci, et comprenant un capteur de pression élaborant un signal représentatif de la valeur de la pression mesurée dans l'unité hydraulique, - une unité de traitement dudit signal comprenant des moyens pour fournir un signal représentatif d'une valeur de consigne, et des moyens pour comparer ces deux signaux et élaborer un signal de sortie lorsque la valeur mesurée s'égalise avec la valeur de consigne, - une unité de commande des mouvements de la potence capable de réagir audit signal de sortie. 5 - Application du dispositif selon la revendication 4 à un four à arcs équipé d'un système de régulation hydraulique, caractérisée en ce que ladite unité hydraulique est constituée par le vérin porteur de l'électrode, et le capteur de pression est monté sur la conduite d'alimentation du vérin en fluide de commande. 6 - Application du dispositif selon la revendication 4 à un four à arcs équipé d'un système de régulation électro-mécanique, caractérisée en ce que ladite unité hydraulique est constituée par une chambre hydraulique implantée dans les organes de manutention de l'électrode, et sur laquelle est monté le capteur de pression. 7 - Application selon la revendication 6 caractérisée en ce que, le four à arcs étant équipé d'un système de régulation électro-mécanique par cable, ladite chambre hydraulique est interposée entre l'extrêmité du câble et son point d'ancrage habituel.