Brevet FR2453905A1 — publié le 19801107

L'invention concerne l'électrométallurgie et a notamment pour objet un dispositif pour la refusion d'électrodes consommables sous laitier électroconducteur. La refus ion sous laitier électroconducteur est connue depuis assez longtemps, néanmoins une série de problèmes concernant la durée de service des lingotières et la diminution de la teneur en impuretés du métal du lingot n'ont pas reçu jusqu'à présent une solution assez satisfaisante. On connaît plusieurs dispositifs pour la refus ion de métaux sous laitier électroconducteur, en général pareils du point de vue de la conception, qui comprennent une plaque de fond et une lingotière ainsi qu'une source de courant alternatif reliée aux porte-électrode (voir les brevets d'invention de la Grande-Bretagne N" 1168900 et de la Belgique N" 707566). On fixe dans les porte-électrode les électrodes consommables que l'on introduit dans la lingotière, après quoi on fait passer à travers celles-ci un courant électrique alternatif en faisant fondre le laitier dans la lingotière. A mesure de la fusion des électrodes consommables, sous la couche de laitier liquide se forme un bain de métal qui se solidifie graduellement en formant un lingot. L'inconvénient des dispositifs de ce type consiste en ce que l'élimination des gaz du bain de métal n'est pas suffisamment intense à cause des réactions électrochimiques, tant cathodiques qu'anodiques, qui se déroulent à l'interface laitier liquidemétal liquide, aucune de ces réactions n'étant prédominante. Cet inconvénient est éliminé dans une large mesure dans un dispositif pour la refusion d'électrodes consommables sous laitier électroconducteur (cf. le brevet d'invention des Etats Unis d'Amérique N" 3652773) qui permet de contrôler les réactions chimiques se déroulant dans le laitier fondu à l'interface des bains de métal et de laitier, ce qui favorise l'épuration plus efficace du métal fondu des inclusions de soufre, oxygène et hydrogène.Le dispositif mentionné comprend-une plaque de fond et une lingotière, reliées électriquement l'une à l'autre et à une borne de la source de courant alternatif, un porte-électrode (s) servant à recevoir au moins une électrode consommable et connecté à l'autre borne de ladite source de courant alternatif, un porteélectrode (s) servant à recevoir au moins une électrode non consom mable et connecté, par l'intermédiaire de redresseurs, aux bornes différentes de la source de courant alternatif. Lesdits redresseurs assurent la superposition du courant continu au courant alternatif passant par le bain de laitier. Dans ce cas, le bain de métal sert de cathode pendant un laps de temps plus grand, ce qui contribue à l'élimination plus intense du soufre, de l'oxygène et de l'hydrogène à partir du métal. Tout en possédant des avantages évidents, le dispositif décrit n'est pas privé d'inconvénients non négligeables. En particulier, par suite du passage du courant alternatif par la lingotière, la paroi de la lingotière est soumise à une destruction par érosion électrique dans la demi-période où cette paroi sert d'anode. Dans la meme demi-période se fait aussi la décharge des anions de soufre, d'oxygène et des anions hydroxylés à l'interface laitier-bain de métal du lingot, décharge accompagnée d'un passage inverse du soufre, de l'oxygène et de l'hydrogène à partir du laitier dans le métal du lingot, ce qui diminue l'effica- cité du processus d'affinage du métal de lingot. L'invention vise à mettre au point un dispositif pour la refus ion d'électrodes consommables sous laitier électroconducteur, dont la conception permettrait, en présence d'une liaison électrique de la plaque de fond et de la lingotière avec la source de courant alternatif, d'éliminer la création d'un potentiel positif sur les parois de la lingotière. Le problème posé est résolu en ce que dans le dispositif pour la refusion d'électrodes consommables sous laitier électroconducteur, comprenant une plaque de fond et une lingotière reliées électriquement l'une à l'autre et à une source de courant alternatif, des porte-électrode. (ss) recetant au m4ins dewx-élec- trodes consommables à introduire dans la lingotière et connectés aux bornes différentes de ladite source de courant alternatif, et des redresseurs couplés aux mêmes bornes de la source de courant alternatif que les porte-électrode, selon l'invention la plaque de fond et la lingotière sont électriquement reliées à la source de courant alternatif par lesdits redresseurs mis en circuit de manière que les redresseurs, la plaque de fond et la lingotière ne soient parcourus que par un courant continu dans le sens allant vers la source de courant alternatif. Une telle réalisation du dispositif selon l'invention permet de prévenir -la destruction par érosion électrique des parois de la lingotière et d'éliminer constamment les éléments indésirables comme le soufre, l'oxygène et l'hydrogène à partir du bain de métal, ce qui élève la qualité du du-lingot. Dans ce cas, les électrodes consommables fondent lorsqu'elles ne sont traversées que par le courant alternatif. L'invention peut être réalisée suivant plusieurs variantes du dispositif pour la refusion d'électrodes consommables sous laitier électroconducteur, en employant une source de courant alternatif monophasé aussi bien que des sources de courant alternatif triphasé, connectées en triangle et en étoilep avec les porte-électrodes connectés à celles-ci. Dans le premier cas, la plaque de fond et la lingotière peuvent être reliées aux bornes de phase de la source de courant par l'intermédiaire d'au moins deux redresseurs, dans le second cas par l'intermédiaire de trois redresseurs. Dans le troisième cas, il est rationnel d'utiliser un porte-électrode pour une électrode supplémentaire, connecté à une borne neutre de la source de courant alternatif triphasé, et de relier la plaque de fond et la lingotière, par l'intermédiaire des redresseurs, aux bornes de phase ainsi qu'à la borne neutre de la source de courant. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques. annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant quatre modes de réalisation de l'invention, et dans lesquels - la figure 1 montre le schéma fonctionnel du dispositif pour la refusion d'électrodes consommables sous laitier électroconducteur, selon l'invention - la figure 2 représente une variante du dispositif selon l'invention, dans laquelle est utilisée une source de courant triphasé alternatif connectée en triangle - la figure 3 représente une autre variante du dispositif selon l'invention, dans laquelle est utilisée la source de courant alternatif triphasé connectée en étoile - la figure 4 illustre une disposition préférée des électrodes consommables dans la lingotière de la variante du dispositif selon l'invention, montré sur la figure 3.; Le dispositif pour la refusion d'électrodes consommables sous laitier électroconducteur comprend, comme le montre la figure 1, une plaque de fond 1 au-dessus de laquelle est installée une lingotière 2, ainsi qu'une source de courant alternatif 3. La plaque de fond 1 est électriquement reliée à la lingotière 2 par un conducteur 4, ou bien directement dans la zone de contact entre leurs surfaces d'appui, dans le cas où la lingotière 2 est installée sur la plaque de fond 1 pendant tout le processus technologique. La lingotière 2 est munie d'une chemise de refroidissement 5. Au-dessus de la lingotière 2 sont installés des porte-électrodes 6 et 7 recevant au moins deux électrodes consommables 8 et 9. Les porte-électrodes 6 et 7 aussi bien que la lingotière 2 sont montés, par l'intermédiaire des consoles 10 et 11, sur une colonne verticale 12. Les consoles 10 et 11 sont installées sur la colonne verticale 12 de manière à pouvoir effectuer un déplacement de translation dans le sens vertical. La source de courant alternatif 2 est conçue sous forme d'un transformateur dont le primaire 13 a des bornes 14 et 15 pour son branchement sur l'alimentation électrique. Le secondaire 16 dudit transformateur a des bornes 17 et 18. Les porteélectrodes 6 et 7 sont connectes aux bornes différentes de la source deicourant alternatif 3. En particulier, le porteélectrode 6 est branché sur la borne 18 et le porte-électrode 7 sur la borne 17 du secondaire 16 du transformateur. La plaque de fond 1 et la lingotière 2 sont électriquement reliées Q la source 3 de coursant alternatif par l'intermédiaire des redresseurs 19 et 20 connectés respectivement aux bornes 17 et 18 du secondaire 16 du transformateur, conformément à l'invention.Lesdits redresseurs 19 et 20 sont couplés à la source de courant alternatif 2 en parallèle par l'intermédiaire des conducteurs 21 et 22 et sont reliés à la plaque de fond 1 par un conducteur 23. Les redresseurs 19 et 20 sont réglables. L'exemple donné illustre une variante du dispositif selon l'invention, dans laquelle est utilisée une source de courant alternatif monophasé. D'autres variantes du dispositif sont également possibles dans le cas d'une source de courant alternatif triphasé. En particulier, sont possibles les schémas de connexion du dispositif en étoile et en triangle. Ainsi, la figure 2 montre une variante du dispositif employé avec une source du courant alternatif triphasé, couplée en triangle. Comme on peut le voir sur cette figure, la source de courant alternatif triphasé 3 est conçue sous forme d'un transformatenr ayant des enroulements 24, 25 et 26. Les extrémités desdits enroulements 24, 25 et 26 sont connectées en série en triangle. Ledit transformateur a trois bornes 27, 28 et 29.Un porte-électrode 30 est relié à la borne 29, un porte-électrode 31,à la borne 28, et un porte-électrode 32, à la borne 27 dudit transformateur.La plaque de fond 1 et la lingotière 2 sont reliées auxdites bornes de phase 27, 28 et 29 de la source de courant 3 par l'intermédiaire d'an moins trois redresseurs 33, 34 et 35. Comme montré sur le schéma, lesdits redresseurs 33, 34 et 35 sont connectés à la source de courant alternatif triphasé 3 en parallèle avec les porte-électrodes 30, 31 et 32. En particulier, le redresseur 33 est connecté à la borne 29, le redresseur 34, à la borne 28, et le redresseur 35, à la borne 27. Les redresseurs 33, 34 et 35 sont reliés à la plaque de fond 1 par le conducteur 23. Lors de l'utilisation de la source de courant alternatif triphasé 3 connectée en étoile, comme le montre la figure 3, ladite source 3 a des enroulements 36, 37 et 38, l'une des extrémités de chacun desquels est connectée à une borne neutre 39. L'autre extrémité de l'enroulement 36 est reliée à une borne 40, celle de l'enroulement 37, à une borne 41, et celle de l'enroule- ment 38, à une borne 42. Les porte-électrodes 43, 44 et 45 des électrodes consommables 46, 47 et 48 sont reliés respectivement aux bornes de phase 42, 41 et 40 de la source de courant alternatif triphasé 3. Dans ce cas, le dispositif a un porte-électrode 49 pour une électrode supplémentaire 50, qui peut être soit consommable soit non consommable. Le porte-électrode.49 est connecté, conformément à l'invention, à la borne neutre 39 de la source de courant alternatif triphasé 3. La plaque de fond 1 est reliée, par l'intermédiaire des redresseurs 51, 52 et 53, aux bornes de phase 40, 41 et 42 de la source de courant alternatif triphasé 3 et, par un redresseur 54, à la borne neutre 39. Comme dans les variantes précédentes, les redresseurs 51, 52, 53 et 54 sont connectés en parallèle auxdites bornes, tandis que leurs sorties sont reliées par un donducteur commun 23 à la plaque de fond 1. La forme d'exécution de l'électrode supplémentaire 50 peut varier ; en particulier, l'électrode peut être constituée de plusieurs barres, comme montré sur la figure 3, ou bien d'une électrode consommable classique, analogue aux électrodes 46, 47 et 48. Dans ce cas, il est rationnel de disposer le porteélectrode 49 de l'électrode supplémentaire 50, comme on peut le voir sur la figure 4, au-dessus de la partie centrale de la lingotière 2, et les porte-électrode 43, 44 et 45 des électrodes consommables 46, 47 et 48, au-dessus de la partie périphérique de la lingotière 2. Le dispositif représenté sur la figure 1 fonctionne de la façon suivante. Après avoir coulé le laitier liquide électroconducteur dans la lingotière 2, on assure l'alimentation électrique des porte-électrode 6 et 7 à partir de la source du courant alternatif 3. Le courant alternatif passe par les électrodes et le bain de laitier. Sous l'effet de la chaleur dégagée dans le bain de laitier lors du passage à travers celui-ci du courant électrique alternatif, les électrodes consommables 8 et 9 commencent à fondre, le metal liquide forme le bain de métal, qui se solidifie progressivement et forme un lingot. Au cours d'une demi-période le courant passe par les circuits suivants : électrode 9 - laitier - électrode 8 ; électrode 9 - laitier - lingotière 2 - redresseur 20 ; électrode 9 laitier - bain de métal - lingot - plaque de fond 1 - redresseur 20. Au cours de l'autre demi-période, le courant passe par les circuits suivants : électrode 8 - laitier - électrode 9 ; électrode 8 - laitier - lingotière 2 - redresseur 19 ; électrode 8 laitier - bain de métal - lingot - plaque de fond 1 - redresseur 19. Au cours des deux demi-périodes, le courant électrique ne passe par la lingotière 2, le lingot en formation et la plaque de fond 1 que dans un seul sens, déterminé par les redresseurs 19 et 20insérés dans le circuit, et excluant toute destruction par érosion électrique de la lingotière 2. A mesure de l'accroissement du lingot lors de la solidification du métal fondu, on fait déplacer en translation la lingotière 2 et les porteélectrode. 6 et 7 l'une vers l'autre, en variant la position des consoles 10 et 11 sur la colonne verticale 12. Lors du déplacement, les extrémités des électrodes consommables 8 et 9 sont toujours maintenues dans le bain de métal.Au cours de la refusion sous laitier électroconducteur des électrodes consommables, le sdns constant du courant à l'interface laitier - bain de métal assure des conditions favorables au déroulement des réactions cathodiques électrochimiques, par suite desquelles le soufre, l'oxygène et l'hydrogène sont éliminés du métal, la décharge des anions desdites impuretés se produisant aussi bien dans la première demipériode que dans la seconde, cest-à-dire pratiquement constamment. I1 est important que, en cas de déséquilibre dans la fusion des électrodes, le schéma de connexion de la lingotière 2 et de la plaque de fond 1 favorise l'élimination spontanée de ce déséquilibre grâce au passage d'un courant de grande valeur à travers l'électrode immergée plus profondément dans le bain de laitier. I1 est également possible de prévoir une régulation active de la vitesse de fusion des électrodes par variation de la résistance dans les circuits des redresseurs 19 et 20. Les variantes du dispositif représentées sur les figures 2 et 3 des dessins annexés fonctionnent d'une façon analogue. 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 suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la refusion d'électrodes consommables sous laitier électroconducteur, du type comprenant une plaque de fond et une lingotière reliées électriquement l'une à l'autre et à une source de courant alternatif, des porte-électrodes recevant au moins deux électrodes consommables destinées à être introduites dans la lingotière, et connectés aux bornes différentes de ladite source de courant alternatif, ainsi que des redresseurs connectés aux mêmes bornes de la source de courant alternatif que les porte-électrodes, caractérisé en ce que la plaque de fond et la lingotière sont électriquement reliées à la source de courant alternatif par l'intermédiaire des redresseurs, qui sont intercalés dans le circuit de manière que lesdits redresseurs, ladite plaque de fond et ladite lingotière ne soient parcourus, dans le sens allant vers la source de courant alternatif, que par un courant continu. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas où les porte-électrodes des électrodes consommables sont connectés à une source de courant alternatif triphasé en triangle, la plaque de fond et la lingotière sont reliées aux bornes de phase de la source de courant par l'intermédiaire d'au moins trois redresseurs. 3. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas où les porte-électrodes des électrodes consommables sont connectés aux bornes de-phase d'une source de courant alternatif triphasé en étoile, il comporte un porteélectrode destiné à recevoir une électrode supplémentaire et connecté à la borne neutre de ladite source de courant alternatif triphasé, tandis que la plaque de fond et la lingotière sont reliées, par l'intermédiaire des redresseurs, tant aux bornes de phase qu'à la borne neutre de la source de courant.