Brevet FR2432816A1 — publié le 19800229

L'invention a trait à l'élaboration des métaux, notamment de l'acier, au four électrique à arc, et concerne plus particulièrement les nuisances sonores occasionnées par ce dernier. La nuisance sonore provoquée par le four électrique à arc classique constitue une forme de pollution particulièrement pénible, à laquelle les responsables d'unités de production, soucieux d'améliorer les conditions de travail de leur personnel, ne restent pas insensibles. Pour y remédier, on a recours actuellement à deux séries de mesures selon que l'on s'attaque aux conséquences (mesures curatives) ou aux causes (mesures préventives) du bruit. Les mesures curatives consistent essentiellement à isoler le four et ses annexes principales dans un véritable caisson d'insonorisation, prévu au départ, au moment de la construction d'une nouvelle unité, ou adaptable aux structures pre-existantes, dans le cas d'installations plus anciennes. Une telle solution est, par certains côtés, fort intéressante car elle permet de resoudre conjointement les problèmes de pollution atmosphérique en facilitant le captage des gaz. Toutefois, elle nécessite un lourd investissement qui penalise les coûts de production, d'autant plus que certaines sujétions, tenant notamment au transport de matières en provenance, ou à destination, de parcs situés à l'extérieur du caisson, imposent souvent des aménagements d'ordre technologique complexes et onereux. Les mesures préventives connues à l'heure actuelle visent à favoriser la formation et le maintien de l'arc en modifiant la nature chimique du milieu gazeux dans lequel il se crée, c'est-à-dire dans l'espace entre l'électrode et le bain métallique. Ces mesures consistent généralement en une insufflation, par l'intérieur de l'électrode, d'un gaz plus facilement ionisable que l'atmosphère existante dans le four. En principe des gaz de natures très diverses sont susceptibles de convenir. Toutefois des impératifs d'ordre métallurgique tenant, on le comprend bien, à l'aspect "pollution du métal" restreignent le choix à un éventail étroit (essentiellement azote et gaz rares) qui n'est pas le plus heureux sur le plan économique et dont l'efficacité reelle demeure limitée. Le but de la présente invention est de proposer une solution nouvelle au problème de la nuisance sonore du four à arc électrique, solution qui s'inscrit dans l'ensemble des mesures préventives évoquées ci-dessus, mais qui s'affranchit des inconvénients inhérents à la modification de la -nature du milieu de propagation de l'arc. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'alimentation électrique d'un four à arc, caractérisé en ce que l'on maintient le milieu gazeux, dans lequel se crée l'arc, dans un état ionisé quasi-permanent. Par "quasi-permanent" on entend le passage alterné d'un etat ionisé à un état non-ionisé de durée plus courte, à une cadence suffisamment élevée pour que l'état ionisé puisse être qualifié de permanent en égard à la frequence, relativement plus faible, de l'alimentation électrique classique du four (50-60 Hz en général). Conformément à l'invention, on maintient le milieu gazeux dans lequel se forme l'arc dans un etat ionise quasi-permanent en superposant à l'alimentation électrique classique une alimentation électrique haute fréquence. Le bruit engendre par un arc alternatif nait au moment de chaque réallumage, donc deux fois par période. Ceci résulte du fait que l'amplitude de l'onde acoustique engendrée par l'arc est inversement proportionnelle à la temperature du milieu ionise, ou plasma, dans lequel il se cree, c'est-à-dire qu'un amorçage d'arc est plus bruyant qu'une extinction. Par ailleurs, à l'échelle de la periode qui est de 20 ms pour l'alimentation 50 Hz, la durée de passage du courant est d'environ 12 ms. La durée d'existence relative de l'arc est donc de 12/20 soit 0,6, ce qui signifie que le plasma n'est activé que pendant 60 % du temps et que pendant 40 % du temps il y a refroidissement. Selon l'invention, l'alimentation haute fréquence qui se superpose à l'alimentation 50 Hz a pour fonction de creer, entre l'électrode et la charge métallique du four, une étincelle quasi-permanente. Le rôle de cette étincelle pilote est d'activer le plasma à une fréquence ultrasonore pendant toute la durée ou la tension de l'alimentation classique à 50 Hz est incapable de le faire (4Q % du temps). Le niveau énergétique de l'alimentation d'étincelage est beaucoup plus faible que celui de l'alimentation principale mais néanmoins suffisant pour entretenir une conduction.ionisée quasi-permanente dans l'espace entre les électrodes.Par ailleurs, l'entretien de cet état ionisé du plasma est favorisé par la fréquence élevée de l'étincelage, car l'inertie thermique du milieu est alors supérieure a la période de l'alimentation d'etincelage. A titre indicatif, cette dernière est avantageusement comprise entre 30.000 et 100.000 Hz environ, et de préférence de l'ordre de 50.000 Hz, soit 1.000 fois supérieure à la fréquence de l'alimentation d'arc. Il est à noter que conformément à une réalisation de l'invention, l'existence de la tension pilote n'est pas nécessairement permanente. Elle peut être intermittente du fait qu'elle n'intervient que pendant 40 % de la duree de la période du courant à fréquence industrielle. Ceci peut s'obtenir de maniere connue en soi en modulant par "tout ou rien" le générateur de la tension d'etincelage haute fréquence par la tension délivrée par l'alimentation d'arc. Les résultats et avantages procurés par la mise en oeuvre de l'invention peuvent être résumés de la façon suivante : ltentretien d'une ionisation quasipermanente du plasma entre les alternances du courant à frequence industrielle permet d'abaisser la tension d'amorçage de l'arc. L'amorçage de l'arc, à partir d'une étincelle pilote telle que mise en oeuvre par l'invention, est de ce fait facilité, et engendre une onde acoustique nettement moins importante que dans le four à arc classique. Le refroidissement du plasma étant minimise, le rallumage de l'arc sur chaque alternance-du courant à fréquence industrielle intervient plus tôt, et la durée d'existence relative de l'arc est augmentée, ce qui tend d'une certaine manière à rapprocher le four. à arc classique du four à arc à courant continu. En outre, les inconvénients connus de désamorçage de l'arc par une modification subite de la distance électrode-charge métallique notamment pendant la fusion de charges solides se trouvent être atténués, voire supprimés grâce à l'utilisation d'une tension auxiliaire, de fréquence, nettement supérieure à celle de l'al.imentation ou puissance à 50 ou 60 Hz. Il en résulte un effet stabilisant de l'arc. Il est à signaler encore que les amorçages de l'étincelle, provoqués par la haute fréquence qui atteint des gammes ultrasonores, ne peuvent pas entrainer d'onde acoustique audible. De plus la propagation acoustique de fréquences ultrasonores de 30.000 à 100.000 Hz est très faible (50 à 60 dB d'attenuation à 1 metre). REVENDICATIONS 1. Procedé de conduite de la marche d'un four électrique à arc, destiné à reduire les nuisances sonores et caractérisé en ce qu'on maintient le milieu gazeux, dans lequel se forme l'arc, dans un état ionisé quasi-permanent en superposant, à l'alimentation électrique classique à fréquence industrielle, une alimentation électrique haute fréquence. 2. Procede selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'alimentation électrique haute fréquence est telle que l'etincelle qu'elle engendre crée une onde acoustique ultrasonore. 3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'alimentation électrique haute fréquence délivre une tension alternative comprise entre 30.000 et 100.000 Hz environ. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractersé en ce que la tension alternative fournie par l'alimentation électrique haute fréquence présente un caractére intermittent et n'est délivrée que durant les périodes d'extinction de l'arc.