Brevet FR2442567A1 — publié le 19800620

L'invention se situe dans le domaine du chauffage et de la fusion des métaux, notamment de l'acier, au four électrique à arc ou en poche et concerne plus particulièrement les électrodes équipant ces dispositifs. Une des principales difficultés rencontrées lors de la fusion des métaux par arc électrique est celle de l'instabilité de l'arc, dont les conséquences sur l'émission de perturbations électriques sur le réseau et acoustiques dans l'environnement constituent un problème préoccupant pour l'exploitation des fours à arc, notamment dans les aciéries electriques. De plus, l'extinction de l'arc, pendant des périodes plus ou moins longues, limite la puissance réelle utilisable et accroit le travail de la régulation, ce qui, dans certaines conditions, contribue à augmenter la consommation des électrodes. Pour ameliorer les conditions d'amorçage et de maintien de l'arc, différentes solutions ont déjà été proposées, notamment une modification de la nature chimique du milieu gazeux dans l'espace électrode-bain métallique où jaillit l'arc. Ces modifications sont généralement provoquées par l'insufflation, par l'intérieur de l'électrode évidée à cet effet, d'un gaz plus facilement ionisable que l'atmosphare du four et que le graphite. Cependant, ces méthodes présentent des inconvénients, notamment du fait qu'elles nécessitent une adaptation de l'installation pour y introduire les moyens nécessaires à l'insufflation. De plus, les gaz susceptibles d'être employés sont limités en pratique à l'argon, le méthane, l'oxyde de carbone, car il faut éviter d'introduire dans le bain des substances nuisibles au traitement effectué ou aux caractéristiques mécaniques du métal élaboré, et ces gaz ne sont pas les plus intéressants du point de vue économique. L'utilisation d'électrodes dopées dans la masse par du titane, pour faciliter l'ionisation de l'atmosphère dans l'espace électrode-bain métallique, a également été propose, mais ces électrodes présentent une tres mauvaise tenue mecanique car le titane perturbe la structure cristallographique du graphite. La présente invention a précisément pour but d'améliorer les conditions d'ionisation, pour favoriser l'établissement de l'arc, en s'affranchissant des contraintes inhérentes à l'insufflation d'un gaz et à l'utilisation d'électrodes de faible résistance mécanique. A cet effet, l'invention a pour objet des électrodes pour le chauffage et la fusion de métaux, notamment de l'acier, au moyen d'arcs électriques constituées d'une zone périphérique en graphite et d'une zone centrale ou mèche formée de sels minéraux plus facilement ionisables que le graphite, d'un liant et, éventuellement, de matière carbonée. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, les sels minéraux sont des sels de terres rares, appartenant, de préférence, au groupe du cérium. Selon un autre mode de réalisation, ces sels sont des sels alcalins et notamment des sels de potassium. De préférence, la mèche est de faible section par rapport à la zone périphérique de l'électrode, elle peut en représenter environ 1 à 5/100. Les électrodes selon l'invention, peuvent être obtenues à partir d'électrodes classiques en graphite dans l'axe desquelles on menage un canal. Ce canal peut, soit être relié à une alimentation en continu de pâte constituant la mèche, soit rempli d'un béton, l'électrode pouvant alors être utilisée dès séchage de ce dernier. On peut également introduire en force les produits constituant la meche, préalablement frittés, dans le canal. Comme on le comprend, l'introduction, dans la partie centrale de l'electro- de,de produits solides facilement ionisables, a pour but de créer, à la pointe de l'électrode un milieu conducteur qui ameliore la stabilité de l'arc électrique. La mèche étant de faibles dimensions par rapport à la section totale de l'électrode, cette dernière conserve une tenue mécanique satisfaisante, tout à fait comparable à celle des électrodes pleines classiques. De plus, l'utilisation d'un produit solide permet d'éviter les inconvénients liés à une insufflation de gaz et l'installation annexe qu'elle nécessite. La stabilisation de l'arc influe donc de façon bénéfique sur un certain nombre de facteurs liés à ce procédé de chauffage et de fusion et en rend l'exploitation plus aisée et économiquement plus efficace. Ainsi, avec les électrodes selon l'invention, les perturbations introduites sur le réseau électrique assurant l'alimentation du four ou de la poche sont notablement réduites, le courant restant pratiquement sinusofdal, les tensions et intensités peuvent donc être facilement mesurées. On peut, par conséquent, obtenir une bonne connaissance des paramètres électriques de fonctionnement, ce qui facilite le réglage, l'équilibrage des phases et permet d'employer, éventuellement, des systèmes de régulation simplifies. De plus, la connaissance de manière assez précise des paramètres électriques est d'autant plus nécessaire que les puissances employées sont plus élevées, et la tendance actuelle est, on le sait, à l'utilisation de très hautes puissances. Une stabilité plus grande de l'arc a aussi pour consequence, pour une tension d'alimentation donnée une meilleure transmission de la puissance d'alimentation à la charge à fondre. Il en resulte une productivité plus élevée pour l'installation et une consommation d'énergie moindre pour affiner ou traiter une charge donnée de métal. D'autre part, un arc plus stable présente une agressivité moins grande envers les électrodes et, par conséquent, en réduit l'usure. Compte tenu du fait que, pour la fusion d'une charge le coût de la consommation des électrodes est comparable à celui de l'énergie employée, cela constitue une économie non négligeable. Un autre avantage procuré par l'utilisation des électrodes selon l'invention, est la diminution des emissions sonores qui se produisent à chaque réallumage de l'arc et constituent une gêne considérable pour le personnel chargé de 1 'exploi- tation du four. Les électrodes selon l'invention peuvent être obtenues de diverses manières. Les modes de réalisation les plus simples et par conséquent les plus avantageux, consistent à percer un canal axial, d'un diamètre voisin de 1/100 à 5/100 du diamètre total dans des électrodes ordinaires en graphite, canal dans lequel est placée la mèche. Cette dernière est constituée essentiellement d'une substance active : sels minéraux de terres rares, de préférence appartenant au groupe du cérium, ou sels alcalins, notamment sels de potassium, en proportion très faible, d'un liant et éventuellement de matière carbonée. La mèche peut être préalablement compactée et frittée puis introduite en force dans le canal axial de l'elec- trode. On peut également, avec un liant approprié, constituer un béton dont on bourre le canal axial de l'électrode.Cette dernière, après séchage du béton, est introduite dans le four et le frittage du matériau constituant la meche a lieu au cours de la fusion de la charge, au fur et à mesure que l'électrode pénètre dans la zone chaude du four. La mèche peut également n'être introduite dans l'é- lectrode que lors de son utilisation, à l'aide d'un distributeur placé au-dessus de l'électrode et fournissant en continu une pâte contenant la substance active. Ce mode de mise en oeuvre a pour avantage de ne pas nécessiter de préparation préalable des électrodes, mais présente l'inconvénient de modifier l'environnement du four par mise en place d'une installation de distribution supplémentaire. Les électrodes suivant l'invention ne s'usent pas en sifflet, comme les électrodes pleines classiques, mais en pointe. On retrouve ainsi, du point de vue mode d'usure, le même avantage qu'avec des électrodes creuses ou l'arc s'accroche dans l'évidement axial et non sur le bord de l'électrode. On constate également une diminution de l'usure des réfractaires, bien que ce phénomène ne puisse être relié directement à la stabilité de l'arc. REVENDICATIONS 1 - Electrodes pour le chauffage et la fusion des métaux, notamment de l'acier, au moyen d'arcs électriques, caractérisées en ce qu'elles sont constituées d'une zone périphérique en graphite et d'une zone centrale ou mèche formée de sels minéraux plus facilement ionisables que le graphite, d'un liant et, éventuellement, de matière carbone. 2 - Electrodes selon la revendication 1, caractérisées en ce que les sels minéraux sont des sels de terres rares. 3 - Electrodes selon la revendication 2, caractérisées en ce que les sels minéraux sont des sels de composés du groupe du cérium. 4 - Electrodes selon la revendication 1, caractérisées en ce que les sels minéraux sont des sels alcalins. 5 - Electrodes selon la revendication 4, caractérisées en ce que les sels minéraux sont des sels de potassium. 6 - Electrodes selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisées en ce que la section de la meche est faible par rapport à la section totale de l'électrode. 7 - Electrodes selon la revendication 6, caractérisées en ce que la section de la mèche représente 1/100 à 5/100 de la section totale de l'électrode. 8 - Procédé de préparation d'électrodes selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, dans des électrodes pleines classiques en graphite, on perce un canal axial et en ce que l'on introduit dans ce canal le mélange constituant la mèche. 9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la mèche est préalablement compactée et frittée, puis introduite en force dans le canal axial. 10 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le mélange constituant la mèche est introduit dans le canal axial sous forme d'un béton. 11 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que, lors de 1 'uti- lisation de l'électrode, le canal axial est relié à une alimentation en continu du mélange constituant la meche, sous forme de pâte.