Brevet FR2463817A1 — publié le 19810227

La présente invention concerne l'électrométallurgie et a notamment pour objet une installation pour la production de lingots par refusion sous laitier électroconducteur. Pour la production de lingots, plus particulièrement ceux de grandes dimensions, il est souvent nécessaire d'utiliser plusieurs électrodes consommables. Si la forme du lingot ne permet pas d'installer simultanément plusieurs électrodes au-dessus de la surface du bain de laitier, ce qui arrive, par exemple, quand une telle forme nécessite que la lingotière soit munie d'une gorge étroite, on refond les électrodes consommables dans la lingotière successivement, l'une après l'autre. Dans ce cas on se trouve devant le problème du remplacement des électrodes consommables au cours du processus de refusion sous laitier électroconducteur, sens gêner sa continuité. Parmi les dispositifs constitutifs des installations pour élaboration de lingots sous laitier électroconducteur, on connais des dispositifs d'avance successive d'électrodes consommables dans la cavité de la lingotière, comportant deux porte-électrode pivotants, dont l'un est disposé, au cours du processus de fusion sous laitier électroconducteur, en dehors de l'espace se trouvant au-dessus de la lingotière, et reçoit une électrode consommable et, après la refusion de l'électrode consommable fixée dans l'autre porte-électro- de et l'extraction du résidu d'électrode hors de la lingotière par cet autre porte-électrode, est amené à la place de ce dernier, tandis que le résidu d'électrode transféré au-delà de la lingotière est remplacé par une nouvelle électrode consommable (cf. brevets de la Grande Bretagne n 1200278 cl.B3F, n 1355264cl.H5H et des Etats-Unis n03387715 et 3693699 cl.164/252). Lors du remplacement de l'électrode consommable à l'intérieur de la lingotière à l'aide d'un dispositif du type ci-dessus décrit, on ne peut éviter une interruption du processus de refus ion sous laitier électroconduc- teur, au moment où le résidu de l'électrode consommée est déjà évacué, mais la nouvelle électrode n'est pas encore introduite dans le bain de laitier. En outre, lors de l'introduction de la nouvelle électrode, un refroidissement du bain de laitier est inévitable. Tout cela nuit à l'homogénéité de la structure du lingot. b On peut éviter dentelles interruptions du processus de fusion sous laitier électroconducteur en avançant. en continu une Félectrode de grande longueur ou une électrode à laquelle on en raboute d'autres au fur et à et à mesure de sa consommation. Toutefois, l'avance d'une électrode d'une longueur pratiquement illimitée n'est possible que si sa section est relativement petite, ce qui permet d'utiliser à cet effet un fil roulé en bottes. Pour les électrodes de grosse section on utilise des demi-produits unitaires que l'on raboute au cours de la refusion. On connait une installation pour la production de lingots par refusion sous laitier éleétroconducteur, comportant une lingotière et un mécanisme d'avance des électrodes, monté sur un montant porteur (cf. Brevet des Etats Unis n 3752896). Le mécanisme d'avance des électrodes comprend un porteélectrode supérieur et un porte-électrode inférieur, disposés successivement au-dessus de la lingotière et assurant la disposition alignée d'une électrode consommable et d'une électrode de réserve, ainsi qu'un dispositif pour relier ces électrodes, disposé entre lesdits porte-électrode. Les deux porte-électrode sont pourvus de moyens de serrage rapide et sont montés avec possibilité de déplacement vertical indépendant. Au cours de la refusion de l'électrode consommable placée dans le moyen de serrage du porte-électrode inférieur et déplacée par celui-ci de haut en bas à la vitesse de la refusion, on place l'électrode de réserve dans le moyen de serrage du porte-électrode supérieur et, avant le moment où le porte-électrode inférieur atteint sa position basse, on fait descendre le porte-électrode supérieur jusqu a ce que le bout inférieur de l'électrode de réserve touche le bout supérieur du reste de l'électrode consommable, après quoi on les soude à l'aide du dispositif mentionné, puis on relâche le serrage du porte-électrode inférieur, on déplace celui-ci vers le porte-électrode supérieur, aprèsquoi le moyen de serrage du porte-électrode inférieur saisit l'électrode soudée, qui est ensuite libérée du moyen de serrage du porte-électrode supérieur. Dans l'installation décrite ci-dessus on n'évacue pas le reste de 11 électrode fondue, on lui raboute de nouvelles électrodes, ce qui exclut le refroidissement du bain de laitier dû à l'introduction de la nouvelle électrode. l'utilisation de sources d'alimentation différentes pour le soudage de l'électrode consommable à l'électrode de réserve et pour la refusion sous laitier électroconducteur permet elle aussi de supprimer les interruptions dans le déroulement du processus de refusion sous laitier électroconducteur. Toutefois, ladite installation est d'utilisation incommode, exige des dépenses considérables de main-d'oeuvre pour la réalisation de l'opération auxiliaire et n'assure pas la sécurité du personnel , vu que le processus de raboutage des électrodes est relativement compliqué, exige des déplacements de va-et-vient des porte-électrode et de fréquents resserrages des électrodes, qui doivent être effectués au-dessus de la lingotière en cours de fonctionnement. La conception du mécanisme d'avance des électrodes dans l'installation décrite ne permet pas d'automatiser ladite opération auxiliaire, surtout dans les cas où la production des lingots exige plus de deux électrodes. Le but de l'invention est d'éliminer les inconvénients énoncés ci-dessus. L'invention vise pour cela une installation pour la production de lingots par refusion sous laitier électroconducteur, dans laquelle le mécanisme d'avance des électrodes serait conçu de façon que l'opération de raboutage des électrodes soit simplifiée et qu'elle puisse être automatisée. Ce problème est résolu du fait que l'installation pour la production de lingots par refusion sous laitier électroconducteur, du type comportant une lingotière et un mécanisme d'avance des électrodes monté sur un montant porteur et comprenant un porte-électrode inférieur et un porte-électrode supérieur disposés successivement au-dessus B lingotière et assurant une disposition coaxiale d'une électrode consommable et d'une électrode de réserve, ledit mécanisme comportant un dispositif d'assemblage de ces électrodes, disposé entre lesdits porte-électrode, est caractérisée, suivant l'invention, en ce que, dans le mécanisme d'avance des électrodes, le porte-électrode inférieur comporte un dispositif d'avance à galets ayant au moins deux paires de galets commandés se trouvant en contact de friction avec la surface de l'électrode consommable avancée par eux dans la cavité de la lingotière, tandis que le porte-électrode supérieur est réalisé sous forme d'un barillet ou analogue rotatif ayant un arbre vertical monté sur le montant porteur, des logements débouchants recevant les électrodes de réserve orientées verticalement et disposés suivant une circonférence passant par l'axe vertical de symétrie du dispositif d'avance à galets du porte-électrode inférieur, et des volets ou organes d'obturation analogues disposés sur la face inférieure du barillet rotatif pour soutenir les électrodes de réserve dans ces logements. La réalisation décrite de l'installation pour la production de lingots par refus ion sous laitier électroconducteur rend possible le déroulement continu du processus de refusion sous laitier électroconducteur, par raboutage à l'électrode consommable, au fur et à mesure de sa fusion, de demi-produits de longueur prédéterminée, dont le nombre dans le barillet rotatif du mécanisme d'avance des électrodes peut être multiple du nombre de demi-produits qui est nécessaire pour la production d'un lingot. La présence d'un dispositif d'avance à galets dans le porte-électrode inférieur en combinaison avec les logements et les volets du barillet rotatif du porte-électrode supérieur permet d'éliminer les moyens de serrage de l'électrode consommable et des électrodes de réserve, d'éviter la nécessité de déplacements verticaux des porte-électrode, de raccourcir en conséquence les conducteurs d'alimentation en courant et, en définitive, de simplifier le processus de raboutage des électrodes et d'assurer la sécurité du personnel. En outre, la conception décrite du mécanisme d'avance des électrodes de l'installation assure la possibilité d'une automatisation complète de ladite opération auxiliaire. Il est rationnel que le barillet rotatif soit interchangeable. Cela permet de le charger en dehors de l'installation et de réduire de cette manière les intervalles de temps entre les refusions. Le barillet rotatif peut être réalisé sous la forme d'une paire de disques horizontaux montés l'un au-dessus de l'autre sur un moyeu qui est engagé sur un arbre vertical, chacun des logements débouchants précités se présentant alors sous la forme d'une paire de trous coaxiaux pratiqués respectivement dans chacun desdits disques. Pour effectuer la présentation automatique des électrodes de réserve à l'endroit de åonction de chaque électrode de réserve successive avec l'électrode consommable, il est rationnel que le mécanisme d'avance des électrodes soit pourvu d'un détecteur de sortie de l'électrode de réserve hors du barillet rotatif, relié à la commande de rotation de ce barillet et disposé à peu près au niveau du volet.De plus, le mécanisme d'avance des électrodes peut avoir une butée fixe montée sur le porte-électrode inférieur pour ouvrir l'un des volets au cours de son déplacement par le barillet rotatif jusqu'à l'emplacement de l'électrode consommable, et un détecteur d'accostage de l'électrode de réserve à l'électrode consommable, relié au dispositif d'assemblage de ces électrodes et monté sur le porte-électrode inférieur à proximité de l'endroit où s'effectue l'accostage. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparattront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la figure 1 représente une vue d'ensemble d'une installation pour la production de lingots par refusion sous laitier électroconducteur suivant l'invention - la figure 2 représente une vue en coupe suivant Il-Il de la figure 1. L'installation pour la production de lingots par refusion sous laitier électroconducteur comporte une lingotière 1, dont la cavité délimitée par des parois 2 et une plaque de fond 3 forme un espace de fusion du laitier et du métal et pour le lingot en cours de solification, un montant porteur 4 installé à proximité de la lingotière 1 et se présentant sous la forme d'une structure moulée ou soudée dont la hauteur dépasse celle de la lingotière 1, et un mécanisme 5 d'avance des électrodes, monté sur le montant porteur 4. Le mécanisme 5 d'avance des électrodes comprend un porte-électrode inférieur 6 servant à maintenir, guider et avancer dans la cavité de la lingotière 1 une électrode consommable 7, un porte-électrode supérieur réalisé sous forme d'un barillet, tambour ou analogue rotatif 8 remplissant la la fonction d'un magasin d'électrodes de réserve 9 et destiné également à joindre chacune d'elles à l'électrode consommable 7 et à la maintenir durant leur assemblage, et un dispositif pour l'assemblage de l'électrode de réserve 9 à l'électrode consommable 7, installé entre les porte-électrode supérieur et inférieur et se présentant sous la forme d'une titre de soudage 10. Le porte-électrode inférieur 6 comporte un bras horizontal Il fixé rigidement au montant porteur 4, et un dispositif d'avancement 12 à galets, comprenant au moins deux paires de galets commandés 13 montés sur des axes fixes 14 qui sont fixés sur le bras horizontal Il (la commande des galets n'est pas représentée sur les dessins) La distance suivant l'horizontale entre les galets commandés 13 est choisie telle que leurs surfaces se trouvent en contact de friction avec la surface de l'électrode consommable 7 située entre eux, pour.effectuer son déplacement vertical lors de la rotation de ces galets. Le barillet 8 possède un moyeu 15 engagé sur un arbre vertical 16 qui est monté sur des roulements 17 placés dans la partie supérieure du montant porteur 4. Au moyeu 15 sont rigidement liés un disque supérieur 18 et un disque inférieur 19 dans lesquels sont pratiqués des trous 20 coaxiaux deux à deux et formant des logements 21 pour les électrodes de réserve 9 orientées verticalement. Les trous 20 du disque horizontal inférieur 19 sont d'un diamètre un peu plus grand que celui des trous coaxiaux correspondants du disque supérieur 18, ce diamètre dépassant celui de l'électrode de réserve 9 d'une valeur égale de préférence à environ 10% du diamètre de cette électrode. La hauteur du trou du disque supérieur 18 est de préférence d'une valeur inférieure à celle dudit diamètre de l'électrode. L'électrode de réserve 9 a une pointe conique à un bout et un creux conique à l'autre, l'angle au sommet du cône de ce creux étant supérieur à celui de ladite pointe. Avec une telle électrode, le rapport précité des dimensions des trous 20 formant le logement 21 assure le centrage automatique de l'électrode de réserve 9 par rapport au bout de ltélectrode consommable 7 placée dans le porte-électrode inférieur 6, quand les bouts de l'électrode 9 et de l'électrode 7 viennent en contact mutuel. Les logements 21 sont disposés, par rapport à l'axe de l'arbre vertical 16, suivant une circonfé rence passant par l'axe vertical I-I de symétrie du dispositif d'avance 12 à galets, colncidant, dans le cas considéré, avec l'ase de symétrie de la lingotière 1. Le nombre de logements 21 du barillet 8 est choisi soit égal au nombre d'électrodes de réserve9 nécessaires à la production d'un lingot, soit multiple de ce nombre. Sur la face inférieure du disque inférieur 19 sont montés des volets ou organes d'obturation analogues 22 fermant d'en dessous les logements 21 et destinés à soutenir les électrodes de réserve 9 placées dans ces logements. L'arbre vertical 16 est lié cinématiquement à une commande 23 de rotation du barillet, montée sur le montant porteur 4 et comprenant un moteur électrique, un réducteur et un couple d'engrenages, ou bien réalisée d'une autre façon connue. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, le barillet 8 est réalisé amovible par rapport à l'arbre vertical 16. Une elavette 24 assure la transmission du couple moteur de l'arbre 16 au barillet 8. Le barillet 8 est pourvu d'un élément de'blocage 25 assurant la rigidité de son assemblage à l'arbre 16 et prévenant ses vibrations lors des rotations. La tête de soudage 10 destinée à assembler l'électrode consommable 7 à l'électrode de réserve 9, a une base rotative 26 montée sur le bras horizontal il du porte-électrode inférieur 6 et réalisée sous la forme d'un secteur denté, lié cinématiquement à une commande de rotation (non représentée sur les dessins). Sur la base rotative 26 est monté un corps 27 constitué d'un support 28 et d'un embout de guidage 29 à travers lequel passe un fil-électrode 30 se déroulant de la bobine 31 d'un mécanisme 32 d'alimentation en fil-électrode. Le canal de l'embout de guidage 29 est en communication avec un circuit d'alimentation en gaz carbonique (non représenté sur les dessins). En qualité de dispositif d'assemblage de l'électrode consommable 7 à l'électrode de réserve 9 on peut employer une tête de soudage de toute autre conception connue, mettant en oeuvre tout autre procédé approprié d'assemblage fixe ou non démontable, par exemple un procédé de soudage sous laitier électroconducteur. L'installation comporte une source d'alimentation électrique 33 connectée à la plaque de fond 3 de la lingotière t et à l'un des axes fixes 14 du dispositif d'avance 12 à galets du porte-électrode inférieur 6. Suivant un mode préféré de réalisation de l'invention, le mécanisme 5 d'avance des électrodes comporte un détecteur 34 de sortie de l'électrode de réserve 9 hors du disque inférieur 19 du barillet 8, ce détecteur étant réalisé sous la forme d'un relais photoélectrique ou de tout autre dispositif connu approprié, relié électriquement à la commande 23 de rotation du barillet. Le détecteur 34 est monté à peu près au niveau du volet ou analogue 22, sur un support 35 rigidement lié au montant porteur 4. Le déteeteur 34 est destiné à commander la rotation du barillet 8. Sur le bras Il du porte-électrode 6 est montée une butée fixe 36 se présentant sous la forme d'une tige verticale et destinée à ouvrir l'un des volets 22 (figure 2). Les distances de la butée 36 à l'axe de l'arbre vertical 16 et à l'axe de rotation du volet 22 sont choisies de façon que le volet 22 ouvre complètement le logement 21 correspondant, au moment où le barillet rotatif 8 occupe la position dans laquelle l'axe de l'électrode 9 considérée coïncide avec l'axe de l'électrode 7 à rabouter. La tête de soudage 10 est command3 par un détecteur 37 d'accostage de l'électrode de réserve 9 et de l'électrode consommable 7 (figure i). Ce détecteur peut être notamment un interrupteur de fin de course 38 monté sur un support 39 rigidement lié au bras 11. La hauteur du support 39 est choisie de façon que l'élément de commande de l'interrupteur de fin de course se situe un peu plus haut que la partie pointue de l'électrode 9, quand elle s'appuie sur le bout de l'électrode consommable 7 à rabouter. L'interrupteur de fin de course 38 est relié électriquement à la tête de soudage 10 et à sa source d'alimentation (non représentée sur les dessins). Avant le début de la refusion ou, si les barillets 8 sont interchangeables, pendant l'élaboration d'un lingot, on place des électrodes de réserve 9 dans les logements 21 du barillet 8 de manière quelles s'appuient par leurs extrémités pointues sur les volets 22. Ensuite on engage le tambour 8 sur l'arbre vertical 16 et on le fixe à l'aide de l'élément de blocage 25. Après avoir fait coïncider l'axe de l'une des électrodes 9 avec l'axe I-I, on avance cette électrode dans la cavité de la lingotière l, où l'on a préalablement formé un bain de laitier 40. Ensuite on applique la tension de la source d'alimentation 33 à l'aie fixe 14 d'un des galets 13 du dispositif d'avance 12 et à la plaque de fond 3 de la lingotière 1. Sous l'effet de la chaleur dégagée dans le laitier lors du passage du courant, l'électrode 9 avancée dans la lingotière 1 et faisant fonction d'électrode consommable 7 fond ; le métal fondu coulant sur la plaque de fond 3 de la lingotière 1 se solidifie en formant un lingot 41. Au moment où le dispositif d'avance 12 à galets, en faisant descendre 1' électrode consommable 7 à mesure de sa fusion, fait sortir son bout supérieur du logement 21 du tambour 8, le détecteur 34 met en marche la commande 23 de rotation du barillet. Lors de la rotation du barillet 8, le volet 22 fermant le logement 21 dans lequel se trouve l'électrode 9 suivante, amenée à l'emplacement de l'électrode consommable 7, se heurte à la butée fixe 36 et tourne en ouvrant complètement le logement 21 au moment où l'axe de l'électrode 9 vient coincider avec l'axe I-I (figure 2). En descendant sous l'effet de la gravité et en venant buter contre le bout de l'éleetrode consommable 7 (figure 1), l'électrode de réserve 9 passe devant le détecteur 34 et celui-ci fournit un signal d'arrêt du moteur électrique de la commande 23, ce qui interrompt la rotation du barillet 8. L'électrode 9 se centre automatiquement par son extrémité en pointe dans le creux conique prévus au bout de l'électrode consommable 7, ce qui est favorisé par le rapport précité des dimensions des trous 20 constituant le logement 21. Durant son déplacement vers le bout de l'électrode consommable 7, l'électrode 9 appuie sur l'élément de commande de l'interrupteur de fin de course 38, qui branche la source d'alimentation (non représentée), la commande de rotation de la base 26 et le mécanisme 32 d'alimentation en fil-électrode de la tête de soudage 10. La tête de soudage 10, en tournant autour de l'axe I-I sur la base rotative 26, effectue le soudage de l'électrode de réserve 9 à l'électrode consommable 7, de telle manière que le cordon de soudure remplisse l'intervalle entre les surfaces de la pointe conique de l'électrode 9 et le creux conique de l'électrode consommable 7 sur la plus grande partie du pourtour.Puis on débranche lesdits mécanismes de la tête de soudage 10, et l'électrode rallongée obtenue à l'issue du soudage, en se déplaçant d'une seule pièce dans la cavité de la lingotière 1, libère le logement 21 du barillet 8 ; ceci fait, le détecteur 34 émet un signal qui met en action la commande 23 de rotation du barillet 8, assurant la rotation de ce dernier pour faire coïncider l'axe de l'électrode 9 suivante avec l'axe I-I; cette électrode est accostée à l'électrode consommable 7 et leur soudage s'effectue de la manière décrite -ci-dessus. L'installation, objet de l'invention, est d'une efficacité maximale dans le cas de lingots de grandes dimensions, dont la production demande la consommation d'un nombre important d'électrodes. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n1 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. Installation pour la production de lingots par refusion sous laitier électroconducteur, du type comportant une lingotière et un mécanisme d'avance des électrodes monté sur un montant porteur et comprenant un porte-électrode supérieur et un porte-électrode inférieur disposés successivement au-dessus de la lingotière et assurant une disposition coaxiale d'une électrode consommable et d'une électrode de réserve, ainsi qu'un dispositif d'assemblage de ces électrodes, disposé entre lesdits porte-électrode, caractérisée en ce que, dans le mécanisme d'avance des électrodes, le porte-électrode inférieur comporte un dispositif d'avance à galets ayant au moins deux paires de galets commandés se trouvant en contact de friction avec la surface de l'électrode consommable avancée par eux dans la cavité de la lingotière, tandis que le porte-électrode supérieur est réalisé sous la forme d'un barillet rotatif ayant un arbre vertical monté sur le montant porteur, des logements débouchants recevant les électrodes de réserve orientées verticalement et disposés suivant une circonférence passant par l'axe vertical de symétrie du dispositif d'avance à galets du porte-électrode inférieur, et des volets pour fermer lesdits logements du coté de la face inférieure du barrilet rotatif et pour soutenir les électrodes de réserve placées dans ces logements. 2. Installation suivant la revendication i, caractérisée en ce que le barillet rotatif est interchangeable. 3. Installation suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le barillet rotatif est réalisé sous la forme d'une paire de disques horizontaux montés l'un au-dessus de l'autre sur un moyeu engagé sur un arbre vertical, chacun des logements débouchants précités se présentant sous la forme d'une paire de trous coaxiaux pratiqués respectivement dans chacun desdits disques. 4. Installation suivant l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisée en ce que le mécanisme d'avance des électrodes comprend une commande de rotation du barillet, liée cinématiquement à ce dernier, et un détecteur de sortie de l'électrode de réserve hors du barillet rotatif, relié à ladite commande de rotation du barillet et disposé sensiblement au niveau du volet correspondant. 5. Installation suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le mécanisme d'avance des électrodes comprend une butée fixe servant à ouvrir l'un des volets lors de son déplacement par le barillet rotatif vers l'emplacement de l'électrode consommable,et placée sur le porte-électrode inférieur. 6. Installation suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le mécanisme d'avance des électrodes est pourvu d'un détecteur d'accostage de l'électrode de réserve à l'électrode consommable, relié au dispositif d'assemblage de ces électrodes et monté sur le porte-électrode inférieur à proximité de l'endroit où s'effectue l'accostage.