Brevet FR2475705A1 — publié le 19810814

1.- 2475705 L'invention concerne un four électrique de refusion de scories à branchement de puissance perfectionné. Plus précisément l'invention concerne un branchement de puissance électrique permettant d'éliminer les effets nuisibles liés aux champs magnétiques accompagnant les câbles électriques à courants élevés, ce qui permet ainsi de réduire la hauteur totale du four. L'élimination, dans la cuve de métal fondu, des effets de brasage produits par le champ magnétique engendré par le passage du courant dans un four électrique de refusion de scories d'origine électrique, est décrite en détail dans le brevet U.S.4. n0 3.684.001. Cette élimintation des effets de champ magnétique est obtenue en équipant le four d'un branche- ment de puissance équivalent à un conducteur coaxial. Ce bran- chement se fait en utilisant un conducteur de retour monté verticalement sur le fond du creuset et se dressant vers le haut en entourant le branchement électrique des électrodes, la cuve de scories fondues, la cuve de métal fondu et le lingot refondu, de manière à former une configuration coaxiale. Cette configuration coaxiale descend suffisam- ment bas au-dessus de la cuve de scories fondues et de métal fondu, pour que les composantes verticales de champ magnétique produites dans la zone de fusion par les conducteurs flexibles assurant la branchement électrique entre la configuration coa- xiale et la source de courant électrique, n'aient que le minimum d'effets sur le lingot. Bien que le branchement coaxial présente un grand avantage par rapport aux branchements antérieurs, les conducteurs flexibles à simple gaine isolante peuvent toujours produire des composantes verticales de champ magnétique suffi- samment importantes pour avoir un effet sur le métal fondu dans la zone de fution.Il est donc nécessaire de maintenir ces câbles suffisamment loin dela zone de fusion pour ne pas perturber la for- mation du lingot par les champs magnétiques produits. Cela impose que le four soit de hauteur suffisante pour permettre cet espacemen entre les câbles conducteurs de courant électrique et la zone de fu L'invention a pour but de pallier les incon- vénients ci-dessus en créant un four électrique de refusion de scories s'utilisant avec un branchement de puissance permettant d'éliminer l'effet de champ magnétique des câbles de branchement électrique flexibles sur la formation du lingot de métal. 2.- 2475705 L'invention a également pour but de créer un four électrique à refusion de scories présentant une hauteur totale réduite du fait de la suppression des câbles conducteurs flexibles à gaine isolante. L'invention a encore pour but de réduire la hauteur du four en supprimant les moyens hydrauliques de mise en place des conducteurs, ces moyens, du fait de leur encombre- ment très important au-dessus du sommet de l'électrode, contri- buant pour une grande part à la hauteur totale du four décrit dans le brevet 3,684.001. Les divers buts et avantages de l'invention sont obtenus en utilisant un four électrique à refusion de -sccries dont le branchement de puissance électrique se fait par l'intermédiaire de la base ou du socle inférieur. A cet effet l'invention concerne un four électrique de refusion de scories à branchement de puissance perfectionné, four caractérisé en ce qu'il comprend un creuset monté sur un socle conducteur de l'électricité; des moyens de support d'électrodes réglables verticalement et permettant de supporter une ou plusieurs électrodes plongeant dans le creuset pour y former un lingot; un certain nombre de conducteurs indi- viduels rigides répartis sur le pourtour du creuset et de son socle et partant verticalement du socle en direction des moyens de support d'électrodes; les conducteurs individuels définissant une configuration coaxiale permettant de supprimer les effets de champs magnétiques sur le lingot en cours de formation dans le creuset; et des conducteurs électriques permettant de bran- cher le four à une source de puissance électrique; les nfoyens de support d'électrodes comprenant des moyens de contacts permettant de maintenir un contact électrique permanent avec les conducteurs individuels quelle que soit la position verticale de ces moyens par rapport au socle, ce qui permet de transmettre la puissance électrique de ces conducteurs individuels à une ou plusieurs électrodes supportées par les moyens de support d'élec- trodes; l'un des conducteurs de puissance électrique étant branché au socle et l'autre aux conducteurs individuels en un point voisin du socle; ce qui permet ainsi de former un circuit électrique comprenant successivement le conducteur-de puissance relié aux conducteurs individuels, le support d'électrodes, l'électrode ou les électrodes supportées par celui-ci, la masse 3._ 2475705 de scories ou de laitier et de métal fondus dans le creuset, un lingot formé à ltintérieur du creuset, le socle, et l'autre conducteur de puissance relié à ce socle. Cette configuration permet d'éliminer tout effet de champ magnétique risquant d'8tre produit sur la zone de fusion par les conducteurs flexibles gainés à courant élec- triques élevés utilisés pour assurer le branchement de puissance entre le four et l'alimentation électrique. Dans le brevet 3.684.001, la disposition rotative de la tête de four.22 et la nécessité que cette tête puisse de déplacer verticalement imposent l'utilisation de câbles électriques flexibles 90 de capacité suffisante pour transporter la totalité du courant de fu3mon. Ces câbles doivent nécessairement être de section limitée pour rester convenable- ment flexibles et pour pouvoir se loger dans les espaces limités normalement disponibles. Par suite ces cfbles dissipent une quantité importante d'énergie électrique. Le four perfectionné selon l'invention n'utilise pas de tels câbles et permet donc d'obtenir un meilleur rendement que le four décrit dans le brevet 3.684.001 du fait de la diminution des pertes d'énergie dans les conducteurs fixes. L'invention permet ainsi de réaliser un four électrique de refusion de scories à rendement perfectionné. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit d'exemples préférés mais non limitatifs de réalisation, représentés sur les dessins ci- joints dans lesquels: - la figure 1 est une vue de côté en éléva- tion, partiellement en coupe, du four selon l'invention, repré- sentant le bras de guidage supportant une électrode, et un lingot partiellement formé à l'intérieur du four, - la figure 2 est une vue de c8té en éléva- tion, partiellement en coupe, d'une seconde forme de réalisation du four selon l'invention, représezant un creuset entrainé vers le haut, - la figure 3 est une vue de côté en élévation, partiellement en coupe, d'une troisième forme de réalisation du four selon l'invention représentant plusieurs électrodes et un creuset entra né vers le haut, de manière à former des lingots creux, 4.- 2475705 - la figure 4 est une vue de c8té en éléva- tion, partiellement en coupe, d'un creuset présentant un interval- le annulaire plus grand dans sa partie supérieure, de manière à recevoir des électrodes de plus grand diamètre ou à permettre une augmentation de l'espacement entre les électrodes et les parois de la partie supérieure du creuset. Sur toutes ces figures les mêmes références désignent les m8mes éléments. La figure 1 représente un four à électrode consommable, du type à refusion d'électroscories c'est-à-dire de scories d'origine électrique, repéré dans son ensemble par la référence 10. Ce four 10 est très simplifié ici pour faciliter la description de l'invention. La figure 1 représente ainsi un four à. refusion-de scories muni d'un support vertical 12 monté sur un plancher 14. Ce four peut 8trb convenablement fixé à une paroi adjacente ou à toute autre structure de support adéquate 16, par un élément ou console de support 18. Sur le support 12 est monté-un bras de guidage glissant verticalement 20, ce bras supportant une tête de four 22. Un mécanisme d'entrainement 24 fait monter dt descendre le bras de guidage 20 et la t8te de four 22 par rotation d'un arbre fileté 26. Cet arbre fileté 26 est logé à une extrémité du mécanisme d'entraînement 24 et supporté à l'autre extrémité par une console 28. L'arbre fileté 26 est destiné à coopérer avec un écrou 30 logé dans le bras de guidage 20 de façon que la rotation de l'arbre fileté 26 par le mécanisme d'entraînement 24 produise le mouvement vers le haut ou vers le bas du bras de guidage 20 et de la tête de four 22 le long du support 12. Une électrode métallique à refusion 32 est montée sur l'embout 34 soudé à cette électrode 32, et la fixa- tion 36 supporte l'embout 34 dans la tête de four 22. Un socle 38 monté sur un chariot et refroidi par un fluide, supporte un creuset 40, également refroidi par un fluide, dans lequel plonge l'électrode 32. La figure représente également une masse de laitier fondu 42, une mase de métal fondu 44 et un lingot 46 en cours de formation. Un système de branchement électrique à une source de courant 48 est relié au socle 38 par un conducteur 50. Un second conducteur 52 relie la source de courant électrique&48 5._ 2475705 à un certain nombre de conducteurs verticaux 54, 55, 56, 57 de préférence régulièrement espacés autour de la partie extérieure du creuset 40 pour former une structure équivalente au conduc- teur coaxial q'i-on cherche à obtenir. Les conducteurs 55 et 57 sont coupés pour faciliter la compréhension du dessin et pour représenter convenablement la position de l'électrode 32, de l'embout 34 et de la fixation 36. Ces conducteurs verticaux 54 à 57 sont dirigés vers le haut et traversent un certain nombre de contacts électriques glissants 58 et 60 montés dans la tête de four 22. Comme tous ces conducteurs sont fixes, ils peuvent Utre dimensionnés suffisamment grands pour conduire le courant sans pertes d'énergie appréciables. Les contacts glissants 58, 60 sont reliés électriquement à la tête de four 22 et à la fixation 36 de façon qu'on obtienne un circuit électrique complet constitué par les conducteurs 52, 54 à 57, les contacts glissants 58 et 60, la tête de four 22, la fixatinn 36, l'embout 34, l'électrode 32, la masse de laitier ou de scories fondue 42, la masse de métal fondue 44, le lingot 46, le socle 38 et le conducteur 50. Les conducteurs 50 et 52 sont reliés à une source de courant 48 pouvant être constituée par un transfarma- teur,un thyristor, un réacteur saturé ou tout autre dispositif d'alimentation convenable bien connu de l'art antérieur. Les conducteurs 50 et 52 peuvent passer soit à côté soit à travers la base du support 12. Dans la forme de réalisation illustrée ici le mécanisme d'entrainement 24 est placé au-dessus de l'élément de support 18. Cependant, pour économiser encore de la hauteur, on pourrait reloger l'élément d'entraînement dans le bas de l'arbre fileté 26 à la base de la colonne 12. Les électrodes, les creusets et les lingots peuvent venir sous la tête de four 22 ou s'en écarter à volonté, grâce au mouvement horizontal du socle 38. La position des conducteurs verticaux 54 à 57 doit de préférence laisser une ouverture suffisamment grande pour permettre ce mouvement. Si, cependant, cette ouverture n'est ps prévue on peut replacer provisoirement un ou plusieurs conducteurs 54 à 57 pour permettre ce mouvement. La figure 2 représente une seconde forme de réalisatinn du four à refusion de scories permettant de refondre 6.- 2475705 l'électrode métallique en utilisai un creuset entrainé vers le haut. Les éléments identiques à ceux de la figure 1 sont repérés par les mêmes références primées. Cette figure 2 représente un creuset mobile verticalement 62 supporté par un bras 64 entraîné par l'arbre fileté 66 en prise avec un écrou 68 logé dans le bras de support 64. L'arbre fileté 66 est maintenu à une extré- mité par un mécanisme d'entratnement 70 situé dans le bas de cet arbre fileté 66, et à l'autre extrémité par une console 72, l'arbre fileté 66 étant placé au voisinage immédiat du support 12t. Le mécanisme d'entraînement 70 est commandé de manière à utiliser l'arbre fileté 66 et l'écrou 68 pour faire monter verticalement le bras de support 64 et le creuset 62 contenant la masse de laitier fondue 42' et la masse de métal fondue 44t Lorsque le lingot de métal 46t se forme. La vitesse de montée du bras de support 64 et du creuset 62 dépend unique- ment du temps mis par l'électrode de métal 32t pour fondre, traverser la masse de laitier fondue 42t pour atteindre la masse de métal fondue 44t, et refroidir pour former le lingot de métal 46t. Si l'on désire former un lingot à partir de plusieurs électrodes courtes, ce résultat peut être obtenu au moyen de deux dispositifs de manipulation supplémentaires. Le premier de ces dispositifs sert à retirer de la fixation 36 le reste de l'électrode usée et de son embout associé 34. Le second dispositif de manipulation sert à introduire une nouvelle élec- trode dans la fixation. Ces dispositifs doivent de préférence être montés soit au voisinage du support 12 soit sur celui-ci, et permettre l'introduction et l'extraction des électrodes par des emplacements convenables ménagés entre les conducteurs verticaux 54 à 57. Ces types i manipulateurs sont bien connus de l'art antérieur et ne seront donc pas décrits ici. La figure 3 représente une troisième forme de réalisation du four électrique à refusion de scories selon l'invention. Dans cette dernière forme de réalisation un certain nombre d'électrodes sont refondues en utilisant un creuset entraîné vers le haut, tel que celui de la figure 2, de manière à former des lingots creux. Les éléments identiques à ceux des figures 1 et 2 portent les mêmes références primées. Un creuset repéré d'une façon générale par la référence 80, est supporté par un bras 64t. Ce creuset 80 comporte une partie de moule exté- rieure 82 et une partie de moule intérieure 84, la partie inté- rieure 84 étant fixée par le haut à la partie extérieure 82. Les supports supérieurs 86 sont disposés de manière à passer entre un certain nombre d'électrodes verticales 32'. Ces supports supérieurs 86 sont utilisés pour transporter le fluide de refroidissement vers la partie intérieure de l'ensemble de moule 84. Les électrodes 32' sont fixées par soudure ou de toute autre manière analogue, à la plaque porteuse 88 elle-même supportée pax l'embout 34'.et la fixation 36' reliée à la tête de four 22'. La configuration du creuset 80 et plus particulièrement la relation entre la partie extérieure 82 et la partie intérieure 84, forme un intervalle creux 87 de forme annulaire ou analogue. La refusion des électrodes 32' dans le creuset 80, comme décrit ci-dessus, a pour résultat de former un lingot creux 46'. Pour augmenter la longueur du lingot suscep- tible d'êttre formé dans le four sans augmentation excessive de la longueur des électrodes, on peut augmenter le diamètre de ces électrodes 32'. Il faut alors que le creuset 80 présente un intervalle annulaire 87 plus grand entre la partie de moule intérieure 84 et/ou la partie de moule extérieure 82, comme indiqué sur la figure 4. Les parties supérieures du moule intérieur 84 et/ou du moule extérieur 82 doivent nécessairement être de taille réduite pour recevoir des électrodes de plus grand diamètre. Cela doit augmenter la partie supérieure de l'intervalle 87 compris entre le moule extérieur 82 et le moule intérieur 84 du creuset 80. Comparativement aux fours à refusion de scories couramment utilisés, le four selon l'invention présente une moins grande hauteur totale du fait de la suppression de la disposition rotative de la tête de four. Les fours selon l'art antérieur nécessitent également, du fait du mouvement rotatif de la tête de four et.du fait que celle-ci doit:> pouvoir se déplacer veiticalement, que les connecteurs électriques soient très flexibles. De plus les câbles électriques doivent avoir une capacité suffisante pour transporter la totalité du courant de fusion tout en restant convenablement flexibles et en pouvant se loger dans un espace limité. Ces impératifs limitent la section des câbles à une valeur insuffisante pour éviter les pertes par dissipation d'énergie électrique. De plus le gainage des câbles imposé par la nécessité des mouvements de rotation et de dépla- cemnt vertical de la tête de four, conduit à la production d'un flux magnétique risquant de perturber la formation du lingot refondu si ces câbles ne sont pas séparés de la zone de fusion par une distance suffisante. Le four électrique à refusion de scories selon l'invention permet d'éliminer les problèmes de branchements électriques flexibles par câbles gainés au-dessus de la tête de four, en supprimant ces cêbles et en effectuant le branchement de puissance électrique par la base du four. On élimine ainsi les effets parasites de flux magnétiques des câbles sur la formation du lingot refondu; tout en réduisant en même temps la hauteur totale du four. De-plus le four électrique à refusion de scories selon l'invention présente un rendement très amélioré par suite de la suppression des pertes d'énergie électrique dans les branchements flexibles. 9-- 2475705 REVENDICATIONS 1.- Four électrique de refusion de scories à branchement de puissance perfectionné, four caractérisé en ce quIl comprend un creuset (40) monté sur un socle (38) conduc- teur de l'électricité; des moyens de support d'électrodes (58,. , 22, 36) réglables verticalement et permettant de supporter une ou plusieurs électrodes (32) plongeant dans le creuset (40) pour y former un lingot (46); un certain nombre de conducteurs (54 à 57) individuels rigides répartis sur le pourtour du creuset (40) et de son socle (38) et partant verticalement du socle en direction des moyens de support d'électrodes (58, 60, 22, 36); les conducteurs individuels définissant une configura- tion coaxiale permettant de supprimer les effets de champs magnétiques sur le lingot (46) en cours de fQrmation dans le creuset (40); et des conducteurs électriques (50) permettant de brancher le four (10) à une source de puissance électrique (48); les moyens de support d'électrodes comprenant des moyens de contacts (58, 60) permettant de maintenir un contact électri- que permanent avec les conducteurs individuels (54 à 57) quelle que soit la position verticale de ces moyens par rapport au socle (38),ce qui permet de transmettre la puissance électrique de ces conducteurs individuels (54 à 57) à une ou plusieurs électrodes (32) supportées par les moyens de support d'électro- des; l'un des conducteurs de.puissance (50) électrique étant branché au socle (38) et l'autre (52) aux conducteurs indivi- duels (54 à 57) en un point voisin du socle (38); ce qui permet ainsi de former un circuit électrique comprenant succes- sivement le conducteur de puissance (52) relié aux conducteurs individuels (54 à 57), le support d'électrodes (58, 60, 22, 36), l'électrode (32) ou les électrodes supportées par celui-ci, la masse de scories ou de laitier (42) et de métal (44) fondus dans le creuset (40), un lingot (46) formé à l'intérieur du creuset, le socle (38), et l'autre conducteur de puissance (50) relié à ce socle. 2.- Four selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les moyens de support d'électrodes réglables comprennent un support vertical (12), un bras (20) partant de ce support vertical et comporant un certain nombre de contacts électriques (58, 60) glissants destinés à transmettre la puissance électrique entre les conducteurs individuels (54 à 57) et la ou-les électrodes (32), et des moyens de déplacement verti- cal permettant de faire monter ou descendre le bras (20) pendant le fonctionnement du four (10). 3.- Four selon l'une quelconque des revendi- c;ions 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens de déplacement vetical comprennent un dispositif d'entraînement (24) d'un arbre fileté (26) et un écrou (30) tournant par rapport à cet arbre fileté pour faire monter ou descendre le bras (20) pendant le fonctionnement du four. 4.- Four selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que le creuset (62) est muni d'ouvertures à ses deux extrémités et en ce que ce creuset (62) est supporté par un second dispositif de support réglable permettant de déplacer le creuset verticalement pour qu'il contienne au moins le laitier (42') et la partie de métal fondue (44') du lingot (46') pendant la formation de celui-ci. 5.- Four selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 4, caractérisé en ce que le second dispositif de support réglable comprend un bras (64) partant d'un support vertical et assurant la liaison avec un second dispositif de déplacement vertical comprenant un dispositif d'entra nement (70) d'un arbre:leté (66) et un écrou (68) pouvant tourner par rapport à cet arbre fileté pour faire monter et descendre le bras pendant le fonctionnement du four (10'). 6.- Four selon l'une quelconque des revendi- cations 1 -à 4, caractérisé en ce que le creuset (80) comprend un moule extérieur (82) placé autour d'un moule intérieur (84) de manière à former un intervalle annulaire libre entre ces deux moules pour couler un lingot creux, le second dispositif de support (86) partant du voisinage du sommet du moule exté- rieur pour rejoindre le sommet du moule intérieur afin de maintenir les deux moules en position fixe l'un par rapport à l'autre. 7.- Four selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 6, caractérisé en ce que la largeur de la partie supérieure de l'espace annulaire (87) compris entre les moules intérieur (84) et extérieur (82), est plus grandque la largeur de la partie inférieure de cet espace annulaire, de manière à permettre l'utilisation d'une ou plusieurs électrodes (32') de diamète supérieur à la largeur de la partie inférieure de l'espace annulaire. 1o.- 11.- 2475705 8.- Fpur selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 6, caractérisé en ce que la largeur de la partie supérieure de l'espace annulaire (87) compris entre les moules intérieur (84) et extérieur (82), est plus grande que la largeur *5 de la partie inférieure de cet espace annulaire, de manière à permettre une augmentation de l'espacement entre la ou les élec- trodes (32') et les parois de cette partie supérieure des moules intérieur (84) et extérieur (82).