Brevet FR2480787A1 — publié le 19811023

La présente invention est relative à un procédé de fusion et, le cas échéant, d'affinage de ferraille et/ou de boulettes d'acier, de fer et d'autres métaux ou alliages, ainsi que de retenue de la chaleur de la masse fondue ainsi obtenue et à une installation pour exécuter ce procédé. Dans la fusion en continu ou en discontinu de la ferrail- le et/ou de boulettes d'acier, de fer, etc., on utilise souvent des fours à arc et autres. A cet égard, l'usure du garnissage en céramique de la cuve du four et les coûts sans cesse accrus des électrodes ont posé des problèmes. D'autres problèmes de ces fours sont le bruit, le dégagement de fumée et les pertes de chaleur, ainsi que les perturbations'du réseau électrique. Quand on fait fondre de la ferraille dans des fours à induction classiques à creuset, on ne peut pas utiliser des concentrations d'énergie aussi grandes que pour des fours à arc. En outre, le four à induction à creuset est sensible à tout ce qui peut pénétrer dans le creuset en endommageant la bobine et en perturbant le fonctionnement. L'invention procure une solution aux problèmes mention- nés ci-dessus et à d'autres problèmes qui y sont associés. Le procédé suivant l'invention se caractérise en ce qu'il consiste à introduire de la ferraille ou des boulettes dans une cuve ou dans une poche munie d'une bobine d'induction de voûte de manière à faire fondre la charge sous l'influence de la bobine ou des bobines d'induction. Cela procure entre autres les avantages suivants 1. Une faible consommation d'électrodes en comparaison de la fusion dans un four à arc. Dans des postes de retenue de la chaleur, l'énergie et le courant sont faibles et la consbmma- tion d'électrodes y est petite. 2. Une faible consommation de garnissage dans la cuve (la première poche), puisque la charge en est enlevée quand elle est fondue. 3. De faibles pertes de chaleur dans la cuve en comparai- son des fours à arc et des fours à induction à creuset. On peut concevoir la cuve de manière à ce que les pertes soient petites en ayant la surface latérale la plus petite possible et une grande épaisseur du revêtement (la bobine d'induction se trouve dans la voûte). 4. On peut avoir une concentration d'énergie élevée. De 2 2480787 grands mouvements du bain qui pourraient éroder le garnissage n'ont pas à être pris en considération, puisque le métal fondu s'écoule dans la seconde poche qui est le poste de retenue de la chaleur. 5. La bobine d'induction et l'équipement électrique du poste de fusion sont insensibles à l'usure du garnissage,puisque l'énergie est fournie par le dessus. L'équipement de chargement est simple et facile à commander de manière à avoir une impédan- ce constante. 6. On peut utiliser une simple plaque de base. On peut placer la cuve directement sur une plateforme se trouvant sur le sol au-dessus et à côté du poste de chauffage de la poche. 7. Il y a peu de problèmes de bruit tant dans la cuve qu'au poste de retenue de la chaleur (énergie limitée). 8. Peu de perturbations du réseau électrique. 9. L'acier peut être retenu dans la même poche, même pen- dant les stades subséquents de traitement. 10. Les quantités de gaz qui s'échappent sont petites, la consommation de l'énergie est plus petite, les pertes de rendement sont plus petites, et le rendement en métal est plus, élevé. Suivant une variante, on fait s'écouler la charge fondue plus ou moins en continu dans une seconde poche o l'on retient la chaleur de la masse fondue à l'aide d'éléments de retenue de la chaleur, tels que des électrodes à arc, la seconde poche pouvant être transportée à d'autres postes en vue d'autres trai- tements de la masse fondue tels que l'affinage, l'ajustement d'analyse, la désoxydation, etc. L'invention a aussi pour objet une installation pour exécuter le procédé suivant l'invention, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux postes de traitement, un poste de fusion comprenant une cuve ou une première poche munie-d'un cou- vercle, le cas échéant pivotant, qui peut s'élever et s'abaisser et comprenant au moins une bobine d'induction et un poste de retenue de la chaleur comprenant une seconde poche ou une voûte destinée à être reliée à une seconde poche et des dispositifs de retenue de la chaleur,tels que des électrodes à arc,pour retenir la chaleur de la masse fondue dans la seconde poche. De préférence - la seconde poche peut être transportée à d'autres postes de traitement de la masse fondue, tels qu'à des postes d'affinage, d'ajustement de l'analyse, de traitement sous vide; - la cuve peut basculer ou culbuter autour d'un ou de plusieurs points formant paliers en vue de se rendre maître de l'écoulement de la masse fondue vers le poste de retenue de la chaleur; - un séparateur de crasses pour la masse fondue est interposé entre la cuve et la seconde poche ou sa voûte, la masse fondue s'écoulant entre la cuve et la seconde poche; - le séparateur de crasse a un trou de coulée associé qui communique avec une ouverture ménagée dans la voûte de la seconde poche; - le second poste de traitement est commun à deux ou à plusieurs cuves de fusion de ferraille et/ou de boulettes. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple la figure 1 est un schéma illustrant le procédé et l'installation suivant l'invention; la figure 2 est une vue en coupe de la cuve v la figure 3 représente différents types de bobines d'in- duction de voûte pour la cuve; la figure 4 représente l'installation d'alimentation électrique des bobines d'induction de voûte à l'aide de transfor- mateurs distincts; et la figure 5 représente l'installation d'alimentation électrique pour des convertisseurs à courant alternatif. La figure 1 représente deux fours 1, 2 de fusion distincts pour des postes de fusion ayant chacun une bobine 3 d'induction de voûte,(la seconde étant placée sur le four 2) Bien entendu, il est aussi possible d'utiliser un seul four de fusion du type illustré pour exécuter le procédé suivant l'invention. La voûte 3 comprend au moins un dispositif de chauffage par induction à bobines et autres équipements (voir figure 2) et peut pivoter d'une position o elle se trouve sur la cuve 1, 2 de four à une position o elle en est éloignée. La masse fon- due produite par la fusion de la ferraille et/ou des boulettes d'acier, de fer, ou d'autres métaux ou alliages métalliques, peut passer du poste de fusion à un poste 4 de retenue de la chaleur, o en fait en sorte que la chaleur soit retenue à l'aide de dispositifs convenables de retenue de chaleur, tels que par exemple des arcs provenant des électrodes 5, qui sont alimentées 4 4 2480787 à la manière habituelle par une source 6. En l'espèce, on utilise le même poste de retenue de la chaleur pour deux postes de fusion différents montés en parallèle, ce qui peut rendre l'équipement plus économique. L'installation suivant l'invention consiste en un, en deux ou en plusieurs fours de fusion avec alimentation d'énergie d'une bobine d'induction ou de plusieurs bobines d'induction de la voûte 3 des fours 1 et 2. La figure 2 illustre l'installation d'une manière plus détaillée. La cuve du four du poste 1 de fusion est représentée à la figure 2. Elle peut basculer autour d'une ou de plusieurs articulations 6, par exemple suivant la direction des flèches 7, à l'aide de vérins 8 élévateurs. La cuve 1 est destinée à être chargée de ferraille 9 qui est maintenue latéralement par les parois de la cuve. Un séparateur 10 de crassesparticulierayant un couvercle 11,est associé à la cuve. La paroi 12 est destinée à empêcher la charge solide d'entrer dans le séparateur- de crasses. La séparation des crasses est effectuée à l'aide d'un busc 13 particulier à l'intérieur du séparateur 10 de crasses. La voûte 14 de la cuve est munie d'une bobine 15 associée à un noyau 16 de fer. Mais le nombre de bobines peut être de deux ou de plus de deux, et l'alimentation peut être en phase unique ou en phases multiples. On peut utiliser la fréquence du réseau ou d'autres fréquences. La voûte est montée sur un bras 17 particu- lier de bobines à induction, bras disposé sur une potence à vérin 18 hydraulique grâce auquel la voûte peut être élevée et abaissée par rapport à la charge, tout cela afin de maintenir une impédance constante pour le poste de fusion, ce qui est facile à obtenir par des principes de commande habituels. L'ali- mentation en courant de la bobine s'obtient par des conducteurs 19 de courant. De l'espace de séparation des crasses un trou de coulée pour la masse fondue mène à une seconde poche 21, dans laquelle la chaleur est retenue à l'aide de dispositifs convenables de retenue de la chaleur,tels que des électrodes à arcs ou autres. Ainsi la seconde poche 21 constitue le poste de retenue de la chaleur mentionné ci-dessus, poste qui peut être commun à plusieurs postes de fusion, bien que l'on puisse pré- voir aussi un poste de retenue de la chaleur pour chaque poste de fusion. Comme l'énergie d'alimentation de la cuve 1 arrive par le dessus et sur la surface de toute la cuve avec une impédance constante, l'équipement électrique est insensible à l'usure du garnissage en céramique de la cuve du four. Il est aussi insen- sible qu'un four à arc classique à des contraintes mécaniques. Comme l'énergie est fournie par induction, les coûts d'électro- des associés à un four à arc classique de fusion sont complète- ment éliminés. En plus de ce qui précède, le four ne fait absolument pas de bruit et est meilleur qu'un four à arc pour ce qui con- cerne l'environnement. Le poste de retenue de la chaleur, qui peut être un four à arc, n'a qu'une alimentation en énergie ré- duite par rapport à un poste de fusion, ce qui procure aussi des avantages du point de vue du bruit et de l'environnement. Les bobines 15 d'induction de la voûte 14 peuvent avoir toute forme qui s'adapte à la cuve du four. La figure 3 représente des bobines d'induction de forme différente; 22 est une bobine d'induction ovale, 23 une bobine d'induction rectangulaire et 24 deux bobines d'induction carrées disposées sur la même voûte, tandis que 25 est une bobine d'in- duction ronde. Sur chaque voûte il peut y avoir une, deux, ou plusieurs bobines d'induction. De la ferraille et/ou des boulettes sous forme solide sont chargées dans la cuve 1 (voir en 9 à la figure 2) etquand la voûte 14 est mise en position et quand de l'énergie est en- voyée à la bobine 15 d'induction, il se produit la fusion de la charge 9 et il se forme une masse 26 fondue. Il est souhaitable d'enlever la masse fondue de la cuve aussi vite que possible. Il est bon d'éviter une masse fondue dans laquelle se forme ce que l'on appelle un ménisque, c'est-àdire une déviation à partir de la surface plane de la masse fondue, et d'éviter l'utilisation médiocre d'énergie que l'on obtiendrait dans la cuve du four. C'est pourquoi la masse fondue 26 est enlevée en continu ou en discontinu de la cuve 1 et est amenée, par le séparateur 10 de crasses, au trou 20 de coulée o elle s'écoule vers le poste 21 de retenue de la chaleur. Les crasses sont séparées d'une manière appropriée dans le séparateur 10 de crasses à l'aide du busc 13. Dans le poste de retenue de la chaleur, on retient la chaleur de la masse fondue à l'aide de dispositifs de retenue de la chaleur, par exemple des électrodes à arcs, et la poche, 6 2480787 c'est-à-dire la seconde poche 27 peut être, si nécessaire, trans- portée à d'autres postes de traitement, par exemple pour un traitement suivant le procédé ASEA-SKF destiné à effectuer l'affinage, l'ajustement d'analyse, le traitement sous vide, etc. (cf. brevet du Royaume Uni de Grande-Bretagne et d'Irlande No. 1.112.876). On peut régler l'écoulement de masse fondue de la cuve au poste 21 de retenue de la chaleur à l'aide du vérin 8 élévateur (figure 2). Le poste 21 de retenue de la chaleur peut aussi être muni de dispositifs de brassage électromagnéti- que multiphasés et on peut effectuer le brassage à la manière habituelle pour l'homogénéisation de la masse fondue, tant pour ce qui regarde l'alliage que la température. L'alimentation des bobines 15 à induction peut s'effec- tuer à la fréquence du réseau, suivant la figure 4, ou à l'aide de convertisseurs automatiques sur une autre fréquence, suivant la figure 5. Suivant la figure 4, l'alimentation des bobines 32, 33 d'induction s'effectue à partir d'un réseau 27' triphasé par l'intermédiaire de transformateurs 28, 29 distincts et de con- densateurs 30, 31 en parallèle. En l'espèce, il y a deux bobines d'induction. On peut obtenir les avantages d'une certaine symé- trie et d'une compensation par l'élément 34, par exemple avec des condensateurs et des enroulements reliés par un thyristor. La figure 5 illustre l'alimentation par des convertis- seurs automatiques à partir d'un réseau 27' triphasé. L'alimen- tation s'effectue par l'intermédiaire d'un transformateur 35 et de deux redresseurs 36, 37 montés en parallèle et d'un ondu- leur 38 dont la sortie alimente la bobine 39 d'induction qui est munie d'un condensateur 40 en parallèle. Il est ainsi possible de choisir une fréquence convenable pour l'alimentation de la bobine 39 d'induction. Lorsqu'il y a plusieurs unités, on effec- tue opportunément l'alimentation à l'aide de transformateurs individuels monophasés, comme illustré à la figure 4. L'obten- tion d'une certaine symétrie de l'énergie active et la compensa- tion de l'énergie réactive peut s'effectuer alors du côté pri- maire à l'aide de condensateurs et d'enroulements connectés par un thyristor (voir en 34). Au fur et à mesure que la ferraille ou la charge fond, la masse fondue s'écoule dans la poche,o la masse fondue retient de la chaleur,tout en consommant peu d'énergie à l'aide de 7 2480787 l'arc, jusqu'à ce que toute la charge ait fondu. L'avantage d'un chauffage à l'arc est que la masse fondue est relativement chaude, ce qui permet des réactions métallurgiques qui peuvent étre ainsi effectuées aussi dans le poste de retenue de la chaleur. Au cours du processus, on peut aussi ajouter des matières d'alliages dans la poche et les fondre, à l'aide de l'énergie fournie par les arcs (voir en 21 la figure 2). 8 2480787 REVENDICATIONS 1. Procédé&de fusion et, le cas échéant, d'affinage de la ferraille et/ou de boulettes d'acier, de fer ou d'autres métaux ou alliages, ainsi que de retenue de la chaleur de la masse fondue ainsi obtenue, caractérisé en ce qu'il consiste à introduire la ferraille et/ou les boulettes dans une cuve ou une poche (1) munie d'une bobine (15) d'induction de voûte, de manière à faire fondre la charge (9) sous l'influence des bobines (15) d'induction. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à faire s'écouler en continu ou par intermittence la charge fondue dans une seconde poche (27) o l'on retient la chaleur de la masse fondue à l'aide de dispositifs de retenue de la chaleur, tels que des électrodes à arc, la masse fondue-de la seconde poche étant transportée, le cas échéant, à d'autres postes en vue de traiter davantage la masse fondue, par exemple en vue de l'affiner, d'en ajuster l'analyse, de la désoxyder. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à faire passer la masse fondue dans un dispositif (10) de séparation des crasses,avant la faire s'écouler dans la seconde poche (27). 4. Installation pour exécuter le procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle com- prend au moins deux postes de- traitement, un poste (1) de fusion comprenant une cuve ou une première poche munie d'un couvercle (3), le cas échéant pivotant,qui peut s'élever et s'abaisser, et comprenant au moins une bobine d'inductions et un poste (4) de retenue de la chaleur comprenant une seconde poche (27) ou une voûte (21) destinée à être reliée à une seconde poche et des dispositifs de retenue de la chaleur, tels que des électrodes à arc,pour retenir la chaleur de la masse fondue dans la seconde poche. 5. Installation suivant la revendication 4, caractérisée en ce que la seconde poche (27) peut être transportée à d'autres postes de traitement de la masse fondue, tels qu'à des postes d'affinage, d'ajustement de l'analyse, de traitement sous vide. 6. Installation suivant la revendication 4, caractérisée en ce que la cuve (1) peut basculer ou culbuter autour d'un ou de- plusieurs points (6) formant paliers, en permettant de se rendre maître de l'écoulement de la masse fondue vers le poste (21) de 9 2480787 retenue de la chaleur. 7. Installation suivant l'une des revendications 4 à 6, caractérisée par un séparateur (10) de crasses pour la masse fon- due (26), interposé entre la cuve (1) et la seconde poche (27) ou sa voûte, la masse fondue (26) s'écoulant entre la cuve et la seconde poche. 8. Installation suivant les revendications 4 et 7 prises ensemble, caractérisée en ce que le séparateur de crassesa un trou (20) de coulée associé,qui communique avec une ouverture ménagée dans la voûte de la seconde poche. 9. Installation suivant l'une des revendications précé- dentes, caractérisée en ce que le second poste de traitement est commun à deux ou à plusieurs cuves de fusion de ferraille et/ou de boulettes.