Brevet FR2503975A1 — publié le 19821015

La présente invention se rapporte à une électrode équipant un four à arc à courant continu pour provoquer la fusion d'un métal à partir de ferrailles, ladite électrode constituant la cathode, cependant que le bain de fusion forme l'anode. On utilise généralement des électrodes de forme cylindrique dans des fours à arc (Brunklaus, "Indus trieofen, 4è édition, 1979, Vulkan-Verlag Essen, pages 572 à 576). Lors de la fusion des ferrailles, c'est-à-dire lorsqu'un trou est ménagé par combustion dans lesdites ferrailles dans la phase de fusion, il se produit souvent des ruptures d'arc qui, de manière désavantageuse, prolongent la durée de la phase de fusion. Ce n'est que lorsque l'arc a atteint le niveau du bain ou la sole au fond du four qu'il brûle de façon stable. L'invention a par conséquent pour objet de mettre au point une électrode équipant un four à arc à courant continu et évitant efficacement une rupture de cet arc pendant la phase de fusion. Selon les caractéristiques essentielles de l'électrode de l'invention, ladite électrode se termine coniquement par une pointe dans la zone de son extrémité orientée vers les ferrailles dans le four à arc. Pour mieux comprendre l'invention, il faut savoir que les électrons qui s'échappent de la matière (graphite) constituant l'électrode engendrent immédiatement au-dessus de la surface de la cathode une charge-spatiale négative avant d-'etre accélérés en direction de l'anode (ferrailles) par suite de la tension continue appliquée entre la cathode et l'anode et du champ électrique qui en résulte.Les électrons suivants, nécessaires pour maintenir le courant continu (arc électrique), doivent surmonter cette charge spatiale négative. Cela se produit d'autant plus favorablement que l'intensité du champ électrique engendrée par suite de la tension cathode-anode est plus grande à proximité immédiate de la surface de la cathode (surface de l'électrode). L'allure de l'intensité de champ électrique dans la zone de la cathode dépend de la configuration géométrique de cette dernière. L'intensité de champ atteint une valeur infiniment grande sur une pointe idéale. Du fait de la forme conique de l'électrode, de section décroissant vers le bas, l'intensité du champ est considérablement accrue à l'extrémité inférieure de l'électrode et la sortie des électrons peut alors se produire de manière bien plus simple. L'extrémité inférieure de l'électrode se transforme ainsi en une base naturelle de l'arc sur ladite électrode. En outre, grace à l'obliquité de l'électrode dans la zone conique, le gradient de l'intensité de champ électrique est tel que cette intensité augmente en permanence vers la pointe de l'électrode. La base de l'arc sur l'électrode se déplace automatiquement dans le sens d'une intensité de champ devenant plus forte, c'est-à-dire en direction de la pointe de l'électrode, sans tenir compte de perturbations importantes dues au déplacement de la base de l'anode dans les ferrailles. Les avantages obtenus grâce à l'invention résident notamment dans le fait que, des ruptures d'arc étant évitées dans le four à arc à courant continu lors de la fusion des ferrailles, la tenue en service dudit four est améliorée, c'est-à-dire que sont garanties une combustion tranquille de l'arc, une faible génération de bruits et une grande stabilité dudit arc. Par ailleurs, la durée de la phase de fusion s'en trouve raccourcie. De par la forme de réalisation particulière de l'électrode, un dispositif assurant le déplacement de cette dernière est avantageusement efficace dès la phase de fusion. I1 n'est pas nécessaire d'avoir recours à des mesures supplémentaires compliquées, telles que, par exemple, une augmentation de la ten sion continue, l'utilisation d'une anode auxiliaire, etc. L'invention va à présent être décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lequel-: la figure 1 est une coupe longitudinale schématique d'une électrode de forme de réalisation connue; et la figure 2 est une coupe analogue à la figure 1, représentant une électrode selon l'invention. La figure 1 illustre la forme de réalisation classique d'une électrode équipant un four à arc à courant continu. Une électrode 1 de forme cylindrique pénètre dans un four 2 à arc à courant continu. Ce four 2 est empli de ferrailles 3. Une tension continue négative est appliquée à l'électrode 1, cependant que le four 2 et les ferrailles 3 qu'il contient reçoivent une tension continue positive. Lorsque l'électrode 1 est placée sur les ferrailles 3 et qu'elle est ensuite tirée vers le haut, un arc électrique 4 est amorcé. L'arc 4 brûle tout d'abord dans une position verticale a, puis il déplace ensuite très rapidement sa base cathodique sur le bord de l'électrode cylindrique 1 jusqu'à une position b, puis il se décale de plus en plus latéralement jusqu'à atteindre une position horizontale c, pour se rompre enfin.-Dans certains cas, la base anodique se déplace vers le haut à cauee de la présence d'extrémités pointues ou crêtes dans les ferrailles 3. La base cathodique sur l'électrode 1 accuse alors la même transformation, l'arc 4 brûle un court instant dans la position horizontale c et il disparaît ensuite. L'arc 4 brûlant dans les positions b et c provoque de surcroît bien plus de bruit qu'un arc brûlant dans la position a. La rupture de l'arc 4 dans la position horizontale c ne peut pas être évitée, même par suite d'un déplacement de l'électrode, étant donné qu'un tel déplacement vers le haut ou vers le bas n'exerce aucune influence sur la tension de l'arc 4 en position horizontale. Un réglage du déplacement de l'électrode reste ainsi totalement sans effet lors de la phase de fusion Dans la forme d'électrode connue selon la figure 1, l'arc se déplace donc à la position b sur le bord "vif" de la base cylindrique, car l'intensite de champ électrique la plus grande apparaît dans cette région. C'est cependant dans cette même région qu'il existe le risque d'une combustion horizontale de l'arc 4 et d'un déplacement de cet arc 4 à la position c. Lorsque la fusion de la base anodique croit dans les ferrailles 3, l'arc 4 s'allonge et se rompt en fin de compte. Les problèmes mentionnés ci-avant disparaissent avec une électrode conique 1', de section décroissant vers le bas, illustrée sur la figure 2. Bien plus, l'arc électrique 4 prend de préférence la position verticale a. Au cas où la base anodique se déplace vers le haut du fait de la présence de crêtes dans les ferrailles 3, l'arc 4 occupe un court instant la position b, mais il retourne de lui-même sans se rompre de cette position b à la position verticale a dès que la pointe de la base anodique dans les ferrailles 3 a entièrement fondu. I1 est possible d'éviter une rupture de l'arc 4 par suite d'une trop grande longueur de ce dernier, grâce à un déplacement de l'électrode 1' en direction des ferrailles, c'est-à-dire qu'un réglage du déplacement de ladite électrode peut avoir lieu avec succès même lors de la phase de fusion, étant donné qu'un déplacement de l'électrode 1' se traduit à présent aussi par une variation de la tension de l'arc. Un façonnage de l'électrode 1' pour lui donner une forme conique de section décroissante ne doit avoir lieu que lors de la première utilisation de l'électrode, ou bien après une cassure d'électrode. Pendant la durée de la combustion, la forme conique se maintient automatiquement du fait de l'usure. L'effet décrit de stabilisation de l'arc électrique par la configuration de l'électrode ne peut pas être obtenu dans un four à arc à courant triphasé, à cause de la variation constante de la polarité. I1 va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'électrode décrite et représentée, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATION Electrode pour un four à arc à courant continu, pour provoquer la fusion d'un métal à partir de ferrailles, ladite électrode et le bain de fusion constituant la cathode et l'anode, respectivement, électrode caractérisée par le fait qu'elle (1') se termine coniquement par une pointe dans la zone de son extrémité orientée vers les ferrailles (3) dans ledit four (2) à arc à courant continu.