Brevet FR2504663A1 — publié le 19821029

L'invention concerne un procédé et un appareil de chargement d'un four électrique de fusion ou de réduction. Plus particulièrement, l'invention concerne le chargement de fours typiques utilisant un tube de chargement faisant saillie vers le bas dans la hotte d'un four ouvert ou dans la paroi supérieure d'un four fermé. De façon classique, les fours sont chargés de fournées de matériau de chargement par un tube de chargement fixe ou rotatif faisant saillie vers le bas dans le creuset du four et se terminant dans la zone située audessus du niveau de chargement du creuset Dans ces fours, le tube de chargement est exposé, en permanence, à la chaleur intense du four de sorte que sa durée de vie est relativement courte. Un procédé connu, destiné à augmenter la durée de vie du tube de chargement, consiste à refroidir la partie infé- rieure de ce tube pour réduire ses contraintes thermiques Bien que ce procédé connu soit relativement bien exploitable, les contraintes thermiques typiques auxquelles la partie inférieure du tube est soumise, sont si élevées qu'il est difficile de faire circuler des volumes suffisants de fluide de refroidisse- ment pour compenser les effets de la chaleur intense D'autre part, il existe toujours des risques de fuites du fluide de refroidissement dans le creuset du four en cas de détériorations des tubes de refroidissement. Il a été également constaté, dans les procédés et les appareils selon l'art antérieur de chargement de ces fours, du fait que les tubes de chargement débouchent à l'air libre, que de l'air peut pénétrer dans le four et que les fumées de celui-ci peuvent s'échapper à l'extérieur par le tube de char- gement La position du tube de chargement et l'introduction d'air dans le four réduisent l'efficacité de la ventilation dans le cas d'un four ouvert et peuvent conduire à une augmen- tation de consommation de carbone, car la réduction du matériau dans la surface de chargement se fait en présence d'air. L'invention a pour but de pallier ces inconvé- nients de l'art antérieur en créant un procédé et un appareil de chargement d'un four par un tube de chargement qui est relevé, dans une première position, pour recevoir le chargement et pour assurer l'étanchéité de la hotte ou du sommet du four, et qui est abaissé ensuite, dans une seconde position, pour décharger 2 2504663 le matériau dans le four. A cet effet, l'invention concerne un appareil de chargement d'un four comprenant un creuset à remplir, appa- reil caractérisé en ce qu'il comprend un tube de chargement muni d'une section supérieure et d'une section inférieure; ce tube de chargement étant monté par rapport au creuset du four de façon que le matériau de chargement puisse passer dans ce tube pour venir remplir le creuset; et la section inférieure au moins du tube de chargement étant mobile pour pouvoir se rapprocher ou s'écarter du creuset, l'alimentation du matériau de chargement pouvant se faire lorsque la section inférieure descend vers le creuset. Dans une forme préférée de réalisation de l'in- vention, le tube de chargement est monté télescopiquement par rapport à la hotte d'un four ouvert. A l'extrémité inférieure du tube de chargement, une plaque est disposée latéralement par rapport à l'axe longi- tudinal du tube, de manière à constituer la fermeture inférieure de celuici Juste au-dessus de cette plaque de fermeture, sont prévues une ou plusieurs ouvertures ménagées dans la paroi du tube pour permettre l'introduction du matériau de chargement dans le creuset du four Pour obtenir les meilleurs résultats, la fermeture de chacune des ouvertures est prévue de manière à pouvoir retenir le matériau de chargement jusqu'au déclenche- ment de l'opération de déchargement. Dans la forme péréférée de réalisation, le tube de chargement est amené dans une première position au niveau supérieur o les ouvertures sont prévues dans la hotte et cette dernière constitue une fermeture de l'ouverture du tube. De préférence, le tube de chargement est monté télescopiquement à l'intérieur d'un tube de guidage placé dans la hotte Pour obtenir les meilleurs résultats, ce tube de guidage présente, à son extrémité inférieure, un diamètre inté- rieur supérieur au diamètre extérieur du tube de chargement, de manière à offrir une plus grande section Quand on fait descen- dre le tube de chargement, cette zone de section agrandie facilite le mouvement vertical de la charge. La plaque de fond du tube de chargement présente, de préférence, une section circulaire et forme une fermeture inférieure avec le tube de guidage lorsque le tube inférieur est en position haute. Le tube de chargement présente à son extrémité inférieure une surface intérieure inclinée servant à dévier le matériau de chargement dans un mouvement horizontal à travers l'ouverture de la paroi du tube Quand le tube est monté en rotation par rapport à la hotte, il est possible d'introduire la charge dans n'importe quelle direction voulue à l'intérieur du four, de manière à maintenir un niveau de chargement régu- lièrement réparti. Pour effectuer le chargement, on introduit une fournée de matériau de chargement dans le tube pendant que celui-ci est en position supérieure de fermeture On fait en- suite descendre rapidement le tube de chargement dans le creuset du four pour amener ce tube en position basse de manière à permettre à la fournée de chargement de couler librement dans le four On fait ensuite remonter le tube de chargement pour le ramener en position haute permettant l'introduction d'une nouvelle fournée de matériau de chargement On remarquera qu'il est également possible de faire simplement descendre le tube sans qu'il contienne de matériau de chargement, ce tube servant alors de conduit de passage permettant de diriger le matériau de chargement dans le creuset du four. Pour obtenir les meilleurs résultats, on laisse tomber le tube de chargement à grande vitesse dans le four pour déclencher le mouvement vers le bas de la charge accumulée dans ce tube On ramène, de préférence, le tube en position haute de fermeture aussit 8 t après l'introduction de la fournée dans le four. Le principal avantage de l'invention est qu'elle permet de réduire considérablement la nécessité de refroidir la moitié inférieure du tube de chargement Comme le tube selon l'invention se trouve en position protégée pendant la majeure partie du temps, il suffit simplement de refroidir la plaque inférieure. De plus, du fait que l'invention permet d'obtenir l'étanchéité de la hotte ou de la paroi supérieure du four, sauf pendant la période d'abaissement du tube, il ne peut péné- trer qu'une quantité d'air très limitée dans le creuset du four, par le tube de chargement, et cette pénétration d'air ne se produit que pendant la période de chargement; par suite, la ventilation et le tirage du four ne sont pratiquement pas affectés D'autre part, dans le cas des fours fermés, l'appa- reil de chargement selon l'invention empêche complètement les fumées du four de s'échapper à l'extérieur. L'invention sera décrite en détail au moyen des dessins ci-joints dans lesquels la figure 1 représente un tube de chargement selon l'invention monté dans un four ouvert typique, la figure 2 est une coupe verticale de la partie médiane du tube de chargement selon l'invention. En figure 1, un tube de chargement 1 selon l'in- vention est monté dans un four électrique de fusion ouvert. L'ensemble du four n'est pas représenté De façon classique, un tel four comprend un creuset, une hotte 2 montée au-dessus du creuset, et un certain nombre d'électrodes main- tenues en place dans leurs dispositifs de porte-électrode La figure 1 ne représente que l'électrode 3 et le dispositif de porte-électrode 4 L'électrode 3, le porte-électrode 4 et la hotte 2 peuvent être de n'importe quel type classique Les autres parties du four ne sont ni représentées, ni décrites plus en détail, car elles sont classiques On remarquera que, dans un four fermé, la hotte 2 est remplacée par un toit de four enfermant le creuset Comme le procédé et l'appareil de chargement selon l'invention sont les mêmes dans tous les cas, on décrira seulement le cas du four ouvert. Le tube de chargement 1 comprend une section infé- rieure 5 et une section supérieure 6 La section de tube infé- rieure 5 est concentrique avec la section de tube supérieure 6 et peut glisser extérieurement sur celle-ci. Pour obtenir les meilleurs résultats, un écran de protection 7 entoure la section de tube inférieure 5 et est fixé rigidement sur celle-ci L'écran 7 est très utile pour empêcher un chauffage excessif du tube de chargement 4 par les courants d'induction appliqués aux électrodes 3 par la source d'alimentation de courant. La section de-tube inférieure 5 est montée en glissement dans le tube de guidage 8, de préférence, qui fait partie intégrante de la hotte 2 A l'extrémité supérieure du tube de guidage 8 sont montés des moyens d'étanchéité 9 assu- rant l'étanchéité en glissement de la section de tube 5 dans le 2504663 tube 8 On peut, si on le désire, prévoir également des moyens d'étanchéité supplémentaires montés à l'extrémité inférieure du tube de guidage 8 Comme illustré en figure 1, le tube 8 est convenablement renforcé par des nervures 10 A l'extrémité supé- rieure de la section de tube inférieure 5, des moyens d'étan- chéité 13 forment un joint étanche entre la section de tube inférieure 5 et la section de tube supérieure 6. N'importe quel moyen classique peut être utilisé pour relier rigidement l'écran de protection 7 à la section de tube inférieure 5 Ces moyens de liaison constituent, de préfé- rence, en outre, le point de fixation des pistons 15 d'un cer- tain nombre de cylindres hydrauliques 14 montés entre l'écran de protection 7 et la section de tube supérieure 6, de manière à faire monter et descendre la section de tube 5 Une extrémité des cylindres hydrauliques 14, qui peuvent être de type classi- que, peut être reliée rigidement à la section de tube supé- rieure 6, tandis que les pistons hydrauliques correspondants 15 sont reliés par leurs extrémités inférieures, aux moyens de liaison de l'écran 7 à la section de tube 5 Un anneau de gui- dage 16 est monté à l'extrémité inférieure de la section de tube supérieure 6, entre les sections 5 et 6 Les moyens d'étanchéité 9, associés aux moyens d'étanchéité 13 et à l'an- neau de guidage 16, servent à guider la section de tube infé- rieure 5 pendant son mouvement vertical. De préférence, le tube inférieur 5, le tube supé- rieur 6 et l'écran de protection 7 tournent tous ensemble d'un seul bloc Les moyens de liaison des tubes 5 et 6, permettant cette rotation, ne sont pas représentés On remarquera que, seuls, les moyens de guidage et d'étanchéité 9 sont destinés à effectuer un mouvement de rotation relatif La rotation néces- saire peut être produite par des moyens classiques constitués, par exemple, par un moteur 17 entratnant, par un pignon 18, une roue dentée 19 montée à l'extrémité supérieure de la section de tube 6. Le matériau de chargement est fourni de façon convenable au tube de chargement 1 par des moyens tels qu'un convoyeur vibrant et/ou un clapet montés de manière à débiter dans l'extrémité supérieure de la section de tube supérieure 6. L'ouverture 23, ménagée sur le côté de la section de tube inférieure 5, est disposée en face de la surface inclinée Cette surface 25 est convenablement constituée par les élé- ments de nervures 24, ou peut encore être constituée par une plaque supportée par les éléments de nervures. Selon l'invention, seule la partie inférieure 12 de la section de tube 5 a besoin d'être refroidie Ce résultat peut être convenablement obtenu au moyen de conduits de refroi- dissement (non représentés) ménagés dans la paroi du tube 5 Il est possible de faire circuler dans ces conduits des fluides de refroidissement classiques, tels que de l'huile ou de l'eau. La figure 2 représente plus en détail une coupe verticale de la section de tube supérieure 6 et de l'écran de protection 7 Des conduits 21 et 22 forment les conduits d'ali- mentation et de retour du fluide hydraulique vers chaque cylin- dre 14 destiné à faire monter et descendre la section de tube 5. Les conduits 21 et 22 communiquent, de façon classique, avec une pompe de pression hydraulique classique (non représentée). En cours de fonctionnement, le matériau de char- gement est amené, par fournées, dans le creuset du four Le tube de chargement 1 est initialement relevé en position haute de fermeture, comme indiqué en pointillés en figure 1 Comme, dans cette position, la section de tube 5 est tirée dans la hotte 2, le tube de guidage 8 forme une fermeture extérieure de l'ouverture 23 Le matériau de chargement est introduit dans le tube 1 et reste dans celui-ci jusqu'à ce que le chargement voulu soit obtenu. Pour charger le creuset du four, on fait tourner le tube 1, au moyen du moteur 17, pour l'amener dans la position pour laquelle le matériau peut se décharger dans le creuset en tombant dans la direction voulue par l'ouverture 23 Une pres- sion convenable, appliquée aux cylindres 14, fait descendre la section de tube inférieure dans sa position basse pour laquelle le matériau de chargement contenu dans le tube tombe dans le creuset du four Pour obtenir les meilleurs résultats, on laisse tomber brusquement la section de tube inférieure 5, de manière à produire une augmentation brutale de section et à déclencher le mouvement vers le bas de la charge. Après déchargement, on fait aussitôt remonter la section de tube inférieure 5, par application d'une pression hydraulique aux cylindres 14, de manière à recevoir une nouvelle fournée de matériau de chargement On remarquera que, selon 7 2504663 l'invention, le tube de chargement se trouve en position proté- gée pendant la majeure partie du temps On remarquera également que la fournée de matériau de chargement peut être introduite dans le tube après qu'on ait fait descendre celui-ci dans le creuset du four, au lieu d'être accumulée dans ce tube 1 Dans ce cas, on fait simplement descendre la section de tube infé- rieure 5 avant d'introduire la charge de façon classique dans le tube de chargement pour qu'elle tombe dans le creuset du four Lorsque la fournée a été complètement versée dans le creuset du four, on fait aussit 8 t remonter la section de tube en position haute. Une caractéristique supplémentaire de ce système selon l'invention est que le tube de chargement 1 peut égale- ment servir de dispositif de détection permettant de mesurer le niveau de chargement du creuset du four. Lorsque la section de tube inférieure 5 descend jusqu'à venir toucher le matériau de chargement du creuset, il est possible de mesurer directement le niveau de chargement par une échelle ou par un indicateur 26 lus par le personnel, ou par émission d'un signal envoyé vers un calculateur permet- tant de réguler le rythme de chargement. R E V E N D I C A T I O N S ) Appareil de chargement d'un four comprenant un creuset à remplir, appareil caractérisé en ce qu'il comprend un tube de chargement ( 1) muni d'une section supérieure ( 6) et d'une section inférieure ( 5); ce tube de chargement ( 1) étant monté par rapport au creuset du four de façon que le matériau de chargement puisse passer dans ce tube ( 1) pour venir remplir le creuset; et la section inférieure ( 5) au moins du tube de chargement ( 2) étant mobile pour pouvoir se rapprocher ou s'écarter du creuset, l'alimentation du matériau de chargement pouvant se faire lorsque la section inférieure ( 5) descend vers le creuset. ) Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le tube de chargement ( 1) peut tourner par rap- port au creuset du four. ) Appareil selon l'une quelconque des revendi- cations 1 et 2, caractérisé en ce que l'extrémité inférieure du tube de chargement ( 1) comporte une surface ( 25) transver- sale de déviation de la charge par rapport au tube pour la faire passer par une ouverture ( 23) ménagée sur le c 8 té de l'extrémité inférieure du tube. ) Appareil selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que la section inférieure ( 5) est concentrique avec la section supérieure ( 6) et peut glisser sur celle-ci. ) Appareil selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 4, caractérisé en ce que la section inférieure ( 5) est disposée extérieurement et concentriquement par rapport à la section supérieure ( 6). 60) Appareil selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, des moyens permettant d'assurer l'étanchéité de l'ouverture lorsque la section inférieure ( 5) au moins s'écarte du creuset du four. ) Appareil selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 6, caractérisé en ce que le four est un four ouvert muni d'une hotte ( 2) placée au-dessus du creuset et en'ce que la section inférieure ( 5) peut se déplacer dans cette hotte, les moyens permettant d'assurer la fermeture étanche de l'ou- verture étant montés dans la hotte ( 2) de manière &f ermer l'ouverture lorsque la section inférieure ( 5) est placée dans 9 2504663 la hotte ( 2). ) Appareil selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, de moyens de mesure de la trajectoire parcourue par la partie infé- rieure. 9 ) Procédé de chargement d'un four utilisant l'appareil de chargement selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 8, procédé caractérisé en ce qu'il comprend les dif- férentes étapes consistant à accumuler le matériau de charge- ment dans un tube de chargement ( 1), percé d'une ouverture ( 23), ce tube de chargement ( 1) étant placé en position haute par rapport au creuset du four pour recevoir le matériau de charge- ment, l'ouverture étant fermée de manière étanche lorsque le tube de chargement se trouve dans cette position haute; à faire descendre la section inférieure ( 5), au moins du tube de chargement vers le creuset du four, l'ouverture s'ouvrant pen- dant la descente du tube ( 1); à laisser couler par l'ouverture ( 23) le matériau contenu dans le tube pour qu'il passe dans le creuset du four; et à faire remonter le tube de chargement ( 1) en position haute pour recevoir la fournée suivante de matériau de chargement. ) Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'étape de descente de la section inférieure ( 5) du tube de chargement ( 1) consiste à laisser tomber cette section inférieure ( 5) pour déclencher le mouvement vers le bas du matériau de chargement accumulé dans le tube ( 1). ) Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 9 et 10, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, l'étape consistant à faire tourner le tube de chargement ( 1) jusqu'à une seconde position avant de faire descendre la section inférieure ( 5), de manière à faire varier la direction d'une ouverture ( 23) ménagée dans le tube de chargement ( 1).