Brevet FR2526143A1 — publié le 19831104

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CHARGEMENT DE FOURS ELECTROTHERMIQUES DE FUSION L'invention concerne un procédé et un dispositif de chargement de fours électro- thermiques de fusion Le procédé et le dispositif de chargement selon l'invention sont du type dans lequel les matières premières sont chargées dans le four par des ouvertures ménagées dans la hotte ou dans le toit du four En particulier, mais sans que cela soit exclusif, le procédé et le dispositif selon l'invention sont particulièrement bien adaptés au chargement de fours de fusion fermés. L'invention a pour but de créer un procédé et un dispositif de chargement de fours électrothermiques de fusion permettant d'introduire la charge très régulièrement et très près du pourtour de chaque électrode Le dispositif de chargement selon l'invention doit également être robuste et ne nécessiter que des travaux d'entretien aussi réduits que possible, ces travaux dlentretien étant effectués sans temps mort de fonctionnement de-four de fusion L'in- vention a également pour but de créer un procédé et un dispositif de chargement de four électrother- mique de fusion permettant d'éviter tout risque de ségrégation des matières premières mélangées. 2 2526143 2- Dans les fours électrothermiques de fusion fermés utilisés pour la production d'alliages ferreux, de fer en gueuses et de carbure de calcium, les trois électrodes passent par des ouvertures ména- gées dans le toit du four Le chargement est amené dans le four par des tuyaux d'acier ou des puits d'acier traversant également le toit du four Les matières premières mélangées sont généralement stockées dans des bacs ou des silos placés au-dessus du four Il est généralement utilisé un bac ou silo par tuyau de chargement Les fours classiques comportent généralement trois ou quatre tuyaux de chargement pour chaque électrode Les extrémités inférieures des tuyaux de chargement sont disposées sur le pourtour des électrodes Il en résulte que, pour un four classique à trois électrodes, le dispositif de chargement comporte de neuf à douze tuyaux de chargement, avec le même nombre d'ouvertures destinées à ces tuyaux de chargement, dans le toit du four. Le procédé classique de charge- ment des fours électrothermiques de fusion consiste à laisser la charge arriver toute seule dans le four, c'est-à-dire à laisser la charge tomber dans 2-, le four à la même vitesse que celle-ci pour descendre et réagir à l'intérieur du four Un silo d'une capacité correspondant par exemple à huit heures de consommation de charge mélangée est placé au- dessus du four et rélié aux tuyaux de chargement La charge mélangée provenant d'un poste de mélange et de pesée, est amenée au silo par des systèmes de transport. En variante, les matériaux bruts mélangés peuvent être chargés dans le four par d'autres moyens classiques Il est possible, par 2 5 2 6 1 4 3 exemple, de charger les matières premières mélangées par fournées pénétrant dans le four par des portes, des clapets ou autres dispositifs analogues, ou encore par des puits annulaires entourant chaque électrode Pour ce dernier système de chargement, un certain nombre de tuyaux d'acier amènent les matières premières mélangées aux puits, ces matières premières étant ensuite distribuées autour de chaque électrode. Ces puits annulaires peuvent être soit ouverts, soit fermés, pour permettre un chargement étanche aux gaz. Ces systèmes de chargement selon l'art antérieur ne répondent pas aux besoins actuels en systèmes de chargement étanches aux gaz pour des fours fermés devant fonctionner à une pression correspondant à 10 mm de colonne d'eau au- dessus de la pression atmosphérique De plus, les systèmes de chargement connus occupent une p 1 ce considérable, sont chers, et nécessitent des travaux d'entreiten très fréquents. L'invention a pour but de créer un procédé et un dispositif de chargement de fours électrothermiques permettant de pallier ces défauts et inconvénients des systèmes de chargement selon l'art antérieur Le dispositif de chargement selon l'invention répond aux besoins des fours fermés à chargement étanche aux gaz permettant à ces fours de fonctionner à une pression supérieure d'au moins mm d'eau à la pression atmosphérique De plus, le dispositif de chargement selon l'invention ne nécessite qu'un seul silo et un seul tuyau de chargement pour charger le four. Pour atteindre les buts ci-dessus, l'invention concerne un procédé de chargement d'un four électrothermique de fusion, dans lequel le chargement du four est fait par fournées passant dans 25261 43 des ouvertures ménagées plus ou moins concentriquement autour des électrodes, procédé caractérisé en ce que le chargement est amené à des chambres annulaires disposées autour des électrodes, chaque chambre annu- laire comportant un fond, une paroi intérieure sensiblement concentrique et une paroi extérieure sensiblement concentrique, le chargement étant amené aux chambres annulaires en faisant tourner celles-ci, après quoi l'on fait tourner séparément les fonds des chambres pour permettre au chargement de ces chambres annulaires de tomber dans le four par au moins une ouverture pouvant 4 tre fermée, cette ouver- ture étant ménagée dans chacun des fonds. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci- dessus, caractérisé en ce qu'une chambre annulaire est montée concentriquement autour de chaque électrode, chaque chambre annulaire comportant un fond et des parois intérieures et extérieure sensiblement concen- triques, lefond et les parois intérieure et exté- rieure pouvant tourner par rapport à l'électrode, et le fond comportant au moins une ouverture communicant avec le creuset de four placé au-dessous. Selon l'invention, un système de chambre annulaire est prévu autour de chacune des électrodes Les chambres annulaires font partie intégrante du toit du four et font également partie d'un joint d'étanchéité aui gaz compris entre le oit du four et les électrodes Chaque chambre annulaire entoure le porte-électrode et comporte une paroi de fond et deux parois verticales concentriques Le fond et les parois verticales peuvent tourner autour de l'électrode Le fond, au moins, de la chambre est relié à un mécanisme d'entrainement en rotation, de manière à pouvoir tourner soit séparément, soit soli- dairement des parois verticales. Le fond de la chambre est muni d'au moins une ouverture pouvant être fermée Cette ouverture communique avec le creuset du four au-dessous de la chambre annulaire Poui amener les matières pre- mières à la chambre annulaire, il est utilisé,,de préférence, un tuyau de chargement fixe Le chargement du four commence en faisant tourner la chambre annulaire pour la remplir de matières premières mélan- gées Ensuite, on fait tourner séparément le fond de la chambre de façon que les matières premières mélangées de la chambre soient chargées dans le four par l'ouverture au moins unique ménagée dans le fond de cette chambre. Selon une forme préférée de réalisation de l'invention, la chambre tourne de 3600 dans un certain sens pour remplir complètement cette chambre de matières premières mélangées, après quoi les matériaux contenus dans la chambre sont chargés dans le four en ne faisant tourner que le fond seulement de la chambre, de 3600 dans le même sens Le sens de rotation est ensuite inversé pour charger de la même manière une nouvelle fournée de matières premières dans le four Les matières premières sont ainsi introduites dans le four en fai- sant tourner le système de 2 x 3600 dans une premier sens puis, en inversant le sens de rotation,pour faire tourner le système de 2 x 3600 dans l'autre sens. Le procédé et le dispositif de chargement selon l'invention peuvent avantageusement être utilisés pour un chargement par zones-des fours de fusion Pour effectuer un chargement par zones, il est préférable que le fond et les parois verticales de la chambre possèdent des systèmes indépendants dten- trairemernt en rotation Quand un chargement par zones est utilisé, un secteur prédéterminé seulement est chargé de la chambre dans le four, après quoi ce sec- teur de la chambre est de nouveau rempli de matières 9 premières. Il est également possible d'équi- per le dispositif de chargement selon l'invention de plus d'un seul tu yau d'alimentation pour amener les matières premières à la chambre annulaire En utilisant ainsi plusieurs tuyaux dtlmnain cela permet d'amener des ingrédients séparés du mélange dans des zones prédéterminées de la chambre annulaire et ainsi effectuer des corrections du mélange sans la moindre perte de temps. 19 L'invention sera décrite en dé- tail au moyen des dessins ci joints dans lesquels: la figure 1 est une vue de dessus, en plan, d'un four électrothermique de fusion, à trois électrodes et trois silos de matières premières premières mélangées; la figure 2 est une vue du four en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1, l'uane seulement des électrodes étant représentée; et la figure 3 est une vue verti- cale à plus grande échelle de la figure 2, représentant le lispositif de chargement selon l'invention. La figure 1 est une vu e en plan, de dessus d'un four électrothermique de fusion 1 comprenant un creuset 2 et trois électrodes 3, les électrodes 3 traversant le toit du four 10 pour pénétrer dans, le creuset Autour de chaque électrode 3, est monté un bloc de chargement annulaire 4 selon l'invention La charge provenant d'un silo 6 est amenée au bloz de chargement annulaire 4 par des tu- 25261 43 yaux d'acier 6 Le four peut être fermé, ouvert ou semi-fermé. La figure 2 est une coupe vertica- le du four 1 suivant la ligne Il-II de la figure 1. Une seule des électrodes 3 est représentée en figure 2 L'électrode 3 est maintenue par un porte-électrode 7 et un chassis de suspension 8 Le courant électrique est amené au four par des conducteurs flexibles 9. Comme indiqué en figure 2, le four 1 comprend un creuset 2 et un toit 10 Le creuset 2 est séparé horizontalement en deux parties et l'on peut faire tourner la partie supérieure 11 Les parties du creuset 2 et du toit de four 10 pouvant effectuer un mou- vement relatif, sont équipées de joints d'étanchéité aux gaz (non représentés). La figure 3 est une vue verticale à plus grande échelle de l'électrode 3 de la figure 2, représentant en détail le bloc de chargement annulaire 4 selon l'invention. Comme indiqué en figure 3, l'é- lectrode 3 est équipée d'un porte-électrode 7 Le courant,électrique est amené à l'électrode par des conducteurs flexibles 9 L'électrode 3 traverse le bloc de chargement 4 La partie inférieure du bloc de chargement 4 consiste en un anneau conique 12 reposant sur le toit de four 10 Un élément 13 constitue la partie extérieure du bloc de chargement 4 L'élément 13 forme également un joint d'étanchéité aux gaz entre le toit de four 10 et le porte-élec- trode 7, grâce à un élément 17 en forme d'anneau. Le bloc de chargement annulaire 4 comprend, en outre, une chambre annulaire 18 présentant un fond 16, une paroi intérieure verticale sensiblement concentrique 14, et une paroi extérieure verticale sensiblement concentrique 15 Le fond repose sur l'anneau conique 12 et les parois intérieure et extérieure 14, 15 reposent sur le fond 16 Ce fond 16 porte, sur son pourtour des dents venant en prise avec une roue dentée 19 pouvant être entrainée en ro- taion par un moteur 20 De plus, le fond 16 est percé d'au moins une ouverture 21 dont le but sera décrit ci-après. La chambre annulaire 18 constituée du fond 16 et des parois intérieure et extérieure 14, 15, présente la forme d'une boite ou- verte dans laquelle les parois intérieure et extéri- eure 14, 15 sont reliées par un certain nombre de barres 22 Entre la partie inférieure de la paroi intérieure 14 et la partie inférieure de la paroi extérieure 15 se situe au moins une feuille horizonta- le 23 fixée aux parois 14, 15 et destinée à fermer l'ouverture 21 du fond 16. Pour amener la charge au bloc de chargement annulaire 4, au moins un tuyau d'alimen- tation 5 est utilisé, traversant l'élément 13 pour pénétrer dans la chambre annulaire 18 Le tuyau d'alimentation 5 assure la liaison entre le silo 6 et la chambre annulaire 18. Du c 8 té intérieur de la partie verticale de l'élément 13 se trouve un premier élé- ment 24 destiné à coopérer avec un second élément situé du c 8 té extérieur de la paroi extérieure Le r 8 le de ces premier et second éléments 24, apparaitra plus clairement dans la description du fonctionnement du dispositif de chargement-selon l'invention. On décrira maintenant, en se référant aux figures, un cycle préféré de chargement d'une fournée dans le four. Comme indiqué ci-dessus, en 25261 43 figure 3, le fond 16 de la chambre annulaire 18 peut tourner sans qu'on fasse tourner simultanément les parois intérieure et extérieure 14, 15 reposant sur le fond 16 Les parois 14, 15 munies de la feuille de capot 23 ne peuvent cependant pas tourner sans qu'on fasse tourner le fond 16. Dans la position de départ, la chambre annulaire 18 se trouve dans la position pour laquelle la feuille de capot 23 ferme l'ouver- ture 21 du fond 16, et le premier élément 24 de la partie verticale de l'élément 13 se trouve donc toujours en prise avec le second élément 25 de la paroi extérieure 15. En démarrant le moteur 20, la chambre annulaire 18 commence à tourner, c'est-à-dire que le fond 16 tourne, de même que les parois intérieure et extérieure 14, 15 reposant sur ce fond 16 Le second élément 25 de la paroi extérieure s'écarte du premier élément 24 de l'élément 13. Quand la chambre annulaire 18 commrence à tourner, la charge du tuyau d'alimentation 5 se trouve répartie dans la chambre annulaire 18 Quand la chambre annu- laire 18 a tourné de 3600, le second élément 25 revient en prise avec le premier élément 24 La cham- bre annulaire 18 se trouve maintenant complètement chargée En continuant à faire tourner le fond 16 dans le même sens, le premier élément 24 empêche le second élément 25 de continuer à tourner et stoppe ainsi le mouvement de rotation des parois extérieure et intérieure concentriques 14, 15 et de la feuille de capot 23 Comme seul le fond 16 peut maintenant tourner, l'ouverture 21 de ce fond 16 reste ouverte et le chargement de la chambre annulaire 18 se décharge dans le four par l'ouverture 21. Quand le fond 16 a tourné de 3600, tout le chargement de la chambre annulaire 18 a été versé dans le four Dans cette position, la feuille de capot 23 ferme de nouveau l'ouverture 21 du fond 16 Les parois extérieure et intérieure concentriques et la feuille de capot 23 ont alors tourné de 3600, tandis que le fond 16 a tourné de 2 x 3600 dans le même sens. Le sens de rotation est alors in- versé et lorsque cette opération est réalisée, le second élément 25 s'écarte de nouveau du premier élé- ment 24 La chambre annulaire 18 tourne alors avec les parois intérieure et extérieure 14, 15 et le fond 16 Cette chambre annulaire 18 se remplit de nouveau d'un chargement amené par le tuyau d'alimentation 5 Jusqu'à ce que le second élément 25 vienne de nouveau en contact avec le premier élément 24 Lorsque le mouvement de rotation se poursuit dans le même sens, seul le fond 16 tourne et le chargement se déverse dans le four par l'ouverture 21 du fond 16. Pour s'adapter aux différents rythmes de consommation du chargement de matières premières autour d'une électrode, le dispositif de chargement selon l'invention peut fonctionner de la manière suivante: La position de la chambre annu- laire 18 est celle décrite ci-dessus, c'est-à-dire que cette chambre annulaire est remplie de son chargement et que le second élément 25 est en contact avec le premier élément 24 La chambre annu- laire 18 est divisée en plusieurs zones de chargement. Pour charger l'une de ces zones, on fait tourner le fond 16 et les parois intérieure et extérieure 14, en sens inverse du sens de rotation dans lequel la chambre annulaire 18 avait tourné au moment de son chargement La-chambre annulaire 18 tourne alors jusqu'à ce qu'à obtention d'un signal indiquant que cette chambre 18 se trouve dans la bonne position pour la zone de chargement choisie. Lorsque cette position est atteinte la rotation des parois intérieure et extérieure 14, est stoppée, et par conséquent de la feuille de capot 23, le sens de rotation est inversé, et l'on fait tourner séparément le fond 16 Par suite, l'ouverture 21 du fond 16 reste ouverte et le chargement est versé dans le four à l'endroit de la zone de chargement choisie Lorsque le chargement de cette zone choisie est terminé, la rotation du fond 16 est arrêtée Le sens de rotation est alors de nouveau inversé et le fond 16 tourne jusqu'à ce que l'ouverture 21 du fond 16 soit fermée par la feuille de capot 23 Les parois 14, 15 sont alors libérées pour qu'elles puissent tourner, et la chambre annulaire 18 se met à tourner en arrière pour revenir à sa position de départ. Pendant ce retour à la position de départ, le charge- ment est amené dans la zone vide de la chambre annu- laire 18. Dans une première forme de réalisation de l'invention,les parois intérieure et extérieure 14, 15 sont équipées de moyens permettant de les faire tourner indépendamment du fond 16 Ce résultat peut être obtenu au moyen de roues dentées ou autres moyens de transmission classiques. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, la chambre annulaire 18 peut être équipée de plusieurs tuyaux d'alimentation. Ces tuyaux d'alimentation peuvent être munis, à leurs extrémités inférieures, de soupapes ou autres moyens classiques permettant d'assurer leur fermeture En manoeuvrant ces soupapes, il est possible d'obtenir aisémentun chargement par zones avec un mélange de différentes matières premières. REVENDICATIONS 1 Procédé de chargement d'un four électrothermique de fusion, dans lequel le chargement du four est fait par fournées passant dans f des ouvertures ménagées plus ou moins concentriquement autour des électrodes, procédé caractérisé en ce que le chargement est amené à des chambres annulaires ( 18)'disposées autour des électrodes, chaque chambre annulaire comportant un fond ( 16), une paroi intérieure sensiblement concentrique et une paroi extérieure sensiblement concentrique ( 14, 15), le chargement étant amené aux chambres annulaires ( 18) en faisant tourner celles-ci, après quoi l'on fait tourner séparément les fonds ( 16) des chambres' pour permettre au chargement de ces chambres annulaires ( 18)-de tomber dans le four par au moins une ouverture ( 21) pouvant être fermée, cette ouverture étant ménagée dans chacun des fonds ( 16). 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour amener le chargement dans la chambre annulaire ( 18), on fait tourner celle-ci dans un certain sens, et en ce qu'on fait tourner séparément dans le m 4 me sens le fond ( 16) de la chambre annulaire pour faire passer dans le four le chargement de cette chambre annulaire, le sens de rotation étant ensuite inversé pour le cycle d'alimentation suivant. 3-Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, pour charger la chambre annulaire ( 18), on fait tourner de 3600 dans un certain sens la chambre annulaire avec les parois intérieure et extérieure concentriques ( 14, 15) et avec le fond ( 16), après quoi l'on fait tourner seul le fond ( 16) de 3600 dans le même sens pour faire passer le chargement de la chambre annulaire ( 18) au four. 4 Procédé selon la revendica- tion 1 caractérisé en ce que' pour charger la chambre annulaire ( 18), on fait tourner celle-ci de 3600 dans un certain sens, après quoi l'on fait tourner séparément le fond ( 16) de 3600 en sens inverse pour faire passer le chargement de la chambre annulaire au four. 5 Procédé selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que, pour faire passer le chargement de la chambre annulaire ( 18) au four, on fait tourner en sens inverses le fond ( 16) de la chambre annulaire et les parois intérieure et extérieure ( 14, 15), de celle-ci. 6 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dispositif caractérisé en ce qu'une chambre annulaire ( 18) est montée concentri- quement autour de chaque électrode ( 3), chaque chambre annulaire ( 18) comportant un fond ( 16) et des parois intérieure et extérieure sensiblement concentriques ( 14, 15), le fond ( 16) et les parois intérieure et extérieure pouvant tourner par rapport à l'électrode, et le fond ( 16) comportant au moins une ouverture ( 21) pouvant se fermer, cette ouverture communicant avec le creuset de four ( 2) placé au-dessous. 7 Dispositif selon la revendi- cation 6, caractérisé en ce que le fond ( 16) de la chambre annulaire ( 18) et les parois intérieure et extérieure ( 14, 15) de la chambre peuvent tourner les uns par rapport aux autres. 8 Dispositif selon ltune quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en 2526 1 43 ' ce qu'une feuille horizontale ( 23) est fixée aux extrémités inférieures des parois intérieure et extérieure ( 14, 15), cette feuille étant destinée à fermer l'ouverture ( 21) ménagée dans le fond ( 16) de la chambre annulaire ( 18). 9 Dispositif selon l'une quel- conque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le fond ( 16) de la chambre annulaire, ( 18) est relié aux moyens ( 19, 20) permettant de faire tour- ner ce fond ( 16) par rapport à l'électrode ( 3), et en ce qu'un élément ( 25) est fixé à l'extérieur de la paroi extérieure ( 15) de la chambre annulaire ( 18), cet élément ( 25) étant destiné à empocher momentanément la rotation des parois intérieure et extérieure ( 14, 15) pendant que le fond ( 16) tourne.