Brevet FR2534691A1 — publié le 19840420

Dispositif de mesure de tension d'arc sur un four électrique La présente invention se rapporte à un dispositif permettant de mesurer, sur chacune des électrodes, la tension d'arc en cours de fonction- nement d'un four électrique destiné à la fusion ou à la transformation de ferrailles. Le four électrique à arc est un appareil qui a pour but de fondre une charge métallique, mise sous forme de ferrailles en vrac, pour obtenir un bain fondu d'acier Ce métal liquide peut ou non être affiné dans le four à arc lui-même pour en faire un acier de caractéristiques données. Avant tout, et cette tendance se marque de plus en plus dans les aciéries modernes, le four électrique à arc est un outil de fusion de ferrailles. Un four à arc est équipé de trois électrodes verticales en graphi- te Les électrodes sont équipées chacune d'un moyen individuel de montée et descente qui permet, pendant la fusion d'une charge de ferrailles, d'être à tout moment à la bonne distance de la ferraille Les arcs s'établissent entre chacune des électrodes et la charge à fondre Le courant qui circule dans les électrodes est un courant alternatif triphasé, normalement équili- bré, ou presque, dont la valeur se chiffre en dizaines de milliers d'ampè- res Le circuit d'amenée du courant présente une impédance non négligeable devant l'impédance d'arc, ce qui fait que la tension d'arc représente envi- ron 70 à 90 % seulement de la tension aux bornes du transformateur L'impé- dance du circuit d'amenée du courant est surtout réactive, et sa valeur n'est pas constante car elle dépend de la géométrie du circuit, essentielle- ment déformable par le fait que les électrodes ont des possibilités de translation verticale de plusieurs mètres pendant le temps que les arcs sont établis. Afin de permettre la régulation souhaitée de l'énergie appliquée à la ferraille dans le four, il est nécessaire de connaître à chaque ins- tant la tension d'arc de chacune des électrodes. Dans la technique actuelle, la mesure de la tension d'arc est issue d'un calcul partant d'une valeur de tension mesurée, soit aux bornes du transformateur d'alimentation, soit aux extrémités aval des câbles d'ame- née du courant partant de ces bornes Le résultat de cette mesure est très imprécis car l'impédance du circuit est variable et sa valeur ne peut être déterminée au moment du calcul de la tension d'arc; elle est, pour ce cal- cul, supposée avoir une valeur moyenne constante, ce qui est forcément inexact Dans le cas o l'on masure la tension à l'extrémité aval des câbles d'alimentation, les résultats ne sont pas meilleurs, car alors la tension mesurée est fausse, en raison de la forte influence des courants de puissance qui induisent des tensions d'erreur dans le circuit de mesure. Le dispositif de mesure de l'invention permet une mesure de ten- sion d'arc plus précise que celles effectuées jusqu'alors Il est applica- ble aux fours électriques munis d'électrodes dont la partie supérieure est métallique et refroidie par circulation d'eau, tel que décrit par exemple dans le brevet U S 4 121 042, et il est caractérisé en ce qu'il comporte un fil de mesure partant de la pièce de fixation de la partie en graphite de l'électrode, passant dans l'axe longitudinal de la partie métallique refroidie de ladite électrode, puis passant à l'intérieur d'une des condui- tes d'amenée ou de retour d'eau de refroidissement, puis aboutissant à un ensemble électronique de transformation du signal reçu en lumière, ou autre onde électromagnétique, le signal ainsi transformé étant alors acheminé, par exemple par fibre optique, vers la salle de contrôle. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivan- te d'un exemple de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue d'ensemble schématique du dispositif de mesure de l'invention la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une électrode refroidie équipée du dispositif de mesure de l'invention. On reconnaît sur la figure 1 une des trois électrodes 1 passant au travers du couvercle 2 d'un four électrique à arcs, composée d'une par- tie inférieure 3 en graphite consommable et d'une partie supérieure 4 métal- lique et refroidie par circulation d'eau, les deux parties 3 et 4 étant réu- nies par une pièce bi-tronconique filetée 5, appelée "Nipple" De telles électrodes sont connues depuis quelques années seulement et sont décrites dans quelques publications récentes, tel que par exemple le brevet US 4.121 042. L'électrode 1 est tenue par une pince 6 placée en bout d'un bras de support 7 Le bras 7 est lui-même porté par un mât 8 réglable en hauteur par un dispositif classique non représenté. La tension électrique issue d'une des trois bornes du secondaire du transformateur triphasé d'alimentation est appliquée sur la pince métal- lique 6 à l'aide de câbles de puissance 9 et 10. La partie métallique 4 de l'électrode 1 est refroidie par un cir- - cuit de circulation d'eau comportant un tube flexible d'amenée d'eau Il aboutissant dans l'axe de l'électrode, et un tube flexible de retour d'eau 12 en partant par le côté supérieur. En se reportant également à la figure 2, on peut voir en détails le circuit de circulation d'eau à l'intérieur de la partie métallique refroidie 4 de l'électrode 1 On remarquera que l'eau y circule tout d'abord de haut en bas dans un canal axial 13 parcourant toute la longueur de la partie métallique refroidie 4. Conformément à l'invention, un fil électrique de mesure 16 part de la pièce de raccordement 5, ou "Nipple", circule selon l'axe de la par- tie métallique refroidie 4, passe ensuite à l'intérieur du tuyau d'amende d'eau 11, pour aboutir à un coffret électronique 14 placé à l'extrémité amont du bras de support 7. Le coffret électronique 14 comporte un dispositif mesurant la ten- sion instantanée au point 5,, c'est à dire à l'extrémité aval de la partie métallique refroidie 4, transformant cette valeur de tension mesurée en valeur de tension efficace, puis convertissant cette mesure en un signal op- tique qui est alors transmis à l'aide d'une fibre optique 15 vers lasalle de commande Le signal reçu est alors utilisé pour réguler la position ver- ticale du mât 8, c'est à dire finalement la puissance d'arc. On remarquera que l'invention permet une mesure de la tension d'arc grandement améliorée La tension est en effet mesurée sur la pièce de raccordement 5 c'est à dire très près de l'extrémité de l'électrode 1; le fil de mesure 16 passe au centre de la partie métallique 4 et l'induction y est nulle car le champ électromagnétique est nul au centre d'un conducteur. Le fil 16 continue ensuite son chemin à l'intérieur des conduites Il d'amenée d'eau de refroidissement de l'électrode Sur cette portion de chemin, l'induction parasite existe mais est atténuée par le fait que le câ- ble de mesure 16 est soigneusement blindé par le matériau même des tuyaute- ries La tension mesurée est convertie en lumière dans le coffret 14 puis, transmise par fibre optique 15, ne subit plus de perturbations - La figure 2 montre le détail des connexions de la partie aval du câble de mesure 16 et du flexible d'amenée'd'eau Il avec la partie métalli- que refroidie 4 - Dans le conduit central 13 par lequel arrive l'eau de refroidisse- ment amenée par le flexible Il et circulant comme indiqué par les flèches, on trouve un tube coaxial 17 fixé à sa partie supérieure par une bride 18 percée de trous pour permettre la circulation d'eau, et centré dans le con- 253469 1 duit 13 par des ailettes 19 Dans l'axe de ce tube 17 on trouve le fil con- ducteur isolé 16 solidaire à son extrémité aval d'une pastille métallique fortement appliquée contre la partie métallique 4 de l'électrode par un bouchon fileté 21 Une prise étanche 22 permet de connecter et de déconnec- ter rapidement le fil de mesure 16. t 25346-91 REVENDICATION Dispositif destiné à la mesure de la tension d'arc sur une élec- trode de four électrique, ladite électrode comportant une partie supérieure ( 4) métallique et refroidie par circulation d'eau, et une partie inférieure ( 3) en graphite reliée à la partie supérieure ( 4) par une pièce filetée ( 5), caractérisé en ce qu'il comporte un fil électrique de mesure ( 16) partant de la pièce ( 5) de fixation de la partie en graphite ( 3) de l'électrode, passant selon l'axe longitudinal de la partie métallique refroidie ( 4) de ladite électrode, puis passant à l'intérieur d'une des conduites d'amenée- ou de retour d'eau de refroidissement, puis aboutissant à un ensemble élec- tronique ( 14) de transformation du signal de mesure de tension reçu en onde lumineuse, ou autre onde électromagnétique, le signal de mesure ainsi trans- formé étant alors acheminé, par exemple par fibre optique, vers la salle de contrôle.