Brevet FR2527756A1 — publié le 19831202

_ 1 _ PROCEDE DE FUSION METALLURGIQUE ET FOUR A ARC POUR SA MISE EN OEUVRE La présente invention concerne les techniques de fusion par arc électrique du type de celles qui sont utilisées en métallurgie, pour fondre les métaux et allia- ges, ou tous matériaux conducteurs. On utilise en métallurgie des fours à arc qui permettent de provoquer la circulation d'un courant élec- trique à travers une masse conductrice à fondre par au moins un arc électrique créé entre cette masse et une électrode disposée au-dessus d'elle. Actuellement, les fours de ce genre fonction- nent le plus souvent avec du courant alternatif triphasé, appliqué sur trois électrodes disposées au-dessus de la masse à fondre On crée donc en fait trois arcs, respec- tivement entre chacune des électrodes et la masse à fon- dre qui représente le neutre, et chacun de ces arcs fonc- tionne en courant alternatif, chaque électrode étant alter- nativement au pôle positif et au pôle négatif Cette solu- tion a l'inconvénient d'être coûteuse in consommation d'élec- trodes. En variante on a aussi proposé une disposition o l'alimentation électrique s'effectue en courant continu, avec création d'un arc unique Mais la disposition connue implique alors qu'une autre électrode, de polarité opposée à celle qui est disposée au-dessus de la masse à fondre, traverse la sole du four pour assurer un contact électrique direct avec le fond de cette masse On se heurte alors à des difficultés de montage et de fonctionnement, liées à cette électrode, dite électrode de sole Les limites tech- nologiques imposées par la nécessité de traverser les pa- rois réfractaires du four, le contact avec les métaux en 2 - cours de fusion, le dimensionnement de l'électrode, la nécessité de la refroidir, etc font que l'on ne sait pas conduire de cette manière les fortes puissances qui seraient souhaitables pour les fours de grande capacité. L'invention apporte l'avantage par rapport aux techniques connues, de permettre une alimentation en courant continu tout en évitant l'emploi d'une élec- trode de sole, de sorte qu'il devient possible de mettre à profit des facilités de fonctionnement apportées par le courant continu aux fortes puissances. Elle a pour objet un procédé de fusion métal- lurgique, suivant lequel on provoque la circulation d'un courant électrique dans une masse conductrice à fondre, par au moins un arc électrique-créé entre cette masse et une électrode disposée au-dessus d'elle, qui se caracté- rise en ce que l'on crée deux tels arcs électriques, cha- cun avec l'une des électrodes d'une paire de deux élec- trodes, que l'on alimente chacune en courant continu, res- pectivement sous deux polarités différentes. L'invention a aussi pour objet un four de fu- sion métallurgique, permettant la mise in oeuvre d'un tel procédé, four caractérisé en ce qu'il comoorte des moyens de réception d'une masse conductrice à fondre dans une partie inférieure du four, au moins une paire de deux élec- trodes pénétrant dans une partie supérieure du four, pour la création d'arcs électriques entre chaque électrode et ladite masse, et des moyens d'alimentation électrique pour appliquer un courant continu à chacune des électrodes de ladite paire, respectivement sous deux polarités différen- tes. De préférence, il est prévu en outre que le four soit équipé d'une sonde conductrice en contact avec la masse à fondre à travers le fond du four, cette sonde, -3- sensible au potientiel pris par la masse, permettant d'uti- liser cette information dans une régulation de la tension de chaque électrode par rapport à cette masse. D'autres particularités de l'invention res- sortent de la description donnée ci-après d'un mode de réalisation particulier, nullement limitatif, o le four de fusion utilisé dans la mise en oeuvre de l'invention est constitué comme il apparaft sur la figure unique jointe, qui le représente schématiquement en coupe verti- cale partielle. Le four représenté comporte d'une manière classique une cuve métallique 1, soutenue par un bâti 2 et complétée intérieurement par un garnissage réfractaire 3 dans sa partie inférieure 5 et par des panneaux refroi- dis 4 dans sa partie supérieure 17 La partie inférieure est destinée à contenir une masse conductrice à fondre constituée par exemple de ferrailles dans le cas de la fusion de l'acier. Par l'ouverture supérieure de la cuve, deux électrodes 6 et 7 pénètrent dans la partie supérieure du four Elles sont constituées en graphite ou en autres composés réfractaires conducteurs et disposées symétri- quement, verticalement au-dessus de la partie inférieure du four qui reçoit la masse métallique à fondre 10 En fonctionnement la fusion est assurée électriquement, en faisant circuler un courant électrique dans la masse, grâce à des arcs créés entre chaque électrode et cette masse Conformément à l'invention, il s'agit d'un courant continu, les électrodes 6 et 7 étant reliées respective- ment aux deux bornes opposées d'une source de courant continu à thyristor 8 En fonctionnement, la masse à fondre 10 se trouve donc, par rapport au neutre électrique 9 de la cuve, à un potentiel flottant intermédiaire eitre *>? 2 ux 4- des deux électrodes de polarités opposées. Le four est équipé pour permettre de détec- ter ce potentiel flottant et de l'utiliser dans la régula- tion des conditions de mise en oeuvre du procédé de fusion. A cet effet, une sonde conductrice I 1 traverse la cuve 1 et le garnissage réfractaire 3, au fond du four, de sorte que son extrémité soit en contact avec la masse en cours de fusion à l'intérieur du four Comme elle n'a pas de rôle direct dans la transmission de la puissance électri- que nécessaire à la fusion, elle se présente sous la for- me d'une tige métallique de diamètre relativement faible, entourée de préférence par une chemise de refroidissement. Les deux électrodes 6 et 7 sont portées par des dispositifs qui permettent de les déplacer verticale- ment, d'une manière qui est d'ailleurs en elle-même clas- sique du point de vue mécanique On a ainsi représenté pour chaque électrode une-potence support comprenant un bras horizontal 12 (ou 22) à l'extrémité duquel est fixée l'électrode 7 (ou 6) et qui coulisse sur un mât vertical 13 (ou 23) sous la commande d'un système de vérin entraîné par un moteur électrique 14 (ou 24) Le déplacement des électrodes permet d'amener celles-ci tout près des fer- railles pour amorcer les arcs au début d'une opération de fusion, puis de les éloigner une fois les arcs amorcés et de régler la longueur des arcs tout au long de l'opération en rapprochant progressivement les électrodes de la masse en cours de fusion, au fur et à mesure qu'elles se consom- ment. Dans le mode de mise en oeuvre préféra de l'invention ici décrit, le principe de la régulation con- siste à maintenir l'intensité du courant d'alimentation constante, au niveau de la source 8, et à régler la ten- sion appliquée à chaque électrode par rapport au potentiel - de la masse en cours de fusion, en agissant sur la longueur de l'arc correspondant par la position de l'électrode Deux ensembles de régulation symétriques sont associés respecti- vement aux deux électrodes 6 et 7 de polarités opposées. Chacun comporte un dispositif de mesure de tension 15 (ou ) monté entre le conducteur d'alimentation de l'électrode 7 (ou 6) et l'extrémité de la sonde Il extérieure au four, et un régulateur 16 (ou 26) qui commande la rotation du moteur 14 (ou 24) de manière à maintenir à une valeur de consigne prédéterminée, la différence de potentiel mesurée par le dispositif 15 (ou 25) On voit donc que la puissance énergétique peut être régulée aisément en réglant automa- tiquement les tensions d'électrode pendant que l'intensité de courant est maintenue constante séparément. Naturellement l'invention n'est en rien li- mitée par les précisions apportées ci-dessus dans la des- cription d'une réalisation particulière Ainsi notamment, le four selon l'invention peut comporter plus de deux électrodes, bien que l'on n'ait pas en général intérêt à augmenter le nombre de ces électrodes, qui se consomment rapidement et d'autant plus vite que la puissance trans- mise est plus élevée On remarquera à ce sujet que la sonde de détection du potentiel de la masse en cours de fusion ne se consomme pratiquement pas et qu'elle est fa- cile à refroidir avec une efficacité qui évite qu'elle s'échauffe jusqu'à la fusion. -6 REVENDICATIONS 1 Procédé de fusion métallurgique, suivant lequel on provoque la circulation d'un courant électrique dans une masse conductrice à fondre ( 10), par au moins un arc électrique créé entre cette masse ( 10) et une électrode ( 6) disposée au-dessus d'elle, caractérisé en ce que l'on crée deux tels arcs électriques,chacun avec l'unedes élec- trodes d'une paire de deux électrodes ( 6,7), que l'on ali- mente chacune en courant continu, respectivement sous deux polarités' différentes. 2 Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'on détecte le potentiel pris en fonction- nement par ladite masse ( 10). 3 Procédé selon la revendication 2, caracté- risé en ce que pendant la fusion, on maintient à une valeur de consigne prédéterminée la différence de potentiel entre chaque électrode et ladite masse en agissant sur la posi- tion de cette électrode. 4 Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que l'alimentation des électrodes s'effectue en courant continu à intensité cons- tante. Four de fusion métallurgique, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de réception d'une masse à fondre ( 10) dans une partie inférieure ( 5) du four, au moins une paire de deux telles électrodes ( 6,7) pénétrant dans une partie supérieure ( 17) du four, pour la création d'arcs elec- triquesentre chaque électrode et ladite masse, et une sour- ce d'alimentation électrique ( 8) pour appliquer un courant continu à chacune des électrodes ( 6,7) de ladite paire, respectivement sous deux polarités différentes. 7- 6 Four selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte une sonde ( 11) de détection du poten- tiel de la masse à fondre ( 10), en contact électrique avec ladite masse à travers le fond du four. 7 Four selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens ( 15, 25) pour mesurer la différence de potentiel entre chaque électrode ( 7, 6) et ladite sonde ( 11) et des moyens ( 16, 26) pour la maintenir à une valeur de consigne prédéterminée par réglage de la position de l'électrode correspondante en déplacement ver- tical. 8 Four selon la revendication 7, caractérisé en ce que la source d'alimentation électrique ( 8) est une source de courant continu à intensité constante.