Brevet FR2547478A1 — publié le 19841214

PROCEDE ET INSTALLATION DE REGULATION D'ELECTRODE POUR FOUR A ARC la présente invention concerne la régulation d'électrode pour four à arc. Dans un four à arc triphasé, la fusion de la charge de ferrailles introduite dans le four, puis l'entretien du bain fondu en cours d'affinage sont assurés par la chaleur produite par des arcs électriques établis entre trois électrodes et la charge. La régulation d'0nctrodcs consiste h commander a Dosition des électrode en fonction d'une consigne particulière qui détermine à chaque instant un point de fonctionnement pour le four. I1 est bien entendu souhaitable que cette régulation soit conduite de manière à assurer un rendement maximal de l'arc, sans nuire à sa stabilité, ce qui s'avère en général difficile à réaliser au moins pendant la phase de fusion de la charge en raison des changements d'état et de géométrie de celle-ci. Différents types de régulation ont déjà été proposés. La régulation à tension d'arc Va constante permet un affinage très satisfaisant, mais provoque un fonctionnement instable en début de fusion et des variations importantes de l'intensité pendant toute la fusion. Une atténuation des fluctuations de l'intensité au cours de la fusion est obtenue avec une régulation de type Va-kI - constante, k étant un facteur fixe et I le courant d'arc ; toutefois, le fonctionnement reste instable en début de fusion pour ne s'améliorer qu'au fur et à mesure du déroulement de celle-ci. Il peut cncore être envisagé de travailler à résistance d'arc Ra constante ; le fonctionnement est satisfaisant en fusion et en affinage, mais n'est pas optimisé en fusion. En effet, si l'on choisit pour des raisons d'efficacité d'arc, la valeur la plus grande possible de résistance d'arc Ra compatible avec la stabilité de l'arc en début de fusion, cette efficacité décroit au fil de la fusion car la stabilisation du processus autoriserait une augmentation de la résistance d'arc admissible. Un meilleur compromis entre un bon contrele de la stabilité de l'arc et une transformation efficace de l'énergie électrique en onergie thermique transmise au four peut être obtenu avec une régulation à V,'1 = constante, V étant tension de phase en sortie du transformateur d'alimentation du four.Ce procédé présente toutefois l'inconvénient de maitriser l'impédance totale et non pas seulement celle de l'arc et donc de répercuter au niveau de l'arc des fluctuations inévitables de l'impédance de ligne. 'a présente invention a pour but de fournir un procédé de régulation d'électrode assurant au cours de la fusion le meilleur rendement énergétique de l'arc compatible avec la stabilité de celui-ci. Ce but est atteint par un procédé de régulation en cours de fusion selon lequel, conformément à l'invention, on commande la position de l'électrode pour maintenir constante la puissance active (Va.I) fournie à l'arc. CrssC b r pTneNd 21 est possible par le simple choix d'une valeur de consigne constante d'obtenir une bonne stabilité de l'arc dans la première partie de la fusion puis d'avoir ensuite l'arc le plus rayonnant possible lorsque la stabilité le permet. En effet, entre le début et la fin de la fusion, le maintien d'une puissance constante correspond à une diminution de l'intensité du courant d'arc combinée avec une augmentation de la tension d'arc ; ainsi, au début, la résistance d'arc est la plus faible garantissant la stabilité et, à la fin, la résistance d'arc est la plus forte apportant la plus grande efficacité. De préférence, afin d'optimiser le rendement énergétique on choisit une valeur de consigne de puissance active d'arc correspondant à une valeur aussi grande que possible de la résistance d'arc compatible avec la stabilité de celui-ci. La présente invention a aussi pour but de fournir une installation permettant la mise en oeuvre du procédé. Ce but est atteint grecs à une installation comportant un dispositif de déplacement d'électrode et un circuit de régulation recevant un signal de mesure et destiné à produire un signal de commande du dispositif de déplacement afin de positionner l'électrode pour maintenir le signal de mesure à une valeur de consigne prédéterminé, installation dans laquelle, conformément à l'invention, le signal de mesure est produit par un circuit de mesure de la puissance active fournie à l'arc. D'autres particularités et avantages du procédé et de l'installation selon l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après à titre indicatif, mais non limitatif. On se réfèrera aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique d'une installation de régulation conforme à l'invention ; et - la figure 2 montre des courbes illustrant la relation entre tension d'arc et intensité du courant d'arc au cours de la phase de fusion. Sur la figure l, la référence 10 désigne une des trois électrodes d'un four à arc triphasé 11. L'électrode 10 est alimentée par une ligne 12 branchée sur une sortie d'un transformateur triphasé 13, l'arc étant établi entre l'électrode 10 et la charge métallique introduite dans le four 11 et formant neutre. La position de l'électrode 10 est réglable verticalement au moyen d'un dispositif comportant un moteur 14, par exemple de type hydraulique, qui est relie mocaniquement à une barre porte-électrode 15 à laquelle l'électrode 10 est suspendue. Le moteur 14 est commandé par un signal S produit par un circuit de régulation 16. Le circuit 16 reçoit un signal de mesure Sm et élabore le signal S afin de positionner l'électrode 10 de manière que la valeur représentée par le signal de mesure Sm coincide avec une valeur de consigne Sc. Une telle installation de régulation de la position de chaque électrode est bien connue en soi et il n'est pas nécessaire de la décrire plus en détail. On peut simplement rappeler qu'elle est complétée par des moyens permettant une intervention prioritaire, soit par l'opérateur (commande manuelle des électrodes), soit automatiquement (relevage rapide d'une électrode en cas de courtcircuit). Conformément à l'invention, Se signal de mesure Sm es produit par un circuit 17 de mesure de la puissance active fournie à l'arc produit par l'électrode lD. Le circuit 17 comprend un calculateur 18 qui reçoit un signal Sv produit par un convertisseur de tension 19 et représentant la tension V en sortie du transformateur 13 et un signal Si produit par un transformateur d'intensité 20 et représentant l'intensité du courant I dans la ligne 12, et qui élabore le signal Sm représentant la puissance électrice active fournie à l'arc : Parc = V.I - Rcc I2, Hce étant la valeur de la résistance en court-circuit de la ligne 12. Le calculateur 18 peut entre réalisé sous forme analogique ou numérique. De préférence, le signal Sm représente la puissance moyenne obtenue après intégration sur une période T prédéterminée choisie suffisamment longue pour éliminer l'influence de variations brusques parasites sans pour autant affecter sensiblement la réponse du circuit de régulation 16. La période T est par exemple choisie égale à 500 ms. Le signal Sm fourni à un instant to est alors représentatif de la quantité Parc La résistance Rcc est détermine par un ou plusieurs essais préalables en court-circuit et est introduite dans le circuit de calcul 18 par l'opérateur au moyen d'organe analogique (potentiomètre) ou numérique (roues codeuses). Le signal Sm représentant la puissance active de l'arc Parc est comparé dans le circuit de régulation 16 avec le signal de consigne Sc représentant une puissance active d'arc prédéterminée P cons. te moteur 14 est commandé en fonction du résultat de cette comparaison pour avoir Parc = P cons. ; si la différence P = Parc - P cons. est négative, l'électrode est déplacée vers le bas pour raccourcir l'arc, tandis que, sinP est positive, l'électrode est relevée pour allonger l'arc. Sur la figure 2, les courbes A, R, C représentent la relation existant entre la tension d'arc Va et le courant I à différents moments de la phase de fusion, respectivement en début de fusion, pendant une phase intermédiaire de la fusion et en fin de fusion. On constate que, pour un même courant d'arc, la tension d'arc croit au fur et à mesure que la fusion se déroule. Des lignes L et L' représentent les limites de la zone de fonctionnement possible du c8té des intensités faibles et du cOté des intensités fortes. En deçà de la ligne L, l'arc n'existe pas (désamorçage) ; au-delà de la ligne L', l'alimentation électrique est coupée par un disjoncteur (non représenté sur la figure 1).Le maintien de la puissance active d'arc Parc = Va.I à une valeur constante fait que,, pendant la fusion, le point de fonctionnement reste sur une courbe hyperbolique, telle que la courbe P, P' ou P", et se déplace sur le tronçon de cette courbe compris entre les courbes A et C. Un notera que l'hyperbole P, P' ou P" possède en fait deux tronçons compris entre les courbes A et C, mais le second tronçon se trouve en dehors de la zone de fonctionnement possible, au-delà de la ligne L'. On constate qu'en début de fusion le point de fonctionnement (par exemple Fl sur la courbe P) se trouve plus éloigné de la limite de stabilité (ligne L) qu'en fin de fusion (F2 sur la courbe P). On constate également qu'au fil de la fusion, la tension d'arc croît tandis que le courant d'arc décroît inversement. Ainsi, une bonne stabilité de l'arc est garantie pendant la première partie de la fusion, c'est-à-dire pendant la partie la plus "instable" de l'opération de fusion. Ensuite, le point de fonctionnement se rapproche de la limite de stabilité, ce qui est parfaitement compatible avec la "stabilisation" de l'opération de fusion. Ce rapprochement de la limite de stabilite s'accompagne d'une augmentation du rapport Va/I donc d'une meilleure efficacité de l'arc pour la fusion (résistance d'arc plus grande, arc plus rayonnant et usure d'électrode moindre). L'optimisation du rendement énergétique impose de choisir comme valeur de consigne P cons. celle qui correspond, en fin de fusion, à la valeur maximale de résistance d'arc Va/I compatible avec la stabilité de l'arc. On choisira donc parmi les courbes P, P' et P" celle (P) qui passe le plus pres de la ligne L en laissant toutefois une marge suffisante supérieure à ce qui correspond à l'écart maximal permis par la régulation entre les valeurs Parc et P cons. Le mode de régulation décrit convient parfaitementpour la phase de fusion. En phase d'affinage, un autre mode de régulation peut être choisi pour tenir compte des nouvelles propriétés recherchées pour l'arc (arc moins rayonnant pour éviter une détérioration des parois), par exemple une régulation du type à résistance d'arc (Va/I) constante. Bien entendu, différentes modifications ou adjonctions pourront être apportées au procédé et à l'installation décrits ci-avant sans pour cela sortir du cadre de protection défini par les revendications annexées. REVENDICATIONS 1) Procédé de régulation d'électrode pour four à arc pendant la fusion, caractérisé en ce que l'on commande la position de l'électrode pour maintenir constante la puissance active (Va.I) fournie à l'arc. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on choisit une valeur de consigne de puissance active d'arc correspondant à une valeur aussi grande que possible de la résistance d'arc (Va/I) compatible avec la stabilité de celui-ci. 3) Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, installation comportant un dispositif (14, 15) de déplacement de l'électrode (10), un circuit de régulation (16) recevant un signal de mesure (Sm) et destiné à produire un signal de commande (S) du dispositif de déplacement afin de positionner l'électrode (10) pour maintenir le signal de mesure à une valeur de consigne (Sc) prédéterminée, caractérisée en ce que le signal de mesure (Sm) est produit par un circuit (17) de mesure de la puissance active (Parc = Va.I) fournie à l'arc.