Brevet FR2572874A1 — publié le 19860509

Electrode en graphite pour un four à arc L'invention concerne une électrode pour un four à arc,cette électrode comprenant une enveloppe refroidie qui est entourée d'une enveloppe protectrice réfractaire. Une telle électrode est décrite dans la revue "Stahl und Eisen" (1984) Nr. 1, pages 11 à 36. Un composite céramique/graphite est ici rapporté sur une partie médiane pour protéger l'enveloppe métallique contre les décharges électriques.En outre, des anneaux en graphite sont fixés par vis. L'objet de l'invention est, pour une électrode du type cité au début, de s'opposer au décollement de la couche protectrice de l'enveloppe et d'augmenter la stabilité de la couche protectrice en particulier vis à vis des contraintes mécaniques, tout en éliminant simultanément les décharges électriques. Selon l'invention l'objet ci- dessus est atteint pour une électrode du type citée au début, en ce que plusieurs éléments d'ancrage,le cas échéant en matériau céramique réfractaire cuit, sont fixés à distance les uns des autres, le cas échéant de façon à pouvoir coulisser extérieurement sur l'enveloppe, qu'entre les éléments d'ancrage une couche protectrice est déposée et que la couche protectrice, à la température de fonctionnement de l'électrode, est thermoplastique dans une zone interne vis-à-vis de l'enveloppe et mécaniquement solide dans sa zone externe. Grâce à cette structure on obtient que la couche protectrice ne se décolle pas même par fortes vibrations de l'électrode. Les nombreux éléments d'ancrage maintiennent la couche protectrice. Ils absorbent aussi les contraintes de température. La solidité de la zone externe de la couche protectrice représente une protection efficace de l'enveloppe. Sa z'one interne par contre plastique offre une bonne liaison avec la couche de fond. L'objet de l'invention est atteint aussi avec une électrode du type cité au début,qui est caractérisée en ce que plusieurs éléments d'ancrage, le cas échéant en matériau céramique réfractaire cuit, sont fixés à distance les uns des autres, le cas échéant de façon à pouvoir coulisser, extérieurement sur l'enveloppe, qu'entre les éléments d'ancrage une couche protectrice est déposée et que la couche protectrice, à la température de fonctionnement de l'électrode, est thermoplastique dans une zone interne vis à vis de l'enveloppe et comporte dans sa zone externe une phase céramique fondue très visqueuse. Une telle électrode offre les mêmes avantages que l'électrode décrite ci-dessus.Seulement la couche efficace pour protéger l'enveloppe contre les contraintes mécaniques n'est pas obtenue par une couche dure externe, mais par une couche externe relativement molle à hautes températures, qui lors de dommages présente une sorte d'effet d'auto-réparation. Si, lors du remplissage du four la couche protectrice est endommagée par exemple par une pièce de ferraille, le matériau de la phase fondue très visqueuse coule dans la fissure formée et la remplit ainsi à nouveau. Dans la réalisation de l'invention on rapporte une couche de fond adhérant fortement sur l'enveloppe comme couche porteuse pour la couche protectrice.Dans le cas d'une couche de fond en oxyde d'aluminium elle est électriquement isolante. La couche de fond peut aussi âtre une masse de graphite avec un liant, comme une résine phénolique ou une résine époxy. Ainsi est réalisé un bon échange thermique de la couche protectrice à l'enveloppe, en particulier à une enveloppe en acier. Dans une autre réalisation de l'invention la couche de fond peut ttre constituée d'un matelas de fibres réfractaires à base de fibres de silicate d'alumine, qui est renforcé avec un liant céramique contenant du phosphate. La couche protectrice céramique est constituée de préférence d'un matériau en grains riche en alumine avec des liants et avec des plastifiants le cas échéant. On obtient ainsi une résistance mécanique élevée dans la zone externe de la couche protectrice. De préférence, la couche protectrice présente comme matériau de base réfractaire de l'alumine tabulaire ou un mélange bauxite-alumine tabulaire avec une granulométrie de O à 3mmo D'autres caractéristiques de l'invention découlent de la description suivante d'un mode d' application. La figure unique du dessin annexé montre en coupe une électrode en graph ite avec enveloppe d'acier protégée. Une électrode 1 présente une enveloppe d'acier 2, qui est refroidie au moyen de conduits d'amenée d'eau qui ne sont pas représentés en détail. L' enveloppe d'acier 2 est protégée contre les décharges électriques et les contraintes mécaniques par l'enveloppe 3 réfractaire décrite en détail ci-dessous. A l'extérieur sur l'enveloppe d'acier sont soudés plusieurs ressorts hélico0daux 4 ou ressorts en étriers 4', qui sont répartis régulièrement d'une part sur la longueur de l'enveloppe d'acier 2 et d'autre part sur sa périphérie. Sur chaque ressort 4,4' est cimenté un élément d'ancrage 5 qui est constitué d'un matériau céramique réfractaire cuit. L'élément d'ancrage 5 s'effile en cône en direction de l'enveloppe d'acier. Il est composé d'un mélange d'environ 50% en poids de Al- 0 3 et d' environ 50% en poids de ZrO et est cuit. Les éléments d'ancrage 5 présentent donc une certaine mobilité vis à vis de l'enveloppe d'acier. A la partie inférieure de l'électrode 1 est représenté schématiquement une partie d'usure 12. Sur l'enveloppe d'acier 2 est déposée une couche de fond 7. Sur la couche de fond 7 est déposée une couche céramique protectrice 8 entre les éléments d'ancrage 5 ainsi qu'entre les éléments d'ancrage 5 et un anneau de fermeture 6. La couche protectrice 8 avec la couche de fond 7 a une épaisseur d'environ 20 mm à 50 mm. La couche protectrice 8 dépasse les éléments d'ancrage 5 au plus de façon peu importante. La couche de fond 7 est conçue de telle sorte qu'elle adhère bien sur l'enveloppe d'acier 2. La couche protectrice 8 ne doit pas se décoller sous 1' effet des vibrations survenant en service et ttre résistante aux contraintes mécaniques. Elle est constituée pour celà de telle sorte que dans une zo6ne interne 9 elle reste dans une certaine mesure plastique. Dans une zone externe 10, la couche protectrice 8 doit présenter une résistance mécanique élevée et une surface dense. Ensemble, la couche de fond 7 et la couche protectrice 8 doivent 9tre isolantes. La couche protectrice 8 peut aussi présenter dans sa zane externe une phase fondue hautement efficace, qui a pour effet lors de dommages mécaniques de l'enveloppe protectrice d'opérer une auto-réparation. Dans un mode de réalisation de l'invention, la couche de fond 7 est constituée d'une couche d'A103 pulvérisée à la flamme, qui est mince en comparaison de la couche protectrice 8. Cette couche de fond 7 est électriquement isolante. La couche protectrice 8 est constituée d'un mélange bauxite-alumine tabulaire d'une composition donnée ci-dessous: 90 Z en poids bauxite + alumine tabulaire (0-3mm) 0-3% en poids Cr,0vert fin 1-4% en poids argile plastique et/ou bentonite 1-2% en poids acide borique 0-4% en poids anhydride borique 0-4% en poids phosphate d'aluminium peu soluble -15% en poids p9te de silicone ou huile de silicone 2-4% en poids eau. A des températures de 800 'C à 1 000 C la zone externe 10 est mécaniquement solide et présente une surface étanche frittée. Par contre la zone interne 9 est certes solide, mais est cependant plastiquement déformable. Les mouvements thermiques de la couche protectrice 8 sont repris par les éléments d'ancrage 5 à ressorts. Ils amortissent aussi les contraintes sur la zone externe 10 dues aux vibrations. Dans un autre mode de réalisation de l'invention la couche de fond 7 est formée d'une masse de graphite lamellaire avec un liant de résine synthétique. Comme liant on utilise 3 à 7% en poids de résine synthétique, comme une résine phénolique ou résine époxy. En outre la masse de graphite peut contenir de 3 à 10% en poids de pate de silicone. La couche protectrice 8 est constituée d'un mélange de bauxite-alumine tabulaire: -90% en poids bauxite + alumine tabulaire (0-3mm) 4-12% en poids argile plastique et/ou bentonite 0-3% en poids CrlO3 vert fin 2-4% en poids acide borique 0-4% en poids anhydride borique 0-4% en poids phosphate d'aluminium peu soluble 3-9% en poids eau. La masse fusible hautement visqueuse, qui lors d'un dommage de la couche protectrice a l'effet cité d' auto-réparation, est obtenue par réactions de la bentonite en forte proportion avec le liant acide borique et/ou anhydride borique. REVENDICATIONS 6 1. Electrode pour un four à arc,comprenant une enveloppe refroidie qui est -entourée d'une enveloppe protectrice réfractaire, caractérisée en ce que plusieurs éléments d'ancrage (5), le cas échéant en matériau céramique réfractaire cuit, sont fixés à distance les uns des autres, le cas échéant de façon à pouvoir coulisser, extérieurement sur l'enveloppe (2), qu'entre les éléments d'ancrage (5) une couche protectrice (8) est déposée et que la couche protectrice (8), à la température de fonctionnement de l'électrode, est thermoplastique dans une zone interne (9) vis-à-vis de l'enveloppe (2) et mécaniquement solide dans sa ztne externe (10). 2. Electrode pour un four à arc, comprenant une enveloppe refroidie qui est entourée d'une enveloppe protectrice réfractaire, caractérisée en ce que plusieurs éléments d'ancrage (5),, le cas échéant en matériau céramique réfractaire cuit,sont fixés à distance les uns des autres, le cas échéant de façon à pouvoir coulisser, qu'entre les éléments d'ancrage (5) une couche protectrice (8) est 0 déposée et que la couche protectrice (8), à la température de fonctionnement de l'électrode, est thermoplastique dans une zone interne (9) vis-à-vis de l'enveloppe (2) et comporte dans sa zone externe (10) une phase céramique fondue très visqueuse. 3. Electrode selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que sur l'enveloppe (2) une couche de fond (7) solidement adhérente est déposée comme couche porteuse de la couche protectrice(8). 4. Electrode selon la revendication 3, caractérisée en ce que la couche de fond (7) est constituée d'un oxyde d' aluminium (AlO23). 5. Electrode selon la revendication 3,caractérisée en ce que la couche de fond (7) est constituée d'une masse de graphite avec un liant comme une résine phénolique ou une résine époxy. 6. Electrode selon la revendication 5, caractérisée en ce que la couche de fond (7) contient de la pâte de silicone. 7. Electrode selon la revendication 3, caractérisée en ce que la couche de fond (7) est constituée d'un matériau de fibres réfractaires à base de fibres desilicate d'alumine, qui est renforcé avec un liant céramique contenant du phosphate. 8. Electrode selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche protectrice céramique (8) est constituée d'un matériau en grains riche en alumine avec des liants et le cas échéant des plastifiants. 9. Electrode selon la revendication 8, caractérisée en ce que la couche protectrice (8) présente comme matériau de base réfractaire de l'alumine tabulaire ou un mélange bauxite-alumine tabulaire avec une granulométrie de 0 à 3mm. 10. Electrode selon l'une quelconque des revendications 1,8,9, caractérisée en ce que la couche protectrice (8) est constituée de -90% en poids bauxite + alumine tabulaire (0-3mm) 0- 3% en poids Crûo3 vert fin 14% en poids argile plastique et/ou bentonite 1- 2% en poids acide borique 0- 4% en poids anhydride borique 0- 4%7. en poids phosphate d'aluminium peu soluble -15% en poids pite de silicone ou huile de silicone 2- 4% en poids eau. 11. Electrode selon l'une quelconque des revendications 2,8,9, caractérisée en ce que la couche protectrice (8) est constituée de -90% en poids bauxite + alumine tabulaire (0-3mm) 4-12% en poids argile plastique et/ou bentonite 0- 3% en poids CrO3 vert fin 2- 4% en poids acide borique 0- 4% en poids anhydride borique 0- 4% en poids phosphate d'aluminium peu soluble 3- 9% en poids eau 12. Electrode selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que les éléments d'ancrage (5) s'effilent en c8ne en direction de l'enveloppe (2).