Brevet FR2587871A1 — publié le 19870327

La présente invention concerne des moyens utilisés avec des électrodes à cuisson automatique qui sont conçues pour être descendues dans un four de fusion ou de réduction et qui sont équipées de structures d'alimentation en courant. Une électrode à cuisson automatique encore appelée électrode de S6derberg, est utilisée essentiellement dans la fabrication de ferro-alliages dans des fours de réduction. Extérieurement, la colonne d'électrode consiste en une enve- loppe cylindrique en fer ayant une épaisseur de 0,2 à 3 mm, en fonction du diamètre de l'électrode. On construit la co- lonne en soudant successivement sur elle des tubes d'acier en tôle mince, qui sont renforcés intérieurement par des nervu- res en acier et/ou des ailettes en tôle, à une vitesse égale à celle à laquelle l'électrode est consommée. On emplit le tube avec le corps ou la pâte d'électrode, par le haut. Le corps de l'électrode consiste souvent en anthracite, en coke de pétrole, en graphite, en houille bitumineuse, en goudron de houille et en goudron de bois. Plus bas le long de la co- lonne d'électrode, le courant électrique est appliqué par des structures qu'on appelle des sabots de contact. La cuisson du corps de l'électrode se produit dans la zone voisine des sa- bots de contact. Après cuisson, une électrode est un bon con- ducteur du courant, tandis qu'avant cuisson une électrode est un mauvais conducteur. Lorsque le courant traverse le corps de l'électrode, celui-ci est chauffé par le dégagement de chaleur par effet Joule. Tout d'abord, le corps se ramollitet il fond à une température de 50-100 C, selon la composition. A 350 C, le processus de cuisson commence, et des gaz et des composants volatils commencent à s'échapper. Le processus de cuisson peut se poursuivre jusqu'à une température d'environ 800 C, à laquelle les dernières substances volatiles sont chassées. Le corps de l'électrode présente une mauvaise con- ductivité avant la cuisson. De ce fait, l'enveloppe en acier et les renforts internes en acier doivent acheminer le cou- rant électrique dans une large mesure dans la zone située immédiatement au-dessous des sabots de contact, dans laquelle le processus de cuisson n'a pas encore été achevé. La cuisson du corps de l'électrode conformément au procédé utilisant une électrode de S5derberg, comme décrit ci-dessus, est complexe et difficile à maîtriser. Lorsque la vitesse de consommation est supérieure à la vitesse de cuis- son, il peut se produire ce qu'on appelle une rupture avant cuisson, c'est-à-dire que le corps de l'électrode qui n'est pas cuit tombe en glissant dans l'enveloppe en fer et en em- plissant le volume du four. Ceci est dangereux pour le maté- riel, l'environnement et le personnel. Un autre inconvénient de ce type de fabrication d'électrode consiste en ce qu'on ne peut pas l'automatiser d'une manière simple et en ce qu'on ne peut pas utiliser des électrodes gainées par de la tôle de fer pour fabriquer par exemple du silicium, dans lequel le fer est une impureté nui- sible. On utilise le silicium en tant que matière première dans l'industrie des silicones, pour la fabrication de semi- conducteurs et pour allier l'aluminium. L'invention vise à procurer une solution aux pro- blèmes précités ainsi qu'à d'autres problèmes qui leur sont associés. Les moyens conformes à l'invention sont caractéri- sés en ce qu'un four ou un dispositif de chauffage à induc- tion est disposé avant les structures d'alimentation en cou- rant dans la direction d'avance, ce four ou de dispositif de cchauffage erntourant -L'électrode et étant destiné à fournir de l'énergie à l'électrode, pour sa cuisson. On utilise donc un four à induction pour chauffer et cuire le corps de l'élec- trode. Les avantages de l'invention sont multiples: - On peut commander la vitesse de cuisson et on peut donc éviter le risque de rupture de l'électrode. Ceci permet éga- lement d'utiliser l'électrode à cuisson automatique dans des applications dans lesquelles il est actuellement nécessaire d'utiliser des électrodes pré-cuites (électrodes en carbone ou en graphite). - On peut supprimer l'enveloppe en acier et les renforts, et on peut donc automatiser plus simplement la fabrication de l'électrode. - On peut par exemple utiliser l'électrode dans la fabrica- tion de silicium, lorsque l'électrode ne contient pas de fer. - On obtient des avantages de construction en ce qui concerne la conception et l'emplacement des sabots de contact. Les sabots de contact peuvent être placés au-dessus du toit du four lorsque les pertes relatives au courant sont limitées. - On peut fabriquer d'une manière simple une électrode creuse. On peut former l'électrode à partir d'une enveloppe en tôle de fer cylindrique qui fait place à une enveloppe en céramique dans la zone du four à induction, laquelle fait place à son tour, au-dessous du four, à une partie équipée d'une enveloppe en tôle de fer. La colonne d'électrode est normalement maintenue verticale par des porte-électrode qui sont placés au-dessous du four et qui viennent en contact avec l'électrode cuite non gainée, comme décrit ci-après et dans le dessin annexé. L'avance de l'électrode peut s'effec- tuer par exemple au moyen de cylindres d'avance spéciaux. Lorsque l'avance de l'électrode est effectuée, l'enveloppe et le four sont verrouillés en position et le corps de l'élec- trode s'enfonce dans l'enveloppe. On peut effectuer automati- quement le remplissage du corps de l'électrode, simultanément à l'avance. Lorsqu'on effectue la commande de l'électrode, l'enveloppe et le four se déplacent avec la colonne d'élec- trode, c'est-à-dire qu'il n'y a pas de mouvement relatif en- tre le corps de l'électrode et l'enveloppe. On peut par exem- ple effectuer la commande de l'électrode au moyen de cylindres de commande d'électrode. L'invention sera exemplifiée de façon plus détaillée en relation avec le dessin annexé, dans lequel: La figure 1 montre une électrode creuse avec un dispositif de chauffage ou un four à induction, La figure 2 montre une vue détaillée du four à in- duction, et La figure 3 montre la relation entre le degré de cuisson et la zone de cuisson. La figure 1 montre une électrode à cuisson automa- tique, 2, équipée d'une enveloppe en tôle de fer 1 et prévue pour être descendue progressivement dans un four. Un courant électrique (alimentation en courant en 3) est appliqué à un sabot de contact 4, et on fait avancer et descendre l'élec- trode 2 à travers un toit de four 5. L'électrode 2, ou plusieurs électrodes, qui sont alimentées en courant continu ou alternatif (monophasé ou polyphasé) sont supportées par des porte-électrode 6. On peut produire le mouvement de descente de l'électrode 2 en relachant un porte-électrode 6 et en actionnant l'autre porte-électrode 6 au moyen de cylindres d'avance d'électrode 7. La colonne d'électrode est maintenue verticale par ces porte-électrode 6 qui sont situés au-dessous du four et qui serrent l'électrode 2 conformément à la figure 1. L'avan- ce s'effectue au moyen des cylindres d'avance d'électrode 7. Lorsque l'avance de l'électrode 2 a lieu, l'enveloppe 1 et le four sont dans une position verrouillée et le corps de l'électrode, qui est introduit par le capot d'électrode (en X 8), s'enfonce dans l'enveloppe -1. On peut effectuer automa- tiquement le remplissage du corps de l'électrode pour compen- ser sa consommation, simultanément à l'avance. Lorsqu'on ef- fectue la commande de l'électrode, l'enveloppe 1 et le four à induction 9 se déplacent avec la colonne d'électrode, c'est-à-dire qu'il n'y a pas de mouvement relatif entre le corps de l'électrode et l'enveloppe 1. On effectue la comman- de de l'électrode au moyen de cylindres de commande d'élec- trode 12. Un four à induction 9 ou un dispositif de chauffage est disposé autour de l'électrode 2. Au niveau du four 9, l'enveloppe 1 est constituée par une matière céramique 10. Le moule glissant en céramique peut également être réalisé sous la forme d'un moule en béton armé avec du fil, par exemple de titane. L'électrode 2 est cuite dans le four à induction 9, dans la zone de cuisson 11. En 15, l'électrode 2 a été cuite. Dans de nombreux cas, l'électrode 2 comporte un tu- be réfractaire central 13 en céramique ou en acier inoxyda- ble, faisant fonction de tube de chargement et de mandrin pour former le trou. Le tube 13 doit descendre au-delà de la zone de cuisson 11. Lorsqu'on fait descendre l'électrode 2, le four à induction 9 l'accompagne et il ne se produit aucun mouvement relatif entre le four 9 et les porte-électrode 6. L'électrode 2 ne comporte pas d'enveloppe au niveau des porte-électrode 6. On peut former le trou dans l'électrode 2 à l'aide du tube 13 faisant fonction de mandrin, ou au moyen d'un mandrin spécial, le tube ou le mandrin consistant en une matière réfractaire non magnétique. La formation de l'électrode 2 se produit dans une enveloppe (14) qui n'est pas consommée. On peut obtenir de cette manière une électrode non gainée. Le risque de rupture de l'électrode avant cuisson est éliminé du fait que la cuisson de l'électrode 2 a lieu entre le sabot de contact 4 et la zone en fusion. Les élec- trodes peuvent évidemment être également d'un type plein. Pour commander la vitesse de cuisson des électro- des à cuisson automatique pour des fours à arc, on peut me- surer une ou plusieurs des propriétés des électrodes, comme la résistivité, la température, la conduction thermique, la résistance mécanique, la densité, etc. On peut obtenir à partir de ces valeurs un signal de commande pour l'alimenta- tion du four à induction et/ou la descente de l'électrode. Ces propriétés changent pendant le processus de cuisson, et on peut utiliser cette condition pour la commande. En mesurant une ou quelques-unes des propriétés ci-dessus le long d'une génératrice (voir la figure 3) dans la zone de cuisson ou immédiatement au-dessous de cette zone (Bz), on peut suivre le degré de cuisson (Ba) du corps de l'électrode. Des capteurs ou des transducteurs appropriés dans ce but peuvent être constitués par des transducteurs à capacité ou ultrasonores (voir en 14 sur la figure 2), mais on peut également utiliser d'autres types de capteurs. Le signal obtenu est utilisé non seulement dans un but d'indi- cation et de mesure, mais également pour commander l'ali- mentation, c'est-à-dire la puissance et l'énergie d'alimen- tation, du four à induction, et/ou la descente de l'élec- trode. On peut ainsi commander la vitesse de cuisson de façon à assurer une cuisson complète de l'électrode. Il est également possible de commander et de coordonner les diver- ses fonctions, c'est-à-dire l'avance de l'électrode, la cuisson et le remplissage avec de la nouvelle matière des- tinée à former le corps de l'électrode. Il est possible de commander ceci au moyen d'un ordinateur. Les modes de réalisation qui correspondent à la description précédente peuvent être modifiés de diverses manières dans le cadre des revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Dispositif incorporé dans des électrodes à cuisson automatique qui sont conçues de façon à être descen- dues dans un four de fusion ou de réduction et sont équipées de structures d'alimentation en courant (sabots de contact), caractérisé en ce qu'un four ou un dispositif de chauffage à induction (9) est placé en avant des structures d'alimenta- tion en courant (4), dans la direction d'avance des électro- des, ce four ou ce dispositif de chauffage-eCtourant l'élec- trode (2) et étant destiné à fournir de l'énergie à l'élec- trode (2) en vue de la cuisson de celle-ci. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que l'électrode (2) est enfermée dans une enveloppe (1) en une matière non ferromagnétique, telle qu'un moule glissant en céramique (10), ou dans une enveloppe en acier inoxydable ou dans une combinaison de ces moules. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que le trou traversant l'électrode (2) est formé au moyen d'un mandrin tubulaire (13) ou d'un tube de matière réfractaire et non magnétique. 4. Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le four ou le dispositif de chauffage à induction (9) est placé au niveau de porte-électrode (6) pour l'électrode (2) ou les électrodes, et il est conçu de façon à être déplacé avec l'électrode ou les électrodes lorsqu'on fait descendre celles-ci dans le bain en fusion. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractéri- sé en ce qu'un ou plusieurs cylindres d'avance d'électrode (7) sont disposés au niveau des porte-électrode (6) pour faire avancer les électrodes. 6. Dispositif selon une ou plusieurs des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce qu'un tube (13), par exemple en céramique ou en acier inoxydable, est placé en position centrale dans l'électrode (2), et ce tube (13) fait à la fois fonction de tube de chargement de matière à fondre, et de mandrin pour des canaux d'électrode. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on peut contrôler une ou plusieurs des propriétés des électrodes (2), telles que la résistivité, la résistance mécanique, la température, le rayonnement thermique, la den- sité, etc, au moyen d'au moins un transducteur (14), de façon à obtenir au moins un signal pour commander l'alimentation du four à induction (9) et/ou la descente des électrodes (2). 8. Dispositif selon une ou plusieurs des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le four comporte une ou plusieurs électrodes et il est alimenté en courant continu ou alternatif (monophasé ou polyphasé).