Brevet FR2602318A1 — publié le 19880205

La présente invention concerne un four à arc alimenté à partir d'une source de courant continu destiné à la fusion continue de ferrailles, comprenant une cuve métallique garnie de réfractaire capable de contenir un bain liquide et dans laquelle lesdites ferrailles sont alimentées depuis une ouverture dans la voûte située à l'opposé d'une pluralité d'électrodes de voûte destinées à faire jaillir l'arc directement sur les ferrailles, lesquelles électrodes sont reliées à un premier groupe de conducteurs d'amenée de courant provenant de la source de courant continu ainsi qu'une pluralité d'électrodes traversant une sole réfractaire et reliées à un deuxième groupe de conducteurs retournant vers la source de courant continu. L'alimentation continue des ferrailles dans les fours électriques alimentés en courant alternatif est connue ainsi que les fours alimentés en courant continu. Cependant, les fours alimentés en courant alternatif ne sont pas bien adaptés à l'alimentation en continue des ferrailles qui ne peut être que dissymétrique. La dissymétrie des arcs corrigible partiellement par déséquilibre électrique entraîne un déséquilibre entre les trois phases d'alimentation haute tension peu compatible avec les exigences du fournisseur d'énergie électrique. Cet inconvénient n'existe pas avec les fours alimentés en courant continu. La présente invention a pour objet un four à arc alimenté à partir d'une source de courant continu pour la fusion de ferrailles qui permet une localisation du centre de fusion des ferrailles. Pour obtenir une localisation appropriée du centre de fusion, on a prévu, selon la présente invention, une utilisation judicieuse du champ magnétique créé par les conducteurs électriques pour obtenir une zone de fusion précise. Le problème à résoudre est d'obtenir des lignes de courant proches de l'horizontale dans le bain d'acier liquide, faisant en sorte qu'un champ magnétique supplémentaire aide à la déviation des arcs électriques. Le problème ci-dessus est résolu selon la présente invention dans un four à arc alimenté à partir d'une source de courant continu destiné à la fusion continue de ferrailles comprenant une cuve métallique garnie de réfractaire capable de contenir un bain liquide et dans laquelle sont alimentées des ferrailles depuis une ouverture dans la voûte, située à l'opposé d'une pluralité d'électrodes de voûte destinées à faire jaillir l'arc directement sur les ferrailles, lesquelles électrodes sont reliées à un premier groupe de conducteurs d'amenée de courant provenant de la source de courant continu ainsi qu'une pluralité d'électrodes traversant la sole réfractaire et reliées à un deuxième groupe de conducteurs retournant vers la source de courant continu, ledit four étant caractérisé en ce que le deuxième groupe de conducteurs est un réseau de conducteurs disposés essentiellement sous le fond de la cuve métallique et au plus près de celui-ci et tournés en direction des électrodes de voûte à l'opposé de la zone du four -o sont insérées les électrodes de sole. La présente invention concerne également les caractéristiques ci-après considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles: - le deuxième groupe de conducteurs est un réseau de conducteurs sensiblement parallèles; - le deuxième groupe de conducteurs est disposé sensiblement horizontalement par rapport au fond de la cuve métallique; - les électrodes de sole sont disposées en avant des électrodes de voûte en considérant l'ouverture d'alimentation des ferrailles; - tant le deuxième groupe de conducteurs que les électrodes de sole sont respectivement décalés latéralement en regard du premier groupe de conducteurs et des électrodes de voûte; - le fond de la cuve métallique est d'épaisseur minimale; - la cuve métallique présente une perméabilité magnétique relative faible d'environ 40 à environ 500; - la cuve est en matériau métallique amagnétique; - le four comprend du côté de l'alimentation en ferrailles un renforcement en matériau réfractaire; - le renforcement en matériau réfractaire est constitué d'un matériau choisi parmi les oxydes métalliques, la fonte et l'acier; - l'axe de basculement est situé sensiblement dans le même plan que les électrodes de voûte et de sole lorsque lesdites électrodes sont sensiblement parallèles; - le four comprend en outre une admission d'éléments d'alliage et une admission d'insufflation d'oxygène à l'opposé de l'admission des ferrailles; - le four comprend une injection d'oxygène à la surface du métal du c6té de l'amenée et du retour du courant électrique acheminé tant par le premier groupe de conducteurs que par le deuxième groupe de conducteurs. Divers avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description détaillée ci-après faite à titre d'exemple en regard des dessins annexés, sur lesquels: - Fig. 1 est une coupe schématique d'un four selon l'invention; - Fig. 2 et 3 sont des vues de dessus schématiques d'un premier mode de réalisation de l'invention; - Fig. 4 est une vue de dessus schématique d'un deuxième mode de réalisation de l'invention. Sur les figures du dessin annexé, les parties analogues sont désignées par les mêmes chiffres de référence. Le four qui est alimenté à partir d'une source de courant continu 23 comprend une cuve métallique 1 dans laquelle se trouve un bain liquide 10 surmonté de ferrailles 11 qui sont alimentées à partir d'une ouverture de voûte supérieure 12 située à l'opposé d'une pluralité d'électrodes de voOte 4, lesquelles électrodes 4 sont reliées à un premier groupe de conducteurs 7 d'amenée de courant provenant de la source de courant continu 23. En partie basse, la sole réfractaire 3 est pourvue d'une pluralité d'1électrodes 8 reliées à un deuxième groupe de conducteurs 9 qui retournent vers la source de courant continu. Le déplacement du courant est effectué dans le sens indiqué par les flèches sur la Fig. 1. Les électrodes de voûte 4 sont à distance des ferrailles 11 pour ne pas être endommagées par lesdites ferrailles et sont portées par des pinces 5 alimentées par les conducteurs 7 qui vont vers la source de courant continu. Comme on l'a déjà indiqué, l'alimentation 12 des ferrailles et la sortie des fumées 13 se font sensiblement à l'opposé des électrodes de voOte 4. Pour protéger la cuve 1 dont le fond est désigné par 2 contre les ferrailles du c6té de l'alimentation 12 en ferrailles 11, on prévoit, selon la présente invention, comme illustré sur la Fig. 2 un renforcement 3 en matériau réfractaire constitué par exemple d'oxydes métalliques, de fonte ou d'acier. On injecte de l'oxygène en 21 à la surface du métal du côté de l'amenée et du retour du courant électrique acheminé par le premier groupe de conducteurs 7 et le deuxième groupe de conducteurs 9. La référence 6 désigne des bras conducteurs reliés aux pinces 5. Pour obtenir la localisation de la zone de fusion 14, il est prévu, selon la présente invention, de disposer le deuxième groupe de conducteurs 9 des électrodes de sole 8 le plus près possible du fond 2 de la cuve métallique 1 et tourné en direction des électrodes de voûte 4 à l'opposé de la zone du four o sont insérées les électrodes de sole 8. Habituellement, le deuxième groupe de conducteurs 9 est disposé sensiblement horizontalement par rapport au fond 2 de la cuve métallique 1. Comme le montre la Fig. 3, le deuxième groupe de conducteurs 9 est un réseau de conducteurs sensiblement parallèles. Etant donné que la surchauffe du métal est maximale à l'opposé - de la ferraille 11 lors de l'alimentation par l'ouverture de voûte 12, on prévoit des admissions d'éléments d'alliage 16 et une insufflation d'oxygène 17 sur les c6tés opposés à l'ouverture d'alimentation 12. Le seuil de décrassage 18 et l'orifice de coulée 19 sont placés de part et d'autre des admissions d'éléments d'alliage 16 et d'insufflation d'oxygène 17 comme représenté sur les Fig. 2 et 3. On prévoit également une amenée de chaux 20 entre l'ouverture d'alimentation de ferrailles 12 et la zone de décrassage 18 ou la sortie de métal liquide 19. Les électrodes de sole 8 sont disposées en avant des électrodes de voûte 4 en considérant l'ouverture d'alimentation 12 des ferrailles 11. Dans le mode de réalisation selon la Fig. 3, tant le deuxième groupe de conducteurs 9 que les électrodes de sole 8 sont respectivement parallèles au premier groupe de conducteurs 7 et aux électrodes de voûte 4. Dans le mode de réalisation selon la Fig. 4, le deuxième groupe de conducteurs 9 et les électrodes de sole 8 sont respectivement décalés latéralement en regard du premier groupe de conducteurs 7 et des électrodes de voûte 4. Sur la Fig. 4, ce décalage latéral est indiqué sur la droite mais bien entendu il est tout aussi possible de prévoir un tel décalage latéral sur la gauche, la disposition étant alors -symétrique à celle illustrée sur la Fig. 4.. Dans le mode de réalisation tel que montré sur la Fig. 4, le deuxième groupe de conducteurs 9 n'est pas disposé de façon parallèle au premier groupe de conducteurs 7 et il en est de même pour les électrodes de sole 8. Dans ce mode de réalisation telq ue représenté sur la Fig. 4, on a déplacé vers la droite la zone de fusion 14. Il est naturellement possible -de déplacer ladite zone de fusion 14 vers la gauche dans le cas d'une disposition symétrique avec les électrodes de sole 8 décalées latéralement vers la gauche. Une zone de fusion décalée 14 peut faciliter l'alimentation en continu 12 des ferrailles 11 qui est aussi décalée ainsi que l'évacuation des fumées 13 comme représenté sur la Fig. 4. Dans tous les modes de réalisation de la présente invention, le deuxième groupe de conducteurs 9 est placé, comme on l'a déjà indiqué, le plus près possible du fond 2 de la cuve métallique 1. On contribue à la localisation de la zone de fusion 14 (Fig. 2 et 3) en disposant les électrodes de sole 8, par exemple au nombre de trois ou plus, décalées en avant des électrodes de voûte 4, parallèles entre elles en principe, ces électrodes de sole 8 pouvant être dans un mime plan et orthogonales ou non aux conducteurs 9. Par cette disposition des électrodes de sole 8, on obtient des lignes de courant 15 (Fig. 1) proches de l'horizontale dans le bain 10, ce qui est très favorable pour obtenir un champ magnétique supplémentaire qui aide à la déviation des arcs électriques. Comme cela est bien connu de l'homme de l'art, les électrodes de voûte 4 sont généralement en graphite. Les électrodes de voûte 4 sont parallèles entre elles en principe et peuvent être dans un même plan ou non, orthogonales ou non, aux conducteurs d'alimentation 7. La longueur des électrodes de voûte 4 (Fig. 1) assujetties aux pinces 5 est réduite au maximum en utilisant les bras conducteurs 6. A titre d'exemple, les longueurs des électrodes de voûte 4 peuvent être inférieures à 2 mètres pour un four de l'ordre de 40 MW. Pour améliorer les conditions de localisation de la zone de fusion 14, on dispose les conducteurs d'alimentation 7 (Fig. 1, 2, 3 et 4) dans une direction opposée à la zone de fusion 14 envisagée le plus près du four et, en principe, parallèles entre eux. Etant donné que la cuve ne doit pas faire écran magnétique, le fond 2 de la cuve métallique 1 est d'épaisseur minimale. Il présente une perméabilité magnétique relative faible d'environ 40 à environ 500. Il s'agit, de préférence, d'un matérieu métallique amagnétique. Dans le cas d'une disposition décalée latéralement entre les électrodes de voûte et les électrodes de sole, comme montré sur la Fig. 4, l'arrivée des ferrailles 12, l'évacuation des fumées 13 sont disposées approximativement dans le prolongement des électrodes de voûte 4 de la zone de fusion 14 et des électrodes de sole 9. Les admissions d'éléments d'alliage 16, l'insufflation d'oxygène 17, le seuil de décrassage 18, l'orifice de coulée 19 et l'amenée de chaux 20 sont placés, dans ce cas, du côté opposé à celui vers lequel la zone de fusion 14 a été décalée. Pour favoriser la zone de fusion 14, il est souhaitable qu'une injection d'oxygène 21 soit effectuée à la surface du métal du c6té de l'amenée et du retour du courant. La présente invention propose donc un four d'une conception relativement simple qui permet une utilisation judicieuse du champ magnétique créé par les conducteurs électriques pour obtenir une zone de fusion précise. On obtient ainsi un rendement bien meilleur que celui possible jusqu'à maintenant du fait qu'il est possible d'obtenir des lignes de courant proches de l'horizontale dans le bain d'acier liquide. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation représentés et décrits en détail et diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Four à arc alimenté à partir d'une source de courant continu.(23), destiné à la fusion continue de ferra'illes (11) comprenant une cuve métallique (1) garnie de réfractaire capable de contenir un bain liquide (10) et dans laquelle des ferrailles (11) sont alimentées depuis une ouverture dans la voûte (12) située à l'opposé d'une pluralité d'électrodes de voûte (4) destinées à faire jaillir l'arc directement sur les ferrailles (11), lesquelles él1ectrodes (4) sont reliées à un premier groupe de conducteurs (7) d'amenée de courant provenant de la source de courant continu (23) ainsi qu'une pluralité d'électrodes (8) traversant la sole réfractaire (3) et reliées à un deuxième groupe de conducteurs (9) retournant vers la source de courant continu (23), caractérisé en ce que le deuxième groupe de conducteurs (9) est un réseau de conducteurs, disposés essentiellement sous le fond (2) de la cuve métallique (1), et au plus près de celui-ci, et tournés en direction des électrodes de voûte (4) à l'opposé de la zone du four o sont insérées les électrodes de sole (8). 2. Four selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième groupe de conducteurs (9) est un réseau de conducteurs sensiblement parallèles. 3. Four selon l'une des revendications i ou 2, caractérisé en ce que le deuxième groupe de conducteurs (9) est disposé sensiblement horizontalement au fond (2) de la cuve métallique (1). 4. Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les électrodes de sole (8) sont disposées en avant des électrodes de voûte (4) en considérant l'ouverture d'alimentation (12) des ferrailles (11). 5. Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que tant le deuxième groupe de conducteurs (9) que les électrodes de sole (8) sont respectivement parallèles au premier groupe de conducteurs (7) et aux électrodes de voûte (4). 6. Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que tant le deuxième groupe de conducteurs (9) que les électrodes de sole (8) sont respectivement décalés latéralement en regard du premier groupe de conducteurs (7) et des électrodes de v6oûte (4). 7. Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le fond (2) de la cuve métallique (1) est d'épaisseur minimale. 8. Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la cuve métallique (1) présente une perméabilité magnétique relative faible d'environ 40 à environ 500. 9. Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la cuve métallique (1) est en matériau métallique amagnétique. 10. Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend du côté de l'alimentation (12) en ferrailles (11) un renforcement en matériau réfractaire (3'). 11. Four selon la revendication 10, caractérisé en ce que le renforcement en matériau réfractaire (3') est constitué d'un matériau choisi parmi les oxydes métalliques, la fonte et l'acier. 12. Four selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'axe de basculement (22) est situé sensiblement dans le même plan que les électrodes de voûte (4) et de sole (8) lorsque lesdites électrodes (4, 8) sont sensiblement parallèles. 13. Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, une admission (16) d'éléments d'alliage et une ll admission (17) d'insufflation d'oxygène à l'opposé de l'admission (12) de ferrailles (11). 14. Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, une injection d'oxygène (21) à la surface du métal du c6té de l'amenée et du retour du courant électrique acheminé tant par le premier groupe de conducteurs (7) que par le deuxième groupe de conducteurs (9).