Brevet FR2606128A1 — publié le 19880506

La présente invention concerne la métallurgie et plus spécialement les fours électriques de fusion des métaux. L'invention peut être utilisée pour la refusion de métaux sous un laitier électroconducteur, la refusion par un arc électrique sous vide et la refusion par bombardement élec- tronique, dans divers domaines de la métallurgie, des cons- tructions mécaniques, de l'industrie aéronautique, des constructions navales o on emploie des lingots de haute qualité avec une structure imposée du métal. On connaît un four (cf. B. Médovar "Les fours de fusion sous laitier électroconducteur" (en russe), éditions naukova dumka", Kiev, 1976, p. 91) conçu pour des refusions et comportant un virole en cuivre ou en un de ses alliages et une enveloppe d'acier coaxiale à la virole, formant avec elle une enceinte close de refroidissement. L'enveloppe d'acier est fixée sur la virole par des boulons avec inter- calation de joints de caoutchouc. Un tel four a une courte durée de service, due à la faible résistance de la virole de cuivre, car, au cours de l'utilisation du four, les parois de la virole de cuivre subissent des charges thermiques élevées. Dans l'épaisseur de la virole de cuivre apparaissent des gra- dients de température élevés, atteignant 5 à 10 C/mm, provoquant des contraintes thermiques dans la paroi, et donc sa déformation. Aussi le four de refusion doit-il répondre à des exigences accrues. On connaît un four (brevet des Etats-Unis d'Amérique N 3 899 017, délivré à Associated Electrical Industries Limited, London) comportant une virole présentant des nervures de renforcement et fabriquée en cuivre, et une enveloppe d'acier coaxiale à la virole et formant avec elle une enceinte de refroidissement, divisée en plusieurs con- duits par les nervures de renforcement. Chaque nervure est fixée sur toute sa longueur, par exemple à l'aide d'écrous, d'un côté à la surface extérieure de la virole du four et de l'autre à l'enveloppe d'acier. Ce four à une rigidité insuffisante de la virole de cuivre, parce que les contraintes thermiquesrégnant dans l'épais- seur de la virole provoquent sa déformation et sa mise hors service prématurée. Les nervures verticales, soudées à la virole n'excluent pas sa déformation, car les soudures des nervures sur la virole n'assurent pas une résistance mécanique susceptible d'empêcher leur arrachement de la paroi. La déformation de la virole entrave l'extraction du lingot à la sortie du four ainsi que l'utilisation ulté- rieure du four. L'invention propose un four de fiabilité et rigidité accrues grâce à un perfectionnement apporté à la virole de cuivre. Le four selon l'invention comporte une virole ayant des nervures de renforcement et une enveloppe d'acier coaxiale à la virole et formant avec elle une enceinte de refroidissement divisée par les nervures de renforcement en plusieurs conduits, la virole étant formée de deux couches en métaux différents dont la couche exté- rieure en acier a une épaisseur de 0,1 à 0,3 foisla hauteur des nervures de renforcement. Selon une variante de réalisation de l'invention la couche intérieure de la virole est en cuivre. On obtient ainsi l'amélioration de la rigidité et de la fiabilité de la virole et, par conséquent, de la durée de service et de la fiabilité du four lui-même. En outre, l'invention permet d'économiser les métaux non ferreux onéreux (cuivre, bronze au chrome) grâce au fait que la virole est réaliséeavec des parois de cuivre minces. D'autre caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 représente le four de l'invention en coupe verticale axiale; - la figure 2 le même four en coupe horizontale suivant II-II de la figure l. La cuve du four comporte une virole l, cylindrique de section droite circulaire, verticale (figures let 2) pré- sentant des nervures 2 de renforcement extérieures auxquel- les est soudée une enveloppe 3 d'acier de même disposition que la virole 1, coaxiale à la virole 1 et formant avec elle une enceinte 4 de refroidissement. L'enceinte 4 de refroidissement est divisée par les nervures 2 de renforce- ment en plusieurs conduits 5 pour le passage d'un agent de refroidissement. La virole 1 comporte une couche 6 exté- rieure en acier et une -couche 7 intérieure en cuivre ou en bronze au chrome qui est en contact avec les produits trai- tés par le four. La couche 6 extérieure est d'un seul bloc avec les nervures 2 de renforcement, son épaisseur étant de 0,1 à 0, 3 fois la hauteur d'une nervure 2 de renforce- ment. L'agent de refroidissement est admis dans l'enceinte 4 par des tubulures 8 et évacué par des tubulures 9, cha- que conduit 5 ayant,par exemple, une tubulure d'admission 8 et une tubulure d'évacuation 9. La refusion d'électrodes consommables 10 est opérée dans un bain ll de laitier et il se forme un lingot 12 à la base de la cuve du four. Si l'épaisseur de la couche d'acier extérieure de la virole est inférieure à 0, 1 fois la hauteur de la nervure, la rigidité de la virole est insuffisante, alors que si l'épaisseur de cette couche est supérieure à 0,3 fois la hauteur de la nervure, la résistance au flux thermique de la couche extérieure 6 est supérieure à celle de la couche intérieure 7, ce qui compromet le refroidissement de la virole et accroît son érosion à l'intérieur de la cuve. Le four fonctionne de la manière suivante. Le four est monté sur un plateau (non figuré). L'agent de refroidissement est admis dans les conduits 5 par les tubulures 8 et évacué par les tubulures 9. Dans la partie inférieure de la virole 1 (de la cuve du four) on réalise un bain 11 de laitier dans lequel on introduit une électrode consommable 10. On met sous tension le bain 11 de laitier et on procède au chauffage du four et à la refusion de l'électrode consommable 10. Le métal fondu traverse le bain il de laitier et dans la partie inférieure de la cuve du four se forme le lingot 12. Au cours de la refusion de métaux sous laitier électroconducteur, les éléments du four subissent des char- ges thermiques élevées,dues notamment au laitier liquide S 2 et au métal fondu,atteignant O, 5 à 1,5.10 W/m2. Dans l'épaisseur de la virole 1 prennent naissance des contrain- tes thermiques qui risquent de provoquer des déformations irréversibles de la cuve. La présence d'une couche 6 d'acier extérieure de la virole 1, bimétallique, accroît notable- ment la rigidité de sa structure et assure la fiabilité et la rigidité nécessaires du four. En outre, la virole 1, bimétallique, permet, pour une même rigidité du four, de diminuer l'épaisseur de la couche 7 intérieure de la virole 1 en contact avec les produits en cours de transformation, ce qui permet de réduire la consommation de cuivre par diminution de l'érosion de la couche intérieure de la viro- le 1. Tout cela garantit la fiabilité des fours, ces sous- ensembles vitaux pour les procédés de refusion des métaux. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées, sans sortir du cadre de l'invention, par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non limitatif. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Four électrique de fusion des métaux comportant une virole (1) ayant des nervures (2) de renforcement et une enveloppe (3) coaxiale à la virole (1) et formant avec elle une enceinte (4) de refroidissement, divisée par les nervures (2) de renforcement en des conduits (5), ledit four étant caractérisé en ce que la virole (1) est formée de deux couches métalliques de métaux différents, sa couche (6) extérieure étant en acier et d'une épaisseur de 0,1 à 0,3 fois la hauteur des nervures (2) de renforce- ment. 2. Four selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche (7) intérieure de la virole (1) est en cuivre.