Brevet FR2602351A1 — publié le 19880205

L'invention a pour objet un procédé de contrôle de la stabilité des arcs électriques dans un four électrique à courant continu de fusion d'une matière brute métallique, telle que de la ferraille et l'invention 5 couvre également le four électrique perfectionné pour la mise en oeuvre du procédé. On connaît depuis longtemps des fours électriques utilisés pour l.a fusion de ferraille ou autre matière brute ferreuse et la réduction du bain métallique 10 obtenu avec addition éventuelle d'éléments d'alliage jusqu'à obtention d'un métal de composition déterminée. D'une façon générale, un four électrique est constitué d'une cuve limitée par une paroi latérale et un fond recouvert d'une sole en matière réfractaire et fermée 15 par un couvercle amovible en forme de voOte traversée par au moins une électrode qui généralement est consommable et constituée d'une barre de graphite montée coulissante verticalement de façon à pouvoir descendre à l'intérieur de la charge du four, normalement de la ferraille, qui est 20 en contact avec au moins une électrode fixe placée dans la sole. Dans le cas d'un four à courant alternatif monophasé et du four à courant continu, l'électrode consommable et l'électrode de sole sont reliées aux deux 25 pôles d'une source de courant. Dans le cas d'un four à courant alternatif bi- ou triphasé, les électrodes consommables sont reliées aux pôles de la source de courant et la charge en contact avec l'électrode de sole constitue le neutre du système. Il se forme ainsi entre la charge et chaque électrode consommable, un ou plusieurs arcs électriques qui produisent la fusion de la ferraille et la formation d'un bain métallique dans le fond de la cuve. Jusqu'à présent, on utilisait surtout des 35 fours alimentés en courant alternatif mais on a constaté que l'alimentation des électrodes en courant continu apportait de nombreux avantages tels qu'une réduction de bruit et une augmentation du rendement énergétique du fait que l'on peut utiliser des tensions supérieures à celles permises en courant alternatif. Toutefois, jusqu'à présent on a évité d'utiliser des intensités très importantes en courant continu car, les courants circulant toujours dans le même sens dans les conducteurs, les électrodes et le bain 10 créent des champs magnétiques importants qui dévient les arcs. En outre, pour des puissances importantes, on utilise plusieurs électrodes de sole et conducteurs de retour, généralement trois, qui créent également des champs produisant des effets de déviation importants sur 15 les arcs. Tant que la charge est sous forme de ferraille, les électrodes pénètrent dans celle-ci en y creusant des puits qui, dans une certaine mesure isolent les arcs les uns par rapport aux autres et favorisent leur 20 stabilité. En revanche, lorsque la charge est totalement fondue, les arcs soumis aux effets magnétiques, créés par le passage du courant dans les électrodes, les conducteurs et d'autres parties de l'installation, peuvent se former dans des directions imprévisibles et sont donc très 25 instables. La zone dans laquelle se forment les arcs et qui est à la température la plus élevée ne peut donc être maintenue au centre du four et il en résulte que les parois et le fond peuvent être soumis à des températures 30 excessives et à une usure importante du réfractaire. L'invention a pour objet de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé qui permet d'éviter ou en tout cas de réduire autant que possible les effets dGs au passage du courant dans les conducteurs de retour, 35 ce qui permet, en fonction de la position des électrodes, de faire converger les arcs vers une zone déterminée du four. Conformément à l'invention, on réduit l'influence sur les arcs des champs magnétiques produits par le passage du courant continu en interposant un écran magnétique entre l'électrode consommable 2 et au moins la partie des conducteurs de retour passant sous le fond de la cuve. Selon une caractéristique avantageuse de 10 l'invention, on détermine l'épaisseur et/ou la nature du métal constituant le fond de la cuve de telle sorte que celui-ci constitue un écran magnétique susceptible de minimiser les effets sur les arcs du passage du courant. De préférence, pour réaliser l'écran 15 magnétique, on donne au fond métallique de la cuve une épaisseur supérieure à l'épaisseur seulement nécessaire pour assurer la résistance mécanique, cette épaisseur étant calculée en fonction des effets prévisibles du passage du courant et de la perméabilité magnétique 20 relative du métal constituant le fond. De façon avantageuse, on réalise le fond de la cuve au moins partiellement, en un alliage métallique à haute perméabilité magnétique relative. Dans un mode de réalisation plus perfectionné, le fond de la cuve étant muni d'ouvertures de passage des électrodes de sole, on place au-dessous du fond, entre chaque conducteur de retour et l'ouverture correspondante, un écran magnétique dont les dimensions et la position sont déterminées pour masquer le maximum 30 possible l'effet du conducteur vis-à-vis de l'ouverture correspondante. L'invention couvre également un four électrique de fusion de métal muni d'un fond dont l'épaisseur et/ou la nature du métal qui le constitue sont 35 déterminés pour réaliser un écran magnétique de perméabilité suffisante pour réduire l'effet de déviation des arcs produit par le passage du courant dans les conducteurs de retour. Mais l'invention sera mieux comprise par la 5 description de plusieurs modes de réalisation donnés à titre d'exemple et représentés sur les schémas annexés. - la Fig. 1 est une vue schématique d'ensemble d'un four électrique de fusion de ferraille; - la Fig. 2 représente schématiquement en 10 élévation une cuve de four munie d'un écran supplémentaire de masquage des conducteurs de retour; - la Fig. 3 représente, en perspective, un écran de masquage; - la Fig. 4 et la Fig. 5 sont des vues de 15 détail représentant, respectivement en vue de dessus et en vue de c6té, le positionnement de l'écran de masquage par rapport à l'électrode de sole. Sur la Fig. 1, on a représenté schématiquement un four électrique de fusion de ferraille 20 comprenant une cuve 1 limitée par un fond 11 et une paroi latérale 12 et fermée par un couvercle amovible en forme de voûte 13. La cuve est supportée par des appuis roulants ou pivotants 14 permettant de la faire basculer autour d'un axe horizontal de façon à déverser par exemple 25 d'un c6té le laitier et de l'autre côté, le métal fondu. Les orifices de coulée, ainsi que l'ouverture de chargement de la ferraille n'ont pas été représentés sur la figure. Sur la voûte 13 sont montées des électrodes 30 consommables, par exemple trois électrodes 2 constituées de barres de graphite qui sont montées sur la cuve de façon à coulisser verticalement dans des passages 65, un dispositif 21 servant de moyen de connexion électrique. Les moyens de descente progressive des électrodes 2 n'ont 35 pas été représentés sur la figure. Le fond 11 de la cuve 1 est recouvert d'une sole 15 en matière réfractaire dans laquelle sont incorporées des électrodes fixes 3 qui traversent le fond 11. A proximité de la cuve 1 mais cependant à une 5 distance suffisante pour être protégée de la chaleur et des projections de métal, est placée une source de courant continu 4, par exemple un transformateur-redresseur comprenant deux pôles, respectivement un pôle négatif 41 relié par des conducteurs d'alimentation 22 aux él1ectrodes 10 consommables 2 et un pôle positif 42 relié par des conducteurs de retour 5 aux électrodes de sole 3. Grâce à ces dispositions bien connues, le passage du courant dans les électrodes entraîne la formation d'arcs électriques 20 entre les électrodes 2 et 15 la ferraille qui, par fusion forme un bain 16 de métal liquide. Le passage du courant est maintenu jusqu'à fusion complète et obtention, par addition d'éléments d'alliage, de la composition souhaitée. Pour éviter autant que possible l'influence sur les arcs électriques, des champs magnétiques produits par le passage de courant dans les conducteurs, il est préférable de faire partir les conducteurs dans une direction verticale parallèle aux électrodes jusqu'à une distance suffisante pour que les parties horizontales des 25 conducteurs se raccordant à la source de courant 4 n'aient pas d'influence appréciable sur les arcs. C'est la solution adoptée sur la figure pour les électrodes de voûte 2. On pourrait adopter une solution analogue pour les conducteurs de retour 5 mais une telle disposition présente l'inconvénient de faire passer les conducteurs dans la zone placée au- dessous de la cuve et dans laquelle il est intéressant de laisser un passage pour les chariots de support des poches de coulée. Les effets sur les arcs des champs 35 magnétiques créés par le passage du courant dans les conducteurs sont fonction de distance des conducteurs par rapport aux arcs. Une originalité essentielle de l'invention réside dans le fait que, au lieu de chercher à diminuer ces effets, en écartant autant que possible les 5 conducteurs du fond de la cuve, on admet de rapprocher les conducteurs du fond de la cuve, ce qui permet de limiter leur longueur et leur encombrement mais en compensation, on interpose un écran magnétique entre la charge et les conducteurs de façon à minimiser les effets de déviation 10 produits sur les arcs par le passage du courant. Pour réaliser cet écran magnétique, on utilise, selon l'invention, le fond 11 de la cuve. Comme indiqué plus haut, le fond métallique 11 sert de support à la sole 15 en matière réfractaire, et, normalement, la nature du métal dont il est constitué et son épaisseur sont déterminées uniquement pour assurer la résistance mécanique nécessaire en fonction des charges supportées. Selon la caractéristique essentielle de l'invention, on donne au fond 11 une épaisseur e plus grande et qui est 20 calculée non pas, simplement, en fonction des efforts appliqués, mais en fonction des intensités prévisibles des courants passant dans les conducteurs de retour 5 pour atténuer les effets sur les arcs des champs magnétiques produits par le passage du courant. On a constaté en effet que l'augmentation du prix résultant de cette surépaisseur pouvait être compensée par les économies réalisées par exemple sur l'usure du réfractaire dans la mesure o l'on contrôlait mieux le centrage des arcs. Pour augmenter encore l'effet de minimisation 30 des champs magnétiques, il peut même être intéressant de réaliser au moins partiellement le fond 11, par exemple, dans la partie supportant les électrodes de sole 3 en un alliage spécial à haute perméabilité magnétique relative. D'une façon générale, l'épaisseur de la t6le constituant le fond et sa perméabilité magnétique seront déterminées en fonction l'une de l'autre, pour que les lignes de champ soient absorbées et restent dans la tôle sans saturation de celle-ci, le champ magnétique produit par les conducteurs étant ainsi canalisé et empêché de s'étendre à l'intérieur de la cuve. Ainsi, compte tenu de l'intensité du courant et du positionnement des conducteurs, en particulier des conducteurs de retour 5, on pourra jouer, soit sur l'épaisseur du fond 1, soit sur O10 la nature du métal qui le constitue pour réaliser un bouclier magnétique empêchant les champs de s'étendre à l'intérieur de la cuve. A cet effet, on pourra soit réaliser tout le fond en une tôle plus épaisse, soit appliquer sur un fond existant une plaque supplémentaire 15 lui donnant l'épaisseur voulue, cette plaque pouvant être réalisée en un alliage à haute perméabilité magnétique. Le dessin et le positionnement de la plaque supplémentaire pourront d'ailleurs être déterminés en fonction de l'orientation des conducteurs de retour par rapport aux 20 électrodes consommables 2. Mais il faut également tenir compte du fait que les électrodes de sole 3 doivent passer dans des orifices ménagés dans le réfractaire 15 et le fond 11, et, comme elles sont réalisées en métal amagnétique, ainsi que 25 1leur support et les connexions des conducteurs, chaque électrode 3 constitue une ouverture permettant le passage des lignes de champ à travers le fond. Il est donc préférable, pour constituer un écran continu s'opposant au passage du champ, d'associer à chaque électrode de sole 3 30 un écran de masquage 31 constitué d'une plaque suspendue au fond 11 par exemple, par des tirants 32 et disposés de façon à s'interposer entre l'électrode de sole 3 et le conducteur correspondant 51. Cette plaque 31 pourra être constituée d'une tôle épaisse ou, comme on l'a représenté 35 sur la Fig. 3, d'un empilage de tôles permettant d'obtenir la perméabilité voulue. Comme on l'a représenté sur les Fig. 4 et 5, dans un mode de réalisation particulièrement simple, on utilise des disques 31 percés d'un orifice 33 permettant 5 le passage de la partie verticale 52 du conducteur et décalés par rapport à l'axe de l'électrode 3 du c6té du conducteur 51, de façon à masquer la partie horizontale de ce conducteur sur une longueur suffisante pour éviter le passage des lignes de champ à travers l'orifice de passage 10 de l'électrode, compte-tenu de la forme et de l'orientation dudit conducteur. Ce mode de réalisation, comportant de simples plaques soutenues par des tirants est simple, peu onéreux et facilement démontable. Cependant, pour réaliser un 15 masque entre chaque conducteur 5 et l'électrode correspondante 3, on pourrait utiliser une disposition plus compliquée, comme par exemple un capot entourant la partie inférieure de l'électrode de sole 3. Il est bien évident, d'ailleurs, que 20 l'invention ne se limite pas aux détails des modes de réalisation qui n'ont été décrits qu'à titre d'exemples, d'autres dispositions pouvant être imaginées sans sortir du cadre de protection défini par les revendications pour réaliser un écran magnétique s'opposant au passage des 25 lignes de champ vers l'intérieur de la cuve. REVENDICATIONS 1. Procédé de contrâle de la stabilité des arcs électriques dans un four électrique à courant continu de fusion de matière brute métallique comprenant une cuve 5 (1) limitée par un fond métallique (11) recouvert d'une sole réfractaire et prolongé par une paroi latérale et fermée par un couvercle amovible (13) à travers lequel est montée coulissante verticalement au moins une électrode consommable (2) reliée par des conducteurs d'alimentation 10 à un pôle d'une source de courant continu (4) dont l'autre pale est relié -par des conducteurs de retour (5) à au moins une électrode fixe (3) placée dans la sole pour la formation d'au moins un arc électrique (20) entre l'électrode consommable (2) et la matière brute puis le 15 bain fondu en contact avec l'électrode fixe (3), caractérisé par le fait que l'on réduit l'influence sur les arcs (20) des champs magnétiques produits par le passage du courant continu en interposant un écran magnétique entre l'électrode consommable (2) et au moins 20 la partie des conducteurs de retour (5) passant sous le fond (11) de la cuve (1). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on détermine l'épaisseur et/ou la nature du métal constituant le fond de la cuve de telle 25 sorte que celui-ci constitue un écran magnétique susceptible de minimiser les effets sur les arcs du passage du courant. 3. Procédé de contrôle des arcs selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que 30 pour réaliser l'écran magnétique, on donne au fond métallique (11) de la cuve (1) une épaisseur supérieure à l'épaisseur seulement nécessaire pour assurer la résistance mécanique, ladite épaisseur étant calculée en fonction des effets prévisibles du passage du courant et 35 de la perméabilité magnétique relative du métal 2602351' constituant le fond. 4. Procédé de contr6ôle selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'on réalise le fond (11) de la cuve (1) au moins partiellement 5. en alliage métallique à haute perméabilité magnétique relative. 5. Procédé de contrôle selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le fond (11) de la cuve (1) étant muni d'ouvertures (30) de 10 passage des électrodes de sole (3), on place au-dessous du fond (11), entre chaque conducteur de retour (51) et l'ouverture (30) correspondante, un écran magnétique (31) dont les dimensions et la position sont déterminées de façon à masquer une longueur suffisante du conducteur (51) 15 vis-à-vis de l'ouverture (30) correspondante, en évitant ainsi le passage des lignes de champ à travers cette ouverture. 6. Four électrique de fusion de métal à courant continu, comprenant une cuve (1) limitée par un 20 fond (11) recouvert d'une sole réfractaire (15) et une paroi latérale (12) et fermée par un couvercle amovible (13) en forme de voûte, au moins une électrode de voOte consommable (2), montée coulissante verticalement à travers la voûte (13) et au moins une électrode fixe (3) 25 placée dans la sole (15) lesdites électrodes de voûte (2) et de sole (3) étant reliées par des conducteurs, respectivement d'alimentation (22) et de retour (5), à des bornes (41, 42) placées à des potentiels différents d'une source (4) de courant continu pour la formation d'au moins 30 un arc électrique (20) entre l'électrode consommable (2) et la matière brute telle que de la ferraille, chargée dans le four avec fusion de celle-ci et formation d'un bain métallique (16), caractérisé par le fait qu'il comprend un écran magnétique interposé entre la charge et 35 les conducteurs de retour et dont les caractéristiques de 2602351- perméabilité magnétique sont définies de façon à réduire l'effet de déviation des arcs produit par le passage du courant dans lesdits conducteurs. 7. Four de fusion selon la revendication 6, 5 caractérisé par le fait que l'épaisseur (e) du fond (11) de la cuve (1) est supérieure à l'épaisseur seulement nécessaire pour assurer la résistance mécanique et est déterminée en fonction de l'intensité du courant et de l'orientation des conducteurs pour que ledit fond (11) constitue lui-même un écran magnétique de perméabilité suffisante pour réduire les effets de déviation des arcs. 8. Four de. fusion selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé par le fait que le fond (11) de la cuve est réalisé au moins partiellement en un 15 métal à haute perméabilité magnétique relative. 9. Four de fusion selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé par le fait que le fond (11) de la cuve (1) étant muni d'ouvertures (30) de passage des électrodes de sole (3), chaque conducteur de retour (51) est associé à un écran magnétique individuel (31) constitué d'une plaque à haute perméabilité magnétique placée au-dessous de l'ouverture (30) correspondante et dont les dimensions et la position sont déterminées de façon à masquer une longueur suffisante du 25 conducteur (51) vis-à-vis de l'ouverture (30), en évitant ainsi le passage des lignes de champ correspondantes à travers cette ouverture (30). 10. Four de fusion selon la revendication 9, caractérisé par le fait que les écrans magnétiques 30 individuels (31) sont constitués chacun par un empilage de tôles suspendu au fond de la cuve.