Brevet FR2684690A1 — publié le 19930611

L'invention concerne une installation de refusion pour refondre une électrode dans un creuset qui contient un bain de fusion chauffé par un chauffage électrique et possède dans son fond une sortie entourée d'une bobine électrique, à travers de laquelle le métal refondu s'écoule en continu sous la forme d'un jet, installation dans laquelle la bobine est conçue pour générer de façon contrôlée un champ magnétique ralen- tissant la vitesse d'écoulement de sortie du jet. Q O L'invention concerne en outre un procédé d'exploitation d'une telle installation de refusion. Les électrodes produites dans des fours à induction sous vide et coulées sous la forme de lingots cylindriques, sont débarrassées par refusion de consti- tuants nuisibles On utilise à cet effet le procédé de refusion sous laitier électroconducteur, selon lequel l'électrode plonge légèrement dans un bain de laitier contenu dans un creuset et présentant une température plus élevée que celle correspondant à la température de fusion de l'électrode Les gouttelettes de métal fondu trouvent un chemin au travers du laitier et sont débar- rassées en particulier des constituants céramiques au cours de ce trajet A la fin du processus de refusion, lorsque l'électrode a été fondue complètement, on laisse se solidifier le bain de métal qui s'est accumulé dans le creuset afin d'obtenir un nouveau lingot de métal. Si l'on veut déjà laisser s'écouler le métal liquide sous la forme d'un jet de métal hors du creuset pendant la fusion du métal de l'électrode, le débit du30 métal sortant doit être réglé de façon précise Dans ce but, on peut faire passer la sortie à travers une bobine et produire des forces magnétiques de retenue suffi- santes au moyen de, la bobine lorsque la sortie de métal est en matériau céramique S'il s'agit cependant de35 produire un métal autant que possible exempt de céra- mique, on doit renoncer à l'emploi d'une sortie en céramique et réaliser la sortie en métal, notamment en cuivre, lequel constitue un blindage du champ magné- tique Pour faire agir néanmoins un champ magnétique sur le jet de métal sortant, on peut constituer la sortie de déflecteurs appelés "palissades", présentant un faible intervalle entre eux Il s'est avéré toutefois qu'avec une telle sortie, les forces magnétiques ne suffisent plus, en beaucoup de cas, pour régler la vitesse de sortie du jet de métal et pour pouvoir arrêter le jet complètement De plus, une telle régulation par des forces magnétiques présente une lenteur indésirable. Le but de l'invention est de réaliser une installation de refusion du type mentionné au début, de manière que le jet de métal émergeant de sa sortie de métal puisse être réglé sur une plage aussi grande que possible et avec aussi peu d'inertie que possible en ce qui concerne sa vitesse de sortie, jusqu'à un arrêt complet L'invention vise en outre à créer un procédé d'exploitation d'une telle installation de refusion, procédé qui autorise une régulation optimale du jet de métal sortant. Selon l'invention, le premier objectif est atteint par le fait qu'un récipient de pression surmonte le creuset, au-dessus du bain de fusion et que, pour25 régler le débit du métal s'écoulant par la sortie, on a prévu, en plus du courant traversant la bobine de la sortie, un régulateur ajustant la pression dans le récipient de pression Une surpression ou une dépression peut être établie dans le récipient de pression, suivant30 que l'on veut augmenter ou abaisser la vitesse d'écou- lement par la sortie. En réalisant une installation de refusion de cette manière, on peut changer très rapidement la vitesse du jet de métal, jusqu'à l'arrêt de l'écoule-35 ment, en modifiant la pression dans le récipient de pression Une régulation optimale de l'écoulement à la sortie et par suite du niveau du bain de fusion dans le creuset est ainsi possible sans que cela demande la production de forces magnétiques élevées au moyen de la bobine entourant la sortie de métal. 5 Des fluctuations relativement importantes du niveau du bain de fusion dans le creuset, lesquelles conduiraient sans régulation du débit sortant à des vitesses d'écoulement différentes à la sortie et de- vraient donc être compensées par la régulation du débit10 sortant, peuvent être empêchées de manière simple par un dispositif détecteur de niveau, servant à déterminer le niveau du bain de fusion dans le creuset, et par un régulateur de courant pour régler la puissance du chauffage du bain en fonction de ce niveau.15 Au début d'un processus, on peut d'abord fermer la sortie indépendamment des forces de retenue magnétiques et des forces de retenue produites par une dépression dans le récipient de pression, lorsque, selon un autre mode de réalisation de l'invention, la sortie comporte un obturateur mécanique, exempt de céramique et chauffé par induction, qui est déplaçable d'une position o il ferme la sortie complètement à une position o il ouvre la sortie Cet obturateur empêche que pendant la phase de démarrage, de l'air ne remonte à travers la sortie de métal et le bain de fusion jusque dans le récipient de pression dans lequel règne une dépression. La déperdition de chaleur de l'installation de refusion peut être réduite lorsque la surface latérale du creuset est en céramique La capacité de fusion de l'électrode peut ainsi être accrue sans que des consti- tuants céramiques pénètrent dans le bain de métal parce qu'il se forme toujours, dans cette zone, un loup ("skull") ou masse de métal renfermant du laitier, qui empêche l'entrée de céramique dans le bain de métal. On peut empêcher de manière très simple le risque d'une inclusion de laitier dans le jet de métal sortant en décalant l'axe de la sortie latéralement par rapport à l'axe de l'électrode. On obtient une séparation encore meilleure du laitier en prévoyant des barrières de laitier dans le creuset. Le second objectif précité, à savoir la création d'un procédé d'exploitation d'une installation de refusion selon l'invention, est atteint, conformément à l'invention, par le fait que, pour régler la vitesse d'écoulement du jet de métal par la sortie du creuset, on règle, en plus du courant traversant la bobine de la sortie, la pression dans le récipient de pression au-dessus du bain de fusion. Par ce procédé, on peut changer l'écoulement du bain de métal rapidement, jusqu'à l'arrêt, en chan- geant la pression dans le récipient de pression Les forces magnétiques à générer par le système de bobine entourant la sortie de métal et agissant sur le jet, peuvent ainsi être moins grandes, de sorte que la20 réalisation d'une sortie de métal exempte de céramique pose moins de problèmes que si l'écoulement de sortie devait être arrêté exclusivement par des forces magné- tiques. Il est également avantageux que pour régler la puissance électrique du chauffage du bain de fusion, on détecte et on tient compte du niveau du bain dans le creuset La vitesse de fusion de l'électrode peut ainsi être réglée exactement, de sorte qu'on obtient un niveau constant du bain et, partant, une pression constante du bain à la sortie du métal. Il est avantageux d'arrêter un processus en réduisant d'abord la puissance du chauffage du bain, ou en arrêtant le chauffage, et en arrêtant le jet de métal liquide sortant par augmentation des forces électromag- nétiques générées dans la sortie par la bobine et/ou par augmentation d'une dépression dans le récipient de pression, et en bloquant ensuite la sortie mécaniquement au moyen de l'obturateur. On peut éviter la sortie de laitier au début d'un processus en faisant fondre d'abord, au début d'un processus, le bouchon de métal qui s'est formé dans la sortie, dans la région du système de guidage électromag- nétique, et en branchant ensuite seulement le chauffage du bain En procédant ainsi, il est garanti que la sortie soit remplie de métal fondu liquide avant la fusion du laitier, de sorte que ce dernier flotte sur le bain de métal et ne peut donc pas sortir ensemble avec lui. Pour éviter, lors d'un démarrage à froid avec un loup dans le creuset, un court-circuit électrique entre la surface latérale de l'électrode et la paroi du creuset par-dessus le bord du loup, on peut, selon un perfectionnement avantageux du procédé, lors du démar- rage d'un processus en présence d'un loup, utiliser une électrode dont l'extrémité inférieure possède un dia- mètre réduit On obtient ainsi des distances radiales plus grandes entre l'électrode et le loup. L'invention permet de nombreuses formes de réalisation Pour mieux décrire le principe de base de l'invention, on a représenté sur le dessin deux instal- lations de refusion selon l'invention, qui seront décrites ci-après Sur le dessin: la figure 1 est une vue de face partielle- ment en coupe verticale d'une installation de refusion selon l'invention;30 la figure 2 est une coupe à plus grande échelle, par rapport à la figure 1, d'un système de guidage du jet de l'installation de refusion; et la figure 3 représente schématiquement une variante de réalisation, par rapport à la figure 1, de la partie inférieure d'une installation de refusion. La figure 1 montre la partie supérieure d'un bâti 1 qui supporte un creuset 2 en cuivre Ce creuset possède un fond 3 avec un système de guidage du jet 4, comportant une sortie 5 A l'intérieur du creuset, on 5 perçoit une électrode 6 à refondre, plongeant par son extrémité inférieure dans un bain de fusion 7 L'énergie de refusion nécessaire au processus arrive à l'instal- lation par une amenée de courant 8 formée de deux tubes coaxiaux d'amenée de courant. Une particularité importante pour l'invention est un récipient de pression 9 qui est placé sur le creuset 2 et entoure l'électrode 6 de façon étanche à la pression Un ventilateur 10 aspire du gaz perdu de ce récipient 9 à travers une tubulure d'échappement 11 Un régulateur 12 permet de modifier la pression dans le récipient 9 et en particulier de créer une dépression dans celui-ci Comme cette dépression agit sur la surface du bain de fusion 7, elle ralentit ou empêche l'écoulement de métal par la sortie 5 A l'inverse, il est possible aussi d'accroître la sortie de métal par la création d'une surpression dans le récipient 9. Sur le creuset 2, on a installé un dispositif détecteur de niveau 13 capable de déterminer le niveau du bain de fusion 7 et de régler en fonction de ce25 niveau, au moyen d'un régulateur de courant électrique 14, l'énergie électrique pour le processus de refusion. La figure 2 montre le système de guidage du jet 4 de façon fortement agrandie par rapport à la figure 1, en coupe par la partie gauche de la figure et30 par une vue de côté dans la partie droite On voit que la sortie 5 est en forme d'entonnoir et constituée de palissades 15, 16 séparées La sortie 5 est entourée d'une bobine 17 qui, lorsqu'elle est alimentée, freine plus ou moins le jet de métal sortant par des forces35 magnétiques Dans la partie inférieure de la sortie 5, on perçoit un obturateur mécanique 18, pouvant être chauffé par induction, qui ferme mécaniquement la sortie , mais peut être amené à une position d'ouverture de la sortie 5 pour le fonctionnement de l'installation de refusion. 5 Le mode de réalisation selon la figure 3 se distingue de celui qui vient d'être décrit par le fait que les axes de l'électrode 6 et de la sortie 5 sont mutuellement décalés latéralement Il devient ainsi possible de placer des barrières de laitier 19, 20 dans10 le bain 7, fournissant une sécurité supplémentaire contre la pénétration de laitier dans la sortie 5. Pour terminer, il est à noter que les diffé- rentes caractéristiques et dispositions revendiquées du procédé sont également applicables et avantageuses individuellement, indépendamment des autres Il est par exemple concevable de régler l'énergie de refusion sous laitier électroconducteur, dans une installation de refusion, par le biais du niveau du bain de fusion, sans utiliser un récipient de pression pour retenir le jet de20 métal. REVENDICATIONS I- Installation de refusion pour refondre une électrode ( 6) dans un creuset ( 2) qui contient un bain de fusion ( 7) chauffé par un chauffage électrique et possède dans son fond ( 3) une sortie ( 5) entourée d'une bobine électrique, à travers de laquelle le métal refondu s'écoule en continu sous la forme d'un jet, installation dans laquelle la bobine est conçue pour générer de façon contrôlée un champ magnétique ralen- tissant la vitesse d'écoulement de sortie du jet, caractérisée en ce qu'un récipient de pression ( 9) surmonte le creuset, au-dessus du bain de fusion ( 7), et que, pour régler le débit du métal s'écoulant par la sortie ( 5), on a prévu, en plus du courant traversant la bobine de la sortie ( 5), un régulateur ( 12) ajustant la pression dans le récipient de pression ( 9). 2 Installation de refusion selon la revendica- tion 1, caractérisée par un dispositif détecteur de niveau ( 13) servant à déterminer le niveau du bain de fusion ( 7) dans le creuset ( 2) et un régulateur de courant ( 14) pour régler la puissance du chauffage du bain de fusion ( 7) en fonction de ce niveau. 3 Installation de refusion selon la revendica- tion 1 ou 2, caractérisée en ce que la sortie ( 5) comporte un obturateur mécanique ( 18) exempt de céra- mique et chauffé par induction, qui est déplaçable d'une position o il ferme complètement la sortie ( 5) à une position d'ouverture de la sortie. 4 Installation de refusion selon au moins l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la surface latérale du creuset ( 2) est en céramique. Installation de refusion selon au moins l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'axe de la sortie ( 5) est décalé latéralement par rapport à l'axe de l'électrode ( 2). 6 Installation de refusion selon au moins l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que des barrières de laitier ( 19, 20) sont prévues dans le creuset ( 2). 7 Procédé d'exploitation d'une installation de refusion selon au moins une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que, pour régler la vitesse d'écoulement du jet de métal par la sortie du creuset, on règle, en plus du courant traversant la bobine de la sortie, la pression dans le récipient de pression surmontant le bain de fusion. 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que, pour régler la puissance électrique du chauffage du bain de fusion, on détecte et on tient compte du niveau du bain dans le creuset. 9 Procédé selon la revendication 7 ou 8, carac- térisé en ce que, à la fin d'un processus, on réduit d'abord la puissance du chauffage ou on coupe le chauf- fage du bain de fusion et on arrête le jet de métal liquide sortant par augmentation des forces électromag- nétiques générées dans la sortie par la bobine et/ou par augmentation d'une dépression dans le récipient de pression, et on bloque ensuite la sortie mécaniquement au moyen de 1 'obturateur.25 10 Procédé selon au moins une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que, au début d'un processus, on fait d'abord fondre le bouchon de métal qui s'est formé à l'intérieur de la sortie dans la région du système de guidage électromagnétique et on branche30 ensuite seulement le chauffage du bain de fusion. 11 Procédé selon au moins une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que, au démarrage d'un pro- cessus alors qu'un loup est présent dans le creuset, on utilise une électrode dont l'extrémité inférieure possède un diamètre réduit.