Brevet FR2676799A1 — publié le 19921127

La présente invention concerne un dispositif assurant une étanchéité partielle améliorée entre une électrode d'un four électrique à arc et la voûte du four. Les fours électriques à arc, utilisés no- tamment dans la sidérurgie, comportent une voûte pourvue de passages traversés chacun par une électrode. Pour le bon fonctionnement du four, notamment le réglage de la longueur de l'arc électrique, les électrodes sont montées déplacables longitudinalement dans les passages. Les électrodes étant relativement fragiles et soumises à des vibrations transversales incontrôlées, les parois délimitant les passages sont relativement éloignées de la surface extérieure de l'électrode associée pour éviter tout contact entre l'électrode et lesdites parois, contact qui détériore l'électrode. Un tel espacement entre les parois du passage et l'électrode constitue une zone de communication importante entre l'intérieur du four et l'atmosphère ambiante. Il s'avère qu'une telle communication est néfaste. En effet, lorsque le four est en surpression par rapport à l'atmosphère, les gaz contenus dans le four s'échappent à travers la zone de communication. Lorsqu'au contraire le four est en dépression par rapport à l'atmosphère, de l'air pénètre dans le four. Lorsque ces échanges entre l'intérieur et l'extérieur du four sont importants, ils représentent une gêne importante pour le bon fonctionnement du four. C'est pourquoi différents dispositifs ayant pour but de réduire ces échanges ont été étudiés. Il faut noter que des dispositifs assurant une étanchéité totale par contact avec l'électrode ne peuvent être utilisés car ils entraîneraient une détérioration rapide de cette dernière, donc des coûts élevés, lorsque l'électrode est soumise à des vibra- tions radiales inhérentes au passage d'un courant électrique de forte intensité dans l'électrode. Un dispositif assurant la protection des électrodes d'un four électrique à arc et limitant les échanges gazeux entre l'intérieur et l'extérieur du four, est par exemple décrit dans le Certificat d'uti- lité FR 2 360 858. Ce dispositif de protection comprend une boîte à eau circulaire fixée sur la voûte du four autour de l'électrode, une boîte à gaz constituée par un compartiment supérieur, solidaire de la boîte à eau et comportant une arrivée de gaz et des orifices d'échappement du gaz qui sont situés dans la partie supérieure de la boîte à gaz, des pièces mobiles en forme de secteur d'arc posées sur la paroi supérieure de la boîte à gaz et coopérant entre elles pour former une couronne entourant l'élec- trode, chaque pièce comportant à sa base un évidement formant une chambre dans laquelle se répand le gaz, et un conduit latéral raccordé à 1 'évidement et débouchant latéralement en regard de l'électrode pour diriger vers celle-ci un courant de gaz. Il s'avère qu'un tel dispositif est relati- vement complexe et difficile à mettre en oeuvre. Pour remédier à ces inconvénients, la pré- sente invention a pour but de fournir un dispositif assurant une étanchéité partielle entre l'intérieur et l'extérieur d'un four électrique à arc, dont la structure soit simple et qui soit facile à mettre en oeuvre. A cet effet la présente invention a pour objet un dispositif de réduction d'échanges gazeux entre l'intérieur et l'extérieur d'un four à arc comportant une voûte possédant au moins une ouverture, une électrode traversant axialement l'ouverture, un passage délimité entre la paroi de l'ouverture et l'électrode, caractérisé en ce qu'il comporte un élément creux posé sur une surface extérieure plate horizontale du four perpendiculaire à l'axe de l'é- lectrode et constituant l'extrémité extérieure de 1 'ouverture, 1 'élément creux entourant 1 'électrode avec un jeu annulaire déterminé. Selon d'autres caractéristiques Lorsque le dispositif est utilisé sur un four -basculant, il comporte des butées limitant le dépla- cement de l'élément creux sur ladite surface extérieure lors du basculement du four, pour éviter le contact entre l'élément creux et la surface extérieure de l'électrode. L'élément creux comporte une face ouverte située en vis-à-vis de l'électrode. L'élément creux comporte des compartiments séparés par des cloisons sensiblement radiales et ayant une face ouverte située en vis-à-vis de l'électrode. Les cloisons sont angulairement réparties, de préférence de manière régulière à l'intérieur du corps creux. Les cloisons comportent une extrémité intérieure ra- diale écartée de la face ouverte du corps creux en direction de la périphérie extérieure du corps creux. Les cloisons possèdent un profil en forme d'aube. L'élément creux possède une périphérie extérieure ouverte mettant les compartiments en communication avec une couronne creuse alimentée en gaz sous pression. Les parois latérales de la couronne sont venues de matière avec les parois latérales de l'élément creux. L'ouverture est délimitée par un orifice agencé à travers un voûtain ayant une surface extérieure hori- zontale plate, un manchon étant fixé coaxialement à l'orifice à l'extérieur du voûtain et comportant à son extrémité opposée au voûtain une plaque annulaire de diamètre intérieur sensiblement égal au diamètre de l'orifice pour former entre le voûtain et la plaque annulaire une zone dans laquelle peut être insufflé un gaz sous pression. L'élément creux est en appui glissant sur la face extérieure de la plaque annulaire. L'élément creux est en appui glissant sur le voûtain. Le gaz insufflé est un gaz neutre. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre faite uniquement à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une vue schématique en coupe d'une ouverture de four électrique à arc équipé d'un dispo- sitif selon une première forme de réalisation de l'invention. La figure 2 est une vue en coupe axiale, suivant II- II de la figure 3, d'un élément creux visible à plus petite échelle sur la figure 1. La figure 3 est une vue de dessus de l'élément creux représenté sur la figure 2. La figure 4 est une vue de dessus d'un second mode de réalisation du dispositif selon l'invention. La figure 5 est une vue en coupe selon la ligne 5-5 de la figure 4. La figure 6 est une vue schématique en coupe repré- sentant un troisième mode de réalisation d'un dispo- sitif selon l'invention sur un four électrique à arc. La figure 7 est une vue analogue à la figure 6 représentant une variante d'exécution du dispositif de la figure 6. Sur la figure 1 on a représenté la partie supérieure de la voûte 2 d'un four électrique à arc du type basculant, couramment utilisé dans la sidérurgie. La voûte 2 comporte une ouverture 4 d'axe vertical X-X délimitée par une partie de la voûte formant voûtain 6 possédant une face supérieure plate horizontale 8, formant face d'extrémité extérieure de l'ouverture 4. Une électrode 10 ayant une surface extérieure 12 cylindrique traverse coaxialement l'ouverture 4. L'électrode 10 est montée de manière à pou- voir se déplacer axialement par des moyens connus en soi, pour assurer un fonctionnement correct du four. Le diamètre de la surface extérieure 12 de l'électrode 10 est nettement inférieur au diamètre de l'ouverture 4, et délimite avec cette dernière un passage annulaire 14 relativement important. Le passage annulaire 14 doit être tel que lorsque l'électrode 12 est soumise à des vibrations radiales, l'électrode ne vient pas au contact de la paroi délimitant l'ouverture 4, ce qui la détériorerait ou même la briserait. Le passage annulaire 14 étant relativement important permet l'écoulement d'un débit gazeux élevé entre l'intérieur 16 et l'extérieur 18 du four, écoulement qu'il est nécessaire de réduire pour assurer le bon fonctionnement du four. A cet ef fet le four est équipé d'1 un dispo- sitif d'étanchéité partielle qui comporte un élément creux annulaire 20. L'élément creux annulaire 20 est posé en appui librement glissant sur la face supérieure 8 du voûtain, coaxialement à l'électrode 10, avec entre celle-ci et l'élément 20 un jeu annulaire 22 réduit. Sur la surface extérieure 8 sont fixées des butées 24, destinées à limiter le déplacement de l'élément creux 20 sur la surface 8 lors du basculement du four électrique pour en extraire le métal liquide. On évite ainsi le contact entre l'élément creux 20 et l'électrode 10 qui, d'une part, pourrait endommager celle-ci par le cisaillement dû au choc, et d'autre part, pourrait entraîner l'amorçage d'un arc électrique entre l'élément creux et l'électrode, qui aboutirait à la destruction rapide de l'élément creux. En se reportant aux figures 2 et 3, on constate que l' élément creux 20 comprend deux plaques annulaires radiales 26 et 28 qui sont parallèles et écartées axialement l'une par rapport à l'autre, les périphéries extérieurement radiales des plaques 26 et 28 étant reliées par un manchon 30 d'axe X-X. Les périphéries intérieurement radiales 32 et 34 des plaques 26 et 28 respectivement possèdent le même diamètre, ce dernier étant légèrement supérieur au diamètre de la surf ace extérieure 12 de l'1 électrode 10, et nettement plus petit que celui de l'ouverture 4 du four. L'espace existant entre les plaques 26 et 28 comporte des cloisons radiales 36 régulièrement réparties à la surface intérieure 38 du manchon 30. Les cloisons 36 sont fixées par soudage sur la surface intérieure 38 du manchon 30. Il est à noter que les cloisons 36 peuvent être également soudées sur l'une des plaques 26 ou 28, ou sur les deux. L'extrémité intérieurement radiale 40 des cloisons 36 est située entre les plaques 26 et 28, c'est-à-dire en retrait axial vers le manchon 30 par rapport aux périphéries 32 et 34 des plaques 26 et 28 respectivement, de manière à ce que les cloisons ne soient pas détériorées en cas de contact entre l'élé- ment creux et l'électrode en l'absence des butées 24 ou lors des manipulations des éléments préalablement à leur mise en place. Les cloisons 36 délimitent ainsi des com- partiments 42 ouverts sur leur face destinée à être en vis-à-vis de l'électrode 10. Les compartiments 42 constituent ainsi une chicane créant des pertes de charge dans l'écoulement des gaz entrant ou sortant du four, ce qui, ajouté au faible jeu annulaire 22, va diminuer considérablement l'échange gazeux entre l'intérieur 16 et l'extérieur 18 du four. Par ailleurs l'élément creux 20 étant de construction légère et simplement posé sur la surface 8, va glisser sur cette dernière lorsque l'électrode 10 est soumise à des vibrations radiales. En effet, le gaz contenu dans l'élément creux et l'espace annulaire 22 est comprimé dans la direction de la vibration radiale de l'électrode et repousse l'élément creux 20, de manière telle que l'espace annulaire 22 reste sensiblement constant, évitant ainsi le contact de l'électrode 10 avec l'élément creux 20. L'élément creux 20 est réalisé, de préférence en métal, par exemple en acier inoxydable amagnétique de manière à limiter la création en son sein de courants de Foucault dûs aux intenses champs magnéti- ques créés au voisinage des électrodes Ces courants de Foucault l'échaufferaient et conduiraient à sa rapide détérioration. Sur les figures 4 et 5 on a représenté un autre mode de réalisation d'un élément creux 20, dans lequel la périphérie extérieurement radiale de ce dernier est ouverte et débouche dans une couronne annulaire 50. La couronne annulaire 50 est constituée de deux plaques annulaires 52 et 54 agencées dans le prolongement des plaques annulaires 26 et 28 respec- tivement, la périphérie extérieurement radiale des pla- ques 52 et 54 étant fermée par une paroi cylindrique 56, coaxiale à l'élément creux 20. Les plaques annulaires 52 et 54 de la cou- ronne peuvent être venues de matière avec les plaques 26 et 28 respectivement de l'élément creux 20. La paroi cylindrique 56 est percée d'un orifice 58 relié à une conduite d'alimentation 60 en gaz sous pression Ce gaz peut donc circuler dans les compartiments en direction de l'électrode 10 Il a pour rôle d'améliorer l'isolation entre le four et l'air extérieur, et de refroidir l'élément creux 20. Plus simplement, le gaz peut être insufflé directement dans chacun ou au moins plusieurs des compartiments 42 par des gicleurs traversant le manchon 30. De préférence le gaz sous pression est un gaz neutre. Par ailleurs en se reportant à la figure 4, on constate que les cloisons 36 de l'élément creux 20 sont profilées de manière à constituer des aubes, pour diriger le gaz neutre entrant dans la couronne 50, à travers les compartiments 42, de manière telle que ces flux de gaz soient inclinés sur l'axe X-X selon la flèche F Bien entendu, les cloisons 36 peuvent aussi être droites comme dans l'exemple précédemment décrit. De la même manière, des cloisons profilées en aubes peuvent aussi être utilisées lorsqu'on n'insuffle pas de gaz dans l'élément creux 20 Elles offrent une surface de contact plus grande que les cloisons droites et créent donc davantage de perte de charge. Sur les figures 6 et 7 on a représenté l'a- gencement d'un élément creux 20 sur un four, dont l'ouverture à travers laquelle s'étend l'électrode 10 est constituée d'une part par un orifice 62 du voûtain 6 et d'autre part par une plaque annulaire 64. La plaque annulaire 64 est disposée paral- lèlement à la surface extérieure 8 du voûtain 6 et écarté de cette dernière. La plaque annulaire 64 présente un diamètre intérieur sensiblement égal au diamètre de l'orifice 62, et sa périphérie est fixée sur le four à l'aide d'un manchon 66 d'axe X-X. La plaque annulaire 64, le manchon 66, et la paroi du four délimitent une zone dans laquelle peut être insufflé un gaz sous pression. Dans un premier agencement (voir figure 6) l'élément creux 20 est posé sur la face extérieure 8 du voûtain 6. Dans un second agencement (Figure 7), l'élément creux 20 est posé sur la surface extérieure de la plaque annulaire 64. L'élément creux 20 selon l'invention permet de réduire de manière importante la communication entre l'intérieur et l'extérieur du four, entre lesquels est ainsi assurée une étanchéité relative. En effet, la possibilité de communication est diminuée du fait que l'espace annulaire 22 est réduit par rapport au passage 14, ce qui est possible par le fait que l'élément creux est posé sur une paroi plate sur laquelle il peut glisser. C'est ainsi que dans un four électrique à arc de 150 tonnes, du type basculant, comportant une électrode de 610 mm de diamètre, on a réduit les échanges gazeux à l'aide d'un élément creux, agencé selon les figures 1 et 2, dont le diamètre de la périphérie intérieurement radiale ( 32, 34) est de 622 mm. L'utilisation d'un gaz neutre dans le dis- positif décrit en regard des figures 4 et 5 ou dans la zone comprise entre la plaque 64 et le voûtain 6 des agencements représentés sur les figures 6 et 7 permet de diminuer les échanges gazeux en réglant la pression du gaz insufflé en fonction de la pression régnant à l'intérieur du four. il REVENDICATIONS 1 Dispositif de réduction d'échange gazeux entre l'intérieur ( 16) et l'extérieur ( 18) d'un four électrique à arc comportant une voûte ( 2) possédant au moins une ouverture ( 4), une électrode ( 10) traversant axialement l'ouverture ( 4), un passage ( 14) délimité entre la paroi de l'ouverture ( 4) et l'électrode ( 10), caractérisé en ce qu'il comporte un élément creux ( 20) posé sur une surface extérieure plane horizontale du four perpendiculaire à l'axe (X-X) de l'électrode ( 10) et constituant l'extrémité extérieure de l'ouverture, l'élément creux entourant l'électrode avec un jeu annulaire ( 22) déterminé. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des butées ( 24) limitant le déplacement de l'élément creux ( 20) sur ladite surface extérieure ( 8; 70) lors du basculement du four. 3 Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément creux ( 20) comporte une face intérieure ouverte radialement en vis-à-vis de l'électrode ( 10). 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément creux ( 20) comporte des compartiments ( 42) séparés par des cloisons ( 36) sensiblement radiales, les compartiments étant ouverts en vis-à-vis de l'électrode ( 10). Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les cloisons ( 36) sont angulai- rement réparties à la périphérie de l'élément creux ( 20). 6 Dispositif selon les revendications 4 ou , caractérisé en ce que les cloisons comportent une extrémité intérieure radiale ( 40) écartée de la face ouverte de l'élément creux ( 20) en direction de la périphérie extérieure de l'élément creux ( 20). 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les cloisons possèdent un profil en forme d'aube ( 36). 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'insufflation d'un gaz dans au moins plusieurs des compartiments ( 42). 9 Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la périphérie radialement extérieure de l'élément creux ( 20) est ouverte et communique avec une couronne creuse ( 50) alimentée en gaz sous pression. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la couronne ( 50) et l'élément creux ( 20) comportent des faces latérales venues de matière. 11 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'ouverture ( 4) du four est délimitée par un orifice agencé dans un voûtain ( 6) ayant une surface extérieure horizontale sensiblement plane, un manchon ( 66) étant fixé coaxia- lement à l'orifice à l'extérieur du voûtain et compor- tant à son extrémité opposée à ce dernier une plaque annulaire ( 64) de diamètre intérieur sensiblement égal au diamètre de l'orifice ( 62), constituant l'extrémité supérieure de l'ouverture, formant avec le voûtain et le manchon une zone dans laquelle peut être insufflé un gaz sous pression. 12 Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'élément creux ( 20) est posé sur la face extérieure ( 70) de la plaque annulaire ( 64). 13 Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'élément creux ( 20) est en appui glissant sur la face extérieure ( 8) du voûtain ( 6). 14 Dispositif selon la revendication 8, ca- ractérisé en ce que le gaz insufflé est un gaz neutre. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 caractérisé en ce que l'élément creux 20 est en acier inoxydable amagnétique.