Brevet FR2683421A1 — publié le 19930507

MEMOIRE DESCRIPTIF L'invention concerne des AMELIORATIONS AU PROCEDE DE FABRICATION EN CONTINU D'ELECTRODES EXEMPTES D'IMPURETES ET DE FER POUR FOURS A ARC ELECTRIQUE et porte sur les améliorations apportées dans un processus de fabrication en continu d'électro- des exemptes d'impuretés, et notamment de fer, pour fours à arc immergé selon les expériences réalisées en 1991 dans l'usine de la Sociedad Espa- Rola de Carburos Metàlicos dont le siège social est Poligono de Sab 6 N (Arteixo LA CORUNA). Le silicium métal est obtenu dans un four électrique à arc immergé par la réduction du quartz avec différentes sortes de charbons, suivant la réaction simplifiée Si O 2 + 2 C Si + 2 CO. On fait jaillir cet arc entre l'électrode et la sole du four, ce qui produit l'énergie nécessaire pour réaliser le processus solide-solide ci-dessus mentionné. Lorsque l'arc électrique jaillit, cela entraîne la consommation ou fusion progressive et continue de l'électrode qui fait partie de la réaction de production du métal. Les électrodes à auto-cuisson convention- nelles comportent une virole ou embout métallique qui tient lieu de gaine ou chemise dans laquelle est introduite la pâte SODERBERG qui fond, se soli- difie et qui glisse et est consommée en même temps qu'elle. Avec ce genre d'électrodes, il n'est pas possible de fabriquer du silicium métal compte tenu du taux élevé d'impuretés, surtout de fer, qui sont introduites lors de la fusion et consomma- tion de la virole ou embout. ETAT DE LA TECHNIQUE Afin d'éviter et de remédier à cet incon- vénient, il a été proposé dans le cadre du brevet au Etats-Unis 4 575 856 JOHN A PERSSON, d'inclure un noyau central de graphite, le remplacement de l'électrode consommée se faisant par extrusion à travers la virole ou embout métallique de sorte qu'elle ne finisse pas par se consommer ni, par conséquent, par contaminer. Dans le cadre du Brevet espagnol 543 259 avec priorité aux USA N 2 612 039 de LECTROMELT CORPORATION, on se propose d'obtenir une électrode à auto-cuisson, sans apport de fer, dont le noyau comporte un corps allongé de graphite ou de charbon préalablement cuit et est formé par plusieurs sec- tions cylindriques reliés à leurs extrémités, la virole ou embout ayant des côtés lisses et uniformes en section transversale. ACTIVITE INVENTIVE L'objet de la présente invention vise à résoudre tous les problèmes de type opératoire qui se sont posés tout au long de la recherche réalisée au cours des derniers mois,en ce qui concerne le processus de fabrication en continu d'électrodes exemptes d'impuretés et de fer, et qui fut incluse dans un projet C D T I approuvé au mois de Juillet 91 dernier. DESCRIPTION DE L INVENTION L'objet de ce brevet vise aussi la façon de passer du type d'électrode conventionnelle de charbon amorphe au nouveau type d'électrode de graphite et pâte, sans que cela entraine n'écessai rement de longs arrêts du four pour le vidage de la colonne d'électrode, celui-ci se réalisant pro- gressivement au fur et à mesure o la colonne se consomme. L'objet de l'invention vise également à monter un double système de glissement permettant de faire glisser l'électrode, avec ou sans virole ou embout métallique, car, bien que de cette façon des impuretés peuvent êetre introduites dans le produit, cela peut s'avérer nécessaire du point de vue opératoire bien que ce ne soit qu'en de très rares occasions. Un autre détail de l'objet de l'invention est la conception ou design d'une plaque de contact spéciale pour la transmission du courant électrique en diminuant de façon notable la surface de contact et en concentrant dans une zone de passage minimale déterminée le courant électrique, en favorisant de la sorte la cuisson de l'électrode. Une autre caractéristique de l'objet de l'invention est un procédé opératoire permettant de maintenir la hauteur adéquate des plaques de contact sur le mélange pour ne pas endommager la virole ou embout et cuire la pâte de façon appro- priée. Les caractéristiques essentielles de l'invention apparaîtront plus clairement à l'aide de la description qui va suivre, faite en référence à la planche de dessin annexée au présent mémoire et o sont représentés, de manière un tant soit peu schématique et uniquement à titre d'exemple, les détails préférés de l'invention. Sur ces dessins: La figure 1 est une vue en élévation du mode et des moyens de réalisation du système de transition des électrodes de charbon amorphe à l'électrode de graphite et de pate. La figure 2 est une vue en élévation des moyens du système pour le déplacement indépen- dant du noyau de graphite. Les figures 3, 4 et 5 sont respectivement des vues en plan, en coupe longitudinale et en élévation latérale d'une des plaques de conduction électrique. DESCRIPTION DES DESSINS Il y a lieu de faire une brève allusion à ces dessins pour que l'on puisse se faire une idée claire des caractéristiques de l'invention. La figure 1 montre une colonne d'électro- des dans laquelle est en train d'avoir lieu la transition en marche de l'électrode de charbon amorphe conventionnelle ( 1) par l'introduction du transfert à l'électrode de graphite à travers des électrodes successives de graphite ( 2) avec une réduction visible du diamètre ou section de celles-ci, jusqu'à atteindre le diamètre final ( 20), et un système de support ( 3) et ( 4) de la colonne ( 2) par la partie supérieure qui relie de façon solidaire le graphite ( 20) à la virole ou embout ( 40), ainsi qu'un système de fixation ou retenue de la virole ou embout sur l'électrode de charbon amorphe ( 3) qui doit avoir à l'extérieur le même diamètre extérieur que l'embout précédent de l'électrode de charbon amorphe et, pour ce faire, il faut usiner l'extrémité supérieure de cette dernière électrode ( 3) au diamètre intérieur de la chemise ou gaine ( 40) De la sorte et avec le four ( 5) en marche, l'électrode conventionnelle ( 3) peut continuerd-étre consommée' et les viroles ( 40) soudées par la partie supérieure en glissant avec les bagues traditionnelles ( 43) jusqu'à ce que la virole ou embout ( 40) parvienne à la hauteur du mélange. Dans cette position il faut monter le second système de glissement ( 30), figure 2, qui permet d'éliminer les supports ( 3) et ( 4) qu'avait eu le graphite ( 2) jusqu'à présent, et faire glisser seulement l'électrode de graphite ( 20), en retenant ou fixant la virole au moyen du premier système de glissement ( 44) pour n'introduire de la sorte ni la virole ou embout ( 40) ni ses impuretés dans le métal Toutefois, il est possible de faire glis- ser indépendamment électrode ( 20) avec virole ( 40) au cas o il se poserait des problèmes en utilisant le système de glissement conventionnel ( 44). Pour ce faire, on ouvre les bagues de glissement ( 43) du système inférieur ( 44) et on agit sur les bagues de glissement ( 30) du système de glissement supérieur ( 31) On peut aussi opérer en ouvrant les bagues supérieures ( 30) et en action- nant le glissement à l'aide du système convention- nel des bagues ( 43) du système inférieur ( 44). En changeant le système de glissement supérieur ( 30) on change également le type de pla- que ( 8), figure 3, dont les particularités sont ses moindres dimensions pour concentrer le courant électrique qui y passe ainsi que l'existence de ressauts ou bossages ( 80-80 a), ( 81-81 a) situés alternativement sur la partie inférieure et supé- rieure de chaque extrémité et dont le but est de rendre des plaques ( 8) solidaires à d'autres de sorte que, en cas de défaillance de la pâate qui est chargée par ( 7), leur diamètre intérieur se maintienne par contact entre les plaques ( 8) et ne s'introduise pas dans la virole ou embout ( 40), Le refroidissement interne ( 82) de la plaque ( 8) est inférieur mais du m'eme type que le"-refro Idis sement conventionnel. L'objet du brevet est également le procédé ou mode opératoire en marche du four obtenu lors des expériences réalisées et consistant en un pro- gramme introduit dans un automate piloté par ordina- teur Ce qui permet de maintenir la hauteur des colonnes (figure 2), au moyen des cylindres de suspension ( 6), entre des limites de sorte que, d'une part, elles ne s'introduisent pas dans le mélange o les gaz chauds du processus feraient fondre la virole ou embout ( 40) et, d'autre part, elles ne soient pas trop élevées dans des zones o la cuisson de la pâte ne serait pas suffisan- te. Finalement et pour favoriser cette cuisson pour ce qui est de produits à fort glissement d'élec- trodes, tel que le silicium, il est très important d'obtenir un glissement en continu de l'électrode. A cette fin, on modifie le système de réglage hy- draulique des glissements de ( 31). La nature de l'invention venant d';etre suffisamment décrite, signalons à toutes fins uti- les que celle-ci ne se limite pas strictement aux seuls détails de cet exposé mais qu'au contraire pourront lui être apportées toutes les modifica- tions que l'on jugera pertinentes, dans la mesure o ne s'en trouveront pas affectées les caracté- ristiques essentielles de celle-ci, lesquelles sont revendiquées ci-après. REVENDICATIONS 1. AMELIORATIONS AU PROCESSUS DE FABRI- CATION EN CONTINU D'ELECTRODES EXEMPTES D IMPURE- TES ET DE FER POUR FOURS A ARC ELECTRIQUE, qui comprend un mécanisme qui permet de varier (rem- placer) le type d'électrode, à partir du type con- ventionnel de charbon amorphe ( 3), en réduisant au minimum les arriâts du four; qui permet de faire glisser l'électrode ( 2), soit sans virole ou embout métallique ( 40), soit avec ladite virole ou embout ( 40); qui comporte une plaque de contact ( 8) spé- ciale pour la transmission du courant électrique qui diminue de façon notable la surface de contact et un procédé ou mode opératoire ( 6) qui permet de maintenir la hauteur adéquate des plaques de contact et une pâte spéciale d'une grande pureté et d'une plus grande conductivité. 2. AMELIORATIONS AU PROCESSUS DE FABRI- CATION EN CONTINU D'ELECTRODES EXEMPTES D IMPURE- TES ET DE FER POUR FOURS A ARC ELECTRIQUE, qui comporte un système pour varier ou remplacer le type d'électrode, selon la revendication 1, se caractérisant en ce que la virole ou embout ( 40) se raccorde à la dernière électrode de charbon amorphe ( 3), le coeur ou noyau de graphite ( 20) se raccordant de même successivement jusqu'à attein- dre le niveau des plaques de contact ( 8) en rempla- çant, lors d'une pause, les bagues de glissement ( 43) de l'électrode de charbon amorphe ( 3) primiti- ve par de nouvelles bagues d'une plus grande surface spécifique. 3. AMELIORATIONS AU PROCESSUS DE FABRI- CATION EN CONTINU D'ELECTRODES EXEMPTES D IMPURE- TES ET DE FER POUR FOURS A ARC ELECTRIQUE, se caractérisant en ce que, pour maintenir le rac- cordement entre l'électrode de charbon amorphe ( 3) et la virole ou embout ( 40) au-dessous des bagues de glissement ( 43) anciennes, selon la revendica- tion 2, on incorpore une étoile ou crosse ( 41) qui est fixée sur l'électrode de graphite ( 2) en prenant appui sur la virole ou embout ( 40) ou en s'emboltant dans l'embouchure ( 3) 4. AMELIORATIONS AU PROCESSUS DE FABRI- CATION EN CONTINU D'ELECTRODES EXEMPTES D IMPURE- TES ET DE FER POUR FOURS A ARC ELECTRIQUE se caracté- risant en ce que, lors de la phase de transition du passage d'une électrode de charbon amorphe ( 3) à une électrode de graphite ( 2), selon les revendi- cations 2 et 3, on incorpore un organe ou disposi- tif de glissement ( 30) (poussée linéaire) pour l'électrode de graphite ( 2). 5. AMELIORATIONS AU PROCESSUS DE FABRI- CATION EN CONTINU D'ELECTRODES EXEMPTES D IMPURE- TES ET DE FER POUR FOURS A ARC ELECTRIQUE compor- tant un mécanisme qui permet de faire glisser 1 ' électrode sans virole ou embout métallique ( 40), selon la revendication 1, se caractérisant en ce qu'il comporte des bagues ( 31) pour le glissement du noyau de graphite ( 2) qui comprennent des mâ- choires à ouverture et fermeture alternatives et successives et un mécanisme hydraulique d'entrae- nement (poussée linéaire) ( 30). 6. AMELIORATIONS AU PROCESSUS DE FABRI- CATION EN CONTINU D'ELECTRODES EXEMPTES D IMPURE- TES ET DE FER POUR FOURS A ARC ELECTRIQUE compor- tant des bagues pour le glissement du noyau de graphite ( 2), selon la revendication 5, se carac- térisant en ce qu'elles comportent des plaques ( 31) définies par un arc de cercle intérieurement striés, dentés ou en relief, qui embrassent la quasi totalité de la section du graphite ( 2). 7. AMELIORATIONS AU PROCESSUS DE FABRI- CATION EN CONTINU D'ELECTRODES EXEMPTES D IMPURE- TES ET DE FER POUR FOURS A ARC ELECTRIQUE compor- tant des stries, dents ou reliefs internes, selon la revendication précédente, se caractérisant en ce que, lors de leur mouvement de serrage ou sujé- tion des électrodes de graphite, ils y marquent ou gravent des marques alvéolaires indélébiles dans lesquelles pénètre, par la suite, la plàte (électrode) de fusion qui est liée intimement au graphite ( 2). 8 AMELIORATIONS AU PROCESSUS DE FABRI- CATION EN CONTINU D'ELECTRODES EXEMPTES D IMPURE- TES ET DE FER POUR FOURS A ARC ELECTRIQUE compor- tant un mécanisme ( 30) qui permet de faire glisser l'électrode ( 2) avec virole ou embout métallique ( 40), se caractérisant en ce que, en une seconde réalisation et en cas de défaillance du système de glissement du noyau de graphite ( 20), suivant les revendications 1 et 4, les premières ou ancien- nes bagues de glissement agissent sur la virole ou embout ( 40) en déplaçant tout l'ensemble de l'électrode ( 20). 9. AMELIORATIONS AU PROCESSUS DE FABRI- CATION EN CONTINU D'ELECTRODES EXEMPTES D IMPURE- TES ET DE FER POUR FOURS A ARC ELECTRIQUE compor- tant une plaque de contact spéciale ( 8), selon la revendication 1, se caractérisant en ce qu- elle présente une moindre surface de contact électri- que subdivisée en huit secteurs circulaires (arc de +/ 452 et séparations minimales) identiques, dont les séparations les uns des autres sont compen- sées pour garantir et/ou assurer leur position de contact. 10. AMELIORATIONS AU PROCESSUS DE FABRI- CATION EN CONTINU D'ELECTRODES EXEMPTES D IMPURE- TES ET DE FER POUR FOURS A ARC ELECTRIQUE compor- tant un mécanisme pour maintenir la hauteur adé- quate des plaques de contact, selon les revendica- tions 1 et 9, se caractérisant en ce qu'il comporte un programme informatisé sur automate industriel qui corrige la course des pistons ( 6) de retenue de l'électrode ( 20) pour assurer les limites de hauteur des plaques ( 8), face au mélange du four.