Brevet FR2692665A1 — publié le 19931224

La présente invention a pour objet un dispositif d'étanchéité partielle des électrodes d'un four électrique à arc. Les fours électriques à arc, utilisés notamment 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 déplaçables longitudinalement dans les passages. Les électrodes étant relativement fragiles et soumises à des mouvements transversaux ou 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. Or, 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 trop importants, ils représentent une gêne importante pour le bon fonctionnement du four. Par ailleurs, il faut noter que des dispositifs assurant une étanchéité totale par contact avec l'électrode ne peuvent pas être utilisés car ils entraîneraient une détérioration rapide de cette dernière, donc des coûts élevés, lorsque l'électrode est soumise à des vibrations radiales et au passage d'un courant électrique de forte intensité dans l'électrode. A cet effet, on connaît différents dispositifs d'étanchéité partielle et , par exemple dans le certificat d'utilité FR-A-2 360 858, un dispositif qui assure la protection des électrodes d'un four électrique à arc et qui limite les échanges gazeux entre l'intérieur et l'extérieur du four. Ce dispositif 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 entres elles pour former une couronne entourant l'électrode, chaque pièce comportant à sa base un évidement formant une chambre dans laquelle se répand le gaz et un conduit latéral raccordé à l'évidement et débouchant latéralement en regard de l'électrode pour diriger vers celle-ci un courant de gaz. Mais, il s'avère qu'un tel dispositif est relativement complexe et difficile à mettre en oeuvre. Pour remédier à ces inconvénients, la présente 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 qu'il soit facile à mettre en oeuvre. La présente invention a donc pour objet un dispositif d'étanchéité partielle des électrodes de fours électriques à arc comportant une voûte munie d'au moins une ouverture pour le passage d'une électrode traversant axialement ladite ouverture et un passage délimité entre la paroi de l'ouverture et l'électrode, caractérisé en ce qu'il comporte un anneau en matériau réfractaire posé sur la surface extérieure de la voûte et axialement par rapport à l'ouverture, ledit anneau étant mobile par rapport à la voûte et comportant une cavité annulaire pour l'injection d'un gaz et, en périphérie, une armature métallique refroidie. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - l'armature métallique est formée par un faisceau de tubes affleurant le matériau réfractaire dudit anneau et relié, d'une part, à un circuit d'alimentation en fluide de refroidissement et, d'autre part, à un circuit de retour dudit fluide de refroidissement, - l'armature métallique a une section en forme d'un triangle dont la base repose sur la surface extérieure de la voûte et comportant un réseau interne de circulation d'un fluide de refroidissement relié, d'une part, à un circuit d'alimentation et, d'autre part, à un circuit de retour dudit fluide de refroidissement, - l'anneau est formé par un corps cylindrique comportant une margelle supérieure et une margelle inférieure, les dites margelles s'étendant perpendiculairement à l'axe dudit corps cylindrique, - l'anneau est formé, d'une part, par un corps cylindrique muni de la dite armature et, d'autre part, par une rondelle indépendante en contact avec ledit corps muni, en périphérie, d'une ceinture métallique, ledit corps et ladite rondelle étant mobiles l'un par rapport à l'autre et par rapport à la voûte, - le corps cylindrique comporte à son extrémité opposée à celle en contact avec la rondelle, une margelle s 'étendant perpendiculairement à l'axe dudit corps cylindrique, - la rondelle est interposée entre le corps cylindrique et la voûte, - la ceinture métallique de la rondelle est formée par au moins un tube noyé dans ou affleurant le matériau réfractaire de ladite rondelle et relié à un circuit d'alimentation en fluide de refroidissement et à un circuit de retour dudit fluide de refroidissement, - les circuits d'alimentation et de retour des fluides de refroidissement comportent des plots isolants. 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 Fig. 1 est une vue schématique en coupe d'une ouverture d'un four électrique à arc équipée d'un dispositif selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la Fig. 2 est une vue schématique en coupe d'un seconde mode de réalisation du dispositif selon l'invention, - la Fig. 3 est une vue schématique en coupe d'un troisième mode de réalisation du dispositif selon l'invention, - la Fig. 4 est une vue schématique en coupe d'un quatrième mode de réalisation du dispositif selon l'invention, - la Fig. 5 est une vue schématique en coupe d'un plot isolant monté dans les circuits d'alimentation et de retour des fluides de refroidissement. Sur la Fig. 1, on a représenté la partie supérieure de la voûte 2 d'un four électrique à arc couramment utilisé dans la sidérurgie. La voûte 2 comporte une ouverture 4 d'axe vertical X-X délimitée par une partie de la voûte 2 formant voûtain 6 possédant une surface supérieure plane horizontale 8, formant la surface 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 pouvoir se déplacer axialement par des moyens connus en soi, non représentés, 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 est tel que lorsque l'électrode 10 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 effet, le four est équipé d'un dispositif d'étanchéité partielle de l'électrode 10. Comme représenté sur les Figs. 1 à 4, le dispositif d'étanchéité partielle comprend un anneau 20 en matériau réfractaire, par exemple en béton coulé et étuvé, et qui est posé sur la surface supérieure 8 du voûtain 6, coaxialement à l'électrode 10. L'anneau 20 est mobile par rapport à la voûte 2 et à l'électrode 10 et comporte une cavité annulaire 22 et, en périphérie, une armature métallique refroidie 24. La cavité annulaire 22 est reliée à des moyens d'alimentation en gaz sous pression, non repre- sentés, par un conduit 26 muni d'un plot isolant 28. De préférence, le gaz sous pression est un gaz neutre comme par exemple de l'air. Le gaz est injecté de préférence tangentiellement dans la cavité annulaire 22 de façon à créer autour de l'électrode 10 un rideau d'air. L'armature métallique 24 permet d'augmenter la tenue mécanique de l'anneau 20 et le refroidissement de ladite armature est nécessaire pour des raisons d'induction électrique. Selon un premier mode de réalisation représenté à la Fig. 1, l'anneau 20 en matériau réfractaire est formé par un corps cylindrique 21 comportant une margelle supérieure 23 - et une margelle inférieure 25 s'étendant toutes les deux vers l'électrode 10 perpendiculairement à l'axe dudit corps cylindrique 21. La margelle inférieure 25 ménage avec la surface extérieure 12 de l'électrode 10 un jeu annulaire J1 et la margelle supérieure 23 ménage avec ladite surface extérieure 12 un jeu annulaire J2 supérieur à J1. L'armature métallique 24 est dans ce cas, constituée par un faisceau 24a de tubes disposés circulairement et s'étendant sur toute la hauteur de l'anneau 20 et noyé dans le matériau réfractaire de cet anneau 20. Le faisceau 24a de tubes est alimenté en fluide de refroidissement constitué par exemple par de l'air ou de l'eau. Pour cela, l'entrée du faisceau 24a de tubes est reliée à un circuit 30 d'alimentation en fluide de refroidissement et la sortie de ce faisceau est reliée à un circuit 32 de retour dudit fluide. Les circuits 30 et 32 sont également pourvus d'un plot isolant 28. La Fig. 2 représente un second mode de réalisation du dispositif selon l'invention, dans lequel l'anneau 20 en matériau réfractaire est similaire à l'anneau représenté à la Fig. 1 et comporte un corps cylindrique 21, une margelle supérieure 23, une margelle inférieure 25 et une cavité annulaire 22. Mais, dans ce mode de réalisation, l'armature métallique 24 a une section en forme d'un triangle dont la base repose sur la surface extérieure 8 du voûtain 6 ce qui facilite le glissement de l'anneau 20 sur cette surface extérieure. Le triangle constituant l'armature métallique 24 comporte un réseau interne 24b de circulation d'un fluide de refroidissement dont l'entrée est reliée à un circuit 30 d'alimentation et dont la sortie est reliée à un circuit 32 de retour dudit fluide de refroidissement. Les circuits 30 et 32 sont également pourvus d'un plot isolant 28. Selon deux autres modes de réalisation représentés aux Figs. 3 et 4, l'anneau 20 est formé de deux éléments indépendants mobiles, d'une part, l'un par rapport à 1 'autre, et d' autre part, par rapport à la voûte 2 et à l'électrode 10. Comme représenté sur la Fig. 3, l'anneau 20 comprend un corps cylindrique 40 en matériau réfractaire, muni, en périphérie, d'une armature métallique refroidie 24 et une rondelle 42 en matériau réfractaire munie, en périphérie, d'une ceinture métallique 44. La rondelle 42 est posée sur la surface extérieure 8 du voûtain 6 et le corps cylindrique 40 est posé sur ladite rondelle 42. La rondelle 42 ménage avec la surface extérieure 12 de l'électrode 10 un jeu annulaire J1. Le corps cylindrique 40 comporte à son extrémité opposée à celle destinée à reposer sur la rondelle 42, c'est à dire à son extrémité supérieure dans ce mode de réalisation, une margelle 41 s'étendant en direction et perpendiculairement à l'axe dudit corps cylindrique 40. La margelle 41 ménage avec la surface extérieure 12 de l'électrode 10 un jeu annulaire J2 supérieur à J1. Par ailleurs, la margelle 41 et la rondelle 42 ménagent, avec le corps cylindrique 40, une cavité annulaire 22 reliée à des moyens d'alimentation en gaz non représentés, par un conduit 26 muni d'un plot isolant 28. Dans le mode de réalisation représenté à la Fig. 3, l'armature métallique 24 est également constituée par un faisceau 24a de tubes s'étendant sur toute la hauteur du corps cylindrique 40 et noyé dans le matériau réfractaire dudit corps cylindrique. L'entrée du faisceau 24a de tubes est reliée à un circuit 30 d'alimentation en fluide de refroidissement et la sortie du faisceau est reliée à un circuit 32 de retour dudit fluide de refroidissement. Les circuits 30 et 32 sont également pourvus f d'un plot isolant 28. La ceinture métallique 44 entourant la rondelle 42 peut être formée par au moins un tube noyé dans le matériau réfractaire de ladite rondelle et relié à un circuit d 'alimentation en fluide de refroidissement et à un circuit de retour dudit fluide de refroidissement. Selon un quatrième mode de réalisation représenté à la Fig. 4 , l'anneau 20 comprend également un corps cylindrique 50 en matériau réfractaire, muni d'une armature métallique refroidie 24 et une rondelle 42 en matériau réfractaire, munie, en périphérie, d'une ceinture métallique 44. Le corps cylindrique 50 est posé sur la surface extérieure 8 du voûtain 6 et la rondelle 42 est posée sur ledit corps cylindrique 50. Ce corps cylindrique 50 comporte à son extrémité opposée à celle destinée à être en contact avec la rondelle 42, c'est à dire à son extrémité reposant sur la surface extérieure 8, une margelle 51 s 'étendant en direction et perpendiculairement à l'axe dudit corps cylindrique 50. La margelle 51, la rondelle 42 et le corps cylindrique 50 ménagent également une cavité annulaire 42 reliée à des moyens d'alimentation en air comprimé, non représentés, par un conduit 26 muni d'un plot isolant 28. D'autre part, la margelle 51 ménage avec la surface extérieure 12 de l'électrode 10 un jeu annulaire J1 et la rondelle 42 ménage avec cette surface extérieure un jeu annulaire J2 supérieur à Jl. Dans ce mode de réalisation, l'armature métallique 24 a la forme d'un triangle dont la base repose sur la surface extérieure 8 du voûtain 6 ce qui facilite le glissement du corps cylindrique 50 par rapport à ce voûtain. L'armature métallique 24 comporte un réseau interne 24b de circulation d'un fluide de refroidissement relié, d'une part, à un circuit d'alimentation 30 et, d'autre part, à un circuit de retour 32 dudit fluide de refroidissement. La ceinture métallique 44 de la rondelle 42 peut être formée par au moins un tube partiellement noyé dans le matériau réfractaire de ladite rondelle et relié à un circuit d'alimentation en fluide de refroidissement et à un circuit de retour dudit fluide de refroidisse ment. Les circuits 30 et 32 sont également pourvus d'un plot isolant 28. Le plot isolant 28 représenté plus en détails à la Fig. 5 a pour but d'éviter les risques d'échauffement provoqués par les courants de Foucault dûs aux intenses champs magnétiques créés au voisinage des électrodes. Le plot isolant 28 comporte une bague 28a en matériau isolant interposée entre les conduits reliant l'armature métallique avec les circuits d'alimentation et de retour du fluide de refroidissement et également entre les conduits du circuit d'alimentation en air comprimé de la cavité annulaire. Le gaz injecté dans la cavité annulaire 22 crée un rideau d'air, qui ajouté aux faibles jeux annulaires J1 et J2, va diminuer considérablement l'é- change gazeux entre l'intérieur 16 et l'extérieur 18 du four. L'utilisation d'un gaz neutre permet de diminuer les échanges gazeux en réglant la pression du gaz insufflé en fonction de la pression régnant à l'intérieur du four. Par ailleurs, l'anneau 20 formé par un élément mobile par rapport à la voûte ou par deux éléments mobiles l'un par rapport à l'autre et par rapport à ladite voûte, glisse sur cette voûte lorsque l'électrode est soumise à des vibrations radiales ce qui diminue les risques de détérioration de cette électrode. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'étanchéité partielle des électrodes (10) de fours électriques à arc comportant une voûte (2, 6) munie d'au moins une ouverture (4) pour le passage d'une électrode (10) traversant axialement ladite ouverture (4) et un passage délimité par la paroi de l'ouverture (4) et l'électrode (10), caractérisé en ce qu'il comprend un anneau (20) en matériau réfractaire posé sur la surface extérieure (8) de la voûte (2, 6) et axialement par rapport à l'ouverture (4), ledit anneau (20) étant mobile par rapport à la voûte (2, 6) et comportant une cavité annulaire (22) pour 1 'injection d'un gaz et, en périphérie, une armature (24) métallique refroidie. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'armature métallique (24) est formée par un faisceau de tubes (24a) affleurant le matériau réfractaire dudit anneau (20) et relié d'une part, à un circuit (30) d'alimentation en fluide de refroidissement et, d'autre part, à un circuit (32) de retour dudit fluide de refroidissement. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'armature métallique (24) a une section en forme d'un triangle dont la base repose sur la surface extérieure (8) de la voûte (2, 6) et comportant un réseau interne (24b) de circulation d'un fluide de refroidissement relié, d'une part, à un circuit (30) d'alimentation et, d'autre part, à un circuit (32) de retour dudit fluide de refroidissement. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'anneau (20) est formé par un corps cylindrique (21) comportant une margelle supérieure (23) et une margelle inférieure (25), lesdites margelles (23, 25) s'étendant perpendiculairement à l'axe dudit corps cylindrique (21). 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'anneau (20) est formé, d'une part, par un corps cylindrique (40, 50) muni de ladite armature (24) et, d'autre part, par une rondelle (42) indépendante en contact avec ledit corps (40, 50) et munie, en périphérie, d'une ceinture métallique (44), ledit corps (40, 50) et ladite rondelle (42) étant mobiles l'un par rapport à l'autre et par rapport à la voûte (2, 6). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le corps cylindrique (40, 50) comporte à son extrémité opposée à celle destinée à être en contact avec la rondelle (42), une margelle (41, 51) s'étendant perpendiculairement à l'axe dudit corps cylindrique (40, 50). 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la rondelle (42) est interposée entre le corps cylindrique (40) et la voûte (2, 6). 8. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la ceinture métallique (44) est formée par un tube partiellement noyé dans le matériau réfractaire de ladite rondelle (42) et relié à un circuit d'alimentation en fluide de refroidissement et à un circuit de retour dudit fluide de refroidissement. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2, 3 et 8, caractérisé en ce que les circuits d'alimentation et de retour des fluides de refroidissement comportent au moins un plot isolant (28).