Brevet FR2686150A1 — publié le 19930716

L'invention concerne un four à arc triphasé, en particulier pour faire fondre de l'acier, comportant un récipient avec trois électrodes disposées sur un cercle gradué de manière à réduire l'usure des parois du four. Dans les fours à arc triphasés, un arc brûle entre les extrémités des électrodes et le métal en fusion dans le four Dans ce cas, les arcs ne brûlent pas exactement de façon verticale, mais dévient vers les côtés Par ce "jet", les parois internes du four, au voisinage de l'arc, sont exposées à des contraintes thermiques élevées Ces zones de surchauffe entraînent une usure importante du revêtement intérieur réfractaire des récipients Cependant, même dans des parois non réfractaires, telles que des panneaux re- froidis à l'eau, des problèmes ou des désordres peuvent apparaître A ce sujet, l'usure de la paroi est proportion- nelle au rendement ou à la puissance de l'arc et à la longueur de l'arc et inversement proportionnelle à la distance entre l'électrode et la paroi Par ailleurs, la qualité réfractaire des fours à revêtement et le contrôle du fluide de refroidissement dans les parois métalliques jouent un rôle Finalement, des recommandations sont faites pour changer le niveau du rendement pendant le processus de fusion Par exemple, un niveau de rendement élevé et un arc long sont utilisés pour la fusion initiale de la charge25 matérielle du four, qui est généralement encore solide, et, par la suite, des arcs à énergie élevée courts, à puissance électrique plus élevée, sont employés pendant la dernière partie du processus de fusion. Par ailleurs, par le brevet allemand N O 2 602 878, on connaît un procédé et un appareil pour répartir et réduire l'usure du revêtement interne de la paroi du four, dans lesquels un champ magnétique déflecteur est engendré pour toutes les électrodes au-dessous du fond, afin d'affecter le développement et la direction de l'arc Cette méthode coûteuse, qui est coûteuse par rapport à l'investissement aussi bien qu'en fonctionnement, n'a pas été en mesure d'éliminer, de manière satisfaisante, dans les conditions dures de fonctionnement des installations métallurgiques, la phase brusque qui est la combustion asymétrique des arcs. La construction d'un récipient de four ayant une forme triangulaire dans le but de faciliter le montage des bobines est connue par la publication allemande N O 1 758 726. Pourtant, le four qui est connu par cette publication entraîne des coûts supplémentaires pour la construction particulière du récipient, incluant le revêtement interne. L'objet de l'invention est de créer un four à arc triphasé, qui, activement, avec des moyens simples, de façon sûre et économique, assure une usure minimale de la paroi interne des récipients de fours. A cet effet, le four à arc triphasé est remarquable, selon l'invention, en ce qu'il comporte un récipient ayant un axe vertical central au centre dudit récipient et un axe trans- versal et des électrodes disposées sur un cercle gradué ayant un centre, lesdites électrodes faisant saillie dans ledit récipient parallèlement audit axe vertical central, en ce que lesdites électrodes sont montées sur un dispositif de support d'électrodes comportant au moins trois colonnes de support et au moins trois bras de support, en ce que ledit centre du cercle gradué est disposé sur ledit axe transver- sal à une distance prédéterminée du centre du récipient, ledit axe transversal étant colinéaire au bras central desdits bras de support et en ce que l'électrode est dis- posée au plus près desdites colonnes de support à l'inter- section dudit axe transversal et du cercle gradué et en ce que les autres électrodes sont disposées sur ledit cercle 2686150 - gradué en faisant un angle a centre dudit cercle. Ledit récipient peut, par exemple, présenter un contour ovale. De façon avantageuse, l'espacement prédéterminé entre le centre du récipient et le centre du cercle gradué sur lequel les électrodes sont disposées vaut 0,06 à 0,12 fois l'espa- cement entre les parois internes du récipient le long de l'axe transversal. De préférence, l'espacement entre la paroi interne du récipient et les surfaces externes des électrodes sur une sécante à travers les centres desdites électrodes, ainsi qu'à travers le centre de l'électrode, est, avec une tolé- rance de 5 %, sensiblement égal à l'espacement entre les surfaces externes de l'électrode la plus proche des colonnes de support et la paroi interne du récipient la plus proche des colonnes de support. Par ailleurs de façon avantageuse, les électrodes supportées par les bras en porte-à-faux sur les colonnes de support forment, dans chaque cas, avec l'électrode la plus proche du dispositif de support d'électrodes, un angle de 950-1000, vu en plan horizontal, au centre du cercle gradué. L'objet de l'invention est atteint en agençant les élec- trodes suivant une configuration géométrique nouvelle et avantageuse par rapport aux parois du four De façon pré- cise, les électrodes sont agencées en des points particu- liers sur un cercle gradué, lequel cercle est centré suivant une configuration particulièrement avantageuse par rapport aux axes principaux du récipient du four. En conservant la taille (le diamètre) du cercle gradué des électrodes adaptée à la taille d'un four correspondant, le centre du cercle gradué est éloigné du côté des colonnes de support du four à arc L'augmentation de la distance de l'électrode proche de cette zone de paroi a un effet direct sur l'usure du revêtement interne du récipient. En même temps, l'agencement réciproque des électrodes est modifié, de sorte qu'elles ne sont plus disposées sur le cercle gradué, comme c'était le cas initialement avec l'angle au centre valant toujours 1200 De façon étonnante, il a été découvert que le choix d'un angle au centre, qui est clairement inférieur à 1200, entrave à peine l'alimen- tation en énergie électrique Par conséquent, la perte de puissance reste à un minimum En même temps, cependant, il existe un effet positif sur la nature de la paroi du four, à savoir une réduction de l'usure est obtenue sans la néces- sité d'énergie passive supplémentaire, par exemple, pour faire fonctionner des bobines magnétiques. Cet agencement des électrodes selon l'invention peut être utilisé, non seulement dans des récipients ayant un contour circulaire, mais également, de façon très avantageuse, dans des récipients ayant un contour ovale Dans le cas de récipients ovales, les distances des enveloppes des élec- trodes à la paroi interne du récipient peuvent être, mu- tuellement, adaptées à la situation géométrique de la séparation des deux moitiés du cercle. Pour une meilleure appréciation de l'invention et des avantages obtenus par son utilisation, on se référera à la description détaillée suivante de l'invention, en relation avec le dessin annexé Un exemple de l'invention est montré sur le dessin, mais il est clair que cet exemple est donné à titre d'illustration et est non limitatif Ainsi, par exemple, alors qu'il est fait référence à l'agencement d'électrodes selon la présente invention comme étant avan- tageuse dans des fours électriques à fusion, il est clair, cependant, que l'invention peut également être utilisée dans des fours de coulée et d'autres récipients métallurgiques. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une coupe verticale d'un four à arc conforme à l'invention. La figure 2 est une coupe horizontale du récipient du four à arc de la figure 1, selon la ligne A-A de celle-ci. La figure 1 montre un récipient 30 d'un four à arc ayant un dispositif de support d'électrodes 20, qui peut être déplacé verticalement, comme il est usuel Le dispositif 20 comporte des colonnes de support verticales 25, sur lesquelles sont disposés des bras de support horizontaux 24, qui guident les trois électrodes 21 à 23 en déplacement parallèle à l'axe vertical central 1 Les électrodes 21 à 23 font saillie, vers le bas, dans le récipient 30 du four A l'extrémité des électrodes, des arc électriques 11, 12 sont représentés schématiquement. Le matériau en fusion 40, comprenant de petits morceaux solides 41 et un matériau fusible 42, constitue la charge du récipient 30. L'arc 11 "jaillit" et ainsi a un effet sur le revêtement réfractaire 31 dans la zone d'usure 35. Sur le côté gauche du récipient, une paroi tubulaire ou un panneau 34, qui ne comporte aucun matériau réfractaire, et à travers lequel un fluide de refroidissement approprié circule, est représenté schématiquement. La figure 2 représente la coupe A-A du récipient 30 ayant un contour ovale Le récipient 30 comporte une enveloppe métallique 33, qui est munie d'un revêtement réfractaire épais 31 De plus, l'axe longitudinal II du four et l'axe transversal III du four sont représentés Ils se coupent au centre O du récipient et avec l'axe central I du four. Les électrodes 21, 22, 23 font saillie dans le récipient 30. Les centres des électrodes 21 à 23 se trouvent sur un cercle gradué T, le centre M de celui-ci étant sur l'axe transver- sal III Le centre M du cercle gradué T est espacé d'une distance "a" du centre O du récipient 30 Les parois in- ternes 32 sont espacées d'une distance A. Le centre de l'électrode 21 se trouve à l'intersection du cercle gradué T et de l'axe transversal III L'électrode 21 1 S est disposée au plus près de la colonne de support 25. L'angle au centre M du cercle gradué, entre l'électrode 21 et les électrodes 21 et 23, est désigné par a La sécante V passe par les centres des électrodes 21 et 22 et la sécante W s'étend entre les centres des électrodes 21 et 23. La longueur de la sécante V, de la surface 32 de la paroi interne du four jusqu'à la surface externe 27 de l'électrode 22, est désignée par y La longueur de la sécante W, de la surface interne 32 du récipient jusqu'à la surface externe 28 de l'électrode 23, est désignée par z La distance de la surface interne 32 jusqu'à la surface externe 6 de l'élec- trode 21 est désignée par x Comme représenté, les dimen- sions x, y et z sont approximativement identiques Les zones et les limites de l'usure maximale de la surface de la paroi interne sont représentées schématiquement et désignées par 35, 36 et 37. REVENDICATIONS 1 Four à arc triphasé, caractérisé en ce qu'il comporte un récipient ( 30) ayant un axe vertical central (I) au centre (O) dudit récipient et un axe transversal (III), et des électrodes ( 21,22,23) dis- posées sur un cercle gradué (T) ayant un centre (M), lesdi- tes électrodes faisant saillie dans ledit récipient ( 30) parallèlement audit axe vertical central (I), en ce que lesdites électrodes sont montées sur un dispositif de support d'électrodes ( 20) comportant au moins trois colonnes de support ( 25) et au moins trois bras de support ( 24), en ce que ledit centre (M) est disposé sur ledit axe transver- sal (III) à une distance prédéterminée (a) du centre (O), ledit axe transversal (III) étant colinéaire au bras central desdits bras de support ( 24), et en ce que l'électrode ( 21) est disposée au plus près desdites colonnes de support ( 25) à l'intersection dudit axe transversal (III) et du cercle gradué (T) et en ce que les autres électrodes ( 22, 23) sont disposées sur ledit cercle gradué (T) en faisant un angle a 1100 avec l'électrode ( 21) au centre (M) dudit cercle (T). 2 Four à arc triphasé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le récipient ( 30) présente un contour ovale. 3 Four à arc triphasé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'espacement prédéterminé (a) entre le centre (O) du récipient et le centre du cercle gradué (T) sur lequel les électrodes ( 21,22,23) sont disposées vaut 0,06 à 0,12 fois l'espacement (A) entre les parois internes ( 32) du récipient le long de l'axe transversal (III). 4 Four à arc triphasé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les électrodes ( 22,23) supportées par les bras ( 24) en porte-à-faux sur les colonnes de support ( 25) forment, dans chaque cas, avec l'électrode ( 21) la plus proche du dispositif de support d'électrodes, un angle (a) de 95 -100 , vu en plan horizontal, au centre (M) du cercle gradué (T). 5 Four à arc triphasé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'espacement (y,z) entre la paroi interne ( 32) du récipient et les surfaces externes ( 27,28) des électrodes ( 22,23) sur une sécante (V,W) à travers les centres desdites électrodes, ainsi qu'à travers le centre de l'électrode ( 21), est, avec une tolérance de 5 %, sensi- blement égal à l'espacement (x) entre les surfaces externes de l'électrode ( 21) la plus proche des colonnes de support et la paroi interne ( 32) du récipient la plus proche des colonnes de support ( 25).