Brevet FR2707378A1 — publié le 19950113

d' 2707378 PROCEDE DE CONDUITE D' UN FOUR A ARC A COURANT CONTINU La présente invention concerne un procédé de conduite d'un four à arc à courant continu pour la fusion des métaux, notamment de l'acier, et plus particulièrement les procédures visant à assurer la longévité de cette électrode de sole et du garnissage réfractaire du four. Il est connu d'utiliser dans les fours de ce type, une électrode de sole constituée d'un barreau en métal qui traverse la paroi de fond du four en affleurant par une extrémité la surface supérieure du revêtement réfractaire de la cuve du four, et relié par son autre extrémité, débordante sous la cuve, à une source de courant continu. Ce barreau est lié mécaniquement à la cuve du four par un dispositif de fixation qui assure également la connexion électrique entre le barreau et l'alimentation en électricité. Ce dispositif comporte par exemple une chemise refroidie en matériau électro-conducteur qui entoure l'extrémité inférieure du barreau, débordante sous la cuve du four, cette chemise étant isolée électriquement de la cuve sur laquelle elle est fixée. Dans des systèmes de fixation connus, la chemise refroidie comporte à son extrémité supérieure une collerette, laquelle est fixée sous la cuve. Pour assurer une fixation efficace, la cuve métallique est renforcée, autour de l'orifice de passage du barreau par une bride liée à la cuve, cette bride, qui peut être épaisse, permettant par ailleurs de rallonger le barreau. La partie supérieure du barreau, est entourée d'une virole ou de plusieurs viroles superposées en matériau réfractaire, sur sensiblement toute l'épaisseur du revêtement réfractaire du four. Ces viroles forment donc un puits en matériau réfractaire dans le prolongement vers le haut de la chemise du dispositif de fixation et s'appuyant sur cette chemise. Ce puits permet de contenir le métal liquéfié résultant de la fusion du barreau lors du fonctionnement du four. Le niveau du front de fusion (limite entre la partie solide et la partie fondue du barreau) varie en fonction de la hauteur de ce puits qui, par usure, a tendance à diminuer simultanément à l'épaisseur de la sole réfractaire, lors d'une campagne de fonctionnement. Ce niveau reste cependant normalement un peu au- dessus de l'extrémité inférieure du puits réfractaire, ceci étant dû à l'effet refroidissant de la chemise refroidie qui se trouve immédiatement sous les viroles réfractaires. Il en résulte que le métal fondu reste toujours contenu à sa périphérie par le puits réfractaire et vers le bas par la partie solidifiée du barreau. Lors de l'utilisation de tels fours, il se produit une usure normale de la sole réfractaire réalisée en pisé. Une mesure classique pour compenser cette usure est de redéposer sur la sole usée une couche de pisé, opération généralement effectuée lors des arrêts programmés de l'installation. On a toutefois constaté que la virole réfractaire supérieure entourant le barreau d'électrode de sole subissait une usure plus rapide que le reste de la sole, cette usure se caractérisant par une réduction de la hauteur de la virole et par un fort évasement de la partie restante de celle-ci. De plus cette usure a tendance à croître sans pouvoir être compensée par l'ajout de pisé. La virole doit donc être remplacée relativement fréquemment, ce qui nécessite un arrêt prolongé du four, et la démolition et la reconstruction de la sole en pisé, au moins aux alentours de l'électrode de sole. L'invention a pour but d'éviter ou au moins de limiter l'usure de la virole supérieure, afin de prolonger la durée de vie des viroles et de la sole dans son ensemble, et de réduire les arrêts d'exploitation et les coûts entraînés par une réfection complète de la sole. Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un procédé de conduite d'un four à arc à courant continu comprenant au moins une électrode de sole comportant un barreau métallique d'amenée du courant, traversant la sole du four et entouré par au moins une virole en matériau réfractaire affleurant la surface de la sole, ce procédé étant caractérisé en ce que, lors de chaque remise en service du four après un arrêt ayant conduit à un refroidissement sensible de la sole du four, et avant de recharger le four et de le mettre en chauffe, on place sur l'extrémité supérieure de ladite virole, une pièce annulaire en béton réfractaire de diamètre intérieur sensiblement égal au diamètre intérieure de la virole. Grâce à l'invention, on a pu constater une nette diminution de la vitesse d'usure. Cette vitesse qui est de l'ordre de 0,5 mm de réduction d'épaisseur de la sole au voisinage de l'électrode par coulée en moyenne selon l'art antérieur, passe à seulement 0,2 mm par coulée en mettant en oeuvre le procédé selon l'invention). L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va être faite d'un procédé conforme à l'invention, pour la conduite d'un four à arc à courant continu pour la fabrication de l'acier par fusion de ferrailles. On se reportera aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue partielle en coupe, selon l'axe de l'électrode de sole dudit four, - la figure 2 est une vue montrant la pièce annulaire en béton positionné sur la virole réfractaire avant remise en service du four. Au dessin de la figure 1, on n'a représenté que la partie du four avoisinant l'électrode de sole. Le four comporte une cuve à paroi métallique 1 revêtue intérieurement d'un garnissage de brique 2 et de pisé 3 réfractaires formant la sole. Dans la zone d'implantation de l'électrode de sole, la paroi 1 porte une bride 8 de renfort, qui lui est solidarisée par des boulons, représentés uniquement par leurs axes 9, avec interposition d'une plaque isolante 10. L'ensemble paroi 1 et bride 8 comporte un orifice 4 circulaire dans lequel passe un barreau 5 en acier dont l'extrémité supérieure affleure la surface 31 de la couche de pisé 3. L'extrémité inférieure 51 du barreau 5 est entourée par une chemise refroidie 6 pourvue d'une collerette 7 fixée sur la bride 8. Cette chemise assure également la connexion électrique du barreau 5 avec la source de courant continu, non représentée. Au-dessus de la chemise 6, le barreau 5 est entouré par des viroles 11, 12, 13 réfractaires superposées sur toute l'épaisseur de la sole, et maintenues par le pisé 3 qui les entoure. L'ensemble de ces viroles forme un puits qui contient le métal liquide résultant de la fusion du barreau 5 lors du fonctionnement du four. A l'état neuf, ou après réfection complète de la sole avec remplacement du barreau 5 et des viroles réfractaires 11, 12, 13, l'extrémité supérieure 13' de la virole supérieure 13 affleure la surface 31 du pisé 3. Lors de l'utilisation du four, il se produit une usure de la sole 3 et de la partie supérieure de la virole supérieure 13. On a représenté schématiquement sur la figure 1, par le tracé 32 en traits interrompus, le profil d'usure de la sole au bout de 300 coulées, lors d'une utilisation du four avant mise en oeuvre de l'invention, et par le tracé 33, le profil obtenu dans les mêmes conditions, au bout de 1300 coulées. On peut constater que dès 300 coulées, l'usure de la virole supérieure 13 est plus importante que celle du pisé 3 constituant le reste de la sole. Au bout de 1300 coulées, l'usure des viroles est très importante et touche la seconde virole 12, et se caractérise par une forme évasée au niveau des viroles alors que l'usure de la couche de pisé 3 reste sensiblement uniforme. On notera que, du fait de cette usure, le métal fondu résultant de la fusion de la charge du four et du barreau 5, comble l'évasement ainsi formé, recouvre le bord supérieur des viroles et vient en contact direct avec le pisé 3. Lorsque le four est vidé, en vue de rajouter sur la sole une couche de pisé, du métal solidifié reste accroché à la surface de la partie évasée. Il en résulte que le pisé déposé à cet endroit, vient seulement recouvrir les accrochages de métal et, lors de la remise en route ultérieure du four, ces accrochages étant à nouveau fondus, le pisé déposé et non lié aux viroles ou au pisé sous-jacent, est rapidement arraché et l'usure des viroles et du pisé avoisinant s'en trouve accrue. Le procédé conforme à l'invention et qui vise à éliminer ou au moins à réduire cette forte usure des viroles réfractaires, est mis en oeuvre de la manière suivante. Lors de chaque arrêt programmé du four, en principe en fin de semaine, le four est classiquement vidé de sa charge de métal en fusion. On veille à ce que le niveau de métal fondu contenu dans le puits réfractaire formé par les viroles 11, 12, 13 soit situé en dessous du bord supérieur de la partie subsistante de la virole supérieure 13, de manière à éviter au maximum des accrochages de métal sur ce bord supérieur 13' de la virole 13. Avant de remettre le four en service, on place coaxialement sur cette virole avec le meilleur contact possible, une pièce annulaire 20 en béton réfractaire, comme représenté à la figure 2. Cette pièce annulaire est une rondelle ayant un diamètre intérieur sensiblement égal à celui de la virole, et une épaisseur suffisante déterminée d'une part pour assurer sa résistance mécanique, et d'autre part pour limiter le flux thermique qui peut la traverser dans la direction de son épaisseur. En effet cette pièce annulaire est essentiellement destinée à éviter le choc thermique que subirait en son absence, la partie supérieure de la virole. Il a en effet été constaté que l'usure importante de la virole supérieure relatée précédemment, résultait essentiellement d'un écaillage par fissuration horizontale du réfractaire constitutif de la virole, dû au choc thermique résultant de la brusque mise en contact du bord supérieur de la virole avec le métal liquide à haute température provenant des toutes premières quantités de ferrailles fondues lors du redémarrage du four, alors que le matériau réfractaire de la virole situé plus bas, ainsi que le barreau métallique 5, sont encore à basse température du fait du refroidissement subit pendant l'arrêt. La pièce annulaire 20, mise en place conformément à l'invention, empêche le métal fondu d'entrer en contact direct avec le bord supérieur de la virole, dès le redémarrage du four. Le choc thermique est supporté par cette pièce annulaire, qui résiste pendant une durée suffisante pour que la virole supérieure ait le temps de s'échauffer par conduction au contact du barreau 5 qui s'échauffe lui même assez rapidement dès que la fusion de la charge du four a commencé. Il est à noter que la pièce annulaire 20 n'est pas une "pièce d'usure" dans le sens donné communément à cette expression, mais une pièce de protection destinée à protéger temporairement la virole, au redémarrage du four. En effet, la pièce annulaire 20 n'est pas destinée à compenser l'usure normale de la virole, qui se produit inévitablement lors de l'utilisation du four. Cette pièce annulaire, qui assure la protection provisoire de la partie supérieure de la virole, se désagrège d'ailleurs rapidement dès la fusion de la première charge du four, du fait que c'est cette pièce qui supporte le choc thermique relaté précédemment. La destruction de cette pièce n'est d'ailleurs nullement gênante dès lors qu'elle n'est réalisée totalement qu'après la mise en température de fonctionnement normale de la virole: par exemple la durée de cette pièce pourra n'être que de quelques heures. Ainsi le matériau de la pièce annulaire 20 pourra être un béton réfractaire ordinaire, beaucoup moins coûteux que le matériau constitutif de la virole. On pourra utiliser soit un béton réfractaire ayant de bonnes caractéristiques d'isolation thermique, auquel cas l'épaisseur de la pièce annulaire pourra être réduite, ou a l'inverse utiliser une pièce plus épaisse réalisée en un béton moins isolant. Préférentiellement, le diamètre extérieur de la pièce annulaire 20 est supérieur à celui de la virole sur laquelle elle est placée, de manière à recouvrir le pisé avoisinant ladite virole. De cette manière, on évite d'éventuelles infiltrations du métal de la charge liquéfié au début de la fusion, entre la virole et le pisé avoisinant. On notera aussi que la mise en place de la pièce annulaire en béton doit être effectuée à chaque arrêt du four avant le redémarrage, dès lors que la durée de l'arrêt a été suffisante pour autoriser un refroidissement sensible de la virole. En effet, il a été constaté que si ladite pièce annulaire n'a pas été mise en place lors d'un redémarrage et même si elle a été à nouveau utilisée lors des démarrages suivants, la virole est susceptible de s'user fortement par la suite. Ceci est dû au fait que, suite à l'omission de la pièce annulaire, le bord supérieur de la virole est érodé irrégulièrement, en particulier selon la forme évasée décrite précédemment, et que, en conséquence, lorsque la pièce annulaire est à nouveau utilisée, il subsiste entre celle-ci et la virole des zones o le métal liquide peut s'infiltrer, dès le début de la fusion et provoquer à nouveau le choc thermique générateur de l'usure rapide de ladite virole. L'invention n'est cependant pas limitée à la mise en place systématique de la pièce annulaire à chaque redémarrage, dans la mesure o les effets du choc thermique ne se produisent pas, ou sont négligeables, si la température de la virole a pu être maintenue suffisamment élevée. REVENDICATIONS 1) Procédé de conduite d'un four à arc à courant continu comprenant au moins une électrode de sole comportant un barreau (5) métallique d'amenée du courant, traversant la sole (3) du four et entouré par au moins une virole (13) en matériau réfractaire affleurant la surface de la sole, caractérisé en ce que, lors de chaque remise en service du four après un arrêt ayant conduit à un refroidissement sensible de la sole du four, et avant de recharger le four et de le mettre en chauffe, on place sur l'extrémité supérieure (13') de ladite virole, une pièce annulaire (20) en béton réfractaire de diamètre intérieur sensiblement égal au diamètre intérieur de la virole. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce annulaire (20) est réalisée en un béton réfractaire ordinaire. 3) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce annulaire (20) est réalisée en un béton réfractaire thermiquement isolant. 4) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce annulaire (20) a un diamètre extérieur supérieur à celui de la virole sur laquelle elle est placée.