Brevet FR3044858A1 — publié le 20170609

Dispositif de connexion électrique d'une électrode d'un four d'électrométallurgie, muni d'un contrôle des déformations de l'électrode La présente invention concerne le domaine des fours d'électrométallurgie. D'une manière générale, les fours d' électro-métallurgie comprennent une cuve contenant un bain métallique, dans laquelle plonge l'extrémité inférieure d'au moins une électrode verticale. Une électrode couramment employée, dite du type Sôderberg ou composite, comprend généralement une virole métallique cylindrique contenant une matière résultant de la transformation par cuisson de blocs granuleux introduits par l'extrémité supérieure de la virole en un bloc solide sortant par l'extrémité inférieure de la virole et entrant en réaction avec le bain traité dans la cuve. Pour l'amenée de courant électrique, l'électrode est entourée par au moins un dispositif de connexion électrique qui comprend, généralement, une couronne de plaques espacées de contact, en contact avec la paroi de l'électrode, une couronne de maintien entourant la couronne de plaques de contact et formée de plaques ou segments de maintien reliés entre eux et des vérins radiaux interposés entre les plaques de contact et les segments de maintien. L'extrémité inférieure de l'électrode se consumant, des moyens sont prévus pour descendre l'électrode, généralement par pas, et, quand cela est nécessaire, une portion cylindrique de virole est ajoutée et soudée à la portion cylindrique supérieure de l'électrode. Il est fréquent que, sous l'effet des températures élevées auxquelles elle est soumise, l'électrode se déforme et gonfle localement. De plus, des fuites de matière sur la surface extérieure de la virole peuvent advenir si la soudure précitée n'est pas correcte. 3044858 2 Bien que la pression radiale de contact des plaques de contact contre l'électrode soit régulée par la pression appliquée par lesdits vérins, les événements ci-dessus constituent des obstacles à un bon glissement vertical de haut en bas de l'électrode, induisant un risque 5 de percement de la virole, et engendrent des contraintes indésirables dans le dispositif de connexion électrique. La présente invention a pour but de remédier notamment aux inconvénients. Selon un mode de réalisation, il est proposé un dispositif de 10 connexion électrique pour une électrode de four d'électrométallurgie, qui comprend une couronne de contact formée de plaques espacées de contact aptes à être en contact avec la paroi de l'électrode, une couronne de maintien entourant la couronne de plaques de contact et formée de plaques de maintien reliées entre elles et des vérins radiaux 15 interposés entre respectivement les plaques de contact et les plaques de maintien. Le dispositif de connexion électrique est équipé en outre d'une pluralité de moyens de relâchement, chaque moyen de relâchement comprenant au moins un organe mobile de détection, présentant une 20 position de référence et apte à entrer en contact avec la paroi de l'électrode et à être déplacé depuis cette position de référence, et un moyen de commande apte à libérer au moins partiellement la pression dans au moins l'un des vérins sous l'effet du déplacement de l'organe de détection. 25 Ainsi, l'électrode et le dispositif de connexion électrique peuvent être protégés. Lesdits organes de détection peuvent être respectivement portés sur lesdites plaques de contact. Lesdits moyens de commande peuvent être respectivement 30 portés par lesdites plaques de maintien. Lesdits organes de détection peuvent comprendre des plaques mobiles de détection présentant un bord situé, à leur position de référence, à faible distance de l'électrode, en laissant un jeu prédéterminé 3044858 3 Lesdits bords des plaques de détection peuvent s'étendre respectivement le long de segments correspondant aux zones angulaires de l'électrode couvertes par les plaques de contact. Lesdites plaques de détection peuvent être soumises à des 5 ressorts de rappel vers leur position de référence. Lesdits moyens de commande peuvent comprendre des distributeurs hydrauliques pourvus de tiroirs de distribution soumis aux déplacements desdits organes de détection. Lesdits tiroirs peuvent être reliés aux organes de détection par 10 des câbles. Les distributeurs hydrauliques peuvent être inclus dans des circuits de circulation d'un fluide sous pression dans lesdits vérins. Il est également proposé un procédé de contrôle de la pression de contact d'au moins une plaque de contact d'une couronne de 15 plaques de contact, en contact avec la paroi d'une électrode d'un four d'électrométallurgie sous l'effet de vérins hydrauliques. Le procédé comprend : mettre les vérins sous pression ; déplacer ladite électrode axialement par rapport à ladite couronne ; contrôler la dimension radiale de l'électrode en au moins un endroit, 20 avant qu'elle n'atteigne ladite couronne ; et relâcher la pression dans au moins l'un desdits vérins si l'électrode est déformée radialement au-delà d'une valeur prédéterminée. Un équipement d'un four d'électrométallurgie comprenant un dispositif de connexion électrique d'une électrode équipé de moyens 25 de relâchement va maintenant être décrit à titre d'exemple non limitatif, illustré par le dessin dans lequel : - la figure 1 représente une vue de dessus d'un équipement ; - la figure 2 représente une coupe verticale partielle de l'équipement de la figure 1 ; 30 - la figure 3 représente une vue partielle agrandie en perspective de l'équipement de la figure 1 ; - la figure 4 représente une coupe verticale partielle agrandie d'une partie de l'équipement de la figure 1 ; 3044858 4 - la figure 5 représente une coupe verticale partielle agrandie d'une autre partie de l'équipement de la figure 1 ; - la figure 6 représente une vue partielle en perspective d'une variante de réalisation de l'équipement de la figure 1 ; et 5 - la figure 7 représente une coupe verticale partielle agrandie d'une partie de l'équipement de la figure 6. Sur les figures 1, 2 et 3, est illustré un équipement d'un four d' électrométallurgie qui comprend un dispositif de connexion électrique 1 destiné à l'amenée de courant électrique à une électrode 10 verticale 2, cette électrode comprenant une virole cylindrique métallique 3 contenant une matière pâteuse 4 au moins partielle cuite issue d'un braie. Le dispositif de connexion électrique 1 comprend une couronne suspendue de contact 5 constituée d'une pluralité de plaques de 15 contact 6 espacées circonférentiellement et en contact avec la paroi périphérique 2a de l'électrode 2. Les plaques de contact 6 sont reliées à une source de courant (non représentée) en vue de l'alimentation en courant électrique de l'électrode 2. Le dispositif de connexion électrique 1 comprend également 20 une couronne suspendue de maintien 7 entourant la couronne de contact 5 et constituée d'une pluralité de plaques de maintien 8 adjacentes circonférentiellement et reliées entre elles par des axes verticaux 9 traversant des ailes respectives 8a, les plaques de maintien 8 étant, radialement, respectivement à l'extérieur des plaques de 25 contact 6. Le dispositif de connexion électrique 1 comprend en outre une pluralité de vérins hydrauliques radiaux 10 interposés entre les plaques de contact 6 et les plaques de maintien 8. Comme illustré plus précisément sur la figure 2, les vérins 30 radiaux 10 sont disposés et fixés dans des évidements 11 des plaques de maintien 8, qui sont ouverts du côté des plaques de contact 6. Ces vérins 11 comprennent respectivement, de façon à délimiter la chambre, une plaque externe 12 fixée contre le fond de l'évidement 11, une plaque interne 13 apte à venir en appui contre la plaque de contact 3044858 5 6 correspondante et un soufflet 14 qui relie la périphérie de la plaque externe 12 et la périphérie de la plaque interne 13. A l'intérieur de la chambre des vérins 11 sont disposés des ressorts de pression 15 qui sont interposés entre la plaque externe 12 5 et la plaque interne 13 et qui sollicitent la plaque interne 13 vers la plaque de contact 6 correspondante. Dans le fond des évidements 11 sont disposés des distributeurs hydrauliques 16 équipés de tiroirs 16a, la plaque externe 12 des vérins 11 étant pourvue de deux orifices 17 et 18 d'entrée/sortie pour mettre 10 en communication la chambre des vérins 11 avec le distributeur 16 correspondant. Les distributeurs hydrauliques 16 sont reliés à des conduits 19 et 20 d'entrée/sortie extérieures, qui s'étendent dans des passages adaptés des plaques de maintien 8. 15 Dans une position de référence du tiroir 16a, un fluide à pression contrôlée tel que de l'eau, par exemple de refroidissement, issu d'un circuit extérieur (non représenté), peut circuler dans la chambre des vérins 11, via les distributeurs hydrauliques 16, les orifices d'entrée/sortie 17 et 18 et les conduits d'entrée/sortie 20 extérieures 19 et 20. La pression du fluide circulant dans la chambre des vérins 11 détermine la pression appliquée par les vérins 11 sur les plaques de contact 6 et donc la pression appliquée par les plaques de contact 6 contre la paroi de l'électrode 2. 25 Selon une variante de réalisation particulière, les vérins 11 sont alimentés en parallèle. Le dispositif de connexion électrique 1 est équipé d'une pluralité de moyens de relâchement 21 montés respectivement sur les plaques de contact 6 et les plaques de maintien 8 correspondantes, ces 30 moyens de relâchement 21 étant aptes à libérer au moins partiellement, respectivement, la pression dans les vérins 11. Comme illustré sur les figures 2, 3 et 4, chaque moyen de relâchement 21 comprend, dans le but de contrôler la dimension radiale de l'électrode 2, une plaque locale de détection 22. 3044858 6 Selon une variante de réalisation, chaque plaque de détection 22 est montée pivotante sur un axe horizontal 23 porté par un support supérieur en saillie 24 fixé au-dessus de la plaque de contact 6 correspondante, la plaque de détection 22 s'étendant en porte-à-faux 5 en direction de l'électrode 2. Dans une position de référence, les plaques de détection 22 s'étendent sensiblement horizontalement, leur bord intérieur 25 étant en forme d'arc de cercle suivant la forme cylindrique de l'électrode 2 et étant à faible distance de la paroi de l'électrode 2, en laissant un 10 j eu. Les bords 25 des plaques de détection 22 s'étendent respectivement le long de segments correspondant aux zones angulaires de l'électrode 2 couvertes par les plaques de contact 6. Dans cette position de référence, la plaque de détection 22 est 15 en appui vers le haut contre une butée 26 du support en saillie 24. Un ressort de rappel 27 est interposé entre la plaque de détection 22 et la plaque de contact 6 et sollicite la plaque de détection 22 vers la butée 26. Chaque moyen de relâchement 21 comprend en outre un câble 20 de transmission 28 dont une extrémité 29 est reliée à la partie en porte-à-faux de la plaque de détection 22. Ce câble de transmission 28 s'étend vers le haut depuis son extrémité 29, est dévié par un galet 28a porté par le support 24 pour s'étendre vers l'extérieur en s'éloignant de l'électrode 2, puis s'étend 25 dans une gaine 30 dont une extrémité 31 est en appui sur une portion du support supérieur 24. Comme illustré sur les figures 2, 3 et 5, l'autre extrémité 32 du câble de transmission 28 est reliée au tiroir 16a du distributeur 16, une portion du câble 28 adjacente à cette extrémité 32 s'étendant dans un 30 puits vertical 33 de la plaque de maintien 8 correspondante. Dans ce puits 33, sont agencés, depuis son extrémité supérieure, une bague 34 fixée à la plaque de maintien 8, un ressort de rappel 35 et un coulisseau 36 agissant sur le tiroir 16a du distributeur 3044858 7 16, qui sont traversés par le câble 28, tandis que l'autre extrémité 37 de la gaine 30 est en appui sur la bague 34. Selon la disposition représentée (figure 3), la gaine 30 forme par exemple un coude arrondi présentant une branche horizontale 5 depuis l'extrémité 31 et une branche verticale s'étendant vers le bas jusqu'à son extrémité 37. Dans la position de référence précitée du tiroir 16a de chaque distributeur 16 et dans la position de référence précitée de chaque plaque de détection 22, le tiroir 16a est en butée et est sollicité vers 10 cette butée par le ressort de rappel 35. Les distributeurs 16 sont agencés respectivement pour que, après une course prédéterminée C du tiroir 16a depuis la position de référence précitée, la chambre des vérins 11 soit mise en communication avec des conduits d' échappement extérieur 38 15 engendrant une baisse de pression. Les conduits d'échappement 38 s'étendent dans des passages adaptés des plaques de maintien 8. Par exemple, les conduits d'échappement 38 sont aptes à mettre la chambre des vérins 11 à la pression atmosphérique. Chaque moyen de relâchement 21 fonctionne de la manière 20 suivante. Lorsque l'électrode 2 est déplacée et glisse vers le bas par rapport à la couronne de contact 5, elle se déplace par rapport aux plaques de détection 22. Les vérins 10 sont mis sous pression sous l'effet du fluide de 25 circulation. Si la section de l'électrode 2 reste conforme, les moyens de relâchement ne sont pas sollicités. Par contre, il peut arriver que l'électrode 2 soit sujette à des déformations radiales vers 1 ' extérieur, résultant de sa propre 30 déformation et/ou d'aspérités et/ou de braie pouvant se trouver localement sur sa paroi. Il se peut que de telles déformations radiales, dans une ou des zones périphériques de l'électrode 2, deviennent excessives et aillent 3044858 8 au-delà du jeu précité entre l'électrode 2 et le bord intérieur 25 des plaques de détection 22 à leur position de référence. Dans ce cas, la ou les plaques de détection 22, situées sur le parcours vertical de telles déformations radiales excessives, sont 5 sollicitées lors de la descente de l'électrode 2 et se déplacent vers le bas, par pivotement selon les axes 23 et à l'encontre des ressorts 27. Ce faisant, le ou les câbles de transmission 28 correspondants tirent vers le haut le tiroir 16a du ou des distributeurs 16 correspondants. Si le déplacement par pivotement de la plaque de 10 détection 22 induit un déplacement du tiroir 16a du ou des distributeurs 16 correspondants égal ou supérieur à la course prédéterminée C précitée, alors, la chambre du ou des vérins 11 correspondants est mise en communication avec le conduit d'échappement 38 correspondant. La pression dans ces vérins est alors 15 libérée et chute par exemple jusqu'à la pression atmosphérique, engendrant une chute de la pression de contact de la ou des plaques de contact 6 correspondantes contre la paroi de l'électrode 2. Les déformations radiales excessives, correspondant au jeu entre les bords intérieurs 25 de la ou des plaques de détection 22 à leur 20 position de référence précitée cumulé avec la course C des tiroirs 16a des distributeurs 16, sont ainsi détectées avant qu'elles n'atteignent les plaques de contact 6 correspondantes. La pression ayant chuté, seuls les ressorts de pression 15 du ou des vérins 11 correspondants maintiennent une pression minimum des 25 plaques de contact 6 correspondantes contre la paroi de l'électrode 2. Les déformations radiales excessives de l'électrode 2 peuvent alors franchir les plaques de contact 6 correspondantes, en déplaçant vers l'extérieur la plaque intérieure 13 des vérins 11 correspondants à l'encontre des ressorts 15 de ces derniers. 30 Lorsque les déformations radiales excessives disparaissent, la ou les plaques de détection 22 sollicitées reviennent à leur position de référence sous l'effet des ressorts de rappel 27 et le ou les tiroirs 16a sollicités reviennent à leur position de référence sous l'effet des ressorts de rappel 35. La pression due au fluide de circulation est alors 3044858 9 rétablie dans le ou les vérins 11 correspondants et la pression de contact de la ou des plaques de contact 6 sous l'effet du fluide alimentant les vérins 11 est rétablie. Il résulte de ce qui précède que l'électrode 2 est protégée 5 contre tous excès de pression des plaques de contact 6 sous l'effet de la pression du fluide alimentant les vérins 11, qui pourraient provoquer un déchirement et une chute de l'électrode 2, que le dispositif de connexion électrique 1 est protégé contre tous excès de contraintes radiales et/ou axiales et que, même si des plaques de 10 contact 6 sont libérées, des arcs électriques dus aux courants d'alimentation de l'électrode 2 sont évités grâce à la pression minimum exercée par les ressorts de pression 15. Selon une variante de réalisation illustrée sur les figures 6 et 7, les plaques de détection 22 pivotantes sont remplacées par des plaques 15 de détection 39 montées coulissantes. Par exemple, les plaques de détection 39 comprennent une branche horizontale 40 guidée verticalement le long d'un support d'appui latéral extérieur 41 et le long de pions verticaux de guidage 42 qui la traversent, ce support et ces pions étant fixés sur la partie 20 supérieure de la plaque de contact 6 correspondante. En outre, les plaques de détection 39 comprennent une branche 43 qui s'étend vers le bas, située du côté de l'électrode 2. Cette branche 43 présente une face inclinée ou biseautée 44, qui de haut en bas se rapproche de la paroi de l'électrode 2, suivie d'une face 25 cylindrique 45 située à faible distance de la paroi de l'électrode 2, en laissant un jeu prédéterminé. Lorsque des déformations radiales excessives de l'électrode 2 se produisent, la ou les plaques de détection 39 sollicitées se déplacent vers le bas, depuis une position verticale de référence, à l'encontre de 30 ressorts de rappel 46 disposés autour des pions 42. Comme décrit précédemment, les plaques de détection 39 sont aptes à tirer les câbles 28 reliés aux branches 40 pour solliciter les tiroirs 16a des distributeurs hydrauliques 16. Cette fois, les galets 28a 3044858 10 sont supprimés, les gaines 30 présentant une partie verticale d'extrémité dont l'extrémité est en appui sur les supports 41. Selon une autre variante de réalisation, les plaques de détection 39 peuvent être aménagées de façon à coulisser selon des directions 5 inclinées pour se déplacer vers le bas en s'éloignant de l'axe de l'électrode 2 sous l'effet de déformation radiales excessive de l'électrode 2. Si l'électrode 2 est équipée d'un deuxième dispositif de connexion électrique, décalé axialement par rapport au dispositif de 10 connexion électrique 1, ce deuxième dispositif de connexion électrique peut aussi être équipé de moyens de relâchement équivalents aux moyens de relâchement 21. REVENDICATIONS1. Dispositif de connexion électrique pour une électrode de four d'électrométallurgie, comprenant une couronne de contact (5) formée de plaques espacées de contact (6) aptes à être en contact avec la paroi de l'électrode (2), une couronne de maintien (7) entourant la couronne de plaques de contact et formée de plaques de maintien (8) reliées entre elles et des vérins radiaux (10) interposés entre respectivement les plaques de contact et les plaques de maintien, dispositif équipé en outre d'une pluralité de moyens de relâchement (21), chaque moyen de relâchement (21) comprenant au moins un organe mobile de détection (22, 39), présentant une position de référence et apte à entrer en contact avec la paroi de l'électrode (2) et à être déplacé depuis cette position de référence, et un moyen de commande (16) apte à libérer au moins partiellement la pression dans au moins l'un des vérins sous l'effet du déplacement de l'organe de détection. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel lesdits organes de détection (22, 39) sont respectivement portés sur lesdites plaques de contact (6). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel lesdits moyens de commande (16) sont respectivement portés par lesdites plaques de maintien (8). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdits organes de détection comprennent des plaques mobiles de détection (22, 39) présentant un bord (25, 47) situé, à leur position de référence, à faible distance de l'électrode, en laissant un jeu prédéterminé. 5. Dispositif selon la revendication 4, dans laquelle lesdits bords (25, 47) des plaques de détection (22) s'étendent respectivement le long de segments correspondant aux zones angulaires de l'électrode (2) couvertes par les plaques de contact (6). 6. Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5, dans lequel lesdites plaques de détection sont soumises à des ressorts de rappel (27) vers leur position de référence. 3044858 12 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdits moyens de commande comprennent des distributeurs hydrauliques (16) pourvus de tiroirs de distribution (16a) soumis aux déplacements desdits organes de détection (22, 39). 5 8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel lesdits tiroirs (16a) sont reliés aux organes de détection (22, 39) par des câbles (28). 9. Dispositif selon l'une des revendications 7 et 8, dans lequel les distributeurs hydrauliques (16) sont inclus dans des circuits de circulation d'un fluide sous pression dans lesdits vérins (10). 10 10. Procédé de contrôle de la pression de contact d'au moins une plaque de contact d'une couronne de plaques de contact, en contact avec la paroi d'une électrode d'un four d'électrométallurgie sous l'effet de vérins hydrauliques, comprenant : mettre les vérins (11) sous pression, 15 déplacer ladite électrode (2) axialement par rapport à ladite couronne, contrôler la dimension radiale de l'électrode en au moins un endroit, avant qu'elle n'atteigne ladite couronne, relâcher la pression dans au moins l'un desdits vérins si 20 l'électrode est déformée radialement au-delà d'une valeur prédéterminée.