FR2460584A1 - Electrode non consommable pour fusion de metaux et alliages - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UNE ELECTRODE NON CONSOMMABLE. L'ELECTRODE CONTIENT UN CORPS CYLINDRIQUE CREUX 1 MUNI SUR L'UNE DE SES EXTREMITES D'UNE POINTE CREUSE 2 AMOVIBLE SE PRESENTANT SOUS LA FORME D'UN CORPS DE REVOLUTION COAXIAL PAR RAPPORT AU CORPS 1, ET POSSEDANT UNE PARTIE LATERALE CYLINDRIQUE INACTIVE 6 ET UNE PARTIE ACTIVE CONVEXE D'EXTREMITE, UN SOLENOIDE 3 TEL QUE SON EXTREMITE INFERIEURE EST SITUEE DANS LA CAVITE DE LA POINTE 2 DELIMITEE PAR LA PARTIE CYLINDRIQUE INACTIVE 6 DE CELLE-CI. APPLICATION A LA FUSION DE METAUX ET D'ALLIAGES.

Description

La présente invention, due à PATON Boris Evgenievich,
LATASH Jury Vadimovich, GRIGORENKO Georgy Mikhailovich, LISOVOI
Jury Vladimirovich, STEPANENKO Viktor Vladimirovich, ASOIANTS
Grigory Bagradovich, concerne les sources de chaleur et plus particulièrement une électrode non consommable destinée à la fusion de métaux et d'alliages.L'invention peut être utilisée avec le plus grand intérêt dans des installations électrométallurgiques pour la fusion de métaux et d'alliages, dans des installations pour la fusion superficielle de lingots et pour le rechargement ainsi que pour la production de métaux et d'alliages à partir d'une charge en morceaux dans des fours à vi de à lingotière refroidie par eau, ou avec creuset à garnissage, ou bien dans des fours à arc électrique à revêtement céramique.

Le problème de mise au point d'électrodes non consommables pouvant garantir un fonctionnement sûr pendant une longue période de temps est un problème qui date depuis relativement longtemps et qui, jusqu'à ces jours, n'a pas trouvé une solution suffisamment satisfaisante.

Les électrodes non consommables connues à ce jour se caractérisent par un principe de fonctionnement commun, basé sur le déplacement de l'arc électrique le long de la surface utile de la pointe de l'électrode. Au cours de son déplacement sur la sur fale utile de la pointe, l'arc électrique mobile engendre des champs thermiques variables qui provoquent la déformation de la surface utile elle-même en limitant ainsi la durée de service de l'électrode.Les conceptions existantes d'électrodes non consommables ne garantissent pas un fonctionnement sûr pour plus de 40 à 100 heures, ce qui est loin de répondre aux exigences toujours croissantes de l'électrométallurgie, étant donné que par exemple, la fabrication d'un grand lingot dure 5 à 10 heures , on voit donc qu'il est impossible de réaliser un nombre plus ou moins important de fusions avant l'usure de la pointe de l'électrode. Les changements fréquents des pointes coûteuses d'électrodes non consommables provoquent des pertes considérables de productivité Je tout le processus de fusion, tout en faisant croitre les frais de production du métal.

On connaît des électrodes non consommables pour la fusion de métaux et d'alliages avoir brevets des Etats-Unis d'Amérique N 3549738 et 30512393 contenant un corps creux dont l'une des extrémités supporte une pointe creuse montée de façon amovible et ayant une partie active de l'extrémité ainsi qu'une cloison installée à l'intérieur du corps et de la pointe de façon à laisser entre cette cloison et les parois du corps un passage pour l'agent de refroidissement. L'électrode non consommable en question est disposée dans le four et présente généralement un certain angle par rapport à la surface du bain de métal. Tout au long de la fusion, on fait tourner l'électrode autour de son axe à une vitesse de 250-tours par minute.Pendant la rotation de l'électrode non consommable, l'arc électrique de grande puissance amorcé entre la partie active de la pointe et le métal à fondre se déplace le long de la partie active de la pointe qui, étant donné son refroidissement continu, subit de ce fait une faible usure. La fusion dans un four est réalisée d'habitude à l'arc électrique de polarité inversée, en couplant le pole positif de la source de courant continu à l'électrode non consommable. Une telle conception de l'électrode non consommable permet d'obtenir des métaux et alliages à partir de la charge en morceaux et de renoncer à l'électrode consommable.Cependant, l'électrode non consommable qui vient d'être décrite est compliquée du point de vue construction. étant donné la présence de conducteurs de courant et de conduites d'eau mobiles à raccorder à l'électrode.

Pour faire tourner l'électrode non consommable, on a besoin de commandes spéciales qui compliquent encore la structure d'ensemble de l'installation de fusion. De plus, les difficultés qu'on rencontre pour réaliser le joint de vide à l'entrée du four de l'électrode rotative non consommable, imposent une réduction importante de sa vitesse de rotation, ce qui, à son tour, conduit à l'utilisation des électrodes non consommables de grand diamètre [0,5 mm et plus). Tout ceci se répercute sur la fiabilité des électrodes non consommables et sur leur rendement thermique.

On connaît des électrodes non consommables pour la fusion de métaux et d'alliages (voir par exemple brevet d'invention des Etats-Unis d'Amérique nO 3610796, brevet de Grande-Bretagne nO 1325522, cl.n.H5H) qui comportent généralement un corps creux, sur l'une des extrémités duquel est fixée, de façon amovible, une pointe creuse ayant une partie active d'extrémité, ainsi qu'une cloison disposée à l'intérieur du corps et de la pointe, de façon à laisser, entre ladite cloison et le corps, un passage pour l'agent de refroidissement. La pointe abrite dans sa cavité des aimanLs permanents. Au cours de la fusion, on excite un arc électrique de forte puissance entre la partie active de la pointe et le métal à fondre.La rotation de l'arc électrique est obtenue grâce à une disposition bien déterminée des pôles des aimants permanents dans le creux de la pointe. Le déplacement de l'arc électrique sur la partie active de la pointe n' entraîne qu'une faible érosion de cette dernière. La fusion est effectuée d'habitude à l'arc électrique de polarité inversée, ce qui assure une résistance satisfaisante de la pointe pour de faibles vitesses de déplacement de l'arc électrique. Cependant, pour obtenir un fonctionnement sûr de l'électrode non consommable en question, on doit prévoir des aimants permanents puissants, ce qui a pour résultat un accroissement des encombrements de l'électrode non consommable, et par conséquent une réduction du rendement thermique de cette dernière.De plus, la pointe creuse de l'électrode non consommable doit avoir une configuration appropriée, ce qui rend compliquée sa fabrication tout en augmentant son coût.

On conhaît des électrodes non consommables pour la fusion de métaux et d'alliages [voir par exemple brevets des Etats-Unis d'Amérique nO 3368018, 3369067 et 3480717) qui contiennent généraliement un corps creux avec, sur une de ses extrémités. une pointe montée de façon amovible ayant une partie active d'extrémité, et une cloison installée à l'intérieur du corps et de la pointe de façon qu'il reste, entre la cloison et le corps, un passage pour l'agent de refroidissement. Disposé à l'intérieur de la pointe, un boîtier spécial en matériau magnétique renferme un solénoïde servant à créer un champ magnétique qui doit faire tourner l'arc électrique amorcé entre la partie active de la pointe et le métal à fondre. La pointe de l'électrode non consommable et le solénoïde sont alimentés à partir de sources indépendantes de courant continu, le solénoïde étant alimenté à l'aide de sources de courant basse tension, ceci afin de réduire le risque de claquage de l'isolement dudit solénoïde. Au cours de la fusion, le solénoïde crée un champ magnétique de grande intensité, qui se superpose sur le champ magnétique de l'arc électrique, et fait que ce dernier suit une trajectoire circulaire, tandis que son domaine d'action se déplace le long de la partie active de la pointe. La nécessité de créer un champ magnétique radial de grande intensité le long de la partie active de la pointe a imposé de réduire au minimum la distance entre l'extrémité inférieure du solénoïde et ladite partie active.

Le déplacement de l'arc électrique confère à la pointe une haute résistance à l'érosion, même en cas de très grands dégagements de chaleur dans ledit domaine d'action de l'arc électrique et pouvant atteindre des valeurs s'élevant à 4 ou 5,1010 kcal/m2h. Pour régler la vitesse de déplacement de l'arc électrique, on fait varier la valeur du courant continu à appliquer au solénoïde depuis sa-source d'alimentation. La fusion à l'aide de l'électrode non consommable de cette conception peut être réalisée aussi bien à l'aide de l'arc électrique de polarité directe que de polarité inversée.Toutefois, en faisant fondre le métal à l'aide de l'arc électrique de polarité directe, on aura à déplacer ledit arc électrique à une vitesse linéaire supérieure à 100 m/s, ce qui impose la création de champs magnétiques de grande intensité et par conséquent l'application au solénoïde du courant continu de grande intensité.

Le fait d'avoir à utiliser des sources basse tension spéciales de courant continu de grande puissance pour alimenter le solénoïde pose le problème des aires supplémentaires pour leur emplacement, rend plus coûteuse l'électrode non consommable et plus compliquée la conduite de la fusion, tout en se répercutant sur la qualité de cette dernière.

On a remédié aux inconvénients qui viennent d'être mentionnés par la construction d'une électrode non consommable pour la fusion de métaux et d'alliages tvoir brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 4004076, cl.n. 13-18) contenant un corps cylindrique creux dont l'une des extrémités est munie d'une pointe creuse montée de façon amovible, un solénoïde, créant le champ magnétique et dont au moins une partie se trouve à l'intérieur de la pointe, et une cloison disposée de façon coaxiale par rapport à 1 'inté- rieur du corps et de la pointe, de façon qu'il reste entre ladite cloison et les paro:is du corps et de la pointe un passage pour l'agent de refroidissement.La pointe creuse est réalisée sous forme d'un corps de révolution coaxial avec le corps de l'électrode, sa partie latérale cylindrique ne travaillant pas, partie qui sera dans la suite appelée partie inactive, sa partie active d'extrémité ayant la forme d'un tore-. Les spires du solénoïde se présentent sous forme de parties en saillie hélicoïdales sur la surface latérale de la pointe creuse, et elles sont reliées en série à une source de courant continu. L'extrémité inférieure du solénoïde est située à une proximité immédiate de l'extrémité de la partie active de la pointe, ce qui s'explique par la nécessité de créer un champ magnétique radial de grande intensité le long de la partie active de ladite pointe. Au cours de la fusion, on amorce un arc électrique entre la partie active de la pointe et le métal à fondre.Au moment de l'amorçage de l'arc électrique, le courant fourni par la source unique traverse les parties en saillie formées par les rainures hélicoidales sur la surface latérale de la pointe ainsi que la paroi latérale elle-meme de la pointe en faisant naitre un champ magnétique. Etant donné que l'arc électrique engendre, lui aussi, un champ magnétique, la superposition sur celui-ci du champ magnétique créée par les parties en sailli de la paroi latérale de la pointe fait que l'arc électrique suit ne trajectoire circulaire, avec ceci près que l'arc électrique se déplace le long de ladite partie active à une vitesse de consigne.Le fait qu e les spires du solénoïde soient reliées en série au circuit de l'arc électrique rend superflu le recours i des sources supplémentaires de courant continu, ce qui facilite la conduite du processus de fusion et améliore la fiabilité de celui-ci. De plus, l'électrode non consommable dont les spires du s énoïde sont réalisées en forme de parties en saillie hé licoico e sur i-a paroi latérale de la pointe, paroi qui subit un refroidissement intense, se caractérise par une con option plus simple r zone durée de service importante.Cependant, le déplacement je t o 11, trique sur partie active en tore de la pite devient 1- e e l'apparition, dans le matériau de la pointe, de champs thermiques variables qui ont pour conséquence ce déformations de la surface de la pointe qui réduisent sensiblement la durée de @ie de 1 'électrode non consommable. En plus.

l'utilisation d'on ar électrique mobile, et de forte intensité, conduit à l'instabilité des paramètres électriques. La forme en @ore de la partie active de la pointe rend obligatoire la présente d'une cavité axiale dont le diamètre ne doit pas être inférieure à celui du domaine d'action de l'arc électrique que l'on amorce.

Ceci e,t nécessaire pour créer une trajectoire stable de déplacement circulaire de l'arc électrique parce qu'autrement, l'arc électrique passerait le long du diamètre de la pointe selon un déplacement rectiligne; ce qui provoquerait la destruction de cette dernière. D'autre part, l'augmentation du diamètre de la cavité axial entraîne on conséquence une augmentation du diamètre de toute l'électrode non consommable, ce qui fait baisser brusquement le rendement thermique du four en raison de l'accrois seront ses pertes thermiques.Au cours de la fusion, on voit se condenser, sur les parois de la cavité axiale de la partie active de la pointe, des va peurs et éclaboussures de métal à fondre, ce qui conduit à un changement de la forme de la partie active de la pointe ainsi qu'à une altération de la stabilité de déplacement de l'arc électrique. Pour créer un champ magnétique radial de grande intensité le long de la partie active de la pointe, il faut rapprocher, autant que possible, l'extrémité inférieure du solénoïde de l'extrémité de ladite partie active. En même temps, pour assurer un refroidissement intense de la pointe et surtout de sa partie active, on doit prévoir des passages d'une section transversale bien déterminée pour la circulation de l'agent de refroidissement entre ltextrémité inférieure du solénoïde et les parois de la partie active.On voit donc que toute augmentation de la section transversale desdits passages éloigne l'extrémité inférieure du solé noise de l'extrémité de la partie active en faisant ainsi baisser l'intensité du champ magnétique, tandis que la diminution de la section transversale desdits passages oblige à recourir à de grandes pressions dans le système de refroidissement, ce qui, pendant la fusion de matériaux réactifs, peut provoquer lécla- tempe nit des parois de la pointe et une panne.

L'objet de l'invention est de proposer une électrode non consommable pour la fusion de métaux et d'alliages, dont la forme de la partie active et la structure de la pointe garantissent un fonc,ionnement sûr et les paramètres électriques stables de l'électrode pendant une longue période de temps.

Pour ce faire, dans l'électrode non consommable pour la fusion de métaux et d'alliages, contenant un corps cylindrique creux, muni sur l'une de ses extrémités d'une pointe creuse montée de façon amovible qui se présente sous la forme d'un corps de révolution disposé coaxialement par rapport au corps de'l'électrode et qui a une partie latérale cylindrique inactive et une partie active curviligne d'extrémité, ainsi qu 'un solénoïde pour créer un champ magnétique dont au moins une partie est située à l'intérieur de la pointe et une cloison placée coaxialement à l'intérieur du corps et de la pointe de façon qu'il reste, entre ladite cloison et les parois du corps et de la pointe, un passage pour l'agent de refroidissement, selon l'invention la partie active de la pointe est convexe tandis que l'extrémité inférieure du' solénoïde est située dans la cavité de la pointe, délimitée par la partie cylin drique inactive de cette dernière.

La forte convexe de la partie active de la pointe et le fait que l'extrémité inférieure du solénoïde soit placée comme décrit ci-dessus dans la cavité de ladite pointe excluent la posai bilité de circulation de l'arc électrique qui a été amorcé entre la partie active et le métal à' fondre de même qu'ils excluent la possibilité d'un saut du domaine d'action de l'arc électrique vers 1-a paroi latérale de la pointe et du corps de l'électrode non consommable. Ceci permet, en même temps, de stabiliser la composante longitudinale du champ magnétique du solénoïde sur la partie active convexe de la pointe de 1' électrode non consommable.La répartition des lignes de force magnétiques du solénoïde le long de la partie active est telle que la position du domaine d'action de l'arc électrique, en raison du diamagnétisme dudit arc électrique, est limitée par la zone de l'intensité minimale du champ magnétique du solénoïde. Ceci réduit les déformations de la partie active de la pointe au cours de la fusion en faisant croître ainsi la fiabilité de l'électrode non consommable pour une période de tenps prolongée, aussi bien qu'en assurant la stabilité des paramètres électriques de ladite électrode non consommable.De plus, un tel mode de réalisation de la pointe de l'électrode non consommable permet de fabriquer lesdites électrodes non consommables de faibles diamètres, ce qui est favorisé par l'absence d'une cavité axiale dans la pointe, ceci permet par conséquent d'augmenter considérablement le rendement thermique du four ainsi que d'éliminer les pannes dues au déplacement de l'arc électrique vers les surfaces latérales de la pointe et du corps de l'électrode non consommable, celles-ci se détruisant par le feu. Le fait de placer, comme décrit ci-dessus, l'extrémité jnfériere du du solonoSie dans la cavité de la pointe assure un refroidissement intense de la partie active de ladite pointe pendant la fusion, ce qui permet aussi d'éviter des pannes.

Le mode de réalisation le plus simple au point de vue fabrication et le pous sûr au point de vue fonctionnement est celui où l'électrode non consommable a sa partie active de la pointe réalisée en hémisphère. Les électrodes non consommables dont la partie active de la pointe se présente sous cette forme hémisphérique so.t utilisées dans les installations électrométallurgiques, où le traitement du métal est effectué sous une pression allant de 10-5 à 760 mm Hg.

En utilisant les électrodes non consommables dans les installations électrométállurgiques, où le traitement du métal est est réalisé sous une pression de 10 à 760 mm Hg, il est avanta- geux que la partie active de la pointe soit exécutée en forme d'un parabololde de révolution. Ceci permet d'améliorer la stabi
lisation de l'arc électrique qu'on a amorcé entre la partie active et le métal à fondre.

En utilisant les électrodes non consommables dans les installations électrométallurgiques où le traitement du métal est effectué sous une surpression de plus de 760 mm Hg, il est avantageux de réaliser la partie active de la pointe sous forme d'un ellipsoïde de révolution. Ceci favorise la réduction du flux thermique spécifique, depuis le domaine d'action de l'arc électrique vers l'électrode non consommable.

En utilis.-nt les électrodes non consommables dans les installations é lectrométal lu rgiques où le traitement du métal est effectué sous une pression abaissée de 10 à 10-2 mm Hg, il est avantageux de réaliser la partie active de la pointe sous forme d'une partie d'un hyperbololde de révolution à deux nappes. Un tel mode de réalisation de la partie active de la pointe de l'é
lectrode permet d'améliorer la stabilisation de l'arc électrique que l'on amorce sous vide.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se référent aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 représente, en coupe suivant l'axe longitudinal, une électrode non consommable pour la fusion de métaux et d'alliages avec la partie active de la pointe en forme d'hémisphère selon l'invention ;
- la figure 2 représente, en coupe suivant::.l 'axe longi-x tudinal, la partie inférieure de l'électrode non consommable avec
la partie active de la pointe en forme de parabololde de révolution selon l'invention ;
- la figure 3 représente, en coupe à l'aide d'un plan vertical suivant l'axe longitudinal, la partie inférieure de
l'électrode non consommable avec la partie active de la pointe ayant la forme d'une partie de l'ellipsoïde de révolution selon l'invention ;
- la figure 4 représente, en coupe suivant l'axe longi tudinal, la partie inférieure de l'électrode non consommable avec la partie active de la pointe ayant ia forme d'une partie de l'hyperboloïde de révolution à deux nappes selon l'invention ;;
- la figure 5 représente, en coupe, un four de fusion à arc avec une e électrode non consommable dont le solénoïde et la pointe sont connectés en série à une source unique de courant continu ;
- la figure 6 représente, en coupe, un four de fusion à arc avec une électrode non consommable dont le solénoïde et la pointe sont co;;u3lés à des sources in-dépendantes de courant continu
L'électrode non consommable selon l'invention utilisable pru r la fusion e métaux et d'alliages contient un corps rylin- drique creux 1 (figure 1), sur l'une des extrémités duquel est fixée de façon amovible une pointe creuse 2, et un solénoïde 3 servant à créer un champ magnétique et dont au moins une partie est située à l'intérieur de ladite pointe 2.De plus, on trouve dans l'espace inférieur du corps 1 et de la pointe 2, une cloison
disposée coaxialement de façon telle qu'il reste, entre ladite @laison 4 et les parois du corps 1 et de la pointe 2, un passage pour l'agent do refroidissement. Un bout de la cloison 4 est at taché à la paroi à à l'extrémité du corps 1. La pointe creuse 2 se présente sous la forme d'un corps de révolution coaxial avec le corps 1, et a ure partie cylindrique latérale inactive 6, et une partie active convexe d'extrêmité, celle-ci pouvant avoir divers aspects.On obtient le fonctionnement le plus sûr et des facilitas technologiques de fabrication lorsque la partie active de la pointe 2 a la forme d'un hémisphère 7. Selon l'invention, la partie active de la pointe 2 peut avoir la forme d'un paraboloide de révolution 5 (figure 2), d'une partie de l'ellipsoïde de révolution 3 (figure 3) ou d'une partie de l'hyperboloïde de révolation 10 à jeux nappes (figure 41. Selon l'invention, l'extrémité inférieure lu solénoïde 3 est située dans l'espace intérieur d e la pointe 2 figure t), celui-ci limité par la partie cylindrique inactive. Une tubulare d'entrée 11 servant à l'amenée de l'agent de refroidissement est montée dans la paroi à l'extrémité 5 de façon telle qu'elle fait communiquer le système de refroidissement
(non représenté) avec une capacité délimitée par les parois de la cloison 4. Une tubulare de sortie 12 servant à l'évaCuation de l'agent de refroidissement est incorporée dans la paroi latérale ou coros " de telle sorte qu'elle fait communiquer le système de refroidissement '(non représenté) avec le jeu laisse entre les parois de la cloison 4 et celles du corps 1 et de la pointe 2.

La figure 5 représente un four de fusion à arc avec une électrode non consommable. Le corps 1 de l'électrode non consommable, est mont, de façon étanche, avec la possibilité d'un déplacement alternatif dans la paroi supérieure de l'extrémité de la chambre de fusion 13 du four. A l'intérieur de la chambre de fusion 13, de façon coaxiale dans le corps 1 de l'électrode non consommable, est installée une lingotière 14 refroidie à l'eau et munie d'une plaque de fond 15, qu'une tige 16 permet de mettre en moUvement alternatif. La pointe creuse 2 est reliée en série à une source 17 de courant continu à travers le corps 1 de l'électrode non consommable, tandis que le solénoïde 3 et le plaque de fond 15 sont reliés à cette même source à travers la tige 16.Une des parois latérales de la chambre de fusion 13 supporte une trémie 18 qui y est incorporée de façon étanche et dont le trou d'é-vacuation de la tubulure 19 est situé au-dessus de la cavité d la lingotière 14.

La figure â des dessins annexés représente n four de fusion à arc avec une électrode non consommable qui a son solénoïde 3 et sa pointe 2 reliés à des sources autonomes de courant continu.

Selon ce mode de réalisation, la po in te creuse 2 est reliée on série à une source 20 de courant continu à travers le corps 1 de l'électrode non consommable, la plaque de fond 15 étant reliée à cette même source à travers la tige 15. Le solénoïde 3 est relié à une source 21 de courant continu par l'intermédiaire des bornes 22.

La fusion dans un four à arc u l'aide ce l'électrode non consommable décrite ci-dessus s'effectue de la façon suivante
On introduit, dans la lingotière 14 refroidie à l'eau (figure 5) située à l'inti-rieur de la chambre de fusion 13, la charge en morceaux qui descend de la trémie 19 à travers la tubulure 19. Après avoir versé la quantité nécessaire do charge et créné, dans la chambre de fusion 13, la pression voulue, on abaisse l'électrode non consommable jusqu'à ce que la distance entre le sommet de la partie active (en l'occurrence l'hémisphère 7) de la pointe 2 et la charge atteigne la valeur déterminée par les conditions d'amorçage de l'arc électrique.Puis on net en circuit la source 17 de courant continu pour appliquer la tension à la pointe 2, au solénoïde 3 de l'électrode non censemmaolo et à la plaque de fond 15 du four. On amorce l'arc électrique en mettant en contact la partie active de la pointe 2 avec la charge et en écartant ensuite l'électrode non consommable à une distance qui constitue la distance d'éclatement. Avec l'apparition du courant, le solénoïde 3 crée un champ magnétique. Le domaine d'action de l'arc électrique, dont le champ magnétique coopère avec celui du solénoïde 3, est orientée dans la zone de la plus petite intensité du champ magnétique du solénoïde 3, zone située dans la région du sommet de la partie active de la pointe 2.L'intensité du champ magnétique du solénoïde 3 croit depuis le sommet de la partie active vers la partie 6 inactive de la pointe 2 Une telle répartition du champ magnétique du solénoïde 3 le long de la partie active de la pointe 2 est obtenue grâce à la disposition réciproque, comme on l'a décrite ci-dessus, du solénoïde 3 et de la partie active (en l'occurrence l'hémisphère 73 et à la forme de ladite partie active. Ceci permet de stabiliser dans l'espace la position du domaine d'action de l'arc électrique étant donné que-, dans la zone de la partie active, le champ ma gnétique du solénoïde 3 se caractérise par une composante axiale plus grande que la composante radiale.Au cours de la fusion, on effectue le régliige du régime électrique en faisant varier la valeur du courant continu fourni par la source 17-et en modifiant la longueur de la distance d'éclatement. Pour fondre le métal, on peut utiliser aussi bien l'arc électrique de polarité directe que de polarité inversée.

Au fur et à mesure que la charge en morceaux fond, on abaisse la plaque de fond 15 à l'aide de la tige 16 et on extrait le lingot obtenu à partir de ladite charge. La trémie 18 délivre, par l'intermédiaire de la tubulure 19, des doses déterminées de la charge en morceaux en direction de la lingotière 14.

Au cours de la fusion, on évacue constamment la chaleur de la surface du corps 1 et de la pointe 2 de l'électrode non consommable. Pour ce faire, on envoie constamment l'agent de refroidissement depuis le système de refroidissement vers 1 'élec- trode non consommable. L'agent de refroidissement arrive à travers la tubulure d'entrée 11, parcourt la capacité délimitée par les parois de la cloison 4 et est évacué à travers la tubulure de sortie 12 en empruntant, sur son passage, la chaleur aux parois du corps 1 et de la pointe 2 de l'électrode non consommable.

La fusion peut être réalisée sous vide et à une pression surélevée. Pour une pression de 10-5 à 760 mm Hg, la forme la plus avantageuse de la partie active de la pointe 2 de l'électrode non consommable est l'hémisphère 7 (figure 1). Pour une pression de 10 2 à 760 mm Hg, il est avantageux de donner à la partie active de la pointe 2 la forme d'un parabololde de révolution 8 (figure 2).

Pour une surpression de plus de 760 mm Hg, il est avantageux de donner à la partie active de la pointe 2 la forme d'une partie de l'ellipsoïde de révolution 9 (figure 3) En cas de basse pression de 10-5 à 10-2 mm Hg, il est avantageux de réaliser la partie active de la pointe 2 sous forme d'une partie de l'hyperbolcïde de révolution 10 à deux nappes (figure 4).

Le processus de fusion du métal dans le four à arc représenté à la Ligure 6 est identique à celui qui vient d'être décrit à la différence qu'on excite d'abord le champ magnétique du solénolde 3 en alimentant celui-ci en courant continu fourni par la source 21, et qu'on amorce ensuite l'arc électrique en appliquant le courant continu de la source 20 à la pointe 2 et à la plaque de fond 15. Cette méthode de fusion est intéressante pour travailler avec de faibles courants, en coulant des métaux à grande teneur en gaz.

Ainsi, en utilisant 1 'électrode non consommable faisant l'objet de la description ci-dessus pour la fusion de métaux et d'alliages dans des fours à arc, on assure une réduction considérable du flux thermique total et spécifique provenant du domaine d'action de l'arc électrique vers la pointe creuse 2. On y parvient grâce à la diminution de la chute de potentiel dans la zone jouxtant l'électrode, chute due à la position stable de la tache active de l'arc électrique. Un arc électrique stable se distingue par un échange d'énergie moins intense avec le milieu ambiant, ce qui fait diminuer les gradients axiaux et radieux des températures du gaz dans le volume de décharge de l'arc électrique. La diminution du gradient axial conduit à la diminution de l'étendue de la zone jouxtant l'électrode de l'arc électrique et par conséquent à la diminution de la chute de potentiel près de l'électrode. La diminution du gradient radial des températures dans le volume de décharge ae l'arc électrique conduit à la croissance du diamètre du domaine d'action de l'arc électrique. Pris ensemble, les deux effets sus-mentionnés permettent de réduire le flux thermique spécifique dans le domaine d'action de l'arc électrique de 1 à 2.104 kW/m. De tels flux de chaleur sont faciles à neutraliser par les méthodes connues de refroidissement. Un arc afc iotriqu stable caractérisé par des flux thermiques faibles à travers le domaine d'action n'arrive pas à créer, dans le matériau de la pointe 2, de fortes tensions thermiques et mécaniques, ce qui favorise une réduction importante dés déformations et de l'éro- sion spécifique do la pointe 2 de 10-9 à 10-8 g/C et donne un accroissement de la durée de vie de la pointe 2 d'électrode de 300 à 500 heurs.

Bien entendu, d'autres modifications peuvent être apportées au dispositif qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (5)

REVENDICATIONS

1. Electrode non consommable pour la fusion de métaux et d'alliages, contenant un corps cylindrique creux muni sur l'une de ses extrémités d'une pointe creuse montée de façon amovible qui se présente sous la forme d'un corps de révolution disposé coaxialement par rapport au corps de l'électrode et qui a une partie latérale cylindrique inactive et une partie active curviligne d'extrémité, ainsi qu'un solénoïde pour créer un champ magnétique, une partie au moins de celui-là étant située à l'intérieur du corps et de la pointe, et une cloison logée à l'intérieur du corps et de la pointe de façon qu'il reste, entre ladite cloison et les parois du corps et de la pointe, un passage pour l'agent de refroidissement, caractérisée e n ce que la partie active de la pointe est de forme convexe tandis que- l'extrémité inférieure du solénoïde est située dans la cavité de la pointe délimitée par la partie cylindrique inactive de cette dernière.

2. électrode non consomnablo selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie active de la pointe a la forme d'une hémisphère.

3. électrode non consommable selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie active de la pointe a la forme d'un parabeloide de révolu tien.

4. Electrode non consommable selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie active de la pointe a la forme d'une partie de l'ellipsoïde de révolution.

5. électrode non consommable selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie active de la pointe a la forme d une partie de l'hyperboloide de révolution a deux nappes.