FR2492619A1

FR2492619A1 - Electric arc furnace power supply - with frequency converter lower than commercial frequency for better power factor and throughput

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Publication number: FR2492619A1
Application number: FR8022165A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-10-16
Filing date: 1980-10-16
Publication date: 1982-04-23
Also published as: FR2492619B1

Abstract

An arc melting system uses an electric arc furnace for the charge, the melting operation, redox reactions and the tapping operation of slag and of finished melt. The commercial frequency of the a.c. supply is converted to a variable frequency between 0.05 and 30 Hz. The actual change is controlled by a current pickup. The frequency is reduced when a higher current input in the furnace is required, and vice versa. The new control results in a better power factor (by 1-1.5%), a higher efficiency, a lower specific current consumption (by 2%) and a hiqher throughput (by 12-14%).

Description

Procédé de fusion de la charge d'un four à arc électrique et dispositif Pour réaliser ce procédé.Process for melting the charge of an electric arc furnace and device For carrying out this process.

le présente invention concerne le domaine de l'électrométallurgie, et plus particulièrement, les procédés de fusion de la charge contenue dans les fours à arc électrique et les dispositifs mettant en oeuvre lesdits procédés. the present invention relates to the field of electrometallurgy, and more particularly, the methods of melting the charge contained in electric arc furnaces and the devices implementing said methods.

L'invention est susceptible d'applications dans la métallurgie ferreuse et non ferreuse, dans l'industrie chimique et dans la production des réfractaires. The invention is capable of applications in ferrous and non-ferrous metallurgy, in the chemical industry and in the production of refractories.

Il existe un procédé de fusion ("Electrométal- lurgie de l'acier et des ferro-alliages" par F.P. Edneral,
Editions "Métallurgie", Moscou, 1977, pages 103-157 et 378-454) pour four-de réduction ou four d'aciérie à arc électrique, alimenté en courant alternatif de fréquence industrielle (f = 50 Hz), consistant à enfourner la charge, à la fondre, à mener des réactions d'oxydation et de réduction et à couler le bain fondu obtenu. Il existe également un four à arc électrique qui met en oeuvre ledit procédé ("Installations industrielles de réchauffage à arc électrique et leurs paramètres" par L. E.Nikolski et al.,
Editions "Energie", Moscou, 1971, pages 16-26 et 94-109) et comporte un transformateur relié à travers un circuit d'amenée de courant aux électrodes installées dans la cuve du four à arc électrique, des mécanismes de déplacement des électrodes et des systèmes de dosage automatique des matières 'constituant la charge et de réglage de la puissance électrique.There is a fusion process ("Electrometalurgy of steel and ferro-alloys" by FP Edneral,
"Metallurgy" editions, Moscow, 1977, pages 103-157 and 378-454) for reduction furnace or electric arc steel furnace, supplied with alternating current of industrial frequency (f = 50 Hz), consisting of charging the charge, to melt it, to carry out oxidation and reduction reactions and to sink the molten bath obtained. There is also an electric arc furnace which implements said process ("Industrial electric arc heating installations and their parameters" by LENikolski et al.,
"Energy" editions, Moscow, 1971, pages 16-26 and 94-109) and includes a transformer connected through a current supply circuit to the electrodes installed in the tank of the electric arc furnace, mechanisms for moving the electrodes and systems for automatic metering of the materials constituting the charge and for adjusting the electrical power.

Pourtant ledit procédé cause de fortes pertes d'énergie résultant de l'impossibilité de régler continu ment la tension ni de stabiliser en position les électrodes. However, said method causes high energy losses resulting from the impossibility of continuously adjusting the voltage or of stabilizing the electrodes in position.

Le dispositif présente un mauvais facteur de puissance naturel dt à de grandes pertes réactives, la puissance réactive constituant jusqu'à 50 et 60% de la puissance totale. Les pertes d'énergie du four à arc électrique augmentent avec la croissance de sa puissance. La compensation de puissance réactive demande un équipement supplémentaire. Il est à remarquer de plus qu'une partie importante d'énergie active se perd dans le circuit d'amenée de courant par effets de peau et de proximité, ce qui implique une consommation élevée de cuivre.The device has a poor natural power factor due to large reactive losses, the reactive power constituting up to 50 and 60% of the total power. The energy losses of the electric arc furnace increase with the increase in its power. Reactive power compensation requires additional equipment. It should also be noted that a significant part of active energy is lost in the current supply circuit by skin and proximity effects, which implies a high consumption of copper.

Il est nécessaire, au cours de la fusion, de déplacer les électrodes du four à arc électrique pour pouvoir régler sa puissance, ce qui provoque un déséqui- libre thermique dans la cuve du four. During the melting process, it is necessary to move the electrodes of the electric arc furnace in order to be able to adjust its power, which causes a thermal imbalance in the tank of the furnace.

Il est à noter également que ledit dispositif se caractérise par de fortes pertes électromagnétiques dans le fer et que, par le fait meme, la robustesse des éléments de construction en matériaux magnétiques se détériore à cause du suréchauffement. Il y a, entre les phases, un transfert de la puissance produisant une répartition irrégulière d'énergie dans le four à arc électrique et, partant, une baisse de rendement et de résistance du garnissage réfractaire du four. Entant donné que l'effet de peau interdit l'emploi à pleine section des conducteurs formant le circuit d'amenée de courant, on est oblige d'augmenter son poids et son encombrement. It should also be noted that said device is characterized by high electromagnetic losses in the iron and that, by the same token, the robustness of construction elements made of magnetic materials deteriorates due to overheating. There is, between the phases, a transfer of power producing an irregular distribution of energy in the electric arc furnace and, consequently, a reduction in efficiency and resistance of the refractory lining of the furnace. Given that the skin effect prohibits the use of full conductors forming the current supply circuit, it is necessary to increase its weight and size.

Il existe encore un procédé de fusion des matières de la charge dans cen four à arc électrique d'une puissance de 21000 kVÂ ("Guide pour l'équipement électrothermique", Editions E'Energie"P, Moscou 1971, ch. IX)
ledit procédé consiste à mettre en continu les matières de la charge (coke, quartzite et riblons) dans la cuve du four à arc électrique alimenté en courant alternatif de fréquence industrielle. La cuve du four à arc électrique est le siège de l'effet Joule dégagé par le courant électrique dans la charge et da au rayonnement de l'arc noyé, allumé à la partie terminale des électrodes.There is also a process for melting the materials of the charge in this electric arc furnace with a power of 21000 kVÂ ("Guide for electrothermal equipment", Editions E'Energie "P, Moscow 1971, ch. IX)
said method consists in continuously putting the materials of the charge (coke, quartzite and riblons) in the tank of the electric arc furnace supplied with alternating current of industrial frequency. The tank of the electric arc furnace is the seat of the Joule effect released by the electric current in the load and da to the radiation of the submerged arc, lit at the terminal part of the electrodes.

Le dégagement permanent de l'énergie thermique provoque l'échauffement de la charge et sa fusion aux niveaux inférieurs de la cuve. En même temps que la fusion il se produit des réactions endothermiques de réduction des oxydes de fer et de silicium par le carbone du coke qui passe, par oxydation, à l'état gazeux pour sortir du four à arc électrique sous forme de CO et de C02. The permanent release of thermal energy causes the load to heat up and melt at the lower levels of the tank. At the same time as the fusion, endothermic reactions of reduction of the iron and silicon oxides take place by the carbon of the coke which passes, by oxidation, in the gaseous state to leave the electric arc furnace in the form of CO and C02.

Le silicium réduit se dissout dans le bain fondu de fer réduit et ce bain s' écoule dans la partie inférieure de la cuve pour en être sorti périodiquement dans la poche sous forme d'alliage de ferrosilicium et d'une petite quantité de scorie. The reduced silicon dissolves in the molten bath of reduced iron and this bath flows into the lower part of the tank to be periodically removed from it in the pocket in the form of a ferrosilicon alloy and a small quantity of slag.

Le dispositif mettant en application ledit procédé de fusion des matières de la charge dans le four à arc électrique ("Guide pour l'équipement électrothermique", 1971, ch. IZ) comporte un transformateur dont le secondaire est relié à travers le circuit d'amenée de courant aux électrodes du four à arc électrique placées dans sa cuve. The device implementing said process for melting the materials of the charge in the electric arc furnace ("Guide for electrothermal equipment", 1971, ch. IZ) comprises a transformer, the secondary of which is connected through the circuit of supply of current to the electrodes of the electric arc furnace placed in its tank.

Le circuit d'amenée de courant est raccordé à un bloc de réglage de la puissance du four à arc électrique servant à régler la puissance par déplacement des électrodes, ce déplacement étant assuré par un mécanisme raccordé à la sortie dudit bloc de réglage de la puissance.The current supply circuit is connected to a power adjustment block of the electric arc furnace used to adjust the power by displacement of the electrodes, this displacement being ensured by a mechanism connected to the output of said power adjustment block. .

Le dispositif qui vient d'être décrit souffre de pertes calorifiques élevées dues, d'une part, au refroidissement par l'eau circulant dans les éléments de construction réalisés en matériaux magnétiques et, d'autre part, à un champ électromagnétique intense dans l'espace occupé - par le four. Ces pertes constituent jusqu'à 6 à 7% de la puissance active du four. Du fait que le courant dans les électrodes est grand devant la tension et que le circuit du four a une réactance considérable, le facteur de puissance moyen mensuel ne peut pas dépasser 0,8 à 0,82, la consommation spécifique d'énergie électrique étant importante. The device which has just been described suffers from high calorific losses due, on the one hand, to cooling by the water circulating in the construction elements made of magnetic materials and, on the other hand, to an intense electromagnetic field in the space occupied by the oven. These losses constitute up to 6 to 7% of the active power of the furnace. Since the current in the electrodes is large compared to the voltage and the oven circuit has a considerable reactance, the average monthly power factor cannot exceed 0.8 to 0.82, the specific consumption of electrical energy being important.

Le conducteur en cuivre formant le circuit d'amenée de courant doit avoir une forte section (jusqu'à 21600 mm2) en raison de son sous-emploi. The copper conductor forming the current supply circuit must have a large section (up to 21,600 mm2) due to its underuse.

Avec ledit procédé de fusion des matières de la charge il est impossible, pour une caractéristique du transformateur donnée et un régime de fonctionnement adopté du dispositif, de régler progressivement la tension de travail et il faut déplacer les électrodes d'une distance allant jusqu'd 1000 mm en raison des excursions de la résistance électrique de la cuve et des écarts de tension importants entre les prises du transformateur. With the said process for melting the materials of the charge, it is impossible, for a given characteristic of the transformer and an adopted operating regime of the device, to gradually adjust the working voltage and the electrodes must be moved by a distance of up to 1000 mm due to variations in the electrical resistance of the tank and large voltage differences between the transformer taps.

le prdsente invention se propose de fournir un procédé de fusion des matières de la charge dans un-four à arc électrique et un dispositif mettant en application ledit procédé, qui permettent d'améliorer le rendement électrique du four à arc électrique, de réduire les pertes électromagnétiques et dtaugmenter le facteur de puissance grâce à la diminution de la fréquence de travail audessous de la fréquence industrielle, au réglage de la fréquence du courant et à l'ajustement progressif de la tension au cours de la fusion au moyen d'un convertisseur de fréquence spécial associé au dispositif. the present invention proposes to provide a method of melting the materials of the charge in an electric arc furnace and a device applying said method, which make it possible to improve the electrical efficiency of the electric arc furnace, to reduce losses electromagnetic and increase the power factor by decreasing the working frequency below the industrial frequency, by adjusting the frequency of the current and by the progressive adjustment of the voltage during fusion by means of a converter. special frequency associated with the device.

L'invention est caractérisée en ce que, dans le procédé de fusion des matières de la charge dans un four à arc électrique, alimenté en courant alternatif, consistant en l'enfournement des matières de la charge, leur fusion accompagnée de réactions d'oxydation et de réduction, et la coulée du métal en fusion et du laitier, selon l'invention, le courant d'alimentation, avant d'être amené vers les électrodes de la cuve du four à arc électrique, est converti de manière à avoir une fréquence comprise entre 0,05 à 30 Hz. The invention is characterized in that, in the process of melting the materials of the load in an electric arc furnace, supplied with alternating current, consisting in the charging of the materials of the load, their melting accompanied by oxidation reactions and reduction, and the casting of the molten metal and the slag, according to the invention, the supply current, before being brought to the electrodes of the tank of the electric arc furnace, is converted so as to have a frequency between 0.05 to 30 Hz.

Le dispositif mettant en oeuvre ledit procédé et comportant un transformateur dont les secondaires sont raccordés à travers un circuit d'amenée de courant aux électrodes placées dans la cuve du four à arc électrique et un bloc de réglage de la puissance du four à arc électrique, raccordé audit circuit d'amenée de courant et couplé par l'intermédiaire d'un mécanisme de déplacement des électrodes aux électrodes du four à arc électrique, comporte selon l'invention un convertisseur de fréquence, intercalé en série dans le circuit d'amenée de courant entre le secondaire du transformateur et les électrodes du four à arc électrique, et un organe de commande du convertisseur de fréquence raccordé à ce dernier et au circuit d'amenée de courant du c8té des électrodes à travers un capteur électrique. The device implementing said method and comprising a transformer, the secondaries of which are connected through a current supply circuit to the electrodes placed in the tank of the electric arc furnace and a block for adjusting the power of the electric arc furnace, connected to said current supply circuit and coupled by means of a mechanism for moving the electrodes to the electrodes of the electric arc furnace, according to the invention comprises a frequency converter, inserted in series in the supply circuit of current between the secondary of the transformer and the electrodes of the electric arc furnace, and a control unit of the frequency converter connected to the latter and to the current supply circuit of the side of the electrodes through an electric sensor.

Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, en vue de réduire les pertes réactives dans le convertisseur de fréquence et le circuit d'amenée de courant, le convertisseur de fréquence représente un montage de conversion directe de fréquence, composé de paires de groupes de soupapes homogènes, avec chacun trois branches de soupapes montées en antiparallèle, que dans chaque groupe de soupapes les sorties primaires des branches de soupapes soient relides à l'un des conducteurs de phase du circuit d'amenée de courant, c8té transforma tenr, que les sorties secondaires des branches de soupapes d'un m8me groupe soient raccordées à une barre de courtcircuitage, que les barres de court-circuitage des groupes de soupapes appartenant à une mssme paire soient isolées l'une de l'autre et raccordées à l'une des électrodes du four à arc électrique, que le tronçon du circuit d'amenée de courant du côté des électrodes soit réalisé en barres bifilaires et que l'organe de commande du convertisseur de fréquence ait ses sorties raccordées aux soupapes de ce dernier pour mettre en conduction et couper à tour de rôle les soupapes de sens directe et inverse avec un temps réglable entre la période de coupure et celle de conduction
Selon un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, le convertisseur de fréquence est un montage de conversion directe de fréquence constitué par des paires de groupes de soupapes homogènes,.les groupes de soupapes de chaque paire étant dans ce cas en couplage électrique entre eux et avec les électrodes correspondantes du four à arc électrique, les barres de court-circuitage des groupes de soupapes étant disposées parallèlement l'une à l'autre et les sorties secondaires des branches des premier, deuxième et troisième conducteurs de phase d'un même groupe de soupapes étant coaxiales avec les sorties secondaires des branches des troisième, deuxibme et premier conducteurs de phase respectivement d'un autre groupe de soupapes de la même paire.According to an advantageous embodiment of the invention, in order to reduce the reactive losses in the frequency converter and the current supply circuit, the frequency converter represents a direct frequency conversion circuit, composed of pairs of groups of homogeneous valves, each with three valve branches mounted in antiparallel, that in each group of valves the primary outputs of the valve branches are connected to one of the phase conductors of the current supply circuit, c8té transforma tenr, that the secondary outputs of the valve branches of the same group are connected to a shorting bar, that the shorting bars of the valve groups belonging to the same pair are isolated from each other and connected to the one of the electrodes of the electric arc furnace, that the section of the current supply circuit on the side of the electrodes is made of two-wire bars and that the control member of the converts frequency sor has its outputs connected to the valves of the latter to turn on and turn off the direct and reverse direction valves with an adjustable time between the cut-off period and that of conduction
According to another advantageous embodiment of the invention, the frequency converter is a direct frequency conversion assembly constituted by pairs of homogeneous valve groups, the valve groups of each pair in this case being in electrical coupling between them and with the corresponding electrodes of the electric arc furnace, the shorting bars of the valve groups being arranged parallel to each other and the secondary outlets of the branches of the first, second and third phase conductors of a same group of valves being coaxial with the secondary outlets of the branches of the third, second and first phase conductors respectively of another group of valves of the same pair.

Les objectifs et les avantages de l'invention seront dégagés dans une description détaillée de l'une de ses formes de réalisation particulières qu'on fera à titre d'exemple en regard des dessins annexés dans lesquels
la figure 1 représente le schéma synoptique d'un dispositif mettant en application le procédé de fusion des matières de la charge dans un four à arc électrique, selon l'invention ;;
la figure 2, le schéma de principe du dispositif mettant en application le procédé de fusion des matières de la charge dans un four à arc électrique, selon l'invention
la. figure 3, l'une des variantes de réalisation du circuit du convertisseur, selon l'invention -
la figure 4, l'une des formes de réalisation constructives du convertisseur de fréquence du dispositif selon l'invention
la figure 5, les chronogrammes des valeurs instantanées de courant dans différentes branches de soupapes.The objectives and advantages of the invention will be set out in a detailed description of one of its particular embodiments which will be given by way of example with reference to the appended drawings in which
FIG. 1 represents the block diagram of a device applying the process for melting the materials of the charge in an electric arc furnace, according to the invention;
Figure 2, the block diagram of the device applying the method of melting the materials of the load in an electric arc furnace, according to the invention
the. FIG. 3, one of the variant embodiments of the converter circuit, according to the invention -
FIG. 4, one of the constructive embodiments of the frequency converter of the device according to the invention
FIG. 5, the timing diagrams of the instantaneous values of current in different branches of valves.

Le procédé de fusion des matières de la charge dans un four à arc électrique apparaitra ci-après au cours de la description d'un dispositif mettant en oeuvre ledit procédé, faite en référence aux dessins annexés. The process for melting the materials of the charge in an electric arc furnace will appear below during the description of a device implementing said process, made with reference to the accompanying drawings.

le figure 1 représente le schéma synoptique d'un tel dispositif comportant un transformateur 1 destiné à convertir la tension et le courant du secteur. Le secondaire (non visible sur la figure 1) du transformateur 1 est raccordé à travers un circuit d'amenée de courant 2 aux électrodes 3 placées dans la cuve 4 d'un four à arc électrique 5. Un convertisseur de fréquence 6 est intercalé en série dans le circuit d'amenée de courant 2. Une partie du circuit d'amenée de courant 2 comporte, côté électrodes 3, un capteur électrique 7. FIG. 1 represents the block diagram of such a device comprising a transformer 1 intended to convert the voltage and the current of the sector. The secondary (not visible in FIG. 1) of the transformer 1 is connected through a current supply circuit 2 to the electrodes 3 placed in the tank 4 of an electric arc furnace 5. A frequency converter 6 is inserted in series in the current supply circuit 2. A part of the current supply circuit 2 comprises, on the electrode side 3, an electrical sensor 7.

Le circuit d'amenée de courant 2 constitue généralement un ensemble composé de tubes, rubans, câbles souples, conducteurs et contacts conduisant le courant du transformateur 1 vers le convertisseur de fréquence 6 et, de là, vers les électrodes 3. ledit convertisseur de fréquence 6 sert à convertir le courant de fréquence industrielle en un courant d'une fréquence de 0,05 à 30 Hz qui alimente les électrodes 3. le cuve 4 est destinée à recevoir une charge 8, à la fondre par la chaleur fournie par l'effet Joule et par le rayonnement de l'arc électrique 9 et à être le siège des réactions d'oxydation et de réduction, le bain fondu 10 étant évacué de la cuve 4 par un trou de coulée 11. The current supply circuit 2 generally constitutes an assembly composed of tubes, ribbons, flexible cables, conductors and contacts conducting the current from the transformer 1 to the frequency converter 6 and, from there, to the electrodes 3. said frequency converter 6 is used to convert the current of industrial frequency into a current of a frequency of 0.05 to 30 Hz which supplies the electrodes 3. the tank 4 is intended to receive a load 8, to melt it by the heat supplied by the Joule effect and by the radiation of the electric arc 9 and to be the seat of the oxidation and reduction reactions, the molten bath 10 being evacuated from the tank 4 by a tap hole 11.

Le réglage de la-puissance électrique du dispositif s'effectue par un bloc de réglage de puissance 12 du four à arc électrique et par un mécanisme 13 de déplacement des électrodes 3. Une'partie des entrées du bloc 12 est raccordée au circuit d'amenée de courant 2 du côté de la sortie du convertisseur 6, en vue de l'exploration des tensions, l'autre partie des entrées du bloc 12 étant reliée au capteur électrique 7 placé dans le circuit d'amenée de courant 2 en série avec les électrodes 3, en vue d'explorer les valeurs effectives de courant. Les sorties du bloc 12 sont raccordées aux enroulements d'excitation d'un moteur électrique d'entrainement (non visibles sur la figure 1) du mécanisme de déplacement 13 en liaison cinématique avec les électrodes 3.Le bloc de réglage de la puissance 12, le mécanisme de déplacement 13 et le capteur électrique 7-sont d'une conception classique, décrite, par exemple, dans le livre "Installations industrielles de réchauffage à arc électrique et leurs paramètres" par L.E. Nikolski et al. (Moscou, Editions énergie, 1971, pp. 100-109). The electrical power of the device is adjusted by a power adjustment block 12 of the electric arc furnace and by a mechanism 13 for moving the electrodes 3. A portion of the inputs of block 12 is connected to the circuit. current supply 2 on the output side of the converter 6, for exploring the voltages, the other part of the inputs of block 12 being connected to the electrical sensor 7 placed in the current supply circuit 2 in series with the electrodes 3, in order to explore the actual current values. The outputs of block 12 are connected to the excitation windings of an electric drive motor (not visible in FIG. 1) of the displacement mechanism 13 in kinematic connection with the electrodes 3. The power adjustment block 12, the displacement mechanism 13 and the electrical sensor 7 are of a conventional design, described, for example, in the book "Industrial electric arc heating installations and their parameters" by LE Nikolski et al. (Moscow, Energy Editions, 1971, pp. 100-109).

Le dispositif de la figure 1 contient également un bloc 14 de commande du convertisseur 6 dont les entrées sont raccordées au circuit d'amenée de courant 2 à travers le capteur électrique 7. Le bloc 14 a ses sorties raccordées aux entrées de commande du convertisseur de fréquence 6 pour contrôler la fréquence et le sens du courant de sortie du convertisseur 6r le bloc de commande 14 du convertisseur 6 est conçu de manière classique comme indiqué dans le livre "Convertisseurs à thyristors sans élément à courant continu" (Moscou, Editions "Energie", p. 75, 1968). The device of FIG. 1 also contains a block 14 for controlling the converter 6, the inputs of which are connected to the current supply circuit 2 through the electrical sensor 7. The block 14 has its outputs connected to the control inputs of the converter frequency 6 to control the frequency and the direction of the output current of the converter 6r the control block 14 of the converter 6 is designed in a conventional manner as indicated in the book "Thyristor converters without DC element" (Moscow, Editions "Energy ", p. 75, 1968).

La figure 2 montre le schéma de principe du dispositif mettant en application le procédé de fusion des matières de la charge. Figure 2 shows the block diagram of the device implementing the process of melting the materials of the load.

On peut y voir que le transformateur 1 comporte un primaire 15, en l'occurence, en trois sections raccordées à un réseau triphasé haute tension (non visible sur la figure 2) et un secondaire 16 raccordé au convertisseur de fréquence 6. Les conducteurs de phase du transformateur 1 et ceux du circuit d'amenée de courant 2 sont au nombre de trois. Les premier, deuxième et troisième conducteurs de phase du circuit d'amenée de courant 2 sont repérés 2', 2", 2"', respectivement. Le convertisseur 6 comporte des paires (en l'occurrence trois) de groupes de soupapes 17', 17" et 17"' homogènes. Chaque groupe de soupapes 17', 17" et 17"' contient 3 branches de soupapes 18 et 19 montées en antiparallèle. Ici et dans l'exposé qui suit on appellera branche de soupapes 18 et 19 l'élément de chaque groupe de soupapes 17', 17" et 17"', comportant une soupape 18, dite arbitrairement soupape de sens direct, et une soupape 19 dite arbitrairement soupape de sens inverse, raccordées à l'un des conducteurs de phase 2', 2", 2"' du circuit d'amenée de courant 2, c'est-à-dire, à l'une des sections du secondaire 16 du transformateur 1. Les branches de soupapes 18 et 19 de chacun des groupes de soupapes 17', 17" et 17"' ont leurs sorties primaires raccordées, respectivement, aux premier (2'), deuxième (2") et troisième (2"') conducteurs de phase du circuit d'amenée de courant du côté du transformateur 1. Les sorties secondaires 20 des branches de soupapes 18 et 19 de chaque groupe 17', 17" et 17"' sont raccordées à des barres de court-circuitage 21.Les barres de court-circuitage 21 des groupesde soupapes 17', 17" et 17"' appartenant à une même paire sont isolées entre elles et raccordées à une m8me électrode respective 3 à travers le capteur électrique 7 réalisé, par exemple, sous forme de shunts 22. le partie du circuit d'amenée de courant 2 est réalisée, côté électrodes 3, par des barres cenductrices parallèles (bifilaires), par exemple feuilletées, raccordées aux barres decourt-circuitage 21 des groupes de soupapes voisins 17' et 17", 17" et 17"', 17"' et 17', appartenant aux paires différentes.Une telle disposition des conducteurs formant le circuit d'amenée de courant permet la compensation du champ magnétique dans ce tronçon de ce dernier avec, comme effet, la réduction de la puissance réactive dans le réseau secondaire et primaire du convertisseur 6 et l'augmentation correspondante du facteur de puissance,
Le bloc de commande 14 est destiné à rendre conductrices et à couper à tour de rôle les soupapes 18 et 19 avec un temps réglable séparant la coupure et la mise en conduction. Le dispositif réalisé selon le schéma de la figure 2 permet d'avoir un courant triphasé de basse fréquence de 0,05 à 30 Hz et une tension de sortie essentiellement sinusoidale, ce qui évite l'apparition de distorsions secteur.Le dispositif de la figure 2 présente un meilleur facteur de puissance (Cos Lf') que dans le cas du four à arc électrique alimenté en courant de fréquence industrielle.It can be seen there that the transformer 1 comprises a primary 15, in this case, in three sections connected to a three-phase high voltage network (not visible in FIG. 2) and a secondary 16 connected to the frequency converter 6. The conductors of phase of transformer 1 and those of current supply circuit 2 are three in number. The first, second and third phase conductors of the current supply circuit 2 are marked 2 ', 2 ", 2"', respectively. The converter 6 has pairs (in this case three) of homogeneous groups of valves 17 ', 17 "and 17"'. Each group of 17 ', 17 "and 17" valves contains 3 valve branches 18 and 19 mounted in antiparallel. Here and in the following description, the branch of valves 18 and 19 will be called the element of each group of valves 17 ′, 17 "and 17" ’, comprising a valve 18, arbitrarily called direct direction valve, and a valve 19 arbitrarily called reverse direction valve, connected to one of the phase conductors 2 ', 2 ", 2"' of the current supply circuit 2, that is to say, to one of the sections of the secondary 16 of transformer 1. The valve branches 18 and 19 of each of the groups of valves 17 ', 17 "and 17"' have their primary outlets connected, respectively, to the first (2 '), second (2 ") and third ( 2 "') phase conductors of the current supply circuit on the transformer side 1. The secondary outputs 20 of the valve branches 18 and 19 of each group 17', 17" and 17 "'are connected to short bars -circuiting 21. The shorting bars 21 of the groups of valves 17 ', 17 "and 17"' belonging to the same pair are isolated from each other and connected to the same element respective electrode 3 through the electrical sensor 7 produced, for example, in the form of shunts 22. the part of the current supply circuit 2 is produced, on the electrode side 3, by parallel ashtray bars (two-wire), for example laminated, connected to short-circuiting bars 21 of neighboring valve groups 17 'and 17 ", 17" and 17 "', 17"'and17', belonging to different pairs. Such an arrangement of conductors forming the current supply circuit allows compensation of the magnetic field in this section of the latter with, as an effect, the reduction of the reactive power in the secondary and primary network of the converter 6 and the corresponding increase in the power factor,
The control unit 14 is intended to make conductive and to cut the valves 18 and 19 in turn with an adjustable time separating the cut and the conduction. The device produced according to the diagram in FIG. 2 makes it possible to have a low-frequency three-phase current of 0.05 to 30 Hz and an essentially sinusoidal output voltage, which prevents the appearance of mains distortions. 2 has a better power factor (Cos Lf ') than in the case of the electric arc furnace supplied with industrial frequency current.

le figure 3 représente une autre forme de réalisation du circuit convertisseur de fréquence 6. De même que pour la figure 2, le convertisseur 6 représente un montage de conversion directe de fréquence comportant des paires de groupes de soupapes homogènes 17', 17" et 17"', dont chacun comprend trois branches de soupapes 18 et 19 montées en antiparallèle. Dans chaque groupe de soupapes 17', 17" et 17"', chaque branche de soupapes 18 et 19 a sa sortie primaire raccordée à l'un des conducteurs de phase 2', 2' et 2"' du circuit d'amenée de courant 2 du côté du transformateur 1.Les sorties secondaires 20 de la totalité des branches appartenant à uneAme groupe 17 ou 17" ou 17"' sont raccordées à la barre de couxt- circuitage 21 correspondante. Dans chaque paire, les groupes de soupapes 17', 17" et 17"' sont couplés électriquement entre eux et avec l'électrode 3 correspondante
La figure 4 montre la réalisation technologique d'une paire de groupes de soupapes, par exemple, des groupes de soupapes 17' de la première paire On voit que les branches des soupapes 18 et 19 de chaque groupe de soupapes 17: ont leurs sorties secondaires 20 raccordées i une barre de court-circuitage 21. Les barres de courtcircuitage 21 des groupes de soupapes 17' appartenant à une même paire sont disposées parallèlement l'une à l'autre pour former un circuit bifilaire. Ici et dans tout ce qui suit les branches du groupe de soupapes 17' qui ont leurs sorties primaires reliées aux premier (2'), deuxième (2i') et troisième (2"') conducteurs de phase du circuit d'amenée de courant 2 (figure 3) seront appelées branches de la première, de la deuxième et de la troisième phases, respectivement.Cela étant, on va examiner plus en détails, en se référant à la figure 4, la disposition mutuelle des branches des groupes de soupapes 17' appartenant à une m8me phase. La branche de la première phase d'un groupe de soupapes 17' est coaxiale avec celle de la troisième phase de l'autre groupe de soupapes 17'. D'une manière identique, la branche de la troisième phase 2"' de l'un des groupes de soupapes 17' est coaxiale avec celle de la première phase 2' d'un autre groupe de soupapes 17', les branches de la deuxième phase 2" des deux groupes de soupapes 17' étant coaxiales l'une avec l'autre.FIG. 3 represents another embodiment of the frequency converter circuit 6. As in FIG. 2, the converter 6 represents a direct frequency conversion assembly comprising pairs of homogeneous groups of valves 17 ′, 17 "and 17 "', each of which comprises three branches of valves 18 and 19 mounted in antiparallel. In each group of valves 17 ', 17 "and 17"', each branch of valves 18 and 19 has its primary outlet connected to one of the phase conductors 2 ', 2' and 2 "'of the supply circuit of current 2 on the transformer side 1. The secondary outputs 20 of all the branches belonging to a core group 17 or 17 "or 17"'are connected to the corresponding coupling bar 21. In each pair, the valve groups 17 ', 17 "and 17"' are electrically coupled to each other and to the corresponding electrode 3
FIG. 4 shows the technological implementation of a pair of valve groups, for example, valve groups 17 ′ of the first pair It can be seen that the branches of valves 18 and 19 of each valve group 17: have their secondary outputs 20 connected to a shorting bar 21. The shorting bars 21 of the groups of valves 17 ′ belonging to the same pair are arranged parallel to one another to form a two-wire circuit. Here and in all that follows the branches of the group of valves 17 'which have their primary outputs connected to the first (2'), second (2i ') and third (2 "') phase conductors of the current supply circuit 2 (figure 3) will be called branches of the first, second and third phases, respectively. However, we will examine in more detail, with reference to Figure 4, the mutual arrangement of the branches of the valve groups 17 'belonging to the same phase. The branch of the first phase of a group of valves 17' is coaxial with that of the third phase of the other group of valves 17 '. In an identical manner, the branch of the third phase 2 "'of one of the valve groups 17' is coaxial with that of the first phase 2 'of another valve group 17', the branches of the second phase 2" of the two valve groups 17 ' being coaxial with each other.

Les soupapes 18 et 19 et les barres de coufit- circuitage 21 du reste des paires de groupes de soupapes 17" et 17"' (figure 3) ont des dispositions analogues. The valves 18 and 19 and the coupling bars 21 of the rest of the pairs of groups of valves 17 "and 17" '(FIG. 3) have similar arrangements.

le figure 5 représente les chronogrammes des valeurs instantanées des courants i (figures 5a, 5b, 5e, 5c, 5d et 5f) dans les groupes de soupapes 17', 17" et 17"', des courants i (figures 5g, 5h et 5j) dans les électrodes 3 et du courant secteur i (figure 5k) pendant une seule période T de la tension de sortie. FIG. 5 represents the timing diagrams of the instantaneous values of the currents i (FIGS. 5a, 5b, 5e, 5c, 5d and 5f) in the groups of valves 17 ′, 17 "and 17" ’, of the currents i (FIGS. 5g, 5h and 5j) in the electrodes 3 and of the mains current i (FIG. 5k) during a single period T of the output voltage.

La fusion des matières de la charge dans le four à arc électrique selon le procédé proposé s'effectue de la façon suivante. The melting of the materials of the charge in the electric arc furnace according to the proposed method is carried out as follows.

La cuve 4 du four à arc électrique 5 du dispositif visible sur la figure 1 reçoit en continu la charge 8 composée d'oxydes de métaux et de métallordes, de réducteurs et de matières fondantes. Le courant de fréquence industrielle est amené à travers le transformateur 1 et le circuit d'amenée de courant 2 sur 1' entrée d'alimentation du convertisseur 6. Le convertisseur 6 fournit aux électrodes 3 un courant de fréquence réduite, comprise entre 0,05 et 30 Hz. Ce courant converti passe par la charge 8 et l'arc noyé calorifugé 9. La commande du convertisseur de fréquence 6 se fait par le bloc de commande 14 (le détail en sera donné plus loin). The tank 4 of the electric arc furnace 5 of the device visible in FIG. 1 continuously receives the charge 8 composed of metal and metallord oxides, reducing agents and fluxing materials. The industrial frequency current is brought through the transformer 1 and the current supply circuit 2 to the power supply input of the converter 6. The converter 6 supplies the electrodes 3 with a current of reduced frequency, between 0.05 and 30 Hz. This converted current passes through the load 8 and the insulated submerged arc 9. The frequency converter 6 is controlled by the control block 14 (details will be given later).

Le dégagement de la chaleur due à l'effet Joule dans la charge 8 et le rayonnement de l'arc 9 provoquent l'échauffement de celle-ci et la formation de zones de haute température dans l"'enceinte d'arc" portées jusqu'à 2000 et à 40000C. Ce sont des températures d'évaporation des oxydes de minerai et de déroulement des réactions de réduction des oxydes gazeux. Les gaz de four résultant des réactions d'oxydafion et de réduction, constitués essentiellement, dans la plupart des cas, par l'oxyde de carbone, traversent les couches supérieures de la charge 8 et les échauffent, elles aussi. The release of heat due to the Joule effect in the load 8 and the radiation of the arc 9 cause the latter to heat up and the formation of high temperature zones in the "arc enclosure" carried up to 'at 2000 and 40000C. These are temperatures of evaporation of the mineral oxides and of the course of the reduction reactions of the gaseous oxides. The furnace gases resulting from the oxidation and reduction reactions, consisting essentially, in most cases, of carbon monoxide, pass through the upper layers of the charge 8 and also heat them.

Dans ce cas, les matières de la charge 8, au fur et à mesure de leur descente, s'échauffent, deviennent piteuses et passent à l'état liquide, c'est-à-dire fondent. In this case, the materials of the load 8, as they descend, heat up, become pitiful and pass into the liquid state, that is to say melt.

Les réactions de réduction principales ont lieu en phase liquide, le bain fondu réduit 10 de métaux et de métallo! des s'écoulant dans la zone de bain fondu 10.The main reduction reactions take place in the liquid phase, the molten bath reduces metals and metallo! flowing into the molten bath zone 10.

Le bain fondu 10 s'accumulant dans la cuve 4 du four est évacué par le trou de coulée 11. The molten bath 10 accumulating in the tank 4 of the oven is discharged through the tap hole 11.

Vu le caractère continu du processus dans la cuve 4 du four à arc électrique 5, la résistance active du bain dans la zone autour de chaque électrode 3 est en variation permanente, ce qui fait apparattre des écarts entre le courant des électrodes 3 et la consigne, enregistrés par le capteur électrique 7. Le capteur électrique 7 délivre des signaux au bloc 14, qui modifie l'angle d'amorçage des soupapes 18 et 19 du convertisseur 16. le modification de l'angle d'amorçage des soupapes 18 et 19 entraîne la modification des tensions et courants amenés vers les électrodes 3 assurant le réglage de la puissance du dispositif.On n'est pas obligé dans ce cas de déplacer les électrodes 3, ce qui conduit à une répartition plus régulière de l'énergie thermique dans la cuve 4 (figure 1) du four à arc électrique 5 et à une plus grande stabilité des zones de réaction d'où une réduction plus rapide et plus poussée des éléments de minerai et un rendement global amélioré du four à arc électrique 5. Given the continuous nature of the process in the tank 4 of the electric arc furnace 5, the active resistance of the bath in the area around each electrode 3 is in constant variation, which shows differences between the current of the electrodes 3 and the setpoint. , recorded by the electrical sensor 7. The electrical sensor 7 delivers signals to block 14, which changes the angle of ignition of the valves 18 and 19 of the converter 16. the modification of the angle of ignition of the valves 18 and 19 involves the modification of the voltages and currents supplied to the electrodes 3 ensuring the adjustment of the power of the device. In this case, it is not necessary to move the electrodes 3, which leads to a more regular distribution of the thermal energy in the tank 4 (FIG. 1) of the electric arc furnace 5 and greater stability of the reaction zones, hence a faster and more extensive reduction of the ore elements and an improved overall efficiency of the electric arc furnace 5.

Si l'écart entre le courant réel et celui de consigne dépasse 10%, le bloc de réglage de la puissance 12 (figure 1) délivre un signal au mécanisme 13 de déplacement des électrodes 3 qui fait monter ou descendre les électrodes 3 en vue de ramener le courant à la consigne comme c'est le cas des dispositifs existants. Si on est dans l'impossibilité d'atteindre la puissance désirée par le déplacement des électrodes 3 on modifie, par commutation des prises de transformateur 1, la tension sur les électrodes 3. If the difference between the actual current and that of the setpoint exceeds 10%, the power adjustment block 12 (FIG. 1) delivers a signal to the mechanism 13 for moving the electrodes 3 which raises or lowers the electrodes 3 in order to bring the current back to the setpoint as is the case with existing devices. If it is impossible to reach the desired power by moving the electrodes 3, the voltage on the electrodes 3 is modified by switching the transformer taps 1.

La fréquence de la tension et du courant alimentant les électrodes 3 est modifiée d'une façon discontinue au cours du processus, ou bien on utilise une fréquence unique, optimale pour le processus donné et prise dans l'intervaLle de 0,05 à 30 Hz. le modification de la fréquence de courant entbaSne une nouvelle répartition de l'énergie (de la puissance) dégagée dans la cuve 4 par l'effet du changement de rdsistances actives et réactives des circuits acheminant le courant dans la cuve 4, la part de l'énergie dégagée dans l'arc 9 croissant avec la réduction de la fréquence de courant.La diminution de la fréquence de courant produit, d'autre part, la croissance du facteur de puissance (Cos W ) du four à arc électrique 5 et du rendement électrique du dispositif ce qui est, à son tour, à l'origine de l'élévation de tension sur l'arc 9. The frequency of the voltage and of the current supplying the electrodes 3 is modified in a discontinuous manner during the process, or else a single frequency is used, optimal for the given process and taken in the interval from 0.05 to 30 Hz .the modification of the current frequency entbaSne a new distribution of the energy (the power) released in the tank 4 by the effect of the change of active and reactive resistances of the circuits conveying the current in the tank 4, the share of the energy released in the arc 9 increasing with the reduction of the current frequency. The decrease in the frequency of current produces, on the other hand, the growth of the power factor (Cos W) of the electric arc furnace 5 and the electrical efficiency of the device, which in turn is the source of the voltage rise on the arc 9.

Pour que la modification discontinue de fréquence du courant soit performante (facteur de puissance et facteur d'utilisation de la puissance élevés, taux d'harmoniques inférieurs réduit, etc.), on fait varier au cours de la fusion la fréquence de courant dans la plage de 0,05 à 30 Hz à l'aide du convertisseur de fréquence 6 commandé par le bloc 14 qui met en conduction et coupe les soupapes 18 (figure 2) et 19 avec un temps réglable entre la coupure et la mise en conduction. Par exemple, avec le convertisseur 6 de la figure 2, le signal de sortie du bloc 14 met d'abord en conduction pour un certain temps les soupapes 18 de sens direct ; à l'échéance du signal, les soupapes 18 se coupent et au bout d'un certain temps réglable # (figure 5) les signaux en provenance du bloc 14 (figure 2) mettent en conduction les soupapes de sens inverse 19.Dans ce cas, naturellement, le courant dans les groupes de soupapes 17', 17" et 17"' s'inverse et le temps réglable n (figure 5) entre la coupure des soupapes 18 (figure 2) et la mise en conduction des soupapes 19 constitue 1/6 de la période T de la tension de sortie (figure 5). In order for the discontinuous modification of the frequency of the current to be effective (high power factor and power utilization factor, reduced lower harmonic rate, etc.), the current frequency in the range from 0.05 to 30 Hz using the frequency converter 6 controlled by the block 14 which turns on and off the valves 18 (Figure 2) and 19 with an adjustable time between switching off and turning on. For example, with the converter 6 of FIG. 2, the output signal of the block 14 first of all puts the valves 18 in the forward direction in conduction for a certain time; at the end of the signal, the valves 18 shut off and after a certain adjustable time # (figure 5) the signals coming from block 14 (figure 2) put the valves in the opposite direction 19. In this case , of course, the current in the groups of valves 17 ′, 17 "and 17" ′ reverses and the adjustable time n (FIG. 5) between the cutting of the valves 18 (FIG. 2) and the activation of the valves 19 constitutes 1/6 of period T of the output voltage (Figure 5).

Le comportement du convertisseur 6 (figure 2) sera décrit à l'aide des chronogrammes représentés à la figure 5. A l'instant t (figure 5a) les soupapes de sens direct 18 (figure 2) du groupe 17? et les soupapes de sens inverse 19 du groupe 1 T' entrent en conduction (voir chronogramme 5b) Au bout d'un temps T/3, à l'instant t1, ces soupapes 18 et 19 (figure 2) se coupent et restent ainsi durant le temps de blocage # (figure 5) égal à 1/6 T. The behavior of the converter 6 (Figure 2) will be described using the timing diagrams shown in Figure 5. At time t (Figure 5a) the direct direction valves 18 (Figure 2) of group 17? and the reverse direction valves 19 of group 1 T 'enter into conduction (see timing diagram 5b) At the end of a time T / 3, at time t1, these valves 18 and 19 (FIG. 2) are cut and remain thus during blocking time # (figure 5) equal to 1/6 T.

A l'instant t2 les soupapes 19 (figure 2) du groupe de soupapes 17' et les soupapes 18 du groupe de soupapes 17" se mettent à conduire (voir chronogrammes 5a et Sb respectivement). À l'instant t3 1/3 T après, ces soupapes 18 et 19 (figure 2) se coupent pour rester ainsi pendant le temps de blocage #. Après cela le processus dans ces groupes de soupapes 17' et 17" reprend. le mise en conduction et la coupure des soupapes 18 et 19 dans le reste des groupes de soupapes 17' et 17"' (chronogrammes 5c, Sd) et 17"' et 17' (chronogrammes 5e et Sf) sont décalées de 1/3 T et de 2/3 T par rapport aux opérations ci-dessus. L'effet en est que dans les conducteurs formant le circuit d'amenée de courant 2 à structure bifilaire (figure 2) du côté des -érectrodes 3, il y a des courants égaux et opposés, ce qui conduit à la compensation de leurs champs magnétiques. les chronogrammes 5d, 5h et 5j montrent les courants ig, i h et i. dans les électrodes 3
J représentant la somme des courants représentés dans les chronogrammes 5a et 5f, 5b et 5c, 5d et 5e respectivement.At time t2 the valves 19 (FIG. 2) of the valve group 17 'and the valves 18 of the valve group 17 "start to operate (see timing diagrams 5a and Sb respectively). At time t3 1/3 T afterwards, these valves 18 and 19 (FIG. 2) are cut to remain thus during the blocking time #. After that the process in these groups of valves 17 'and 17 "resumes. the switching on and off of valves 18 and 19 in the rest of valve groups 17 'and 17 "' (timing diagrams 5c, Sd) and 17"'and17' (timing diagrams 5e and Sf) are offset by 1/3 T and 2/3 T compared to the above operations. The effect is that in the conductors forming the current supply circuit 2 with a two-wire structure (FIG. 2) on the side of the -erectrodes 3, there are equal and opposite currents, which leads to the compensation of their fields. magnetic. the timing diagrams 5d, 5h and 5j show the currents ig, ih and i. in the electrodes 3
J representing the sum of the currents represented in the timing diagrams 5a and 5f, 5b and 5c, 5d and 5e respectively.

Le courant secteur ik, apparent à la figure 5k, est dépourvu des ondulations basse fréquence occasionnées par le temps de blocage ce qui permet de réduire le taux d'harmoniques inférieurs dans la tension d'alimentation et d'améliorer le facteur de puissance du convertisseur 6.The mains current ik, apparent in FIG. 5k, is devoid of the low frequency ripples caused by the blocking time, which makes it possible to reduce the rate of lower harmonics in the supply voltage and to improve the power factor of the converter. 6.

Examinons le fonctionnement du convertisseur 6 représenté aux figures 3 et 4. Sur la figure 3 les flèches 31Â1, C,B1, Â1C1 et 32A2 C2B2 A2C2 indiquent les sens des courants de commutation des branches des 1ère, 2ème et 3ème phases, par exemple, des groupes 17', Comme on peut le voir sur le schéma, les courants de commutation sont en opposition, ce qui produit, étant donné la disposition bifilaire des barres de court-circuitage 21 desdits groupes 17', la compensation de leurs champs magnétiques. L'effet en est la diminution de l'angle de commutation des soupapes 18 et 19 et l'augmentation du facteur de puissance du convertisseur 6. Let us examine the operation of the converter 6 shown in Figures 3 and 4. In Figure 3 the arrows 31Â1, C, B1, Â1C1 and 32A2 C2B2 A2C2 indicate the directions of the switching currents of the branches of the 1st, 2nd and 3rd phases, for example, groups 17 ', As can be seen in the diagram, the switching currents are in opposition, which produces, given the two-wire arrangement of the shorting bars 21 of said groups 17', the compensation of their magnetic fields. The effect is a decrease in the switching angle of the valves 18 and 19 and an increase in the power factor of the converter 6.

Chacun des procédés technologiques ayant lieu dans le four à arc électrique 5 (figure 1) se caractérise par ses propres lois de variation de la résistance électrique de la charge 9 et de l'énergie nécessaire au maintien de la réaction d'oxydation et de réduction. Each of the technological processes taking place in the electric arc furnace 5 (FIG. 1) is characterized by its own laws of variation of the electrical resistance of the load 9 and of the energy necessary for maintaining the oxidation and reduction reaction. .

il en ressort une possibilité de travailler avec les fréquences de courant variables entre 0,05 et 30 Hz ou avec une fréquence quelconque comprise dans cet intervalle.it results from it a possibility of working with the current frequencies varying between 0.05 and 30 Hz or with any frequency included in this interval.

Par exemple, dans la production du ferrosilicium riche en silicium, les meilleures résultats s'obtiennent lorsque l'énergie dégagée par l'arc constitue, suivant la teneur en silicium de l'alliage, jusqu'à 60 à 90% de l'énergie totale amenée vers la cuve 4 du four à arc électrique 5. Aussi, par exemple, le fait d'élaborer le ferrosilicium à 75% de silicium sur une fréquence de travail de 5 Hz permettra-t-il d'augmenter de 15 à 20% la part d'énergie dégagée par l'arc et par là même de rendre la fusion dans la même cuve 4 aussi performante techniquement et économiquement qu'en cas de ferrosilicium à 45rua de silicium. Le changement d'alliage n'impose pas celui de four.C'est ainsi que la fusion d'un ferrosilicium à 45% de silicium pourra se faire avec un courant d'une fréquence de 12 à 45 Hz dans la même cuve 4 du four à arc électrique 5. For example, in the production of ferrosilicon rich in silicon, the best results are obtained when the energy released by the arc constitutes, depending on the silicon content of the alloy, up to 60 to 90% of the energy total brought to the tank 4 of the electric arc furnace 5. Also, for example, the fact of developing ferrosilicon with 75% silicon on a working frequency of 5 Hz will allow it to increase from 15 to 20 % the share of energy released by the arc and thereby making the fusion in the same tank 4 as efficient technically and economically as in the case of ferrosilicon with 45rua of silicon. The change of alloy does not impose that of furnace. Thus the fusion of a ferrosilicon with 45% of silicon can be done with a current of a frequency of 12 to 45 Hz in the same tank 4 of electric arc furnace 5.

De cette façon, l'abaissement de fréquence conduit, d'une part, à la-montee de la tension utile sur les électrodes 3 et, d'autre part, favorise la modification de la répartition de puissance dans la cuve 4 et la réduction de la fraction de courant qui circule dans la charge 8, ce qui permet, sans perturber la fusion, de travailler sous une tension de phase utile plus élevée. In this way, the lowering of the frequency leads, on the one hand, to the rise of the useful voltage on the electrodes 3 and, on the other hand, promotes the modification of the power distribution in the tank 4 and the reduction of the fraction of current flowing in the load 8, which allows, without disturbing the fusion, to work under a higher useful phase voltage.

Cette dernière circonstance entraîne, à son tour, l'amé- lioration du rendement électrique du four à arc électrique 5 et de la productivité de celui-ci.This latter circumstance, in turn, improves the electrical efficiency of the electric arc furnace 5 and the productivity thereof.

Par exemple, la mise en oeuvre du procédé et du dispositif selon l'invention pour l'élaboration, dans un four électrique ouvert à ferro-alliages d'une puissance de 16,5 MVÂ, de ferro-silicium à 75% de silicium avec un courant d'une fréquence de 5 Hz offre une augmentation du facteur de puissance de l'installation de 0,82 à 0,92 et du rendement électrique de 0,897 à 0,914, une croissance de 15% de la productivité et une réduction de 2% de la consommation spécifique d'énergie électrique. For example, the implementation of the method and the device according to the invention for the preparation, in an open ferro-alloy electric furnace with a power of 16.5 MVÂ, of ferro-silicon containing 75% of silicon with a current with a frequency of 5 Hz offers an increase in the power factor of the installation from 0.82 to 0.92 and the electrical efficiency from 0.897 to 0.914, a 15% increase in productivity and a reduction of 2 % of specific consumption of electrical energy.

Les avantages ci-dessus permettent d'améliorer les paramètres des fours à arc électrique- 5 existants et de créer des unités nouvelles de forte puissance unitaire à performances technico-économiques élevées. The above advantages make it possible to improve the parameters of existing electric arc furnaces and to create new units of high unit power with high technical and economic performance.

Le procédé de fusion selon l'invention offre la possibilité de modifier d'une façon discontinue la fréquence du courant et de la tension pendant chaque période de fusion et d'exploiter le four à arc électrique avec les électrodes 3 fixes (immobilisées). Dans ce cas, étant donné la stabilité du champ thermique de la cuve 4 et de la position des zones de la charge 8, de l'arc 9 et du bain fondu 10, on aura des performances (consommation spécifique d'énergie électrique, productivité, etc.) plus poussées du processus grâce à une meilleure utilisation de puissance et de temps ouvrable. The melting process according to the invention offers the possibility of discontinuously modifying the frequency of the current and of the voltage during each melting period and of operating the electric arc furnace with the electrodes 3 fixed (immobilized). In this case, given the stability of the thermal field of the tank 4 and the position of the zones of the load 8, of the arc 9 and of the molten bath 10, there will be performances (specific consumption of electrical energy, productivity , etc.) further in the process thanks to better use of power and working time.

Il est à noter de plus que la mise en oeuvre dudit procédé permet de réduire les pertes par les courants induits par le champ électro-magnétique dans la structure métallique du four à arc électrique 5 et de l'atelier. It should also be noted that the implementation of said method makes it possible to reduce the losses by the currents induced by the electromagnetic field in the metallic structure of the electric arc furnace 5 and of the workshop.

On arrive ainsi à diminuer l'échauffement préjudiciable à la robustesse mécanique de ladite structure et à diversifier, partant, les matériaux magnétiques utilisables pour la construction du four à arc électrique 5 et de l'atelier.We thus succeed in reducing the heating prejudicial to the mechanical robustness of said structure and in diversifying, therefore, the magnetic materials which can be used for the construction of the electric arc furnace 5 and of the workshop.

Le procédé de fusion sur une fréquence moindre permet également d'affaiblir les effets de peau et dè proximité dont la conséquence est la réduction de la consommation de cuivre pour le circuit d'amenée de courant 2 et pour le transformateur 1 en raisan d'un meilleur emploi de la section des conducteurs en cuivre transportant le courant. The process of fusion on a lower frequency also makes it possible to weaken the effects of skin and proximity which the consequence is the reduction of the consumption of copper for the current supply circuit 2 and for the transformer 1 into grape of a better use of the section of copper conductors carrying the current.

C'est ainsi qu'avec le procédé de fusion des matières de la charge selon l'invention dans le four à arc électrique 5 d'une puissance de 24 FRA on pourra, pour une fréquence de courant de 10 Hz, augmenter le facteur de puissance de 10 à 15% et la productivité du four à arc électrique de 12 à 14%. Thus, with the process for melting the materials of the charge according to the invention in the electric arc furnace 5 with a power of 24 FRA, it will be possible, for a current frequency of 10 Hz, to increase the factor of power from 10 to 15% and the productivity of the electric arc furnace from 12 to 14%.

Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à celui de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus particulièrement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. As goes without saying and as it already follows from the foregoing, the invention is in no way limited to that of its modes of application, no more than to those of the embodiments of its various parts, having have been more particularly envisaged; on the contrary, it embraces all its variants.

Claims

1. A method of melting the charge of an electric arc furnace supplied with alternating current, consisting of charging the charge, melting it, carrying out the oxidation and reduction reactions and pouring the molten bath obtained and the slag, characterized by the fact that the supply current is converted into a frequency current of 0.05 to 30 Hz and that said converted current is supplied to the electrodes of the furnace.

2. Device implementing the method according to claim 1, comprising a transformer whose secondary is electrically connected by a current supply circuit to the electrodes placed in the tank of the electric arc furnace, and a power adjustment block of the oven connected to said current supply circuit and coupled with the electrodes by means of an electrode displacement mechanism, characterized in that it has a frequency converter (6) placed between the secondary of the transformer (1) and the electrodes (3) in series in the current supply circuit (;; 2), and a control unit (14) of the converter connected to the latter and to the current supply circuit on the side of the electrodes through an electrical sensor (7).

3. spositi! according to claim 2, characterized in that the frequency converter represents a direct frequency conversion assembly, composed of pairs of homogeneous valve groups (7 ', 7 ", 7"') - each of which contains three valve branches (8, 9) of direct and opposite direction mounted in antiparallel, that in each group of valves each of the branches is connected by its primary output to one of the three phase conductors (2'-, 2, 2 "2) of the current supply circuit, transformer side, its second output being connected to a shorting bar (21), that the shorting bars of the groups of valves belonging to the same pair are isolated from each other and connected to the '' one of the electrodes (3) of the electric arc furnace, that the section of the current supply circuit on the side of the electrodes is made with two-wire conductors and that the control unit of the frequency converter has its outputs connected to the valves the latter to put one by one in conduction and in cutoff the direct and reverse direction valves with an adjustable time between the setting in conduction and the cutout.

4. Device according to claim 2, characterized in that the frequency converter is a direct frequency conversion assembly formed by pairs of homogeneous valve groups (7 ', 7 ", 7"'), each deadits groups of valves contains three branches of valves (8, .9) of direct and opposite direction mounted in antiparallel, that in each group of valves each of the branches has its primary outlet connected to one of the three phase conductors (2 ', 211, 2 "') of the current supply circuit on the transformer side, its secondary output being connected to the shorting bar, that in each pair the valve groups are in electrical connection with each other and and with the corresponding electrode of the electric arc furnace, that in this case in each pair the shorting bars of the valve groups are arranged parallel to each other, that the secondary outputs of the branches of the first, second and third phases of the 'a die s valve groups are coaxial with the secondary outputs of the branches of the third, second and first phases respectively of another group of valves of the same pair and that the outputs of the control block of the frequency converter are connected to the valves of the latter for switching on and off in turn of the direct and reverse direction valves with an adjustable time between switching on and off.