FR2512312A1 - Graphite electrode for arc melting furnace etc. - where electrode contains numerous longitudinal holes providing stable arc - Google Patents
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Abstract
Description
ELECTRODE POUR FOUR A ARC OU RECIPIENTS METALLURGIQUES ANALOGUES
ET PROCEDE DE FABRICATION.ELECTRODE FOR ARC FURNACE OR SIMILAR METALLURGICAL CONTAINERS
AND MANUFACTURING METHOD.
L'invention se situe dans le domaine de l'élaboration des métaux, notamment de l'acier, au four électrique à arc, en poche ou autres récipients analogues, et concerne plus particulièrement les électrodes équipant ces dispositifs. The invention relates to the field of the production of metals, in particular steel, in an electric arc furnace, in a ladle or other similar containers, and relates more particularly to the electrodes fitted to these devices.
On sait que les difficultés liées à l'instabilité de l'arc électrique qui jaillit à l'extrémité active de l'électrode en regard de la charge métallique à élaborer, constitue un sujet d'actualité dans le monde entier. It is known that the difficulties linked to the instability of the electric arc which gushes out at the active end of the electrode with respect to the metal charge to be developed, constitutes a topical subject all over the world.
Les conséquences d'une telle instabilité se situent à plusieurs niveaux. On peut noter, en particulier, une limitation de la puissance réelle utilisable, un accroissement du travail de la régulation, ce qui, dans certaines conditions, contribue à augmenter la consommation d'elec- trodes, ou une nuisance sonore à laquelle les responsables, soucieux d'améliorer les conditions de travail de leur personnel, ne restent pas insensibles. The consequences of such instability lie on several levels. One can note, in particular, a limitation of the real usable power, an increase in the work of the regulation, which, under certain conditions, contributes to increase the consumption of electrodes, or a noise nuisance to which the persons in charge, anxious to improve the working conditions of their staff, do not remain insensitive.
Pour améliorer les conditions de stabilité de l'arc, différentes solutions ont déjà été proposées. To improve the conditions of arc stability, various solutions have already been proposed.
L'une d'entre elles, consiste à superposer à l'alimentation électrique habituelle (50 ou 60 Hz), une alimentation électrique haute fréquence (50 kHz par exemple), de maniere à former entre l'électrode et la charge métallique une étincelle quasi-permanente qui maintient le milieu gazeux où jaillit l'arc dans un état ionisé pratiquement ininterrompu. One of them consists in superimposing on the usual electrical supply (50 or 60 Hz), a high frequency electrical supply (50 kHz for example), so as to form a spark between the electrode and the metallic charge. quasi-permanent which maintains the gaseous medium where the arc shoots out in a practically uninterrupted ionized state.
(BF nO 2.432.816).(BF nO 2.432.816).
Une autre solution, connue depuis longtemps, consiste à modifier la nature chimique du milieu gazeux d'établissement de l'arc en insufflant au travers de l'électrode, percée axialement à cet effet, un gaz plus facilement ionisable que l'atmosphère existante dans le four. Cependant, cette pratique présente des inconvénients, notamment du fait qu'elle nécessite une adaptation de l'installation pour la mise en place des moyens d'insufflation. En outre, des impératifs d'ordre métallurgique, tenant à la qualité du métal, restreignent le choix du gaz à un éventail assez étroit (azote, gaz rares, ...) qui n'est pas le plus heureux sur le plan économique et dont l'efficacité réelle demeure limitée. Another solution, known for a long time, consists in modifying the chemical nature of the gaseous medium of establishment of the arc by blowing through the electrode, pierced axially for this purpose, a gas more easily ionizable than the existing atmosphere in the oven. However, this practice has drawbacks, in particular because it requires an adaptation of the installation for the installation of the insufflation means. In addition, metallurgical imperatives, relating to the quality of the metal, restrict the choice of gas to a fairly narrow range (nitrogen, rare gases, etc.) which is not the happiest economically and whose real effectiveness remains limited.
Une autre solution, plus récente (BF nO 2.442.567), s'affranchit des inconvénients précédents en proposant une électrode percée axialement, donc analogue à celle évoqué ci-avant, mais dont la cavité centrale est remplie, de fabrication, par des sels minéraux facilement ionisables. Another, more recent solution (BF no. 2,442,567), overcomes the above drawbacks by proposing an electrode pierced axially, therefore analogous to that mentioned above, but the central cavity of which is filled, during manufacture, with salts. easily ionizable minerals.
Une telle électrode composite, qualifiée habituellement d'électrode à "mêche dopante", représente indéniablement un progres par rapport à l'électrode à flux gazeux, sinon dans une meilleure utilisation du four au plan électrique, du moins dans une mise en oeuvre plus aisée de ce dernier. Il est vrai cependant que, sur le plan économique, une telle électrode est relativement chère en raison d'une plus-value apportée par la présence de matière dopante onéreuse et par un coût de main d'oeuvre supplémentaire.Such a composite electrode, usually qualified as a "doping wick" electrode, undeniably represents progress compared to the gas flow electrode, if not in better use of the furnace electrically, at least in easier implementation of the last. It is however true that, from an economic point of view, such an electrode is relatively expensive due to the added value provided by the presence of expensive doping material and by an additional labor cost.
Les inventeurs ont découvert, non sans surprise, que, sous certaines conditions, qui seront précisées par la suite, l'effet positif des électrodes à "mêche dopante" sur la stabilité de l'arc était en fait lié, environ pour moitié seulement, à la matière dopante et pour l'autre moitié aux cavités elles-mêmes, qui contiennent cette matière. The inventors have discovered, not without surprise, that, under certain conditions, which will be specified later, the positive effect of electrodes with a "doping wick" on the stability of the arc was in fact linked, only about half, to the doping material and for the other half to the cavities themselves, which contain this material.
On saisit immédiatement l'intérêt pratique d'une telle découverte qui consiste à pouvoir améliorer sensiblement la stabilité de l'arc par rapport à une électrode classique et ceci au moyen d'une électrode plus économique qu'une électrode à "mêche dopante". We immediately grasp the practical interest of such a discovery which consists in being able to appreciably improve the stability of the arc compared to a conventional electrode and this by means of an electrode more economical than an electrode with "doping wick".
Exprimée autrement, cette découverte ouvre, entre les deux pratiques connues, à savoir celle de l'électrode pleine classique et celle de l'Electrode à "mêche dopante", un large éventail de choix possibles selon que l'on accorde une importance accrue à la stabilité de l'arc ou inversement au critère économique. Expressed in another way, this discovery opens up, between the two known practices, namely that of the classic full electrode and that of the "doping wick" electrode, a wide range of possible choices depending on whether greater importance is given to the stability of the arc or vice versa to the economic criterion.
L'invention, issue de cette découverte, a ainsi pour objet une électrode pour four à arc, ou récipients métallurgiques analogues, caracté- risée en ce qu'elle comporte des cavités qui viennent déboucher à l'extrémité active de l'électrode destinée à être placée en regard de la charge métallique à élaborer dans le four et dont les orifices sont répartis sur toute la surface de ladite extrémité. The invention resulting from this discovery thus relates to an electrode for an arc furnace or similar metallurgical vessels, characterized in that it comprises cavities which come to open at the active end of the electrode intended for be placed opposite the metal charge to be produced in the oven and the orifices of which are distributed over the entire surface of said end.
Conformément à une realisation préférée, ces cavités forment un réseau d'évidements longitudinaux continus répartis dans toute la section de l'électrode. In accordance with a preferred embodiment, these cavities form a network of continuous longitudinal recesses distributed throughout the section of the electrode.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication de l'électrode selon la réalisation préférée precitée et conformément auquel on prépare une pâte de carbone que l'on fait ensuite passer dans une filière de mise en forme avant de soumettre l'ébauche ainsi obtenue au traitement thermique habituel de frittage et de graphitisation, procédé caractérisé en ce que i'on incorpore initialement à la pâte de carbone des éléments filiformes ductiles en matériau thermodégradable disparaissant lors du traitement thermique final, tels que des-fils de nylon ou autres fibres synthétiques ou naturelles souples. The invention also relates to a method of manufacturing the electrode according to the aforementioned preferred embodiment and in which a carbon paste is prepared which is then passed through a shaping die before subjecting the blank as well obtained in the usual heat treatment of sintering and graphitization, process characterized in that initially incorporating into the carbon paste ductile filiform elements of thermodegradable material disappearing during the final heat treatment, such as nylon threads or other fibers synthetic or flexible natural.
Ainsi qu'on l'aura déjà compris, les conditions préalablement évoquées comme nécessaires à l'obtention d'un effet de stabilisation de 1 arc propre aux cavités, consistent en ce que ces dernières, ou tout au moins leurs orifices sur l'extrémité active de l'électrode, doivent déboucher à la surface de cette extrémité en formant un réseau réparti sur ladite surface, et de préférence réparti le plus uniformément possible. As will have already been understood, the conditions previously mentioned as necessary for obtaining a stabilization effect of 1 arc specific to the cavities, consist in that the latter, or at least their orifices on the end active electrode, must lead to the surface of this end by forming a network distributed over said surface, and preferably distributed as uniformly as possible.
Des essais ont montré en effet que
- des électrodes percées dans la région centrale seulement ne procuraient pas d'amélioration sensible de la stabilité de l'arc et ceci quelque soit le nombre de perçages et/ou que ces perçages soient ou non remplis de matière dopante.Tests have shown that
- Electrodes drilled in the central region only did not provide a significant improvement in the stability of the arc, regardless of the number of holes and / or whether or not these holes are filled with doping material.
- mais l'association de perçages dans la région centrale avec une couronne de perçages périphériques au voisinage de la paroi latérale de l'électrode permettait de noter une amélioration nette de la stabilité de l'arc ; alors que les résultats obtenus par la présence seule de cette couronne (électrode massive au centre) semblait montrer une tendance à l'amélioration sans pour autant que l'on puisse l'affirmer avec certitude,
- enfin, une amélioration plus importante encore a été obtenue grâce à une répartition des perforations selon un réseau uniformément distribué dans toute la section droite de l'électrode.- but the association of holes in the central region with a ring of peripheral holes in the vicinity of the side wall of the electrode made it possible to note a marked improvement in the stability of the arc; whereas the results obtained by the sole presence of this crown (massive electrode in the center) seemed to show a tendency to improvement without, however, being able to be affirmed with certainty,
- Finally, an even greater improvement has been obtained thanks to a distribution of the perforations according to a uniformly distributed network throughout the cross section of the electrode.
Le paramètre objectif choisi pour apprécier la stabilité de l'arc repose sur la mesure des fluctuations de la puissance électrique instantanée des trois arcs, image de la stabilité de ces derniers (four à trois électrodes). The objective parameter chosen to assess the stability of the arc is based on the measurement of the fluctuations of the instantaneous electric power of the three arcs, an image of the stability of the latter (three-electrode furnace).
Dans le cas d'un réseau de perforations réparties, la réduction de ces fluctuations de puissance, par rapport à une électrode massive classique, se situe à des niveaux de l'ordre de 20 %. In the case of a network of distributed perforations, the reduction of these power fluctuations, compared to a conventional solid electrode, is at levels of the order of 20%.
A l'heure actuelle, plusieurs hypothèses explicatives des phénomènes observés peuvent être émises, sans que l'on puisse cependant en retenir une avec un degré de certitude suffisant. Il semblerait, toutefois, qu'une origine possible puisse être recherchée au travers d'un effet de concentration de la densité de courant électrique analogue à l'effet de concentration de la densité de courant électrique analogue à l'effet dit "de pointe" bien connu en électrostatique et qui interviendrait ici pour localiser l'arc sur les portions de surface de l'extrémité active de l'électrode laissées disponibles en dehors des évidements. At the present time, several explanatory hypotheses for the observed phenomena can be put forward, but one cannot however be selected with a sufficient degree of certainty. It would seem, however, that a possible origin could be sought through an effect of concentration of the density of electric current analogous to the effect of concentration of the density of electric current analogous to the so-called "peak" effect. well known in electrostatics and which would intervene here to locate the arc on the surface portions of the active end of the electrode left available outside the recesses.
-Une autre tentative d'explication se base sur des micro-climats favorisés par les cavités et dans lesquelles l'état ionisé du milieu gazeux conserverait une certaine pérennité. -Another attempt at explanation is based on micro-climates favored by the cavities and in which the ionized state of the gaseous medium would retain a certain durability.
I1 est possible, et meme probable, qu'en réalité les deux causes qui viennent d'être énoncées jouent conjointement. It is possible, and even probable, that in reality the two causes which have just been stated play together.
On va maintenant décrire une réalisation de l'électrode selon l'invention en se référant aux figures 1 et 2 annexées, représentant respectivement une vue en coupe longitudinale et une vue en coupe transversale selon les plans AA et BB qui y sont indiqués. We will now describe an embodiment of the electrode according to the invention with reference to Figures 1 and 2 attached, respectively representing a longitudinal sectional view and a cross-sectional view along the planes AA and BB which are indicated therein.
Comme on l'a déjà dit, la caractéristique essentielle de l'électrode selon l'invention, caractéristique qui conditionne l'amélioration de la stabilité de l'arc, est la présence, à l'extrémité de travail de l'électrode, de cavités qui débouchent en surface en étant réparties au mieux sur toute la surface offerte. Sachant par ailleurs que les électrodes habituellement mises en oeuvre s'usent en cours d'utilisation à partir de leur extrémité de travail (électrode consommable, en graphite notamment) on comprend que, pour obtenir la persistance de l'amélioration recherchée, il convient de réaliser des cavités les plus continues possibles dans le sens longitudinal de l'électrode. As already said, the essential characteristic of the electrode according to the invention, a characteristic which conditions the improvement of the stability of the arc, is the presence, at the working end of the electrode, of cavities which emerge on the surface while being distributed as well as possible over all the surface offered. Knowing moreover that the electrodes usually used wear out during use from their working end (consumable electrode, in graphite in particular) it is understood that, to obtain the persistence of the desired improvement, it is advisable to make the most continuous cavities possible in the longitudinal direction of the electrode.
Il apparait qu'à cet égard, la meilleure solution que l'on connaisse actuellement, consiste à ménager dans la masse électroconductrice de l'électrode un faisceau d'évidements rectilignes parallèles à l'axe de celle-ci. It appears that in this respect, the best solution that we know at present consists in providing in the electroconductive mass of the electrode a bundle of rectilinear recesses parallel to the axis of the latter.
Une telle électrode est représentée sur les figures où l'on voit en i, le corps en graphite, en 2 l'axe de l'électrode et en 3 les évidements internes organisés en faisceaux parallèles à l'axe 2. Sur la figure 1, on indique également la charge métallique 4 à élaborer, contenue dans un four non représenté, et en 5 l'extrémité active de l'électrode en cours d'utilisation. Une telle électrode conduit à une usure quasiment droite comme en témoigne le profil de la surface 6 de cette extrémité où débouchent les évidements 3 par les orifices 7. Such an electrode is shown in the figures where we see in i, the graphite body, in 2 the axis of the electrode and in 3 the internal recesses organized in bundles parallel to the axis 2. In Figure 1 , the metallic charge 4 to be prepared, contained in an oven not shown, and at 5 the active end of the electrode in use is also indicated. Such an electrode leads to almost straight wear as shown by the profile of the surface 6 of this end where the recesses 3 open through the orifices 7.
On comprend immédiatement qu'une électrode consommable de ce type est de nature à répondre au mieux à une efficacité maximale. En effet, la configuration invariante des sections à tous niveaux assure une régularité quasi-parfaite quelque soit l'état d'usure de l'électrode. It is immediately understood that a consumable electrode of this type is likely to best respond to maximum efficiency. Indeed, the invariant configuration of the sections at all levels ensures an almost perfect regularity whatever the state of wear of the electrode.
D'autre part, on bénéficie d'une grande souplesse quant au choix de cette configuration, ce qui autorise notamment, comme le montre la figure 2, la réalisation d'une distribution uniformément répartie des orifices en surface et ceci à tout moment de la durée de vie de l'électrode.On the other hand, there is great flexibility in the choice of this configuration, which allows in particular, as shown in Figure 2, the realization of a uniformly distributed distribution of the orifices at the surface and this at any time of the lifetime of the electrode.
En outre, la fabrication de l'électrode ne pose pas de difficultés particulières. In addition, the manufacture of the electrode does not pose any particular difficulties.
On peut, par exemple, réaliser les cavités 3 par perforation, à partir d'une électrode pleine, les techniques de forage profond étant désormais bien maîtrisées. We can, for example, realize the cavities 3 by perforation, from a solid electrode, deep drilling techniques are now well mastered.
Plus avantageusement, on peut obtenir une électrode creuse de ce type sans enlèvement de matiere proprement dit, donc de façon plus économique. More advantageously, it is possible to obtain a hollow electrode of this type without removing the material itself, therefore more economically.
On sait, en effet, que les électrodes de graphite habituellement utilisées sont obtenues par injection sous pression, à l'aide d'une presse à extrusion, d'une pâte de carbone dans une filière de mise en forme ; l'ébauche obtenue subissant ensuite un traitement thermique en deux phases : une première phase de frittage à température modérée (900 C) pour assurer la consistance et la rigidité mécanique par vitrification du carbone, suivie d'une phase à plus haute température (environ 3000"C) dans laquelle le carbone amorphe se graphitise. It is known, in fact, that the graphite electrodes usually used are obtained by injection under pressure, using an extrusion press, of a carbon paste in a shaping die; the blank obtained then undergoes a heat treatment in two phases: a first phase of sintering at moderate temperature (900 C) to ensure consistency and mechanical rigidity by vitrification of carbon, followed by a phase at higher temperature (around 3000 "C) in which the amorphous carbon graphitizes.
Conformément à l'invention, un tel procédé peut, sans modifications majeures, être adapté à la fabrication des électrodes creuses à réseau d'évidements longitudinaux continus décrites précédemment. According to the invention, such a method can, without major modifications, be adapted to the manufacture of hollow electrodes with a network of continuous longitudinal recesses described above.
I1 suffit, à cette fin, d'incorporer à la pâte de carbone initiale, avant passage en filière, des éléments filiformes ductiles, par exemple des fils en fibres naturelles ou même métalliques, ou avantageusement des fils en matière plastique synthétique, tel que le "nylon". It is sufficient, for this purpose, to incorporate into the initial carbon paste, before passing through the die, ductile filiform elements, for example threads of natural or even metallic fibers, or advantageously threads of synthetic plastic material, such as "nylon".
De façon générale, on a avantage à prévoir des éléments filiformes en matière thermodégradable qui disparaîtront au cours du traitement thermique ultérieur, sachant que de toute façon il y a peu de matière ductile susceptible de résister aux hautes températures mises en oeuvre pour le graphitage. In general, it is advantageous to provide filiform elements made of thermodegradable material which will disappear during the subsequent heat treatment, knowing that in any case there is little ductile material capable of withstanding the high temperatures used for graphitization.
Il doit être souligné, qu'en toute rigueur, l'électrode' creuse à évidements rectilignes continus, telle qu'illustrée sur les figures, ne se justifie véritablement que dans le cas, le plus fréquent certes, tout au moins au four à arc, où l'électrode est soumise à usure (électrode dite consommable). Dans le cas contraire (électrodes non consommables refroidies), l'invention peut fort bien consister en une électrode dont les cavités demeurent limitées à l'extrémité de travail seulement. It should be emphasized that, in all rigor, the hollow electrode with continuous rectilinear recesses, as illustrated in the figures, is only really justified in the case, the most frequent of course, at least in the arc furnace , where the electrode is subject to wear (so-called consumable electrode). Otherwise (cooled non-consumable electrodes), the invention may very well consist of an electrode whose cavities remain limited to the working end only.
Plus généralement, l'invention est reproduite dès lors que l'on retrouve dans l'électrode considérée, les caractéristiques techniques énoncées dans les revendications jointes. More generally, the invention is reproduced as soon as the technical characteristics set out in the appended claims are found in the electrode considered.
Tel serait par exemple le cas d'une électrode "à bulles", c' est-à- dire présentant une distribution interne aléatoire de cavités discrètes. This would for example be the case with a "bubble" electrode, that is to say having a random internal distribution of discrete cavities.
Pour les raisons de régularité signalées précédemment, on aura néanmoins avantage à maîtriser une telle distribution de façon qu'en première approximation au moins, la répartition et la proportion des cavités, qui viennent déboucher à la surface active de l'électrode au cours de la consommation de celle-ci, soient constantes dans le temps.For the reasons of regularity indicated previously, it will nevertheless be advantageous to control such a distribution so that, at least as a first approximation, the distribution and the proportion of the cavities, which come to open at the active surface of the electrode during the consumption of it, are constant over time.
Ainsi l'invention peut presenter de multiples variantes ou équivalents de réalisation. Thus the invention may present multiple variants or equivalent embodiments.
En particulier, dans le cas de l'électrode à cavités rectilignes continues décrite en référence aux figures, le nombre et le calibre de ces cavités peut varier dans de grandes proportions, étant entendu que le critère premier pour l'obtention d'une amélioration maximale de la stabilité de l'arc est le respect d'une distribution uniforme de ces cavités dans tout le volume disponible. In particular, in the case of the electrode with continuous rectilinear cavities described with reference to the figures, the number and the caliber of these cavities can vary in large proportions, it being understood that the primary criterion for obtaining maximum improvement of the arc stability is the respect of a uniform distribution of these cavities in all the available volume.
De même, pour une configuration donnée, les cavités peuvent.présen- ter des diamètres différents entre eux. En toute circonstance, l'homme de métier saura toutefois être assez vigilant pour que la densité des cavités n'atteigne pas des seuils trop élevés pouvant préjudicier à la tenue mécanique de l'électrode. Likewise, for a given configuration, the cavities can have different diameters with one another. In all circumstances, the person skilled in the art will however be vigilant enough so that the density of the cavities does not reach excessively high thresholds which could be detrimental to the mechanical strength of the electrode.
L'invention s'applique, de façon générale, à tout récipient métallurgique équipé d'une ou plusieurs électrodes servant à apporter à la charge métallique contenue dans le récipient l'énergie nécessaire à son élaboration sous la forme d'un arc électrique qui s'établit entre cette charge et l'électrode. The invention applies, in general, to any metallurgical container equipped with one or more electrodes serving to provide the metal charge contained in the container with the energy necessary for its development in the form of an electric arc which s 'established between this charge and the electrode.
En particulier, mais non exclusivement, l'invention s'applique aux fours électriques à arc alimentés aussi bien en courant alternatif que continu. In particular, but not exclusively, the invention applies to electric arc furnaces supplied with both alternating and direct current.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8116534A FR2512312A1 (en) | 1981-08-27 | 1981-08-27 | Graphite electrode for arc melting furnace etc. - where electrode contains numerous longitudinal holes providing stable arc |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8116534A FR2512312A1 (en) | 1981-08-27 | 1981-08-27 | Graphite electrode for arc melting furnace etc. - where electrode contains numerous longitudinal holes providing stable arc |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2512312A1 true FR2512312A1 (en) | 1983-03-04 |
| FR2512312B1 FR2512312B1 (en) | 1984-12-14 |
Family
ID=9261781
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8116534A Granted FR2512312A1 (en) | 1981-08-27 | 1981-08-27 | Graphite electrode for arc melting furnace etc. - where electrode contains numerous longitudinal holes providing stable arc |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2512312A1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1492038A (en) * | 1921-09-22 | 1924-04-29 | Leonarz Johann Emil | Furnace electrode |
| FR707729A (en) * | 1930-03-19 | 1931-07-11 | Cie Forges Et Acieries Marine | electrodes for electric ovens |
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1981
- 1981-08-27 FR FR8116534A patent/FR2512312A1/en active Granted
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2512312B1 (en) | 1984-12-14 |
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