FR2765316A1 - Four electrique a trou de coulee excentre et procede d'elaboration d'acier dans ce four - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un four électrique à arc à trou de coulée (26) excentré par le fond, destiné à l'élaboration de l'acier, et connu sous le nom de four EBT. Il comprend une cuve (4) destinée à recevoir le métal à fondre, et une excroissance (6) prolongeant latéralement la cuve (4). Un plafond recouvre l'excroissance (6), une paroi supérieure prolongeant la paroi verticale de la cuve (4), une voûte (12) recouvrant les parois supérieure de la cuve (4), cette voûte (12) pouvant être escamotée latéralement dans une zone de balayage, un trou de coulée (26) étant ménagé dans le fond de l'excroissance (6). Un dispositif d'obturation du trou de coulée (26) est constitué d'un tampon (32), de moyens de manutention pour déplacer le tampon (32) entre une position de repos, une position d'attente dans laquelle l'extrémité inférieure du tampon (32) est proche du trou de coulée (26) une position d'obturation, dans laquelle le tampon (32) obture au moins partiellement l'entrée du trou de coulée (26).

Description

Four électrique à trou de coulée excentré et procédé d'élaboration d'acier dans ce four
L'invention concerne un four électrique à trou de coulée excentré par le fond, destiné à l'élaboration de l'acier, et connu sous le nom de four EBT, comprenant une cuve destinée à recevoir le métal à fondre, et une excroissance prolongeant latéralement la cuve, la cuve et l'excroissance ayant un fond et une paroi latérale garnis d'un revêtement réfractaire, un plafond recouvrant l'excroissance, une paroi supérieure prolongeant la paroi verticale de la cuve, une voûte recouvrant les parois supérieure de la cuve, cette voûte pouvant être escamotée latéralement dans une zone de balayage pour fournir un accès de chargement du four, un trou de coulée étant ménagé dans le fond de 1 excroissance.

Le trou de coulée est obturé préalablement à la fusion de la charge métallique. On réalise cette obturation en fermant la sortie du trou de coulée au moyen d'un dispositif de retenue de sable placé à l'extérieur du four tel que par exemple ceux qui sont décrits dans les brevets
US 4,523,747 et US 4,799,287. Puis un opérateur situé sur une passerelle qui surplombe le plafond de l'excroissance remplit le trou de coulée d'une masse de bouchage adéquate par ci-après dénommée sable. Ceci fait, une charge métallique est introduite dans la cuve, la voûte ayant été escamotée pour permettre ce remplissage. Le remplissage terminé, la voûte est remise en place et les électrodes sont descendues pour fondre la charge. Lorsque la charge a été fondue, une poche est placée sous le trou de coulée et le dispositif de fermeture de sable est ouvert. Le sable s'écoule hors du trou de coulée et le métal liquide coule dans la poche.

Durant la coulée, on incline progressivement le four du coté de l'excroissance pour conserver une hauteur de métal liquide maximale au-dessus du trou de coulée. En fin de coulée, l'inclinaison atteint 150 à 200. Pour arrêter la coulée, on relève le four. Cependant, ce type de four comporte deux inconvénients majeurs.

En fin de coulée la hauteur de l'acier liquide au-dessus du trou de coulée est plus faible qu'en début de coulée.

Un vortex a eu le temps de s'établir, à moins que l'on ne conserve un pied de bain très important. Ce vortex entraîne une importante quantité de laitier dans la poche. Pour cette raison, entre autres, le métallurgiste est contraint de laisser dans le four un pied de bain qui, lorsqu'il est trop important, conduit à une diminution de la capacité utile du four, et donc à une diminution de la production d'acier.

D'autre part, il faut environ cinq secondes pour redresser suffisamment le four pour interrompre la coulée à partir du moment où le laitier a été détecté dans le jet d'acier.

Etant donné que le diamètre du trou de coulée est choisi le plus grand possible pour diminuer le temps de coulée et optimiser la production, une quantité importante de laitier a le temps de passer dans la poche pendant ce délai.

Les fours électriques à trou de coulée excentré, bien qu'ils améliorent les performances des fours classiques, ne permettent donc pas de réduire la quantité de laitier de manière suffisante pour de très nombreuses applications.

La présente invention a pour objet un four à arc électrique qui remédie à ces inconvénients. Ce four a pour but de contrôler le passage du laitier dans la poche en permettant d'arrêter la coulée plus rapidement que dans les fours de type EBT connus. Il a également pour but de réduire voire d'éliminer la formation du vortex.

L'invention atteint ces buts par le fait qu'elle comporte un dispositif d'obturation du trou de coulée constitué d'un tampon réalisé au moins partiellement en matériau réfractaire, de moyens de manutention pour déplacer le tampon entre une position de repos dans laquelle le tampon est placé en dehors du bain, une position d'attente dans laquelle son extrémité inférieure est proche du trou de coulée et une position d'obturation, dans laquelle le tampon obture au moins partiellement l'entrée du trou de coulée, et de moyens de fixation pour fixer le tampon sur les moyens de manutention, ces moyens comprenant au moins un support de tampon monté à l'extrémité des moyens de manutention.

La simple présence du tampon juste au-dessus du trou de coulée inhibe de manière significative l'apparition du vortex. La quantité de laitier est donc diminuée pour cette raison. Toutefois, comme on l'expliquera ultérieurement, des modes de réalisation préférés de l'invention permettent de réduire encore davantage la formation et l'évolution du vortex.

D'autre part, dès que cela est requis, par exemple dès que le laitier est détecté, les moyens de manutention déplacent le tampon de sa position d'attente à sa position d'obturation, ce qui est très rapide (par exemple 0.5 seconde). Le redressement du four se fait donc avec un trou de coulée totalement ou partiellement obturé. La quantité de laitier qui passe dans la poche est donc diminuée de manière très importante.

Pour sortir le tampon du métal liquide on pourrait imaginer un bras de manutention similaire à celui qui, dans une poche ou un répartiteur, permettent d'assurer un mouvement linéaire vertical de monte et baisse d'une quenouille audessus d'une busette, la principale différence étant que la course du moyen de manutention devrait être suffisante pour sortir complètement le tampon de l'acier liquide, c'est-à-dire beaucoup plus important que le mouvement d'un tampon au-dessus d'une busette. L'espace disponible audessus du plafond de l'excroissance est insuffisant pour placer un tel moyen de manutention sans interférer avec la zone de balayage de la voûte. Or cette zone doit être dégagée à certains moments pour permettre l'ouverture du couvercle du four. C'est pourquoi un simple mécanisme de monte et baisse n'est pas suffisant et doit donc être accompagné de moyens supplémentaires pour escamoter le tampon et son bras de manutention hors de la zone de balayage de la voûte.

C'est pourquoi, dans une variante, l'invention comporte un bras de manutention permettant d'effectuer un déplacement vertical vers le haut du tampon, suivi d'un mouvement de recul du bras, ou d'un mouvement de pivotement autour d'un axe vertical, puis d'un mouvement de descente du tampon en position verticale.

Toutefois, avec cette variante, le tampon et son bras empiètent temporairement sur la zone de balayage de la voûte. Or, pour des raisons de sécurité, il est souhaitable que la trajectoire du bras et du tampon n'interfèrent à aucun moment avec la zone de balayage de la voûte.

C'est pourquoi, conformément à une variante préférée, l'invention prévoit que les moyens pour déplacer le tampon entre sa position de repos et sa position d'obturation permettent d'éviter la zone de balayage de la voûte. Ainsi, les dispositifs de sécurités sont simplifiés.

Dans une réalisation avantageuse, les moyens pour déplacer le tampon entre sa position de repos, sa position d'attente et éventuellement sa position d'obturation sans interférence avec la zone de balayage de la voûte sont constitués par un bras rotatif tournant autour d'un axe extérieur à l'excroissance et solidaire du four. Cet axe est de préférence situé sensiblement à mi-hauteur du trou de coulée et du plafond de l'excroissance pour permettre d'escamoter l'ensemble par un trou dans le plafond de l'excroissance de dimensions réduites et sans interférer avec la paroi verticale de l'excroissance et la paroi supérieure de la cuve.

Dans les cas où la place disponible est particulièrement réduite, on peut utiliser un tampon courbe qui diminuera l'espace nécessaire à son déplacement. Cependant un tampon courbe est difficile à fabriquer. De plus, il doit être orienté angulairement au montage, ce qui impose de prévoir un dispositif de positionnement.

Toutefois un bras rotatif permet seulement un déplacement circulaire de l'extrémité du tampon. Or, en fin de course, un mouvement rectiligne dans l'axe du trou de coulée est souhaitable pour assurer la fermeture quel que soit le niveau de l'érosion du revêtement réfractaire autour du trou de coulée. C'est pourquoi dans une variante préférée les moyens pour déplacer le tampon comportent en outre des moyens pour déplacer linéairement le tampon selon une direction sensiblement parallèle à l'axe du trou de coulée.

Ce mouvement linéaire ne saurait être comparé au mouvement linéaire qui serait nécessaire pour sortir le tampon du bain de coulée et ne nécessite qu'une course réduite pour amener l'extrémité inférieure du tampon dans la position d'attente proche du trou de coulée à la position d'obturation. Ce mouvement linéaire est généralement limité à 200 ou 300 mm.

Comme on l'a vu plus haut, le redressement du four pour arrêter la coulée prend environ cinq secondes. I1 n'est pas nécessaire de fermer complètement le trou de coulée pendant ce bref laps de temps mais il est suffisant de réduire significativement le jet. Contrairement aux autres utilisations connues d'une quenouille sur une busette dans le cas où le conteneur ne bascule pas, et où par conséquent l'étanchéité doit être parfaite, on peut se contenter d'une étanchéité partielle.

Toutefois, dans une variante, l'invention comporte des moyens qui permettent d'assurer également une étanchéité complète. Pour cela, l'extrémité inférieure du tampon est recouverte d'un matériau élastique, tel qu'un chapeau de fibres réfractaires, qui forme un joint capable d'absorber les irrégularités du trou de coulée.

Comme on l'a vu le diamètre du trou de coulée est important. De plus, à cause de l'érosion, il prend une forme évasée, ce qui agrandit encore son diamètre. Le diamètre extérieur du tampon doit être suffisant pour le recouvrir entièrement. Un tampon cylindrique qui recouvrirait complètement un tel trou de coulée aurait un poids et un coût que ne justifient pas les besoins de sa résistance mécanique. C'est pourquoi, dans une variante, la partie cylindrique du tampon est d'un diamètre inférieur à celui du trou de coulée et le tampon possède une extrémité inférieure élargie dont le diamètre est supérieur à celui du trou de coulée.

Le fait d'escamoter le tampon de sa zone d'accès au-dessus du trou de coulée, en particulier avec un bras rotatif, offre l'avantage supplémentaire de pouvoir disposer plusieurs dispositifs d'obturation dont l'un au choix peut être amené en alternance en position d'obturation. C'est pourquoi, selon une réalisation, le four comporte au moins deux bras pivotant disposés à l'extérieur du four, l'un quelconque de ces bras pouvant être utilisé au choix pour obturer le trou de coulée. Cette disposition permet d'éviter une intervention de maintenance pour le renouvellement du tampon.

Comme on l'a expliqué précédemment, la simple présente du tampon au-dessus du trou de coulée permet d'inhiber de manière significative l'effet de vortex. Cependant, afin d'améliorer encore ce résultat, le tampon présente une forme non cylindrique dans sa partie immergée. Cette forme non cylindrique pourra être obtenue de nombreuses manières, notamment en prévoyant une ou des ailettes, au moins dans la partie immergée. La présence de ces ailettes entrave la rotation du métal liquide et par conséquent l'apparition du vortex. Cependant la partie finale du tampon reste cylindrique afin de s'adapter à la forme du trou de coulée.

Dans un mode de réalisation préféré, les moyens de manutention du tampon comportent des moyens pour entraîner le tampon dans un mouvement de rotation.

On peut imaginer qu'un mouvement rotatif de vitesse adéquate dans le sens de rotation horaire dans l'hémisphère sud et dans le sens de rotation anti-horaire dans l'hémisphère nord permette d'annuler les effets de rotation engendrés par l'accélération de Coriolis et par conséquent d'éliminer totalement le vortex. Cependant un tel système est difficile à régler.

Dans une forme préférée de l'invention, on utilisera un mouvement alternatif agite le bain d'acier dans la zone du trou de coulée et perturbe de manière importante les mouvements rotatifs qui génèrent le vortex. Le mouvement de rotation du tampon est commencé de préférence dès que le tampon est amené dans sa position d'attente et on l'arrêtera de préférence avant d'amener le tampon dans sa position d'obturation, de manière à ne pas endommager l'extrémité du tampon. I1 est ainsi possible de poursuivre plus longtemps la coulée. Le volume du pied de bain peut être diminué. La capacité utile du four est de ce fait augmentée.

Suivant une variante, le tampon est supporté en porte-àfaux par son extrémité supérieure. De plus, les mouvements du four et du bain liquide peuvent accroître les forces perpendiculaires à son axe.

I1 est donc nécessaire de disposer d'un encastrement robuste du tampon sur le support du tampon. Suivant une variante de l'invention, on préférera une fixation externe du support de tampon sur la partie externe du tampon.

De préférence le tampon est réalisé par pressage isostatique par l'intérieur. Ce procédé permet d'obtenir une forme extérieure plus précise que le pressage par l'extérieur, de sorte que le cône peut être réalisé directement par pressage, sans usinage complémentaire.

Suivant une autre variante, un insert métallique est placé à l'intérieur du tampon.

Dans une variante préférée, le bouchon du tampon est placé sur le support du tampon qui est lui-même perforé d'un orifice. Dans cette configuration il est nécessaire que la jonction entre le tampon et le support de tampon soit étanche.

Dans une réalisation préférée, l'assemblage est réalisé par deux cônes complémentaires qui assurent à la fois un maintien rigide robuste et une bonne étanchéité. Suivant cette configuration on prévoira sur le tampon des protubërances ou des creux dans lesquelles les moyens de retenue peuvent s'engager de manière à pouvoir tirer un cône sur l'autre.

Le tampon devra être changé périodiquement. Sa position, à l'avant du four, ne permet pas un accès aisé. C'est pourquoi l'invention prévoit une méthode de fixation du tampon sur les moyens de manutention sans manutention manuelle. Les moyens de fixation comprennent des moyens d'ouverture et de fermeture automatiques des moyens de retenue.

Dans une variante préférée, le tampon est constitué par un tube comportant un trou longitudinal ouvert aux deux extrémités du tampon et d'un diamètre supérieur à 50 mm de manière à ce que, lorsque le tampon est en position de fermeture après la coulée, ce canal puisse servir de guidage pour remplir le trou de coulée de sable.

La forme tubulaire du tampon présente cependant l'inconvénient que ce dernier prend du laitier à l'intérieur du trou quand le tampon est introduit dans le bain liquide. C'est pourquoi, selon une variante préférée, l'extrémité inférieure du tampon est obturée par un couvercle fusible par exemple une tôle d'acier fine fixée à chaque coulée à l'extrémité du tampon.

De plus, l'écoulement du métal liquide génère un entraînement de l'air du trou longitudinal vers le trou de coulée, ce qui pourrait être préjudiciable à la qualité de l'acier. Pour éviter une telle aspiration, l'invention comporte de préférence des moyens d'obturation qui obturent soit la partie supérieure du tampon, soit les moyens de fixation du tampon, la liaison entre ces moyens de fixation et le tampon étant réalisée de manière étanche.

Afin d'empêcher encore davantage l'aspiration d'air, l'invention prévoit des moyens pour injecter un gaz neutre dans un trou axial du tampon. Cette injection se fait soit dans le tampon lui-même, soit dans les moyens de fixation du tampon, la liaison entre ces moyens de fixation et le tampon étant réalisée de manière étanche, soit encore dans les moyens d'obturation.

La partie supérieure du tampon sera aménagée de manière à permettre un versement aisé du sable par le trou longitudinal, par exemple par l'intermédiaire d'un entonnoir ou d'une trémie, le versement du sable pouvant être effectué manuellement ou par l'intermédiaire d'un dispositif de remplissage automatique.

L'invention concerne par ailleurs un procédé d'élaboration d'acier dans un four électrique à arc. Selon ce procédé: -on obture la sortie du trou de coulée au moyen d'un dispositif de retenue de sable situé à l'extérieur du four; -on remplit le trou de coulée de sable; -on introduit une charge métallique dans le four; -on fond la charge métallique par un apport d'énergie électrique; -on débouche la sortie du trou de coulée de telle sorte que le sable s'écoule hors du trou de coulée et que le métal liquide coule dans une poche, -on incline progressivement le four vers le trou de coulée; -on redresse le four dès que la présence de laitier est détectée dans le métal liquide qui s'écoule dans la poche.

Le procédé se caractérise en ce que -en même temps que l'on redresse le four, on obture l'entrée du trou de coulée au moyen d'un dispositif d'obturation comprenant un tampon et des moyens de déplacement du tampon dans un laps de temps inférieur à celui qui est nécessaire pour interrompre la coulée en redressant le four.

De préférence le tampon est placé à l'extérieur du four pendant le chargement de ce dernier en charge métallique et la fusion de cette charge et on introduit le tampon dans le bain d'acier pendant la coulée.

De préférence on introduit le tampon dans le four jusqu'à ce que l'extrémité inférieure du tampon atteigne un point situé à faible distance au-dessus du trou de coulée, et on obtient la fermeture complète du trou de coulée par un mouvement de déplacement linéaire selon une direction sensiblement parallèle à l'axe du trou de coulée.

De préférence on utilise un tampon comportant une forme extérieure non cylindrique; on imprime un mouvement de rotation alternatif au tampon, de préférence préalablement à l'apparition du vortex afin d'handicaper sa formation et son développement; dès que cela est requis, on arrête préférentiellement la rotation alternative du tampon, on ferme le trou de coulée du tampon et simultanément on redresse le four.

De préférence préalablement au début de la coulée, on ferme l'extrémité supérieure du tampon au moyen d'un bouchon et, postérieurement à l'arrêt de la coulée, on nettoie le trou de coulée, on referme sa sortie au moyen d'un dispositif de retenue de sable; on ouvre le bouchon qui ferme l'extrémité supérieure du tampon et on remplit le trou de coulée de sable en faisant passer ce sable par le trou longitudinal du tampon; on amène le tampon dans sa position de repos.

De préférence on place un bouchon fusible à l'extrémité inférieure du tampon préalablement à son introduction dans le bain d'acier.

De préférence on met en place un joint élastique, notamment un joint de fibres réfractaires à l'extrémité inférieure du tampon afin d'assurer une étanchéité entre cette extrémité et le trou de coulée.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture d'exemples de réalisation, donnés à titre illustratif en référence aux figures annexées. Sur ces figures: -les figures 1 à 3 sont des vues schématiques en coupe d'un four conforme à l'invention, le bras étant dans trois positions différentes; -les figures 4 et 5 sont des vues en coupe à échelle agrandie de l'extrémité du bras du four des figures 1 à 3; -la figure 6 est une vue à échelle agrandie des moyens de manipulation du four représenté dans la position de la figure 3, les moyens de retenue et de serrage étant ouverts; -la figure 7 est une vue en coupe à échelle agrandie en coupe d'un tampon équipant le four des figures 1 à 6; -la figure 8 est une vue en coupe à échelle agrandie de l'extrémité inférieure d'une variante du tampon; -la figure 9 est une vue en coupe à échelle agrandie d'une variante de l'extrémité supérieure d'un tampon.

On a représenté sur les figures 1 à 3 des vues en coupe d'un four électrique à arc à trou de coulée excentré conforme à l'invention et montrant différentes positions du tampon 32. Ce four, désigné par la référence générale 2, est constitué d'une cuve cylindrique 4 et d'une excroissance 6 qui prolonge latéralement la cuve 4.

La cuve 4 comporte un fond 7 et une paroi verticale 8 prolongée par une paroi supérieure 10 refroidie à l'eau.

Une voûte 12 ferme la partie supérieure de la cuve 4. Cette voûte 12 porte une ou plusieurs électrodes 14 qui amènent l'énergie électrique nécessaire pour fondre la charge 15 du four. La voûte 12 est montée sur un bras 34 articulé (non représenté) qui permet de la déplacer horizontalement afin de permettre le chargement du four en ferrailles. La voûte 12 se déplace dans un plan horizontal représenté par la ligne 16. Dans la suite du texte, on appellera "zone de balayage de la voûte 12" la zone située au-dessus de la ligne 16 dans laquelle la voûte 12 se déplace.

L'excroissance 6 comporte un fond 20 et une paroi verticale 22. La zone située au-dessus de l'excroissance 6 est fermée par un plafond 24. Le fond 7 de la cuve 4, sa paroi verticale 8, le fond 20 de l'excroissance 6 et sa paroi verticale 22 sont garnis d'une couche épaisse de revêtement réfractaire.

Un trou de coulée 26 est aménagé dans le fond 20 de l'excroissance 6. Un dispositif de retenue de sable 28, situé à l'extérieur du four 2, permet de fermer la sortie du trou de coulée 26.

Conformément à l'invention, le four est équipé d'un dispositif d'obturation du trou de coulée 26. Ce dispositif se compose d'un tampon 32 ayant une extrémité inférieure 32a et une extrémité supérieur 32b (dans la position représentée sur la figure 1), de moyens de manutention du tampon 32, et de moyens de fixation pour fixer le tampon 32 sur les moyens de manutention.

Les moyens de manutention comprennent notamment, mais non exclusivement, un bras 34 présentant une forme en L. A son extrémité 34a, le bras 34 est articulé autour d'un axe horizontal 36 monté sur un support 37 lié à la structure du four. A son extrémité 34b, il comporte des moyens de fixation du tampon 32 ainsi que des moyens complémentaires de manutention de ce tampon. Ces moyens seront décrits plus en détails ultérieurement.

Les moyens de manutention permettent de déplacer le tampon 32 entre différentes positions, à savoir une position de repos pouvant constituer une position de pose et de dépose du tampon 32, une position d'attente, et une position d'obturation.

La position de repos du tampon 32 est une position dans laquelle ce dernier est situé entièrement en dehors du bain d'acier 25. Dans tous les systèmes connus utilisant des quenouilles, comme les répartiteurs, les tampons sont montés préalablement à l'introduction du métal liquide dans le conteneur. Dans le cas du four de l'invention, le tampon 32 n'est utilisé ni pour réguler la coulée, ni pour fermer complètement le trou de coulée 26, comme dans les applications classiques des quenouilles, car la coulée se fait à pleine ouverture. I1 est donc possible de le maintenir à l'extérieur du four, dans une position appelée position de repos. Maintenir le tampon 32 en permanence dans le four serait très préjudiciable parce que le four fonctionne en continu pendant des semaines. Le laitier mousse et atteint une épaisseur très importante qui agresserait chimiquement le tampon 32. Lors du chargement les blocs de ferraille à fondre recouvrent l'excroissance 6 du four et endommageraient le tampon 32. Enfin, la zone excentrée du four est chauffée par des brûleurs qui donnent naissance à une atmosphère corrosive pour le tampon 32.

C'est pourquoi pendant l'étape de remplissage du four de ferrailles, le tampon 32 reste à l'extérieur du four afin de ne pas l'exposer sans nécessité à l'atmosphère agressive du four.

Les figures 2 et 3 représentent deux positions de repos possibles. Sur la figure 2 le bras 34 a pivoté de 900 par rapport à sa position de fermeture. La figure 3, représente une autre position du bras 34. Dans cette position, le bras 34 a pivoté de 1800 par rapport à sa position de fermeture.

Par suite de la rotation de 1800 du bras 34, le tampon 32 se trouve dans une position inversée par rapport à celle qu'il occupe dans le four. On pourrait avoir d'autres positions de repos, par exemple une position dans laquelle le tampon 32 serait partiellement à l'intérieur du four, l'important étant que son extrémité inférieure soit audessus du niveau du bain d'acier.

Les positions des figures 2 et 3 peuvent aussi constituer des positions de pose et de dépose du tampon 32. En particulier, dans la position représentée sur la figure 3, le tampon 32 se trouve en position verticale inversée. I1 peut être manipulé facilement, sans subir d'effort de porte à faux, comme lorsqu'il est en position horizontale.

Durant la coulée, le tampon 32 est amené dans une position d'attente dans laquelle son extrémité inférieure 32a est située à proximité immédiate du trou de coulée 26 afin de pouvoir obturer celui-ci le plus rapidement possible lorsqu'on le désire. Le tampon 32 est amené dans sa position d'attente le plus tard possible durant la coulée, mais suffisamment tôt pour être prêt à obturer rapidement l'orifice, et d'autre part à prévenir la formation du vortex.

Dans la position d'obturation, l'extrémité inférieure 32a du tampon 32 est appliquée sur le trou de coulée 26 et obture au moins partiellement ce dernier. Un passage 39 est formé dans le plafond 24 de l'excroissance 6 pour permettre l'entrée et la sortie du tampon 32.

Comme on peut le constater sur les figures 1 à 3, l'axe 36 du bras 34 est placé sensiblement à mi-hauteur entre l'entrée du trou de coulée 26 et le plafond 24 de l'excroissance 6. Cette position permet que le cercle 38 décrit par l'extrémité inférieure 32a du tampon 32 soit aussi petit que possible, et qu'il évite tant la paroi supérieure 10 de la cuve 4 que la paroi verticale 22 de l'excroissance 6. Le tampon 32 évite également la zone de balayage de la voûte 12. De cette manière, il n'y a pas d'interférence entre le mouvement du bras 34 et celui de la voûte 12. Dans l'exemple de réalisation décrit, le tampon 32 est rectiligne, mais on pourrait imaginer une autre forme, notamment un tampon 32 courbe qui permettrait de réduire l'encombrement du cercle 38.

On a représenté sur la figure 7 une vue à échelle agrandi du tampon 32. Son extrémité supérieure 32a présente la forme d'un cône mâle. La forme conique 32a de la partie supérieure du tampon 32 est réalisée de préférence par pressage isostatique par l'intérieur, ce qui permet de l'obtenir directement sans autre usinage. Son extrémité inférieure 32b va en s'élargissant en forme de cône 51. La forme inférieure évasée en cône 51 du tampon 32 permet de recouvrir un trou de coulée 26 de grand diamètre, particulièrement lorsqu'il est érodé, tout en conservant un diamètre 32c plus petit, en particulier plus petit que le diamètre du trou de coulée, pour la partie cylindrique courante du tampon 32. En effet, si le tampon 32 présentait une section constante suffisante pour recouvrir le trou de coulée 26, son poids et son coût seraient augmentés de manière importante.

Des ailettes s'appuient sur la partie cylindrique du corps du tampon 32 et sur l'extrémité inférieure en forme de cône. Un canal axial 41 traverse de part en part le tampon 32.

La simple présence du tampon 32 en position d'attente pendant la coulée au-dessus du trou de coulée 26 inhibe de manière significative l'apparition et le développement du vortex, en particulier grâce aux ailettes 50. Toutefois, comme on l'expliquera en référence aux figures 4 et 5, l'exemple de réalisation décrit comporte en outre des moyens qui permettent d'entraîner en rotation le tampon 32, ce qui améliore encore davantage son efficacité.

On a représenté sur la figure 4 une vue à échelle agrandie de l'extrémité 34 b du bras 34. Un chariot 60 est monté à l'extrémité du bras 34. Un support de tampon 68 est monté sur le chariot 60. Ce chariot 60 peut se déplacer linéairement par rapport au bras 34 par l'intermédiaire de galets 62 qui roulent sur des rails 64 solidaires du bras 34. Un vérin 66 est fixé à l'une de ses extrémités au bras 34, et à son autre extrémité au chariot 60. Ce vérin permet d'assurer le déplacement du chariot 60 dans les deux sens.

Dans l'exemple représenté, le tampon 32 est fixé sur le support de tampon 68 par un emmanchement conique.

L'extrémité supérieure 32a du tampon 32 s'engage dans un cône femelle 78 de même angle de conicité du support de tampon 68.

Des moyens assurent la retenue et le serrage du tampon 32 sur le support de tampon 68. Ces moyens sont constitués par des crochets de retenue 86 articulés à l'extrémité inférieure de la tige 82. Ces crochets viennent s'engager sous une protubérance 88 de la partie supérieure du tampon 32. Une tige 82 peut coulisser dans un alésage du support.

Un ressort 84 sollicite la tige 82 à se déplacer vers le haut. De cette manière les crochets serrent fermement les deux cônes l'un sur l'autre. On assure ainsi un encastrement robuste du tampon 32 sur le support de tampon 68.

Des moyens sont prévus pour permettre un enlèvement aisé, voire automatique, d'un tampon 32 usagé et son remplacement par un tampon 32 neuf.

Un pion 90 solidaire du crochet 86 peut coulisser dans une rainure de guidage 92 formée dans une partie solidaire du support de tampon 68. L'extrémité supérieure 82a de la tige 82 dépasse nettement du support. Lorsque aucune force n'est exercée sur la tige 82, le ressort applique le croche

On peut, selon une variante représentée sur la figure 5, déplacer le chariot 60 par rapport au bras 34 de manière que la tige 82 vienne en appui sur une butée 100 solidaire du bras 34 ce qui écarte les crochets 86. Cette opération se fait bien entendu lorsque le bras 34 est dans la position de chargement/ déchargement (figure 2 ou 3 par exemple). Le tampon 32 peut alors être retiré au moyen d'un manipulateur ou d'une grue, et un nouveau tampon 32 peut être mis en place.

Selon une autre variante (figure 6), le support 37 du bras 34 est prolongé par une butée 98. Par une rotation du bras 34, la tige 82 vient en appui sur la butée 98, ce qui écarte les crochets 86, de manière identique à ce qui a été décrit précédemment.

Grâce au chariot 60, le tampon 32 peut être déplacé de manière rectiligne sur une faible distance. En effet, le bras 34 pivotant permet seulement de déplacer l'extrémité 32a du tampon 32 selon le cercle 38. Or l'entrée du trou de coulée 26 s'érode durant la coulée. Pour que le tampon 32 puisse s'appliquer de manière aussi étanche que possible sur le trou de coulée 26, il est nécessaire de pouvoir le faire pénétrer dans le trou de coulée 26 sur une courte distance correspondant à cette usure. I1 est donc souhaitable de pouvoir déplacer linéairement le tampon 32 sensiblement dans la direction de l'axe du trou de coulée.

C'est précisément cette fonction que le chariot 60 remplit.

Le support de tampon 68 est monté tournant sur le chariot 60 par l'intermédiaire de deux paliers 70. Un vérin 72 ayant une extrémité fixée au chariot 60 et une autre extrémité fixée à un bras (non représenté) du support de tampon 68 permet d'entraîner le support de tampon 68 dans un mouvement de rotation alternatif. Ce mouvement agite le bain d'acier dans la zone du trou de coulée 26 et perturbe de manière importante les mouvements rotatifs qui génèrent le vortex.

Dans l'exemple de réalisation représenté, l'invention comporte des moyens qui facilitent le remplissage du trou de coulée de sable. A cet effet, le support de tampon 68 est traversé de part en part par un trou longitudinal 74 à la partie supérieure duquel est prévu un entonnoir 76.

Le trou longitudinal 74 est prolongé par le canal axial 41 qui traverse de part en part le tampon. Lorsque le tampon 32 est en position de fermeture, son extrémité inférieure est appliquée sur le trou de coulée. Si l'on introduit du sable dans le trou longitudinal, il sera conduit dans le trou de coulée 26.

Toutefois, la présence du canal axial 41 entraîne une aspiration d'air causée par l'écoulement du métal liquide.

C'est pourquoi un bouchon étanche 44 ferme la partie supérieure du canal 41. Ce bouchon peut être placé soit directement sur le tampon 32, soit sur le support de tampon 68. Une canalisation d'amenée de gaz 46 permet d'injecter un gaz neutre dans le canal 41 du tampon 32. Cette injection permet d'éviter que de l'air soit aspiré dans l'acier par le canal 41. La canalisation peut être disposée dans le support du tampon 32, dans le bouchon 44, ou encore directement sur le tampon 32. Lorsque le bouchon est monté directement sur le tampon 32 et que la canalisation d'amenée de gaz est montée sur ce bouchon, il n'est pas nécessaire que la liaison entre le tampon 32 et le bras 34 soit étanche. En revanche, lorsque le bouchon est monté sur le bras 34, il est nécessaire qu'elle le soit.

Un autre inconvénient de la présence du canal 41 réside dans le fait que ce dernier prend du laitier à l'intérieur du trou quand le tampon 32 est immergé dans l'acier. On a représenté sur la figure 8 un tampon 32 dont l'extrémité inférieure est obturée par un couvercle 54 fusible. Ce couvercle 54 a pour fonction de protéger le canal axial 41 de l'entrée du laitier pendant que le tampon 32 traverse ce dernier. Dès que le tampon 32 pénètre dans l'acier, le couvercle 54 fond et le canal axial 41 est dégagé.

De plus, dans cette variante, l'extrémité inférieure du tampon 32 est recouverte d'un matériau élastique, tel qu'un chapeau de fibres réfractaires 58, qui forme un joint capable d'absorber les irrégularités du trou de coulée 26.

On remarquera en outre que le tampon 32 de la figure 8 ne comporte qu'une seule ailette 50.

Après une coulée, le trou de coulée est nettoyé, puis le dispositif de retenue de sable est refermé. On ouvre le bouchon 44 qui ferme l'extrémité supérieure du tampon 32 et on remplit le trou de coulée 26 de sable en faisant passer ce sable par le canal axial 41 du tampon 32. On lève le tampon 32 par un mouvement de translation vers le haut, et on l'amène dans sa position de repos. On munit l'extrémité inférieure d'un nouveau joint et d'un nouveau couvercle 54 fusible.

Comme on l'a expliqué, il est préférable de maintenir le tampon 32 par l'extérieur, afin de mieux reprendre les contraintes d'encastrement que son extrémité supérieure subit durant les manipulations, notamment lorsqu'il est en position horizontale. Ces contraintes sont importantes étant donné la longueur et le poids du tampon 32.

Cependant le tampon 32 peut aussi être fixé par l'intérieur, comme représenté sur la figure 9. Dans ce cas le support de tampon 68 comporte un cône mâle 69 qui s'engage dans un cône femelle du tampon 32. Dans ce cas, le tampon 32 est de préférence renforcé par un insert 106, par exemple métallique, qui résiste mieux aux contraintes de traction. Si le montage est auto-serrant, les deux cônes peuvent être désolidarisés au moyen d'un chasse-cône 108 qui s'engage dans une rainure 110 du cône 69 du support de tampon 68.

Claims (28)

Revendications

1- Four électrique à arc à trou de coulée (26) excentré par le fond, destiné à l'élaboration de l'acier, et connu sous le nom de four EBT, comprenant une cuve (4) destinée à recevoir le métal à fondre, et une excroissance (6) prolongeant latéralement la cuve (4), la cuve (4) et l'excroissance (6) ayant un fond et une paroi latérale garnis d'un revêtement réfractaire, un plafond recouvrant l'excroissance (6), une paroi supérieure prolongeant la paroi verticale de la cuve (4), une voûte (12) recouvrant les parois supérieure de la cuve (4), cette voûte (12) pouvant être escamotée latéralement dans une zone de balayage pour fournir un accès de chargement du four, un trou de coulée (26) étant ménagé dans le fond de l'excroissance (6), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'obturation du trou de coulée (26) constitué d'un tampon (32) réalisé au moins partiellement en matériau réfractaire, de moyens de manutention pour déplacer le tampon (32) entre

une position de repos dans laquelle le tampon (32) est placé en dehors du bain

une position d'attente dans laquelle l'extrémité inférieure du tampon (32) est proche du trou de coulée (26)

une position d'obturation, dans laquelle le tampon (32) obture au moins partiellement l'entrée du trou de coulée (26), et de moyens de fixation pour fixer le tampon (32) sur les moyens de manutention, ces moyens comprenant au moins un support de tampon (68) monté à l'extrémité des moyens de manutention.

2- Four selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour déplacer le tampon (32) entre sa position de repos et sa position d'obturation permettent d'éviter la zone de balayage de la voûte (12).

3- Four selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens pour déplacer le tampon (32) entre sa position de repos et sa position d'obturation sont constitués par un bras (34) rotatif monté tournant autour d'un axe (36) extérieur à l'excroissance (6) et solidaire du four.

4- Four selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'axe (36) du bras (34) rotatif est situé sensiblement à mi-hauteur du trou de coulée (26) et du plafond de l'excroissance (6).

5- Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de manutention pour déplacer le tampon (32) comportent en outre des moyens pour déplacer linéairement le tampon (32) selon une direction sensiblement parallèle à l'axe du trou de coulée (26) sur une course voisine de 300 mm, moyens constitués notamment par un chariot 60 monté coulissant à l'extrémité du bras (34) rotatif.

6- Four selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'extrémité inférieure du tampon (32) est recouverte d'un chapeau fait d'un matériau élastique, tel que des fibres réfractaires, qui forme un joint (58) capable d'absorber les irrégularités du trou de coulée (26) 7- Four selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la partie cylindrique du tampon (32) est d'un diamètre inférieur à celui du trou de coulée (26) et en ce qu'il possède une extrémité inférieure élargie dont le diamètre est supérieur à celui du trou de coulée (26).

8- Four selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux bras (34) pivotant disposés à l'extérieur du four, l'un quelconque de ces bras (34) pouvant être utilisé au choix pour obturer le trou de coulée (26).

9- Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que le tampon (32) présente une forme extérieure non cylindrique destinée à réduire les effets de vortex.

10- Four selon la revendication précédente caractérisé en ce que le tampon (32) possède au moins une ailette (50) s'appuyant sur une extrémité inférieure élargie (51) du tampon dont le diamètre est supérieur à celui du trou de coulée (26).

11- Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisé en ce que la partie finale du tampon (32) reste cylindrique afin de s'adapter à la forme du trou de coulée (26) et en ce que la forme non cylindrique existe au moins dans la partie immergée du tampon (32).

12- Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 caractérisé en ce que les moyens de manutention comprennent des moyens pour donner un mouvement de rotation alternatif au tampon (32).

13- Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 caractérisé en ce que l'extrémité supérieure du tampon (32) possède un cône interne ou externe qui s'adapte sur un cône complémentaire du support de tampon (68).

14- Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les moyens de fixation comprennent des moyens de retenue et de serrage, et en ce que l'extrémité supérieure du tampon (32) possède des protubérances (88) ou des creux dans lesquelles les moyens de retenue peuvent s'engager.

15- Four selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de fixation comprennent des moyens d'ouverture et de fermeture automatiques des moyens de retenue.

16- Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 15 caractérisé en ce que le tampon (32) comporte un insert, particulièrement un insert métallique, à sa partie supérieure.

17- Four caractérisé en ce que le tampon (32) est constitué par un tube comportant un trou axial ouvert aux deux extrémités du tampon (32) et d'un diamètre supérieur à 50 mm.

18- Four selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'extrémité inférieure du tampon (32) est obturée par un couvercle fusible.

19- Four selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le tampon < 32), ou le support de tampon (68), comporte des moyens d'obturation de la partie supérieure du trou axial du tampon (32) afin d'empêcher l'aspiration d'air par suite de l'aspiration causée par l'écoulement du métal liquide.

20- Four selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte une liaison étanche entre le tampon (32) et le support de tampon (68).

21- Four selon l'une quelconque des revendications 17 à 20 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour injecter un gaz neutre dans un trou axial du tampon (32).

22- Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 21 caractérisé en ce que le tampon (32) est réalisé par pressage isostatique par l'intérieur.

23-Procédé d'élaboration d'acier dans un four électrique à arc comportant une cuve (4) destinée à recevoir le métal à fondre, et une excroissance (6) prolongeant latéralement la cuve (4), la cuve (4) et l'excroissance (6) ayant un fond et une paroi latérale garnie d'un revêtement réfractaire, un plafond recouvrant l'excroissance (6), une paroi supérieure prolongeant la paroi verticale de la cuve (4), et une voûte (12) recouvrant les parois supérieure de la cuve (4), cette voûte (12) pouvant être escamotée latéralement dans une zone de balayage pour fournir un accès de chargement du four, un trou de coulée (26) étant ménagé dans le fond de l'excroissance (6), procédé selon lequel: -on obture la sortie du trou de coulée (26) au moyen d'un dispositif de retenue de sable situé à l'extérieur du four -on remplit le trou de coulée (26) de sable; -on introduit une charge métallique dans le four; -on fond la charge métallique par un apport d'énergie électrique; -on débouche la sortie du trou de coulée (26) de telle sorte que le sable s'écoule hors du trou de coulée (26) et que le métal liquide coule dans une poche, -on incline progressivement le four vers le trou de coulée (26); -on redresse le four dès que la présence de laitier est détectée dans le métal liquide qui s'écoule dans la poche, caractérisé en ce que -en même temps que l'on redresse le four, on obture l'entrée du trou de coulée (26) au moyen d'un dispositif d'obturation comprenant un tampon (32) et des moyens de déplacement du tampon (32) dans un laps de temps inférieur à celui qui est nécessaire pour interrompre la coulée en redressant le four.

24- Procédé selon la revendication 23 caractérisé en ce que le tampon (32) est placé à l'extérieur du four pendant le chargement de ce dernier en charge métallique et la fusion de cette charge et en ce qu'on introduit le tampon (32) dans le bain d'acier pendant la coulée.

25- Procédé selon la revendication 23 ou 24 caractérisé en ce qu'on introduit le tampon (32) dans le four jusqu'à ce que l'extrémité inférieure du tampon (32) atteigne un point situé à faible distance au-dessus du trou de coulée (26), et en ce qu'on obtient la fermeture complète du trou de coulée (26) par un mouvement de déplacement linéaire selon une direction sensiblement parallèle à l'axe du trou de coulée (26).

26- Procédé selon l'une quelconque des revendications 23 à 25 caractérisé en ce que: -on utilise un tampon (32) comportant une forme extérieure non cylindrique; -on imprime un mouvement de rotation alternatif au tampon (32), de préférence préalablement à l'apparition du vortex afin d'handicaper sa formation et son développement; -dès que cela est requis on arrête préférentiellement la rotation alternative du tampon (32), on ferme le trou de coulée (26) du tampon (32) et simultanément on redresse le four.

27- Procédé selon l'une quelconque des revendications 23 à 26 caractérisé en ce que, préalablement au début de la coulée, on ferme l'extrémité supérieure du tampon (32) au moyen d'un bouchon, et en ce que, postérieurement à l'arrêt de la coulée on nettoie le trou de coulée (26), on referme sa sortie au moyen d'un dispositif de retenue de sable; on ouvre le bouchon qui ferme l'extrémité supérieure du tampon (32) et on remplit le trou de coulée (26) de sable en faisant passer ce sable par le trou longitudinal du tampon (32); on amène le tampon (32) dans sa position de repos.

28- Procédé selon l'une quelconque des revendications 23 à 27 caractérisé en ce qu'on place un bouchon fusible à l'extrémité inférieure du tampon (32) préalablement à son introduction dans le bain d'acier.

29- Procédé selon l'une quelconque des revendications 23 à 28 caractérisé en ce qu'on met en place un joint élastique, notamment un joint de fibres réfractaires, à l'extrémité inférieure du tampon (32) afin d'assurer une étanchéité entre cette extrémité et le trou de coulée (26).