Une telle installation de fusion est présentée dans la demande de brevet euro- péen EP-A-0 385 434. II s'agit d'un four à arc électrique qui comporte une cuve de four avec couvercle et un préchauffeur de charge en forme de puits. Le préchauffeur de charge comporte principalement une trémie montée sur le couvercle du four et qui comprend une embouchure dans celui ci. La trémie est disposée latéralement sur le couvercle de telle sorte que sa paroi extérieure se trouve dans le prolongement de la paroi de la cuve. Une telle disposition con- duit à une technologie simple, laissant beaucoup de place dans la partie cen- trale du four pour l'introduction d'une électrode à travers le couvercle.

Cependant, étant donné que la ferraille est chargée à travers le préchauffeur dans la zone voisine de la paroi de la cuve, un tel arrangement présente l'in- convient d'une forte dissymétrie de l'apport d'énergie dans la cuve.

Afin de remédier à cette dissymétrie de l'apport d'énergie dans la cuve, on a développé un four à arc, dans lequel une trémie de préchauffage est disposée sur le couvercle dans ! a région centrale de celui-ci. La trémie centrale est alors encadrée par deux électrodes de façon à positionner deux arcs de même puis- sance de part et d'autre de 1'embouchure de la trémie dans le couvercle. Des fours de ce type ont de bonnes performances, mais les deux électrodes de part et d'autre de la trémie compliquent fortement la technologie du préchauffeur, qui doit alors être très haut. En raison de la distance minimale requise entre chaque électrode et la paroi de la cuve, cette technologie impose en outre une taille de four importante. De plus, cette technologie limite fortement l'utilisation d'énergie fossile - notamment sous forme de brûleurs à gaz - pour des raisons de symétrie.

L'objet de la présente invention est de proposer un installation de fusion avec dispositif de préchauffage de la charge, qui ne présente pas les désavantages mentionnés ci-dessus.

Conformément à l'invention, cet objectif est atteint par une installation de fusion selon la revendication 1.

L'installation de fusion selon l'invention comporte une cuve de four comprenant une paroi et un couvercle de four comprenant un bord, au moins une électrode pouvant être insérée au moins en partie dans la cuve de four à travers une ouverture située dans le couvercle de four, et un préchauffeur de charge en forme de puits. Le préchauffeur est disposé sur ledit couvercle de four et forme une embouchure dans celui-ci. II comprend une première paroi, distale du bord de couvercle, et une deuxième paroi, proximale dudit bord de couvercle. Selon l'invention, ledit préchauffeur de charge est décalé dudit bord du couvercle, de telle sorte qu'une zone d'apport d'énergie fossile est formée dans la cuve de four entre une prolongation imaginaire de ta deuxième paroi du préchauffeur dans la cuve et la paroi de la cuve.

Lors du chargement de ferraille à travers le préchauffeur, la colonne de ferraille peut se répandre en dessous du préchauffeur aussi bien du côté de l'électrode que du côté de la zone d'apport d'énergie fossile et former un talus d'éboule- ment dans la zone d'apport d'énergie fossile. Au dessus de ce talus d'éboule- ment il se forme une zone dégagée de ferraille dans ta zone d'apport d'énergie fossile, dans laquelle un apport d'énergie fossile n'est pas gêné par de la fer- raille. II devient par conséquent possible d'introduire, dès le début du cycle de fusion, une quantité massive d'énergie fossile dans la zone d'apport d'énergie fossile, ce qui réduit fortement t'asymétrie de l'apport d'énergie présente dans tes fours à préchauffeur conventionnels. Le processus de fusion démarre alors simultanément à plusieurs endroits de la colonne de ferraille, car celle-ci est chauffée d'un côté par t'arc électrique généré par la ou les électrode (s) et d'un autre côté par l'apport massif d'énergie fossile. La fusion progresse par consé- quent plus vite et de manière plus uniforme, ce qui favorise une descente régu- lière de la colonne de ferraille.

II convient de noter que la zone d'apport d'énergie fossile permet, outre l'apport massif d'énergie fossile, une bonne répartition des gaz et fumées chauds du processus de fusion autour de la colonne de ferraille. En effet, tes fumées chaudes libérées dans la zone d'apport d'énergie fossile se répartissent dans la zone dégagée au dessus du talus de déversement et entrent de ce côté dans le préchauffeur, ce qui conduit à un préchauffage plus homogène de la colonne de ferraille dans le préchauffeur. Dans le cas où ! a zone d'apport d'énergie débouche des deux côtés de la colonne de ferraille dans la cuve de four, la zone dégagée au dessus du talus de déversement forme un canal d'équirépar- tition des gaz qui permet à l'ensemble des fumées provenant de la cuve d'en- trer de manière homogène sur le pourtour de la colonne de ferraille. Par con- séquent, les fumées entrent de manière homogène sur tout le pourtour dans le préchauffeur et assurent par là un préchauffage homogène de la ferraille dans le préchauffeur.

Dans une exécution préférée, la zone d'apport d'énergie fossile est substan- tiellement symétrique par rapport à un plan vertical passant par le centre de l'électrode resp. des électrodes et le centre du préchauffeur. Dans ce cas, I'apport d'énergie fossile peut s'effectuer symétriquement sur le côté de la co- lonne de ferraille, qui est opposé à l'électrode resp. aux électrodes. Et si l'ap- port d'énergie fossile est du même ordre de grandeur que la puissance électri- que développée par l'arc électrique de l'électrode resp. des électrodes, I'apport d'énergie total est bien réparti sur le pourtour de la colonne de ferraille. Ceci mène à un chauffage efficace et homogène de la colonne de ferraille et favo- rise davantage une descente régulière et rapide de celle-ci.

Dans une version avantageuse de l'installation, la dimension de la zone d'ap- port d'énergie fossile, vue dans un plan vertical passant par le centre de l'élec- trode resp. des électrodes et le centre du préchauffeur, est supérieure ou égaie à environ un quart de la dimension du préchauffeur au niveau de l'embouchure, vue dans ta même direction. Une telle dimension de la zone d'apport d'énergie fossile semble être appropriée à la formation d'une zone dégagée en dessus du talus de déversement de la ferraille, qui s'étend au niveau de la paroi de cuve, sur une grande partie de la hauteur de la zone d'apport d'énergie fossile.

Des dispositifs d'apport d'énergie fossile sont de préférence disposés dans la zone d'apport d'énergie fossile, dont la puissance énergétique totale est régla- ble de manière à être du même ordre de grandeur que la puissance électrique générée par l'électrode resp. tes électrodes. Ces dispositifs d'apport d'énergie fossile comprennent p. ex. des brûleurs à gaz et/ou des lances à oxygène et au charbon et/ou des lances ou buses à gaz de postcombustion et/ou des injec- teurs combinant les fonctions de brûleur et de lance à oxygène. II convient de noter que le gaz de postcombustion peut être de I'air ou de l'oxygène.

Dans le cas de brûleurs à gaz, ceux ci sont disposés de préférence dans la paroi de cuve, au dessus d'une ligne d'intersection imaginaire de la paroi de cuve avec un talus de déversement normal formé par des produits métalliques solides lors du chargement du four. Les brûleurs peuvent alors fonctionner sans obstacle dès le début du processus et développer ainsi leur puissance maximale dès le début. Les brûleurs sont de préférence légèrement dirigés vers le bas de sorte à faire fondre rapidement la base du talus de déversement, c'est-à-dire la ferraille qui touche la paroi de la cuve en bas de la zone d'apport d'énergie fossile.

Dès que cette partie de ferraille est fondue, c'est-à-dire que la zone dégagée s'étend jusqu'en bas de la paroi, on fait intervenir de préférence des lances à oxygène et au charbon postcombustion et/ou des injecteurs combinant les fonctions de brûleur et de lance à oxygène, qui sont disposés en bas de la paroi de cuve. A I'aide des lances, on peut injecter du charbon et de l'oxygène directement dans le pied de bain qui se forme dans la cuve et libérer ainsi une grande quantité d'énergie fossile. Vers la fin du cycle, l'injection de charbon est arrêtée et les lances sont utilisées pour effectuer un affinage du bain métallique par injection d'oxygène.

Dans le cas d'injecteurs combinant les fonctions de brûleur et de lance à oxy- gène, I'injecteur opère dès le début du cycle en tant que brûleur afin de déga- ger la ferraille qui se trouve immédiatement devant l'injecteur. Une fois qu'une région dégagée est créée de cette manière devant l'injecteur, celui-ci opère en tant que lance d'oxygène pour injecter de l'oxygène dans le pied de bain. On

peut de cette manière commencer très tôt dans le cycle de fusion avec t'injec- tion d'oxygène et donc avec t'affinage du bain métallique, ce qui réduit considé- rablement le temps entre deux coulées.

Afin d'utiliser au maximum l'énergie contenue dans les fumées libérées par le processus, on injecte de préférence des gaz de postcombustion, p. ex. de I'air ou de l'oxygène, au moyen de lances ou buses à gaz de postcombustion, qui sont disposées en haut de la paroi de cuve.

II convient de noter que des dispositifs d'apport d'énergie fossile supplémentai- res peuvent être disposés dans le couvercle du four dans ! a région de la zone d'apport d'énergie fossile.

II reste à ajouter que l'installation de fusion selon la présente invention est adaptée aussi bien pour un chargement de 100 % de ferraille que pour un chargement d'une proportion importante de préréduits ou de fonte liquide. Dans le cas d'enfournement de fonte liquide, celle-ci est de préférence enfournée dans la zone d'apport d'énergie fossile. En effet, à cause de l'apport d'énergie fossile très proche de la paroi du four, cette zone est rapidement dégagée de ferraille et le risque de refoulement d'une rigole destinée à enfourner de la fonte liquide dans la cuve est nettement réduit. En outre, le dégagement rapide de la zone d'apport d'énergie permet de commencer très tôt avec l'enfournement de fonte liquide et, en raison du charbon contenu dans la fonte, avec l'apport d'énergie fossile massif par cette voie Par conséquent, I'installation de fusion selon la présente invention comporte de préférence une rigole de fonte agencée dans le fond de la cuve dans la zone d'apport d'énergie fossile et s'étendant vers l'extérieur, ladite rigole étant desti- née à enfourner de la fonte liquide dans la cuve.

D'autres particularités et caractéristiques de l'invention ressortiront de la des- cription détaillée de quelques modes de réalisation avantageux présentés ci- dessous, à titre d'illustration, en référence aux dessins annexés. Celles ci mon- trent :

Fig. 1 : une coupe verticale travers une première exécution d'une installation de fusion avec zone d'apport d'énergie fossile, Fig. 2 : une vue de dessus sur l'installation selon la fig. 1, Fig. 3 : une suite de schémas illustrant le processus de fusion dans l'installation de fusion selon la fig. 1, Fig. 4 : une coupe verticale à travers une deuxième exécution d'une installation de fusion avec zone d'apport d'énergie fossile.

La fig. 1 montre schématiquement une coupe verticale à travers une installation de fusion avec zone d'apport d'énergie, la fig. 2 montre une vue de dessus de cette installation. L'installation 10 comprend une cuve de four 14 constituée d'une sole de four 16 en matériau réfractaire et une paroi de four 18 en pan- neaux refroidis. En haut, la cuve de four 14 est fermée par un couvercle 20, qui présente une ou plusieurs ouvertures 22 d'insertion pour introduire une ou plusieurs électrodes 24 dans la cuve de four 14.

L'installation 10 comprend un préchauffeur de charge 26 en forme de puits, à travers lequel la cuve de four peut être chargée en ferraille. Le préchauffeur 26 est disposé sur le couvercle 20 de four et forme une embouchure 28 dans celui-ci. 11 peut être équipé de doigts pour retenir la ferraille afin de permettre un chargement discontinu de celle-ci ou bien peut être conçu pour un chargement en continu. Durant le fonctionnement de l'installation, les fumées chaudes dé- gagées lors du processus de fusion dans la cuve 14 sont évacuées à travers le préchauffeur 26 et préchauffent la colonne de ferraille présente dans celui-ci.

Le préchauffeur 26 comprend une première paroi 30, distale du bord du cou- vercle 20, et une deuxième paroi 32, proximale du bord du couvercle 20. II est disposé de telle manière sur le couvercle 20 qu'il est décalé par rapport au bord du couvercle. Ainsi, une zone d'apport d'énergie fossile 34 est formée dans la cuve 14 de four entre une prolongation imaginaire 36 de ! a deuxième paroi 32 du préchauffeur 26 dans la cuve 14 et la paroi 18 de la cuve. La zone d'apport d'énergie 34 est de préférence localisée à l'opposé de l'électrode et symétri- quement par rapport à une direction de symétrie du four passant par l'électrode et le centre du préchauffeur.

Lors du chargement du four en ferraille, la colonne de ferraille 28 peut se ré- pandre en dessous du préchauffeur 26 aussi bien du côté de l'électrode 24 que du côté de la zone d'apport d'énergie fossile 34 et former un talus de déverse- ment 38 dans la zone d'apport d'énergie 34. Au dessus de ce talus de déver- sement 38 la zone d'apport d'énergie 34 est dégagée de ferraille. II est donc possible d'introduire, dès le début du cycle de fusion, une quantité massive d'énergie fossile dans la zone d'apport d'énergie fossile 34, ce qui réduit forte- ment l'asymétrie de J'apport d'énergie présente dans les fours à préchauffeur conventionnels. En outre, la zone dégagée au dessus du talus de déversement 38 forme un canal d'équirépartition des gaz qui permet à l'ensemble des fu- mées provenant de la cuve 14 d'entrer de manière homogène sur le pourtour de la colonne de ferraille 28. Par conséquent, les fumées entrent de manière homogène sur tout le pourtour dans te préchauffeur 26 et assurent ainsi un préchauffage homogène de la ferraille dans le préchauffeur 26.

Afin de pouvoir introduire l'énergie fossile, des dispositifs d'apport d'énergie fossile (symbolisés par les flèches 40) sont disposés dans la zone 34 dans la paroi 18 du four. Ces dispositifs 40 peuvent p. ex. comprendre des brûleurs à gaz, des lances à charbon et à oxygène, des injecteurs de gaz de postcombus- tion etc. Afin d'assurer un transfert efficace de t'énergie sur la ferraille, les dis- positifs 40 d'apport d'énergie fossile sont de préférence répartis sur toute la paroi de la zone d'apport d'énergie 34.

La puissance globale des dispositifs 40 d'apport d'énergie fossile est avanta- geusement équivalente à la puissance électrique. Dans ce cas, l'apport d'éner- gie total est bien réparti sur tout le pourtour de la colonne de ferraille ce qui mène à un chauffage efficace et homogène de la colonne de ferraille et favo- rise une descente régulière de celle-ci.

La largeur L de la zone d'apport d'énergie 34, c'est-à-dire la dimension vue dans la direction de symétrie du four, est supérieure ou égale à environ un quart de la dimension du préchauffeur 26 au niveau de l'embouchure, vue dans ta même direction. Une telle dimension de la zone d'apport d'énergie fossile est nécessaire à ta formation d'une zone dégagée qui s'étend, au niveau de la

paroi de cuve, sur une grande partie de la hauteur de la zone d'apport d'énergie fossile.

II reste à ajouter que l'installation 10 est adaptée aussi bien pour un charge- ment de 100 % de ferraille que pour un chargement d'une proportion impor- tante de préréduits ou de fonte liquide. Dans le cas d'enfournement de fonte liquide, celle ci est de préférence enfournée dans la zone d'apport d'énergie fossile 34. Dans ce cas, une rigole de fonte 42 est agencée dans la zone d'ap- port d'énergie fossile dans le fond de la cuve, qui s'étend vers l'extérieur.

La fig. 3 montre un deuxième mode de réalisation de l'installation de fusion.

Dans cette version, la zone d'apport d'énergie 34 ne s'étend pas sur toute la hauteur de la cuve mais seulement sur une partie de celle-ci. Comme dans l'exécution de la fig. 1, il se forme une zone dégagée au dessus du talus de déversement, dans laquelle un apport massif d'énergie fossile devient possible dès le début du cycle de fusion. II est à noter que ce mode de réalisation se prête bien pour convertir des fours électriques existants. En effet, au lieu de modifier et de décaler te préchauffeur existant, la zone d'apport d'énergie 34 peut être formée en installant un canal périphérique en haut de la cuve d'un four existant.

Par la suite un cycle de fusion avec enfournement de 100% de ferraille chargée en trois paniers est brièvement décrit à l'aide de la fig. 4.

Après chargement du premier panier de ferraille dans la cuve 14, le deuxième panier est chargée à travers le préchauffeur 26. La colonne de ferraille qu'on obtient de cette manière s'élargit en dessous du préchauffeur 26 et forme un cône de déversement. A cause de la zone d'apport d'énergie 34, ce cône de déversement peut se former librement sur tout le pourtour de la colonne de ferraille. En haut de la zone d'apport d'énergie 34, il se forme par conséquent une zone dégagée au dessus du talus de déversement, c'est-à-dire une zone ou la ferraille ne touche pas la paroi de la cuve. Dans cette zone, on peut donc immédiatement introduire une quantité importante d'énergie fossile au moyen de dispositifs d'apport d'énergie fossile disposées dans la paroi de la cuve.

Après le chargement du deuxième panier de ferraille, on introduit donc !'é ! ec- trode 24 et démarre t'arc électrique et simultanément l'apport d'énergie fossile.

Ce dernier se fait à l'aide de brûleurs à gaz installés au dessus du niveau de ferraille dans la paroi de la cuve (c. f. fig. 4 a) ). La puissance globale des brû- leurs est de préférence du même ordre de grandeur que la puissance électri- que.

Les brûleurs dégagent rapidement la ferraille qui se trouve en bas de la zone d'apport d'énergie. On introduit ensuite du charbon et de l'oxygène dans le pied de bain à l'aide de lances ou d'injecteurs, qui sont installés en bas dans la paroi de la cuve. En même temps on introduit des gaz de postcombustion au haut de la zone d'apport d'énergie à t'aide de buses ou de lances installées en haut de la paroi de la zone d'apport d'énergie (voir fig. 4 b) ).

Une fois que la colonne de ferraille est assez descendue pour permettre le chargement du troisième panier de ferraille, l'injection de charbon et d'oxygène est arrêtée et le troisième panier chargé. Pendant ce temps les brûleurs à gaz peuvent fonctionner normalement (fig. 4 c) ).

Quand la ferraille en bas de la zone d'apport d'énergie est à nouveau dégagée, on recommence par l'injection de charbon et d'oxygène et par l'injection de gaz de postcombustion. Par la suite, tes brû ! eurs et les lances à charbon et à oxy- gène travaillent en parallèle jusqu'à ce que la colonne de ferraille est considé- rablement réduite. Les brûleurs à gaz sont alors arrêtés et on continue simple- ment avec l'injection de charbon et d'oxygène et d'air de postcombustion. II est à noter qu'à ce stade les brûleurs peuvent être utilisés pour l'introduction de I'air de postcombustion. Ceci est représenté sur la fig. 4 d).

Vers la fin du cycle de fusion, après que toute la ferraille est fondue, on arrête également l'injection de charbon et de gaz de postcombustion. A ce stade l'injection d'oxygène continue afin d'affiner le bain métallique et en réduire ta concentration de carbone (voir fig. 4e)).