"Dispositif d' alimentation en énergie électrique d' un organe , en particulier d' une électrode de four . " La présente invention concerne un dispositif d'alimentation en énergie électrique permettant de relier une source d'énergie électrique à au moins un organe utilisant cette énergie électrique. En particulier dans le domaine du traitement des métaux, notamment en aciérie, on approche des électrodes d'une charge métallique à traiter contenue dans des fours en forme de cuves. Ces électrodes sont alimentées en énergie électrique de telle sorte que le métal est traversé par un courant électrique d'intensité élevée et à fort voltage, qui permet de produire dans le métal les réactions chimiques ou métallurgiques souhaitées. Les électrodes sont portées par des moyens porteurs mobiles verticalement qui permettent l'introduction et la sortie des électrodes du four ainsi que leur déplacement vers le bas au fur et à mesure de leur consommation. Dans l'état actuel de la technique, afin de permettre le déplacement vertical des moyens porteurs précités, les électrodes sont reliées à la source en énergie électrique par l'intermédiaire de câbles électriques qui forment vers le bas des demi-boucles. Pour assurer leur refroidissement, ces câbles électriques sont enveloppés par une gaine plus ou moins fragile dans laquelle circule de l'eau de refroidissement.

Comme ces câbles électriques doivent être de section relativement importante pour assurer le transport de la quantité d'énergie électrique souhaitée et comme ces câbles sont plutôt cassants, le rayon des demi-boucles précité qu'ils forment est relativement important. Les câbles sont en conséquence relativement longs.

Néanmoins, pour limiter la consommation en énergie électrique et en particulier les pertes par effet Joule dans les câbles électriques, on a tendance à rapprocher les électrodes de la source en énergie électrique sans toutefois pouvoir réduire la longeur des câbles en deçà d'un minimum.

De plus, les vibrations qui apparaissent ont un effet de limitation de la durée de vie des câbles ou des tresses, des islolants et des liaisons mécaniques.

Les moyens actuels permettant l'alimentation en énergie

FEUILLE DE REMPLACEMENT (BE3LE 26)

électrique des électrodes constituent donc un ensemble lourd, onéreux et peu pratique d'utilisation, notamment à cause du système de refroidissement des câbles, de leur section et de leur longueur et des contraintes mécaniques. Par ailleurs, on retrouve sensiblement les mêmes inconvénients dans d'autres installations, en particulier en sortie des transformateurs électriques et dans les liaisons électriques contenant des déviations, à fort voltage et/ou fort ampérage.

La présente invention a notamment pour but de remédier au moins en partie aux inconvénients ci-dessus des dispositifs de connexion électrique connus.

Le dispositif selon l'invention pour l'alimentation en énergie électrique comprend des moyens de connexion électrique permettant de relier une source d'énergie électrique à au moins un organe utilisant cette énergie électrique.

Selon l'invention, lesdits moyens de connexion électrique comprennent un liquide en une matière conductrice de l'électricité contenu dans un réservoir, un plongeur en un matériau conducteur de l'électricité susceptible de plonger dans ledit réservoir pour être en contact avec ledit liquide, des moyens pour relier électriquement ledit liquide à la source d'énergie électrique et des moyens pour relier électriquement ledit plongeur audit organe.

Le dispositif selon l'invention comprend de préférence des moyens pour maintenir ledit plongeur à distance de la paroi dudit réservoir.

Le dispositif selon l'invention comprend de préférence des moyens pour déplacer l'un par rapport à l'autre ledit plongeur et ledit réservoir.

Selon l'invention, ledit liquide conducteur de l'électricité comprend de préférence du gallium (Ga), et/ou de l'indiu (In) et/ou de l'étain (Sn).

Le dispositif selon l'invention comprend de préférence comprend des moyens pour déplacer ledit plongeur par rapport audit réservoir.

Selon l'invention, ledit réservoir peut avantageusement comprendre une partie supérieure de dimensions accrues constituant un vase d'expansion pour ledit liquide conducteur de l'électricité.

Dans variante d'utilisation, ledit organe est constitué par au moins une électrode pour le traitement d'une charge contenue dans un four, cette électrode et ledit plongeur étant montés sur des moyens porteurs adaptés pour déplacer, en particulier verticalement, ces derniers.

Le dispositif selon l'invention comprend de préférence des moyens pour guider, en particulier verticalement, ledit plongeur dans ledit réservoir.

Selon l'invention, lesdits moyens porteurs peuvent avantageusement comprendre un bras horizontal portant d'une part ladite électrode et d'autre part ledit plongeur et que ce bras est porté par un montant monté coulissant sur un mât, des moyens d'actionnement permettant de déplacer verticalement ce bras et ce montant.

Selon l'invention, la course desdits moyens porteurs est de préférence telle que ladite électrode et ledit plongeur peuvent être, en même temps, respectivement extraits dudit four et dudit réservoir de liquide et introduits dans ces derniers.

Le dispositif selon l'invention comprend de préférence des moyens de régulation de la température dudit liquide à au moins une valeur de consigne et/ou des moyens de régulation de la température dudit plongeur à au moins une valeur de consigne et/ou des moyens de régulation de la température de la paroi dudit réservoir à au moins une valeur de consigne.

Selon l'invention, le dispositif comprend de préférence des moyens de mesure de la température dudit liquide et/ou dudit plongeur et/ou de la paroi dudit réservoir ainsi que des moyens de régulation de la température, à des valeurs de consigne, dudit liquide et/ou dudit plongeur et/ou de la paroi dudit réservoir.

Selon l'invention, lesdits moyens de régulation de température comprennent de préférence des moyens de chauffage de la paroi dudit réservoir.

Selon l'invention, lesdits moyens de régulation de température comprennent de préférence des moyens pour refroidir ledit plongeur.

Selon l'invention, lesdits moyens de régulation de température comprennent de préférence des moyens pour faire circuler à l'intérieur dudit plongeur un fluide de refroidissement et/ou de chauffage.

Le dispositif selon l'invention comprend de préférence des moyens pour, dans une première étape, amener la température dudit liquide à une valeur de consigne, des moyens pour, dans une seconde étape, engager ledit plongeur dans ledit liquide, et des moyens pour, dans une troisième étape, maintenir la température dudit liquide à une valeur de consigne.

Le dispositif selon l'invention comprend de préférence des moyens pour déplacer ledit plongeur par rapport audit réservoir à une vitesse d'environ 0,15 m sec, l'extrémité dudit plongeur étant de forme demi-sphérique.

La présente invention sera mieux comprise à l'étude d'un dispositif d'alimentation en énergie électrique d'électrodes, décrit à titre d'exemple non limitatif et illustré schématiquement par le dessin sur lequel :

- la figure 1 représente une vue de dessus d'un dispositif d'alimentation selon la présente invention, en position de fonctionnement ; - la figure 2 représente une coupe longitudinale selon

II — II du dispositif d'alimentation de la figure 1 ;

- la figure 3 représente une vue de dessus du dispositif d'alimentation de la figure 1, en position sortie et pivotée ;

- la figure 4 représente une vue agrandie en coupe verticale du réservoir du dispositif d'alimentation précité ;

- la figure 5 représente une coupe horizontale selon V — V du réservoir représenté sur la figure 4 ;

- la figure 6 représente en coupe verticale une variante d'exécution d'un réservoir et d'un plongeur du dispositif d'alimentation

précité ;

- et la figure 7 représente un schéma pour le fonctionnement de cette variante.

Le dispositif d'alimentation en énergie électrique représenté sur les figures 1 à 5 et repéré d'une manière générale par la référence 1 est destiné, dans l'exemple, à l'alimentation en énergie électrique de trois électrodes cylindriques 2 disposées verticalement dont les parties inférieures plongent dans un matériau 3 à traiter, par exemple un métal ou un alliage de métaux en fusion contenu dans un four en forme de cuve cylindrique 4 recouvert par un couvercle amovible 5, ces électrodes passant au travers de ce couvercle. Dans l'exemple, les électrodes 2 sont espacées et dispo *s sensiblement à 120°.

Le dispositif 1 comprend des moyens porteurs, repérés d'une manière générale par la référence 6, qui présentent la structure suivante.

Les moyens porteurs 6 comprennent, disposée latéralement au four 4, une embase 7 montée pivotante sur un pivot inférieur 8 et qui porte trois mâts cylindriques verticaux 9 espacés et disposés les uns à côté des autres, dans lesquels sont montés coulissants trois montants cylindriques verticaux 10.

Sur l'extrémité supérieure des trois montants 10 sont respectivement fixés trois bras horizontaux 11 disposés parallèlement les uns aux autres perpendiculairement au plan des mâts 9 et des montants 10 et dépassant de part et d'autre des montants, ces bras 11 étant en un matériau conducteur de l'électricité.

Dans les mâts et montants 9 et 10, sont disposés trois vérins verticaux 12 qui permettent de déplacer verticalement les montants 10 et les bras horizontaux 11 qu'ils portent. L'embase 7 renferme des moyens 7a qui permettent de la faire pivoter autour du pivot 8, ces moyens étant par exemple, classiquement, à moteur et engrenages.

Chacun des bras 11 porte, à l'une de ses extrémités, une électrode 2 qui est fixée classiquement par un cavalier 13.

Chacun des bras 11 porte également, à partir de son autre extrémité, un plongeur tubulaire allongé 14 en forme de L qui comprend une branche horizontale 14a et une branche verticale 14b, ces plongeurs 14 étant en un matériau conducteur de l'électricité. Les branches verticales 14b des trois plongeurs 14 sont respectivement plongées dans trois réservoirs colonnes cylindriques 15 qui contiennent un liquide 16. Ces réservoirs 15 sont disposés les uns à côté des autres, l'embase 7 étant disposée entre eux et le four 5. Dans l'exemple représenté, les parois des réservoirs 15 sont en une matière conductrice de l'électricité. Le liquide 16 est en une matière conductrice de l'électricité, notamment à base de gallium (Ga), indium (In) et/ou étain (Sn) ou tout autre liquide conducteur de l'électricité.

Aux parois des réservoirs 15 sont respectivement fixés des tubes 17 en un matériau conducteur de l'électricité qui sont par ailleurs reliés à des plaques 18 constituant une source d'énergie électrique, ces plaques 18 étant reliées par exemple à la sortie d'un transformateur non représenté.

Les réservoirs 15 présentent à leur partie supérieure une section accrue qui constitue un vase d'expansion 15a pour le liquide 16. Comme on le voit sur les figures 4 et 5, dans les réservoirs colonnes 15, sont disposés, en deux endroits espacés verticalement, des écarteurs 19 en un matériau isolant électriquement, disposés à 120° et permettant de guider verticalement les branches verticales 14b des plongeurs 14. Comme on vient de le décrire, en position de fonctionnement, le dispositif d'alimentation est dans une position verticale telle que les parties inférieures des électrodes plongent dans le matériau à traiter 3 dans le four 4 et que les branches verticales 14b des plongeurs 14 plongent dans le liquide 16 contenu dans les réservoirs 15. Dans cette position visible sur les figures 1 et 2, le courant circule depuis les plaques d'alimentation en énergie électrique 18 jusqu'aux électrodes 2 au travers de la connexion électrique constituée par les tubes 17, les parois de réservoirs 15, le liquide 16 contenu dans chacun des réservoirs, les plongeurs 14 et les bras

horizontaux 11, ces bras horizontaux 11 s'étendant au-dessus et à distance du couvercle 5 du four 4.

Bien entendu, des pièces intermédiaires en un matériau isolant, non représentées, sont de préférence prévues pour permettant d'isoler électriquement cette connexion électrique des autres parties de l'installation décrite.

En actionnant les vérins 20, on peut déplacer respectivement, et éventuellement indépendamment, chacun des bras horizontaux 16 portant chacun une électrode 2 et un plongeur 14 de manière à plus ou moins engager cette électrode dans le matériau à traiter 3 contenu dans le four 4, la branche verticale 14b du plongeur 14 associée étant plus ou moins engagée dans le liquide 16 du réservoir 15 correspondant.

La course des vérins 12 et des montants 10 portant les bras 11 permet également d'extraire complètement les électrodes 2 du four 4 et d'extraire complètement les branches verticales 14b des plongeurs 14 des réservoirs 15. On peut alors actionner le mécanisme de pivotement 7a de manière à faire pivoter l'embase 7 autour du pivot 8 de manière à écarter latéralement les électrodes 2 du four 4 et les plongeurs 14 des réservoirs 15. Cette position pivotée et écartée est visible sur la figure 3. Dans cette position, on peut procéder à toutes sortes d'opérations et notamment au changement des électrodes 2.

Dans l'exemple représenté, le couvercle 5 de la cuve 4 est porté par des bras 20 qui sont montés sur l'embase 7 de telle sorte que lors du pivotement précité de cette embase, le couvercle 5 du four 4 peut également être dégagé latéralement du four 2.

Il résulte de ce qui précède que, dans la connexion électrique entre la source en énergie électrique 18 et les électrodes 2, la connexion électrique à métal liquide constituée par les plongeurs 14, les réservoirs 15 et le liquide intermédiaire 16 qu'ils contiennent permet de ne faire appel, de préférence, à aucune liaison par câble électrique et dans de nombreux cas à aucun système de refroidissement. De plus, le liquide 16 permet d'absorber les vibrations et de déconnecter mécaniquement le four du transformateur.

En se reportant maintenant à la figure 6, on voit qu'on a représenté, en variante d'exécution de l'exemple qui précède, un réservoir cylindrique 21 qui comprend une partie inférieure cylindrique 21a et une partie supérieure évasée 21b, dans lequel est engagé un plongeur cylindrique 22 dont la face d'extrémité inférieure est de forme demi-sphérique.

Ce plongeur présente, coaxialement, un tube extérieur cylindrique 23 et un tube intérieur cylindrique 24. Ce tube extérieur porte à son extrémité inférieure un bouchon 25 sur lequel est fixé l'extrémité inférieure du tube intérieur 24 et porte à son extrémité supérieure une plaque 26 traversée par ce tube intérieur. Dans sa partie haute, le tube extérieur 23 présente radialement un conduit de branchement 27 et, dans sa partie inférieur, le tube intérieur 24 présent des passages radiaux 28.

Le conduit de branchement 27 et l'extrémité supérieure 24a du tube intérieur 24 sont reliés à un circuit 29 fermé ou ouvert de circulation d'un fluide qui comprend une pompe 30. Ainsi, on peut faire circuler axialement un fluide dans le tube intérieur 24 et entre ce tube 24 et le tube extérieur 23.

Autour de la partie inférieure cylindrique 21b du réservoir 21 est disposé une résistance électrique de chauffage 31.

Le réservoir 21 porte une sonde de température 32 qui permet de mesurer la température du liquide 33 conducteur de l'électricité contenu dans ce réservoir et une sonde de température 34 qui permet de mesurer la température de la paroi 21b de ce réservoir.

A sa partie supérieure, le tube extérieur 23 du plongeur 22 porte une sonde de température 35 qui permet de mesurer la température de ce plongeur.

On voit sur la figure 7 que les sondes 32, 34 et 35 sont reliées à des entrées d'un circuit électronique 36 programmé de manière à commander l'alimentation en énergie électrique de la résistance électrique 31, la pompe 30 et relié aux moyens de commande 37 du mécanisme de montée et de descente du plongeur 22, par exemple du mécanisme 6 de l'exemple précédent.

De manière à amener et maintenir la température du liquide 33 conducteur de l'électricité à une température de consigne Cm qui, compte tenu des métaux que contient ce liquide, peut être comprise entre 160 et 175°C, le circuit électronique 36 est de préférence programmé de manière à exécuter les opérations suivantes.

Dans une première étape, le plongeur 22 est à l'extérieur du réservoir 21, ce réservoir 21 est à la température ambiante et la source d'énergie électrique, constituée par exemple par le transformateur de l'exemple précédent et reliée au réservoir 22 par la plaque 18, n'est pas commutée.

Tout d'abord, le circuit électronique 36 commande l'alimentation en énergie électrique de la résistance de chauffage 31 de manière à chauffer les parois du réservoir 21 et en conséquence le liquide 33 contenu dans ce dernier. Lorsque la température Tr, détectée par la sonde 34, de la paroi du réservoir 21 atteint une valeur de consigne Cr égale ou légèrement supérieure à la température de consigne précitée Cm du liquide 33 pour éviter des surchauffes locales de ce liquide, le circuit électronique 36 régule cette température Tr à cette valeur de consigne. Lorsque la température Tm, fournie par la sonde 32, du liquide 33 atteint sa valeur de consigne Cm, le circuit électronique 36 régule l'alimentation de la résistance 31 pour le maintien de cette température de consigne Cm.

Le circuit électronique 36 fournit alors un ordre d'autorisation au moyen de commande 37 pour autoriser la descente du plongeur 22 dans le réservoir 21.

Dans une seconde étape, on commande le mécanisme de descente 6 afin d'engager le plongeur 22 dans le réservoir 21.

Dans le cas où le plongeur 22 était préalablement par exemple à la température ambiante, le circuit électronique 36 régule le fonctionnement de la résistance 31, sous surveillance des sondes 32 et 34, jusqu'à ce que la température Tp, fournie par la sonde 35, du plongeur 22 atteigne une valeur de consigne Cp égale ou proche de la température de consigne Cm du liquide 33 et jusqu'à l'équilibre de la

température Tm du liquide 33 à sa valeur de consigne Cm.

Cet équilibre étant atteint, on peut alors coupler électriquement la source d'énergie électrique précitée au réservoir 22.

En général, ce couplage provoque une augmentation de température du réservoir 21, du plongeur 22 et du liquide 33, ces augmentations de température étant détectées par les sondes 32, 34 et 35.

Le circuit électronique 36 commande alors la pompe 30 de manière à faire circuler dans le plongeur 22, comme on l'a décrit précédemment, un fluide de refroidissement tel que de l'azote liquide, de manière à amener la température Tp du plongeur 22 fournie par la sonde 35 à une valeur de consigne de refroidissement Cpr égale ou légèrement inférieure à la température de consigne précitée Cm du liquide 33. Lorsque l'équilibre souhaité de la température du liquide

33 à sa valeur de consigne Cm, de la paroi du réservoir 21 à sa valeur de consigne Cre et du plongeur 22 à sa valeur de consigne CPe est atteint, le circuit électronique 36 agit soit sur l'alimentation de la résistance de chauffage 31 soit sur la pompe 30 du circuit de refroidissement 29, de manière à ce que cet équilibre soit maintenu.

Il est bien entendu que les valeurs de consigne précitées pour les températures Tm, Tr et Tp fournies par les sondes 32, 34 et 35 dépendent de la structure du réservoir 21 et de la sonde 22, de la profondeur de pénétration du plongeur 22 dans le réservoir 21 et de l'intensité du courant électrique les traversant.

Le circuit électronique 36 peut être programmé de manière que les températures de consigne précités puissent évoluer en fonction du processus d'atteinte d'équilibre de la température de consigne du liquide 33. Par ailleurs, la prévision d'une extrémité en forme de demi-sphère de l'extrémité inférieure du plongeur 22 et d'une vitesse de pénétration ou de sortie du plongeur 22 dans le liquide 33 de préférence sensiblement égale à 0,15 mètres par seconde permet d'obtenir, dans le réservoir 21, un arc extinguible ou soufflé, voire même inexistant.

La présente invention ne se limite pas à l'exemple décrit ci-dessus. Bien des variantes de réalisation et d'utilisation peuvent être envisagées. En particulier, l'invention peut être utilisée en sortie des transformateurs afin de supprimer au moins partiellement les barres de connexion électrique et les inconvénients qui leur sont liés, avec ou sans moyens pour déplacer le plongeur précité par rapport au réservoir précité. Le plongeur pourrait être également utilisé pour chauffer le liquide conducteur de l'électricité. De plus, le dispositif de l'invention pourrait être mis en oeuvre dans d'autres domaines que celui de l'aciérie, notamment dans le domaine de la verrerie ou de la sucrerie ou toute autres industrie.