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" Perfectionnements aux systèmes de commande pour fours électri- ques à arc."
La présente invention concerne un système de commande de four électrique à arc et a comme but général la fourniture d'un système nouveau et perfectionné de la nature décrite.
Parmi les buts particuliers de l'invention, on peut citer la fourniture d'un système de commande nouveau et perfec- tionné combiné hydraulique et électrique pour un four à arc électrique.
Un autre but de l'invention est de fournir un système de commande qui est extrêmement sensible et répond rapidement, et qui est cependant stable, robuste et simple.
Un autre but est de fournir un système de commande comportant des mesures pour enlever automatiquement et rapide-
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ment les électrodes de la masse fondue en cas de panne de puis- sance vers le four et pour les enlever de même en cas de panne de puissance dans le système entier.
Un autre but encore est de fournir un système de com- mande réglé principalement par l'écoulement du courant à travers les électrodes et renfermant des moyens pour enlever une électro- de dans le cas où elle frappe la masse fondue sans formation d'arc.
Suivant la présente invention, dans un système de com- mande pour un four électrique à arc, on a prévu un moteur hy- draulique réversible associé à une électrode pour la rapprocher ou l'écarter de la masse fondue,et des moyens pour commander le fonctionnement du moteur renfermant un régulateur du type à in- jection comportant un ressort sollicitant le régulateur de ma- nière à obliger le moteur à retirer l'électrode de la masse fon- due, et des moyens électriques renfermant un moyen répondant à des variations dans l'état d'un arc électrique à partir d'un état choisi et disposé de façon à agir sur le régulateur pour le moteurpour que le moteur déplace l'électrode jusque dans une position telle qu'elle rétablit cet'' état.
Ces moyens électriques peuvent comprendre un moyen fonctionnant sous l'effet du courant s'écoulant dans l'arc et agissant sur le régulateur pour aider le ressort, et un moyen fonctionnant sous l'effet du voltage aux 'bornes de l'arc ou du voltage appliqué à l'électrode, lequel moyen est disposé de façon à agir sur le régulateur en opposition par rapport au ressort.
Des moyens de réglage peuvent être prévus en circuit avec le moyen répondant au courant ou au moyen répondant au voltage pour faire varier la réponse de celui-ci de telle manière que l'état choisi de l'arc peut être réglé.
Un moyen fonctionnant lorsque l'électrode repose sur
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la masse fondue peut être prévu pour rendre inactif le moyen répondant au voltage par rapport au ressort, de manière que l' électrode soit immédiatement retirée.
Ce moyen fonctionnant lorsque l'électrode repose sur la masse fondue peut comprendre un commutateur en circuit avec le moyen répondant au voltage, ce commutateur étqnt fermé lorsque l'électrode est suspendue au-dessus de la masse fondue et un moyen pour ouvrir ce commutateur lorsque l'électrode repose sur la masse fondue.
Le moyen répondant au voltage peut comprendre un premier solénoïde en connexion dans un circuit de façon à ré- pondre au votage aux bornes- de l'arc ou au voltage appliqué à l'arc et le moyen répondant au courant comprend un second solénoï- de en connexion dans un circuit de façon à répondre au courant traversant l'arc,et un rhéostat constituant le moyen réglable mentionné peut être mis en circuit avec le premier solénoïde.
Un autre rhéostat constituant également le moyen ré- glable peut être relié en parallèle avec le second solénoïde.
Dans un système de commande suivant la présente inven- tion, et comportant un régulateur du type à injection avec une tubulure montée à pivot, on peut prévoir une poutre montée à pivot entre ses extrémités, un moyen de transmettre le mouvement d'une partie de la poutre écartée du pivot vers la tubulure et un moyen d'appliquer des moments de rotation opposés à la poutre par des forces développées par les deux solénoïdes.
On peut prévoir un bras s'étendant rigidement à angle droit par rapport à la poutre à partir de son point de pivote- ment et un organe de transmission de mouvement entre ce bras et la tubulure constituant le moyen mentionné pour transmettre le mouvement d'une partie de la poutre.
D'autres buts et avantages ressortiront de la descrip- tion détaillée qui suit, prise conjointement avec les dessins
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annexés dans lesquels :
La fig. 1 est une vue schématique montrant un système de commande de four électrique à arc renfermant les caractéristi- ques de l'invention.
La fig. 2 est une vue schématique partielle illustrant une construction modifiée de la partie de commande électrique du système.
Bien que l'invention soit susceptible de diverses mo- difications et variantes de construction, elle est représentée ici et sera décrite ci-après sous une forme de réalisation pré- férée et une variante. L'invention ne doit toutefois pas être limitée de ce fait aux formes particulières représentées. Au contraire) elle couvre toutes les variantes de construction tom- bant dans le cadre de l'invention, tel qu'il est défini aux re- vendications annexées.
Le système de commande de four électrique à arc,tel qu'il est exposé à titre d'exemple à la fig. l,comprend d'une manière générale un four électrique à arc 5, des moyens de force motrice désignés généralement par 6 pour effectuer le mouvement des électrodes du four vers la masse fondue et à partir de celule- ci, des moyens de sécurité désignés d'une manière générale par 7 et des moyens électriques de commande 8 pour le moyen de force motrice, actionnés pour maintenir les électrodes du four dans la position désirée. Le four électrique à arc 5, de même que le reste de la construction.est représenté schématiquement seule- ment, avec 9 représentant la partie principale du four contenant la masse fondue 10.
Le four est du type triphasé et comporte donc trois électrodes 11 dont chacune peut être approchée et écartée indépendamment de la masse fondue. La puissance est fournie aux électrodes au moyen d'un transformateur T ayant un primaire P à connexion en Y et un secondaire S à connexion en delta, avec un conducteur 12 allant de chaque pointe du delta vers une des élec-
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trodes 11. Des prises sont de préférence prévues sur le secondai- re ou sur le primaire du transformateur en vue d'obtenir diffé- rentes entrées de puissance vers l'arc. Des prises 13 sont ici indiquées comme prévues sur l'enroulement primaire P.
Chacune des électrodes 11 est mobile indépendamment des autres électrodes comme on l'a indiqué déjà et, dans ce but, chacune d'entre elles a ses propres moyens de force motrice 6 et ses propres moyens de commande électrique 8. Comme les moyens de force motrice et le système de commande électrique sont les mê- mes pour chacune des électrodes 11, on n'a représenté qu'un seul des moyens de force motrice et un seul système de commande qui seront décrits ci-après. Il faut bien se rendre compte toutefois qu'il y a en réalité trois moyens de force motrice de ce genre et trois systèmes de commande électrique.
Pour obtenir l'avantage d'une accélération et d'un ralentissement rapides, des renverse- ments instantanés et d'autres avantages apparaîtront au cours de la description., Les moyens de force motrice comprennent un moteur hydraulique qui a ici la forme d'un moteur à piston en va-et-vient, comportant un cylindre 14 avec une lumière débouchant à chacune, de ses extrémités et un piston 15 en mouvement de va-et-vient dans le cylindre. Une tige de piston 16 s'étend dans les deux directions axiales à partir du piston 15 et traverse les fonds du cylindre 14 pour qu'il n'y ait pas de différence de volume entre les extrémités opposées du cylindre. A une extrémité du piston 16, on a fixé à celle-ci un contrepoids 17 destiné à équilibrer le poids d'une électrode 11.
A son autre extrémité, la tige de piston 16 est destinée à venir en prise pour le fonctionnement avec une des électrodes 11. Bien que les moyens pour transmettre le mouvement et la force du piston 15 à l'électrode puissent va- rier fortement, on les a représentésici comme composés d'un câble 18 relié par une extrémité à une électrode 11 et enroulé par 1' autre extrémité autour du tambour 19 d'un treuil 20. Le câble 18 passe évidemment sur des poulies 21 disposées en position conve-
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nable. L'extrémité de la tige de piston 16 porte une poulie 22 en prise avec le câble 18 entre le treuil et l'électrode, de ma- nière à effectuer un soulèvement par force motrice de l'électro- de tandis qu'on compte sur la pesanteur pour abaisser l'électro- de c'est-à-dire la rapprocher de la masse fondue.
Le treuil 20 est de préférence actionné à la main, ce qui permet le soulève- ment et l'abaissement à la main de l'électrode lorsque c'est né- cessaire ou désiré.
Le fluide fourni au cylindre 14 est commandé par un régulateur désigné d'une manière générale par 25, qui est ici du type "Askania" à injection. Un semblable régulateur comprend généralement un tuyau d'injection 26 à partir duquel sort un fluide sous pression. Le jet est dirigé contre une plaque pré- sentant deux orifices rapprochés 27 et 28 avec le tuyau d'injec- tion monté de façon mobile, de préférence à pivot, pour pouvoir être dirigé en vue de frapper à un degré égal les deux orifices ou à un degré plus fort un des orifices et à un degré moindre l'autre des orifices.
Bien que le tuyau d'injection puisse débi- ter différents fluides et agir pour régler l'alimentation en fluide vers le cylindre 14 indirectement, c'est-à-dire par l'intermédiaire d'autres dispositifs, le fluide ici débité par le tuyau d'injection 26 est de l'huile et est la même huile qui est fournie au cylindre 14 en vue d'obtenir une réponse plus di- recte et plus immédiate à tout mouvement du tuyau d'injection 26. Dans ce but, il part de l'orifice 27 un conduit 29 relié à la lumière débouchant dans l'extrémité supérieure du cylindre 14, à la fig. 1. De l'orifice 28 part un conduit 30 relié à la lumière débouchant dans l'extrémité inférieure du cylindre 14.
Dans le conduit 30 est interposée une soupape de retenue 31 agis- sant pour fermer le conduit 30 et empêcher l'écoulement du fluide dans le conduit 30 vers l'extrémité inférieure du cylindre 14, mais s'ouvrant pour permettre l'écoulement libre et sans restric-
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1 tion du fluide hors de l'extrémité inférieure du cylindre 14.
On a monté en dérivation autour de la soupape de retenue 31 un conduit 32 contenant une soupape de mesure 33 réglable à la main. Entre les conduits 29 et 30 on a monté un conduit de liai- son 34 contenant une soupape d'obturation 35, actionnable à la main, interposée dans le conduit. Dans les conduits 29 et 30, près de leur point de liaison aux orifices 27 et 28, on a inter- posé une soupape de commande principale rotative d'un type bien connu quelconque, capable de rendre des moyens de force motrice actionnables pour la commande automatique, c'est-à-dire la com- mande par le régulateur 25 ou pour couper le régulateur et obli- ger le fluide à être fourni sous pression soit à l'extrémité su- périeure du cylindre 14 pour soulever l'électrode 11, soit à l' extrémité inférieure du cylindre 14 pour abaisser l'électrode 11.
Il est fréquemment nécessaire de régler une semblable soupape 36 à partir dun point à distance. Cette commande à distance de la soupape 36 est ici représentée par le cadran 37, la poignée 38 et des moyens appropriés représentés en 39 pour relier la poi- gnée 38 et la soupape 36.
Le tuyau d'injection 26 du régulateur 25 est sollicité par un ressort de compression 40 dans une direction pour effec- tuer le soulèvement de l'électrode 11. Ce ressort prend appui à une extrémité contre le tuyau d'injection 26 et à l'autre extré- mité contre une roue de réglage 41 portée sur une partie fixe du régulateur. Il peut y avoir ou non, à volonté, dans le régu- lateur un second ressort de compression 42 agissant en opposition par rapport au ressort 40. Ce ressort 42 est également un ressort de compression prenant appui par une extrémité contre une partie fixe du régulateur, avec l'autre extrémité agissant sur le tuyau d'injection 26, mais le ressort 42 n'est jamais assez fort pour surmonter l'ction du ressort 40.
Pour commander le régulateur qui à son tour commande
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les moyens de force motrice 6, on a prévu le système de commande électrique 8 mentionné précédemment, établi de façon à fonction- ner sous l'effet de certaines caractéristiques de l'arc en vue de maintenir dans l'arc un certain état final et désiré. A cet effet, on a combiné au régulateur 25 des moyens procurant un cou- ple de torsion formé ici par les composantes représentant le cou- rant circulant dans l'arc et le voltage aux bornes de l'arc. Ces moyens comprennent une balance à fléau 43 pivotant entre ses ex- trémités sur un pivot 44 et comportant un bras 45 fixé rigidement au fléau et s'étendant à angle droit à partir de son point de pivotement, bras 45 contre lequel prend appui une extrémité du ressort 42.
Entre le bras 45 et le tuyau d'injection 26 se trou- ve un organe de transmission de mouvement 47. On a suspendu par pivot à une extrémité du fléau de balance 43 un noyau 48 et un solénoïde 49,tandis qu'on a suspendu à pivot à l'extrémité oppo- sée du fléau de balance un noyau 50 et un solénoïde 51. Le solé- noïde 49 est rendu capable de fonctionner sous l'effet du volta- ge aux bornes de l'arc et, à cet effet, il comporte une bobine 52 qui est de préférence alimentée par le voltage aux bornes de 1' arc par l'intermédiaire d'un transformateur 53 comportant un enroulement primaire 54 et un enroulement secondaire 55.
L'en- roulement secondaire est relié à la bobine 52 par les conducteurs
56 et 57. Une borne de l'enroulement primaire 54 est reliéepar un conducteur 58 à la coquille métallique faisant partie de 1' élément 9 contenant la matière fondue principale dans le four électrique. L'autre borne de l'enroulement primaire 54 est re- liée au conducteur 12 par un conducteur 59 dans lequel ohtinter- calés une lumière 60, une résistance variable 61, un rhéostat réglable 62, un certain nombre de résistances de commutateur à prise 63 et un commutateur 64.
Les résistances de commutateur à prise 63 sont prévues pour permettre le réglage du circuit pour la bobine 52 en concordance avec le voltage appliqué au trans-
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formateur de puissance tel qu'il est déterminé par des prises de changement 13. Par des moyens bien connus des électriciens, ces résistances peuvent être intercalées dans le circuit ou déta- chées de celui-ci par les mêmes moyens qui modifient les prises du transformateur de puissance T. Le rhéostat 62 sert en réalité de moyen pour déterminer le courant qui circule dans l'arc élec- trique tandis que la résistance variable 61 fonctionne conjoin- tement avec les ressorts 40 pour faire varier la sensibilité de la commande.
La sensibilité est augmentée lorsque la force du ressort 40 est diminuée et la sensibilité peut être rendue très grande, savoir pleine vitesse de commande, pour aussi peu que deux ou trois pour-cent de changement de la charge. Pour les applications en pratique, toutefois, la sensibilité sera réglée pour la pleine vitesse pour toutes les déviations plus grandes que dix pour cent, de changement de la charge et à une vitesse proportionnelle au changement de la charge pour des déviations moindres que dix pour -cent..
Il faut bien s'e représenter que le système de commande électrique de la fig. 1 est celui d'une électrode seulement. Le système complet comportera évidemment trois solénoïdes 49 et par conséquent trois transformateurs 53 chacun avec ses enroulements primaires 54. Dans ce système complet, les enroulements primaires 54 des trois transformateurs 53 sont reliés en Y au travers du secondaire S du transformateur T, avec le conducteur 58 comme conducteur commun allant du centre ou de la prise commune dans les enroulements 54 connectés en Y vers un côté du four.
Avec cette connexion, la bobine 52 de tous les solénoïdes 49 est exci- tée immédiatement lors de l'application d'énergie électrique au transformateur T même si aucun arc n'a été établi dans le four, les enroulements 54 se trouvant d'une manière bien connue par paires au travers des enroulements du secondaire S du transforma- teur T. Lors de l'établissement d'un arc, chaque enroulement 54
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est capable de fonctionner sous l'effet du voltage aux bor- nes de l'arc de l'électrode particulière à laquelle l'enroule- ment est associé.
Le commutateur 64 est sous la commande du câble 18 et fonctionne pour obliger l'électrode à se soulever chaque fois que le câble 18 devient lâche. Le commutateur 64 possède donc un contact fixe 65 et un contact mobile 66, le contact mobile étant écarté du contact fixe par un ressort de compression 67.
Le contact mobile 66 porte une poulie ou un suiveur 68 placé de façon à circuler sur le câble 18, avec le commutateur dans son ensemble en position telle que,lorsque le câble est tendu, c' est-à-dire lorsque l'électrode est supportée par le câble en de- hors de la masse fondue, le commutateur est fermé,mais que, dès chement qu'apparaît un certain rôla/ dans le câble, le ressort 67 oblige le sommet du commutateur à s'ouvrir, ce qui coupe le circuit vers un transformateur 53 et désexcite le solénoïde 49 et a pour ré- sultat un soulèvement immédiat de l'électrode par le moteur hy- draulique.
Le solénoïde 51 possède une bobine 70 semblable à la bobine 52 et cette bobine est excitée en concordance avec le cou- rant circulant dans l'arc, l'excitation étant faite de nouveau au moyen d'un transformateur 71. Le primaire 72 de ce transforma- teur est relié à la bobine 73 d'un transformateur de courant tandis que l'enroulement secondaire 74 est relié par les con- ducteurs 75 et 76 à la bobine 70. On a relié aux bornes des conducteurs 75 et 76 et en parallèle par rapport à la bobine 70, pour régler la réponse de celle-ci au courant circulant dans l'arc, une résistance variable 77. Les bobines 52 et 70 sont choisies en vue de fournir des valeurs de couple appropriées dans le fléau 43 pour le plus petit courant et le plus petit vol- tage à commander.
Pour un courant et un voltage plus grands jusqu'aux charges maxima, les valeurs du couple sont maintenues
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les mêmes que pour les charges minima au moyen des résistances variables 61 et 77, de façon à maintenir une sensibilité maximum à toutes les charges.
Le fluide débité par le tuyau d'injection pour actionner le moteur hydraulique est fourni par une pompe 80 actionnée par un moteur électrique 81. La pompe aspire du fluide d'un réservoir 82 et le débite dans un conduit 83 aboutissant au tuyau d'injec- tion 26. Le fluide débité par le tuyau d'injection 26 est rassem- blé par des moyens appropriés et usuels et renvoyé.au réservoir 82 par un conduit 84. Une soupape de trop-plein 85 est reliée au conduit 83 pour fournir un retour en contournement du fluide vers le réservoir 82,si la pression dans le conduit 83 s'élève au- dessus de la valeur pour laquelle la soupape de trop-plein est réglée.
Le moteur 81 peut être relié par des conducteurs 86 et 87 à une phase du circuit alimentant le transformateur de puis- sance T. Comme le moteur est un moteur électrique, la pompe ces- serait de fonctionner et par conséquent du fluide ne serait plus fourni par la pompe au tuyau d'injection dans le cas d'une panne de puissance électrique. Pour que dans ces circonstances l'élec- trode 11 puisse être soulevée dans la position retirée de façon à réduire la possibilité d'endommagement de celle-ci, des mesures sont prises pour fournir auxiliairement du fluide qui vient en jeu dans ce cas. Dans ce but,on a prévu un réservoir auxiliaire 88 destiné à être rempli d'huile à un certain niveau et maintenu sous une pression désirée par de l'air comprimé.
Du fond du réser- voir auxiliaire 88, un conduit 89 se rend. au conduit 83,,de telle sorte que l'huile du réservoir 88 peut prendre la place de l'hui- le normalement fournie par la pompe 80 dans le cas de panne de la puissance électrique. Un condmit d'arrivée d'air 90, alimenté par une source appropriée (non représentée), débouche au sommet du réservoir. Au sommet du réservoir auxiliaire débouche également
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un passage 91 de départ d'air, normalement commandé par une sou- pape à flotteur 92 prévue pour assurer la conservation de la quantité d'huile convenable dans le réservoir.
On a associé sup- plémentairement en relation de commande avec le tuyau de départ d'air 91 la soupape 93 actionnée par solénoïde, reliée par les conducteurs 94 auxconducteurs86 et 87 et pouvant fonctionner lorsqu'elle est excitée pour rester ouverte et fermant le con- duit d'air 91 lorsqu'elle est désexcitée. Une seconde soupape 95 actionnée par solénoïde est interposée dans le conduit 83 entre la pompe et le point de débit du conduit 89 dans le con- duit 83. Cette soupape est reliée par des conducteurs 96 aux conducteurs 94 et fonctionne pour rester ouverte lorsqu'elle est excitée et pour se fermer lors de la désexcitation de ma- nière à empêcher le fluide du réservoir auxiliaire de se déchar- ger en arrière à travers la pompe 80.
En vue d'assurer la conser- vation d'une pression d'air convenable au sommet du réservoir, les soupapes 97 et 98 sont interposées dans le conduit 90 d' arrivée d'air. La soupape 97 est actionnée par un dispositif 99 fonctionnant sous l'effet de la pression . , relié de façon à répondre à la pression d'air au sommet du réservoir auxiliaire et fonctionnant pour ouvrir la soupape lorsque la pression dans le réservoir tombe en-dessous d'une valeur désirée, par exemple 100 livres par pouce carré.
La soupape 98 est également action- née par un dispositif 100 fonctionnant sous l'effet de la pres- sion qui est nonçù, de façon à répondre à la pression dans le conduit 90 entre les soupapes 97 et 98 et fonctionne d'une ma- savoir nière opposée, /pour fermer la soupape 98 lorsque la pression dans le conduit 90 tombe en dessous de la pression désirée. Grâce à cette soupape,la perte de pression d'air du réservoir 88 est évitée dans le cas de panne de la source d'alimentation en air.
Pour la meilleure compréhension de l'invention, on en décrira brièvement le fonctionnement. On supposera que la poignée
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de commande 38 a été amenée par rotation dans la position automa- tique, ce qui oblige la soupape principale 36 à prendre une posi- tion par laquelle le moteur hydraulique est sous la commande du régulateur et du système de commande électrique. On supposera en outre que les prises 13 ont été réglées pour fournir la puissance désirée au four et qu'aucune puissance n'est encore fournie, vu que les résistances 63 ont été réglées en correspondance, que le rhéostat 62 a été réglé pour donner la valeur de courant désirée dans l'arc électrique et que les résistances 61 et'77 ont été réglées pour fournir la sensibilité désirée de la commande.
Si l'on suppose que le moteur 81 a été mis en marche et actionne la pompe 80 de telle manière que du fluide sous pression est dé- bité par le tuyau d'injection 26, comme il n'y a pas de voltage sur le four et par conséquent aucune excitation de la bobine de voltage 52, le ressort 40 surmonte l'action du 42 et fait pivoter le tuyau d'injection 26 en sens inverse de celui des aiguilles suivant d'une montre / la fig. 1, de façon à frapper l'orifice 27, ce qui fournit du fluide à l'extrémité supérieure du cylindre 14 et refoule le piston 15 vers le bas pour soulever l'électrode associée 11. Cette condition existe évidemment pour chacune des trois électrodes.
Si alors de l'énergie est fournie au primaire du transformateur T, la bobine de voltage 52 du solenoïde 49 est excitée parce que le commutateur 64 est fermé vu que le câble est tendu et supporte l'électrode et parce que l'enroulement 54 est en connexion en travers d'une branche du secondaire 8, comme on l'a décrit ci-dessus. La bobine 70 du solénoide de courant 51 reste toutefois désexcitée parce que jusqu'à présent aucun arc n'a été établi. La bobine 52 attire donc son noyau 48 avec une force telle qu'elle surmonte l'action du ressort 40 et provoque le pivotement du tuyau d'injection 26 dans le sens des aiguilles d'une montre.
Le fluide débité par le tuyau d'injection 26 frap-
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pe maintenant l'orifice 28, ce qui fournit du fluide à l'extré- mité inférieure du cylindre 14 et provoque un soulèvement du piston 15 avec un abaissement résultant de l'électrode associée 11. Il est à remarquer que, bien que le fluide débité par le tuyau d'injection 26 frappe carrément l'orifice 28, la vitesse à laquelle le fluide est fourni à l'extrémité inférieure du cylindre 14 est commandée par la soupape de mesure 33,vu que la soupape 31 empêche l'écoulement de fluide au cylindre, ce qui assure que l'électrode ne descend pas avec une rapidité telle qu'elle frappe la massefondueavec une force suffisante pour briser l'électrode.
Toutes les électrodes frappent normalement le bain sensiblement en même temps, avec ce résultat que les arcs sont établis d'une électrode à l'autre par l'intermédiaire de la masse fondue. Dès que les arcs sont établis, le courant circule par les conducteurs 12 et par conséquent la bobine de courant 70 est excitée pour attirer son noyau 50 et ajouter sa force à celle du ressort 40. Comme les électrodes sont très près de la masse fondue,l'arc est court et par conséquent l'écoule- ment de courant est élevé et le voltageaux bornes de l'arc est faible et la bobine 70 est alors excitée avec une force suffi- sante pour surmonter, avec l'aide du ressort 40, la force de la bobine de voltage 52.
Le tuyau d'injection 26 est alors mis en pivotement en sens inverse de celui des aiguilles d'une mon- tre, ce qui provoque l'envoi de son jet dans une plus grande mesure sur l'orifice 27 que sur l'orifice 28 et a pour résultat e un mouvement de descnte du piston 15 et un soulèvement ou un retrait de l'électrode 11. Lorsque l'électrode est soulevée, 1' arc devient naturellement plus long, la chute du voltage augmente tahdis que le passage du courant diminue, avec des effets corres- pondants sur la bobine de voltage et de courant 52 et 70 respec-
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tivement, et avec ce résultat qu'd3jT[L't.i'htëffëcie'ëuii point où les forces agissant sur le tuyau d'injection 26 sont équili-
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/ brées; le piston 15 vient alors au repos et reste dans cette position aussi longtemps que ces conditions régnent.
Si pour l'une ou l'autre raison l'arc s'éteint, la bobine de courant 70 est immédiatement désertée tandis que la bobine de voltage 52 reste excitée et est de plus fortement excitée, ce qui surmonte l'action du ressort 40 et oblige le régulateur à effectuer un abaissement immédiat de l'électrode jusqu'à ce que l'arc soit de nouveau rétabli et étendu sur une longueur produisant le passage du courant désiré. Si la masse fondue s'affaisse de façon à raccoup- cir la lnngueur de l'arc, la bobine de courant 70 sera fortement excitée tandis que la bobine de voltage 52 sera moins fortement excitée, ce qui a pour résultat que le régulateur oblige l'élec- trode à se soulever.
Ceci se produit rapidement parce que le conduit 29 partant de l'orifice 27 vers l'extrémité supérieure prévu du cylindre 14 est/sans étranglement,de sorte que l'électrode sera enlevée avant qu'elle puisse subir un endommagement.
Si une des électrodes, au début du fonctionnement du four, atteint la masse fondue de telle manière qu'elle est suffi- samment en avance sur les deux autres électrodes pour qu'il ne s'établisse pas d'arc ou si,pour une autre raison, aucun arc ne s'est établi lorsque l'électrode touche la masse fondue, le sys- tème ici prévu arrête le mouvement de descente de l'électrode qui pourrait provoquer la rupture de l'électrode tout en ainte- nant en même temps l'électrode en suspension sur la masse fondue pour permettre l'établissement de l'arc dès que les conditions sont convenables. Si donc une électrode frappe la masse fondue sans qu'un arc soit établi, il appraîtra un relâchement dans le câble 18 avec ce résultat que le commutateur 64 s'ouvre.
Ceci désexci- terait la bobine de voltage 52 et ramènerait la régulateur à la commahde du ressort 40, qui ferait alors pivoter le tuyau d'in- jection 26 pour provoquer le mouvement du piston 15 dans une di- rection pour soulever l'électrode. Ce mouvement du piston 15
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dans une direction soulevant l'électrode mettra le câble 18 sous tension, ce qui ferme le commutateur 64 excitant la bobine de vol- tage 52 qui surmontera l'action du ressort 40 et obligeant le régulateur à fournir du fluide au cylindre 14 d'une manière produisant l' sera suspendue abaissement de l'électrode. On voit donc que l'électrode / au-dessus du bain jusqu'à ce que l'arc soit établi.
Si après 1' établissement de l'arc, le câble 18 devient lâche pour une rai- son quelconque telle qu'un affaissement de la masse fondue, le commutateur 64 s'ouvrira et la bobine de voltage 52 sera deséxci- tée, avec un mouvement rapide et immédiat du piston 15 dans une direction retirant l'électrode.
S'il se produit une panne de puissance, il serait dési- rable évidemment de retirer les électrodes. Ce résultat est obte- nu, malgré que le moteur 81 n'actionne pas la pompe 80, à cause de la réserve du fluide maintenu sous pression. Une panne de puissance aurait évidemment comme résultat la désexcitation de la bobine de voltage 52 et également de courant 7 ) ce qui réta- blirait la commande du tuyau d'injection 26 par le ressort 40 exclusivement, lequel ferait alors pivoter le tuyau d'injection dans une direction ayant pour effet un soulèvement de l'électro- de. Bien que la pompe 80 ne débite pas de fluide, une quantité de fluide suffisante pour soulever l'électrode sera débitée par le réservoir auxiliaire 88.
La panne de puissance désexcitera les soupapes de solénoïde 93 et 95,ce qui ferme l'orifice de départ d'air 91 et ferme la soupape 95 pour empêcher l'écoulement en retour du fluide du réservoir auxiliaire, à travers la pompe. Une transition de l'alimentation de fluide pour le tuyau d'injection, de la pompe au réservoir auxiliaire a donc lieu immédiatement et sans interruption de débit du jet.
Il est évidemment seulement nécessaire que le réservoir contienne suffisamment de fluide pour refouler le piston 15 associé à chacune des trois électrode, sur
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que toute sa course de soulèvement de l'électrode, vu / le poids d'une électrode est contrebalancé et que, lorsqu'elle est soulevée, elle reste dans la position soulevée sans enaassureren @ une arrivée constante de fluide sous pression à l'extrémité supérieure du cylindre 14.
Si même l'arrivée d'air au réservoir auxiliaire manque, l'air se trouvant déjà dans le réservoir et sous pression sera . enfermé par la fermeture de la soupape 98, qui est actionnée par un dis- positif répondant à la pression et fonctionnant sous l'effet de la régnant 90,prévu pression dans le conduit / à alimentation en air/entre les sou- papes 97 et 98. Cet air sous pression renfermé dans le sommet du réservoir est suffisant pour produire un soulèvement des électro- des.
Dans la forme modifiée de l'invention représentée à la fig. 2, on a pris des mesures pour que le système réponde seule- repondant ment au courant circulant dans l'arc, contrairement au système / au courant et au voltage qui a été décrite plus haut, mais on conserve en même temps la caractéristique qu'on oblige une élec- trode à planer au-dessus de la masse fondue jusqu'à ce que l'arc soit établi. Ceci est réalisé dans la forme modifiée par un chan- gement du moyen répondant au voltage, le reste du système étant conservé comme on l'a décrit plus haut. En conséquence, lorsque les systèmes sont semblables les pièces ou les éléments représen- tés à la fig. 2 ont été désignés par les mêmes chiffres de réfé- rence, avec un indice prime.
Il suffira de dire que la forme mo- difiée de l'invention comprend un four électrique à arc 51 com- portant une électrode 11' alimentée en énergie électrique à par- tir d'un transformateur T' dont le secondaire S' a son enroule- ment relié en delta, avec chaque jonction ou angle relié par un conducteur 12' à l'une des électrodes 11'. Chaque électrode est rapprochée ou écartée de la masse fondue par un moteur hydrauli- que comportant un cylindre 14' et un piston 15', ce dernier pis- ton 15' agissant pour soulever ou abaisser l'électrode par l'in-
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termédiaire d'un câble 18'. L'arrivée du fluide au cylindre 14' se fait sous la commande d'un régulateur 25' du type à tuyau d' injection.
Ce régulateur comporte, entre autres choses, un res- sort de compression 40' agissant pour faire pivoter un tube d' injection 26' dans une direction provoquant le retrait de 1' électrode de la masse fondue. Pour commander le régulateur, on a prévu un moyen fournissant un couple de torsion, comportant un fléau 43' avec un solénoïde 51' associé à celui-ci et fonc- aux bornes de tionnant sous l'effet du courant s'écoulant/ l'arc de l'électrode, pour aider le ressort de compression 40', comme on l'a décrit précédemment.
Un solénoïde 105 est destiné à agir en opposition par rapport au ressort 40' et comporte une bobine 106 et un noyau 107. Le noyau est relié au fléau 43', à l'extrémité opposée au solénoïde 51', par l'intermédiaire d'un ressort de tension 108 et le mouvement du noyau sous l'influence de la bobine 106 lors- qu'elle est excitée est limité par un arrêt 109, de telle façon que la sollicitation produite par le solénoïde est fixe et indé- pendante de la valeur de l'excitation de la bobine 106. La bobi- ne 106 est destinée à être excitée dans les conditions normales lorsqu'un voltage est appliqué à l'électrode, bien que cette excitation soit dépendante de la mise en position convenable de l'électrode 11'.
A cet effet, la bobine 106 est reliée en tra- vers d'une phase de l'enroulement secondaire S' du transforma- teur T', au moyen de conducteurs 110 et 111. Dans le conducteur lll on a incorporé un commutateur 64' associé au câble 18' de façon à être fermé lorsque le câble est tendu et à s'ouvrir lors relâchement de l'apparition d'un / dans le câble, ce qui se produit lors- que l'électrode repose sur la masse fondue.
Le fonctionnement de cette forme modifiée de l'inven- tion est en général semblable à celui décrit pour la forme pré-
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férée et on supposera par conséquent, qu'il est facilement compré- hensible. Il suffira de dire que lors de l'application d'énergie électrique au transformateur T' la bobine 106 est excitée, attire le noyau 107 vers le bas jusqu'à la limite de son mouvement, dé- terminée par l'arrêt 109, ce qui met sous tension le ressort 108 l'action et impose ainsi une sollicitation au régulateur surmontant /,'du ressort 40', avec ce résultat que le régulateur effectue un abaissement de l'électrode par le moteur hydraulique.
Si,,lorsque l'électrode vient en contact avec la masse fondue un arc est établi, la bobine de courant du solénoïde 51' est excitée et, comme on l'a indiqué, elle ejoute à l'action du ressort celle du 40' de façon à surmonter / ressort 108 et à faire pivoter le tuyau d'injection 26' pour produire un soulèvement de l'électro- de. Lorsque l'électrode est soulevée et que l'arc est allongé, le courant circulant dans l'arc est évidemment réduit et avec la réduction dans le courant la force du solénoïde 51' est rédui- te jusqu'à un point tel que le jet débité par le tuyau d'injec- tion 26' frappe dans une mesure égale les orifices 27' et 28' pour arrêter le moteur hydraulique et en même temps l'électrode associée à celui-ci.
Si en s'abaissant vers la masse fondue, 1' électrode frappe la masse fondue sans établir un arc et permet au câble 18' de devenir lâche le commutateur 64' est ouvert, et coupe le circuit vers la bobine 106, ce qui permet au ressort 40' de commander le tuyau d'injection 26' et de le faire pivoter dans une direction provoquant le soulèvement de l'électrode. Dès que le moteur hydraulique commence à soulever l'électrode, le câble 18' devient évidemment de nouveau tendu, ce qui ferme le commutateur et permet à la bobine 106 du solénoïde de voltage 105 de s'exciter de nouveau. Ceci provoque de nouveau l'abaisse- ment de l'électrode de sorte que l'électrode est maintenue en suspension au-dessus du bain.
Si le voltage appliqué aux élec-
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trodes vient à manquer pour l'une ou l'autre raison, ou si le câble 18' devient lâche, par exemple lors de l'affaissement de la masse fondue, le solénoïde 105 serait immédiatement désexcité et provoquerait le soulèvement de l'électrode.
REVENDICATIONS.
1. Un système de commande pour un four électrique à arc, dans lequel on a prévu un moteur hydraulique réversible associé à une électrode pour l'approcher ou l'écarter de la masse fondue, et des moyens pour commander le fonctionnement du moteur, comprenant un régulateur du type à injection comportant un res- sort qui sollicite le régulateur de manière à obliger le moteur à retirer l'électrode de la masse fondue, et des moyens électri- ques renfermant un moyen fonctionnant sous l'effet de variations dans l'état de l'arc électrique à partir d'un état choisi préala- blement, et disposé de façon à agir sur le régulateur pour le moteur de façon que le moteur amène l'électrode dans une posi- tion telle qu'elle rétablit cet état.
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"Improvements to control systems for electric arc furnaces."
The present invention relates to an electric arc furnace control system and has as a general object the provision of a new and improved system of the nature described.
Among the particular objects of the invention may be mentioned the provision of a new and improved combined hydraulic and electric control system for an electric arc furnace.
Another object of the invention is to provide a control system which is extremely sensitive and responds quickly, and which is however stable, robust and simple.
Another object is to provide a control system comprising measures for automatic and rapid removal.
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The electrodes from the molten mass in the event of power failure to the furnace and also to remove them in the event of power failure in the entire system.
Still another object is to provide a control system regulated primarily by the flow of current through the electrodes and including means for removing an electrode in the event that it strikes the melt without arcing.
According to the present invention, in a control system for an electric arc furnace, there is provided a reversible hydraulic motor associated with an electrode for bringing it closer to or away from the molten mass, and means for controlling the mass. operation of the engine including an injection type regulator comprising a spring biasing the regulator so as to force the engine to remove the electrode from the molten mass, and electrical means including a means responsive to variations in the state of an electric arc from a state chosen and arranged to act on the regulator for the motor so that the motor moves the electrode to a position such as to re-establish this state.
These electrical means may include means operating under the effect of the current flowing in the arc and acting on the regulator to assist the spring, and means operating under the effect of the voltage across the arc or the arc. voltage applied to the electrode, which means is arranged so as to act on the regulator in opposition to the spring.
Adjustment means may be provided in circuit with the current responsive or voltage responsive means to vary the response thereof so that the selected state of the arc can be adjusted.
A means that works when the electrode rests on
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the melt may be provided to disable the voltage responsive means with respect to the spring, so that the electrode is immediately withdrawn.
This means operating when the electrode rests on the molten mass may include a switch on with the voltage responsive means, this switch being closed when the electrode is suspended above the molten mass, and a means for opening this switch when the electrode rests on the melt.
The voltage responsive means may comprise a first solenoid connected in a circuit to respond to the voltage across the arc or the voltage applied to the arc and the current responsive means comprises a second solenoid. connected in a circuit so as to respond to the current flowing through the arc, and a rheostat constituting the mentioned adjustable means can be switched on with the first solenoid.
Another rheostat also constituting the adjustable means can be connected in parallel with the second solenoid.
In a control system according to the present invention, and comprising an injection-type regulator with a pivotally mounted tubing, a beam mounted pivotably between its ends may be provided, a means of transmitting the movement of a part of it. the beam spaced from the pivot towards the tubing and a means of applying opposite rotational moments to the beam by forces developed by the two solenoids.
It is possible to provide an arm extending rigidly at right angles to the beam from its pivot point and a member for transmitting movement between this arm and the tubing constituting the means mentioned for transmitting the movement of a. part of the beam.
Other objects and advantages will become apparent from the following detailed description taken in conjunction with the drawings.
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appended in which:
Fig. 1 is a schematic view showing an electric arc furnace control system incorporating the features of the invention.
Fig. 2 is a partial schematic view illustrating a modified construction of the electrical control portion of the system.
Although the invention is susceptible to various modifications and variations in construction, it is represented herein and will be described hereinafter in a preferred embodiment and an alternative. The invention should not however be limited by this fact to the particular shapes shown. On the contrary) it covers all the construction variants falling within the scope of the invention, as defined in the appended claims.
The electric arc furnace control system, as shown by way of example in FIG. 1, generally comprises an electric arc furnace 5, motive force means generally designated by 6 to effect the movement of the electrodes of the furnace towards the molten mass and from the latter, safety means designated d 'generally by 7 and electric control means 8 for the motive force means, actuated to maintain the electrodes of the oven in the desired position. The electric arc furnace 5, as well as the rest of the construction, is shown schematically only, with 9 representing the main part of the furnace containing the melt 10.
The furnace is of the three-phase type and therefore comprises three electrodes 11, each of which can be approached and moved apart independently of the melt. Power is supplied to the electrodes by means of a transformer T having a Y-connected primary P and a delta-connected S secondary, with a conductor 12 running from each tip of the delta to one of the electrodes.
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Trodes 11. Taps are preferably provided on the secondary or on the primary of the transformer in order to obtain different power inputs to the arc. Sockets 13 are here indicated as provided on the primary winding P.
Each of the electrodes 11 is movable independently of the other electrodes as already indicated and, for this purpose, each of them has its own motive force means 6 and its own electric control means 8. Like the force means motive power and the electrical control system are the same for each of the electrodes 11, only one of the motive force means and a single control system have been shown which will be described below. It should be realized, however, that there are in reality three such motive power means and three electrical control systems.
To obtain the advantage of rapid acceleration and deceleration, instant reversals and other advantages will become apparent from the description. The motive force means comprise a hydraulic motor which here has the form of a. a reciprocating piston engine, comprising a cylinder 14 with an opening opening at each of its ends and a piston 15 in reciprocating motion in the cylinder. A piston rod 16 extends in both axial directions from the piston 15 and passes through the bottoms of the cylinder 14 so that there is no difference in volume between the opposite ends of the cylinder. At one end of the piston 16, a counterweight 17 has been attached thereto for balancing the weight of an electrode 11.
At its other end, the piston rod 16 is intended to engage for operation with one of the electrodes 11. Although the means for transmitting the movement and force of the piston 15 to the electrode can vary greatly, it is possible to vary greatly. has shown them here as composed of a cable 18 connected at one end to an electrode 11 and wound at the other end around the drum 19 of a winch 20. The cable 18 obviously passes over pulleys 21 arranged in a suitable position.
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nable. The end of the piston rod 16 carries a pulley 22 in engagement with the cable 18 between the winch and the electrode, so as to effect a motive force lifting of the electrode while relying on gravity to lower the electro-, that is to say, to bring it closer to the molten mass.
The winch 20 is preferably hand operated, which allows the electrode to be raised and lowered by hand when necessary or desired.
The fluid supplied to cylinder 14 is controlled by a regulator generally designated 25, which here is of the "Askania" injection type. Such a regulator generally comprises an injection pipe 26 from which a pressurized fluid exits. The jet is directed against a plate having two closely spaced orifices 27 and 28 with the injection pipe movably mounted, preferably pivotally, so as to be able to be directed with a view to striking the two orifices to an equal degree or to a greater degree one of the orifices and to a lesser degree the other of the orifices.
Although the injection pipe can deliver various fluids and act to regulate the supply of fluid to cylinder 14 indirectly, that is to say through other devices, the fluid here delivered by the cylinder. injection pipe 26 is oil and is the same oil which is supplied to cylinder 14 in order to obtain a more direct and immediate response to any movement of injection pipe 26. For this purpose it is starts from the orifice 27 a duct 29 connected to the slot opening into the upper end of the cylinder 14, in FIG. 1. From the orifice 28 leaves a duct 30 connected to the port opening into the lower end of the cylinder 14.
In the conduit 30 is interposed a check valve 31 acting to close the conduit 30 and prevent the flow of fluid in the conduit 30 to the lower end of the cylinder 14, but opening to allow free flow and without restriction
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Release the fluid out of the lower end of cylinder 14.
A duct 32 containing a manually adjustable measuring valve 33 has been mounted around the check valve 31 as a bypass. Between the conduits 29 and 30 is mounted a connecting conduit 34 containing a shut-off valve 35, operable by hand, interposed in the conduit. In conduits 29 and 30, near their point of connection to ports 27 and 28, there has been interposed a rotary main control valve of any well known type capable of rendering motive force means operable for the control. automatic, that is to say the command by the regulator 25 or to cut the regulator and oblige the fluid to be supplied under pressure either to the upper end of the cylinder 14 to lift the electrode 11 , or at the lower end of cylinder 14 to lower electrode 11.
It is frequently necessary to adjust such a valve 36 from a remote point. This remote control of the valve 36 is here represented by the dial 37, the handle 38 and appropriate means represented at 39 for connecting the handle 38 and the valve 36.
The injection pipe 26 of the regulator 25 is biased by a compression spring 40 in one direction to effect the lifting of the electrode 11. This spring bears at one end against the injection pipe 26 and on the back. the other end against an adjusting wheel 41 carried on a fixed part of the regulator. There may or may not be, at will, in the regulator a second compression spring 42 acting in opposition to the spring 40. This spring 42 is also a compression spring bearing at one end against a fixed part of the regulator. , with the other end acting on the injection pipe 26, but the spring 42 is never strong enough to overcome the action of the spring 40.
To control the regulator which in turn controls
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the motive force means 6, provision has been made for the aforementioned electrical control system 8, established so as to operate under the effect of certain characteristics of the arc in order to maintain in the arc a certain final state and longed for. For this purpose, the regulator 25 has been combined with means providing a torsional torque formed here by the components representing the current flowing in the arc and the voltage at the terminals of the arc. These means comprise a beam balance 43 pivoting between its ends on a pivot 44 and comprising an arm 45 rigidly fixed to the beam and extending at right angles from its pivot point, arm 45 against which one end bears. spring 42.
Between the arm 45 and the injection pipe 26 is a motion transmission member 47. A core 48 and a solenoid 49 have been suspended by a pivot from one end of the balance beam 43, while one has suspended. pivoted at the opposite end of the balance beam a core 50 and a solenoid 51. The solenoid 49 is made capable of operating under the effect of the voltage across the arc and, for this purpose , it comprises a coil 52 which is preferably supplied with the voltage across the arc through a transformer 53 comprising a primary winding 54 and a secondary winding 55.
The secondary winding is connected to the coil 52 by the conductors
56 and 57. A terminal of the primary winding 54 is connected by a conductor 58 to the metal shell forming part of the element 9 containing the main molten material in the electric furnace. The other terminal of the primary winding 54 is connected to the conductor 12 by a conductor 59 in which interposed a light 60, a variable resistor 61, an adjustable rheostat 62, a number of tap switch resistors 63 and a switch 64.
The tap-switch resistors 63 are provided to allow adjustment of the circuit for coil 52 to match the voltage applied to the trans-
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power trainer as determined by change taps 13. By means well known to electricians, these resistors can be interposed in the circuit or detached from it by the same means which modify the taps of the transformer power T. Rheostat 62 actually serves as a means to determine the current flowing in the electric arc while variable resistor 61 works in conjunction with springs 40 to vary the sensitivity of the control.
The sensitivity is increased as the force of the spring 40 is decreased and the sensitivity can be made very high, ie full drive speed, for as little as two or three percent change in load. For practical applications, however, the sensitivity will be set for full speed for all deviations greater than ten percent of load change and at a rate proportional to the change in load for deviations less than ten percent - hundred..
It must be understood that the electrical control system of FIG. 1 is that of an electrode only. The complete system will obviously include three solenoids 49 and therefore three transformers 53 each with its primary windings 54. In this complete system, the primary windings 54 of the three transformers 53 are connected in Y through the secondary S of the transformer T, with the conductor. 58 as a common conductor running from the center or common socket in the Y-connected windings 54 to one side of the furnace.
With this connection, the coil 52 of all the solenoids 49 is energized immediately upon the application of electrical energy to the transformer T even though no arcing has been established in the furnace, the windings 54 being in one position. well known way in pairs through the windings of the secondary S of transformer T. When establishing an arc, each winding 54
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is capable of operating under the effect of the voltage at the arc terminals of the particular electrode with which the winding is associated.
Switch 64 is under the control of cable 18 and operates to cause the electrode to lift up whenever cable 18 becomes loose. The switch 64 therefore has a fixed contact 65 and a movable contact 66, the movable contact being separated from the fixed contact by a compression spring 67.
The movable contact 66 carries a pulley or follower 68 placed so as to circulate on the cable 18, with the switch as a whole in a position such that when the cable is stretched, that is to say when the electrode is supported by the cable outside the molten mass, the switch is closed, but as soon as a certain role appears in the cable, the spring 67 forces the top of the switch to open, which cuts off the circuit to a transformer 53 and de-energizes the solenoid 49 and results in an immediate lifting of the electrode by the hydraulic motor.
The solenoid 51 has a coil 70 similar to the coil 52 and this coil is energized in accordance with the current flowing in the arc, the energization being again made by means of a transformer 71. The primary 72 of this The transformer is connected to the coil 73 of a current transformer while the secondary winding 74 is connected by the conductors 75 and 76 to the coil 70. The terminals of the conductors 75 and 76 have been connected and in parallel relative to the coil 70, to adjust the response thereof to the current flowing in the arc, a variable resistor 77. The coils 52 and 70 are chosen in order to provide appropriate torque values in the beam 43 for the smallest current and smallest vol- tage to be controlled.
For higher current and voltage up to maximum loads, torque values are maintained
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the same as for the minimum loads by means of the variable resistors 61 and 77, so as to maintain maximum sensitivity to all the loads.
The fluid delivered by the injection pipe to actuate the hydraulic motor is supplied by a pump 80 actuated by an electric motor 81. The pump sucks fluid from a reservoir 82 and delivers it into a conduit 83 leading to the injection pipe. - tion 26. The fluid delivered by the injection pipe 26 is collected by suitable and usual means and returned to the reservoir 82 by a pipe 84. An overflow valve 85 is connected to the pipe 83 to provide a bypass return of the fluid to the reservoir 82, if the pressure in the conduit 83 rises above the value for which the overflow valve is set.
The motor 81 can be connected by conductors 86 and 87 to a phase of the circuit supplying the power transformer T. As the motor is an electric motor, the pump would cease to operate and consequently fluid would no longer be supplied. by the pump to the injection pipe in the event of an electrical power failure. In order that under these circumstances the electrode 11 can be lifted into the withdrawn position so as to reduce the possibility of damage thereto, measures are taken to provide auxiliary fluid which comes into play in this case. For this purpose, an auxiliary reservoir 88 has been provided, intended to be filled with oil to a certain level and maintained under a desired pressure by compressed air.
From the bottom of the auxiliary tank 88, a conduit 89 flows. to the conduit 83, so that the oil in the reservoir 88 can take the place of the oil normally supplied by the pump 80 in the event of failure of the electric power. An air inlet condmit 90, supplied by a suitable source (not shown), opens at the top of the reservoir. At the top of the auxiliary tank also opens
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an air outlet passage 91, normally controlled by a float valve 92 provided to ensure the conservation of the appropriate quantity of oil in the reservoir.
Also associated in a control relation with the air supply pipe 91 is the solenoid actuated valve 93, connected by the conductors 94 to the conductors 86 and 87 and operable when energized to remain open and closing the valve. air duct 91 when it is de-energized. A second solenoid actuated valve 95 is interposed in conduit 83 between the pump and the flow point of conduit 89 in conduit 83. This valve is connected by conductors 96 to conductors 94 and operates to remain open when is energized and to close on de-energization so as to prevent the auxiliary reservoir fluid from discharging backwards through the pump 80.
In order to ensure the maintenance of a suitable air pressure at the top of the reservoir, the valves 97 and 98 are interposed in the duct 90 for the air inlet. The valve 97 is actuated by a device 99 operating under the effect of pressure. , connected so as to respond to the air pressure at the top of the auxiliary tank and operative to open the valve when the pressure in the tank falls below a desired value, for example 100 pounds per square inch.
The valve 98 is also actuated by a device 100 operating under the effect of the pressure which is mentioned above, so as to respond to the pressure in the conduit 90 between the valves 97 and 98, and operates in a controlled manner. namely opposite, / to close the valve 98 when the pressure in the conduit 90 falls below the desired pressure. By virtue of this valve, the loss of air pressure from the reservoir 88 is avoided in the event of failure of the air supply source.
For the best understanding of the invention, its operation will be briefly described. It will be assumed that the handle
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Control 38 has been rotated to the automatic position, which causes the main valve 36 to assume a position whereby the hydraulic motor is under control of the governor and the electrical control system. It will further be assumed that the taps 13 have been set to provide the desired power to the oven and that no power is yet supplied, as the resistors 63 have been set correspondingly, that the rheostat 62 has been set to give the desired current value in the electric arc and that resistors 61 and'77 have been adjusted to provide the desired sensitivity of the control.
Assuming that the engine 81 has been started and operates the pump 80 in such a way that pressurized fluid is discharged through the injection pipe 26, as there is no voltage on the oven and consequently no energization of the voltage coil 52, the spring 40 overcomes the action of the 42 and rotates the injection pipe 26 counterclockwise in the direction of clockwise / FIG. 1, so as to strike the orifice 27, which supplies fluid to the upper end of the cylinder 14 and forces the piston 15 downwards to lift the associated electrode 11. This condition obviously exists for each of the three electrodes.
If then power is supplied to the primary of transformer T, the voltage coil 52 of the solenoid 49 is energized because the switch 64 is closed as the cable is taut and supporting the electrode and because the winding 54 is in connection across a branch of the secondary 8, as described above. The coil 70 of the current solenoid 51, however, remains de-energized because so far no arcing has been established. The coil 52 therefore attracts its core 48 with a force such that it overcomes the action of the spring 40 and causes the injection pipe 26 to pivot in the direction of clockwise.
The fluid delivered by the injection pipe 26 frap-
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eg maintaining orifice 28, which supplies fluid to the lower end of cylinder 14 and causes piston 15 to rise with resulting lowering of associated electrode 11. Note that although fluid delivered by injection pipe 26 squarely hits port 28, the rate at which fluid is supplied to the lower end of cylinder 14 is controlled by metering valve 33, as valve 31 prevents the flow of fluid to the cylinder, which ensures that the electrode does not descend with such rapidity as to strike the molten mass with sufficient force to break the electrode.
All the electrodes normally strike the bath at substantially the same time, with the result that the arcs are established from one electrode to the other via the melt. As soon as the arcs are established, current flows through the conductors 12 and therefore the current coil 70 is energized to attract its core 50 and add its force to that of the spring 40. As the electrodes are very close to the melt, the arc is short and therefore the current flow is high and the voltages at the arc terminals are low and the coil 70 is then energized with sufficient force to overcome, with the help of the spring 40 , the strength of the voltage coil 52.
The injection pipe 26 is then pivoted in an anti-clockwise direction, which causes its jet to be sent to a greater extent on the orifice 27 than on the orifice 28. and results in a downward movement of the piston 15 and a lifting or withdrawal of the electrode 11. When the electrode is lifted, the arc naturally becomes longer, the voltage drop increases as the current flows. decreases, with corresponding effects on the voltage and current coil 52 and 70 respec-
EMI14.1
tively, and with this result that d3jT [L't.i'htëffëcie'ëuii point where the forces acting on the injection pipe 26 are balanced.
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/ brées; the piston 15 then comes to rest and remains in this position as long as these conditions prevail.
If for any reason the arc goes out, the current coil 70 is immediately deserted while the voltage coil 52 remains energized and is further strongly energized, which overcomes the action of the spring 40. and causes the regulator to perform an immediate lowering of the electrode until the arc is again reestablished and extended for a length producing the desired current flow. If the molten mass collapses so as to cut off the arc length, the current coil 70 will be strongly energized while the voltage coil 52 will be less strongly energized, resulting in the regulator forcing the voltage. electrode to lift.
This happens quickly because the conduit 29 from port 27 to the intended upper end of cylinder 14 is / un-throttled, so the electrode will be removed before it can be damaged.
If one of the electrodes, at the start of operation of the furnace, reaches the molten mass in such a way that it is sufficiently ahead of the other two electrodes so that an arc is not established or if, for a another reason, no arc is established when the electrode touches the molten mass, the system provided here stops the downward movement of the electrode which could cause the rupture of the electrode while at the same time maintaining time the electrode suspended on the melt to allow the arc to establish as soon as conditions are suitable. If, therefore, an electrode strikes the molten mass without an arc being established, a slack will appear in the cable 18 with the result that the switch 64 opens.
This would de-energize the voltage coil 52 and return the regulator to the control of the spring 40, which would then rotate the injection pipe 26 to cause the movement of the piston 15 in a direction to lift the electrode. This movement of the piston 15
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in a direction raising the electrode will energize the cable 18, which closes the switch 64 energizing the vol- tage coil 52 which will overcome the action of the spring 40 and cause the regulator to supply fluid to the cylinder 14 at a rate. way producing the will be suspended lowering of the electrode. It is therefore seen that the electrode / above the bath until the arc is established.
If after establishing the arc, wire 18 becomes loose for any reason such as melt sag, switch 64 will open and voltage coil 52 will be de-energized, with a rapid and immediate movement of the piston 15 in a direction withdrawing the electrode.
If a power failure occurs, it would obviously be desirable to remove the electrodes. This result is obtained, although the motor 81 does not actuate the pump 80, because of the reserve of fluid maintained under pressure. A power failure would obviously result in the de-energization of the voltage coil 52 and also of the current 7) which would re-establish the control of the injection pipe 26 by the spring 40 exclusively, which would then rotate the injection pipe. in a direction causing the electrode to lift. Although the pump 80 does not deliver fluid, a sufficient quantity of fluid to lift the electrode will be delivered by the auxiliary reservoir 88.
The power failure will de-energize the solenoid valves 93 and 95, which closes the air supply port 91 and closes the valve 95 to prevent the backflow of fluid from the auxiliary tank, through the pump. A transition of the supply of fluid to the injection pipe, from the pump to the auxiliary tank therefore takes place immediately and without interrupting the flow of the jet.
It is obviously only necessary that the reservoir contains sufficient fluid to deliver the piston 15 associated with each of the three electrodes, on
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that its entire lifting stroke of the electrode, seen / the weight of an electrode is counterbalanced and that when it is lifted it remains in the lifted position without ensuring a constant supply of pressurized fluid at the end upper cylinder 14.
If even the air supply to the auxiliary tank is missing, the air already in the tank and under pressure will be. enclosed by the closing of the valve 98, which is actuated by a pressure responsive device operating under the effect of the reigning 90, provided pressure in the duct / to the air supply / between the valves 97 and 98. This pressurized air trapped in the top of the tank is sufficient to produce a lift of the electrodes.
In the modified form of the invention shown in FIG. 2, measures have been taken so that the system responds only to the current flowing in the arc, unlike the system / current and voltage which has been described above, but at the same time the characteristic that an electrode is forced to hover above the melt until the arc is established. This is accomplished in the modified form by a change in the voltage responsive medium, the remainder of the system being retained as described above. Consequently, when the systems are similar, the parts or elements shown in FIG. 2 have been designated by the same reference figures, with a prime index.
It will suffice to say that the modified form of the invention comprises an electric arc furnace 51 comprising an electrode 11 'supplied with electrical energy from a transformer T' whose secondary S 'has its winding. - ment connected in delta, with each junction or angle connected by a conductor 12 'to one of the electrodes 11'. Each electrode is moved towards or away from the molten mass by a hydraulic motor comprising a cylinder 14 'and a piston 15', the latter piston 15 'acting to raise or lower the electrode by the in-
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via an 18 'cable. The arrival of the fluid to the cylinder 14 'takes place under the control of a regulator 25' of the injection pipe type.
This regulator includes, among other things, a compression spring 40 'acting to rotate an injection tube 26' in a direction causing the electrode to withdraw from the melt. For controlling the regulator, a means providing a torque is provided, comprising a beam 43 'with a solenoid 51' associated therewith and operates at the actuator terminals under the effect of the flowing current. arc of the electrode, to help the compression spring 40 ', as described above.
A solenoid 105 is intended to act in opposition to the spring 40 'and comprises a coil 106 and a core 107. The core is connected to the beam 43', at the end opposite the solenoid 51 ', by means of' a tension spring 108 and the movement of the core under the influence of the coil 106 when energized is limited by a stop 109, so that the stress produced by the solenoid is fixed and independent of the amount of excitation of coil 106. Coil 106 is intended to be energized under normal conditions when a voltage is applied to the electrode, although this excitation is dependent on the proper positioning of the electrode. electrode 11 '.
To this end, the coil 106 is connected across a phase of the secondary winding S 'of the transformer T', by means of conductors 110 and 111. In the conductor III a switch 64 'has been incorporated. associated with the cable 18 'so as to be closed when the cable is stretched and to open upon release of the appearance of a / in the cable, which occurs when the electrode rests on the molten mass.
The operation of this modified form of the invention is generally similar to that described for the pre-
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fair and it will therefore be assumed that it is easily understood. It will suffice to say that during the application of electric energy to the transformer T 'the coil 106 is energized, attracts the core 107 downwards to the limit of its movement, determined by the stop 109, this which energizes the spring 108 the action and thus imposes a stress on the regulator surmounting /, 'of the spring 40', with the result that the regulator effects a lowering of the electrode by the hydraulic motor.
If, when the electrode comes into contact with the molten mass an arc is established, the current coil of the solenoid 51 'is energized and, as indicated, it adds to the action of the spring that of the 40'. so as to overcome / spring 108 and to pivot the injection pipe 26 'to produce a lift of the electrode. As the electrode is lifted and the arc is extended, the current flowing in the arc is obviously reduced and with the reduction in the current the force of the solenoid 51 'is reduced to such an extent that the jet delivered by the injection pipe 26 'strikes in equal measure the orifices 27' and 28 'to stop the hydraulic motor and at the same time the electrode associated therewith.
If while lowering towards the molten mass, the electrode strikes the molten mass without establishing an arc and allows the cable 18 'to go loose, the switch 64' is open, and breaks the circuit to the coil 106, which allows the spring 40 'to control the injection pipe 26' and to rotate it in a direction causing the lifting of the electrode. As soon as the hydraulic motor begins to lift the electrode, the cable 18 'obviously becomes tensioned again, which closes the switch and allows the coil 106 of the voltage solenoid 105 to energize again. This again causes the electrode to be lowered so that the electrode is kept in suspension above the bath.
If the voltage applied to the elec-
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Trodes fail for one reason or the other, or if the cable 18 'becomes loose, for example when the melt collapses, the solenoid 105 would be immediately de-energized and cause the electrode to lift.
CLAIMS.
1. A control system for an electric arc furnace, in which there is provided a reversible hydraulic motor associated with an electrode to bring it closer to or away from the molten mass, and means for controlling the operation of the motor, comprising an injection-type regulator comprising a spring which biases the regulator so as to cause the engine to withdraw the electrode from the melt, and electrical means comprising means operating under the effect of variations in the mass. state of the electric arc from a state chosen beforehand, and arranged so as to act on the regulator for the motor so that the motor brings the electrode into a position such as to reestablish this state .