<Desc/Clms Page number 1>
PROCEDE ET APPAREILLAGE POUR LE REGLAGE DES ELECTRODES-DES FOURS
ELECTRIQUES.
L'invention concerne des fours électriques à arc et vise un procédé et un appareillage pour régler le déplacement des électrodes.
Dans les fours électriques à arc communément utilisés en métallurgie, le four est fermé par un couvercle que l'on peut déplacer vers le côté pour charger ce four.
Dans ce couvercle sont disposées une ou plusieurs électrodes (généralement trois) et des dispositifs permettent de régler verticalement la position de ces électrodes dans le couvercle au cours du fonctionnement du four. Normalement ces électrodes doivent être descendues pour venir au contact de la charge du four, au début du fonctionnement. Puis on les soulève pour amorcer l'arc entre l'électrode et la charge. L'électrode s'use au fur et à mesure du fonctionnement du four et il devient alors nécessaire de la descendre pour maintenir la distance voulue entre la charge et l'extrémité de l'électrode. En outre, il arrive que des riblons soient chargés dans le four au début.
Ceux-ci fondent peu à peu de sorte qu'il est nécessaire de descendre les électrodes pour maintenir la distance voulue entre chacune de cellesci et la charge qui, en fondant, s'affaisse peu à peu. Pour recharger le four, il faut à nouveau soulever les électrodes suffisamment pour leur permettre de franchir le bord du four lorsqu'on fait pivoter le couvercle latéralement pour recharger.
Ces mouvements des électrodes sont effectués par l'intermédiaire d'un mécanisme électrique automatique, sensible à l'intensité du courant qui parcourt chacune des électrodes. Ces dispositifs automatiques, bien connus actuellement, sont disposés de façon que, lorsque l'intervalle entre l'extrémité de l'électrode et le métal croît, en augmentant la résistance qui s'oppose au passage du courant, le mécanisme réagit à la diminution d'intensité de courant et fait fonctionner le mécanisme de déplacement de l'électrode de
<Desc/Clms Page number 2>
façon à'abaisser celle-ci.
D'autre part, si la distance entre l'extrémité de l'électrode et la surface du métal devient insuffisante, il en résulte un accorissment de l'intensité de courant à laquelle le dispositif automatique réagit en provoquant le soulèvement de l'électrode par son mécanisme de déplacement.
Dans certains cas, le mécanisme qui fait monter et descendre l'électrode peut comprendre un piston actionné par un fluide sous pression relié à un réservoir et une pompe réversible, actionnée par un moteur électrique, qui sert à pomper le liquide du réservoir au piston ou inversement, suivant que l'on désire élever ou abaisser l'électrode. Ce moteur est commandé par le dispositif automatique précité. Dans certains cas, cependant, les systèmes comportant un fluide sous pression sont indésirables et, dans la plupart des cas, le moteur électrique réversible actionne un treuil. Un câble est enroulé sur le treuil, passe sur des poulies, et est fixé à l'électrode. Bien entendu, le treuil déroule le câble pour descendre l'éleotrode et l'enroule pour relever. Ici encore, le moteur est commandé par le dispositif automatique précité.
Dans les fours de petites dimensions, on fixe généralement au câble un contrepoids dont le poids est sensiblement égal à celui de l'électrode et de ses accessoires, de sorte que ces deux éléments s'équilibrent exactement. On ne demande alors au moteur et au treuil que d'exercer une force suffisante, dans l'un ou l'autre sens, pour f.aire cesser cet équilibre. Si l'on veut descendre l'électrode, le treuil: tourne dans un sens en ajoutant alors la puissance du moteur au poids de l'électrode à descendre. Si au contraire on veut élever l'électrode, on ajoute l'action du moteur à celle du contrepoids. On ne demande ainsi au moteur qu'une très faible puissance puisqu'il lui suffit de rompre l'équilibre existant.
Cependant, depuis quelque.temps, on construit des fours de beaucoup plus grande capacité. Dans certains cas, le poids de l'électrode et du mécanisme annexé à celle-ci peut atteindre 10 tonnes ou davantage et l'électrode peut avoir une longueur de 3 m.50 à 5 mètres environ. Avec le système qui vient d'être décrit, le contrepoids doit avoir alors des dimensions considérables. Le système à contrepoids est, en outre, compliqué par le fait qu'il faut soulever le couvercle du four et le déplacer horizontalement afin d'ouvrir le four pour le chargement ou pour d'autres buts. Aussi, a-t-on été conduit à éliminer le contrepoids et à envisager un moteur électrique beaucoup plus puissant et un treuil capable d'agir à lui seul sur le câble pour élever ou abaisser l'électrode.
En pareil cas, ce moteur peut être monté sur un prolongement latéral du couvercle du four et on évite alors la complication résultant de l'emploi de contrepoids massifs. Mais on a trouvé que, avec l'équipement encombrant et de grande masse qui est alors nécessaire, le moteur ne répond pas facilement aux fluctuations relativement faibles du mécanisme automatique. Ce mécanisme peut bien être mis dans la position qui correspond à un soulèvement léger ou à un faible abaissement de l'électrode, mais le moteur ne démarre pas, de sorte que l'on n'obtient pas le réglage précis désiré et que le moteur peut chauffer exagérément.
Suivant l'invention, on remédie à l'inconvénient que présente cette disposition de moteur et de treuil agissant-à eux seuls sur l'électrode, en combinant avec cette commande un dispositif électro-magnétique de lestage qui exerce constamment une force dirigée dans le même sens que celle qu'exercerait un contrepoids, de sorte que le poids de l'électrode et des organes annexés est, au moins partiellement, équilibré par ce dispositif. Par suite, le treuil répond plus facilement aux légères impulsions de réglage commandées par le dispositif automatique.
Quoique ce dispositif électro-magnétique de lestage puisse prendre des formes et des dispositions différentes et être, par exemple, constitué par un simple solénoïde parcouru constamment par le courant de manière à produire une force qui tend à déplacer l'électrode dans un sens opposé à la pesanteur, un tel dispositif serait relativement volumineux et encombrant. On peut obtenir la même action à l'aide d'un dispositif beaucoup plus compact, en faisant appel à un couple électro-magnétique tel que,
<Desc/Clms Page number 3>
par exemple, un moteur produisant un couple ou un autre dispositif analogue qui, par lui-même, n'a pas une puissance suffisante pour déplacer l'électro- de mais qui, agissant en combinaison avec le moteur du treuil, exerce une for- ce de lestage qui tend à s'opposer au poids de l'électrode et de ses annexes.
L'invention prévoit en outre que ce couple ou ce moteur auxiliaire peut être actionné en combinaison avec le moteur du treuil en vue d'accélérer la vites- se de soulèvement de l'électrode au moment où l'on désire déplacer cette élec- trode depuis sa position de travail jusqu'à un point où elle permet au cou- vercle de franchir le bord supérieur du four, lorsque le couvercle tourne sur le côté.
Les principaux objets de l'invention sont, par suite, l'obtention, dans un mécanisme de commande de réglage de la position d'une électrode, d'une force de lestage agissant continuellement qui supporte partiellement le poids de l'électrode et de ses annexes et, plus spécialement, l'obtention, en com- binaison avec le moteur qui actionne le treuil de l'électrode, d'un moteur au- xiliaire destiné à produire un couple lequel, par lui-même, ne permet pas de développer la puissance suffisante pour déplacer l'électrode mais qui exerce continuellement un effort aidant au déplacement de celle-ci.
Un autre objet de l'invention consiste à combiner avec un tel sys- tème moteur producteur de couple, un circuit de commande grâce auquel le mo- teur auxiliaire producteur de couple peut être utilisé avec le moteur du treuil, pour acce érer à volonté le mouvement de l'électrode lorsque l'élec- trode doit être déplacée à la main, de préférence à un déplacement automati- que, par exemple lorsqu'on désire soulever l'électrode à partir de sa posi- tion de travail.
On remarquera que dans ce qui suit on suppose que le moteur producteur de couple est un moteur distinct, afin de rendre plus faciles l'explication et les dessins qui l'accompagnent et parce qu'il est actuellement possible de se procurer des moteurs électriques distincts ayant les caractéristiques voulues pour l'utilisation en questiono Mais, bien entendu, les deux moteurs électriques peuvent être réunis enun seul élément, au lieu d'être matériellement séparés et il va sans dire qu'une telle disposition combinée est visée par l'invention.
En général, un four métallurgique à arc du type en question possède trois électrodes traversant son couvercle, chacune d'elles étant réglée et déplacée séparémento Mais le mécanisme de commande de chacune des électrodes est le même. Aussi, sur les dessins annexés, on n'a la plupart du temps représenté qu'une seule électrode et son mécanisme de commande. En outre, ce mécanisme de commande fait généralement usage d'un mât et d'un bras qui supportent l'électrode. Mais, pour plus de simplicité, on a représenté sur les-figures schématiques le câble de soulèvement fixé directement à l'électrode.
Sur les dessins annexés, on a représenté schématiquement, à titre d'exemples, divers modes de réalisation de l'invention.
La figure 1 est une vue schématique d'un four de type courant à trois électrodes montrant le dispositif à contrepoids actuellement utilisé appliqué à une des électrodes.
La figure 2 montre également, de manière schématique, un dispositif actuellement utilisé, mais sans contrepoids, le treuil actionné par le moteur constituant le seul dispositif pour déplacer l'électrode.
La figure 3 est une vue analogue à la figure 2 montrant comment on peut utiliser une force électro-magnétique agissant constamment pour équilibrer, au moins partiellement, le poids de l'électrode.
La figure 4 est une vue schématique montrant l'application d'un moteur producteur du couple accouplé avec le moteur du treuil de façon à exercer une force de lestage ou d'équilibrage.
La figure 5 est une vue schématique montrant le moteur auxiliaire accouplé avec le moteur du treuil par l'intermédiaire d'un accouplement à li-
<Desc/Clms Page number 4>
quide connu sous le nom de "fluid drive".
La figure-6 est une vue analogue dans laquelle l'accouplement entre les deux moteurs est obtenu par un engrenage différentiel.
La figure 7 montre comment les deux moteurs peuvent être contenus dans une même enveloppe.
La figure 8 est une élévation latérale de tout le mécanisme desti- né à commander le déplacement d'une électrode et comportant un moteur générateur de couple combiné avec le moteur actionnant le treuil, ces deux moteurs étant placés verticalement de façon à ménager l'espace libre suffisant et à permettre l'utilisation d'une plate-forme constituant un prolongement du couvercle du four.
La figure 9 est un schéma montrant comment trois ensembles du type représenté figure 8 peuvent être montés sur la plate-forme, le contour du four étant représenté en traits mixtes.
La figure 10 montre schématiquement le circuit de commande complet relatif à une électrode à commande automatique du type fabriqué par la General Electric Company et.connu sous la dénomination de "Amplidyne". Sur cette figure on voit aussi le moteur de lestage indépendant avec un circuit grâce auquel on peut utiliser ce dernier moteur pour accélérer la vitesse de levage ou d'abaissement de l'électrode lorsqu'elle est manoeuvrée à la main.
La figure 11 est une vue schématique relative au cas où le moteur produisant le couple de lestage est à courant alternatif.
Sur les dessins, la figure 1 montre le type de commande bien connu. On voit en 2 le corps d'un four électrique basculant à arc et en 3 le couvercle du four portant trois électrodes 4, 5, 6 qui traversent ce couvercle.
En 7 est un piston permettant de soulever le couvercle que l'on fait ensuite pivoter dans un plan horizontal pour permettre l'accès à la partie supérieure du four 2, à la manière bien connue.
Chaque électrode est connectée à une source de courant; comme on l'a expliqué plus haut, la commande de chaque électrode est identique, aussi n'a-t-on représenté qu'une seule de ces commandes. Comme on le voit schématiquement figure 1, un câble 8 est attaché à l'électrode pour la lever ou l'abaisser; ce.câble passe sur des poulies 9 et 10. En 11 est un contrepoids qui équilibre sensiblement le poids de l'électrode et de ses annexes.
En 12 on voit un treuil actionné par un moteur 13. Ce dernier est commandé d'après l'intensité du courant qui circule dans la ligne 14 pour aboutir à l'électrode 5' Le dispositif de commande est indiqué schématiquement en 15 @ Un type bien connu de commande de ce genre est fabriqué par la "General Electric Company". Mais il existe d'autres dispositifs de contrôle de ce genre bien connus des techniciens.
On voit que le contrepoids 11 équilibre sensiblement le poids de l'électrode 5 et de ses annexes, de sorte que le moteur 13 ne doit fournir qu'une puissance suffisante pour rompre l'équilibre dans un sens ou dans l'autreo Ceci se voit en particulier parce que, grâce à la disposition des poulies, le contrepoids monte lorsque l'électrode descend et vice versa.
Ainsi qu'on l'a dit précédemment, le poids que l'on est conduit à donner maintenant aux électrodes et à leurs annexes est devenu tel que la disposition de la figure 1 présente de graves inconvénients, en particulier à cause du volume que doit avoir le contrepoids. En outre, lorsque l'on bascule le four ou lorsqu'on déplace le couvercle, le système de suspension du contrepoids qui doit être prévu pour permettre de tels mouvements présente nécessairement des complications qui n'apparaissent pas sur le dessin schématique de la figure 1. Par suite, comme on le voit figure 2, on a été conduit à supprimer le contrepoids et à utiliser seulement un moteur , 16, beaucoup plus puissant, capable de faire fonctionner le treuil 17 sans contrepoids.
Ici encore le moteur est commandé d'après les variations de l'intensité du courant qui traverse l'électrode, le dispositif automatique de commande étant représenté schématiquement en 18 et l'alimentation en courant
<Desc/Clms Page number 5>
en 190 En pratique (ceci n'est pas représenté sur le dessin) le moteur en- traîne le treuil par l'intermédiaire d'une vis sans fin de sorte que, lors- que le moteur est arrêté, le système ne peut se déplacer de lui-même.
Un in- convénient de cette disposition réside dans le fait que le moteur n'est pas suffisamment sensible aux petites variations d'intensité du courant ou aux faibles impulsions données par le dispositif de commande automatique 18, ainsi qu'on l'a expliqué plus hauto
Sur la figure 3 on voit une disposition analogue à celle de la figure 2 mais dans laquelle on a prévu des dispositifs permettant d'appli- quer à l'électrode une force constante dirigée en sens inverse de son poids de manière à obtenir une action de lestage ou d'équilibrage continue produi- sant un effet très analogue à celui d'un contrepoidso Mais ici la force est due non plus à la pesanteur mais à une source d'énergie, ce qui économise l'espace occupé et simplifie l'installation.
Dans cette figure on voit en 20 l'électrode, en 21 le câble de commande passant sur lès poulies 22 et 23, en 24 le conducteur amenant le courant à l'électrode et en 25 le dispositif automatique de commandée Ce dernier agit sur le moteur 26 entraînant le treuil 27. Sur cette figure on a représenté schématiquement une armature magnétique 28 montée sur le câble 21 entre la poulie 23 et le treuil 27. Autour de cette armature est un solénoïde 29 con- tinuellement sous courant et par suite exerçant une traction vers le bas sur l'armature 28, traction analogue au poids du contrepoids 11, tout en évitant l'encombrement et la masse du poids de la figure 1. Le solénoïde 29 étant continuellement sous courant, il exerce constamment une force de lestage opposée à l'action de la pesanteur sur l'électrode 20.
Mais cette force est insuffisante pour faire monter l'électrode. Cependant, lorsqu'on met en route le moteur 26 actionnant le treuil 27 pour soulever l'électrode, son action est aidée par celle du solénoïde 29, de sorte que le moteur 26 répond plus facilement aux légères variations du courant qui parcourt l'électrode. Il ne faut pas oublier, en considérant la figure 3, que, bien que le moteur 26 semble accouplé directement sur le treuil 27, il existe, en réalité, entre eux, un engrenage à vis sans fin qui sera représenté p lus loin plus en détail, de sorte que le poids de l'électrode ne peut faire tourner le treuil en sens inverse lorsque le courant cesse d'arriver au moteur 26.
L'essentiel dans la figure 3 réside dans le fait que, le solénoïde 29 étant continuellement alimenté en courant, l'action de la pesanteur sur l'électrode 20 est partiellement équilibrée de sorte que, lorsque le moteur 26 fonctionne, il n'a besoin que de développer une puissance limitée et par suite il risque moins de caler ou de rester immobile sous l'action d'une faible variation des impulsions qui lui sont transmises par l'organe 25 de commande automatiqueo En disant que le solénoïde 29 est constamment sous courant, il faut bien entendre que ce solénoïde exerce son action à tout moment lorsque le four est en fonctionnement normal, que le moteur 26 fonctionne ou nono
Le solénoïde constitue donc un "moteur constant" beaucoup moins encombrant qu'un contrepoids.
La figure 3 est surtout destinée à montrer le principe général de l'invention et n'a pas la prétention d'en représenter le mode de réalisation le plus commode ou le plus efficaceo Sur la figure 4, on a représenté schématiquement un mode de réalisation plus pratique et plus compacto Sur cette figure on voit en 30 une des électrodes du four de la figure 1. Elle est actionnée par un câble 31 passant sur des poulies 32 et 33. L'autre extrémité du câble est enroulée sur un treuil 34 actionné par un moteur 35, comme sur la figure 2. Le moteur 35 est commandé par un dispositif automatique représenté schématiquement en 36 et influencé par l'intensité de courant arrivant à l'électrode par la ligne 37 .Mais, dans ce cas, l'arbre du moteur 35 porte une poulie 38.
Un autre moteur 39, alimenté séparément par les conducteurs 40 et- 41, est disposé à côté du moteur 35, et une courroie 42 passant sur la poulie 38 et sur une poulie 43 calée sur l'arbre du moteur 39 relie ce dernier au moteur 35 et au système de soulèvement de l'électrode.
Le moteur 39, dans cette disposition, est un moteur producteur de couple capable de développer un couple élevé, qu'il soit arrêté ou en fonc-
<Desc/Clms Page number 6>
tionement. Le moteur 39, par lui-même, n'est pas suffisamment puissant pour déplacer l'électrode 30. Par suite, tant que le moteur 35 n'est pas alimenté, le moteur 39 exerce un couple continu tendant à faire tourner le treuil 34 dans une direction correspondant au soulèvement de l'électrode, mais ce couple ne suffit pas à faire bouger l'électrode. Cependant, le couple exercé continuellement par le moteur 39 a pour effet d'équilibrer partiellement le poids de l'électrode 30 et de ses annexes; il exerce donc une potion d'équi librage à l'aide d'un dispositif peu encombrant.
Lorsque le dispositif de commande détermine le soulèvement de l'électrode 30, il met en rotation le moteur 35 dans le sens voulu pour enrouler le câble 31. Mais, comme le couple du moteur 39 est déjà dirigé dans un sens tel qu'il tende à faire tourner le treuil dans cette direction, l'effort demandé au moteur 35 est diminué et le moteur 35 répond instantanément aux faibles variations du courant passant dans le dispositif 360 Si au contraire le dispositif 36 commande un abaissement d. l'électrode 30, il fait tourner le moteur 35 en sens opposé à l'action du moteur 39 et, en fait, ce dernier moteur est entraîné en sens inverse, de sorte que, tandis que le treuil déroule le cable pour permettre à l'électrode 30 de descendre par son poids,
le moteur 39 empêche ce poids d'agir librement et exerce une force d'équilibrage ou de freinageo Par suite, les conditions de fonctionnement du moteur 35 sont analogues à celles qui gouvernent le moteur 13 de la figure 1 dans laquelle le contrepoids 11 est soulevé dans le sens opposé à l'action de son propre poids, lorsque l'électrode 3 descend.
Le moteur 39 constamment sous courant et combiné avec le moteur 35 dont l'action est intermittente et réversible,constitue un mécanisme régulateur très compact et particulièrement utile pour les électrodes très lourdeso Ce dispositif évite l'emploi de contrepoids massifs et des dispositifs compensateurs compliqués correspondants. Un moteur fonctionnant comme moteur producteur de couple dans les conditions de l'installation considérée donne environ 60 % de sa puissance théorique ; en d'autres termes si un moteur est vendu pour 10 CV, on peut avec sécurité admettre qu'il fournira 6 CV comme moteur de couple, dans une installation de ce genre.
Par suite, dans une installation très puissante un moteur auxiliaire de type "10 CV" remplacera un contrepoids beaucoup plus encombrant et beaucoup plus volumineux et en même temps le moteur du treuil n'aura plus besoin d'être aussi puissant, de sorte que l'énergie nécessaire pour l'actionner sera plus faible et que sa sensibilité sera augmentée.
Dans la disposition schématique de la figure 5 l'électrode 45 est toujours actionnée par un câble 46 passant sur les poulies 47 et 480 Ce câble s'enroule sur un treuil 49 entraîné par le moteur 50 qui est lui-même commandé par le dispositif automatique 51 sensible à l'intensité du courant qui circule dans la ligne 52 d'alimentation de l'électrodeo Ici encore, une poulie 53 est placée sur l'arbre de commande du treuil et est accouplée avec une poulie 55 par une-courroie 54. La poulie 55 est accouplée, par un accouplement 56 à fluide, analogue aux accouplements du même genre utilisés sur les automobiles, à un .moteur 57 constamment sous. courante Ce dernier exerce par l'intermédiaire de l'accouplement à fluide un couple continu sur le treuil 49, en sens inverse du couple résultant du poids de l'électrode 45.
Mais, comme dans la réalisation précédente, ce couple est insuffisant pour faire, à lui seuil, tourner le treuilo Cependant, en raison du lestage exercé par l'intermédiaire du moteur 57 et de l'accouplement à fluide, le poids de l'électrode et de ses annexes est partiellement équilibré, de sorte que le moteur peut faire tourner le treuil dans l'un ou l'autre sens, comme dans la figure 4, avec les avantages correspondants. L'utilisation de l'accouplement à fluide permet de simplifier le type du moteur 57 ou d'employer mieux ses caractéristiques de fonctionnement. Le glissement qui se produit entre le mo teur auxiliaire et le treuil dans une telle disposition a lieu dans l'accouplement à fluide plutôt qu'entre des parties ayant entre elles des liaisons magnétiques, par exemple dans le moteur producteur de couple.
Dans les deux figures 4 et 5, le moteur auxiliaire est actionné et commandé indépendamment du moteur qui fait tourner le treuil et est constamment sous courant pendant le fonctionnement normal du four.
<Desc/Clms Page number 7>
Un autre mode de réalisation de l'invention est représenté sur la figure 6 dans laquelle on voit le treuil 60 sur lequel est enroulé le câ- ble 61 analogue aux câbles décrits dans les modes de réalisation précédents.
En 62 on trouve le moteur qui actionne le treuil. Sur l'arbre de ce moteur est calé un pignon 63, tandis qu'un pignon 66 est calé sur l'arbre du treuil
60. On voit en 64 le moteur auxiliaire qui fonctionne comme moteur producteur de couple. Ce dernier entraîne un pignon 65 qui engrène avec les pignons 63 et-66. Dans ce cas le moteur 64 exerce continuellement son action entre les pignons 63 et 66 et, grâce au couple ainsi exercé, il équilibre, tout au moins partiellement, l'action du poids de l'électrode; mais sa puissance n'est pas suffisante pour faire tourner le treuil.
Cependant lorsque le moteur 62 tour- ne dans l'un ou l'autre sens, sous l'action provoquée par le dispositif ana- logue à ceux décrits précédemment, mais non représenté figure 6, les deux mo- teurs fonctionnent exactement comme s'ils étaient Accouplés par l'intermé- diaire d'une courroie ainsi qu'on l'a représenté figure 4.
On voit immédiatement que dans les figures 5 et 6 les moteurs au- xiliaires 57 et 64 ne sont pas nécessairement des moteurs électriques; tout moteur peut convenir pourvu qu'il soit capable de produire le couple voulu.
Ainsi qu'on le verra plus particulièrement par ce qui va suivre, il est désirable que le moteur qui produit le couple d'équilibrage ou de les- tage, quelles que soient ses caractéristiques, ait son point d'action inter- calé ou connecté entre le moteur qui actionne le treuil et ce treuil, lors- qu'on utilise des moteurs de types courantso Ceci est destiné à éviter que l'arbre d'un moteur de type courant ne soit soumis à des efforts excessifs, lorsqu'on emploie un tel moteur pour actionner le treuil. Autrement, le moteur auxiliaire pourrait être accouplé directement sur le même arbre que le .moteur...qui actionne la treuil.
Il serait, bien entendu, possible de prévoir un arbre plus résistant mais ceci nécessiterait une modification spéciale du moteur et, si ce moteur est spécialement modifié, le moteur producteur de couple et le moteur qui actionne le treuil peuvent être tous deux logés dans le même carter et agir directement sur- le même arbre.
Cette disposition est représentée schématiquement figure 7 où l'on voit en 70 le treuil actionné par un arbre 71, sur lequel agit un moteur double dont une partie 72 constitue le moteur d'entraînement du treuil tandis que la partie 73 constitue un moteur producteur de couple, les deux moteurs 72 et 73 agissant directement sur l'arbre 71. Le moteur 73 est alimenté séparément en courant de façon continue pendant toute la durée du fonctionnement de l'électrode,
tandis que l'alimentation du moteur 72 est commandée par le dispositif automatique 74 et s'effectue à partir de la ligne 75 qui alimente l'électrode. On va maintenant décrire plus en détail certains dispositifs préférés destinés aux modes de réalisation qui viennent d'être exposés schématiquemento
En considérant la figure 8, on voit que cette figure représente un ensemble destiné à la commande d'une des électrodes. Un bâti 80 est organisé de façon à pouvoir être fixé sur la plateforme qui fait saillie d'un côté du couvercle du four.
Ce bâti renferme un réducteur de vitesse de type quelconque connu qui entraîne le tambour 81 du treuil calé sur un arbre 82 dépassant,d'un côté, le bâti 80. Ce bâti sert également de support au moteur 83 qui actionne le treuil et dont l'axe est vertical et dirigé vers le bas en pénétrant dans un carter fixé au bâti 80. L'arbre 84 du moteur porte une poulie 85 et-la partie de l'arbre qui pénètre dans le carter porte une vis sans fin 86 représentée en pointillé. Cette vis engrené avec une roue à pas hélicoïdal placée également dans le carter et calée sur un arbre 87. Les détails de construction de cet engrenage et du carter ne font pas partie de l'invention.
Toutefois, on remarquera que l'engrenage à vis sans fin constitue une transmission irréversible d'où il résulte que le treuil ne peut tourner lorsque le courant cesse d'arriver au moteur 83. Aussi ce genre de transmission est-il désirable dans tous les modes de réalisation décrits précé- demment.
Sur le côté du moteur 83 est monté un moteur auxiliaire ou moteur d'équilibrage 88 dont l'arbre 89 est, également, vertical et dirigé vers le
<Desc/Clms Page number 8>
bas. Cet arbre porte des poulies 90 qui sont reliées par des courroies 91 aux poulies 85 calées sur l'arbre du moteur.
Cette disposition fournit un ensemble compact pour la commande de l'électrode, et son encombrement horizontal est relativement faible. Le câble 91 enroulé sur le tambour 81 du treuil sert à manoeuvrer l'électrode. On peut facilement placer trois ensembles de ce type sur une plate-forme en surplomb à partir d'un côté du couvercle en même temps que les mâts et autres accessoires relatifs au fonctionnement des électrodes.
La disposition particulière de cet ensemble le rend particulièrement approprié à son application aux fours électriques, en raison de son faible encombrement horizontal. Cette disposition permet de loger tout l'équipement de commande des électrodes sur un prolongement latéral du couvercle du four.
Sur la figure 9, on a représenté plus ou moins schematiquement, en plan, comment trois ensembles de ce type peuvent être disposés sur une plateforme en saillie latérale sur le couvercle du four. Dans cette figure , on voit en 95 une plateforme fixée au couvercle du four et en surplomb audelà du contour de ce dernier. Le contour du four est indiqué par la ligne 96 en traits mixtes. Trois des ensembles moteur-treuil du type qui vient d'être décrit sont montés côte à côte sur cetteplateforme. Ces trois ensembles sont tous construits suivant la figure 8 et sont désignés respectivement par A, B et C, tandis que d'autres parties de ces ensembles portent les chiffres de références de la figure 8.
Le long de chaque ensemble se trouve un support 97 destiné à recevoir le mât auquel est fixé le bras de support de l'électrode et les poulies, à la manière bien connue, ce mât et ces poulies ne faisant pas partie de l'invention. Avec cette disposition, les trois ensembles actionnés par les moteurs et destinés à manoeuvrer les électrodes peuvent être montés sur un même côté du couvercle, de façon à se déplacer avec ce dernier, ce qui supprime le moufle encombrant et le mécanisme qui était nécessaire jusqu'ici lorsqu'on utilisait les contrepoids.
Sur la figure 10 on a représenté un circuit-type pour le moteur qui actionne le treuil en supposant que l'on utilise un dispositif automatique de commande du moteur du type "Amplidyne" de la General Electric Company, ainsi qu'on l'a dit précédemment. Mais, bien entendu, on pourrait utiliser d'autres équipements connus de ce genre, le dispositif de commande utilisé étant laissé à la libre disposition de l'installateur.
Le système "Amplidyne" comporte un ensemble moteur-génératrice de construction spéciale. Dans le schéma de la figure 10, on voit en 100 le four électrique ainsi que le bain de métal fondu et en 101 l'électrode que l'on désire faire monter ou descendreo En 102 se trouve la ligne qui amène le courant à l'électrode. Les variations de l'intensité de ce courant agissent en induction sur un transformateur de courant 103 qui fait partie d'un circuit fermé renfermant également le primaire 104 d'un transformateur.
Les variations de courant de l'enroulement 103 sont transmises par l'enroulement 104 au secondaire 105 du transformateur. Le courant qui quitte 105 est redressé par un redresseur 106 et le courant ainsi redressé arrive à l'enroulement de champ d'un ensemble moteur-génératrice dans lequel l'enroulement 107 est l'enroulement de champ destiné à exciter la génératrice afin d'obtenir un courant circulant dans un sens donné, c'est-à-dire en fait dans le sens qui entraîne l'électrode vers le haut ou encore qui fait -tourner le moteur du treuil dans un sens correspondant à la montée de l'électrode. Une résistance-shunt 105A permet de modifier l'intensité du courant circulant en 107 et par suite du champ excitateur.
On voit en 104a un commutateur de court-circuit qui est ouvert lorsque l'électrode fonctionne avec la comman- de automatique et qui est fermé lorsque l'électrode est manoeuvrée à la main.
Avec la ligne 102 d'alimentation en courant de l'électrode est connectée, par un commutateur actionné à la main 108, une résistance réglable 109 d'où le courant parvient à un côté d'un redresseur 110. L'autre côté du redresseur est connecté par un conducteur 111 avec le côté mis au sol
<Desc/Clms Page number 9>
du four électrique 112.
Le débit du redresseur 110 arrive à un enroulement de champ 113 de l'ensemble moteur-génératrice, l'enroulement 113 étant l'en- roulement de champ de la génératrice qui, lorsqu'elle est excitée, provo- que la rotation du moteur du treuil dans le sens correspondant à la descen- te de l'électrodeo On voit en 114 l'induit de la génératrice qui est entrai- népar un moteur 115 à courant alternatif représenté, sur le dessin, sous forme d'un moteur triphaséo La génératrice a un enroulement de champ diffé- rentiel 114a. Elle a également un enroulement de champ 116 qui peut être branché par un commutateur 117 avec une source de courant continu arrivant par les fils 118 et 119.
Le commutateur 117 peut être entièrement ouvert et interrompre alors la connection entre l'enroulement de champ 116 et le cou- rant continu. Il peut être également branché de façon à établir la communi- cation avec le courant continu dans un sens tel que la direction de ce cou- rant dans l'enroulement de champ 116 soit inversé, ce qui a pour effet d'in- verser également le débit en courant continu de la génératrice.
Le courant débité par cette génératrice arrive au moteur 120 qui actionne le treuil, ce moteur ayant un enroulement de champ 121 branché sur les fils 118 et 119 amenant le courant continu. Ce moteur actionne le treuil 120a de façon à faire monter ou descendre l'électrode suivant que c'est l'enroulement de champ 107 ou l'enroulement de champ 113 qui est parcouru par le courant, ou encore suivant le sens du courant dans l'enroulement de champ 116, lorsque le sens du courant dans ce dernier est commandé par une manoeuvre manuelle.
Le moteur générateur de couple est désigné dans son ensemble par 122 et il est alimenté par une génératrice 123 à courant continu, à compen- sation différentielle, le moteur 122 ayant un enroulement de champ 122a connecté, par l'intermédiaire d'une résistance variable 124, avec la source 118, 119 de courant continu. On voit en 125 la courroie qui relie le moteur 122 et le moteur 120.
La génératrice 123 est entraînée par un moteur à courant alternatif 1260 Ce dernier a un enroulement de champ 127 qui peut être alimenté à partir de la source 118 et 119 de courant continu par l'intermédiaire d'une résistance variable ou d'un rhéostat 128 que l'on peut amener également à une position d'interruption de courant de même que la résistance 1240 L'enroulement donnant le champ différentiel de la génératrice 123 est représenté en 129 et on voit en 130 un interrupteur pour l'enroulement différentiel ainsi qu'un interrupteur 131 disposé entre la génératrice 123 et le moteur 1220
Le fonctionnement de l'installation représentée figure 10 se com- prend aisément. Lorsque l'électrode est disposée pour le réglage automatique) l'interrupteur 104a est ouvert et l'interrupteur 108 est fermé.
Le commutateur 117 se trouve dans une position d'ouverture d'où il résulte que l'enroulement 116 ne reçoit pas de courant. L'induit de la génératrice 114 est constamment mis en mouvement par le moteur 115 et, par suite, le moteur 120 du treuil tourne dans l'un ou l'autre sens suivant l'intensité relative des champs produits par les enroulements 107 et 113. Le dispositif qui vient d'être décrit jusqu'ici constitue le circuit "Amplidyne" connu en lui-même.
Pour passer de la commande automatique à la commande manuelle, c'est-à-dire pour élever ou abaisser plus rapidement l'électrode, on ferme l'interrupteur 104a et on ouvre l'interrupteur 108. Puis on place le commutateur 117, à la main, dans une position telle que la génératrice 114 tourne dans un sens correspondant au sens de rotation désiré pour le moteur 120 et, par suite, pour le treuil 120ao Lorsque le moteur 120 fonctionne avec commande automatique, le moteur 122 est commandé par la génératrice 123, l'interrupteur 131 étant alors fermé et l'interrupteur 130 ouvert, de sorte que la génératrice envoie au moteur 122, de façon continue, un courant produisant un couple qui tend à faire tourner, par l'intermédiaire de la courroie 125, le treuil 120a dans un sens qui correspond au soulèvement de l'électrode.
Lorsque le moteur 120 fonctionne sous la commande manuelle, la résistance 124 et l'interrupteur correspondant sont disposés de façon à alimenter l'enroulement de champ 122d en courant et, par suite, à accélérer la vitesse de rotation du moteur 122 et à accroître son couple, de façon à permettre au moteur 122 agissant en combinaison avec le moteur 120 d'accroître de façon très importante la vitesse
<Desc/Clms Page number 10>
de levage de l'électrode, lorsqu'on veut mettre le four au reposo Si l'on suppose que le moteur 122 est un moteur de puissance nominale 10 CV, il peut, dans ce cas, donner sa pleine puissance de 10 CV et par suite accroître très sensiblement la vitesse à laquelle le treuil tourne pour faire monter l'électrode.
Ceci a une grande importance car la vitesse normale du mouvement est d'environ un mètre par minute et, dans ce cas particulier, le déplacement nécessaire peut atteindre plusieurs fois cette distance. Pour abaisser l'électrode, on ouvre l'interrupteur formé par la résistance 124, de façon à faire cesser l'alimentation de la bobine 122a et on ouvre l'interrupteur 131 disposé entre la génératrice 123 et le moteur 122, de façon que ce moteur cesse également d'être alimenté et n'offre plus de résistance à la descente rapide de l'électrode provoquée par la commande manuelle du moteur 120.
Tout ce qui précède concerne simplement un circuit qui peut être utilisé avec le moteur de lestage dans un mode particulier de réalisation des connexions. Sur la figure 11, on a représenté schématiquement un mode de réalisation dans lequel le moteur générateur de couple est un moteur d'induetion à rotor bobiné alimenté en triphasé. Dans ce schéma, on voit en 135 un moteur entraînant une poulie 136 sur laquelle passe une courroie 137 qui joue le même rôle que la courroie 125 de la figure 10 ou la courroie 42 de la figure 4. Le moteur est connecté avec une ligne en triphasé par les conducteurs 138, 139, 140.
La commande de ce moteur s'effectue par trois résistances variables 141, 142, 143 combinées chacune à un interrupteur 144, 145, 1460 Les résistances peuvent être reliées par l'intermédiaire d'interrupteurs 147, 148, 1490 Lorsque tous les interrupteurs 144 à 149 sont fermés, le moteur 135 tourne dans un sens correspondant à la montée de l'électrode, le moteur 135 développant alors sa puissance maximum pour aider le moteur qui agit sur l'électrode et qui est à ce moment sous contrôle manuel, suivant le schéma de la figure 10. Si les interrupteurs 147, 148, 149 sont ouverts, le moteur 135 ne fonctionne pas et par suite le mécanisme qui agit sur le treuil peut faire descendre l'électrode à la vitesse maximum sans survolter le moteur 135.
Lorsque les interrupteurs 147, 148, 149 sont fermés et que les interrupteurs 144, 145,146 sont ouverts, les résistances étant convenablement réglées, le moteur peut alors fonctionner comme moteur d'équilibrage dans le système de commande automatique en développant un couple résistant ainsi qu'on l'a expliqué précédemment..
Les techniciens spécialisés et en particulier ceux qui sont familiers avec les appareils de commande des moteurs électriques verront immédiatement que tout ce qui est contenu dans la description qui précède représente seulement le principe de l'invention et que l'on peut, sans en dépasser les limites, choisir à volonté le type de moteur et le type d'appareil de commande de moteur que l'on utilisera pour la mise en oeuvre de l'inventiono Différents types de moteurs et de circuits pour ces moteurs peuvent être choisis suivant la nature du résultat que l'on désire obtenir dans certaines conditions particulières et suivant les moteurs que l'on peut se procurer en pratique pour réaliser les opérations voulues.
Dans toutes les variantes de l'invention qui ont été décrites jusqu'ici, le moteur qui actionne le treuil fait monter et descendre l'électrode, tandis qu'un moteur auxiliaire exerce une force de lestage qui agit continuellement pendant tout le fonctionnement automatique du moteur du treuil et qui équilibre le poids de l'électrode.
La force de lestage ainsi employée agit de façon continue tant que le moteur qui actionne le treuil est soumis à la commande automatique et son action a pour effet d'équilibrer sensiblement l'action de la pesanteur sur l'électrode. Les moteurs électriques, en raison de leur rendement relativement élevé et de leur construction ramassée, sont tout particulièrement désignés pour être appliqués dans ce but et constituent des dispositifs électro-magnétiques pour exercer une action d'équilibrage sur l'électrode qui, tout en étant extrêmement efficaces, sont également d'un encombrement très restreint.
Quoique l'on ait décrit jusqu'ici certains modes de réalisation
<Desc/Clms Page number 11>
<Desc / Clms Page number 1>
METHOD AND APPARATUS FOR ADJUSTING THE ELECTRODES-OVEN
ELECTRICAL.
The invention relates to electric arc furnaces and relates to a method and an apparatus for controlling the displacement of the electrodes.
In electric arc furnaces commonly used in metallurgy, the furnace is closed by a cover which can be moved to the side to load this furnace.
In this cover are arranged one or more electrodes (generally three) and devices make it possible to vertically adjust the position of these electrodes in the cover during the operation of the oven. Normally these electrodes must be lowered to come into contact with the load in the furnace at the start of operation. Then they are lifted to start the arc between the electrode and the load. The electrode wears out as the furnace operates and it then becomes necessary to lower it to maintain the desired distance between the load and the end of the electrode. In addition, sometimes scrap is loaded into the oven at the start.
These gradually melt so that it is necessary to lower the electrodes to maintain the desired distance between each of them and the charge which, by melting, gradually sags. To reload the oven, the electrodes must again be lifted enough to allow them to pass over the edge of the oven when the cover is rotated sideways to reload.
These movements of the electrodes are carried out by means of an automatic electrical mechanism, sensitive to the intensity of the current which passes through each of the electrodes. These automatic devices, well known at present, are arranged so that, when the interval between the end of the electrode and the metal increases, by increasing the resistance which opposes the passage of the current, the mechanism reacts to the decrease. current and operates the displacement mechanism of the electrode
<Desc / Clms Page number 2>
way to lower it.
On the other hand, if the distance between the end of the electrode and the surface of the metal becomes insufficient, the result is an increase in the current intensity to which the automatic device reacts by causing the lifting of the electrode by its movement mechanism.
In some cases, the mechanism which moves the electrode up and down may include a pressurized fluid actuated piston connected to a reservoir and a reversible pump, operated by an electric motor, which serves to pump liquid from the reservoir to the piston or conversely, depending on whether it is desired to raise or lower the electrode. This motor is controlled by the aforementioned automatic device. In some cases, however, systems with pressurized fluid are undesirable, and in most cases the reversible electric motor operates a winch. A cable is wound on the winch, passes over pulleys, and is attached to the electrode. Of course, the winch unwinds the cable to lower the eleotrode and rolls it up to raise. Here again, the motor is controlled by the aforementioned automatic device.
In small ovens, a counterweight is generally attached to the cable, the weight of which is substantially equal to that of the electrode and its accessories, so that these two elements are exactly balanced. The motor and the winch are then only asked to exert sufficient force, in one or the other direction, to cause this balance to cease. If you want to lower the electrode, the winch: turns in one direction, then adding the power of the motor to the weight of the electrode to be lowered. If, on the contrary, we want to raise the electrode, we add the action of the motor to that of the counterweight. Thus, only a very low power is required from the engine since it only needs to upset the existing balance.
However, for some time, furnaces of much larger capacity have been constructed. In some cases, the weight of the electrode and the mechanism attached to it can reach 10 tons or more and the electrode can be about 3.50 to 5 meters long. With the system which has just been described, the counterweight must then have considerable dimensions. The counterbalance system is further complicated by the fact that it is necessary to lift the oven cover and move it horizontally in order to open the oven for loading or for other purposes. Also, we were led to eliminate the counterweight and consider a much more powerful electric motor and a winch capable of acting alone on the cable to raise or lower the electrode.
In such a case, this motor can be mounted on a lateral extension of the oven cover and the complication resulting from the use of massive counterweights is then avoided. But it has been found that, with the bulky and high mass equipment which is then required, the motor does not readily respond to the relatively small fluctuations of the automatic mechanism. This mechanism may well be put in the position which corresponds to a slight lifting or a slight lowering of the electrode, but the motor does not start, so that the desired fine tuning is not obtained and the motor can heat up excessively.
According to the invention, the drawback presented by this arrangement of motor and winch acting on their own on the electrode is overcome by combining with this control an electromagnetic ballast device which constantly exerts a directed force in the electrode. same direction as that exerted by a counterweight, so that the weight of the electrode and of the attached members is, at least partially, balanced by this device. As a result, the winch responds more easily to the slight adjustment impulses commanded by the automatic device.
Although this electromagnetic ballasting device can take different shapes and arrangements and be, for example, constituted by a simple solenoid constantly traversed by current so as to produce a force which tends to move the electrode in a direction opposite to gravity, such a device would be relatively bulky and bulky. The same action can be obtained using a much more compact device, using an electro-magnetic couple such as,
<Desc / Clms Page number 3>
for example, a torque producing motor or other similar device which by itself does not have sufficient power to move the electrode but which, acting in combination with the winch motor, exerts a force this ballast which tends to oppose the weight of the electrode and its annexes.
The invention further provides that this torque or this auxiliary motor can be actuated in combination with the motor of the winch in order to accelerate the lifting speed of the electrode when it is desired to move this electrode. from its working position to a point where it allows the lid to pass over the top edge of the oven, when the lid turns sideways.
The main objects of the invention are, therefore, to obtain, in a control mechanism for adjusting the position of an electrode, a continuously acting ballasting force which partially supports the weight of the electrode and its appendices and, more especially, obtaining, in combination with the motor which actuates the winch of the electrode, of an auxiliary motor intended to produce a torque which, by itself, does not allow develop sufficient power to move the electrode but which continuously exerts a force helping to move the electrode.
Another object of the invention consists in combining with such a torque-producing motor system, a control circuit by means of which the auxiliary torque-producing motor can be used with the motor of the winch, in order to access the motor at will. movement of the electrode when the electrode is to be moved by hand, preferably to automatic movement, for example when it is desired to lift the electrode from its working position.
It will be noted that in what follows it is assumed that the torque producing motor is a separate motor, in order to make the explanation and the accompanying drawings easier, and because it is currently possible to obtain separate electric motors. having the characteristics desired for the use in question But, of course, the two electric motors can be united in a single element, instead of being physically separated and it goes without saying that such a combined arrangement is covered by the invention .
In general, a metallurgical arc furnace of the type in question has three electrodes passing through its cover, each of which is adjusted and moved separately. But the operating mechanism of each of the electrodes is the same. Also, in the accompanying drawings, most of the time only a single electrode and its control mechanism have been shown. In addition, this control mechanism generally makes use of a mast and an arm which support the electrode. But, for simplicity, there is shown in the schematic figures the lifting cable fixed directly to the electrode.
In the accompanying drawings, there is shown schematically, by way of example, various embodiments of the invention.
Fig. 1 is a schematic view of a three-electrode common type furnace showing the currently used counterweight device applied to one of the electrodes.
FIG. 2 also shows, schematically, a device currently in use, but without a counterweight, the winch actuated by the motor constituting the only device for moving the electrode.
Figure 3 is a view similar to Figure 2 showing how one can use an electromagnetic force acting constantly to balance, at least partially, the weight of the electrode.
FIG. 4 is a schematic view showing the application of a torque producing motor coupled with the motor of the winch so as to exert a ballast or balancing force.
Figure 5 is a schematic view showing the auxiliary motor coupled with the winch motor through a li-
<Desc / Clms Page number 4>
what is known as a "fluid drive".
FIG. 6 is a similar view in which the coupling between the two motors is obtained by a differential gear.
Figure 7 shows how the two motors can be contained in the same enclosure.
FIG. 8 is a side elevation of the whole mechanism for controlling the movement of an electrode and comprising a torque generating motor combined with the motor operating the winch, these two motors being placed vertically so as to save space. sufficient free space and to allow the use of a platform constituting an extension of the oven cover.
Figure 9 is a diagram showing how three assemblies of the type shown in Figure 8 may be mounted on the platform, the outline of the oven being shown in phantom.
Fig. 10 schematically shows the complete control circuit relating to an automatically controlled electrode of the type manufactured by the General Electric Company and known as "Amplidyne". In this figure we also see the independent ballast motor with a circuit by which the latter motor can be used to accelerate the speed of raising or lowering of the electrode when it is operated by hand.
FIG. 11 is a schematic view relating to the case where the motor producing the ballasting torque is alternating current.
In the drawings, Figure 1 shows the well known type of control. We see at 2 the body of a tilting electric arc furnace and at 3 the furnace cover carrying three electrodes 4, 5, 6 which pass through this cover.
At 7 is a piston for lifting the cover which is then pivoted in a horizontal plane to allow access to the upper part of the oven 2, in the well-known manner.
Each electrode is connected to a current source; as explained above, the control of each electrode is identical, so only one of these controls has been shown. As can be seen schematically in FIG. 1, a cable 8 is attached to the electrode in order to raise or lower it; ce.cable passes over pulleys 9 and 10. At 11 is a counterweight which substantially balances the weight of the electrode and its annexes.
At 12 we see a winch actuated by a motor 13. The latter is controlled according to the intensity of the current flowing in the line 14 to end at the electrode 5 'The control device is indicated schematically at 15 @ A type A well-known control of this kind is manufactured by the "General Electric Company". But there are other control devices of this kind well known to technicians.
It can be seen that the counterweight 11 substantially balances the weight of the electrode 5 and its annexes, so that the motor 13 must only provide sufficient power to upset the balance in one direction or the other. in particular because, thanks to the arrangement of the pulleys, the counterweight rises when the electrode goes down and vice versa.
As has been said previously, the weight that we are now led to give to the electrodes and their annexes has become such that the arrangement of FIG. 1 presents serious drawbacks, in particular because of the volume that must have the counterweight. In addition, when the oven is tilted or when the cover is moved, the suspension system of the counterweight which must be provided to allow such movements necessarily presents complications which do not appear in the schematic drawing of FIG. As a result, as can be seen in FIG. 2, we have been led to eliminate the counterweight and to use only a motor 16, much more powerful, capable of operating the winch 17 without a counterweight.
Here again the motor is controlled according to the variations in the intensity of the current flowing through the electrode, the automatic control device being shown schematically at 18 and the current supply
<Desc / Clms Page number 5>
in 190 In practice (this is not shown in the drawing) the motor drives the winch by means of an endless screw so that, when the motor is stopped, the system cannot move. of himself.
A disadvantage of this arrangement lies in the fact that the motor is not sufficiently sensitive to small variations in the intensity of the current or to weak pulses given by the automatic control device 18, as explained above. hauto
In FIG. 3 we see an arrangement similar to that of FIG. 2 but in which devices have been provided which make it possible to apply to the electrode a constant force directed in the opposite direction to its weight so as to obtain an action of continuous ballasting or balancing producing an effect very similar to that of a counterweight but here the force is no longer due to gravity but to a source of energy, which saves the space occupied and simplifies the installation .
In this figure we see at 20 the electrode, at 21 the control cable passing over the pulleys 22 and 23, at 24 the conductor bringing the current to the electrode and at 25 the automatic control device The latter acts on the motor. 26 driving the winch 27. This figure shows schematically a magnetic armature 28 mounted on the cable 21 between the pulley 23 and the winch 27. Around this armature is a solenoid 29 continuously under current and therefore exerting traction. down on the frame 28, traction analogous to the weight of the counterweight 11, while avoiding the bulk and mass of the weight of FIG. 1. The solenoid 29 being continuously under current, it constantly exerts a ballasting force opposite to the action of gravity on the electrode 20.
But this force is insufficient to make the electrode rise. However, when the motor 26 is started operating the winch 27 to lift the electrode, its action is aided by that of the solenoid 29, so that the motor 26 responds more easily to slight variations in the current flowing through the electrode. . It should not be forgotten, considering Figure 3, that although the motor 26 appears to be coupled directly to the winch 27, there is, in reality, between them, a worm gear which will be shown further below. detail, so that the weight of the electrode cannot turn the winch in the opposite direction when the current stops reaching the motor 26.
The gist of Figure 3 is that, with the solenoid 29 being continuously supplied with current, the action of gravity on the electrode 20 is partially balanced so that when the motor 26 is running, it does not. need than to develop a limited power and consequently there is less risk of stalling or of remaining motionless under the action of a small variation of the impulses which are transmitted to it by the automatic control unit 25 By saying that the solenoid 29 is constantly under current, it should be understood that this solenoid exerts its action at all times when the oven is in normal operation, whether the motor 26 is running or not.
The solenoid therefore constitutes a "constant motor" much less bulky than a counterweight.
FIG. 3 is above all intended to show the general principle of the invention and does not claim to represent the most convenient or efficient embodiment thereof. In FIG. 4, an embodiment has been shown schematically. more practical and more compact In this figure we see at 30 one of the electrodes of the oven of FIG. 1. It is actuated by a cable 31 passing over pulleys 32 and 33. The other end of the cable is wound on a winch 34 actuated by a motor 35, as in FIG. 2. The motor 35 is controlled by an automatic device shown schematically at 36 and influenced by the intensity of the current arriving at the electrode via line 37. But, in this case, the motor shaft 35 carries a pulley 38.
Another motor 39, supplied separately by the conductors 40 et- 41, is arranged next to the motor 35, and a belt 42 passing over the pulley 38 and over a pulley 43 wedged on the shaft of the motor 39 connects the latter to the motor. 35 and the electrode lifting system.
Motor 39, in this arrangement, is a torque-producing motor capable of developing high torque, whether stopped or running.
<Desc / Clms Page number 6>
mentally. The motor 39, by itself, is not powerful enough to move the electrode 30. As a result, as long as the motor 35 is not powered, the motor 39 exerts a continuous torque tending to rotate the winch 34. in a direction corresponding to the lifting of the electrode, but this torque is not sufficient to cause the electrode to move. However, the torque exerted continuously by the motor 39 has the effect of partially balancing the weight of the electrode 30 and its appendages; he therefore exercises a balancing potion using a compact device.
When the control device determines the lifting of the electrode 30, it rotates the motor 35 in the desired direction to wind the cable 31. But, since the torque of the motor 39 is already directed in a direction such that it tightens. in rotating the winch in this direction, the force required of the motor 35 is reduced and the motor 35 responds instantly to the slight variations in the current flowing through the device 360 If, on the contrary, the device 36 controls a lowering d. electrode 30, it turns the motor 35 in the opposite direction to the action of the motor 39 and, in fact, the latter motor is driven in the opposite direction, so that, while the winch unwinds the cable to allow the 'electrode 30 to descend by its weight,
the motor 39 prevents this weight from acting freely and exerts a balancing or braking force. Therefore, the operating conditions of the motor 35 are similar to those which govern the motor 13 of figure 1 in which the counterweight 11 is lifted in the direction opposite to the action of its own weight, when the electrode 3 goes down.
The motor 39 constantly under current and combined with the motor 35 whose action is intermittent and reversible, constitutes a very compact regulating mechanism and particularly useful for very heavy electrodes o This device avoids the use of massive counterweights and the corresponding complicated compensating devices . An engine operating as a torque-producing engine under the conditions of the installation considered gives approximately 60% of its theoretical power; in other words if an engine is sold for 10 hp, it can safely be assumed that it will provide 6 hp as a torque motor, in an installation of this kind.
Consequently, in a very powerful installation, an auxiliary motor of the "10 CV" type will replace a much larger and much larger counterweight and at the same time the winch motor will no longer need to be as powerful, so that the The energy required to operate it will be lower and its sensitivity will be increased.
In the schematic arrangement of FIG. 5, the electrode 45 is still actuated by a cable 46 passing over the pulleys 47 and 480 This cable is wound up on a winch 49 driven by the motor 50 which is itself controlled by the automatic device 51 sensitive to the intensity of the current flowing in the supply line 52 of the electrode. Here again, a pulley 53 is placed on the control shaft of the winch and is coupled with a pulley 55 by a belt 54. Pulley 55 is coupled by a fluid coupling 56, analogous to similar couplings used on automobiles, to a motor 57 constantly under. The latter exerts, through the fluid coupling, a continuous torque on the winch 49, in the opposite direction to the torque resulting from the weight of the electrode 45.
But, as in the previous embodiment, this torque is insufficient to make, at its threshold, turn the winch. However, due to the ballast exerted by the intermediary of the motor 57 and the fluid coupling, the weight of the electrode and its annexes is partially balanced, so that the motor can rotate the winch in either direction, as in Figure 4, with the corresponding advantages. The use of the fluid coupling makes it possible to simplify the type of the motor 57 or to make better use of its operating characteristics. The slippage which occurs between the auxiliary motor and the winch in such an arrangement takes place in the fluid coupling rather than between parts having magnetic links between them, for example in the torque producing motor.
In both Figures 4 and 5, the auxiliary motor is operated and controlled independently of the motor which rotates the winch and is constantly energized during normal oven operation.
<Desc / Clms Page number 7>
Another embodiment of the invention is shown in FIG. 6 in which the winch 60 can be seen on which the cable 61 is wound, similar to the cables described in the preceding embodiments.
In 62 we find the motor which operates the winch. On the shaft of this motor is wedged a pinion 63, while a pinion 66 is wedged on the shaft of the winch
60. We see at 64 the auxiliary motor which functions as a torque producing motor. The latter drives a pinion 65 which meshes with the pinions 63 and-66. In this case the motor 64 continuously exerts its action between the pinions 63 and 66 and, thanks to the torque thus exerted, it balances, at least partially, the action of the weight of the electrode; but its power is not sufficient to turn the winch.
However, when the motor 62 rotates in either direction, under the action caused by the device analogous to those previously described, but not shown in FIG. 6, the two motors operate exactly as s' they were coupled by the intermediary of a belt as shown in figure 4.
It is immediately seen that in Figures 5 and 6 the auxiliary motors 57 and 64 are not necessarily electric motors; any motor may be suitable as long as it is capable of producing the desired torque.
As will be seen more particularly from what follows, it is desirable that the motor which produces the balancing or lifting torque, whatever its characteristics, has its point of action interposed or connected. between the motor which operates the winch and this winch, when using motors of common types o This is intended to prevent the shaft of a motor of common type from being subjected to excessive forces, when using such a motor for operating the winch. Otherwise, the auxiliary motor could be coupled directly to the same shaft as the motor ... which operates the winch.
It would, of course, be possible to provide a stronger shaft but this would require a special modification of the motor and, if this motor is specially modified, the torque-producing motor and the motor which operates the winch can both be housed in the same one. housing and act directly on the same shaft.
This arrangement is shown schematically in Figure 7 where we see at 70 the winch actuated by a shaft 71, on which acts a double motor of which a part 72 constitutes the drive motor of the winch while the part 73 constitutes a motor producing torque, the two motors 72 and 73 acting directly on the shaft 71. The motor 73 is separately supplied with current continuously throughout the duration of the operation of the electrode,
while the supply of the motor 72 is controlled by the automatic device 74 and is carried out from the line 75 which supplies the electrode. Certain preferred devices intended for the embodiments which have just been described schematically will now be described in more detail.
Considering FIG. 8, it can be seen that this figure represents an assembly intended for the control of one of the electrodes. A frame 80 is organized so that it can be fixed on the platform which projects from one side of the oven cover.
This frame contains a speed reducer of any known type which drives the drum 81 of the winch wedged on a shaft 82 projecting, on one side, the frame 80. This frame also serves as a support for the motor 83 which actuates the winch and whose l 'axis is vertical and directed downward entering a housing fixed to the frame 80. The shaft 84 of the motor carries a pulley 85 and the part of the shaft which enters the housing carries a worm 86 shown in dotted. This screw meshed with a helical pitch wheel also placed in the housing and wedged on a shaft 87. The construction details of this gear and the housing do not form part of the invention.
However, it will be noted that the worm gear constitutes an irreversible transmission from which it follows that the winch cannot turn when the current ceases to reach the motor 83. Also this type of transmission is desirable in all applications. embodiments described above.
On the side of the motor 83 is mounted an auxiliary motor or balancing motor 88, the shaft 89 of which is also vertical and directed towards the
<Desc / Clms Page number 8>
low. This shaft carries pulleys 90 which are connected by belts 91 to pulleys 85 wedged on the motor shaft.
This arrangement provides a compact assembly for controlling the electrode, and its horizontal size is relatively small. The cable 91 wound on the drum 81 of the winch is used to operate the electrode. Three such assemblies can easily be placed on an overhanging platform from one side of the cover along with the poles and other accessories relating to the operation of the electrodes.
The particular arrangement of this assembly makes it particularly suitable for its application to electric ovens, because of its small horizontal bulk. This arrangement makes it possible to house all the control equipment for the electrodes on a lateral extension of the oven cover.
In Figure 9, there is shown more or less schematically, in plan, how three sets of this type can be arranged on a platform projecting sideways on the oven cover. In this figure, we see at 95 a platform fixed to the oven cover and overhanging beyond the contour of the latter. The outline of the oven is indicated by line 96 in phantom. Three of the motor-winch assemblies of the type just described are mounted side by side on this platform. These three sets are all constructed according to figure 8 and are designated respectively by A, B and C, while other parts of these sets bear the reference numerals of figure 8.
Along each assembly is a support 97 intended to receive the mast to which the support arm of the electrode and the pulleys are fixed, in the well known manner, this mast and these pulleys not forming part of the invention. With this arrangement, the three assemblies actuated by the motors and intended to operate the electrodes can be mounted on the same side of the cover, so as to move with the latter, which eliminates the cumbersome muffle and the mechanism which was necessary until here when the counterweights were used.
FIG. 10 shows a typical circuit for the motor which drives the winch, assuming that an automatic motor control device of the "Amplidyne" type from the General Electric Company is used, as has been previously seen. said previously. But, of course, one could use other known equipment of this type, the control device used being left at the free disposal of the installer.
The "Amplidyne" system consists of a specially constructed motor-generator assembly. In the diagram of figure 10, one sees in 100 the electric furnace as well as the molten metal bath and in 101 the electrode which one wishes to make go up or down. In 102 is the line which brings the current to the electrode. The variations in the intensity of this current act by induction on a current transformer 103 which is part of a closed circuit also containing the primary 104 of a transformer.
The current variations of the winding 103 are transmitted by the winding 104 to the secondary 105 of the transformer. The current leaving 105 is rectified by a rectifier 106 and the current thus rectified arrives at the field winding of a motor-generator assembly in which the winding 107 is the field winding intended to energize the generator in order to obtain a current flowing in a given direction, that is to say in fact in the direction which drives the electrode upwards or which turns the motor of the winch in a direction corresponding to the rise of the electrode . A shunt resistor 105A makes it possible to modify the intensity of the current flowing at 107 and consequently of the exciter field.
At 104a is seen a short circuit switch which is open when the electrode is operated with the automatic control and which is closed when the electrode is operated by hand.
With the current supply line 102 of the electrode is connected, by a hand operated switch 108, an adjustable resistor 109 from which current flows to one side of a rectifier 110. The other side of the rectifier is connected by a conductor 111 with the side grounded
<Desc / Clms Page number 9>
electric oven 112.
The flow from the rectifier 110 arrives at a field winding 113 of the motor-generator assembly, the winding 113 being the field winding of the generator which, when energized, causes the motor to rotate. winch in the direction corresponding to the descent of the electrode o We see at 114 the armature of the generator which is driven by an AC motor 115 shown in the drawing in the form of a three-phase motor La generator has a differential field winding 114a. It also has a field winding 116 which can be switched on by a switch 117 with a direct current source coming in through wires 118 and 119.
Switch 117 can be fully open and then interrupt the connection between field winding 116 and direct current. It can also be connected so as to establish communication with the direct current in a direction such that the direction of this current in the field winding 116 is reversed, which also has the effect of reversing. the direct current flow of the generator.
The current delivered by this generator arrives at the motor 120 which actuates the winch, this motor having a field winding 121 connected to the wires 118 and 119 carrying the direct current. This motor actuates the winch 120a so as to cause the electrode to move up or down depending on whether it is the field winding 107 or the field winding 113 which is traversed by the current, or else according to the direction of the current in the field winding 116, when the direction of the current in the latter is controlled by a manual operation.
The torque generator motor is designated as a whole by 122 and is supplied by a dc generator 123 with differential compensation, the motor 122 having a field winding 122a connected, via a variable resistor. 124, with the source 118, 119 of direct current. We see in 125 the belt which connects the motor 122 and the motor 120.
The generator 123 is driven by an AC motor 1260 The latter has a field winding 127 which can be powered from the source 118 and 119 of direct current through a variable resistor or rheostat 128 that one can also bring to a current interruption position as well as the resistor 1240 The winding giving the differential field of the generator 123 is represented at 129 and we see at 130 a switch for the differential winding as well as 'a switch 131 arranged between the generator 123 and the motor 1220
The operation of the installation shown in FIG. 10 is easily understood. When the electrode is arranged for automatic adjustment, switch 104a is open and switch 108 is closed.
Switch 117 is in an open position whereby winding 116 does not receive current. The armature of the generator 114 is constantly set in motion by the motor 115 and, as a result, the motor 120 of the winch rotates in either direction depending on the relative strength of the fields produced by the windings 107 and 113 The device which has just been described so far constitutes the “Amplidyne” circuit known in itself.
To switch from automatic control to manual control, that is to say to raise or lower the electrode more quickly, switch 104a is closed and switch 108 is opened. Then switch 117 is set to the hand, in a position such that the generator 114 rotates in a direction corresponding to the direction of rotation desired for the motor 120 and, consequently, for the winch 120ao When the motor 120 operates with automatic control, the motor 122 is controlled by the generator 123, the switch 131 then being closed and the switch 130 open, so that the generator sends to the motor 122, continuously, a current producing a torque which tends to rotate, through the intermediary of the belt 125 , the winch 120a in a direction which corresponds to the lifting of the electrode.
When the motor 120 is operated under manual control, the resistor 124 and the corresponding switch are arranged to supply the field winding 122d with current and hence to accelerate the rotational speed of the motor 122 and increase its speed. torque, so as to allow the motor 122 acting in combination with the motor 120 to increase the speed very significantly
<Desc / Clms Page number 10>
lifting of the electrode, when the oven is to be put to rest o If it is assumed that the motor 122 is a motor of nominal power 10 CV, it can, in this case, give its full power of 10 CV and by more significantly increase the speed at which the winch rotates to raise the electrode.
This is of great importance because the normal speed of movement is about one meter per minute and, in this particular case, the necessary movement can reach several times this distance. To lower the electrode, the switch formed by the resistor 124 is opened, so as to stop the supply to the coil 122a and the switch 131 disposed between the generator 123 and the motor 122 is opened, so that this motor also ceases to be powered and no longer offers resistance to the rapid descent of the electrode caused by the manual control of motor 120.
All of the above is simply a circuit that can be used with the ballast motor in a particular embodiment of the connections. In FIG. 11, there is schematically represented an embodiment in which the torque generator motor is a wound rotor induction motor supplied in three phase. In this diagram, we see at 135 a motor driving a pulley 136 on which passes a belt 137 which plays the same role as the belt 125 of figure 10 or the belt 42 of figure 4. The motor is connected with a line in three-phase by conductors 138, 139, 140.
This motor is controlled by three variable resistors 141, 142, 143 each combined with a switch 144, 145, 1460 The resistors can be connected by means of switches 147, 148, 1490 When all the switches 144 to 149 are closed, the motor 135 turns in a direction corresponding to the rise of the electrode, the motor 135 then developing its maximum power to help the motor which acts on the electrode and which is at this moment under manual control, according to the diagram of figure 10. If the switches 147, 148, 149 are open, the motor 135 does not work and consequently the mechanism which acts on the winch can lower the electrode to the maximum speed without boosting the motor 135.
When switches 147,148,149 are closed and switches 144,145,146 are open with the resistors properly adjusted, the motor can then operate as a balancing motor in the automatic control system by developing a resistive torque as well as we explained it previously ..
Specialized technicians and in particular those who are familiar with electric motor control devices will immediately see that everything contained in the foregoing description represents only the principle of the invention and that it is possible, without going beyond its limits. limits, choose at will the type of motor and the type of motor control device that will be used for the implementation of the invention Different types of motors and circuits for these motors can be chosen according to the nature of the result which is desired to be obtained under certain particular conditions and according to the engines which can be obtained in practice to carry out the desired operations.
In all the variants of the invention which have been described so far, the motor which actuates the winch causes the electrode to move up and down, while an auxiliary motor exerts a ballasting force which acts continuously throughout the automatic operation of the device. winch motor and balances the weight of the electrode.
The ballasting force thus employed acts continuously as long as the motor which actuates the winch is subject to automatic control and its action has the effect of substantially balancing the action of gravity on the electrode. Electric motors, owing to their relatively high efficiency and compact construction, are particularly suitable for application for this purpose and constitute electromagnetic devices for exerting a balancing action on the electrode which, while being extremely efficient, are also very small in size.
Although some embodiments have been described so far
<Desc / Clms Page number 11>