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"Dispositif de réglage des électrodes dans les fours à arc"
Le réglage.des électrodes dans les fours à arc a pour but de réalisur par un déplacement des électrodes le réglage
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automabique de 'la longueur des arcs et par conséquent de la puissance absorbée par le four. Comme les distances entre les
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électrodes et la matière varient constamncnb et de façon irrúculiore par usure des ' électrodes dans l'arc et par la fusion do la charge introduite, il faut modifier c0118L:"ù1:±lhmt la position clos électrodes individuelles, l,c dépLtcmei1r. des élocrorles se 6lts ,,h>rJgJ lcs .Foui"i 0 arc, par CA)'T 1 n' 11' '1,.,1'''''111' 'll 011 1 .1' ;c ij ±.i < il,t TJ .
]).¯1.11;; l ' Rl>;j <;t Je la r3i écntc; invnnLion, on a nupposc
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que le déplacement des électrodes se fait par commande hydrauli- que, toutefois le réglage des électrodes selon l'invention est également applicable exactement de la même manière dans son principe lorsque le déplacement des électrodes se fait par commande 'électrique, par exemple par un moteur électrique. Comme les modifications de la distance entre les électrodes et la masse fondue se font le plus souvent très brusquement, c'est-à- dire en une fraction d'une seconde, il est nécessaire, pour maintenir aussi constante que possible la puissance absorbée par le four, d'utiliser un système de réglage qui soit en mesure de suivre ces modifications'à une vitesse aussi égale que possible.
Les-nombreux dispositifs de réglage connus jusqu'ici sont trop lents, de sorte qu'il Seproduit dans la puissance absorbée par les fours à arc des variations très fortes, bien que de courte durée. La caractéristique de réglage, c'est-à-dire la caractéristique de fonctionnement, qui doit être maintenue constante était, précédemment, l'intensité du courant passant dans les électrodes. Confie la puissance absorbée ne dé- pend pas seulement de l'intensité, mais aussi de l'impédance de l'arc, on préfère depuis quelque temps le réglage de l'impédance.
Dans' le réglage de l'impédance, on utilise comme caractéristique de réglage le rapport entre l'intensité et la tension d'électrode.
Dans l'objet de la présente invention, on se base sur un réglage de l'impédance. Toutefois, on peut appliquer les,mêmes principes également à un réglage uniquement de l'intensité lorsqu'il n'est pas nécessaire, en raison des conditions parti- culières de fonctionnement du four, de faire usage d'un réglage de l' impédance .
Conformément à la présente invention, le réglage des électrodes se fait par application de la caractéristique de réglage,-après amplification électronique, à la grille d'une ou de plusieurs lampes commandées, par exemple de thyratrons,
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de le courant d'anode cette lampe ou de ces lampes commandées excitant un électro-aimant ou commandant un moteur électrique, par le moyen de quoi on 'ouvre ou on ferme la valve .de commande lu dispositif de commande'hydraulique des électrodes.
Par comparai- son avec les dispositifs connus de réglage'des'électrodes fonction- pant avec des éléments intermédiaires mécaniques, cela offre 'le grand avantage qu'il ne se produit pratiquement aucun retard
Jans le dispositif de réglage jusqu'à l'électro-aimant ou jusqu'au moteur électrique manoeuvrant la v ve de commande, étant donné que
Les intervalles de temps qu'il faut que des phénomènes électroniques s'accomplissent sont, comme on sait, d'une durée qui est de beaucoup inférieure par son ordre de grandeur à celle qu'on peut atteindre avec les dispositifs de commande fonctionnant mécaniquement, même les plus rapides, ces dernières durées étant toujours de l'ordre de grandeur de 0,1 seconde.
Il est avantageux d'utiliser, pour la commande des courants ,,,excitant l'électro- aimant ou assurant le fonctionnement du moteur électrique, chaque fois deux lampes de commande fonctionnent en push-pull' qui coopèrent de telle sorte qu'elles soient allumées en même temps par des Grilles en parallèle et que leurs courants d'anode se superposent et excitent le même électro-aimant ou font fonctionner le même moteur. En général, la valve de commande possède, dans le cas d'un réglage hydraulique des électrodes, trois positions à savoir, en dehors de la position zéro, une position dans laquelle l'électrode monte et une autre position dans laquelle l'électrode descend.
Pour amener la valve de commande par excitation d'électro-aimants dans ces trois positions, il est avantageux què, dans chaque cas, il y ait deux lampes de commande ou deux groupes de deux lampes de commande qui fonction- nont, en opposition de telle sorte que l'une des lampes ou l'un des groupes de lampes soit allumé lorsque l'impédance dépasse la valeur à réaliser, que l'autre lampe ou groupe de lampes
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de commande soit allumé lorsque l'impédance devient inférieure à cette valeur, les courants d'anode exeitant deux électro- aimants qui ouvrent et ferment d'une manière connue la valve de commande.
Comme dans tous les problèmes de réglage, il se pose dans ce cas également le 'problème de l'obligation de pren- dre des mesures spéciales pour empêcher quc les organes de déplacement dépassent la valeur à réaliser, ce qui fournirait un excès de réglage qui déclencherait la manoeuvre opposée de réglage, de sorte qu'il pourrait se produire un mouvement pendulaire. Un tel mouvement pendulaire se produit avec une facilité particulière lorsque, comme c' est nécessaire dans le réglage des électrodes des fours à arc, le réglage doit s'effectuer en un temps aussi cout que possible.
Pour obtenir d'une part qu'en cas d'écarts importants par rapport à la valeur à réaliser l'électrode .soit déplacée rapidement, mais d'autre part que la vitesse ne 'soit pas trop grande quand on se rapproche de la valeur réalisée à une vitesse telle. qu'il y ait risque que l'électrode dépasse notablement la valeur réalisée, on peut prévoir, selon une autre caractéristi- que de la présente invention, deux systèmes de lampes de commande dont l'un commande une valve de réglage de précision et 'l'autre une valve de réglage rapide et grossier. Dans ce cas, on utilise' alors pour le réglage rapide et grossier une valve de commande ayant une plus grande section de passage.
On règle les valeurs auxquelles les deux systèmes de lampes de commande entrent en action de telle sorte que la valve de com- mande pour le réglage rapide et grossier ne soit ouverte qu'au moment et pour le temps où l'impédance s'écarte fortement de la valeur à réaliser.
Dès que l'écart s'est/abasissé ¯ en-dessous d'une certaine valeur, on ferme la valve de commande du réglage grossier et rapide et le réglage précis sur la valeur
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:é.ali-1-a 1,' -1'fccli;= unLquununb par la valve do co<ii i;t=1de cae 111<ciDÎon (le sccbion moindre, lu lieu d'élecbro-aimants qui ne provoquent qu'une ouverture et une fonnebure -de la valve de COli1:,l:.,ndo, on peut utiliser un /loctro-u.ÍiJ1J.nt avec force de rappel de telle sorbe que la valve de coiiifianrlc soit ouverte en fonction de l'intensité du courant d'anode.
Comme lampes de commande, on utilise avec avantage des thyratrons ou des lampes de commande analogues à atmosphère gazeuse qui offrent l'avantage d'admettre des courants d'anode intenses. Ces lampes ont toutefois l'inconvénient que l'intensité du courant d'anode n'est pas proportionnelle à la tension de grille, ct que la grille amorce seulement l'opération de décharge qui n'est toutefois ni commandée ni éteinte par cette grille.
Pour obtenir malgré cela un courant d'anode d'une intensité proportionnelle à la tension de commande, on peut superposer à la tension de grille des lampes de commande, qui est une tension constante on elle-même connue, une tension alternative, de telle sorte que l'allumage d.e :La lampe se fasse dans les inter- valles de chaque période en fonction de la tension de commande.
Plus la tension de commande est élevée, plus l'allumage de'la lampe-se fait à un instant plus tôt à l'intérieur de chaque période, de telle sorte qu'on obtient de cette manière que l'in- tensité effective du courant d'anode soit proportionnelle à la tension de commande appliquée. Quand on fait usage d'un proportionnel de ce genre, on peut utiliser, à la place d'électro-aimants excités par le courant d'anode, un moteur entraîné par ce courant d'anode.
La commande du moteur peut en même temps s'effectuer, selon une autre caractéristique de la présente invention, par modification, en fonction du mouvement d-e la valve de commande, d'unie résistance, en particulier d' une
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résistance à montage potentiojilétrique qui fournit une tension opposée correspondant à la position de la valve. Avec cette tension opposée qui agit en sens contraire de la tension (le commande, on
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obtient que le moteur soit mis hors service lorsque la tension de commande est égale à la tension opposée, et qu'il tourne en sens contraire lorsque la tension de commande est infériette à la tension opposée.
Pour éviter un mouvement. pendulaire, .il est connu dans la-technique du réglage d'utiliser ce qu'on appelle un systeme de rappel qui communique au mécanisme de mesure une impulsion de rappel avant que la valeur réalisée ait atteint la valeur à réaliser. Un tel rappel peut s'obtenir, dans l'objet de la présente invention, par exemple par introduction avec retard, dans l'entrée du système amplificateur, d'une tension qui dépend de la tension de commande et qui réduit par ce moyen la grandeur en cours de réglage.
Dans le réglage proportionnel, il est avantageux que la tension appliquée au système d'alilplifica- tion dépende non seulement de la tension de commande, mais aussi de la position de la valve, ce qu'on peut obtenir par exemple par production de cette tension par un autre potentiomètre
Sur les figures des dessins joints sont représentés schématiquement des exemples d'exécution de système de réglage des/électrodes selon la présente invention.
La figure 1 représente la disposition s.ous sa forme la plus simple. Le dispositif est divisé en quatre éléments fondamentaux, qui, dans les figures suivantes, ne seront représentés en partie que sous la forme de symboles, pour rendre le dessin plus clair. L'élément I est le dispositif connu de production d'une ttension de commande dépendant de l'impédance, donc le mécanisme de mosure proprement dit.
L' élément II est le dispositif s'amplification. L'élément III est le système de lampes servant à produire les courants excitant les électro-aimants ou entraînant le moteur électrique.
Enfin, IV est le dispositif qui sert à ouvrir et à fermer la valve.
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Dans l'élément 1, on produit d''une manière- connue à l'aide d'un transformateur d'intensité 1 un courant proportion- nel au courant d'anode passant dans l'électrode, et dans son circuit se trouve une résistance 2 sur laquelle on prélève une tension proportionnelle à l'intensité du..courant d' électrode.
La résistance 3 est montée en parallèle avec l'arc, on peut donc recueillir sur cette résistance une tension proportionnelle à latension de l'arc.;Ces deux tensions sont appliquées'-par l'intermédiaire de deux transformateurs 4 aux redresseurs 5.
Il est avantageux que le transformateur 4, au moins, qui se trouve dans le circuit de mesure dé la tension soit un transformateur à fuites, car dans un transformateur à faibles fuites il se produit, lorsqu'il y a des vacations de charge ra- pides et fréquentes, des courants d'enclenchement de valeur élevée qui chargeraient trop fortement le transformateur.
Pour protéger les redresseurs et les lampes d'une sur- charge en cas d'augmentation brusque de la tension, on peut en outre prévoir du côté secondaire du transformateur de tension une self à basculement composée d'une bobine à noyau en fer et d'un condensateur, branché en parallèle. L'inductance d'une self à fer diminue lorsque l'intensité augmente. La capacité et l'inductance peuvent donc être choisies de façon que, lorsqu'on atteint une intensité déterminée, il se produise une résonnance dans le circuit oscillant., formé, par la self à fer. et le condensateur. Par ce moyen, la résistance formée, par la self et le condensateur prend une valeur élevée- et limité ainsi l'intensité.
Les redresseurs 5 sont montés l'un à la suite de l'autre et l'ensemble du dispositif de mesure est agencé de façon que, lorsque l'impédance.atteint la valeur à réaliser, ces redresseurs suppriment mutuellement la tension ou fournissent une tension différentielle qui est, pour les autres éléments
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ch isp.-.LLi.r, L. Loil a réaliser qui nua déclunclu; !!.uc'.:ne mAnoeuMTe de n.'.;1 ;;.
L'clé..icnb II ci3{, un dispositif amplificabuur danu lequel ].a bciitLion fournie par l'élément est appliquée par l'inter- médiaire d'une résistance 6, et 1v;nLueiiaii-pi avec utilisation d'une tetmion 7 de polarisation de grille, à la grille de co.amande 8 d'une lampe amplificatrice. Le courant d'anode de cette lampe
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#=,lifica,tr"ice produit dans la résistance 9 une différence de tension qui est une fonction de la tension de mesure qui dépend de la caractéristique de la lampe amplificatrice. Cette tension est appliquée à titre de tension de commande à l'élément III qui contient les lampes de puissance.
L'élément III peut être constitué, dans le cas le plus simple, d'une lampe à vide poussé ou à atmosphère gazeuse, et de préférence par un thyratron. Toutefois, on utilise avec avantage, comme le montre le dessin, deux thyratrons 10. Les anodes de ces thyratrons sont reliées aux extrémités d'un enroulement du transformateur 11 dont la pièce du milieu est reliée aux cathodes, ou bien on adopte le montage inverse.
Comme un thyratron ne laisse passer le courant, comme on sait, que pendant une demi-onde du courant alternatif, il circule dans les conducteurs d'anode des courants continus pulsatoires qui sont décalés, dans le temps l'un par rapport à l' autre, et dans le conducteur de cathode un courant continu pulsatoire dont .le nombre dos impulsions est double.
L'aimant 12 qui sert à actionner la valve
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peut par conséquent être monté soit sous la forme d'un:conttcteu-r de cathode, soit dans les conducteurs d'anode sous la forme d'un aimant à courant alternatif avec deux enroulements isoles l'un de l'autre. Dans le schéma simplifié représenté dans la figure 1,'il n'y a qu'un électro-aimante c'est-à-dire que la valve
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n Lotz r==.it ùbre ouverte que dans un seul sens. 1 on iitilisa un :lFci:ro-,i¯nt:nt;
1%1 dont la course d'attraction Lie l'mtcnité du c3ur;.nt, par exemple un aimanb tournant ;wc force
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;.;.;,¯ 1, on t 1, t'. ¯¯ .'1,:;' le disprutif do façon (jut., 1W ^..il, 1'i:.ritl.nc uijb à la valeur a réaliser, le courant, d'anode c.v.i une valeur telle que la valve soi tout juste mainbonuo dans la pojibion zéro. En cas d'écarbs do l'impédance par rapport a la valeur à réaliser pour cebbe grandeur, le courant d'anbde au,muÛc etouvre la valve dans l'un des sons, ou bien il'diminue encore davantage et ouvre la valve en sens contraire'.
Selon une autre caractéristique de la présente invention,
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on ubilioc, coi=unc le montre la figure 2, deux laMpes uplifica- trices montées en opposition et deux groupes, montes en opposi- tion, de lampes de commande. On se, sert de nouveau, à titre de, mécanisme de mesure I, du même dispositif que dans la figure 1.
C' est pourquoi ce mécanisme de mesure n'est représenté que d'une manière symbolique. Les deux lampes amplificatrices 18 sont montées en opposition, de telle sorte que sous l'action des courants d'anode il se forme sur les résistances 19 des tensions différentielles qu'on dirige pour l'amorçage des lampes de commnade vers l'élémentIII. Tant que l'impédance de l'arc correspond à la valeur à réaliser, le courant d'iode est nul dans les deux lampes amplificatrices* Il se forme alors sur l'une ou l'autre des grilles de commande des lampes 13, suivant que l'impédance est supérieure ou inférieure à la valeur à réaliser, une tension positive de commande, de telle sorte que,
dans cette lampe, il passe un courant d'anode et qu'il se forme en conséquence une tension de commande sur la résistance 19. Dans l'élément corres-- pondant III, il y a deux groupes de lampes de commando,; et l'un de ces groupes s'amorce lorsqu'il se produit une tension de
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coui il,le en ,, et c' est l'autre groupe qui s'amorce quand il .20 produit une tension de commande en b. Dans l'élémenb IY G''jx.cite alors d'une façon correspondante soit l'électro de 1±'>..,¯;<; ], soib l'éleobro de levage 16. ion manoeuvre de ;.1"."'3 ">'J Î'"r àl<3 en conséquence de: la manière suivrbc.
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En cas d'écart de l'impédance par rapport à la valeur à réaliser pour cette grandeur, par exemple lorsque l'impédance est trop grande, la tension a, amplifiée par la lampe amplifica- trice correspondante, allume les lampes'Supérieures décommande, l'électro 15 s'excite et ouvre la valve de-commande dans le sens nécessaire pour déplacer l'électrode dans la direction qui supprime l'écart qui s'était produit entre la valeur effective de l'impédance et la valeur à réaliser pour cette dernière. Dès que l'impédance a de nouveau repris la valeur à réaliser, la lampe amplificatrice cesse d'être parcourue par le courant, la lampe de commande n'est plus allumée et l'électro l' en conséquence n'est plus excité. la valve 11 retombe à sa position zéro.
Dans le cas où l'impédance présente un écart de sens contraire par rapport à la valeur à réaliser pour cette grandeur, il se forme une tension d'allumage en b , en conséquence c'est la bobine 16 qui est excitée et la valve 14 s'ouvre en sens contraire du sens précédent.
La figure 3 représente d'une manière symbolique un dis- positif dans lequel sont prévues deux valves pour le réglage grossier et le réglage fin. Les éléments II et'III sont prévus chacun' en double et suivant une disposition systématiquement identique à celle qui est représentée dans la figure 2. Chacun des systèmes III commande un système de valve IV, la'valve 17 ayant une section de passage petite, et la valve 18 une section de passage plus grande. , '
Les systèmes II et III sont réglés de façon que les électros de levage qui actionnent. la valve 17 entrent en action pour des écarts de réglage encore relativement faibles, tandis que les électros de levage de la valve 18 n'entrent en action que lorsqu'on dépasse un écart de réglage relative- ment grand.
Les deux valves de commande manoeuvrent le même dispositif de réglage hydraulique des électrodes. Si la valve 17
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W 1;. t71"'Tv.,L'1., J'élccbrode ue déplace relativement 1unGr;munt. üi, en rJu:J de la valve 17, la valve 18 est éGalement ouverte, l'électrode so déplace sensiblement plus vite, do sorte que l'on compense rapidement par réglage de forts écarts, tandis que lorsque l'électrode se rapproche de la.position qu'elle doit occuper, elle n'a qu'une faible vitesse.
La figure 4 représente l'application du morne principe dans le réglage proportionnel. Les éléments I, II et III sont exécutés de la même façon que dans les dispositifs selon les figures 2 et 3. On superpose à la tension de commande, dans l'élément III, une tension alternative, ce qui fait qu'on obtient que l'instant de l'allumage dés lampes de commande dépend de la tension de commande amplifiée dans l'élément II et que, d'une manière correspondante; l'intensité effective des courants de sortie de l'élément IIIest proportionnelle ou bien est une fonction de l'écart de la valeur effective de l'impédance par rapport à la valeur qu'il s'agit de réaliser pour cette dernière.
Dans ce cas, l'élément IV contient non pas deux électros de levage, mais deux électro-aimants dont la course d'attraction dépend de l'intensité du courant d'excitation, par exemple deux électros tournants. Les deux électros' tournants ouvrent la valve 21 dans un sens de rotation contraire, le mode de fonctionnement est donc dans son principe le même que dans le dispositif selon la figure 2 avec cette différence que la valve 21 s'ouvre d'autant plus que l'écart est plus .grand entre la ..=leur réalisée et la valeur à réaliser.
La figure 5 représente un dispositif dans lequel l'ouverture et la fermeture de la valve sont assurées non pas par des électros do levage, mais par un moteur électrique, l'our obtenir que la valve de réglage 22 occupe toujours une position
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qui uoit parrort,ionnclle à la tension de sortie de l'amplifica- tour 2 et par conséquent à l'écart de réglage, un émetteur de tension 23 est relié à la valve.
Comme émetteur de tension, on
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pout usiliser per ,le, un potentiomètre tournant ayant sa source propre de tension et qui fournit une tension proportionnelle à l'ouverture de la v@lve. -J'il se produit un écart par rapport à la valeur a réaliser, en sorte que l'amplificateur 2 fournit une tension de courtaude dont la valeur et la polarité correspondent à l'écart, dans l'élément III les lampes de commnade s'amorcent, et le moteur 24 tourne dans le sens correspondant. En même temps que s' ouvre la valve 22,
il se produit également dans le potentiomètre une tension qui agit en sens contraire de la tension de commande sur la résistance 25. Dès que la tension sur la résistance 23 a atteint une telle que la tension propre sur l'élément III s'abaisse en dessous'de la tension d'amorçage, le moteur 24- s'arrête. la valve 22 reste ouverte et cela d'autant plus que l'écart est plus grand entre la valeur réalisée pour l'impédance et la valeur à réaliser pour.celle-ci. Sous l'action du mouvement de l'électrode qui se produit de cette manière l'écart entre la valeur réalisée et la valeur à réaliser diminue ainsi que,
d'une manière correspondante,' la tension de sortie de l'élément II. Dès que la tension produite par le potentiomètre 23 dépasse alors: la tension de commande de l'élément 11, l'élément III reçoit une tension-de commande de sens -contraire, de sorte que le moteur 24 tourne en sens contraire et commence ainsi à fermer la valve 22.Quand la valeur-réalisée devient égale à la valeur réaliser, le moteur 24 s'arrête.
La figure 6 représente une disposition selon la, figure 2, avec un dispositif de rappel. La tension de sortie de l'élément III ou bien, au contraire, la tension de- sortie de l'élément II est ramenée en partie, par l'intermédiaire d'un élément 'µ en lui-même connu, avec un retard au dispositif d'amplification. Le mode de fonctionnement de ce dispositif diffère de celui de la figure 2 par le fait qu'après l'entrée en action du dispositif de réglage, la tension de mesure
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dirigée vers l'élément II se trouve réduite d'une certaine quantité.
La valve 14 n'est donc pas fermée lorsque,, la valeur effective de l'impédance est enfin égale à la valeur, à réaliser mais, au contraire, elle l'est dès que la valeur à réaliser ne diffère plus de la valeur à réaliser que d'une faible quantité déterminée. On choisit la valeur de cette quantité de façon à ce qu'elle corresponde au retard qui se produit lors de la fermeture de'la valve. Lorsqu'on '' actionne la valve au moyen d'un é ectro de levage, il suffit que l'élément V produise une tension co stante. En cas de réglage proportionnel, la tension opposée pr duite par l'élément V peut être une fonction de la tension de commande appliquée à l'élément
IV ou à l'élément III.
Ce système de rappel permet d'obtenir avec un réglage de la plus grande rapidité la plus grande précision et il empêche tout excès de réglage et tout mouvement pendulaire.
La figure 7 représente schématiquement un dispositif avec rappel dans lequel la valve est actionnée par un moteur, cornue dans la forme d'exécution selon la figure 5. En même temps que la valve s'ouvre et se ferme, il se déplace en dehors du potentiomètre 23 un autre potentiomètre 27. L'organe de retardement 5 reçoit l'application d'une partie de la tension de sortie de l'élément II et de la tension produite sur le potentiomètre 27, de telle sorte que l'on dirige sur l'élément II avec un certain retard une tension opposée qui est une fonction de la tension de commande produite. à la sortie de l'élément II et de la position.de. la ,valve 22.
Par ce moyen, on obtient dans le cas par exemple où la valve. 22. étant largement ouverte l'impédance revient rapidement à la valeur à réaliser, par exemple sous l'action de phénomènes qui se produisent à l'inbérieur du four, en sorte que le risque d'un excès de réglage est particulièrement grand, que l'élément V fournisse une tension'opposée plus grande et que par conséquent la coupure s'effectue pour une différence plus grande entre la tension à réaliser et la tension réalisée que lorsque la valve n'est ouverte que faiblement.
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"Device for adjusting electrodes in arc furnaces"
The purpose of the adjustment of the electrodes in arc furnaces is to achieve by a displacement of the electrodes the adjustment
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automabic of 'the length of the arcs and consequently of the power absorbed by the furnace. As the distances between
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The electrodes and the material vary constantly and irrevocably by wear of the electrodes in the arc and by the melting of the charge introduced, it is necessary to modify c0118L: "ù1: ± lhmt the closed position of individual electrodes, l, c depLtcmei1r. elocrorles se 6lts ,, h> rJgJ lcs .Foui "i 0 arc, by CA) 'T 1 n' 11 '' 1,., 1 '' '' '111' 'll 011 1 .1'; c ij ± .i <he, t TJ.
]). ¯1.11 ;; the Rl>; j <; t I the r3i ecntc; invnnLion, we have nupposc
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that the displacement of the electrodes is effected by hydraulic control, however the adjustment of the electrodes according to the invention is also applicable in exactly the same way in principle when the displacement of the electrodes is effected by electrical control, for example by a motor electric. As the changes in the distance between the electrodes and the melt are most often made very abruptly, that is to say in a fraction of a second, it is necessary, in order to keep as constant as possible the power absorbed by oven, to use a control system which is able to follow these changes at as equal a speed as possible.
The many regulating devices known hitherto are too slow, so that very large variations are produced in the power absorbed by arc furnaces, although of short duration. The regulating characteristic, i.e. the operating characteristic, which must be kept constant was previously the intensity of the current flowing through the electrodes. The power absorbed depends not only on the intensity, but also on the impedance of the arc, the setting of the impedance has been preferred for some time.
In the adjustment of the impedance, the ratio between the current and the voltage of the electrode is used as the adjustment characteristic.
In the object of the present invention, it is based on an adjustment of the impedance. However, the same principles can be applied also to intensity control only when it is not necessary, owing to the particular operating conditions of the furnace, to make use of impedance control. .
In accordance with the present invention, the adjustment of the electrodes is carried out by applying the adjustment characteristic, -after electronic amplification, to the gate of one or more controlled lamps, for example thyratrons,
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of the anode current this lamp or these controlled lamps energizing an electromagnet or controlling an electric motor, by means of which the control valve of the hydraulic control device of the electrodes is opened or closed.
In comparison with known devices for adjusting the electrodes operating with mechanical intermediate elements, this has the great advantage that practically no delay occurs.
Through the adjusting device up to the electromagnet or up to the electric motor operating the control valve, given that
The time intervals which it is necessary for electronic phenomena to take place are, as we know, of a duration which is much less in its order of magnitude than that which can be achieved with the control devices operating mechanically, even the fastest, the latter durations always being of the order of magnitude of 0.1 seconds.
It is advantageous to use, for the control of the currents ,,, exciting the electromagnet or ensuring the operation of the electric motor, each time two control lamps operate in push-pull 'which cooperate so that they are ignited at the same time by Grids in parallel and that their anode currents overlap and excite the same electromagnet or operate the same motor. In general, the control valve has, in the case of a hydraulic adjustment of the electrodes, three positions namely, outside the zero position, a position in which the electrode rises and another position in which the electrode descends. .
In order to bring the control valve by energizing electromagnets into these three positions, it is advantageous that in each case there are two control lamps or two groups of two control lamps which operate, in opposition to each other. such that one of the lamps or one of the groups of lamps is switched on when the impedance exceeds the value to be achieved, the other lamp or group of lamps
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switch is on when the impedance falls below this value, the anode currents exiting two electromagnets which open and close the control valve in a known manner.
As in all adjustment problems, there also arises in this case the problem of the obligation to take special measures to prevent the displacement members from exceeding the value to be achieved, which would provide an over-adjustment which would result. would initiate the opposite adjustment maneuver, so that a pendulum motion could occur. Such a pendular movement occurs with particular ease when, as is necessary in the adjustment of the electrodes of arc furnaces, the adjustment must be effected as quickly as possible.
To obtain on the one hand that in the event of significant deviations from the value to be produced the electrode is moved rapidly, but on the other hand that the speed is not too great when one approaches the value performed at such a speed. that there is a risk that the electrode significantly exceeds the value achieved, it is possible, according to another feature of the present invention, to provide two control lamp systems, one of which controls a precision adjustment valve and ' the other a quick and coarse adjustment valve. In this case, a control valve having a larger passage section is then used for the rapid and coarse adjustment.
The values at which the two control lamp systems come into action are adjusted so that the control valve for the rapid and coarse adjustment is only opened when and for the time when the impedance deviates sharply. of the value to be realized.
As soon as the deviation is / has fallen ¯ below a certain value, the control valve for the coarse and rapid adjustment is closed and the fine adjustment on the value
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: é.ali-1-a 1, '-1'fccli; = unLquununb by the valve do co <ii i; t = 1de cae 111 <ciDÎon (the lesser sccbion, instead of electro-magnets which only cause 'an opening and a shape -of the valve of COli1:, l:., ndo, one can use a /loctro-u.ÍiJ1J.nt with a return force of such sorb that the valve of coiiifianrlc is opened according to the intensity of the anode current.
As control lamps, thyratrons or similar gas-filled control lamps are advantageously used, which offer the advantage of admitting strong anode currents. However, these lamps have the drawback that the intensity of the anode current is not proportional to the gate voltage, and that the gate only initiates the discharge operation which is however neither controlled nor extinguished by this gate. .
In order to obtain in spite of this an anode current of an intensity proportional to the control voltage, it is possible to superimpose on the gate voltage of the control lamps, which is a constant voltage or itself known, an alternating voltage, of such so that: The lamp is switched on at the intervals of each period according to the control voltage.
The higher the control voltage, the earlier the lamp is ignited within each period, so that the effective intensity of the lamp is obtained in this way. anode current is proportional to the applied control voltage. When using such a proportional, it is possible to use, instead of electromagnets excited by the anode current, a motor driven by this anode current.
The control of the motor can at the same time be effected, according to another characteristic of the present invention, by modification, according to the movement of the control valve, of a resistance, in particular of a resistance.
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Potentijiletrically mounted resistor which provides an opposing voltage corresponding to the position of the valve. With this opposite tension which acts in the opposite direction of the tension (the command, one
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obtains that the motor is put out of service when the control voltage is equal to the opposite voltage, and that it rotates in the opposite direction when the control voltage is less than the opposite voltage.
To avoid movement. pendulum, .it is known in the art of adjustment to use what is called a return system which communicates to the measuring mechanism a return pulse before the realized value has reached the value to be realized. Such a boost can be obtained, in the object of the present invention, for example by introducing with delay, into the input of the amplifier system, a voltage which depends on the control voltage and which thereby reduces the quantity being adjusted.
In proportional control, it is advantageous that the voltage applied to the power supply system depends not only on the control voltage, but also on the position of the valve, which can be achieved, for example, by generating this voltage. by another potentiometer
In the figures of the accompanying drawings are shown schematically examples of execution of the / electrode adjustment system according to the present invention.
Figure 1 shows the arrangement s. in its simplest form. The device is divided into four basic elements, which, in the following figures, will be shown in part only in the form of symbols, to make the drawing clearer. Element I is the known device for producing an impedance-dependent control voltage, and therefore the mosure mechanism itself.
Element II is the amplification device. Element III is the system of lamps used to produce the currents which excite the electromagnets or drive the electric motor.
Finally, IV is the device that is used to open and close the valve.
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In element 1, a current proportional to the anode current passing through the electrode is produced in a known manner with the aid of a current transformer 1, and in its circuit there is a resistor 2 on which a voltage proportional to the intensity of the electrode current is taken.
Resistor 3 is mounted in parallel with the arc, so we can collect on this resistor a voltage proportional to the voltage of the arc.; These two voltages are applied through two transformers 4 to the rectifiers 5.
It is advantageous that at least the transformer 4 which is in the voltage measuring circuit is a leakage transformer, because in a low leakage transformer it occurs, when there are ra- pid and frequent, high value inrush currents which would overload the transformer.
In order to protect rectifiers and lamps from overloading in the event of a sudden increase in voltage, it is also possible to provide on the secondary side of the voltage transformer a toggle choke consisting of an iron-core coil and 'a capacitor, connected in parallel. The inductance of an iron choke decreases as the intensity increases. The capacitance and the inductance can therefore be chosen so that, when a determined intensity is reached, a resonance is produced in the oscillating circuit, formed by the iron choke. and the capacitor. By this means, the resistance formed by the inductor and the capacitor takes on a high value and thus limits the intensity.
The rectifiers 5 are mounted one after the other and the entire measuring device is arranged so that, when the impedance reaches the value to be achieved, these rectifiers mutually suppress the voltage or supply a voltage. differential which is, for the other elements
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The key..icnb II ci3 {, an amplificabuur device in which] .a bciitLion provided by the element is applied through a resistor 6, and 1v; nLueiiaii-pi with the use of a tetmion 7 grid polarization, to the co.amande grid 8 of an amplifier lamp. The anode current of this lamp
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# =, lifica, tr "ice produces in resistor 9 a voltage difference which is a function of the measurement voltage which depends on the characteristic of the amplifier lamp. This voltage is applied as control voltage to the element III which contains the power tubes.
Element III can consist, in the simplest case, of a high vacuum lamp or a gas atmosphere lamp, and preferably of a thyratron. However, one uses with advantage, as shown in the drawing, two thyratrons 10. The anodes of these thyratrons are connected to the ends of a winding of the transformer 11, the middle part of which is connected to the cathodes, or else the reverse assembly is adopted. .
As a thyratron only allows current to flow, as we know, for half a wave of the alternating current, pulsating direct currents circulate in the anode conductors which are shifted in time with respect to the another, and in the cathode conductor a pulsating direct current of which the number of pulses is double.
Magnet 12 which is used to actuate the valve
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can therefore be mounted either in the form of a cathode contactor or in the anode conductors in the form of an AC magnet with two windings isolated from each other. In the simplified diagram shown in figure 1, 'there is only one electromagnet, that is to say that the valve
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n Lotz r ==. it ùbre open only in one direction. 1 we used a: lFci: ro-, īnt: nt;
1% 1 whose attraction stroke Binds the movement of the heart; .nt, for example a rotating magnet; wc force
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;.;.;, ¯ 1, we have t 1, t '. ¯¯ .'1,:; ' the disprutive do way (jut., 1W ^ .. il, 1'i: .ritl.nc uijb to the value to be achieved, the current, of anode cvi a value such that the valve is just mainbonuo in the zero pojibion In the event of deviations of the impedance from the value to be achieved for this magnitude, the flow of anbde au, muOc opens the valve in one of the sounds, or it decreases still further and opens the valve. in the opposite direction '.
According to another characteristic of the present invention,
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on ubilioc, coi = unc shows it in figure 2, two uplifier lamps mounted in opposition and two groups, mounted in opposition, of control lamps. We again use, as a measuring mechanism I, the same device as in Figure 1.
This is why this measuring mechanism is only represented in a symbolic way. The two amplifier lamps 18 are mounted in opposition, so that under the action of the anode currents, differential voltages are formed on the resistors 19 which are directed for the ignition of the control lamps towards element III. As long as the arc impedance corresponds to the value to be achieved, the iodine current is zero in the two amplifying lamps * It then forms on one or the other of the control grids of the lamps 13, according to that the impedance is greater or less than the value to be achieved, a positive control voltage, so that,
in this lamp, an anode current flows and a control voltage is consequently formed on resistor 19. In the corresponding element III, there are two groups of control lamps; and one of these groups starts when a tension of
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Coui il, le en ,, and it is the other group which initiates when it produces a control voltage at b. In the element IY G''jx.cite then in a corresponding way either the electro of 1 ± '> .., ¯; <; ], soib the lifting helicopter 16. ion maneuver of; .1 "." '3 ">' J Î '" r tol <3 as a consequence of: the following manner.
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If the impedance deviates from the value to be achieved for this quantity, for example when the impedance is too high, the voltage a, amplified by the corresponding amplifying lamp, turns on the upper lamps and removes them, the electro 15 is energized and opens the control valve in the direction necessary to move the electrode in the direction which eliminates the difference which had occurred between the effective value of the impedance and the value to be achieved for the latter. As soon as the impedance has again taken the value to be achieved, the amplifying lamp ceases to be traversed by the current, the control lamp is no longer lit and the electro l 'consequently is no longer excited. the valve 11 drops back to its zero position.
In the case where the impedance presents a deviation in the opposite direction from the value to be achieved for this quantity, an ignition voltage is formed at b, consequently it is the coil 16 which is energized and the valve 14 opens in the opposite direction to the previous direction.
FIG. 3 symbolically shows a device in which two valves are provided for coarse adjustment and fine adjustment. The elements II and 'III are each provided in duplicate and in an arrangement systematically identical to that shown in FIG. 2. Each of the systems III controls an IV valve system, the valve 17 having a small passage section, and the valve 18 has a larger passage section. , '
Systems II and III are adjusted so that the electric lifting devices operate. the valve 17 comes into action for still relatively small adjustment deviations, while the valve 18's lifting electrodes only come into action when a relatively large adjustment deviation is exceeded.
The two control valves operate the same hydraulic electrode adjustment device. If the valve 17
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W 1 ;. t71 "'Tv., L'1., Ielccbrode a relatively displaces 1unGr; munt. üi, in rJu: J of the valve 17, the valve 18 is also open, the electrode so moves appreciably faster, so which is quickly compensated by setting large differences, while when the electrode approaches the position it must occupy, it has only a low speed.
Figure 4 shows the application of the dismal principle in proportional control. Elements I, II and III are executed in the same way as in the devices according to Figures 2 and 3. An alternating voltage is superimposed on the control voltage in element III, which results in the instant of ignition of the control lamps depends on the control voltage amplified in element II and that, correspondingly; the effective intensity of the output currents of element III is proportional or else is a function of the deviation of the effective value of the impedance from the value to be achieved for the latter.
In this case, the element IV does not contain two lifting electromagnets, but two electromagnets whose attraction stroke depends on the intensity of the excitation current, for example two rotating electromagnets. The two rotating electros' open the valve 21 in an opposite direction of rotation, the operating mode is therefore in principle the same as in the device according to FIG. 2 with this difference that the valve 21 opens especially as the difference is greater between the .. = their realized and the value to be realized.
FIG. 5 represents a device in which the opening and closing of the valve are ensured not by electric lifting devices, but by an electric motor, in order to obtain that the adjustment valve 22 always occupies a position
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which is due to the output voltage of amplifier 2 and therefore to the control deviation, a voltage transmitter 23 is connected to the valve.
As a voltage transmitter, we
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to use per, the, a rotary potentiometer having its own voltage source and which provides a voltage proportional to the opening of the v @ lve. -I there is a deviation from the value to be achieved, so that amplifier 2 provides a shorting voltage whose value and polarity correspond to the deviation, in element III the control lamps s 'boot, and the motor 24 rotates in the corresponding direction. At the same time as the valve 22 opens,
there is also produced in the potentiometer a voltage which acts in the opposite direction to the control voltage on resistor 25. As soon as the voltage on resistor 23 has reached such that the natural voltage on element III drops below. 'of the ignition voltage, the motor 24- stops. the valve 22 remains open and this all the more so as the difference is greater between the value achieved for the impedance and the value to be achieved for the latter. Under the action of the movement of the electrode which occurs in this way the difference between the value achieved and the value to be achieved decreases as well as,
correspondingly, the output voltage of element II. As soon as the voltage produced by the potentiometer 23 then exceeds: the control voltage of the element 11, the element III receives a control voltage of the opposite direction, so that the motor 24 turns in the opposite direction and thus begins to close the valve 22. When the realized value becomes equal to the realized value, the motor 24 stops.
Figure 6 shows an arrangement according to, Figure 2, with a return device. The output voltage of element III or, on the contrary, the output voltage of element II is partially reduced, via an element 'µ in itself known, with a delay to amplification device. The operating mode of this device differs from that of figure 2 in that after the adjustment device comes into action, the measuring voltage
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directed towards element II is reduced by a certain amount.
The valve 14 is therefore not closed when ,, the effective value of the impedance is finally equal to the value to be achieved but, on the contrary, it is as soon as the value to be achieved no longer differs from the value to be achieved. achieve only a small, determined amount. The value of this quantity is chosen so that it corresponds to the delay which occurs when the valve is closed. When the valve is actuated by means of an electric lift, it is sufficient for the element V to produce a constant voltage. In case of proportional adjustment, the opposite voltage drawn by the element V can be a function of the control voltage applied to the element.
IV or element III.
This return system makes it possible to obtain the greatest precision with a very rapid adjustment and it prevents any over-adjustment and any pendular movement.
FIG. 7 diagrammatically represents a device with return in which the valve is actuated by a motor, retort in the embodiment according to FIG. 5. At the same time as the valve opens and closes, it moves outside the valve. potentiometer 23 another potentiometer 27. The delay device 5 receives the application of part of the output voltage of element II and of the voltage produced on potentiometer 27, so that one directs on element II with a certain delay an opposite voltage which is a function of the control voltage produced. at the exit of element II and position.de. la, valve 22.
By this means one obtains in the case for example where the valve. 22. being wide open, the impedance quickly returns to the value to be achieved, for example under the action of phenomena which occur inside the oven, so that the risk of an over-adjustment is particularly great, that the element V supplies a greater opposing voltage and that consequently the cut-off takes place for a greater difference between the voltage to be achieved and the voltage produced than when the valve is only slightly open.