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Four d=ïb.d:u.c-.ou ¯disasà.'i' de chauffage à haute fréquence.
Dans les/ fours d'induction ou les dispositifs de chauffage à haute fréquence actuellement connus, la bobine inductrice se trouve à l'extérieur de la matière à fondre ou à chauffer. En conséquence, dans les deux cas la matière n'est touchée que par les lignes de force électromagnétiques passant à l'intérieur du champ de la bobine, tandis que la partie du flux de lignes de forces
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passant à l'extérieur de la bobine est perdue sans être utilisée pour la production de la chaleur de fusion ou de chauffage.
Un autre inconvénient de la bobine à haute fré- quence située à l'extérieur de la matière de fusion ou de chauffage réside en ce que les lignes de force passait sur l'extérieur de la bobine rendent impossible l'emploi de matériaux métalliques pour l'enveloppement ou l'armature du four,car ces lignes de force provoqueraient un échauf- fement inadmissible de parties métalliques du four.
La présente invention supprime ces inconvénients du fait que la chaleur provoquée par induction dans la charge, est engendrée par une bobine de chauffage immer- gée ou logée dans la charge située à l'intérieur du four,
La totalité des lignes de force électromagnétiques engen- drées dans la matière à fondre ou .1 chauffer peut ainsi être utilisée pour le processus de chauffage ou de fusion.
La disposition de l'invention augmente surtout considéra- blenent l'effet de chauffage, et, en conséquence, le ren- dement total du four ou du dispositif de chauffage est notablement amélioré.
Les dessins ci-joints représentent, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'invention.
Les fig. 1 et 2 montrent schématiquement en coupe vertica- le et en coupe horizontale une forme d'exécution du four d'induction de l'invention. Les fig. 3 et 4 sont des cou- pes transversales de deux fours comportant plusieurs bobi- nes de chauffage. La fig. 5 est une coupe longitudinale et la fig. 6 une coupe transversale d'une autre forme d'exécution de l'invention. Les fig. 7 et 8 montrent en coupe longitudinale deux modes de réfrigération différents dans la disposition de l'invention. La fig. 9 est une vue perspective d'une autre forme d'exécution. La fig. 10 est
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une coupe longitudinale d'une autre forme d'exécution , de la disposition de l'invention. La fig. 11 est une coupe longitudinale d'un four avec une bobine de chauffage in- terne et une bobine de chauffage externe.
Les fig. 12 et 13 sont des coupes longitudinales de deux autres formes d'exécution de l'invention.
Dans les fig. 1 et 2, 1 désigne l'enveloppe métallique externe du four, 2 le revêtement réfractaire du four, 3 le creuset interne qui est fermé par un cou- vercle 4. On a disposé dans le creuset . 3 la bobine' à haute fréquence 6 logée dans un cylindre réfractaire creux 5, de façon que cette bobine 9 plonge dans la matière 9 de la charge. En 7 on a représenté les tra- versées isolées prévues dans le couvercle pour la bobine 6. Une tubulure de raccord 8 permet d'engendrer un vide ou une pression à l'intérieur du four. Le cylindre creux 5 contenant la bobine est fixé au couvercle 4 de maniè- re convenable quelconque, et l'extrémité inférieure du cylindre creux ne touche pas le fond du creuset.
L'opération de fusion au four se fait de la ma- nière suivante
Les courants parasites engendrés dans la matiè- re 9 de la charge par la bobine 6 conduisant les cou- rants à haute fréquence, et le cas échéant l'hystérésis, chauffent aussi bien la matière située à l'intérieur du corps de bobine réfractaire 5 que celle entourant ce corps. Comme la densité des lignes de force est plus grande à l'intérieur du corps que dans la matière de char- ge ou de fusion qui entoure ce corps, la matière contenue dans le corps de bobine 5 aura des températures plus élevées que celles de la matière entourant,ce corps.
En conséquence, ce mode de chauffage assure encore l'avanta- ge du mélange automatique de la charge parvenue à fusion,
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par suite de la compensation thermique de la charge com- portant des poids spécifiques différents, mélange qui ai- de l'effet agitateur produit dans la matière de fusion comme suite des courants parasites.
La fig. 3 représente schématiquement une autre forme d'exécution du four d'induction de l'invention.
Dans cette forme d'exécution, on a prévu trois bobines de chauffage 10, Il et 12 . logées dans de la matière ré- fractaire, bobines qui en cas de courant monophasé doivent être couplées en série, et qui en cas de courant polypha- sé, par exemple de courant tournant, se trouvent chacune dans une phase. Cette disposition permet un chauffage intense du bain en des points différents. On peut se ser- vir d'un nombre désiré quelconque de ces bobines suivant la disposition qui semble chaque fois la plus rationnelle, et en tenant compte du procédé métallurgique, ou du procé- dé de chauffage, qui doit être mis en oeuvre.
La fig. 4 représente un four avec deux bobines d'induction concentriques 13 et 14, enveloppées dans de la matière réfractaire. Au lieu des deux bobines 13 et 14, on peut aussi employer un nombre désiré quelcon- que de ces bobines concentriques, suivant la hauteur de l'effet de chauffage à engendrer ou suivant le degré de la durée de fusion, et le chauffage des bobines qui sem- ble chaque fois le plus rationnel peut se faire au moyen de courant monophasé ou de courant polyphasé.
Cette dis- position est particulièrement avantageuse pour de grandes unités, du fait que, par exemple avec un creuset de gran- des dimensions, la matière de fusion se trouvant dans ce creuset est chauffée uniformément dans toutes les couches, car dans cette forme d'exécution il se produit une action alternante du flux de force des bobines vers l'intérieur et vers l'extérieur.
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De même on peut employer avantageusement un dis- positif de chauffage de ce genre par exemple pour la re- buisson de divers articles, tels que fils, cylindres, etc.. et on peut s'assurer ainsi une économie notable d'espace de chauffage.
Les fig. 5 et 6 montrent l'emploi d'une bobine plate 15 ou d'un nombre désiré quelconque de ces bobi- nes, qui peuvent se trouver à une profondeur quelconque dans le bain. Si on le désire, la position des bobines peut être réglable en hauteur dans le bain, de sorte que, suivant besoin, le bain peut être chauffé dans ses diver- ses couches. La disposition des bobines 15 peut se fai- re cote à cote ou en superposition, et les bobines de chauffage peuvent être connectées à du courant monophasé ou du courant polyphasé.
La fig. 7 montre la disposition de la bobine 16 dans l'espace libre à l'intérieur d'un corps creux 17 en matière réfractaire, qui peut être relié de manière ap- propriée au dispositif de couvercle 18 de 1' espace de fusion 19. Les extrémités de bobine 20 et 21 dopas- sent le dispositif de couvercle, et los tubulures 22 et 23 permettent l'injection d'un réfrigérant gazeux pour la bobine, dont la section transversale peut être quelcon- -que. On peut aussi employer des réfrigérants liquides*
La fig. 8 montre une disposition des bobines semblable à celle de la fige 7, mais avec la différence que la bobine à haute fréquence de la fig. 8 est en maté- riel conducteur creux do section transversale quelconque.
Les extrémités de bobine 25 et 26 passent à travers le couvercle 27 de l'espace de chauffage 28. Le re- froidissement de la bobine peut se faire par l'emploi de liquides ou de gaz convenables. Dans les formes d'oxécu- tion des fig. 7 et 8 on peut également employer plusieurs @
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bobines dans l'espace de chauffage, et la connexion peut donc se faire à du courant monophasé ou polyphasé.
Il est vrai que dans les dispositions des bobi- nos à haute fréquence des f ig. 7 et 8, seul le flux de lignes de force du champ de bobine externe est utilisé, mais, de même que dans les autres formes d'exécution, on s'assure l'avantage de pouvoir employer des enveloppes ou armatures de fer dans la construction de grandes unités de four, ainsi que l'avantage de pouvoir utiliser un nom- bre quelconque de bobines de chauffage.
La fig. 9 montre l'emploi de bobines plates à haute fréquence 29, en disposition vorticale dans l'os- paco de chauffe 30, disposition qui assure ello aussi un chauffage très uniforme et intense du bain de fusion ou de l'espace de chauffe et permet la connexion des bo- bines à du courant alternatif mono-ou polyphasé.
Dans de nombreux cas, il est recommandable de loger la bobine d'induction, à partir du fond du four, par exemple dans un renflement cylindrique creux pré.vu sur le fond du four et commodément accessible de l'exté- rieur, de sorte que la matière de charge est traversée aussi bien par le champ de force interne que par le champ de force externe de la bobine.
La fig. 10 représente un exemple d'exécution de cette disposition. On a prévu sur le fond de la voû- te a du four un renflement b accessible de l'exté- rieur, dans lequel on a monté la bobine d'induction !le Dans ce cas, la bobine peut être formée de fil ordinaire plein ou creux. Elle est disposée de manière que la ma- tière de charge d soit traversée aussi bien par son champ interne que par son champ externe.
Dans cette disposition, la bobine d'induction peut être refroidie de manière simple au moyen,d'air ou
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alun liquide, sans qu'il soit nécessaire de prévoir dans ce but un dispositif d'étancléité. De plus, cette dispo- sition offre l'avantage qu'on peut complètement supprimer les ouvertures dans la voûte du four, telles que nécessaires lors de l'introduction de la bobine par en haut. De plus, cette forme d'exécution assure une bonne distribution de l'espace ce qui est important, notamment dans des fours de grandes dimensions. En fin de compte la facili- té d'accès de la bobine à haute fréquence permet un rem placement rapide de la bobine, ce qui est nécessaire lorsque la bobine est défectueuse ou lorsque désire travail- ler avec des bobines différentes.
Dans- l'emploi comme four de fusion cette dispo- sition offre en outre l'avantage que le bain de fusion est chauffé le plus fortement dans sa partie inférieure, de sorte qu'il se forme automatiquement dans ce bain des cir- cuits de circulation de bas en haut et de retour vers le bas, ce qui assure un mélange f avorable.
Le renflement cylindrique creux b peut aussi être monté de manière amovible dans le fond du four, de sorte qu'il est remplaçable conjointement avec la bobine c, cette bobine pouvant le cas échéant être noyée dans cette gorge. La bobine c, au lieu d'être en fil massif de forme quelconque, peut aussi être en matière creuse.
En plus d'une bobine de chauffage plongeant dans la matière de charge, on peut, le cas échéant, prévoir une autre bobine encore qui est disposée autour de la paroi externe du four. Cette disposition permet d'augmenter. notablement l'effet de chauffage du fait que la partie de la charge située entre la bobine interne et la paroi du four est traversée aussi bien par le flux de lignes de force interne de la bobine située sur la paroi externe du four que par le champ de lignes de force externe de la
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bobine située à l'intérieur du creuset.
La fig. 11 représente une forme d'exécution de ce genre.
On a placé sur la paroi externe 32 du four, paroi qui est en matière réfractaire, une bobine 31 avec connexions 39. A l'intérieur du creuset 33, qui est fermé par un couvercle 34, se trouve la deuxième bobine
36, qui est noyée dans un cylindre creux 35 en matiè- re réfractaire. Dans la forme d'exécution représentée, le cylindre creux 35 est fixé au couvercle 34. Mais il peut aussi être fixe sous une l'orbe convenable sur le fond ou sur les parois du corps du four. Le cas échéant et notamment dans les fours de recuisson, la bobine 36 peut aussi être disposée sans fixation sur des parties du four. On a indiqué en 37 les traversées isolées de la bobine 36 à travers le couvercle. Une tubulure de rac- cord 38 permet la production d'un vide ou d'une pres- sion à l'intérieur du four.
Les deux bobines 31 et 36 peuvent être ali- mentées de la même source de haute fréquence ou de sour- ces différentes, par exemple de génératrices, de circuits oscillants, etc... Pour obtenir un effet de chauffage aus- si avantageux que possible, les courants d'alimentation pour les bobines 31 et 36 peuvent être de même amplitu- de ou d'amplitude différente, et le cas échéant de fréquen- ce différente.
Lorsqu'on se sert d'une seule génératrice à haute fréquence, ce résultat peut s'obtenir de manière connue par un accouplement différent des deux circuits con- tenant les bobines 31 et 36, avec la génératrice, ou bien par l'emploi de résistances d'amortissement convona- bles, etc... Dans certains cas, il suffit que la bobine externe 31 entoure seulement une partie du creuset ou dune gouttière, etc..., en communication avec ce creuset*
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Cette forme d'exécution permet d'augmenter ou de réduire l'effet de chauffage de manière simple suivant besoin, du fait qu'on met en circuit les deux bobines ou une seule des deux bobines. Dans l'utilisation comme four de fusion, on peut par exemple intercaler tout d'a- bord les deux bobines 31 et 36 jusqu'à ce que la ma- tière de charge soit fondue.
On peut ensuite déconnecter par exemple la bobine externe 31, si, pour le chauffage ultérieur du bain métallique, 1'effet de chauffage de la bobine interne 36 est suffisant. Il va de soi que dans la disposition de la fig. il on ne peut pas employer pour le four d'enveloppe de fer close. Quant au reste, on peut employer toutes les formes d'exécution de la bobine ou des bobines de chauffage internes qui ont été décrites en se reportant aux fig. 1 à 9.
De plus, il est possible d'alimenter l'une des bobines 31 et 36 avec du courant à basse fréquence et l'autre avec du courant à haute fréquence, ou bien les deux bobines avec du courant à basse fréquence. Pour tra- vailler à la pression atmosphérique, le four peut aussi bien daims cette disposition que dans celle de la fig. 1, être ouvert, c'est-à-dire être construit sans couvercle.
On peut aussi revêtir la bobine d'induction à l'intérieur et à l'extérieur de matière réfractaire ser- vant de support, de façon que cette matière permette une légère dilatation des spires de bobine, notamment en di- rection de l'axe de'la bobine. 'Cette disposition offre l'avantage que la matière céramique enveloppant la bobine ne subit aucune sollicitation par la bobine; car les diverses spires de la bobine peuvent, lors de l'échauffe- ment, se dilater sans obstacle. Comme matière réfractai- re on peut se servir de zirconium, de carborundum, de co- rundum, de chamotte très cuite, etc...
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Les fig. 12 et 13 représentent deux exemples d'exécution de cette disposition.. Dans la figé 12 la bo- bine de chauffage 41 est montée dans l'espace 42 en- tre deux cylindres creux 43 et 44 en matière réfrac- taire. L'espace 42 est fermé vers le haut et vers le bas par des saillants en for.ie de brides 45 et 46 pré- vus sur les cylindres creux 43 et 44. Aux points de contact, les parties 43, 45 et 44, 46 sont jointes en- tre elles de manière étanche par exemple par lutage ou masticage, de sorte qu'elles forment un tout contenant la bobine 41. Dans l'exemple d'exécution, le porte-bobine ainsi formé est placé sur le fond du four 49.
La partie inférieure du porte-bobine est représentée en élévation pour montrer des ouvertures 50 qui sont nécessaires pour une circulation du bain de fusion de l'espace compris dans l'intérieur du porte-bobine vers l'extérieur. Le cas échéant le porte-bobine peut aussi être suspendu dans le four. Cette suspension peut s'obtenir par exemple en prolongeant la bride 45 du cylindre creux interne 43 vers l'extérieur, ainsi qu'indiqué en pointillé en 45'.
Le porte-bobine peut alors reposer par ces prolongements par exemple sur les parois latérales du four 49. Au lieu de cette disposition, l'accrochage du porte-bobine peut aussi s'obtenir du fait qu'il est relié à un couver- cle de four de forme convenable, de façon à pouvoir être enlevé conjointement avec ce couvercle. La bobine 41 est tubulaire dans l'exemple d'exécution représenté, dans le but de permettra un refroidissement plus commode. Les raccords du dispositif de refroidissement sont représen- tés en 47 et 48. Le cas échéant on peut aussi procé- der à un refroidissement extérieur de la bobine, par exem- ple par injection d'air dans l'espace 42. En cas de be- soin, les parois de la bobine 41 peuvent être refroidis
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aussi bien de l'extérieur que de l'intérieur.
La fig. 13 représente une autre forme d'exécu- tion de l'invention. Une bobine de chauffage tubulaire 51 est établie dans l'espace 52 entre deux cylindres creux 53 et 54 en matière réfractaire ces cylindres se recouvrent à une extrémité en 55 par une bride et sont fermés à l'autre extrémité par un couvercle 56. Les parties mentionnées sont reliées entre elles de façon à former un tout et sont introduites à l'intérieur du four à travers une échancrure prévue dans le fond du corps 59 du four, de sorte que le couvercle 56 forme une partie de ce fond. On a indiqué en 57 et 58 des traversées qui servent à la connexion de la.bobine 51, dont le re- froidissement peut se faire de même manière que dans la bobine 41 de la fig. 12.
Le porte-bobine est fixé sur le fond du four de manière convenable et. est étanché sur ce fond. Pour obtenir une bonne circulation du bain li- quide de lfespace situé à 1'intérieur du cylindre creux 52 vers l'extérieur, on a prévu des échancrures 60 dans les cylindres creux 53 et 54, échancrures qui sont reliées entre elles rationnellement au moyen de con- duits réfractaires, traversant l'espace de bobine 52.
Ces communications peuvent aussi être prévues dans la disposition de. la fig. 12. La disposition de la fig. 13 est facile à monter et si nécessaire à remplacer, et assure un mélange intime du bain de fusion, car ce bain est chauffé tout à fait de par en bas.
Dans une disposition de ce genre, les bobines à haute fréquence peuvent être en matière pleine de section transversale quelconque et de forme quelconque, en torons à haute fréquence ou en matière de section transversale tubulaire de forme quelconque, ot on peut se servir d'un refroidissement par un gaz ou par des liquides. Lorsqu'on
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se sert d'un refroidissement par air, on cherchera à don- ner de préférence une surface aussi grande que possible aux bobines. La présente invention est principalement destinée aux fours de fusion ou de recuisson d'induction à haute fréquence. Mais elle peut être utilisée pour un fonctionnement à basse fréquence.
Dans ce cas les bobi- nes peuvent être fixées au couvercle ou sur les parois latérales ou placées sur le fond de manière convenable, et on laisse subsister de-préférence entre les corps de bobine d'une part et le creuset (fond, couvercle, parois latérales) d'autre part, de tous côtes un espace libre.
Les axes des bobines au lieu d'être verticaux ou horizon- taux peuvent aussi être inclinés suivant un angle autre.
Pour produire le courant de chauffage primaire on peut se servir d'oscillations amorties ou non. amorties La connexion des bobines peut se faire soit directement, soit par des transformateurs ou des convertisseurs, à du cou- rant monophasé ou polyphasé. On peut faire régner dans le creuset une pression égale à la pression atmosphéri- que ou inférieure ou supérieure à la pression atmosphé- rique.
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