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Perfectionnements aux fours à chauffage par induction.
On connaît déjà des fours à chauffage par induction dont le moufle est constitué par un métal ou alliage magnéti- que, et on sait qu'en choisissant convenablement le métal ou l'alliage magnétique du moufle et en réglant convenable- ment les caractéristiques du four et du courant inducteur, on peut faire en sorte que la température du moufle se maintienne, automatiquement constante.
Dans les fours de ce genre existants, l'accrois- sement de température du moufle est due en partie aux courants induits dans ce dernier par le champ inducteur (produit généralement par un solénolde parcouru par un courant alternatif de fréquence industrielle) mais pour une très grande part également aux cycles d'hystérésis.
'intensité des courants induits et les quantités
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de chaleur dégagées dans les cycles d'hystérésis sont fonction de et la perméabilité/du, coefficient d'hystérésis de la substance du moufle. L'autorégulation de température de ce genre de four est basée sur ce fait que la perméabilité et l'hystérésis de la subs- cance du. moufle diminuent fortement lorsque la température du four atteint la température de disparition du magnétisme fort de cette substance.
On a eu l'idée, conformément à la présente invention, d'utiliser la propriété des corps ferro-magnétiques de voir leur induction diminuer considérablement lorsque leur température at- teint et dépasse celle de disparition de leur magnétisme fort.
Le moufle en métal ferro-magnétique d'un four conforme à l'invention est muni à cet effet d'une enveloppe chauffante, établie en un métal conducteur non magnétique (ou dont le magné- tisme fort disparait à une température inférieure à celle que l'on se propose d'obtenir et de maintenir dans le four), et dans laquelle se développent, sous l'effet du flux d'induction alter- natif qui traverse le moufle ferro-magnétique, des courants- induits qui sont fonction de l'induction du moufle ainsi, bien entendu, que des caractéristiques électriques du circuit conducteur (ré- sistance ohmique, self-induction, capacité, etc...).
Les courants induits qui se développent ainsi dans cette enveloppe chauffante dégagent de la chaleur dans cette enveloppe qui, à son tour, échauffe le moufle du four dont la substance ferro-magnétique a été choisie de manière que les températures de commencement et de fin de la disparition de
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son ms.gY'étis '11; fort comprennent entre elles la température cons.. tante Que car désire obtenir et maintenir dans le four. Si ces courants 1:ju. .,s ooiit suffisants pour dégager une quantité de chaleur s! ¯é. ¯eure aux pertes par rayonnement et transmission du four,. 11 cempérature de ce dernier augmente.
'Tant que le moufle du four n'a pas atteint la tem- pérature ce disparition du magnétisme fort de sa substance, les courante induits dans l'enveloppe chauffante dépendent en ma- jeure pa@tie de l'induction de ce moufle. Aussi, au moment du passage du .moufle à cette température de disparition du ma- gnét@@me fort de sa substance, (et en admettant que les carac- téristiques électriques du circuit inducteur restent sensible- m@@@ constantes dans l'intervalle de températureoù se pro- duit cette disparition de magnétisme fort), les courants in- duits damp l'enveloppe chauffante diminuent considérablement avec l'induction du moufle.
Si après la disparition du ma- gnétisme fort de la substance du moufle, les courants induits circulant dans l'enveloppe chauffante sont, à ce moment, insuf- fisante pour dégager une quantité de ch&leur égale aux pertes par rayonnement et transmission du four (ce qui dépend d'un choix judicieux des caractéristiques électriques du circuit inducteur de ce dernier) la température du moufle va baisser, repasser par le point de disparition de sor magnétisme fort et, ce dernier réapparaissant, l'induction du moufle va a@gmenter, ainsi que, de ce fait, Inaction chauffante de l'enveloppe conductrice.
La température du moufle s'équilibrera donc @
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une valeur comprise entre celle du début de la transformation magnétique et celle de sa fin et telle que l'induction du noyau magnétique, à cette température, soit suffisante pour donner naissance dans l'enveloppe chauffante à des courants induits dégageant une quantité de chaleur égale aux pertes calorifiques du four. Alors 1'autorégulation du four se trouve réalisée.
Au dessin ci-joint, on a représenté schématiquement, et à titre d'exemple non limitatif, en figure 1, une forme de réalisation d'un four conforme à l'invention.
A l'intérieur d'un solênoïde 1, parcouru par un courant alternatif, se trouve un moufle 2 en métal ou alliage ferro-magnétique, de section et d'épaisseur appropriées. La substance dont est constitué le moufle est choisie de façon à ce que les températures de commencement et de fin de la dis- parition de son magnétisme fort comprennent entre elles la température constante que l'on désire obtenir et maintenir dans le four. Afin d'avoir un meilleur rendement le moufle magnétique doit présenter le moins possible de coupures à grande reluctance dans le sens transversal, c'est-à-dire perpendiculairement à la direction axiale de la bobine du solénoïde 1, alors qu'il peut sans inconvénient présenter des fentes longitudinales.
Il pourra être d'ailleurs avantageux de fermer exté- rieurement le circuit magnétique grâce à des masses métalliques 3 en fer feuilleté de préférence.
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Sur toute sa hauteur utilisable, et en contact avec lui ou dans son voisinage immédiat, le moufle est entouré d'une enveloppe chauffante 4, conductrice et non magnétique aux tem- pératures d'utilisation du moufle.
L'intervalle entre le solénoïde 1 et l'enveloppe 4 est rempli d'un calorifuge approprié 5.
Les caractéristiques du four devront être choisies de telle sorte que les quantités de chaleur dégagées dans l'en- veloppe chauffante 4 soient supérieures aux pertes par rayon- nement et transmission du four avant la température de trans- formation magnétique, et inférieures à ces mêmes pertes après la disparition complète du magnétisme fort.
On déterminera convenablement à cet effet le voltage et la fréquence du courant appliqué aux bornes du solénoïde 1, la masse et la nature du moufle magnétique 2, la nature, la résistivité et l'épaisseur de l'enveloppe conductrice 4, la nature et l'épaisseur du calorifuge.
A titre d'exemple numérique de réalisation non li- mitatif d'un four conforme à l'invention, exemple qui n'est pas'donné comme un modèle de réalisation car il est possible, par un choix meilleur des caractéristiques du four, ('1 obtenir un résultat pratique plus parfait, le four peut être constitué par un moufle 2 en ferro-cobalt renfermant environ 30 % de cobalt et 70 % de Fo. avec de faibles quantités de carbone.
L'épaisseur du moufle est de 12 m/m, le diamètre intérieur du moufle est d'environ 150 m/m. Sur une hauteur de 350 m/m, @
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celui-ci est entouré d'une chemise conductrice en nickel de 3 m/m d'épaisseur.
La température d'équilibre du moufle étant de 960 C. et la température de disparition du magnétisme fort du nickel étant voisine de 3500 C., on peut considérer que dans la région comprise entre 3500 et 960 et qui est pratiquement la région d'utilisation du four, l'enveloppe de nickel est conductrice et non magnétique.
Le circuit inducteur est constitué par une bobine composée de quatre couches de rubans de cuivre de 10 m/m de largeur et de 3 m/m d'épaisseur isolées les unes des autres par des tresses d'amiante et des feuilles de mica.
L'espace compris entre l'enroulement inducteur et l'enveloppe de nickel est rempli d'un calorifuge approprié (bourre d'amiante, magnésie, etc...).
Le circuit magnétique est fermé extérieurement par six noyaux en fer feuilleté analogues à 3.
Si on applique aux bornes du circuit inducteur un voltage constant de 130 volts, l'enveloppe de nickel et le moufle s'échauffent et la courbe d'élévation de la température (ordonnées) en fonction du temps (abscisses) est donnée par la figure 2 (courbe en traits pleins). On voit que la tempéra- ture du moufle monte rapidement et se stabilise à 960 C., l'au- torégulation étant réalisée à cette température car l'induction du moyau est alors juste suffisante pour donner naissance dans l'enveloppe de nickel à des courants induits dégageant une @
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quantité de chaleur égale aux pertes calorifiques du four.
Dans la figure 3 (courbe en traits pleins) on a également fi- guré le facteur de puissance en -indiquant en ordonnées les va- leurs du cos #, à chaque instant. On voit que celui-ci, par- tant de 0,57, croît rapidement pour rester sensiblement; cons- tant et voisin de 0,72 dans l'intervalle qui s'étend de 350 C.
(température de disparition du magnétisme fort du nickel) jus- qu'à environ 950 C., température du commencement de dispari- tion du magnétisme fort du ferro-cobalt.
On peut voir sur cet exemple de réalisation l'avan- tage du perfectionnement objet de la présente invention sur le procédé consistant à utiliser simplement comme source de cha- leur dans le moufle les phénomènes d'hystérésis et les courants induits dans le moufle ferro-magnétique.
Pour cela on a, avec le même four, cherché à réaliser le même équilibre de température (960 C.) dans le même temps, mais en supprimant l'enveloppe de nickel, le moufle n'étant chauffé que par les courants de Foucault et les cycles d'hysté- résis.
On a figuré en pointillé dans la figure 2, la courbe des variations de température en fonction du temps et dans la figure 3, les valeurs du cos aux mêmes instants.
Pour atteindre la même température d'équilibre dans le même temps, par conséquent pour avoir les mêmes quantités de chaleur dégagées dans le moufle, on a été obligé d'appliquer aux bornes du circuit inducteur un voltage de 165 volts au lieu de 150 volts.
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On en comprend facilement la raison en comparant les courbes du cos # on voit en effet que les valeurs de la cour- be en pointillé décroissent constamment depuis 0,52 et sont bien inférieures aux valeurs correspondantes de la courbe en traits pleins relatives au moufle entouré de l'enveloppe de nickel.
On peut remarquer dans la figure 2, que la courbe en pointillé est un peu au-dessus de la courbe en traits pleins, les deux courbes se rejoignant un peu avant la température d'é- quilibre ; ceci s'explique aisément si on considère que le cos # de la courbe en pointillé diminuant constamment, il faut au début fournir une puissance plus grande que dans le cas où le cos reste pratiquement constant pour arriver à la même tem- pérature pendant le même temps.
On voit donc que le procédé, objet de la présente invention est un perfectionnement sur les fours à moufle ferro- magnétiques chauffés uniquement par courants de Foucault et cycles d'hystérésis, car il permet de réaliser, même dans de petits moufles, une grosse amélioration du facteur de puis- sance,
Pour avoir une grande précision dans la régulation de la température du four, il est nécessaire de choisir des corps ferro-magnétiques dont l'induction varie rapidement en fonction de la température au voisinage du point de transformation magné- tique.
Il sera particulièrement intéressant en conséquence d'u- tiliser les corps f erro-magnétiques (certains ferro-cobalt par @
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exemple) présentant une chute très brusque d'induction au voi- sinage de la température de transformation, grâce à l'inver- sion dans leurs propriétés ferro-magnétiques et paramagnéti.- ques à cette température.
Si l'on désire avoir à l'intérieur du four une distri- bution de températures déterminée à l'avance, on peut constituer le moufle de plusieurs tronçons successifs en métaux ou alliages magnétiques présentant chacun une température différente de dis- parition du magnétisme fort, de telle sorte que, chaque tronçon du moufle ayant ainsi une température d'équilibre différence. on puisse obtenir telle répartition désirée de température le long du moufle sans être obligé de modifier le champ inducteur à ce niveau. On peut également sectionner l'enveloppe chauf- fante en tronçons de natures ou d'épaisseurs différentes ce qui, avec un moufle de même nature modifierait les conditions d'équi- libre le long de ce dernier.
Ceci est utile quand les conditions de refroidissement ou de transmission de chaleur à température constante varient le long du moufle.
De même. avec un moufle constitué de corps ferro- magnétiques différents, chaque anneau pourrait être entouré par une enveloppe chauffante de nature et d'épaisseurs dif- férentes, ce qui. permettrait d'avoir en chaque région une température et des conditions d'équilibre en rapport avec des conditions de température et de refroidissement imposées à.
14 avance le long du moufle.