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PROCEDE DE CHAUFFAGE PAR INDUCTION.
(ayant fait t'objet d'une demande de brevet déposée en France le 21 janvier 1953 - déclaration de la déposante @
La présente invention se réfère au chauffage par induction de matières magnétiques jusqu'à des températures supérieures au point de disparition du magnétisme, communément appelé "point de Curie".
L'invention consiste à utiliser successivement deux sources de courant ; la première à faible fréquence pour le chauffage jusqu'au voisinage du point de Curie de la matière chauffée par induction, et la seconde à fréquence plus élevée pour porter ensuite la dite matière aux températures supérieures au point de Curie.
Ce procédé permet d'obtenir des avantages importants, tant en ce qui concerne la réduction des frais de première installation que l'amélioration du rendement, par rapport au procédé connu suivant lequel on utilise uniquement une source à fréquence élevée pour l'alimentation de l'inducteur pendant toute la période de chauffage.
On rappellera que l'utilisation d'une fréquence élevée pour le chauffage d'une matière ferro-magnétique au-dessus du point de Curie est indispensable et cela pour les raisons suivantes-.-
Ainsi qu'il est connu, la pénétration des courants Induits dans une matière ferro-magnétique s'effectue dans une couche d'épaisseur équivalente à #, donnée par la formule :
EMI1.1
dans laquelle : # = résistivité de la matière croissant avec la
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température; = perméabilité magnétique de la matière, décroissant jusqu'à
1 (point de Curie) lorsque la température croit; f = fréquence d'alimentation de la bobine inductrice.
On sait également que l'obtention d'un bon rendement énergétique exige un rapport minimum entre les dimensions de la substance et la fréquence du courant à utiliser. Il est nécessaire par exemple, dans le cas d'une pièce circulaire, que son diamètre ait une valeur suffisamment grande par rapport à la valeur #, ainsi calculée.
Pour les substances ferro-magnétiques, lorsque la température atteinte en cours du traitement dépasse le point de Curie, la pénétration du courant prend la valeur :
EMI2.1
la perméabilité étant devenue égale à l'unité et ayant augmenté en fonction de l'élévation de température.
Etant donné les valeurs de perméabilité dans les alliages ferromagnétiques tels que fer, nickel, etc... il résulte immédiatement de l'examen des deux expressions ci-dessus que l'obtention d'un bon rendement nécessitant ainsi que déjà mentionné, un rapport minimum entre la dimension de la pièce et l'épaisseur de la couche de pénétration exigera des fréquences beaucoup plus élevées, si l'on désire chauffer la pièce à une température supérieure à celle du point de Curie que si on la chauffe à une température inférieure.
D'où la technique habituelle qui consiste à utiliser pour toute l'opération de chauffage une alimentation à fréquence élevée.
Conformément à l'invention, la première source d'alimentation, à fréquence réduite à l'inducteur jusqu'au voisinage du point de Curie de la matière traitée peut, dans la plupart des cas, correspondre à la fréquence normale des réseaux de distribution (50 ou 60 Hz). Au-delà du,point de Curie ou d'une température voisine de ce point, le chauffage est poursuivi avec une seconde source de courant électrique à fréquence plus élevée (par exemple 250 à 3. 000 Hz) jusqu'à l'obtention de la température limite voulue.
A titre d'exemple, si l'on considère que des billetttes d'acier cylindriques, d'un diamètre de 10 centimètres environ, doivent être chauffées pour des opérations de forgeage jusqu'à une température de l'ordre de 1200 C., une première phase du traitement est effectuée à la fréquence normale jusqu'à environ 650-700 C. et une seconde phase à une fréquence de l'ordre de 1.000 Hz jusqu'à 1200 G environ.
Avec le procédé habituel, pour porter en une heure une tonne de ces mêmes billettes à une température de forge d'environ 1200 C., il faudrait, tenant compte des pertes électriques et thermiques, employer un générateur de courant haute fréquence d'une puissance d'environ 400 kW à une périodicité de 1. 000 Hz environ. Par conséquent, pour chauffer une tonne d'acier à l'heure et à 1200 G., la consommation d'énergie électrique serait d'environ 400 kWh à la tonne.
Avec le procédé suivant l'invention mis en oeuvre pour la réalisation du même traitement, on utilise tout d'abord une source à 50 Hz jusqu'à une température de 650-7000C. environ, puis pour la zone de 650-700 à 1200 C. un générateur à une fréquence élevée de l'ordre, par exemple, de 1.000 Hz.
Les consommations respectives à partir de ces sources sont de l'ordre de 180- 200 kWh par tonne sur le réseau à la fréquence normale et 180 kWh par tonne sur l'alimentation à fréquece élevée.
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Cet exemple fait bien ressortir l'économie procurée par le procédé suivant l'invention puisque la puissance du groupe convertisseur servant à l'alimentation à fréquence élevée n'est plus que de 180 kW par tonne au lieu d'être de 400 kW par tonne si l'on utilise le procédé habituel. La puissance de ce groupe se trouve donc réduite dans de fortes proportions, ce qui entraine une réduction des frais de premier établissement ainsi que des frais d'entretien.
En outre le procédé suivant l'invention permet d'améliorer le rendement total en supprimant les pertes de transformation du courant entre la. fréquence normale et la fréquence élevée pour une forte partie de l'énergie consommée celle qui correspond au chauffage jusqu'au point de Curie.
Le procédé suivant l'invention peut être utilisé en marche continue ou discontinue. Il peut être mis en oeuvre au moyen de tout dispositif d'inductance et de transformateur tels que ceux déjà connus dans la technique et convenablement adapté aux puissances et tensions haute et basse fréquence employées. C'est donc seulement pour souligner les possibilités du procédé proposé qu'on indique ci-dessous, sans limitation, quelques exemples ; a) une même bobine cylindrique inductrice pour chauffage de billettes d'acier de section circulaire est reliée successivement à deux sources de courant, l'une à la fréquence du réseau, l'autre à la fréquence élevée; la bobine inductrice est établie en conséquence avec interposition de transformateurs et condensateurs appropriés de façon à assurer la résonance des circuits dans les deux cas d'alimentation.
Un dispositif automatique à contrôle thermique ou à temps provoque successivement le raccordement de la bobine inductrice à l'alimentation à fréquence normale jusqu'aux températures de 600 à 700 C., puis à l'alimentation à fréquence élevée pour un chauffage ultérieur à température plus élevée.
Avec ce dispositif, le groupe convertisseur n'est pas utilisé pendant tout le temps que la bobine inductrice est reliée à la source de courant à fréquence normale. b) pour utiliser le groupe convertisseur d'une manière pratiquement continue et, par conséquent, pour agumenter considérablement sa production horaire en billettes traitées, on peut employer soit une paire, soit plusieurs paires de bobines inductrices alimentées successivement avec du courant à fréquence normale, puis avec du courant à fréquence plus élevée;
l'une des bobines de chaque paire étant alimentée avec du courant de fréquence normale pour chauffer son chargement de billettes jusqu'aux températures de 600 à 700 G. pendant que l'autre bobine qui contient des billettes qui ont déjà été portées à ces températures par un chauffage à fréquence normale est reliée au groupe convertisseur à fréquence plus élevée,les billettes restant dans la même bobine pendant les deux phases successives du traitement auquel elles sont soumises suivant l'invention.
c) Dans une variante du mode d'exécution de ce traitement (b), les deux bobines sont disposées à la suite l'une de l'autre (en tandem), mais, dans ce cas, la première reçoit exclusivement du courant de fréquence normale tandis que la seconde est alimentée uniquement avec du courant de fréquence plus élevée et les billettes sont introduites dans la première, puis transférées dans la seconde et écartées de celle-ci au moyen d'un dispositif de commande hydraulique, mécanique ou électrique, ce dernier dispositif pouvant lui-même être commandé soit par un contrôle pyrométrique, soit simplement par un relais à temps.
Cette commande est habituellement discontinue de façon qu'après une durée de séjour suffisante dans le premier inducteur à fréquence normale, les pièces soient poussées automatiquement dans le second, puis remplacées par de nouvelles pièces froides dans le premier.
Les puissances appliquées et les longueurs des inducteurs correspondants peuvent être réparties en fonction de l'énergie à transmettre à partir de chacune des sources d'énergie. d) Au lieu du déplacement discontinu dans les deux séries d'inducteurs,on peut prévoir un mouvement continu des pièces à chauffer au moyen
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d'appareillages tels que table tournante, transporteur à chaîne. Les bobines inductrices pour chacune des fréquences sont alors constituées sous forme de tunnels permettant le défilement continu des pièces traitées.
Dans tous les cas, les bobines alimentées à partir du réseau général de;distribution à fréquence normale sont réparties en nombre suffisant soit sur un même appareil, soit sur plusieurs appareils similaires branchés en parallèle de façon à assurer un équilibrage convenable des phases.
On peut éventuellement utiliser une troisième source à fréquence plus élevée pour l'alimentation du système inducteur dans le cas de matières ayant un coefficient de variation de résistivité élevé.
REVENDICATIONS.
1. Un procédé de,chauffage par induction de matières magnétiques jusqu'à des températures supérieures au point de disparition du magnétisme (point de Curie), qui consiste à utiliser successivement deux sources de courant pour l'alimentation de l'inducteur la première à faible fréquence pour le chauffage de la matière jusqu'au voisinage du point de Curie, et la seconde à fréquence plus élevée pour porter ensuite la dite matière aux températures supérieures au point de Curie.