Four à induction. Certains fours à induction se composent, en l'état actuel de leur construction, d'un simple circuit primaire en forme de solé noïde entourant la matière à chauffer placée dans un creuset approprié. Le circuit ma gnétique se ferme entièrement dans l'air. La fréquence employée varie de quelques dizai nes de périodes par seconde à plusieurs di zaines de milliers. Les inconvénients de cette disposition sont nombreux.
Le flux magnétique se ferme dans l'air, mais il traverse les corps voisins, de préfé rence les corps magnétiques. Il en résulte une baisse de rendement et une baisse de facteur de puissance. Il est presque impossible de blinder les fours, il est difficile de les rendre oscillants ou basculants, et en géné ral mobiles, car cela implique un appareil lage mécanique que viendraient traverser les lignes de force.
La présente invention remédie à ces in convénients; elle est caractérisée par la dis- position de noyaux magnétiques de fer des tinés à diriger le flux utile et à réduire la réluctance du circuit magnétique sensible ment à celle de l'air dans la partie à chauffer.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, différentes formes de réalisation de l'invention.
La fig. 1 est une coupe en élévation d'un four à induction suivant l'invention.; La fig. 2 est une coupe horizontale sui vant 2-2 de la fig. 1; Les fig. 3 à 7, des coupes en élévation de variantes de four, Les fig. 8 à 13, des coupes horizontales d'autres variantes du four, La fig. 14, une coupe verticale d'un four alimenté par un enroulement primaire divisé, La fig. 15, une coupe horizontale d'un four soumis à un flux alternatif, La fig. 16, une coupe horizontale sché matique d'une variante avec 'flux tournant, La fig. 17,
une coupe verticale d'une autre variante à flux tournant, La fig. 18, une coupe verticale d'un four à chauffage localisé.
Dans la forme de réalisation des fig. 1 et 2, à l'extérieur de l'hélice primaire E sont disposés un ou plusieurs systèmes de noyaux magnétiques laminés E. On voit que la ré luctance du circuit magnétique sera réduite à celle de l'air sur la hauteur du creuset ou très peu plus, la réluctance du fer pouvant facilement être rendue négligeable, même pour des fréquences un peu élevées, en con servant souvent les épaisseurs de tôles nor males de la pratique. Cela permet notam ment de faire des fours de grand diamètre et de faible hauteur si on le désire, au lieu de se limiter, comme on l'a fait jusqu'ici, à une réalisation approchée de ce qu'on entend couramment par un solénoïde long.
On peut d'ailleurs supprimer en tout ou en partie la branche inférieure F' du circuit magnétique. De même, on peut prolonger le circuit magnétique à la partie supérieure avec des parties telles que F2, que l'on peut arrêter en r' afin de ne pas gêner l'examen du creuset; on peut aussi rendre les parties F2 solidaires en tout ou en partie du cou vercle F4. Le blindage A et les corps exté rieurs sont ainsi à l'abri de toute induction gênante.
En tel four est ainsi rendu solide et on voit immédiatement qu'on peut le transpor ter, faire osciller, basculer comme on le désire.
Au lieu d'un transformateur cuirassé, on pourrait employer un transformateur à co lonnes comme le représente schématiquement la fig. 3;; ce transformateur comporte en réalité trois colonnes, deux I' pour le pri maire et- une B constituée par la matière à traiter ou le creuset pour le secondaire. Ce transformateur pourrait être ramené à deux colonnes comme le montre la fig. 4.
Dans ces deux dernières formes d'exécu tion, la distance entre les circuits inducteur et induit étant en général considérable, le facteur de puissance est encore plus réduit que dans le cas des fig. 1 et 2; souvent il peut même devenir inadmissible.
On peut remédier à cet inconvénient en combinant cette disposition avec celle que les brevetés ont décrite dans leur brevet NO 132.727 intitulé "Four à induction à noyau magnétique". La fig.5 du dessin annexé présente une combinaison de ce genre. Dans ce cas, le circuit induc teur est constitué par une ou plusieurs grosses spires C entourant le creuset B à chauffer et est alimenté à très basse tension par une ou plusieurs spires supplémentaires D disposées autour de l'enroulement pri maire E. Le circuit magnétique F peul: être complété comme le montre la fig. (i de ma nière à embrasser les enroulements D et E.
Avec une telle disposition ou des dispo sitions analogues, on peut, au lieu d'un seul système de spires C, D, disposer plusieurs systèmes Cl, C2, C', <B><I>Dl,</I></B> D2, D3, (fig. 7), notamment répartir les spires C', C2, C3 sur la hauteur du creuset. En faisant varier la proportion du courant total.
dans chacun des systèmes C', C2, C', Di, D2, D', employant pour cela toutes les dispositions électriques connues, on variera également la proportion des courants induits dans telle ou telle por tion de la hauteur du creuset.
Il est évident d'ailleurs que le creuset à chauffer peut occuper une position quelcon que dans le champ magnétique. La fig. 8 montre en plan une disposition. analogue à celle de la fig. 4, dans laquelle le creuset est placé perpendiculairement à l'entrefer. Mais, là également, le facteur, de puissance est réduit par la forte dispersion entre le primaire E et le secondaire B.
On peut remédier à cet inconvénient en disposant l'enroulement primaire E tout près du creuset B, comme le montrent les fig. 9, 10 et 11. Comme les spires de l'en roulement E seraient gênantes pour le dé placement du creuset, on peut disposer le circuit magnétique de manière à permettre de l'ouvrir pour l'enlèvement ou la mise en place du creuset.
On peut, par exemple, l'articuler autour d'un axe G. On peut également constituer 1e circuit inducteur C par une ou plusieurs grosses spires alimentées à très basse tension, le primaire se trouvant en E (fig. 12).
On peut aussi réaliser une disposition analogue à celle de la fig. 5, avec creuset B rectangulaire, par exemple, (fig. 18) et ar ticulation en G d'une partie du circuit ma gnétique pour permettre le déplacement du creuset.
Uaddition partielle de fer dans le circuit magnétique permet d'opérer l'alimentation polyphasée, contrairement à ce qui est avec les formes de fours actuels à circuit magnéti que insuffisamment dirigé. Sur la fig. 14, le circuit primaire est divisé en trois sections E', E2, E3, tandis que les noyaux magnéti ques amorcent la forme de trois circuits ma- étiques L1, LZ, L3. Au lieu de trois sections, on pourrait en adopter un nombre quelconque.
Avec la disposition de la fig. 14, on peut, alimenter en triphasé, mais ce qui est le plus intéressant pour les travaux à effectuer, on peut alimenter d'une manière générale par trois (ou tout autre nombre) circuits sépa rés, de même phase ou non, et réglables à volonté. Il est ainsi possible de concentrer la chaleur plutôt en telle ou telle partie du creuset, à un moment choisi des opérations, ce qui est quelquefois très important.
La disposition représentée fig. 15 est une variante de celle de la fig. 9. Le flux qui traverse le creuset B est un flux alternatif. On peut alimenter en polyphasé, en triphasé, par exemple, et induire dans le creuset au moyen d'un flux tournant, selon la fig. 16, où H est un stator de moteur asynchrone ou d'alternateur avec. encoches et enroule ment internes (non figurés) et B le creuset du four à induction.
Dans la forme d'exécution de la fig. 17, qui montre une coupe verticale faite par l'axe du stator H, le creuset est constitué par une spire mince B au centre de laquelle est disposé un noyau de fer K. Cette spire est le siège de courants induits par le flux tournant issu du stator H. On peut obtenir ainsi un four triphasé équilibré. Le métal fondu en B prend un mouvement de rota tion sous l'influence de ce flux. Grâce à des dissymétries dans la section du creuset B, on peut provoquer une circulation entre un réservoir supérieur<I>L</I> et le creuset<I>B.</I>
La constitution de fours continus est aussi très intéressante. La fig. 18 représente un four continu sous la forme, par exemple, d'un long cylindre vertical B. Le chauffage doit se faire dans la région<I>MN;</I> en 0 est la matière en attente introduite en 0'; en P est la matière ayant réagi, que l'on sort par la trappe P' soit d'une manière absolument continue, soit à intervalles. On peut faire passer plusieurs matières, en particulier des solides et des gaz allant dans le même sens ou en sens inverse, avec des récupérations de chaleur de façon bien connue. La zone de réaction de longueur limitée sur laquelle agit le circuit inducteur peut avoir un diamètre différent de celui des autres zones du four.
On peut vouloir chauffer la partie<I>MN</I> par induction au moyen d'une hélice E par courue par un courant de haute fréquence, la matière étant conductrice ou seulement la paroi -du four.
L'invention permet une réalisation plus facile de ce type de fours puisqu'on peut diriger le flux magnétique vers la partie <I>MN</I> seulement, avec quelques noyaux F; on peut faire, si on le veut, plusieurs zones de chauffage à diverses distances les unes des autres ou se touchant comme sur la fig. 14; en même temps on peut disposer un blindage de tôles A.
Cela sera particulièrement intéressant dans le cas de fours rotatifs plus ou moins inclinés sur l'horizontale au lieu d'être ver ticaux comme sur la fig. 18. La. matière passe alors d'elle-même de l'extrémité supérieure Ot à l'extrémité P'.
On pourra profiter des avantages que procure l'addition de noyaux magnétiques en ce qui concerne la direction du flux et la réduction de la réluctance pour modifier, au mieux de la facilité des réactions à. effectuer, le diamètre de la ou des régions de chauf- fage, les faisant soit -plus grandes, soit plus petites que les autres parties du four.
Induction oven. Certain induction furnaces consist, in the current state of their construction, of a simple primary circuit in the form of a solé-nide surrounding the material to be heated placed in a suitable crucible. The magnetic circuit closes entirely in the air. The frequency used varies from a few tens of periods per second to several tens of thousands. The disadvantages of this arrangement are numerous.
The magnetic flux closes in the air, but it passes through neighboring bodies, preferably magnetic bodies. This results in a drop in efficiency and a drop in power factor. It is almost impossible to shield the ovens, it is difficult to make them oscillating or tilting, and in general mobile, because this involves a mechanical device which the lines of force would cross.
The present invention overcomes these drawbacks; it is characterized by the arrangement of magnetic iron cores designed to direct the useful flux and to reduce the reluctance of the magnetic circuit appreciably to that of the air in the part to be heated.
The appended drawing represents, by way of example, various embodiments of the invention.
Fig. 1 is a sectional elevation of an induction furnace according to the invention .; Fig. 2 is a horizontal section following 2-2 of FIG. 1; Figs. 3 to 7, elevational sections of furnace variants, Figs. 8 to 13, horizontal sections of other variants of the oven, FIG. 14, a vertical section of a furnace supplied by a divided primary winding, FIG. 15, a horizontal section of a furnace subjected to an alternating flow, FIG. 16, a horizontal cross section of a variant with rotating flow, FIG. 17,
a vertical section of another variant with rotating flow, FIG. 18, a vertical section of a localized heating furnace.
In the embodiment of FIGS. 1 and 2, outside the primary helix E are arranged one or more systems of laminated magnetic cores E. It can be seen that the reluctance of the magnetic circuit will be reduced to that of air over the height of the crucible or very little more, the reluctance of iron can easily be made negligible, even for somewhat high frequencies, by keeping often the normal thicknesses of sheets of the practice. This allows in particular to make ovens of large diameter and low height if desired, instead of being limited, as has been done so far, to an approximate realization of what is commonly understood by a solenoid long.
It is also possible to completely or partially eliminate the lower branch F 'of the magnetic circuit. Likewise, the magnetic circuit can be extended to the upper part with parts such as F2, which can be stopped at r 'so as not to interfere with the examination of the crucible; it is also possible to make the parts F2 integral in whole or in part with the cover F4. The shielding A and the external bodies are thus protected from any annoying induction.
In such a furnace is thus made solid and we immediately see that we can transport it, make it oscillate, tilt as desired.
Instead of an armored transformer, one could employ a column transformer as shown schematically in fig. 3 ;; this transformer actually has three columns, two I 'for the primary and one B consisting of the material to be treated or the crucible for the secondary. This transformer could be reduced to two columns as shown in fig. 4.
In these last two embodiments, the distance between the inductor and armature circuits being generally considerable, the power factor is even smaller than in the case of FIGS. 1 and 2; often it can even become inadmissible.
This drawback can be remedied by combining this arrangement with that which the patentees have described in their patent No. 132,727 entitled "Magnetic core induction furnace". Fig.5 of the accompanying drawing shows a combination of this kind. In this case, the inductor circuit is formed by one or more large turns C surrounding the crucible B to be heated and is supplied at very low voltage by one or more additional turns D arranged around the primary winding E. The magnetic circuit F peul: be completed as shown in fig. (i so as to embrace the windings D and E.
With such an arrangement or similar arrangements, it is possible, instead of a single system of turns C, D, to have several systems C1, C2, C ', <B> <I> Dl, </I> </ B> D2, D3, (fig. 7), in particular distribute the turns C ', C2, C3 over the height of the crucible. By varying the proportion of the total current.
in each of the systems C ′, C2, C ′, Di, D2, D ′, employing for this all the known electrical arrangements, the proportion of the currents induced in such and such a portion of the height of the crucible will also be varied.
It is also obvious that the crucible to be heated can occupy any position in the magnetic field. Fig. 8 shows a layout plan. similar to that of FIG. 4, in which the crucible is placed perpendicular to the air gap. But, here too, the power factor is reduced by the strong dispersion between primary E and secondary B.
This drawback can be remedied by placing the primary winding E very close to the crucible B, as shown in FIGS. 9, 10 and 11. As the turns of the rolling E would interfere with the displacement of the crucible, the magnetic circuit can be arranged so as to allow it to be opened for the removal or the installation of the crucible.
It is possible, for example, to articulate it around an axis G. It is also possible to constitute the inductor circuit C by one or more large turns supplied at very low voltage, the primary being at E (FIG. 12).
It is also possible to make an arrangement similar to that of FIG. 5, with rectangular crucible B, for example, (fig. 18) and articulation in G of a part of the magnetic circuit to allow the displacement of the crucible.
The partial addition of iron in the magnetic circuit makes it possible to operate the polyphase supply, contrary to what is with the current forms of ovens with insufficiently directed magnet circuits. In fig. 14, the primary circuit is divided into three sections E ', E2, E3, while the magnetic cores initiate the form of three magnetic circuits L1, LZ, L3. Instead of three sections, one could adopt any number.
With the arrangement of FIG. 14, we can, supply in three-phase, but what is most interesting for the work to be done, we can supply in general by three (or any other number) separate circuits, of the same phase or not, and adjustable at will. It is thus possible to concentrate the heat rather in this or that part of the crucible, at a chosen moment of the operations, which is sometimes very important.
The arrangement shown in fig. 15 is a variant of that of FIG. 9. The flow which passes through crucible B is an alternating flow. It is possible to supply polyphase, three-phase, for example, and induce in the crucible by means of a rotating flux, according to FIG. 16, where H is an asynchronous motor or alternator stator with. internal notches and winding (not shown) and B the induction furnace crucible.
In the embodiment of FIG. 17, which shows a vertical section made by the axis of the stator H, the crucible is constituted by a thin coil B in the center of which is arranged an iron core K. This coil is the seat of currents induced by the rotating flow resulting from stator H. A balanced three-phase furnace can thus be obtained. The molten metal in B assumes a rotational movement under the influence of this flux. Thanks to dissymmetries in the section of crucible B, it is possible to cause circulation between an upper tank <I> L </I> and crucible <I> B. </I>
The constitution of continuous furnaces is also very interesting. Fig. 18 shows a continuous furnace in the form, for example, of a long vertical cylinder B. The heating must take place in the region <I> MN; </I> at 0 is the waiting material introduced at 0 '; in P is the material having reacted, which one leaves by the trap door P 'either in an absolutely continuous manner, or at intervals. Several materials can be passed, in particular solids and gases going in the same direction or in the opposite direction, with heat recoveries in a well known manner. The reaction zone of limited length on which the inductor circuit acts may have a diameter different from that of the other zones of the furnace.
It is possible to want to heat the <I> MN </I> part by induction by means of a helix E by running a high frequency current, the material being conductive or only the wall of the furnace.
The invention allows an easier production of this type of furnace since it is possible to direct the magnetic flux towards the <I> MN </I> part only, with a few F cores; several heating zones can be made, if desired, at various distances from each other or touching each other as in fig. 14; at the same time it is possible to have a shielding of sheets A.
This will be particularly advantageous in the case of rotary kilns more or less inclined to the horizontal instead of being vertical as in FIG. 18. The material then passes by itself from the upper end Ot to the end P '.
The advantages of the addition of magnetic cores in terms of direction of flow and reduction of reluctance can be taken advantage of to modify, at best, ease of reactions. the diameter of the heating region (s), making them either larger or smaller than the other parts of the oven.