EP0480845A1 - Induction melting furnace with a cold crucible - Google Patents

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Publication number
EP0480845A1
EP0480845A1 EP91420241A EP91420241A EP0480845A1 EP 0480845 A1 EP0480845 A1 EP 0480845A1 EP 91420241 A EP91420241 A EP 91420241A EP 91420241 A EP91420241 A EP 91420241A EP 0480845 A1 EP0480845 A1 EP 0480845A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
crucible
sector
electromagnetic induction
wall
induction means
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP91420241A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
François Schlecht
Ernst Roland
Christian Garnier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Laminoirs Du Dauphine Bonmartin Ets SA
Original Assignee
Laminoirs Du Dauphine Bonmartin Ets SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Laminoirs Du Dauphine Bonmartin Ets SA filed Critical Laminoirs Du Dauphine Bonmartin Ets SA
Publication of EP0480845A1 publication Critical patent/EP0480845A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/22—Furnaces without an endless core
    • H05B6/24—Crucible furnaces

Definitions

  • the present invention relates, in general, to induction melting furnaces in a cold crucible.
  • a major concern for such ovens is to avoid excessive heating of the wall of the crucible.
  • the arrangement in sectors electrically isolated from each other which constitute the wall of the crucible makes it possible, in known manner, to limit the effects of induction in the wall, and consequently to limit its heating.
  • this cooling is carried out by producing the parts of the wall of the crucible in a metallic material which is a good conductor of heat, for example copper, and by providing in these parts holes extending parallel to the internal wall and in which circulate a coolant, for example water.
  • a metallic material which is a good conductor of heat, for example copper
  • the ovens known to date use as a means of magnetic induction a medium frequency inductor, that is to say an inductor operating at a frequency greater than approximately 400 Hz.
  • the magnetic induction windings operating at medium frequency allow relatively low electric currents to pass, and consequently, the electric voltages appearing at the terminals of these windings or windings, are relatively large, for example greater than 80 volts. Special precautions must therefore be taken in such installations to avoid any risk of electric shock and to avoid any formation of an electric arc.
  • An object of the present invention is to provide an induction furnace with a cold wall which can have a relatively large capacity and using electromagnetic induction means of a simpler design than those present in the induction furnaces of the prior art.
  • Another object of the present invention is to provide such an oven in which the crucible is of simpler design than those of similar ovens of the prior art, while having an efficiency at least as great, that is to say while maintaining the interior wall of the oven at a sufficiently low temperature, at least as low as that of similar ovens of the prior art.
  • Another object of the present invention is to provide such an oven in which the potential differences appearing at the terminals of the various elements constituting the electromagnetic induction means remain relatively small, for example less than 40 volts, in order to ensure high safety. of the installation without having to resort to complicated protective means.
  • Yet another object of the present invention is to provide such an oven in which it is possible to obtain, in a controlled and efficient manner, stirring, even for large-capacity ovens, for example greater than 5 liters.
  • the electromagnetic induction means has a low impedance and is traversed by a relatively high current under a low voltage.
  • the electromagnetic induction means is supplied from a secondary winding of a transformer, the primary winding of which is supplied directly by the electrical sector.
  • the other generator 12 provides a much lower power output and its realization therefore does not cause any significant problem, although it delivers a current at an average frequency, that is to say much higher than the network frequency.
  • the crucible has a conventional shape comprising an upper cylindrical part and a lower spherical or conical part ending in the lowest part by an opening serving for the evacuation of the molten metal which will be contained in this crucible.
  • the wall of the crucible is not in one piece but is in fact made up of a certain number of sectors 6A, 6B, etc., which extend vertically and which are electrically isolated from each other.
  • This structure of a crucible wall comprising a number of sectors isolated from each other is known from the prior art and does not require a more detailed description here. It should be noted, however, that according to the present invention, the number of sectors that can constitute the wall of the crucible 6 can remain relatively small, for example between 4 and 12. The justification for this relatively small number of sectors will be made in the following. description.
  • All of the sectors constituting the crucible wall 6 are held in place by a box (not shown) made of electrical insulating material, conventionally made of a refractory material of the cement type.
  • This box must, however, withstand the maximum temperature that the wall of the crucible 6 can reach, although this wall is cooled, and must also resist mechanical stress and thermal shock.
  • Such a box is known from the prior art and, for this reason, will not be described in more detail here.
  • the different sectors constituting the wall of the crucible 6 are made of a metal that is a good conductor of electricity and a good conductor of heat, preferably copper.
  • Other metals can also be used, their choice essentially depending on physicochemical characteristics linked to the nature of the material to be melted in the crucible, this material being commonly called the filler.
  • each sector constituting the wall of the crucible 6 is welded a metal tube 21, the greater part of which extends substantially in a plane passing through the vertical longitudinal axis 22 of the crucible.
  • tubes 22 there are sectors 6A, 6B, etc., in the wall of the crucible.
  • Each tube 22 has a U shape and the ends of this tube located in the upper part are respectively connected to a cooling water supply pipe 23 and to a cooling water discharge pipe 24.
  • the tubes 22 are made of the same material as that of the wall, for example copper.
  • the tube can advantageously be linked to the sector by brazing.
  • the tube 22 can represent a diameter of about 10 mm and a thickness of about 1 mm, and this kind of copper tube can be commercially available easily because it actually corresponds to copper tubes in common use.
  • a magnetic yoke made of laminated material is very effective in channeling the field lines produced by coil 5 which is an induction coil.
  • coil 5 which is an induction coil.
  • the magnetic yoke 8 has the shape of a cylinder with a vertical axis coinciding with the longitudinal axis 25 of the crucible 6. Its vertical position can be adjusted by means of an appropriate adjustable support means (not shown).
  • the induction furnace according to the present invention also comprises a particular and new device having the function of a controllable valve, for the evacuation of the molten charge contained in the crucible.
  • the device consists of a vertical cylindrical wall constituting a discharge tube 35 disposed under the crucible 6, this tube 35 having a relatively small diameter, for example, of the order of 30 mm.
  • the tube 35 is cooled by a circulation of water in holes 36 formed in the tube and by supply lines 37 and discharge 38 of cooling water.
  • the excitation coil 10 is a medium frequency coil which, when energized, creates an electromagnetic induction at the center of the tube 30, which causes the material contained in this tube to melt, which allows evacuation downwards. of the molten charge.
  • the invention in its greatest generality, is based on the fact that the crucible consists essentially of a relatively thin metal wall 6.
  • the thickness of this metal wall is less than the penetration depth of the magnetic field. Since an electromagnetic induction means operating at low frequency, for example at 50 or 60 Hz, is used, this penetration depth is approximately 6 mm and therefore, a wall of the crucible made of a conductive material, for example copper, the thickness of which is less than this penetration depth, this thickness possibly being chosen for example equal to 2 mm. Under these conditions, the crucible is "transparent" to the magnetic field, and its heating is particularly low.
  • the molten material present on the surface tends to move from the outside towards the center and, arriving at the center, tends to descend to the bottom of the crucible from where it rises by the lateral edges.
  • This type of mixing takes place in the opposite direction to that which would naturally occur in the absence of the magnetic core.
  • the Applicant has noticed that this type of mixing which is reversed with respect to the natural movement is better because it avoids the accumulation on the surface, at the periphery, of stagnant solid materials which form an obstacle to homogenization. of the material being melted.

Abstract

Four à induction à creuset froid comprenant un creuset (6) constitué d'un certain nombre de secteurs métalliques (6A, 6B) isolés électriquement les uns des autres et refroidi, ainsi qu'un moyen d'induction électromagnétique disposé autour du creuset, caractérisé en ce que le moyen d'induction électromagnétique (5) est alimenté en courant électrique basse fréquence, et en ce que chaque secteur métallique constituant la paroi du creuset (6) est réalisé à partir d'une tôle métallique mince et en ce qu'il est prévu un moyen de refroidissement de chaque secteur réalisé au moyen d'une canalisation (22) soudée ou brasée sur la surface extérieure du secteur (21) permettant la circulation d'un fluide de refroidissement destiné à évacuer la chaleur du secteur. <IMAGE>Induction furnace with cold crucible comprising a crucible (6) made up of a certain number of metal sectors (6A, 6B) electrically insulated from each other and cooled, as well as an electromagnetic induction means arranged around the crucible, characterized in that the electromagnetic induction means (5) is supplied with low-frequency electric current, and in that each metal sector constituting the wall of the crucible (6) is produced from a thin metal sheet and in that there is provided a means of cooling each sector produced by means of a pipe (22) welded or brazed to the external surface of the sector (21) allowing the circulation of a cooling fluid intended to remove heat from the sector. <IMAGE>

Description

La présente invention concerne, d'une façon générale, des fours de fusion par induction en creuset froid.The present invention relates, in general, to induction melting furnaces in a cold crucible.

On connaît depuis longtemps des fours de fusion par induction dans lesquels on utilise un creuset destiné à recevoir la matière à fondre, qui est appelé creuset froid parce qu'il est relativement peu échauffé par le dispositif d'induction et parce qu'il est en permanence refroidi par un dispositif d'évacuation de la chaleur. Dans de tels fours, il est en outre connu de provoquer une certaine lévitation (soulèvement) de la charge en utilisant le phénomène de confinement électromagnétique qui a pour effet d'écarter de la paroi du creuset la matière à fondre.Induction melting furnaces have long been known in which a crucible intended to receive the material to be melted is used, which is called a cold crucible because it is relatively little heated by the induction device and because it is in permanently cooled by a heat removal device. In such ovens, it is also known to cause a certain levitation (lifting) of the load by using the phenomenon of electromagnetic confinement which has the effect of removing from the wall of the crucible the material to be melted.

Il est connu également de réaliser le creuset à partir de plusieurs segments métalliques isolés électriquement les uns des autres, de façon à réduire les pertes électromagnétiques dans ces segments qui constituent ensemble la paroi métallique du creuset.It is also known to make the crucible from several metal segments electrically isolated from each other, so as to reduce the electromagnetic losses in these segments which together constitute the metal wall of the crucible.

Il est connu également de constituer un tel creuset en lui conférant une forme générale cylindrique se prolongeant vers le bas par un fond convergent hémisphérique ou conique muni d'un orifice central de coulée de la charge fondue.It is also known to constitute such a crucible by giving it a generally cylindrical shape extending downwards by a converging hemispherical or conical bottom provided with a central orifice for casting the molten charge.

Une préoccupation majeure pour de tels fours réside dans le fait d'éviter l'échauffement excessif de la paroi du creuset. La disposition en secteurs isolés électriquement les uns des autres qui constituent la paroi du creuset permet, de façon connue, de limiter les effets d'induction dans la paroi, et par conséquent de limiter son échauffement. Cependant, il n'est pas possible de supprimer complètement un tel échauffement, et puisque, par ailleurs, la charge en fusion dans le creuset communique à celui-ci inévitablement une certaine quantité de chaleur, il est nécessaire d'effectuer un refroidissement énergique des pièces constituant la paroi du creuset. En général, ce refroidissement s'effectue en réalisant les pièces de la paroi du creuset en un matériau métallique bon conducteur de la chaleur, par exemple en cuivre, et en ménageant dans ces pièces des trous s'étendant parallèlement à la paroi intérieur et dans lesquels on fait circuler un liquide de refroidissement, par exemple de l'eau.A major concern for such ovens is to avoid excessive heating of the wall of the crucible. The arrangement in sectors electrically isolated from each other which constitute the wall of the crucible makes it possible, in known manner, to limit the effects of induction in the wall, and consequently to limit its heating. However, it is not it is possible to completely suppress such heating, and since, moreover, the molten charge in the crucible inevitably communicates to it a certain amount of heat, it is necessary to carry out vigorous cooling of the parts constituting the wall of the crucible. In general, this cooling is carried out by producing the parts of the wall of the crucible in a metallic material which is a good conductor of heat, for example copper, and by providing in these parts holes extending parallel to the internal wall and in which circulate a coolant, for example water.

En général, les pièces constituant le creuset sont relativement épaisses, parce que leur épaisseur doit être supérieure au diamètre des trous ménagés à l'intérieur permettant la circulation du liquide de refroidissement.In general, the parts constituting the crucible are relatively thick, because their thickness must be greater than the diameter of the holes made inside allowing the circulation of the coolant.

Comme, de toute façon, ces pièces présentent forcément une épaisseur supérieure à la profondeur de pénétration du champ magnétique produit par le système d'induction, il n'a pas été possible jusque là d'éviter toute induction magnétique à l'intérieur de ces pièces et, pour en réduire les effets, il a été proposé de limiter au maximum la dimension latérale de ces pièces, c'est-à-dire la dimension selon une direction circonférencielle. Cette largeur des pièces n'a toutefois pas pu être rendue inférieure à une certaine valeur, puisque ces pièces doivent comporter au moins un trou longitudinal pour la circulation du fluide de refroidissement.As, in any case, these parts necessarily have a thickness greater than the penetration depth of the magnetic field produced by the induction system, it has not been possible until then to avoid any magnetic induction inside these parts and, to reduce their effects, it has been proposed to limit as much as possible the lateral dimension of these parts, that is to say the dimension in a circumferential direction. This width of the parts could not however be made less than a certain value, since these parts must include at least one longitudinal hole for the circulation of the cooling fluid.

En partant de ces considérations, les fours connus à ce jour utilisent comme moyen d'induction magnétique un inducteur moyenne fréquence, c'est-à-dire un inducteur fonctionnant à une fréquence supérieure à 400 Hz environ.On the basis of these considerations, the ovens known to date use as a means of magnetic induction a medium frequency inductor, that is to say an inductor operating at a frequency greater than approximately 400 Hz.

De tels fours présentent cependant certains inconvénients que nous allons décrire maintenant.However, such ovens have certain drawbacks which we will now describe.

Tout d'abord, plus le nombre de pièces métalliques constituant le creuset est grand, plus le coût de fabrication du creuset est importante. Il faut en plus prévoir des canalisations d'arrivée et de départ du liquide de refroidissement pour chacune de ces pièces, et il faut prévoir la connexion de ces canalisations les unes aux autres d'une façon isolée électriquement et étanche au fluide de refroidissement. Un tel creuset est donc difficile à réaliser et est d'un coût relativement élevé.First of all, the greater the number of metal parts constituting the crucible, the greater the cost of manufacturing the crucible. It is also necessary to provide pipes for the arrival and departure of the coolant for each of these parts, and it is necessary to provide for the connection of these pipes to one another in an electrically isolated manner and impervious to the coolant. Such a crucible is therefore difficult to produce and is of relatively high cost.

Par ailleurs, les bobinages d'induction magnétique fonctionnant à moyenne fréquence, laissent passer des courants électriques relativement faibles, et par conséquent, les tensions électriques apparaissant aux bornes de ces bobinages ou enroulements, sont relativement importantes, par exemple supérieures à 80 volts. Il faut donc prendre des précautions particulières dans de telles installations pour éviter tout risque d'électrocution et pour éviter toute formation d'arc électrique.Furthermore, the magnetic induction windings operating at medium frequency, allow relatively low electric currents to pass, and consequently, the electric voltages appearing at the terminals of these windings or windings, are relatively large, for example greater than 80 volts. Special precautions must therefore be taken in such installations to avoid any risk of electric shock and to avoid any formation of an electric arc.

D'autre part, pour alimenter un tel système d'induction magnétique en courant électrique moyenne fréquence, il faut disposer d'un système d'alimentation électrique produisant une telle fréquence. De tels systèmes d'alimentation sont d'un coût relativement élevé, d'autant plus qu'ils fournissent une puissance électrique importante. Dans la pratique, il n'a pas été possible jusqu'à ce jour de constituer un four à induction à paroi froide présentant une contenance supérieure à 5 litres environ. En général, le diamètre intérieur du creuset n'est jamais supérieur à 200 mm.On the other hand, to supply such a magnetic induction system with medium frequency electric current, it is necessary to have an electrical supply system producing such a frequency. Such power systems are relatively high cost, especially since they provide significant electrical power. In practice, it has not been possible to date to constitute a cold wall induction furnace having a capacity of more than about 5 liters. In general, the inside diameter of the crucible is never more than 200 mm.

Dans de tels fours de l'art antérieur, se pose aussi le problème du brassage du métal en fusion dans le creuset. Ce brassage n'est pas satisfaisant, et cela a limité jusqu'à présent la contenance du four. La comparaison entre ce brassage existant dans les fours connus et celui la présente invention sera décrite au cours de la description d'un mode de réalisation qui va suivre.In such ovens of the prior art, there is also the problem of mixing the molten metal in the crucible. This stirring is not satisfactory, and this has so far limited the capacity of the oven. The comparison between this mixing existing in known ovens and that of the present invention will be described during the description of an embodiment which follows.

Un objet de la présente invention est de prévoir un four à induction à paroi froide pouvant avoir une contenance relativement importante et utilisant des moyens d'induction électromagnétique d'une conception plus simple que ceux présents dans les fours à induction de l'art antérieur.An object of the present invention is to provide an induction furnace with a cold wall which can have a relatively large capacity and using electromagnetic induction means of a simpler design than those present in the induction furnaces of the prior art.

Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel four dans lequel le moyen d'induction électromagnétique présente en outre un rendement électrique très élevé.Another object of the present invention is to provide such an oven in which the electromagnetic induction means also has a very high electrical efficiency.

Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel four dans lequel le creuset est de conception plus simple que ceux des fours similaires de l'art antérieur, tout en présentant une efficacité au moins aussi grande, c'est-à-dire tout en assurant le maintien de la paroi intérieure du four à une température suffisamment basse, au moins aussi basse que celle des fours similaires de l'art antérieur.Another object of the present invention is to provide such an oven in which the crucible is of simpler design than those of similar ovens of the prior art, while having an efficiency at least as great, that is to say while maintaining the interior wall of the oven at a sufficiently low temperature, at least as low as that of similar ovens of the prior art.

Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel four dans lequel les différences de potentiels apparaissant aux bornes des différents éléments constituant le moyen d'induction électromagnétique restent relativement faibles, par exemple inférieures à 40 volts, afin d'assurer une sécurité élevée de l'installation sans avoir à recourir à des moyens de protection compliqués.Another object of the present invention is to provide such an oven in which the potential differences appearing at the terminals of the various elements constituting the electromagnetic induction means remain relatively small, for example less than 40 volts, in order to ensure high safety. of the installation without having to resort to complicated protective means.

Encore un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel four dans lequel on peut obtenir, de façon maîtrisée et efficace, un brassage, et ce même pour des fours de grande contenance, par exemple supérieure à 5 litres.Yet another object of the present invention is to provide such an oven in which it is possible to obtain, in a controlled and efficient manner, stirring, even for large-capacity ovens, for example greater than 5 liters.

L'invention concerne donc un four à induction à creuset froid comprenant un creuset constitué d'un certain nombre de secteurs métalliques isolés électriquement les uns des autres et refroidis, ainsi qu'un moyen d'induction électromagnétique disposé autour du creuset.The invention therefore relates to a cold crucible induction furnace comprising a crucible consisting of a number of metal sectors electrically isolated from each other and cooled, as well as an electromagnetic induction means arranged around the crucible.

Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le moyen d'induction électromagnétique est alimenté en courant électrique basse fréquence, et en ce que chaque secteur métallique constituant la paroi du creuset est réalisé à partir d'une tôle métallique mince et en ce qu'il est prévu un moyen de refroidissement de chaque secteur réalisé au moyen d'une canalisation soudée ou brasée sur la surface extérieure du secteur permettant la circulation d'un fluide de refroidissement destiné à évacuer la chaleur du secteur.According to an essential characteristic of the invention, the electromagnetic induction means is supplied with low frequency electric current, and in that each metal sector constituting the wall of the crucible is made from a thin metal sheet and in that means are provided for cooling each sector produced by means of a welded or brazed pipe on the external surface of the sector allowing the circulation of a cooling fluid intended to remove heat from the sector.

Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, il comprend également un noyau magnétique disposé au-dessus et au voisinage de la surface supérieure de la charge présente dans le creuset, ce noyau magnétique permettant ainsi un resserrement à son niveau des lignes de champ, ce qui provoque un mouvement centripète de la matière en fusion située en surface.According to a particular embodiment of the invention, it also comprises a magnetic core placed above and in the vicinity of the upper surface of the load present in the crucible, this magnetic core thus allowing a tightening at its level of the field lines. , which causes a centripetal movement of the molten material located on the surface.

Selon un autre mode de réalisation de l'invention, il comprend en outre un autre moyen d'induction électromagnétique moyenne fréquence disposé autour et au voisinage d'un conduit de sortie vers le bas du creuset, afin de provoquer, seulement lorsque ce moyen est en fonctionnement, la fusion de la matière au niveau de ce conduit, de façon à obtenir son ouverture et l'écoulement vers le bas de la matière fondue contenue dans le creuset.According to another embodiment of the invention, it further comprises another medium frequency electromagnetic induction means arranged around and in the vicinity of an outlet conduit towards the bottom of the crucible, in order to cause, only when this medium is in operation, the melting of the material at the level of this conduit, so as to obtain its opening and the downward flow of the molten material contained in the crucible.

Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le moyen d'induction électromagnétique présente une faible impédance et est traversé par un courant relativement élevé sous une faible tension.According to another embodiment of the invention, the electromagnetic induction means has a low impedance and is traversed by a relatively high current under a low voltage.

Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le moyen d'induction électromagnétique est alimenté à partir d'un enroulement secondaire d'un transformateur dont l'enroulement primaire est alimenté directement par le secteur électrique .According to another embodiment of the invention, the electromagnetic induction means is supplied from a secondary winding of a transformer, the primary winding of which is supplied directly by the electrical sector.

Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description d'un exemple de réalisation qui va suivre, illustrée par les figures annexées, parmi lesquelles :

  • la figure 1 représente un schéma de principe d'une installation de four selon la présente invention ;
  • la figure 2 représente, en coupe transversale partielle, un mode de réalisation d'un four selon l'invention, certains éléments constituant ce four étant omis de la figure afin d'augmenter sa clarté ; et
  • la figure 3 représente un schéma montrant la configuration des lignes de champ apparaissant dans un four selon l'invention.
These objects, characteristics and advantages, as well as others of the present invention will be explained in more detail in the description of an exemplary embodiment which follows, illustrated by the appended figures, among which:
  • Figure 1 shows a block diagram of an oven installation according to the present invention;
  • 2 shows, in partial cross section, an embodiment of an oven according to the invention, certain elements constituting this oven being omitted from the figure in order to increase its clarity; and
  • FIG. 3 represents a diagram showing the configuration of the field lines appearing in an oven according to the invention.

Une réalisation particulière d'une installation de four selon la présente invention est représentée schématiquement en figure 1. Une ligne d'alimentation en courant électrique 1 venant du réseau biphasé 380V pouvant fournir au minimum un courant de 250A est ménagée. Cette ligne alimente un gradateur ( un moyen de commande variable de l'intensité de courant) de conception classique 2 qui alimente en sortie l'enroulement primaire d'un transformateur d'adaptation monophasé 3. Ce transformateur 3 délivre en sortie de son enroulement secondaire un courant électrique d'une intensité de 4000 A, sous une tension non supérieure à 100 V et de préférence inférieure à 60 V.. On prévoit en général, en parallèle sur les bornes d'entrée de l'enroulement primaire du transformateur 3, un condensateur ou une batterie de condensateurs d'adaptation d'impédance 4. L'enroulement secondaire du transformateur 3 alimente directement une bobine d'excitation 5 située autour d'un creuset 6 du four selon l'invention. Le creuset est du type à paroi froide, et sa conception, ainsi que l'ensemble du dispositif qui l'entoure vont être décrits par la suite en relation avec la figure 2. Le four comprend un moyen d'alimentation en matière 7 qui fournit cette matière, selon un débit ou une quantité souhaitée, à l'intérieur du creuset 6. Cette matière peut être, par exemple, des copeaux métalliques de récupération. Le four comprend également une culasse au noyau magnétique 8 disposée au-dessus du creuset 6 et dont la fonction sera expliquée ensuite, en relation avec la figure 2. Le four comprend également une hotte aspirante 9, munie d'un filtre, permettant d'évacuer les vapeurs et les émanations du four pendant son fonctionnement. Le creuset 6 est muni d'un orifice inférieur permettant l'évacuation du métal fondu par le bas, celui-ci se versant dans un réceptacle approprié 11. Il est prévu en outre un moyen permettant d'obtenir à volonté l'ouverture ou la fermeture de l'orifice d'évacuation du creuset, ce moyen comprenant un enroulement 10 disposé autour de l'orifice, cet enroulement constituant une bobine alimentée par un autre générateur fournissant un courant électrique alternatif 12.A particular embodiment of an oven installation according to the present invention is shown diagrammatically in FIG. 1. A power supply line 1 from the 380V two-phase network capable of supplying at least a current of 250A is provided. This line feeds a dimmer (a variable current intensity control means) of classic design 2 which supplies the primary winding of a single-phase matching transformer at output 3. This transformer 3 delivers an electrical current with an intensity of 4000 A at its output from its secondary winding, at a voltage not greater than 100 V and preferably less than 60 V. It is generally provided, in parallel on the input terminals of the primary winding of the transformer 3, a capacitor or a battery of impedance matching capacitors 4. The secondary winding of the transformer 3 directly feeds an excitation coil 5 located around a crucible 6 of the furnace according to the invention. The crucible is of the cold-walled type, and its design, as well as the entire device which surrounds it will be described below in relation to FIG. 2. The oven comprises a material supply means 7 which provides this material, according to a flow rate or a desired quantity, inside the crucible 6. This material can be, for example, metallic recovery shavings. The furnace also comprises a cylinder head with a magnetic core 8 placed above the crucible 6 and the function of which will be explained later, in relation to FIG. 2. The furnace also comprises an extractor hood 9, provided with a filter, making it possible to Evacuate vapors and fumes from the oven during operation. The crucible 6 is provided with a lower orifice allowing the evacuation of the molten metal from the bottom, the latter pouring into an appropriate receptacle 11. There is further provided a means making it possible to obtain at will the opening or the closing of the crucible discharge orifice, this means comprising a winding 10 disposed around the orifice, this winding constituting a coil supplied by another generator supplying alternating electric current 12.

Avant d'entrer plus en détails dans la structure du four, qui constitue un objet essentiel de la présente invention, on peut présenter certaines caractéristiques de celui-ci, qui font aussi partie de l'objet de la présente invention, et gui sont les suivantes. Le transformateur 3 est alimenté directement en courant électrique provenant du réseau, c'est-à-dire en courant électrique dont la fréquence est relativement basse, en principe égale à 50 Hz ou 60 Hz. L'autre générateur 12 qui sert à alimenter la bobine 10 dont la fonction sera expliquée ensuite fournit un courant électrique à une fréquence nettement plus élevée, par exemple à 400 Hz ou 1000 Hz. On comprend que ces deux moyens d'alimentation électrique en courant alternatif peuvent facilement être agencés, sans que des couplages parasites significatifs ne viennent perturber leur moyen respectif de commande, de contrôle et de régulation. En effet, les fréquences sont suffisamment éloignées pour que de tels couplages électromagnétiques deviennent négligeables.Before entering in more detail into the structure of the oven, which constitutes an essential object of the present invention, certain characteristics of the latter may be presented, which also form part of the object of the present invention, and which are the following. The transformer 3 is supplied directly with electric current from the network, that is to say with electric current whose frequency is relatively low, in principle equal to 50 Hz or 60 Hz. The other generator 12 which serves to supply the coil 10, the function of which will be explained next, supplies an electric current at a markedly higher frequency, for example at 400 Hz or 1000 Hz. It is understood that these two means of supplying electrical power with alternating current can easily be arranged, without only couplings significant interference does not disturb their respective means of command, control and regulation. In fact, the frequencies are far enough apart that such electromagnetic couplings become negligible.

Le courant électrique alimentant la bobine 5 est très important, par exemple de 4000 A, comme cela a été dit précédemment, et l'ensemble du dispositif 2, 3, 4 permettant de fournir un tel courant est relativement facile à mettre en oeuvre puisque ce courant est un courant alternatif à la fréquence du réseau d'alimentation 1, c'est-à-dire à 50 Hz ou 60 Hz, et un tel système s'affranchit donc de moyens compliqués et coûteux de générateurs électriques à fréquence moyenne ou haute.The electric current supplying the coil 5 is very high, for example 4000 A, as has been said previously, and the whole of the device 2, 3, 4 making it possible to supply such a current is relatively easy to implement since this current is an alternating current at the frequency of the supply network 1, that is to say at 50 Hz or 60 Hz, and such a system therefore eliminates complicated and expensive means of electric generators at medium or high frequency .

L'autre générateur 12 fournit une puissance de sortie beaucoup plus faible et sa réalisation ne cause donc pas de problème important, bien qu'il délivre un courant à une fréquence moyenne, c'est-à-dire nettement supérieure à la fréquence du réseau.The other generator 12 provides a much lower power output and its realization therefore does not cause any significant problem, although it delivers a current at an average frequency, that is to say much higher than the network frequency.

La figure 2 représente plus particulièrement, mais d'une façon simplifiée, en coupe transversale, un four selon la présente invention. On distingue, dans ce four, certains éléments qui ont été annoncés précédemment en relation avec la figure 1, à savoir une bobine d'induction 5, une bobine d'induction moyenne fréquence 10, ainsi qu'une culasse magnétique 8. L'une des pièces essentielles d'un four de ce type est constituée par le creuset à paroi froide 6. Ce creuset 6 a la particularité de comporter une paroi métallique dont l'épaisseur est relativement mince, par exemple comprise entre 1,5 et 4 mm. Cette paroi constituant le creuset 6 est réalisée à partir d'une tôle métallique qui est découpée et emboutie. Le creuset présente une forme classique comprenant une partie cylindrique supérieure et une partie sphérique ou conique inférieure se terminant dans la partie la plus basse par une ouverture servant à l'évacuation du métal fondu qui sera contenu dans ce creuset. La paroi du creuset n'est pas monobloc mais est constituée en fait d'un certain nombre de secteurs 6A, 6B, etc, qui s'étendent verticalement et qui sont isolés électriquement les uns des autres. Cette structure d'une paroi de creuset comportant un certain nombre de secteurs isolés les uns des autres est connue de l'art antérieur et ne nécessite pas une description plus importante ici. Il faut remarquer cependant que selon la présente invention, le nombre de secteurs pouvant constituer la paroi du creuset 6 peut rester relativement faible, par exemple compris entre 4 et 12. La justification de ce nombre relativement faible de secteurs sera faite dans la suite de la description.Figure 2 shows more particularly, but in a simplified manner, in cross section, an oven according to the present invention. There are, in this oven, certain elements which have been announced previously in relation to FIG. 1, namely an induction coil 5, a medium frequency induction coil 10, as well as a magnetic yoke 8. The one essential parts of an oven of this type is constituted by the crucible with a cold wall 6. This crucible 6 has the distinction of having a metal wall whose thickness is relatively thin, for example between 1.5 and 4 mm. This wall constituting the crucible 6 is made from a metal sheet which is cut and stamped. The crucible has a conventional shape comprising an upper cylindrical part and a lower spherical or conical part ending in the lowest part by an opening serving for the evacuation of the molten metal which will be contained in this crucible. The wall of the crucible is not in one piece but is in fact made up of a certain number of sectors 6A, 6B, etc., which extend vertically and which are electrically isolated from each other. This structure of a crucible wall comprising a number of sectors isolated from each other is known from the prior art and does not require a more detailed description here. It should be noted, however, that according to the present invention, the number of sectors that can constitute the wall of the crucible 6 can remain relatively small, for example between 4 and 12. The justification for this relatively small number of sectors will be made in the following. description.

L'ensemble des secteurs constituant la paroi de creuset 6 est maintenu en place par un caisson (non représenté) réalisé en matériau isolant électrique, constitué, de façon classique, d'un matériau réfractaire du type ciment. Ce caisson doit cependant résister à la température maximum que peut atteindre la paroi du creuset 6, bien que cette paroi soit refroidie, et doit également résister aux contraintes mécaniques et aux chocs thermiques. Un tel caisson est connu de l'art antérieur et, pour cette raison, ne sera pas décrit plus en détail ici.All of the sectors constituting the crucible wall 6 are held in place by a box (not shown) made of electrical insulating material, conventionally made of a refractory material of the cement type. This box must, however, withstand the maximum temperature that the wall of the crucible 6 can reach, although this wall is cooled, and must also resist mechanical stress and thermal shock. Such a box is known from the prior art and, for this reason, will not be described in more detail here.

Les différents secteurs constituant la paroi du creuset 6 sont réalisés en un métal bon conducteur de l'électricité et bon conducteur de chaleur, de préférence en cuivre. D'autres métaux peuvent être également utilisés, leur choix dépendant essentiellement de caractéristiques physico-chimiques liés à la nature du matériau devant être fondu dans le creuset, ce matériau étant appelé communément la charge.The different sectors constituting the wall of the crucible 6 are made of a metal that is a good conductor of electricity and a good conductor of heat, preferably copper. Other metals can also be used, their choice essentially depending on physicochemical characteristics linked to the nature of the material to be melted in the crucible, this material being commonly called the filler.

Sur la surface dirigée vers l'extérieur 20 chaque secteur constituant la paroi du creuset 6, est soudé un tube métallique 21 dont la plus grande partie s'étend sensiblement dans un plan passant par l'axe longitudinal vertical 22 du creuset. Il existe par conséquent autant de tubes 22 qu'il y a de secteurs 6A, 6B, etc, dans la paroi du creuset. Chaque tube 22 présente une forme de U et les extrémités de ce tube situées en partie supérieure sont reliées respectivement à une canalisation d'alimentation en eau de refroidissement 23 et à une canalisation d'évacuation de l'eau de refroidissement 24. De préférence, les tubes 22 sont réalisés dans le même matériau que celui de la paroi, par exemple en cuivre. Dans ce cas, on peut avantageusement lier le tube au secteur par brasage. Le tube 22 peut représenter un diamètre d'environ 10 mm et une épaisseur d'environ 1 mm, et ce genre de tube en cuivre peut être disponible commercialement facilement parce qu'il correspond en fait à des tubes en cuivre d'usage courant.On the surface directed towards the outside 20 each sector constituting the wall of the crucible 6 is welded a metal tube 21, the greater part of which extends substantially in a plane passing through the vertical longitudinal axis 22 of the crucible. There are therefore as many tubes 22 as there are sectors 6A, 6B, etc., in the wall of the crucible. Each tube 22 has a U shape and the ends of this tube located in the upper part are respectively connected to a cooling water supply pipe 23 and to a cooling water discharge pipe 24. Preferably, the tubes 22 are made of the same material as that of the wall, for example copper. In this case, the tube can advantageously be linked to the sector by brazing. The tube 22 can represent a diameter of about 10 mm and a thickness of about 1 mm, and this kind of copper tube can be commercially available easily because it actually corresponds to copper tubes in common use.

La bobine 5 est constituée d'un nombre relativement faible de spires, par exemple compris entre 5 et 20. Les spires présentent une section transversale rectangulaire, dont le grand côté d'un tel rectangle est disposé horizontalement. Un tube 27 est soudé ou brasé sur la bobine 5 au niveau de sa paroi dirigée vers l'extérieur 28. Le tube 27 longe par conséquent par l'extérieur les différentes spires constituant la bobine 5. Ce tube présente un diamètre relativement faible qui peut être voisin de celui de l'épaisseur des spires de la bobine 5. La section des spires de la bobine 5 est adaptée de façon à pouvoir laisser passer dans cette bobine le courant maximum pouvant être fourni par le transformateur 3, par exemple, un courant de 4000 A. La bobine 5 peut être réalisée en cuivre et le tube 27 est dans ce cas réalisé de préférence lui aussi en cuivre et est brasé sur la bobine. On fait passer de l'eau de refroidissement dans le tube 27 afin de refroidir toute la bobine 5. La distance entre les différentes spires constituant la bobine 5 et la paroi du creuset 6 est relativement constante et, par conséquent, le diamètre des différentes spires est constant dans la partie supérieure du creuset qui est cylindrique et gui va en diminuant dans la partie inférieure du creuset qui est de forme sphérique ou conique, comme cela est représenté sur la figure 2. Une culasse magnétique (ou noyau magnétique) 8 est réalisée en un matériau magnétique feuilleté, par exemple en feuilles de fer isolées les unes des autres et disposées verticalement. Un tel matériau feuilleté est utilisé en général pour constituer des circuits magnétiques fonctionnant à basse fréquence, en particulier à 50 Hz ou 60 Hz. Pour une telle basse fréquence, une culasse magnétique en matériau feuilleté est très efficace pour canaliser les lignes de champ produites par la bobine 5 qui est une bobine d'induction. Pour une telle fréquence, il est facile de constituer une telle culasse 8 présentant une grande efficacité et chauffant par conséquent extrêmement peu, malgré la très grande intensité du champ magnétique créé dans le four. La culasse magnétique 8 présente la forme d'un cylindre d'axe vertical confondu avec l'axe longitudinal 25 du creuset 6. Sa position vertical peut être réglée par l'intermédiaire d'un moyen de support réglable approprié (non représenté).The coil 5 consists of a relatively small number of turns, for example between 5 and 20. The turns have a rectangular cross section, the long side of such a rectangle is arranged horizontally. A tube 27 is welded or brazed to the coil 5 at its outwardly facing wall 28. The tube 27 consequently extends along the various turns constituting the coil 5. This tube has a relatively small diameter which can be close to that of the thickness of the turns of the coil 5. The section of the turns of the coil 5 is adapted so as to allow the maximum current which can be supplied by the transformer 3 to pass through, for example, a current of 4000 A. The coil 5 can be made of copper and the tube 27 is in this case also preferably made of copper and is brazed on the coil. Cooling water is passed through the tube 27 in order to cool the entire coil 5. The distance between the different turns constituting the coil 5 and the wall of the crucible 6 is relatively constant and, consequently, the diameter of the different turns is constant in the upper part of the crucible which is cylindrical and which decreases in the lower part of the crucible which is spherical or conical, as shown in Figure 2. A magnetic yoke (or magnetic core) 8 is made of a laminated magnetic material, for example of iron sheets isolated from each other and arranged vertically. Such a laminated material is generally used to constitute magnetic circuits operating at low frequency, in particular at 50 Hz or 60 Hz. For such a low frequency, a magnetic yoke made of laminated material is very effective in channeling the field lines produced by coil 5 which is an induction coil. For such a frequency, it is easy to constitute such a cylinder head 8 having a high efficiency and consequently heating extremely little, despite the very great intensity of the magnetic field created in the oven. The magnetic yoke 8 has the shape of a cylinder with a vertical axis coinciding with the longitudinal axis 25 of the crucible 6. Its vertical position can be adjusted by means of an appropriate adjustable support means (not shown).

La fonction de cette culasse 8 va être expliquée maintenant en relation avec la figure 3. Cette culasse 8 permet de provoquer un resserrement des lignes de champ 30 au niveau 31 de la surface supérieure de la charge en fusion 32 contenue dans le creuset 6. Ce resserrement des lignes de champ provoque un entraînement centripète de la matière en fusion au niveau de la surface 31 du matériau fondu, ce qui provoque en conséquence un brassage de la charge en fusion dans un sens inverse au sens naturel de brassage qui se produit en l'absence d'une telle culasse 8. Ce brassage obtenu selon l'invention est illustré par les lignes en pointillés comportant des flèches indiquant le sens de circulation du métal fondu. Ce mouvement centripète au niveau de la surface supérieure de la charge en fusion permet aux matières non encore parfaitement fondues flottant sur la surface de la charge d'être amenées au centre et d'être englouties ensuite dans cette charge en son centre. En l'absence d'une telle culasse 8, la matière située en surface de la charge en fusion tend à se déplacer de façon centrifuge, et les matières non fondues qui flottent à cette surface restent au niveau de cette surface et s'accumulent sur la périphérie, ce qui est néfaste. Si la bobine 5 est alimentée en courant moyenne fréquence, on ne pourrait pas réaliser une telle culasse 8 de façon efficace, parce qu'il faudrait qu'elle soit constituée d'un matériau du type ferrite gui chaufferait beaucoup et qui ne serait pas suffisamment efficace, vu les puissances très importantes en jeu dans la bobine 5.The function of this cylinder head 8 will now be explained in relation to FIG. 3. This cylinder head 8 makes it possible to cause the field lines 30 to tighten at level 31 of the upper surface of the molten charge 32 contained in the crucible 6. This tightening of the field lines causes a centripetal entrainment of the molten material at the surface 31 of the molten material, which consequently causes stirring of the molten charge in an opposite direction to the natural direction of stirring which occurs in l 'absence of such a cylinder head 8. This mixing obtained according to the invention is illustrated by the dotted lines comprising arrows indicating the direction of circulation of the molten metal. This centripetal movement at the upper surface of the molten charge allows the materials not yet perfectly melted floating on the surface of the charge to be brought to the center and then to be swallowed up in this charge at its center. Without of such a cylinder head 8, the material located on the surface of the molten charge tends to move centrifugally, and the non-molten materials which float on this surface remain at this surface and accumulate on the periphery, this which is harmful. If the coil 5 is supplied with medium frequency current, it would not be possible to produce such a yoke 8 effectively, because it would have to be made of a material of the ferrite type which would heat a lot and which would not be sufficiently effective, given the very large powers involved in the coil 5.

Le four à induction selon la présente invention comporte également un dispositif particulier et nouveau présentant la fonction d'une vanne commandable, pour l'évacuation de la charge fondue contenue dans le creuset. Le dispositif est constitué par une paroi cylindrique verticale constituant un tube d'évacuation 35 disposé sous le creuset 6, ce tube 35 ayant un diamètre relativement faible, par exemple, de l'ordre de 30 mm. Le tube 35 est refroidi par une circulation d'eau dans des trous 36 ménagés dans le tube et par des canalisations d'amenée 37 et d'évacuation 38 d'eau de refroidissement. La bobine d'excitation 10 est une bobine moyenne fréquence qui, lorsqu'elle est alimentée, crée une induction électromagnétique au centre du tube 30, ce qui provoque la fusion du matériau contenu dans ce tube, ce qui permet l'évacuation vers le bas de la charge fondue. Si l'on supprime l'alimentation de la bobine d'induction 10, le matériau se solidifie à nouveau rapidement dans le tube 30, ce qui provoque l'obturation de ce tube 30. On peut donc par conséquent commander à volonté l'ouverture ou la fermeture de l'orifice d'évacuation vers le bas du creuset. De préférence, le tube 30 est refroidi, de façon classique, par un moyen de circulation d'eau de refroidissement. On peut utiliser une fréquence moyenne pour l'excitation de la bobine d'induction 10, parce que son diamètre est relativement faible.The induction furnace according to the present invention also comprises a particular and new device having the function of a controllable valve, for the evacuation of the molten charge contained in the crucible. The device consists of a vertical cylindrical wall constituting a discharge tube 35 disposed under the crucible 6, this tube 35 having a relatively small diameter, for example, of the order of 30 mm. The tube 35 is cooled by a circulation of water in holes 36 formed in the tube and by supply lines 37 and discharge 38 of cooling water. The excitation coil 10 is a medium frequency coil which, when energized, creates an electromagnetic induction at the center of the tube 30, which causes the material contained in this tube to melt, which allows evacuation downwards. of the molten charge. If the supply of the induction coil 10 is removed, the material solidifies again quickly in the tube 30, which causes the obturation of this tube 30. Consequently, it is therefore possible to control the opening or closing the discharge port towards the bottom of the crucible. Preferably, the tube 30 is cooled, conventionally, by means of circulating cooling water. An average frequency can be used for the excitation of the induction coil 10, because its diameter is relatively small.

En utilisant un four constitué de la façon décrite précédemment, on peut réaliser un creuset 6 d'un diamètre relativement important, par exemple compris entre 300 et 400 mm. En effet, le fait d'utiliser une bobine d'induction 5 alimentée en courant basse fréquence permet l'utilisation d'un creuset d'un tel diamètre qui est considéré comme très important. La demanderesse s'est en effet aperçue qu'en utilisant une fréquence basse, par exemple de 50 ou de 60 Hz, le maximum d'efficacité, c'est-à-dire le rendement énergétique du four peut être atteint en utilisant un rapport A du rayon R du creuset sur l'épaisseur E de peau d'environ 30 (c'est-à-dire que A = R/E ≅ 30). On peut donc obtenir un creuset de grand diamètre, par exemple de 300 mm, selon l'invention.By using an oven constituted in the manner described above, it is possible to produce a crucible 6 of a relatively large diameter, for example between 300 and 400 mm. Indeed, the fact of using an induction coil 5 supplied with low frequency current allows the use of a crucible of such a diameter which is considered to be very important. The Applicant has in fact noticed that by using a low frequency, for example 50 or 60 Hz, the maximum efficiency, that is to say the energy efficiency of the oven can be achieved by using a ratio A of the radius R of the crucible on the skin thickness E of approximately 30 (that is to say that A = R / E ≅ 30). It is therefore possible to obtain a crucible of large diameter, for example 300 mm, according to the invention.

A partir de la description qui vient d'être faite d'un exemple particulier de réalisation de l'invention, quine présente aucun caractère limitatif, on peut effectuer les remarques qui vont suivre, afin de mettre en évidence certaines caractéristiques particulières de l'invention et certains avantages qui en découlent.From the description which has just been made of a particular embodiment of the invention, which has no limiting character, the following remarks can be made, in order to highlight certain particular characteristics of the invention and some of the benefits that flow from it.

On voit que l'invention, dans sa plus grande généralité, repose sur le fait que le creuset est constitué essentiellement d'une paroi métallique 6 relativement mince. L'épaisseur de cette paroi métallique est inférieure à la profondeur de pénétration du champ magnétique. Puisque l'on utilise un moyen d'induction électromagnétique fonctionnant à basse fréquence, par exemple à 50 ou 60 Hz, cette profondeur de pénétration est d'environ 6 mm et par conséquent, on peut facilement réaliser une paroi du creuset en un matériau conducteur, par exemple en cuivre, dont l'épaisseur est inférieure à cette profondeur de pénétration, cette épaisseur pouvant être par exemple choisie égale à 2 mm. Dans ces conditions, le creuset est "transparent" au champ magnétique, et son échauffement est particulièrement faible. En conséquence, il n'est pas nécessaire de disposer un très grand nombre de secteurs 6A, 6B, etc, électriquement isolés les uns des autres, afin de constituer la paroi 6 du creuset, et, dans la pratique, on peut se limiter à un nombre réduit de secteurs, par exemple compris entre 4 et 8. Cela facilite la fabrication et le montage d'un tel creuset. Cela facilite également l'agencement des circuits de refroidissement 22 des secteurs. En effet, dans la pratique, on soudera une seule canalisation 22 en forme de U sur la face arrière (extérieure) de chacun des secteurs. On voit, par ailleurs, que la fabrication d'un secteur à partir d'une tôle relativement mince, découpée et emboutie, est particulièrement aisée et d'un coût de revient très bas. Il n'est pas nécessaire d'usiner des trous dans une pièce de cuivre massive, pour constituer les canalisations de refroidissement, mais il suffit de souder ou de braser sur la face arrière des secteurs à un tube de cuivre classique, ce qui représente une opération extrêmement simple et peu onéreuse.We see that the invention, in its greatest generality, is based on the fact that the crucible consists essentially of a relatively thin metal wall 6. The thickness of this metal wall is less than the penetration depth of the magnetic field. Since an electromagnetic induction means operating at low frequency, for example at 50 or 60 Hz, is used, this penetration depth is approximately 6 mm and therefore, a wall of the crucible made of a conductive material, for example copper, the thickness of which is less than this penetration depth, this thickness possibly being chosen for example equal to 2 mm. Under these conditions, the crucible is "transparent" to the magnetic field, and its heating is particularly low. Consequently, it is not necessary to have a very large number of sectors 6A, 6B, etc., electrically isolated from one another, in order to constitute the wall 6 of the crucible, and, in practice, it can be limited to a reduced number of sectors, for example between 4 and 8. This facilitates the manufacture and assembly of such a crucible. This also facilitates the arrangement of the cooling circuits 22 of the sectors. Indeed, in practice, a single pipe 22 will be welded in the shape of a U on the rear (external) face of each of the sectors. We see, moreover, that the manufacture of a sector from a relatively thin sheet, cut and stamped, is particularly easy and of a very low cost price. It is not necessary to machine holes in a solid piece of copper, to constitute the cooling pipes, but it is enough to weld or braze on the rear face of the sectors with a conventional copper tube, which represents a extremely simple and inexpensive operation.

Le fait d'utiliser comme moyen de chauffage un moyen d'induction électromagnétique fonctionnant à basse fréquence permet en outre d'associer sur le même four un autre moyen d'induction électromagnétique 10 fonctionnant à moyenne fréquence, sans que ces deux moyens d'induction n'interfèrent de façon significative et ne perturbent leur moyen respectif d'alimentation et de commande.The fact of using as heating means an electromagnetic induction means operating at low frequency also makes it possible to associate on the same oven another electromagnetic induction means 10 operating at medium frequency, without these two induction means do not significantly interfere with or disrupt their respective power and control means.

Si l'on utilise directement la fréquence du secteur, qui est en principe de 50 ou de 60 Hz, pour alimenter les moyens d'induction électromagnétique, on peut utiliser un transformateur 3 abaisseur de tension fonctionnant à cette fréquence du secteur. Un tel transformateur est en général d'un prix relativement bas parce qu'il est d'un usage extrêmement général. On peut donc se permettre d'utiliser un transformateur de relativement grande puissance produisant en sortie un courant très intense, par exemple d'environ 4000 A ampères, sous une tension relativement faible, par exemple d'environ 40 volts, ce gui correspond à une puissance de sortie d'environ 160 kW. Dans ces conditions, le moyen d'induction électromagnétique est prévu de façon à présenter une très faible impédance, c'est-à-dire qu'il est réalisé sous forme d'un enroulement 5 présentant un nombre faible de spires, par exemple d'environ 8 à 20. On se trouve donc en présence d'un système d'induction électromagnétigue présentant les caractéristiques suivantes : fréquence basse correspondant à celle du secteur ; basse tension (ce gui confère au dispositif une grande sécurité et une grande facilité au niveau des dispositifs d'isolation électrique). La conséquence de ces choix des paramètres de fonctionnement est que le moyen d'induction comporte un faible nombre de spires (ce gui présente l'avantage d'une grande facilité de conception et de réalisation du bobinage).If the mains frequency is used directly, which is in principle 50 or 60 Hz, to supply the electromagnetic induction means, a step-down transformer 3 operating at this sector frequency can be used. Such a transformer is generally relatively low cost because it is of extremely general use. We can therefore afford to use a relatively high power transformer producing a very intense current, for example around 4000 A amperes, at a relatively low voltage, for example around 40 volts, this mistletoe corresponds to a output power of approximately 160 kW. Under these conditions, the electromagnetic induction means is provided so as to have a very low impedance, that is to say it is produced in the form of a winding 5 having a low number of turns, for example d 'about 8 to 20. So we are in the presence of an electromagnetic induction system having the following characteristics: low frequency corresponding to that of the sector; low voltage (this mistletoe gives the device great security and ease in terms of electrical isolation devices). The consequence of these choices of operating parameters is that the induction means comprise a small number of turns (this mistletoe has the advantage of great ease of design and production of the winding).

Le noyau magnétique 8 qui produit localement des lignes de champ magnétique resserrées est réalisé en tôles feuilletées. Un tel noyau magnétique est adapté pour fonctionner à la basse fréquence du secteur (50 ou 60 Hz), ce qui correspond à un usage très classique et, par conséquent un tel noyau magnétique est particulièrement bon marché. L'association du noyau magnétique disposé juste au-dessus du creuset constitue une autre caractéristique de l'invention qui a pu être mis en oeuvre facilement du fait que le moyen d'induction magnétique fonctionne à basse fréquence et sous faible impédance. On peut, de la sorte, obtenir d'une façon très commode et peu onéreuse, un resserrement des lignes de champ au niveau de la partie supérieure du creuset, comme cela est représenté en figure 3, et, dans ces conditions, la demanderesse s'est aperçu, après de nombreux essais expérimentaux, que cette disposition provoque un mouvement en surface de la charge fondue gui est centripète. Autrement dit, le matériau fondu présent en surface tend à se déplacer de l'extérieur vers le centre et, arrivé au centre, tend à descendre jusqu'au fond du creuset d'où il remonte par les bords latéraux. Ce type de brassage s'effectue dans un sens inverse à celui qui se produirait naturellement en l'absence du noyau magnétique. La demanderesse s'est aperçue que ce type de brassage qui est inversé par rapport au mouvement naturel est meilleur parce qu'il évite l'accumulation en surface, au niveau de la périphérie, de matières solides stagnantes qui forment un obstacle à l'homogénéisation du matériau en cours de fusion.The magnetic core 8 which locally produces tight magnetic field lines is made of laminated sheets. Such a magnetic core is suitable for operating at the low frequency of the sector (50 or 60 Hz), which corresponds to very conventional use and, therefore, such a magnetic core is particularly inexpensive. The association of the nucleus magnetic located just above the crucible is another feature of the invention which could be implemented easily because the magnetic induction means operates at low frequency and low impedance. In this way, it is possible to obtain, in a very convenient and inexpensive manner, a tightening of the field lines at the level of the upper part of the crucible, as shown in FIG. 3, and, under these conditions, the applicant s It is noticed, after numerous experimental tests, that this arrangement causes a movement on the surface of the molten charge which is centripetal. In other words, the molten material present on the surface tends to move from the outside towards the center and, arriving at the center, tends to descend to the bottom of the crucible from where it rises by the lateral edges. This type of mixing takes place in the opposite direction to that which would naturally occur in the absence of the magnetic core. The Applicant has noticed that this type of mixing which is reversed with respect to the natural movement is better because it avoids the accumulation on the surface, at the periphery, of stagnant solid materials which form an obstacle to homogenization. of the material being melted.

Claims (5)

Four à induction à creuset froid comprenant un creuset (6) constitué d'un certain nombre de secteurs métalliques (6A, 6B) isolés électriquement les uns des autres et refroidi, ainsi qu'un moyen d'induction électromagnétique disposé autour du creuset, caractérisé en ce que le moyen d'induction électromagnétique (5) est alimenté en courant électrique basse fréquence, et en ce que chaque secteur métallique constituant la paroi du creuset (6) est réalisé à partir d'une tôle métallique mince et en ce qu'il est prévu un moyen de refroidissement de chaque secteur réalisé au moyen d'une canalisation (22) soudée ou brasée sur la surface extérieure du secteur (21) permettant la circulation d'un fluide de refroidissement destiné à évacuer la chaleur du secteur.Induction furnace with cold crucible comprising a crucible (6) made up of a certain number of metal sectors (6A, 6B) electrically insulated from each other and cooled, as well as an electromagnetic induction means arranged around the crucible, characterized in that the electromagnetic induction means (5) is supplied with low-frequency electric current, and in that each metal sector constituting the wall of the crucible (6) is produced from a thin metal sheet and in that there is provided a means of cooling each sector produced by means of a pipe (22) welded or brazed to the external surface of the sector (21) allowing the circulation of a cooling fluid intended to remove heat from the sector. Four selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend également un noyau magnétique (8) disposé au-dessus et au voisinage de la surface supérieure (31) de la charge (32) présente dans le creuset, ce noyau magnétique permettant ainsi un resserrement à son niveau des lignes de champ (30), ce qui provoque un mouvement centripète de la matière en fusion située en surface.Oven according to claim 1, characterized in that it also comprises a magnetic core (8) disposed above and in the vicinity of the upper surface (31) of the load (32) present in the crucible, this magnetic core thus allowing a tightening at its level of the field lines (30), which causes a centripetal movement of the molten material located on the surface. Four selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un autre moyen d'induction électromagnétique moyenne fréquence (10) disposé autour et au voisinage d'un conduit de sortie vers le bas (35) du creuset, afin de provoquer, seulement lorsque ce moyen est en fonctionnement, la fusion de la matière au niveau de ce conduit, de façon à obtenir son ouverture et l'écoulement vers le bas de la matière fondue contenue dans le creuset.Oven according to one of claims 1 or 2, characterized in that it further comprises another medium frequency electromagnetic induction means (10) disposed around and in the vicinity of a downward outlet duct (35) of the crucible, in order to cause, only when this means is in operation, the material to melt at the level of this conduit, so to obtain its opening and the downward flow of the molten material contained in the crucible. Four selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen d'induction électromagnétique présente une faible impédance et est traversé par un courant relativement élevé sous une faible tension.Oven according to any one of the preceding claims, characterized in that the electromagnetic induction means has a low impedance and is traversed by a relatively high current under a low voltage. Four selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen d'induction électromagnétique est alimenté à partir d'un enroulement secondaire d'un transformateur (3) dont l'enroulement primaire est alimenté directement par le secteur électrique (1).Oven according to any one of the preceding claims, characterized in that the electromagnetic induction means is supplied from a secondary winding of a transformer (3), the primary winding of which is supplied directly by the electrical sector (1 ).
EP91420241A 1990-07-26 1991-07-11 Induction melting furnace with a cold crucible Withdrawn EP0480845A1 (en)

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