FR2497618A1 - Four a induction a canal - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LA METALLURGIE. LE FOUR A INDUCTION FAISANT L'OBJET DE L'INVENTION EST CARACTERISE EN CE QU'IL POSSEDE, DISPOSE LE LONG DU CANAL DE FUSION 3, AU MOINS UN MOYEN 12 DE DERIVATION, SUIVANT UNE DIRECTION SENSIBLEMENT PERPENDICULAIRE AUDIT CANAL, D'UNE PARTIE DU COURANT ELECTRIQUE DUDIT CANAL VERS LA CUVE 1 DU FOUR, ET, OUTRE LE CIRCUIT MAGNETIQUE OUVERT 12, AU MOINS ENCORE UN CIRCUIT MAGNETIQUE OUVERT 13 PORTANT UN ENROULEMENT 14, ENTOURANT LE CANAL DE FUSION 3 DANS LA ZONE DE DISPOSITION DUDIT MOYEN ET SERVANT A CREER UN CHAMP MAGNETIQUE INTERSECTANT LE CANAL DE FUSION 3 DANS CETTE ZONE. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT AUX FOURS DESTINES PAR EXEMPLE A LA FUSION DE METAUX, AU RECHAUFFEMENT, AU MALAXAGE ET A LA CONSERVATION DE METAUX LIQUIDES, CES DERNIERS ETANT ENSUITE DISTRIBUES DANS DES POCHES OU DANS DES MOULES DE FONDERIE.

Description

La présente invention se rapporte à la métallurgie et à la fonderie, et a notamment pour objet un four à induction à canal.

L'invention peut titre utilisée avec le plus d'efficacité pour réaliser des fours destinés par exemple à la fusion de métaux, au réchauffement, au malaxage et à la conservation de métaux liquides, ces derniers étant ensuite distribués dans des poches ou dans des moules de fonderie.

Comparés à d'autres types de fours, les fours à induction à canal présentent plusieurs avantages dont les principaux sont les suivants
- hauts rendements thermique et électrique
- productivité élevée;
- homogénéité chimique du métal fondu, assurée par le malaxage de ce dernier;
- possibilité de fondre le métal dans une atmosphère protectrice ou bien sous vide;
- consommation spécifique réduite d'énergie électrique;
- conditions de travail plus favorables pour le personnel de service;
- dimensions relativement faibles et simplicité de la construction du four.

Grâce à ces avantages, les fours à induction à canal sont largement utilisés dans l'industrie.

Cependant, lesdits fours ont pour inconvénient essentiel la surchauffe considérable du métal se trouvant dans le canal de fusion du four par rapport au métal se trouvant dans le bain de fusion. Par exemple, en cas de fusion de métaux non ferreux, la surchauffe atteint 200-2500C, ce qui provoque une usure accrue du revetement du canal de fusion, une perte des fractions facilement fusibles du métal, une modification de sa composition chimique, ainsi que des pertes calorifiques élevées.

La surchauffe du métal est provoquée par le faible échange calorifique de masse dans le système "canal de fusion - bain", ce qui est dt aux circonstances suivantes. Comme on le sait, le four à induction à canal est en quelque sorte un transformateur dont le primaire est formé par l'enroulement de l'inducteur du four, le secondaire étant formé par le métal liquide se trouvant dans le canal de fusion. De ce fait, le courant d'induction ne chauffe directement que le métal se trouvant dans le canal de fusion, tandis que la chaleur n'est transmise au métal se trouvant dans le bain que par convection et, partiellement, par suite du déplacement du métal du canal vers le bain sous l'action des forces électrodynamiques.

Ces forces électrodynamiques prennent naissance lors de l'interaction entre,d'une part, le courant induit dans le canal de fusion, et d'autre partie champ magnétique de l'inducteur du four, et sont réparties de telle manière dans le canal que la pression sur le métal près de la paroi intérieure du canal (la plus proche de 5'enroulement de l'inducteur) est inférieure à celle regnant près de sa paroi extérieure (la plus éloigné" dudit enroulement). Il en résulte que le métal chauffé est refoulé le long de la paroi extérieure du canal vers le bain, et qu'à sa place arrive, le long de la paroi intérieure du canal, le métal froid du bain (effet moteur).

Ce mouvement du métal a, dans les fours connus, un caractère instable : dans les bouches du canal de fusion ledit mouvement est le plus intense, tandis que dans la partie inférieure du canal de fusion le mouvement du métal est pratiquement absent, De ce fait, le malaxage du métal dans tout le volume utile du four est insuffisant, ce qui ne permet pas de chauffer le métal d'une manière uniforme.

Ainsi, le problème de la réduction de la surchauffe du métal dans le canal de fusion du four se pose à l'heure actuelle d'une façon aigu.

On connatt les tentatives faites pour résoudre ce problème en créant un mouvement orienté du métal suivant toute la longueur du canal de fusion. Pour cela, on a proposé, par exemple, de donner au canal de fusion une section variable allant en se rétrécissant d'une bouche dudit canal à l'autre (voir le brevet d'invention suédois NO 72817). Comme on le sait, le métal se trouvant dans le canal de fusion et formant la spire secondaire (en métal liquide) du four à induction, subit des efforts de compression dus à l'interaction entre le courant induit dans le canal et le champ magnétique créé par ce courant (effet de pincement). Etant donné que la section du canal de fusion varie sur toute la longueur de celui-ci, la densité du courant traversant le métal liquide et, donc, les forces électrodynamiques créées, sont elles aussi différentes.Ceci conduit à son tour à un taux de compression différent de la spire en métal liquide et, par conséquent, à l'écoulement du métal liquide de la zone où la compression est la plus forte (partie étroite du canal) vers la zone où la compression est la plus réduite (partie large du canal).

Cependant, le four à induction à canal décrit ci-dessus ne peut pas résoudre entièrement le problème de l'égalisation de la température du métal dans le système "canal de fusion - bain du four ". De plus, la section variable du canal de fusion a pour effet de créer dans la partie la plus étroite du canal des forces électrodynamiques accrues pouvant provoquer une surcompression de la spire en métal fondu, ctest-à-dire une coupure du circuit élec- trique secondaire. Il convient aussi de noter que quand les branches du canal sont de section différente, la résistance électrique de ce dernier diminue, ce qui entraine une diminution du rendement et du coefficient de puissance du four.

On a aussi proposé, sans varier l'aire de la section du canal de fusion, de profiler ce dernier de manière que l'une des dimensions transversales du canal ( déterminée parallèlement au plan de disposition dudit canal) aille en s'accroissant suivant toute la longueur du canal, et que son autre dimension (déterminée perpendiculairement au plan mentionné) aille en se rétrécissant (voir S.A. Farbman, I.F. Kolobnev, "Induktsionnye pechi dlya plavki metallov i splavov". M., 'Metallurgia", 1968, pp. 117-118, fig. 67). La différence apparaissant dans ce cas entre les valeurs de l'effort moteur provoque l'écoulement du métal dans le sens de l'accroissement de la première dimension.

Cependant, le four ainsi conçu n'est pas dépourvu d'inconvénients, car la vitesse d'écoulement du métal dans le canal est relativement faible,de sorte que la surchauffe n'est pas éliminée et reste assez élevée ( de 100 à 1500C). En outre, le four en question est caractérisé par un coefficient de puissance relativement bas.

On connatt aussi un four à induction à canal, dans lequel, afin d'assurer un mouvement orienté du métal dans le canal de fusion, on utilise un shunt magnétique sous forme de circuit magnétique ouvert (C) entourant le canal de fusion suivant l'une de ses bouches (voir le brevet d'invention suédois NO 117553). Dans un tel four, le courant induit dans le métal se trouvant dans le canal de fusion crée un champ magnétique dans le shunt magnétique et entre en interaction avec ce meme champ. Il en résulte une force électromagnétique dont une des composantes est orientée le long du canal et provoque le déplacement du métal du canal vers le bain.

Il convient de noter que la régulation de la vitesse de mouvement du métal dans le canal n'est possible, dans un four ainsi conçu, que si l'on varie la puissance fournie à l'inducteur du four. Ainsi, pour augmenter la vitesse, on augmente la puissance fournie au four, ce qui, souvent,n'est pas avantageux, car cela peut provoquer la surchauffe du métal. Afin de diminuer la vitesse on baisse la puissance de l'inducteur, ce qui entrasse une diminution de la productivité du four.

Une telle dépendance entre les caractéristiques de l'un des systèmes magnétiques (shunt) et de l'autre (inducteur) réduit considérablement la gamme de réglage de la vitesse de mouvement du métal dans la canal de fusion.

De plus, dans le four en question, le canal de fusion a une configuration compliquée, ce qui rend difficile l'utilisation du four.

Encore un inconvénient important, inhérent à tous les fours ci-dessus décrits, consiste en ce que lesdits fours ne permettent que de fondre, réchauffer, stocker le métal liquide, mais n'assurent pas sa distribution automatique vers les points d'utilisation (poches ou moules).

Le plus prometteur, de ce point de vue, est le four à induction à canal du type comportant une cuve, un canal de fusion communiquant avec ladite cuve, une conduite d'évacuation du métal communiquant avec ledit canal, et trois circuits magnétiques portant des enroulements (voir les brevets d'invention France N0 1600320, Etats-Unis N0 3502781, RFA N0 1905412). Le canal de fusion est un système comprenant trois tuyaux verticaux reliés entre eux par une tubulure horizontale. La conduite d'évacuation du métal est montée d'une manière amovible sur le tuyau médian du système de tuyaux mentionné et possède dans cette zone un embout conducteur d'électricité non fusible, constitué en particulier de graphite.Ladite conduite de métal sert à amener le métal fondu du four au point d'utilisation dudit métal.

Deux des circuits magnétiques mentionnés sont des circuits fermés, l'un d'eux entourant l'un des tuyaux latéraux du canal de fusion, et l'autre circuit magnétique, l'autre tuyau latéral dudit canal. Ces circuits magnétiques sont destinés à induire le courant électrique dans le métal liquide se trouvant dans le canal de fusion, c'est-à-dire qu'ils forment l'inducteur du four.

Le troisième circuit magnétique est un circuit magnétique ouvert entourant le canal de fusion dans la zone de raccordement dudit tuyau central avec ladite tubulure horizontale, c'est-à-dire, en fait, dans la zone de raccordement de la conduite d'évacuation du métal au canal de fusion. Le circuit magnétique ouvert et son enroulement servent à créer un champ magnétique intersectant le canal de fusion et le métal s'y trouvant. Afin de diminuer l'entrefer interpolaire du circuit magnétique ouvert, la tubulure horizontale est rétrécie dans la zone de disposition de celui-ci.

Le four décrit ci-dessus fonctionne de la manière suivante. Une fois le canal de fusion rempli de métal liquide et les enroulements des circuits magnétiques branchés sur la source de courant alternatif, on assiste, premièrement, à l'induction d'un courant dans le métal remplissant le canal de fusion et > deuxièmement, à une interaction entre ledit courant et le champ magnétique intersectant ledit canal. L'induction du courant dans le métal a pour effet de chauffer et de faire fondre le métal dans la cuve du four, tandis que ladite interaction entre le courant et le champ magnétique engendre une force électromagnétique provoquant un mouvement orienté du métal dans le système 1canal de fusion - cuve ".La vitesse dudit mouvement peut être réglée par variation de la tension sur l'enroulement du circuit magnétique ouvert indépendam- ment de la puissance transmise au canal de fusion.

Le four peut fonctionner en divers régimes. Par exemple, en régime de distribution du métal, les enrolilç ments des deux circuits magnétiques fermés sont branchés de manière à coIncider en phase et induisent dans le canal de fusion des courants passant dans un mEme sens dans les deux circuits fermés, dont chacun est formé par le tuyau central dudit canal, l'embout en graphite de la conduite d'évacuation du métal, la cuve, la tubulure horizontale et le tuyau latéral correspondant. Dans le tuyau central du canal de fusion, les courants sont en opposition, de sorte que, dans cette zone, le courant résultant est égal à zéro.Le flux magnétique créé par l'enroulement dans le circuit magnétique ouvert intersecte le canal de fusion et, en entrant en interaction avec le courant circulant dans le métal, provoque l'apparition d'une force électromagnétique orientée le long du tuyau central et déplaçant le métal se trouvant dans ledit tuyau vers la conduite d'évacuation du métal et ensuite vers le point d'utilisation du métal, celui-ci étant aspiré de la cuve dans ledit tuyau central par l'intermédiaire des tuyaux latéraux. Dans ces conditions, le métal se déplace dans toutes les parties du canal de fusion, de sorte que la surchauffe du métal dans ledit canal est relativement faible par rapport au métal se trouvant dans la cuve.

Pour faire passer le four au régime de conservation du métal, on inverse la tension sur l'un des enroulements des circuits magnétiques fermés, de sorte que les courants des deux circuits traversent dans un même sens le métal se trouvant dans le tuyau central du canal de fusion et se ramifient ensuite à travers l'embout graphiteux de la conduite d'évacuation du métal, en se refermant suivant les circuits correspondants. Dans la zone de raccordement du tuyau central du canal de fusion à la tubulure horizontale, les courants passent sous un certain angle par rapport à l'axe dudit tuyau, ce qui, sous l'action du champ magnétique créé par l'enroulement du circuit magnétique ouvert, provoque l'apparition d'une force électromagnétique dont l'une des composantes est orientée le long de la tubulure horizontale. Cette composante de la force électromagnétique provoque le mouvement du métal suivant le circuit fermé : cuve - premier tuyau latéral - tubulure horizontale - deuxième tuyau latéral cuve (sans passer par le tuyau central). Il en résulte un malaxage du métal pendant les pauses entre les coulées de celui-ci dans les moules. Dans ces conditions, il se produit dans le tuyau central un déplacement insignifiant du métal, provoqué par 1 1effet moteur, le métal restant ainsi pratiquement immobile.

Lors de l'exploitation du four à induction à canal qui vient d'être décrit, certaines difficultés se font sentir. En particulier, lors du fonctionnement du four en différents régimes, par exemple en régime de conservation du métal, le déplacement de celui-ci n'a pas lieu dans toutes les parties du canal de fusion; plus précisément, ledit déplacement ne se produit pas dans le tuyau central, ce qui provoque la surchauffe du métal dans cette zone par rapport au métal se trouvant dans d'autres zones.La surchauffe du métal entrasse des contraintes thermiques élevées dans la zone active du four (zone de raccordement du tuyau central du canal de fusion à la tubulure horizon tale), ce qui réduit la durée de vie du garnissage du canal)
En cas de fusion de certains métaux et alliages, la surchauffe peut entraSner une perte des constituants facilement fusibles, ce qui appauvrit sensiblement l'alliage et modifie sa composition chimique.Ainsi, au cours de la fusion, dans ledit four, d'alliages cuivre-zinc, il se produit une ébullition périodique du zinc et une condensation de ses vapeurs, ce qui, outre les pertes de zinc, entrain une coupure périodique du courant dans la spire de métal liquide dans le canal de fusion, si la puissance spécifique dans ce dernier est supdrieure à une valeur déterminée (pulsation de zinc). La pulsation de zinc nuit à la qualité des moulages obtenus et provoque des variations des doses de métal qui, en régime de distribution > passent du four dans les moules. La deuxième circonstance provoque une instabilité de la masse de culots de métal et de masselottes, ce qui rend difficile le déroulement du processus technologique.

La surchauffe du métal dans le tuyau central du canal de fusion donne naissance à la formation d'oxydes de métal. Les particules de métal oxydé se déposent sur la paroi intérieure du tuyau, en diminuant la section de passage de celui-ci. Par la suite (lors de la distribution), ces particules sont entraidées par le métal liquide dans le moule,ce qui provoque l'apparition, dans le moulage, d'inclusions non métalliques altérant la qualité dudit moulage.

De plus, étant donné que la surchauffe du métal accrott sa saturation en gaz, lors du passage du four du régime de conservation au régime de distribution, le métal à degré élevé de saturation en gaz passe dans le moule, ce qui accroSt la quantité de moulages rebutés.

La réduction de la surchauffe du métal dans le four décrit ci-dessus ne peut être assurée que si on enlève de temps en temps la conduite d'évacuation du métal après l'avoir séparée du tuyau central du canal de fusion, afin de créer dans celui-ci un mouvement du métal.

Cependant, on se heurte alors à des difficultés pendant les périodes de distribution du métal, parce que l'intervalle entre lesdites périodes de distribution est, en général, de 1 à 5 min. D'un autre cité, la conduite d'évacuation du métal étant installée d'une manière permanente, à cause de l'utilisation de l'embout graphiteux la puissance transmise à la spire de métal liquide en régime de conservation du métal est inférieure de plus de deux fois à celle transmise en régime de distribution.

De ce fait, le rendement du four diminue considérablement.

En cas de fusion d'alliages à haute température, en particulier d'alliages de cuivre, l'embout graphiteux de la conduite d'évacuation du métal brute par suite du déroulement intense des processus d'oxydation, surtout lors du passage du courant électrique à travers ledit embout, ce qui rend impossible l'emploi du four pour lesdits alliages.

Il convient aussi de souligner les difficultés auxquelles se heurte le personnel de service à la fin de chaque cycle de fonctionnement du four. Comme on le sait, dans les fours à canal, pour assurer la fermeture du circuit secondaire lorsque la cuve n'est pas encore remplie de charge, le canal de fusion doit titre rempli de métal avant que le four commence à fonctionner . Dans un tel four, à la fin du cycle de fonctionnement, le métal est évacué de la cuve et du canal de fusion en inclinant le four, ce qui nécessite l'utilisation d'un dispositif spécial pour le basculement dudit four. Lors de la remise en marche du four, on effectue d'abord un chauffage de longue durée du canal de fusion et de la cuve à l'aide de réchauffeurs spéciaux, après quoi on remplit la cuve de métal liquide préparé au préalable dans un autre four.

Tout ceci diminue considérablement le rendement du four et complique tout le processus technologique.

Dans certains cas, le métal n'est pas évacué du canal de fusion, mais y est maintenu à l'état fondu par chauffage, ce qui, cependant, exige des dépenses supplémentaires d'énergie électrique. Il convient de noter, à ce sujet, que le chauffage du métal est nécessaire pour éviter sa solidification, car, autrement, la fusion suivante du métal peut donner lieu à une détérioration du canal de fusion par suite des contraintes thermiques considérables dues à la présence de sections variables le long dudit canal et à sa construction compliquee,à plusieurs tuyaux.

Il est à noter qu'on arrive parfois, sans détériorer le canal de fusion, à faire fondre le métal solidifié dans ce dernier, en faisant passer le four du régime de distribution au régime de stockage et inver- sement. En régime de distribution, e-tt donné que le courant ne circule pas dans le tu ventral du canal, le métal fond d'abord dans les tuyaux latéraux et ensuite dans le tuyau central. En régime de stockage X le courant circulant dans le tuyau central est supérieur à celui parcourant les tuyaux latéraux, de sorte que le métal se trouvant dans le tuyau central fond lu vite. Il est bien évident qu'il n'est pas commode de faire tondre le métal dans le canal de fusion au moyen de changements de régime multiples, de sorte que, dans la pratique, on est obligé, à la fin de chaque cycle de fonctionnement du four, d'évacuer complètement le métal restant et de le couler ensuite à nouveau.

La présente invention a pour but de pallier les inconvénients mentionnés.

L'invention vise par conséquent un four à induction à canal, dans lequel, grâce à la création d'une force électromagnétique orientée en permanence le long du canal de fusion, en régime de conservation ou stockage comme en régime de distribution du métal, serait assuré le mouvement de celui-ci dans toutes les parties du canal, à tous les régimes de fonctionnement du four et, par conséquent, serait exclue la surchauffe du métal.

Le problème ainsi posé est résolu en ce que le four à induction à canal, du type comportant une cuve recevant le métal, un canal de fusion communiquant avec ladite cuve, un circuit magnétique fermé portant un enroulement, entourant ledit canal et servant à induire un courant électrique dans le métal liquide se trouvant dans ledit canal, une conduite d'évacuation du métal communiquant avec le canal de fusion, et un circuit magnétique ouvert portant un enroulement, entourant ledit canal dans la zone de raccordement à celui-ci de la conduite d'évacuation du métal et servant à créer un champ magnétique intersectant ledit canal et le métal contenu dans celui-ci, est caractérisé, selon l'invention, en ce qu'il comporte, le long du canal de fusion, au moins un moyen de dérivation, suivant une direction perpendiculaire audit canal, d'au moins une partie du courant électrique dudit canal vers la cuve du four, et au moins encore un circuit magnétique ouvert portant un enroulement, entourant le canal de fusion dans la zone de disposition dudit moyen et servant à créer un champ magnétique intersectant le canal de fusion dans cette zone.

Ledit moyen de dérivation d'une partie du courant électrique du canal de fusion vers la cuve peut entre, suivant un mode de réalisation de l'invention, un élément conducteur d'électricité difficilement fusible, fixé sur la paroi du four et entrant en contact, d'un côté, avec le métal se trouvant dans le canal de fusion, et de l'autre côté, avec le métal se trouvant dans la cuve.

Suivant un autre mode de réalisation, le moyen en question est un canal pratiqué dans la paroi du four et faisant communiquer le canal de fusion avec la cuve.

Grtce à la présence du moyen de dérivation d'une partie du courant électrique du canal de fusion vers la cuve et du circuit magnétique ouvert supplémentaire portant un enroulement, la force électromagnétique déplaçant le métal le long du canal peut être créée non pas dans la zone de disposition de la conduite d'évacuation du métal (comme dans le four connu), mais dans la zone de disposition dudit moyen. Autrement dit, dans le four réalisé suivant ce mode de réalisation, la zone d'évacuetion du métal liquide et la zone de formation de ladite force électromagnétique sont séparées, ce qui donne la possibilité d'effectuer parallèlement l'évacuation du métal et sa circulation, indépendamment l'une de l'autre.

La circulation du métal dans le système "canal de fusion - cuve" non seulement en régime de stockage, mais aussi en régime de distributton, diminue sensttlement la surchauffe du métal. Il est à noter que la dminution de la surchauffe du métal est obtenue tant dans le premier mode de réalisation mentionné ci-dessus que dans le deuxième mode de réalisation dudit moyen. Le deuxième mode de rdali- sation est plus simple, car dans ce cas, c'est le métal liquide lui-même qui joue le rôle de conducteur du courant électrique provoquant l'apparition de la force électromagnétique.

L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparattront mieux à la lumière de la description explicative, qui va suivre, de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels
- la figure 1 est une vue en perspective axonométrique, en coupe partielle, du four à induction à canal conforme à l'invention;
- la figure 2 est une vue en coupe longitudinale illustrant le mode de réalisation du four à induction à canal, objet de l'invention, dans lequel le moyen de dérivation du courant du canal de fusion est un élément conducteur d'électricité difficilement fusible (sur cette figure comme sur toutes les autres, les flèches indiquent les sens de circulation du courant et d'action des forces électromagnétiques);;
- la figure 3 représente le four, objet de l'invention, en coupe suivant III-III de la figure 2;
- la figure 4 est une vue analogue à celle de la figure 2, mais illustrant le mode de réalisation dans lequel le moyen de dérivation du courant du canal de fusion vers la cuve est un canal pratiqué dans la paroi du four
- la figure 5 est une vue analogue à celle de la figure 4, représentant la variante de réalisation dans laquelle le canal de dérivation du courant est formé par la paroi du four et une cloison réfractaire disposée à l'intérieur du canal de fusion;
- la figure 6 représente une vue en coupe du four suivant VI-VI de la figure 5;;
- la figure 7 représente la variante de réalisation du four, objet de l'invention, dans laquelle celui-ci possède deux moyens de dérivation du courant du canal de fusion, et par conséquent, deux circuits magnétiques ouverts supplémentaires portant les enroulements.

Le four à induction à canal comporte une cuve 1 contenant le métal (figure 1) et un bloc réfractaire 2, fixé au fond de ladite cuve, dans lequel est pratiqué un canal de fusion horizontal 3 en forme d'O. Le canal de fusion 3 a une section identique suivant toute sa longueur et communique avec la cuve 1 par l'intermédiaire d'une ouverture verticale sous forme de fente 4 pratiquée dans le four. De plus, le four est muni d'une conduite 5 d'évacuation du métal, sous forme d'une saillie réalisée sur la paroi intérieure de la cuve 1 et dans laquelle est pratiqué un canal vertical 6 communiquant avec le canal de fusion 3. Sur la conduite d'évacuation du métal 5 est monté un chéneau évacuateur 7.

En outre, le four comprend un circuit magnétique fermé (en O) 8 portant un enroulement 9 , et un circuit magnétique ouvert (en C) 10 portant un enroulement 11, ces deux circuits entourant le bloc réfractaire 2 dans lequel est ménagé le canal de fusion 3. Le circuit magnétique fermé 8 est destiné à induire un courant électrique dans le métal liquide remplissant, au cours du fonctionnement du four, le canal de fusion 3. Le circuit magnétique ouvert 10, entourant le bloc 2 dans ra zone de raccordement de celui-ci à la conduite 5 d1évacuation du métal, sert à créer un champ magnétique interseetwaut le canal de fusion 3.

Selon l'invention, le four possède, le long du canal de fusion 3, au moins un moyen 12 de dRrivation, suivant une direction sensiblement perpendiculaire audit canal, d'une partie du courant électrique dudit canal vers la cuve 1, et au moins encore un (troisième) circuit magnétique 13 portant un enrouleent 14. Le circuit magnétique 13, de mEme que le circuit magnétique 10, est ouvert. Il entoure le bloc réfractaire 2 (avec le canal de fusion 3) dans la zone de disposition dudit moyen 12 et sert à créer un champ magnétique intersectant le canal de fusion 3 dans cette zone.

Le moyen 12 de dérivation dtune partie du courant électrique peut titre réalisé de manières différentes.

Suivant un mode de réalisation (figures 2 et 3), ledit moyen est un élément conducteur d'électricité difficilement fusible 15, fixé dans la paroi du four. Au cours du fonctionnement du four, l'élément 15 se trouve en contact, d'un cOté , avec le métal se trouvant dans le canal de fusion 3, et de autre côté, avec le métal se trouvant dans la cuve 1, en formant ainsi une dérivation de courant électrique du canal 3 vers la cuve 1.

Suivant un autre mode de réalisation (figure 4), le moyen 12 de dérivation d'une partie du courant électrique est un canal vertical 16 passant à travers la paroi du bloc réfractaire 2 et le fond de la cuve 1. Le canal 16, de même que ltouverture 4, fait communiquer la cuve 1 avec le canal de fusion 3. Dans ce mode de réalisation, c'est le métal liquide remplissant le canal 16 qui joue le rôle de conducteur du courant dans la dérivation électrique du canal de fusion 3 vers la cuve 1.

Le four représenté sur la figure 4 peut être modifié, comme montré sur les figures 5 et 6. Suivant ce mode de réalisation, le canal 16 formant la dérivation de courant électrique du canal de fusion 3 est formé par la paroi du bloc 2 et la cloison réfractaire 17 prévue dans le canal de fusion 3. La cloison 17 partage le canal de fusion 3 en deux zones 3a et 3b, de sorte qu'il se forme dans cette zone du canal 3 deux couches de métal liquide, comme on le voit bien sur la figure 6.

Le four, objet de l'invention, fonctionne de la manière suivante (figures 1 à 3). La tension alternative étant appliquée à l'enroulement 9 du circuit magnétique fermé 8, le courant électrique il induit dans le métal durci (non représenté) resté dans le canal de fusion 3 à 3afin du cycle précédent de fonctionnement du four, comme dans la spire secondaire de transformateur, commence à faire fondre le métal. Dans la zone de disposition de l'élément difficilement fusible 15 (figure 2), le courant il se sépare en deux composantes 12 et 13 perpendiculaires l'une à l'autre (sur cette figure, comme sur les figures suivantes, les sens des courants sont indiqués par les flèches à pointes noires).

L'enroulement 14 (figure 4) du circuit magnétique ouvert 13 étant branché sur la source (non représentée) de courant alternatif ou de courant pulsatoire, il se crée un champ magnétique traversant le canal de fusion 3 et le métal contenu dans celui-ci (sur la figure 2, le flux magnétique est orienté perpendiculairement au plan du dessin, tandis que sur la figure 3 ledit flux est indiqué par la flèche 0 Le flux magnétique +1 du circuit magnétique 13 entre en interaction avec la composante 12 du courant, ce qui donne naissance à une force électromagnétique F1 orientée le long du canal de fusion 3 dans le sens indiqué sur la figure 2 par la flèche à pointe blanche.La force F1 provoque un mouvement circulaire orienté du métal liquide dans le canal de fusion 3, ce qui assure le malaxage du métal dans le four et I'égalisation de sa température.

La vitesse de mouvement du métal depend de la force électromagnétique F1 qui, à son tour, est déterminée par la tension sur ltenroulement 14 (figure 1) du circuit magnétique ouvert 13. En faisant varier la tension sur l'enroulement 14 et, par conséquent, la valeur de la force électromagnétique F1, on peut régler dans une large gamme la vitesse de mouvement du métal dans le canal de fusion 3.

Ensuite on alimente la cuve 1 en charge, et celle-ci,en absorbant la chaleur dégagée par le métal liquide se trouvant dans le canal de fusion 3, entre en fusion, la circulation du métal dans ledit canal 3 contri- buant à ladite fusion. La vitesse de fusion peut ttre réglée par variation de la puissance appliquee au canal de fusion 3 par l'intermddiaire de l'enroulement 9 du circuit magnétique fermé 8.

Il est bien évident qu'en cas d'utilisation du four réalisé conformément aux variantesreprésentées sur les figures 4, 5 et 6 la décomposition du courant électrique en en composantes et la direction de la force électro- magnétique F1 seront analogues à celles montrées sur la figure 2. Dans ce cas (figures 4 et 5), le courant i2 dérivé du canal de fusion 3 parcourt le métal liquide arrivant dudit canal dans le canal 16 et ensuite dans la cuve 1.

S'il est nécessaire d'effectuer une évacuation dosée du métal liquide de la cuve dans le moule, la tension alternative (ou)atension pulsée) fournie par une source appropriée (non représentée) est appliquée à l'enroulement Il (figure 3) du circuit magnétique ouvert 10. Il se crée alors un champ magnétique traversant le canal de fusion 3 dans la zone de disposition de la conduite 5 d'évacuation du métal. Le flux magnétique t2 entre en interaction avec le courant électrique i1 passant par le métal liquide, ce qui donne naissance à une force électromagnétique F2 orientée le long du canal vertical 6 et provoquant, dans ce dernier,un déplacement du métal, qui arrive ainsi dans le moule (non représenté).

La vitesse et, donc, la dose de métal à évacuer peut autre réglée par variation de la tension sur l'enroule- ment il du circuit magnétique ouvert 10. La valeur de la force F2 ne dépend pas de la valeur de la force F1, de sorte que l'évacuation et la circulation du métal liquide peuvent titre effectuées simultanément.

Il convient de souligner que dans le four, objet de l'invention, la conduite d'évacuation du métal 5 n'est pas incluse dans le circuit électrique du courant induit, ce qui rend inutile la présence, sur ladite conduite d'évacuation du métal, d'un embout graphiteux spécial, comme on le fait dans le four connu. De ce fait, les paramètres électriques de la spire de métal liquide, au cours des pauses entre les distributions du métal, restent les mimes qu'au cours de la distribution, ce qui augmente le rendement du four.

Pour arrêter le four, on coupe l'alimentation en tension des enroulements 9, Il et 14 des circuits magnétiques 8, 10 et 13, après quoi le métal liquide restant dans le canal de fusion 3 et dans la cuve I commence à se solidifier. Lors de la remise en marche du four, exécutée d'une manière analogue à celle décrite ci-dessus, le métal solidifié entre en fusion sans provoquer la destruction du canal de fusion 3, et ce, grâce à la configuration simple et à la section uniforme de celui-ci sur toute sa longueur.

En comparant les modes de réalisation du four, objet de l'invention, on peut remarquer ce qui suit. Il est avantageux d'appliquer le mode de réalisation du four représenté sur les figures 2 et 3 pour faire fondre des métaux et des alliages exigeant la présence de flux isolant le plan du métal fondu de l'air atmosphérique. Dans ce cas, l'élément difficilement fusible 15 assure un tel mouvement du métal liquide que la pénétration de particules de flux dans le canal de fusion 3 est rendue impossible.

Afin d'effectuer le traitement métallurgique des métaux à l'aide de modificateurs et de flux directement dans un four de fusion, il est raisonnable d'utiliser le mode de réalisation du four montré sur la figure 4, car dans ce cas, grâce au système ramifié de canaux, la résistance hydraulique au courant de métal fondu diminue et le malaxage de celui-ci stamdliore.

Quand il s'agit de faire fondre des métaux à résistance électrique spécifique relativement faible, par exemple des métaux nobles, il est rationnel d'utiliser un four correspondant à la '7ariante représentée sur les figures 5 et 6. Dans ce cas, la présence de la cloison 17 permet de diminuer la section du canal de fusion 3 et d'augmenter ainsi a résistance électrique. Il en résulte une augmentation du oosSficient de puissance du four,
S'il est nécessaire d'effectuer un malaxage plus intense du métal liquide, il est avantageux de réaliser le four, objet de l'invention, d'après -a variante représentée sur la figure 7.Dans cette variante, le four possède, le long du canal de fusion 3, deux moyens de dérivation d'une partie du courant électrique, réalisés sous forme de canaux 16 et 16t, et par conséquent, deux circuits magnétiques ouverts supplémentaires 13 et ,3' portant des enroulements (ces derniers ne sont pas représentés). Les canaux 16 et 16' et les circuits magr.étioues 13 et 13' représentés sur la figure 7 sont analogues à ceux montrés sur la figure 4.

Dans un four ainsi conçu, le courant i1 se décompose en composantes i2 et i3, et le courant i3, en composantes i2 et i3 . L'interaction entre les courants i2 et i2 circulant dans le métal liquide se trouvant dans les canaux 16 et 16' et les champs magnétiques des circuits magnétiques 13 et 13' respectifs donne naissance à des forces électromagnétiques F1 et F1' orientées dans un meme sens.Etant donné que la valeur de chacune desdites forces peut entre réglée indépendamment l'une de l'autre par variation de la tension sur l'enroulement du circuit magnétique correspondant (13 ou 13'), on peut augmenter la précision et élargir la gamme de réglage de la vitesse de circulation du métal dans le système "canal de fusion 3 - cuve 1".

Il est commode d'utiliser le four représenté sur la figure 7 en cas de fusion d'alliages à constituants brulant facilement, par exemple d'alliages cuivre-cadmium.

En outre, ledit four peut astre appliqué avec les plus d'tficacité pour fabriquer des alliages contenant des additifs difficilement solubles, par exemple en cas d'introduction de préalliages de chrome ou de manganèse dans l'alliage d'aluminium. Gracie à l'augmentation du nombre de canaux de dérivation du courant, et par conséquent du nombre de circuits magnétiques ouverts, la vitesse d'échange calorifique de masse dans le système "canal de fusion 3 - cuve 1" s'accrott, ce qui rend possible l'accroissement de la puissance spécifique dans le canal de fusion 3 sans surchauffe du métal se trouvant dans celui-ci, et l'intensification du processus de dissolution des constituants de l'alliage.Le nombre de canaux de dérivation du courant, leur section et la distance entre eux sont choisis en fonction de la vitesse prescrite de circulation du métal, du rendement voulu du four, de l'aire de section transversale et de la longueur du canal de fusion, de la composition de l'alliage, ainsi que d 'autres facteurs.

Il convient de souligner que chacun des modes décrits de réalisation du four à induction à canal, objet de l'invention, assure un malaxage ininterrompu du métal liquide, en permettant ainsi de réduire sensiblement la surchauffe de celui-ci en comparaison des fours connus.

Les pertes de métal diminuent considérablement, la précision du dosage du métal et la qualité des moulages obtenus s'améliorent, la durée de service du revdtement du canal et les périodes de temps séparant les réparations du four augmentent. Il est à noter que le four, objet de l'invention, de par ses fonctions, est un four de fusion et de distribution, ce qui rend possible d'étendre ses applications.

Bien entendu, l'invention 'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens coeistituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée.

Claims (3)

REVENDICATIONS

1.- Four à induction à canal, du type comportant une cuve recevant le métal, un canal de fusion communiquant avec ladite cuve, un circuit magnétique fermé portant un enroulement , entourant ledit canal et servant à induire un courant électrique dans le métal liquide se trouvant dans ledit canal, une conduite d'évacuation du métal communiquant avec le canal de fusion, et un circuit magnétique ouvert portant un enroulement, entourant ledit canal dans la zone de raccordement à celui-ci de la conduite d'évacuation du métal et servant à créer un champ magnétique intersectant ledit canal et le métal contenu dans celui-ci, caractérisé en ce qu'il possède, disposé le long du canal de fusion (3), au moins un moyen (12) de dérivation, suivant une direction sensiblement perpendiculaire audit canal, d'une partie du courant électrique dudit canal vers la cuve (1) du four, et au mains eroee ut catit magnétique ouvert (13) portant un enroulement (14), entourant le canal de fusion (3) dans la zone de disposition dudit moyen et servant à créer un champ magnétique intersectant le canal de fusion (3) dans cette zone.

2.- Four à induction à canal, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de dérivation du courant électrique est un élément conducteur d'électricité difficilement fusible (15), fixé dans la paroi du four et entrant en contac"c,d'un côté, avec le métal se trouvant dans le canal de fusion (3), et de l'autre côté, avec le métal se trouvant dans la cuve (i).

3. Four à induction à canal, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de dérivation du courant électrique est un canal (16) pratiqué dans la paroi du four et mettant en communication ledit canal de fusion avec ladite cuve.