Brevet FR2100553A1 — publié le 19720324

La présente invention concerne une poche- pour traitements inductifs, plus particulièrement destinée au traitement des métaux et alliages à l'état de fusion sous l'action de champs alternatifs inductifs à très basses, basses et moyennes fréquences (5 Hz à 5 2500 Hz)o On connaît des poches pour traitements inductifs constituées par un revêtement réfractaire disposé à 1'intérieur d'une enveloppe cylindrique métallique amagnétique, l'enveloppe étant constituée dans la zone de chauffage par assemblage d'éléments 10 métalliques de forme, ass.emblés par tenons et mortaises, et isolés électriquement les uns des autres par un joint isolant et réfractaire constitué par un ciment thermodurcissable injecté à l'état liquide dans des interstices continus ménagés entre les éléments métalliques assemblés0 Une telle disposition a été décrite en 15 particulier par le brevet français" 1O509°043o Si la capacité de la poche diminue, il faudra utiliser pour chauffer le métal situé à l'intérieur des fréquences supérieures à 60 périodes et pouvant atteindre 2,500 périodes (poches de 10 à 15 kg) » les poches connues définies plus haut présentent. 20 l'inconvénient et de ne pouvoir pratiquement plus être utilisées lorsque la fréquence du courant inducteur dépasse 60 périodeso En effet, avec des fréquences plus élevées, les échauffements engendrés dans l'enveloppe métallique de la poche, et dûs en particulier aux courants de Foucault, (pertes de Foucault proportionnelles au carré 25 de la fréquence), font que très vite la poche devient inutilisable0 La présente invention remédie à cet inconvénient et permet d'utiliser sous des fréquences pouvant atteindre 2500 Hz, une poche constituée par une enveloppe métallique non magnétique cylindrique, pouvant recevoir un garnissage intérieur réfractaire. Selon l'in-30 vention, l'enveloppe métallique est constituée par des éléments métalliques formant chacun un circuit électrique ouvert et présentant chacun une très faible section par rapport à leur longueur® De plus un, isolant électrique est interposé entre chaque élément» L'invention va maintenant être décrite avec plus de détails 35 en se référant à plusieurs modes de réalisation particuliers donnés à titre d'exemple et représentés par les dessins« Les figo 1 et 2 représentent de façon simplifiée un mode de réalisation où les éléments de l'enveloppe sont des éléments rayonnants» La figo 1 est une vue perspective en coupe diamétrale o 40 La figo 2 est une vue de dessus 0 70 $2041 2 2100553 Les fig. 3 et 4 représentent tin autre mode de réalisation avec des éléments métalliques enroulés en spirale. La Fig. 3 est une coupe diamétrale de l'enveloppe métallique de la poche. La fig. 4 est une coupe selon IV-IV de la fig. 3. 5 La fig. 5 représente une variante du mode de réalisation précédent, dans lequel les éléments sont enroulés à plat. Les fig. 6, 7 et 8 concernent tin mode de réalisation où l'enveloppe métallique est constituée par line tresse servant d'armature à du "béton réfractaire. La fig. 6 est une vue perspective 10 simplifiée de la virole d'une telle poche. La fig. 7 donne le détail de la constitution de la tresse métallique. La fig. 8 est une coupe selon YIII-YIII de la fig. 7* La fig. 9 représente une poche réalisée selon l'invention et mise en place à un poste de chauffage inductif. 15 La fig. 10 illustre les possibilités de transfert de la poche et représente un dispositif de protection pendant le transfert ou la coulée. En se référant aux fig. 1 et 2 l'enveloppe métallique de la poche est constituée par une juxtaposition d'un grand nombre 20 d'éléments 1 identiques. La forme de chaque élément 1 est celle d'une section radiale du cylindre devant constituer l'enveloppe métallique de la poche. Vu en plan selon la fig. 2, chaque élément 1 se présente sous la forme d'un secteur de très faible épaisseur et d'une largeur suffisante mais très limitée. On voit que la 25 juxtaposition de tous les éléments 1 reconstitue le cylindre constituant la poche ainsi que son fond. Les éléments sont maintenus serrés les uns contre les autres par des frettes engagées dans les rainures 2 et 3 constituées par la juxtaposition d'encoches identiques sur tous les éléments 1. La liaison des éléments 1 entre eux 30 est complétée par des agrafes 4 électriquement isolées et reliant de proche en proche les éléments par groupes de 4 ou 5» Les éléments 1 sont par exemple en al liage amagnétique (base nickel, cobalt, chrome, titane et aluminium), c'est-à-dire un alliage super réfractaire à durcissement structural et à haute 35 résistibilité électrique. Chaque élément est isolé électriquement par revêtement superficiel d'oxyde de chrome. Les fig. 3 et 4 illustrent un autre mode de réalisation de l'enveloppe métallique d'une poche qui est ici constituée par un fil à section circulaire 5 enroulé en spirale à la manière d'un 40 ressort et emprisonné entre deux couronnes annulaires 6 et 7. Les ?Ô 2204 i 3 2100553 spires du ressort 5 sont maintenues jointives par une série de tirants 8 régulièrement disposés autour de la paroi constituée par le ressort et alternativement à l'intérieur et à l'extérieur de cette paroi„ le serrage est réalisé par les écrous 9 avec interpo-5 sition de rondelles élastiques 10„ le ressort 5 peut être constitué par un seul fil enroulé sur toute la hauteur de la poche et, de préférence (tension à vide), par plusieurs ressorts élémentaires superposés,, les ressorts 5 ainsi que les tirants 8 peuvent par exemple être réalisés en 10 alliage super réfractaire, tel que défini plus haute la couronne amagnétique annulaire"inférieur 7 est réalisée en deux pièces réunies par boulonnage0 La couronne 7 comporte une gorge annulaire 11 dans laquelle viennent s'engager les éléments conjugués de bandes métalliques rectilignes 12 juxtaposées et 15 maintenues prisonnières dans la gorge 11 lorsque les deux parties de la couronne 7 sont assemblées» Les bandes 12 sont des tôles feuilletées en alliages amagnétiques généralement utilisés par les résistances électriques, l'ensemble des éléments constitués par les spires du ressort 5, les tirants 8, et les bandes métalli-20 ques 12 sont isolés électriquement par revêtement superficiel d'oxyde de chrome. La structure représentée par la figo 5 est très sensiblement analogue à celle des figo 3 et 4, mais l'enroulement en spirale est ici remplacé par une superposition de bagues circulaires 25 planes 15 enserrées de la même façon entre des éléments annulaires 6 et 7 par des tirants 8 et les écrous 9. Les bagues 15 ne sont pas continues mais fendues. Gomme dans les figures précédentes elles sont en alliage super réfractaire et isolées électriquement par une couche d'oxyde de chrome. 30 En se référant maintenant aux fig. 6, 7 et 8, l'armature métallique de la poche est constituée par une série de tirants 18 régulièrement espacés et disposés selon des génératrices du cylindre constituant la virole de la poche0 Les tirants 18 sont liés deux à deux par un fil 19 enroulé en spirale ouverte autour de deux 35 tirants 18 consécutifs. Les spires de chaque spirale 19 sont entrecroisées avec les spires des spirales adjacentes, constituant ainsi une tresse élastique se refermant sur elle-même en forme de cylindre» Les tirants 18 et les spirales 19 sont en .alliage super réfractaire amagnétique comme les éléments des modes de réalisation décrits 40 plus haut. Chaque tirant 18 est entouré d'une gaîne en fibres ?Ô 22041 -4- 2100553 silico-alumineuses formant isolant, tandis que les spirales 19 sont isolées électriquement par revêtement d'oxyde de chrome. La tresse constituée par les tirants 18 et les spirales 19 est noyée dans une couche de béton réfractaire 21. De préfé-5 rence le cylindre de béton 21 avec la tresse métallique comme armature sera réalisé avec précontrainte. Pour cela la tresse sera disposée à la périphérie d'un mandrin expansible et mise sous tension, l'ensemble étant disposé dans un moule dans lequel on coulera le béton réfractaire. Après la prise du béton, et retrait 10 du mandrin expansible, le retrait élastique de la tresse assurera la précontrainte du béton. La virole ainsi constituée sera ensuite complétée par un fond qui pourra être du type de ceux représentés par les figures précédentes 3, 4 et 5, et on utilisera pour la fixation du fond 15 certains tirants 18 plus longs que les autres, et dont les extrémités dépassent la virole proprement dite. naturellement les descriptions données ne concernent que l'énveloppe métallique de la poche, qui dans tous les cas reçoit un garnissage réfractaire inférieur constitué de façon habituelle 20 connue. Dans tous les modes de réalisation qui viennent d'être décrits, les éléments métalliques constituant l'élément mécaniquement résistant de la poche présentent toujours une section très faible vis à vis du vecteur induction, et ne constituent jamais de 25 boucle électrique fermée. Les courants directement induits dans l'armature sont donc nuls, et les courants de Foucault sont réduits au minimum par la diminution de section de passage du flux inductif dans les parties métalliques constituant l'armature. En outre, les armatures métalliques étant amagnétiques ne perturbent pas l'action 30 du vecteur efficace d'induction sur la charge contenue dans la poche. L'intérêt d'une telle poche ainsi réalisée selon l'invention est d'en faire par exemple un creuset amovible facilement remplaçable pour un four à induction où seul l'enroulement in-35 ductif est un élément fixe, un tel four pouvant utiliser des fréquences de courant relativement élevées, (jusqu'à 2.500 Hz) malgré la présence d'une armature métallique dans la poche, l'utilisation d'une telle poche permet également la séparation de séquences métallurgiques élémentaires ( fusion sous vide, surchauffe, maintien) 40 par transferts successifs de la poche à des postes de travail fixes, là i2o4i 5 2100553 qui correspondent chacun à une spécialisation du matériel fixe d'induction» ia figo 9 représente de façon simplifiée un four à induction comportant un enroulement inductif fixe 25 disposé à la 5 périphérie d'ime cuve 26« la cuve 26, fermée en sa partie inférieure par un fond 271 est ouverte à sa partie SùpériëuiE»j et limitée par une collerette 28 munie d,un joint refroidi 29o la poche utilisée ici est du type de celle décrite par la figo 3» avec armature spirale 5 et tirants 8i Elle est garnie intérieurement 10 par un revêtement réfractaire 30, et comporte au fond un trou de coulée 31 avec une busette à tiroir 32o la collerette annulaire supérieure 6 est solidarisée avec une collerette débordante 33 munie d'oreilles de levage 34o Lorsque la poche est en place dans la cuve 26, la collerette 33 repose sur la collerette 28 du four» 15 Lorsaue l'opération métallurgique doit s'effectuer sous vide ou sous atmosphère contrôlée, 1*ensemble peut être complété par une cloche 35 reposant sur la collerette 33 avec interposition d,un joint refroidi 36% La figô 10 représente un équipement permettant de trans-20 porter la poche d'un poste de traitement à un autre ou encore de soutenir la poche pendant une opération de coulée; Cet équipement consiste en une cuve 35 sur le bord de laquelle vient reposer la collerette supérieure 6 de la posthft Dans le cas où on utilise cet éauipement poxir basculer la poche, celle-ci est également solida-25 risée de la cuve 35 par trois tiges au moins telles 36 solidaires du fond de la poche traversant le fond de la cuve 35» et bloquée sur le fond 35 par une clavette 37* La cuve 35 comporte également un orifice 38 situé en face le trou de coulée de la pocher La cuve 35 est également munie de tourillons 39 sur lesquels viennent 30 s'articuler les crochets d'un palonnier de manutention 40, et autour desquels on peut faire basculer la poche pour des opérations de remplissage ou de vidange'o Bien entendu l'invention n'est pas strictement limitée aux seuls modes de réalisation décrits plus haut, mais elle couvre 35 également d'autres modes de réalisation qui n'en différeraient que par des détails» 0'est ainsi que la résistance mécanique des poches représentées par les figo 3 et 5 pourrait également être renforcée par tin revêtement de béton comme cela a été décrit à propos de l'armature de la figo 7» D'autre part les éléments enroulés en 40 spirale constituant l'armature de la poche représentée par la fig»3 ?Ô 2è04i 6 2100553 pourrait être tubulaires et constituér un circuit de refroidissement périphérique de la poche, ce circuit étant raccordé à un circuit extérieur de mise en circulation d'un fluide 70 iè04l 7 2100553 REVEHDICATIONS 1) Poche pour traitements inductifs constituée par une enveloppe métallique non magnétique cylindrique munie d'un garnissage intérieur réfractaire, constituée par des éléments métalliques 5 formant chacun un circuit électrique ouvert et présentant chacun une très faible section par rapport au vecteur inducteur, un isolant électrique étant interposé entre chaque élément, caractérisée par le fait que les éléments métalliques constituant la virole du cylindre sont des éléments enroulés selon le diamètre moyen du cylindre, 10 emprisonnés entre deux éléments annulaires amagnétiques plans supérieur et inférieur et maintenus jointifs par des tirants amagnétiques, de faible diamètre, à haute résistance mécanique reliant les deux éléments annulaires amagnétiques et situés en dehors du champ et par le fait que les éléments métalliques constituant le fond du 15 cylindre sont des bandes de faibles épaisseurs, amagnétiques, isolées électriquement les unes des autres juxtaposées et serties dans l'élément annulaire inférieuro 2) Poche selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les éléments enroulés sont enroulés en héliceo 3) Poche pour traitements inductifs constituée par une PO s enveloppe métallioue non magnétique cylindrique munie d'un garnissage intérieur réfractaire, constitués par des éléments métalliques formant chacun un circuit électrique ouvert et présentant chacun une très faible section par rapport au vecteur inducteur, un isolant électrique étant interposé entre chaque élément, caractérisée par ie fait que les éléments métalliques constituant la virole du cylindre comportent une première série d'éléments rectilign.es, régulièrement disposés selon des génératrices du cylindre, et une deuxième série d'éléments enrotilés en spirale entre deux éléments rectilignes consécutifs, les spires de chaque spirale s'intercalant entre les spires des spirales voisines, l'ensemble des deux séries d'éléments étant noyé dans une paroi cylindrique de béton réfractaire, et par le fait que les éléments métalliques constituant le fond du cylindre sont des bandes amagnétiques juxtaposées isolées électriquement et serties dans un élément annulaire plan lié -à certains éléments rec-35 tilignes de la virole dépassant la virole proprement dite0