Brevet FR2275106A1 — publié le 19760109

L'invention concerne les fours à induction employés en fonderie et en métallurgie pour le réchauffage du métal liquide suivi de sa coulée dans les moules. Actuellement, pour le réchauffage du métal liquide suivi de sa coulée dans les moules on emploie des fours à induction à canal. La conception des fours dépend principalement du procédé de coulée du métal après réchauffage. Pour la coulée du métal réchauffé dans les moules, certains de ces fours sont inclinés autour d'un axe horizontal à l'aide de commandes électromécaniques ou hydrauliques. Ces commandes sont de conception complexe et ont des circuits de commande compliqués pour assurer la coulée progressive et réglable du métal dans les moules. Le métal réchauffé est coulé par portions. Quand le cycle de coulée en moules est de quelques secondes, le métal se trouve constamment en mouvement, ce qui augmente sa surface de contact avec l'atmosphère ambiante. Il en résulte l'augmentation de ltoxydation du métal et de la perte au feu des éléments d'alliage. Il se forme à la surface du métal une scorie dont le passage au moule est indésirable, aussi l'élimine-t-on à l'aide de poches à siphon. En outre, dans de tels fours le garnissage du creuset s'use irrégulièrement. Dans certains fours à induction à canal5 le creuset a dans son fond des trous obturés par des quenouilles et à travers lesquels le métal est coulé dans les moules. De tels fours sont de conception plus simple. Toutefois, l'expérience de la production a montré que la quenouille s'use pendant l'utilisation du four et obture pas complètement le trou dans le fond du creuset, ce qui entraîne des pertes indésirables de métal liquide. En outre, pour le remplacement de la quenouille il faut vidanger complètement le creuset du four, ce qui dérange le régime thermique du four, augmente les temps d'immobilisation du four dans les chaines de coulée automatique. Dans le cas de coulée de métaux tels que la fonte et l'acier, l'usure des quenouilles est plus intensive. Pour réduire l'usure des quenouilles, on les fabrique en réfractaire doué d'une grande résistance mécanique,-ce qui augmente les frais d'exploitation du four. Dans certains fours à induction à canal, on rend le creuset étanche et on y crée une surpression assurant la coulée du métal dans les moules. De tels fours sont de conception complexe. Quand le four est de grandes dimensions et le métal à haute température, il est difficile de conserver l'étanchéité du four1 et les défauts d'étanchéité entraient la diminution de la précision de dosage du métal liquide et des pertes de ce métal. Les fours étanches sont de conduite et d'entretien compliqués; le contribue de l'état du garnissage et les petites réparations du garnissage y sont plus difficiles. En outre, dans de tels fours1 l'appoint de métal liquide au creuset, le traitement du métal par des additifs de raffinage et d'alliage et l'évacuation de la scorie couvrant le métal se heurtent à des difficultés; d'autre part il faut admettre un gaz inerte dans le creuset étanche pour y créer une atmosphère protectrice, prévenant l'oxydation du métal et sa saturation par des constituants indésirables. On connais un four à induction comprenant un creuset dont la paroi et la sole limitent l'enceinte pour le métal liquide. L'enceinte de ce creuset est mise en communication avec le canal d'un conduit de métal amovible encerclant les enroulements de circuits magnétiques fermés. En outre, il y a un circuit magnétique ouvert, avec des enroulements sur les pièces polaires qui embrassent une portion du conduit à métal. Pour couler le métal du creuset il est prévu un tuyau amovible se plaçant dans le creuset (cf. brevet français nO 1 600 320). Ce four fonctionne de la façon suivante. Quand le four est chargé de métal liquide, celui-ci forme autour des enroulements, situés sur les circuits magnétiques fermés, une spire de métal en court-circuit, dans laquelle est induit un courant électrique. Sous l'action du courant, le métal s'échauffe aussi bien dans le creuset du four que dans le canal du conduit de métal. Quand les enroulements situés sur les pièces polaires du circuit magnétique ouvert sont mis sous tension, ltentrefer de, ce circuit magnétique devient le siège d'un champ magnétique qui agit sur le métal liquide dans lequel circule un courant électrique. Il en résulte l'apparition dans le métal liquide d'une force électromagnétique sous l'action de laquelle le métal se déplace dans le canal du conduit de métal et va vers l'enceinte du creuset.Ce déplacement provoque la circulation du métal liquide dans le canal et dans le creuset du four. Pour couler le métal dans un moule, on place le tuyau de coulée dans le creuset de façon que le métal du canal entre dans ce tuyau. Gracie à la force électromagnétique s'exerçant sur lui dans ledit canal, le métal liquide passe parle tuyau de coulée et va au moule. La mise en oeuvre des forces électromagnétiques pour la coulée du métal dans les moules supprime dans le four considéré les commandes électromécaniques et hydrauliques, les quenouilles et les dispositifs rendant le creuset étanche. Tout cela a permis de simplifier la conception du four1 d'augmenter sa fiabilité et d'améliorer les conditions de sa conduite et de son entretien. Toutefois, au cours de l'utilisation du four on s'est heurté à une difficulté, liée 9 l'emploi du tuyau amovible pour la coulée dans les moules d'un métal à haut point de fusion. L'expérience de la production a montré que la durée de service des tuyaux de coulée réfractaires est fortement réduite dans ce cas, et, par conséquent, il faut une grande réserve de tels tuyaux. En outre, la préparation et l'exécution des travaux liés au remplacement des tuyaux impliquent des dépenses de temps supplémentaires. Avant d'être placé dans te creuset, le tuyau de coulée doit être réchauffé jusqu'8 une température prévenant la solidification du métal. Pour la mise en place du tuyau dans le four, sa jonction et son centrage il faut un personnel hautement qualifié.L'obtention d'une jonction intime de la tranche du tuyau avec la sole à l'endroit où se raccorde le canal du conduit de métal est impossible, par suite de la fusion locale de la tranche du tuyau et du garnissage de la sole du creuset dans le four, et ceci augmente les pertes de charge hydraulique du métal. Quand les écartements entre la tranche du tube et la sole du creuset deviennent importants, la coulée du métal dans le moule s'avère impossible. L'expérience de la production a montré que le tuyau de coulée amovible détermine dans une large mesure la fiabilité du four quand il est utilise pour couler dans les moules des métaux à haut point de fusion. I1 est à noter que tous les fours b induction à canal connus ne permettent de couler le métal liquide que dans un seul moule. C'est là un inconvénient commun tous les fours, abaissant la production du four, ainsi que celle des chatnes de coulée sutomatique dans lesquelles ils travaillent. Le but de l'invention est de supprimer les complications indiquées. On s'est proposé de créer un four a induction avec une enceinte et une sole du creuset telles qu'elles assureraient un accroissement de la production du four et de sa fiabilité si'splifieraient la conception et rendraient plus coslnode la conduite et l'entretien La solution consiste en un four å induction comprenant un creuset dont la paroi et la sole délimitent une enceinte pour le métal liquide, mise en communication avec le canal en Lt d'un conduit de métal amovible encerclant l'enroulement d'un circuit magnétique fermé, et un circuit magnétique ouvert avec des enroulements sur ses embouts polaires, four dans lequel, d'apres l'invention, il est prévu des cloisons verticales partageant l'enceinte du creuset en au moins trois chambres, les chambres extremes étant mises en communication entre elles par le canal en U du conduit à métal et la chambre médiane, située entre elles, ayant à la partie supérieure de sa paroi un bec pour coulée du métal, et la sole du creuset est réalisée sous la forme d'un chenal ouvert à sa partie supérieure et mettant lesdites chambres en communication entre elles, la portion de chenal située sous la chambre médiane étant embrassée par les embouts polaires du circuit magnétique ouvert. Les cloisons verticales placées dans l'enceinte du creuset forment une chambre médiane séparée, à partir de laquelle on peut couler le métal dans les moules. La présence d'une chambre médiane ayant à la partie supérieure de sa paroi un bec pour la coulée du métal,permet de simplifier la conception du four (de supprimer le tuyau de coulée) et de faciliter sa conduite et son entretien. La réalisation de la chambre médiane directement dans le creuset a permis d'accrottre la fiabilité du four. La sole du four réalisée en forme d'auge a permis de mettre les chambres en communication entre elles et de fermer le circuit électrique du canal du conduit de métal amovible par le métal liquide du creuset. Ceci contribue au réchauffage uniforme du métal dans chaque chambre.La sole, réalisée en forme de chenal,permet de diminuer l'entrefer des embouts polaires du circuit magnétique ouvert et, par conséquent, d'abaisser la puissance électrique nécessaire pour engendrer la force électromagnétique à l'aide de laquelle s'effectue la coulée du métal de la chambre médiane du creuset au moule. I1 est avantageux de réaliser le four à induction avec plusieurs chambres médianes et avec un nombre correspondant de circuits magnétiques ouverts, les embouts polaires de ces circuits embrassant les portions du chenal situées respectivement sous ces chambres. Gracie à la réalisation, dans l'enceinte du creuset du four à induction, de cloisons verticales formant plusieurs chambres médianes, on peut couler le métal réchauffé des chambres dans plusieurs moules simultanément. Ceci permet d'augmenter notablement la production du four à induction et des chaînes de coulée automatiques dans lesquelles il travaille. Il est souhaitable de réaliser la sole du creuset amovible et adaptée pour sa fixation å la partie inférieure du creuset. Cela permettra de remplacer la sole par une sole préparée d'avance, de ltenlever et de la relier pendant des arrêts courts n'ayant qu'une influence insignifiante sur le régime thermique du four. Cette réalisation de sole amovible et facilement remplaçable diminue le temps dépensé pour la réfection du garnissage de la sole, permet d'économiser les matériaux de garnissage, ainsi, par exemple, la mise hors d'usage du garnissage de la sole ne requiert pas le remplacement du garnissage du creuset du four. On peut réaliser dans la partie supérieure de la cloison verticale séparant la chambre extrême un trou débouchant, mettant cette chambre en counication avec la chambre voisine. Cela permettra d'assurer dans le four donné, simultanément avec la coulée du métal dans les moules, le brassage du métal avec des réactifs, ce qui réduira la durée de la préparation du métal à la coulée. En outre, dans un même four, le métal peut être brassé dans deux chambres avec des reactifs de compositions chimiques différentes, ce qui accroit l'efficacité du brassage et abaisse la consommation de réactifs. Pour expliquer l'invention, on décrit plus bas un exemple de réalisation du four induction avec référence aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 represente un four à induction avec une seule chambre médiane, coupe longitudinale par un plan vertical; la figure 2 représente la coupe II-II de la figure 1; la figure 3 represente la coupe III-III de la figure 1; la figure 4 représente un four k induction avec deux chambres médianes et un conduit à métal connecte k la paroi du creuset, vu en élévation avant avec arrachement; la figure 5 représente le même four avec arrachement suivant la ligne V-V de la figure 4;; la figure 6 représente le meme four, vu de dessus avec arrachement dans la zone de connexion du conduit k métal au creuset; la figure 7 représente un four k induction à trois chambres médianes et deux chambres extrêmes en coupe longitudinale par un plan vertical; et la figure 8 représente le meme four, vu de dessus avec arrachement suivant la ligne VIII -VIII de la figure 7. Le four à induction compote un creuset 1 (figure 1), dont l'enceinte est partagée par des cloisons verticales 2 et 3 en chambres 4, 5 et 6. Les chambres 4 et 6 sont aux extrémités, la chambre médiane 5 étant située entre elles. Cette chambre médiane 5 possède à la partie supérieure de la paroi un bec 7 (figure 2) pour la coulée du métal liquide. La sole 8 du creuset 1 est réalisée en forme de chenal ouvert à sa partie supérieure. La cavité 9 du chenal 8 (figure 1) est délimitée par des parois 10 (figure 2) et un fond 11. Dans la zone des chambres extrêmes 4 et 6 (figure 3), le fond comporte deux trous débouchants 12 et 13 (figure 13:un trou dans chaque chambre A la sole 8 du creuset 1 est connecté un conduit à métal amovible 14 avec un canal en U dont les sorties 15 et 16 se raccordent aux trous débouchants 12 et 13 de la sole 8.Le conduit à métal 14 embrasse l'enroulement 17 d'un circuit magnétique fermé 18. Les chambres 4, 5 et 6 (figure 3) communiquent entre elles par la cavité 9 du chenal 8 (figure 1), dans lequel le métal ferme, pendant la marche, le circuit électrique formé par le métal emplissant le canal du conduit à métal 14. Le circuit magnétique ouvert 19 (figure 2) porte sur ses embouts polaires 20 et 21 des enroulements 22 et 23. Les embouts polaires 20 et 21 embrassent aux c8tés latéraux le chenal 8 et couvrent sa portion 24 (figure 3) située sous la chambre médiane 5. Le four fonctionne de la façon suivante. Le creuset 1 (figure 1) du four étant rempli de métal liquide, il se forme autour de l'enroulement 17 du circuit magnétique fermé 18 une spire de métal en court-circuit. Dans cette spire est induit un courant électrique qui rechauffe le métal. L'interaction des courants électriques circulant dans l'enroulement 17 et dans le métal liquide remplissant le canal en U du conduit à métal 14, engendre des forces électrodynamiques qui font circuler le métal dans ce canal. La circulation du métal peut être intensifiée en donnant des dimensions appropriées au canal. Cette circulation assure le brassage du métal et contribue au réchauffage et k l'égalisation de la température du métal dans le creuset 1. Pour couler le métal dans un moule (non représenté sur le dessin), on branche les enroulements 22 et 23 (figure 2), situés respectivement sur les embouts polaires 21 et 20 du circuit magnétique ouvert 19. Le courant, circulant dans les enroulements 22 et 23, engendre entre les embouts polaires 20 et 21 du circuit magnétique ouvert 19 un champ magnétique, dans lequel se trouve le métal liquide, parcouru par un courant électrique, de la portion 24 (figure 3) du chenal 8 (figure 1), située sous la chambre médiane 5. Par suite de l'interaction du courant électrique avec le champ magnétique, il apparaît dans le métal liquide une force électromagnétique, sous l'action de laquelle le métal est déplacé. Les sens du courant électrique et du champ magnétique entre les embouts polaires 20 et 21 (figure 2) sont choisis tels que la force électromagnétique soit dirigée vers le haut. Il stensuit le refoulement du métal liquide des chambres extrêmes 4 et 6 (figure 1) vers la chambre médiane 5.Dans cette chambre, le niveau du métal liquide monte jusqu'au bec 7 (figure 2) et le métal coule du bec au moule. La force électromagnétique et la vitesse de montée du métal dans la chambre médiane 5 ( figure 1 ) dépendent de l'intensité du courant électrique dans le métal et de la valeur du champ magnétique entre les embouts polaires 20 et 21 (figure 2) du circuit m - gnétique ouvert 19. Pour régler la force électromagnétique on modifie le courant d'alimentation des enroulements 22 et 23 qui sont branchés séparément. Pour arrêter la coulée du métal dans le moule, on coupe l'alimentation, ou bien on inverse la polarité aux enroulements 22 et 23 du circuit magnétique ouvert 19. La conception de four décrite assure la coulée réglable du métal dans un moule. Pour augmenter la production du four et couler le métal simultanément dans plusieurs moules par veines séparées, on peut réaliser dans le creuset plusieurs chambres médianes, par exemple deux chambres médianes 25 et 26 (figure 4), et placer sous ces chambres deux circuits magnétiques ouverts 27 et 28 séparés. Dans un tel four le conduit de métal 29 (figure 5) est fixe au creuset 30, et la sole 31 (figure 4) est amovible par rapport au creuset 30 et adaptée pour sa fixation à la partie inférieure du creuset. Ceci facilite le remplacement éventuel de la sole 31 par une sole préparée d'avance, et permet de la déconnecter et de la connecter au creuset lors d'un arrêt court, ce qui contribue à la conservation du régime thermique normal pour le garnissage du four. La réalisation de sole amovible et facilement remplaçable permet d'économiser les matériaux de garnissage. Ainsi, par exemple, la adlse hors d'usage du garnissage de la sole n'implique pas le remplacement du garnissage dans le creuset 30 du four. Chacune des chambres médianes 25 et 26 comporte un bec de coulée respectif 32 et 33 (figure 6), par lesquels on peut couler le métal dans deux moules, simultanément et avec des paramètres différents qui sont réglés par changement du courant d'alimentation des enroulements placés sur chacun des circuits magnétiques ouverts 27 et 28 (figure 4). Le four à induction décrit permet de réaliser, pendant la coulée du métal dans les moules, le traitement du métal à l'aide de réactifs avec brassage. Le four à induction peut Entre réalisé avec trois chambres intermédiaires 34, 35 et 36 (figure 7) et trois circuits magnétiques ouverts 37, 38 et 39 (figure 8). Les cloisons verticales 40 et 41 (figure 7) des chambres extrêmes 42 et 43 ont dans leur partie supérieure des trous 44 et 45. Le métal liquide refoulé dans les chambres 34 et 36 monte jusqu'au niveau des trous 44 et 45 des cloisons 40 et 41 et se déverse en continu dans les chambres extremes 42 et 43. Des trous identiques peuvent etre ménagés dans les cloisons des variantes de four décrites auparavant. Avec trois circuits magnétiques ouverts 37, 38 et 39 (figure 8), indépendants les uns des autres, on peut assurer le brassage du métal et sa coulée dans les moules à des vitesses différentes. Pour cela on modifie le courant d'alimentation des enroulements situés sur chacun des circuits magnétiques mentionnés. Le four B.induction faisant l'objet de l'invention présente une série d'avantages comparativement aux fours à induction à canal connus. Le four à induction avec des cloisons verticales formant plusieurs chambres médianes assure la coulée du métal simultanément dans plusieurs moules. Ceci augmente notablement la production du four dans les chaînes de coulée automatique et permet de simplifier la conception du four, de faciliter sa conduite et son entretien et d'accroître sa fiabilité. La mise en oeuvre de champs électromagnétiques a permis de réaliser la coulée du métal réglable dans plusieurs moules simultanément avec des paramètres technologiques différents. La réalisation de sole amovible permet de réduire notablement la consommation de matériaux de garnissage. Pendant la marche, simultanément avec la coulée du métal, le four assure le brassage du métal avec les réactifs, ce qui réduit la durée de préparation du métal. Le métal est brassé dans les deux chambres extrêmes. Cela permet de réaliser dans un seul four le brassage du métal avec des réactifs de compositions chimiques différentes et d'abaisser la consommation de réactifs. Dans le four à induction décrit, l'accès au métal est libre, ce qui permet de faire l'appoint de métal au four et d'évacuer la scorie, aussi bien pendant la coulée du métal dans le moule que pendant les arrêts entre coulées. Les essais du four à induction faisant l'objet de l'inven- tion ont confirmé sa haute aptitude au fonctionnement, k l'accroissement de sa production et k sa fiabilité, la cousoodité de sa conduite et de son entretien et l'économie que donne son utilisation pour la coulée du métal. Il va de soi que les spécialistes peuvent apporter au four à induction, décrit k titre d'exemple nullement limitatif diverses modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Four à induction comprenant un creuset dont la paroi et la sole délimitent une enceinte pour le métal liquide, mise en communication avec un canal en U d'un conduit de métal amovible, encerclant l'enroulement d'un circuit magnétique fermé, et un circuit magnétique ouvert avec des enroulements sur ses embouts polaires, ce four étant caractérisé en ce que des cloisons verticales partageant l'enceinte du creuset en au moins trois chambres, les chambres extrêmes étant mises en communication entre elles par ledit canal en U, et la chambre médiane, située entre elles, ayant à la partie supérieure de sa paroi un bec pour la coulée du métal liquide et en ce que la sole du creuset est réalisée sous forme d'un chenal ouvert à sa partie supérieure et mettant lesdites chambres en communication entre elles, la portion du chenal située sous la chambre médiane étant embrassée par les embouts polaires du circuit magnétique ouvert. 2. Four à induction selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est réalisé avec plusieurs chambres médianes et avec un nombre correspondant de circuits magnétiques ouverts dont les embouts polaires embrassent les portions du chenal situées respectivement sous ces chambres. 3. Four à induction selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sole du creuset est amovible et adaptée pour être fixée à la partie inférieure du creuset. 4. Four k induction selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans la partie supérieure de la cloison verticale, séparant la chambre extrême, est ménagé un trou traversant cette cloison et mettant cette chambre en communication avec la chambre voisine.