Brevet FR2361035A1 — publié le 19780303

La présente invention concerne des fours électriques de chauffage par rayonnement et, plus particulièrement, l'application de tels fours au chauffage de lopins. Usuellement, pour le chauffage de lopins, c'est-à-dire de pièces métalliques destinées à être forgées ou estampées, on dis pose ces lopins au centre d'un bobinage électrique pour réaliser un chauffage par induction, ou bien on dispose ces lopins dans une enceinte tubulaire elle-mSeme entourée de résistances chauffantes destinées à chauffer l'èn & inte puis, par rayonnement, le lopin. Ces deux dispositifs présentent de nombreuses difficultés en particulier en ce qui concerne leur entretien. En effet, notamment dans le cas des résistances chauffantes, les dépannages sont particuliere- ment délicats si les résistances chauffantes sont détruites.Un troisième type de four, dit à chauffage basse tension, comprend des moyens pour faire passer du courant à travers la pièce à chauffer elle-même tout en y induisant un champ magnétique d'où il résulte que l'on combine les effets du chauffage à induction et d'un chauffage par effet Joule direct dans la pièce à chauffer. Néanmoins, en ce cas, il se présente la difficulté de connecter la piè- ce à chauffer à l'une des bornes d'une alimentation électrique. En conséquence, un objet de la présente invention est de prévoir un nouveau type de four, adapté à des chauffages à des températures très élevées de l'ordre de 600 à 1.3000C ou plus, chauffant les lopins par rayonnement et de constitution particulibrement simple. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un ensemble de fours de chauffage par rayonnement dans lesquels les pièces à chauffer sont successivement introduites. Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, la présente invention prévoit un four électrique de chauffage par rayonnement comprenant un tube interne en acier réfractaire; deux demitubes externes ayant sensiblement le même diamètre en un matériau fortement conducteur, concentriques au tube interne et longitudinalement espacés l'un de l'autre, un milieu thermiquement et électri- quement isolant entre le tube interne et le tube externe; un moyen de liaison électrique entre les extrémités du tube interne et une extrémité de chacun des tubes externes; et des moyens de liaison électrique entre des bornes d'alimentation et des parties voisines de chacun des tubes externes.La présente invention prévoit en ou- te d'alimenter en courant polyphasé un ensemble de tels fours On notera que la présente invention vise particulièrement l'application de tels fours au chauffage de lopins à des températu- res élevées pouvant aller jusqu'à 1.200 à 1.300 C. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante- de modes de réalisation particullers faite en relation avec les dessins joints dans lesquels La figure 1 représente une vue en coupe d'un four selon la présente invention; et Les figures 2a et 2b représentent le montage d'un four selon la pressente invention alimenté en triphasé. Le four représenté en coupe en figure 1 comprend un tube interne 1 entouré de deux demi-tubes externes 2 et 3, les extrémi- tés du côté des ouvertures du four du tube interne 1 et des tubes externes 2 et 3 respectivement sont connectées électriquement. Le four est alimenté en courant à partir de bornes d'alimentation 4 et 5 par l'intermédiaire de conducteurs 6 et 7. Ainsi, le courant circule par example à partir de la borne 4 vers la borne 5 en passant par le conducteur 6, le demi-tube externe 2, le tube interne 1, le demi-tube externe 3 et le conducteur 7. Les demi-tubes ex- ternes sont en un matériau extrêmement conducteur, tel que in cui- vre, et le tube interne 1 en - un matériau plus résistant et possé- dant un point de fusion très élevé tel que l'acier réfractaire comm@ sous l'appellation Inconel.Les conducteurs 6 et @ sont chacun cons- titués d'une ou plusieurs tresses de cuivre soudées eu hrasées aux demi-tubes de cuivre 2 et 3 respectivement. La figure 1 représente un mode de réalisation préféré de la présente invention dans lequel la liaison électrique entre le tube interne 1 et les demi-tubes externes 2 et 3 au niveau des ouvertures du four est constituée par des prolongements du tube in- terne fendus et retournés puis brasés avec les demi-tubes 2 et 3 dans les zones indiquées par la référence 8. Bien entendu, le tube interne 1 lorsqu'il est échauffé par passage d'un courant a tendance à rayonner aussi bien sers l'extérieur que vers l'intérieur. Pour éviter les pertes par rayonnement vers l'extErieur, un matériau thermiquement et électriquement isolant 9 est disposé entre le tube interne et les demi-tubes externes. Ce matériau sert également de support mécanique intermédiaire entre ces deux tubes avant que ne soient effectuées les brasures dans les zones 8. En outre, on pourra prévoir notamment autour des zones de brasure 8 et de façon générale autour des demi-tubes externes 2 et 3 des serpentins de refroidissement, non représentés, pour éviter un échauffement trop important des demi-tubes externes 2 et 3. La figure 1 représente également des rails 10 disposés parallèlement à l'axe du four selon la présente invention, sur les parois de celui-ci et destinés à supporter les lopins de façon que ceux-ci ne frottent pas directement sur les parois du tube interne. En effet, ceci risquerait de détruire la couche d'oxyde superficielle de l'acier réfractaire du tube 1 d'où il pourrait résulter un endommagement ultérieur du tube. Ces rails 10 peuvent être constitués d'un matériau hautement réfractaire ou bien de tubes refroidis par circulation interne d'un liquide de refroidissement. I1 faut noter dans ce cas que la perte apportée par cette circulation d'eau est négligeable devant la puissance du four étant donnée la faible dimension de ces rails 10. On notera parmi les avantages du tube décrit précédemment, d'une part sa grande facilité de fabrication et sa grande simplicité, d'autre part le fait qu'il peut être considéré comme formé de deux conducteurs coaxiaux d1où il résulte que l'inductance qu-'il introduit dans le réseau d'alimentation est tres faible. Ceci est particulièrement important étant donné qu'un tel four est générale- ment utilisé en relation avec une alimentation de faible tension et sous un courant très élevé, par exemple 5 volts et 2000 ampères. S'il existe un effet de self, celui-ci doit être corrigé par des condensateurs ce qui nuit à la simplicité et au cout total de l'installation. A titre d'exemple on notera que pour une alimentation sous une tension d'environ5 volts et un courant de 2.000 A, à une fréquence de 50 Hz, il a été réalisé un four d'environ 80 cm de long et 10 cm de diamètre interne-, les parois du tube interne en acier réfractaire ayant une épaisseur d'environ 3 mm. En outre, des fours selon la présente invention se pretent facilement à un montage en triphasé. Par exemple, trois fours 20a, 20b et 20c peuvent être disposés comme cela est représenté très schématiquement dans une vue en bout en figure 2a, les connexions électriques étant telles- que représentées en figure 2b en relation avec le secondaire d'un transformateur triphasé dont les trois enroulements sont désignés par les références 30a, 30b et 30c. L'espace entre les fours 20a, 20b et 20c de la figure 2a peut être rempli d'un isolant thermique 21. De façon générale , plusieurs fours selon la-prXsente invention peuvent être alimentés en courant polyphasé et, sur chaque phase, plusieurs fours peuvent être disposés en parallelew des pièces à chauffer seront alors amenées à circuler successivement dans les divers fours, à l'aide d'un distributeur. Une telle disposition de fours alimentés en polyphasé et en parallèle présente de nombreux avantages par rapport à un fouren monophasé; notamment - l'avantage fondamental d'une alimentation en polyphasé, le courant industriel étant généralement fourni sous cette forme (triphasé); - l'avantage d'une diminution de l'encombrement; - l'avantage d'une simplification du calorifugeage. L'importance des deux derniers avantages apparaîtra à la lecture de l'exemple suivant, où l'on compare deux fours équivalents, l'un constitué d'un seul tube alimenté en monophasé, l'autre de six tubes alimentés ew-:triphasé, deux tubes étant en parallèle sur chaque phase, un distributeur conduisant successivement les lopins à chauffer dans ces six tubes. Compté tenu des faibles transmissions de puissance par rayonnement l'on est amené à laisser séjourner les pièces dans les tubes pendant un temps important (de l'ordre de 3 minutes pour -un four laiton de 250 kg/heure comme le montrent le calcul et l'expérience) Pour un four de 250 kg/heure, de laiton,dans le cas de six tubes groupés électriquement en étoile (deux tubes en parallèle par branche) on pourra choisir pour chacun de ces tubes une longueur de 600 mm qui correspondra à- la longueur totale du four si les tubes sont géométriquement parallèles les uns aux autres.Si des lopins sont introduits successivement dans ces six tubes toutes les neuf secondes et si l'on a affaire à des lopins d'une longueur de 30 mm,les tubes sont parcourus en (600 : 30) x 9 = 180 secondes (3 minutes) ce qui est suffisant pour amener le lopin à la température de forge. Réalisé en un seul tube un tel dispositif devrait avoir une longueur de 6 x 600 = 3,6 m. I1 est clair qu'une telle longueur serait très encombrante et que le four obtenu serait difficile à calorifuger. Les avantages cités précédemment sont donc particulièrement précieux à la lumière de cet exemple. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier les divers tubes ont été décrits comme étant de section circulaire. Bien entendu toute autre forme de section peut être réalisée. REVENDICATIONS 1 - Four électrique de chauffage par rayonnement, caractérisé en ce qu'il comprend - un tube interne en acier réfractaire; - deux demi-tubes externes de même section en un métal fortement conducteur, concentriques au tube interne et non en contact l'un avec l'autre; - un milieu isolant thermiquement et électriquement entre le tube interne et le tube externe; - des premiers moyens de liaison électrique entre les extrémités du tube interne et l'extrémité de chacun des tubes externes vers les ouvertures du four; et - des seconds moyens de liaison électrique entre des bornes d'alimentation et des parties voisines de chacun des tubes externes 2 - Four électrique de chauffage par rayonnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premiers moyens de liaison électrique sont constitués de prolongements du tube interne fendus, retournés, et brasés avec les parties extrêmes des tabes externes. 3 - Four électrique de chauffage par rayonnement selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des rails longitudinaux parallèles fixés aux parois internes du tube interne pour permettre le glissement des pièces à chauffer. 4 - Four électrique de chauffage par rayonnement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le tube interne est en un acier réfractaire désigné par l1ap- pellation Inconel. 5 - Four électrique de chauffage par rayonnement, caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble de plusieurs fours selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 alimenté en courant polyphasé. 6 - Application de fours selon l'une quelconque des revendications 1 à 5,au chauffage de lopins. 7 - Application selon la revendication 6, prise dans son rattachement avec la revendication 5, caractérisée en ce que les lopins circulent successivement dans lesdits plusieurs fours.