Brevet FR2427569A1 — publié le 19791228

L'invention se rapporte à la fonderie et a notamment pour objet un four à induction. Elle peut être utilisée avec le plus de succès pour l'élaboration de fonte et de métaux non ferreux. Lesdits fours trouvent actuellement une large application dans la fonderie. Les fours à induction comportent ordinairement un inducteur en cuivre refroidi par eau et à l'intérieur duquel est placé un creuset fabriqué par garnissage, séchage et frittage de matériaux oxydes réfractarres en poudre. Les matériaux frittés forment un revêtement exécuté sous forme d'un cbne avec un fond, à l'intérieur duquel le métal est fondu sous l'effet du champ électromagnétique variable induit par le courant circulant dans les spires de l'inducteur. La puissance dégagée dans le métal, au cours du chauffage par induction, dépend du volume du métal dans le four et de ses propriétés physiques (résistance électrique spécifique, perméabilité magnétique relative), ainsi que de la fréquence et de l'intensité du champ électromagnétique. Au cours de la fasion du métal, le revêtement se détériore sous l'action thermochimique et mécanique du métal fondu, ce qui peut avoir pour résultat le contact du métal liquide avec l'inducteur refroidi par eau et la fusion de ce dernier. Pour prévenir la destruction totale du revêtement du four, on fait appel à des dispositifs de protection signalant le degré de détérioration du revêtement suivant son épaisseur. Cependant ces dispositifs ne sont pas efficaces, car ils ne donnent pas une idée suffisamment complète de la détérioration du revêtement. De ce fait, on a fait ces derniers temps, dans plusieurs pays du monde, des recherches pour élaborer des systèmes efficaces de signalisation de l'état du revêtement des fours à induction, ainsi que des moyens de protection de l'inducteur. L'importance du problème résulte non seulement de considérations technico-économiques, mais aussi de la nécessité d'assurer la protection du personnel préposé contre les pro Sections de métal liquide à partir du four. De ce fait, le problème posé se résout actuellement dans deux directions - par interposition, entre le creuset et l'inducteur, de systèmes d'électrodes signalant par l'intermédiaire d'appareils, appropriés le degré d'usure du revêtement - par mise en place, entre l'inducteur et le revêtement, d'un écran résistant à la chaleur et empêchant le métal liquide d'atteindre l'inducteur. On connais des fours à induction qui, afin d'empocher le métal fondu d'atteindre l'inducteur sont dotés d'un cylindre en cuivre refroidi par eau, ouvert suivant sa génératrice, interposé entre l'inducteur et le creuset et dont la hauteur est égale à celle de l'inducteur (voir le certificat d'auteur d'invention soviétique nO 405008). Cependant, le cylindre en cuivre refroidi par eau est difficile à fabriquer, ne s'adapte qu'à un seul type de fours, n'exclut pas les pannes en cas de pénétration du métal Jusqu'au cylindre refroidi par eau, entraînant le brûlage de ce dernier, n'est pas commode pour le montage dans le four et diminue le volume utile du four. Le cylindre en cuivre refroidi par eau protège l'inducteur contre la destruction, mais il constitue lui-8se une source d'avarie en cas de pénétration du métal liquide jusqu'à lui. On contact aussi un dispositif (voir le certificat d'auteur soviétique nO 290919) dans lequel tissu de verre réfractaire métallisé placé entre le revêtement et l'isolation de l'inducteur sert à signaler la détérioration du creuset du four à induction. Ce dispositif améliore la fiabilité du fonctionneient du four à induction, mais ne protège pas l'inducteur contre la destruction en cas de pénétration du métal liquide. Dans l'invention faisant l'objet du certificat d'auteur soviétique nO 358602, "Dispositif de signalisation d'avarie", on contre l'état du revêtement du four. Le dispositif se compose de deux groupes d'électrodes de polarités contraires, non fermées et disposées régulièrement entre les couches du revêtement du creuset, suivant toute sa circonférence et sa hauteur. Les électrodes sont placées alternativement à une distance de 5 à 8 mm l'une de l'autre. L'inconvénient de cette invention réside dans le fait que le dispositif contrôle seulement l'état du revêtement du creuset mais ne protège pas l'inducteur contre le métal ayant passé entre les électrodes. La complexité du montage et du branchement des électrodes et celle du garnissage du four avec les électrodes déjà installées, est inacceptable dans la pratique. La mise en place des électrodes entre les couches du revêtement diminue la capacité utile du four. Le dispositif est inacceptable pour différents types de fours. On connatt le brevet d'invention ouest-allemand nO 1220085 cl.31 a 2/40, d'après lequel, entre la bobine d'induction et le creuset garni de pisé est installé un élément intercalaire en matériau résistant à la chaleur et rendu conique du côté de l'inducteur, de sorte que l'épaisseur de ses parois va en diminuant progressivement de bas en haut. Dans ce four, l'élément intercalaire peut retenir le métal (s'il est fermé suivant tout le périmètre de l'inducteur, de haut en bas), mais il ne signale pas le passage du métal à travers le revêtement du four. En plus, sa fabrication est difficile, son coût est important, il n1 est pas acceptable pour différents types de fours et diminue la capacité utile du four et son rendement électrique. Le dispositif signalant la destruction du creuset du four à induction, selon le brevet d'invention ouest-allemand nO 1208451, cl.3Ia 6/40, se compose de deux électrodes, de préférence cylindriques, isolées l'une de l'autre et reliées, à travers un appareil de contre, à une source de courant. Les électrodes sont des cylindres métalliques coaxiaux, isolé l'un de l'autre par un joint et fixés sur la paroi extérieure du creuset, entre le creuset et la bobine d'induction le cylindre extérieur ayant un nombre d'orifices plus grand et étant isolé de la bobine d'induction. Le dispositif retient le métal liquide (s'il est fermé suivant tout.le périmètre de l'inducteur, du haut vers le bas), mais ne signale pas le passage du métal à travers le fond du four, ne le protège pas1 sa fabrication est difficile, son coût est élevé ; il n'est pas acceptable pour différents types de fours et diminue la capacité utile du four. Le dispositif signalant le début de la destruction du creuset et prévenant sa destruction complète, suivant le brevet d'invention ouest allemant nO 1220086, cl.31 A 6/40, est constitué par une électrode placée dans la couche d'un matériau isolant, entre la paroi extérieure du creuset et la bobine d'induction. L'électrode est branchée, à travers une source d'alimentation et un appareil indicateur, sur la surface intérieure du creuset et possède des fentes longitudinales. Sur les secteurs situés près des bords de la bobine d'induction l'électrode est divisée suivant tout son périmètre en sections longitudinales. L'inconvénient du dispositif consiste en ce qu'il ne protège pas l'inducteur contre le métal liquide. Sa fabrication est coûteuse, n'est pas acceptable pour différents types de fours, ne protège pas le fond du revêtement du four à induction et ne fournit pas de signaux concernant son degré de destruction. Comme il ressort de cette analyse des dispositifs connus, aucun d'eux n'assure en même temps la prévention de la pénétration du métal jusqu'à l'inducteur et la signalisation du degré d'usure du revêtement. De ce fait, un inconvénient important des dispositifs de signalisation connus réside dans le fait que la pénétration du métal jusqu'à l'électrode à travers le revêtement et l'émission du signal (lumineux ou sonore) n'excluent pas les situations d'avarie et la possibilité de pénétration du métal jusqu'à l'inducteur. C'est pourquoi, dans ces cas, on interrompt d'urgence la fusion du métal, qui reste, jusqu'à son refroidissement complet, dans le creuset, ce qui complique l'évacuation ultérieure du métal refroidi depuis le four et accrott la durée de la mise du four en état de fonctionnement. Le but de l'invention consiste à éliminer les inconvénients indiqués. On s'est proposé pour cela de mettre au point un four à induction dont la construction préviendrait la pénétration du métal liquide jusqu'à l'inducteur au cours de la fusion. Ce problème est résolu du fait que dans le four à induction comportant un creuset destiné à la fusion du métal et disposé à l'intérieur de l'inducteur, et un écran résistant à la chaleur et conducteur de courant, placé entre le creuset et muni d'un système signalant le degré d'usure de la paroi du creuset, suivant l'invention l'écran est formé essentiellement par une paroi complète en matériau à carbone d'une épaisseur maximale de 1,5 mm, et entoure toute la surface extérieure du creuset. L'invention proposée assure le contrôle continu du degré d'usure de la paroi du creuset et la protection parfaite de l'inducteur contre le métal ayant pénétré à travers le revêtement. Cela donne la possibilité d'achever le processus de fusion et de couler le métal dans des conditions de détérioration complète du creuset. La faible épaisseur de l'écran résistant à la chaleur ne réduit pas la capacité utile du four ni son débit. En plus, grace à l'accroissement du degré d'usure admissible du revêtement du four, on peut augmenter la durée de fusion du métal dans le creuset. L'écran proposé améliore notablement les conditions antidéflagrantes de fonctionnement du four, et on peut l'utiliser pour tous les types de fours à induction. Conformément à l'une des variantes de l'invention, en qualité de matériau à carbone pour la fabrication de l'écran, on peut utiliser un tissu de graphite. Selon une autre variante de l'invention, on utilise du papier de graphite en qualité de matériau à carbone. Pour augmenter la résistance de l'écran, il est rationnel de l'imprégner de résines thermodurcissables contenant du bore amorphe. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description détaillée, qui va suivre, de différents exemples de réalisation non limitatifs illustrés par les dessins annexés sur lesquels - la figure 1 montre un four à induction, selon l'invention (coupe longitudinale) - la figure 2 un schéma synoptique du système de signalisation du degré usure de la paroi du creuset. Le four à induction (figure 1) comporte un inducteur I entouré de circuits magnétiques 2. L'inducteur 1 est placé sur une sole réfractaire 3. Les circuits magnétiques 2 sont constitués par des montants empilés, en acier électrotechnique, et possèdent une isolation entre les plaques. Les circuits magnétiques peuvent être de n'importe quelle conception connue. D'après leur construction et leur destination, les circuits magnétiques se divisent en circuits mobile et immobile et servent à augmenter l'intensité du champ nagnétique du four. Les circuits mobiles servent au centrage diamétral et au serrage de l'inducteur 1. A la différence des circuits magnétiques immobiles 2, qui sont séparés de l'inducteur I par un entrefer, les circuits mobiles possèdent une couche d'isolation pour le serrage direct de l'inducteur I, disposée entre les circuits nagnetiques mobiles et l'inducteur 1. Pour le serrage de l'inducteur 1 dans la position verticale et pour la diminution de la vibration de ce dernier, il y a un anneau de voûte 4 et une sole 3 assemblés par des goujons 5. L'inducteur I du four est refroidi à l'eau, fabriqué en cuivre et a une section en forme de segment allongé. La température de l'eau de refroidissement dans l'inducteur 1 est maintenue entre 65 et 750C au maximum. La fusion du métal 6 s'effectue dans le creuset 7. Entre le creuset 7 et l'inducteur 1, on a placé un écran 8 résistant à la chaleur et conducteur de courant, en matériau à graphite, entourant toute la surface extérieure du creuset 7. Le métal 6 se trouvant dans le creuset 7 est mis à la terre par un moyen 9. Tous les éléments indiqués du four sont enfermés dans un corps 10. Pour le contrôle du degré usure, la paroi du creuset 7 est dotée d'un système de signalisation (figure 2) relié électriquement à l'écran 8. Dans le système est prévu un bloc de sécurité Il. Le bloc de contrôle et de mesure 12 du système comprend un. relais 13 sur lequel est branché en parallèle un voltmètre. Le relais 13 est réglé pour une tension donnée (déterminée d'après des fusions d'essai), à laquelle le four doit être débranché. Le bloc 14 comporte un stabilisateur et un pont de redressement. Le circuit de signalisation 15 comprend des éléments de signalisation (sonore et lumineuse) 16, 17. Le four est fermé par un couvercle 18. L'eau est amenée à l'inducteur 1 par un tube 19. Avant de procéder au travail, on place dans le corps 10 du four l'ensemble composé de l'inducteur 1, de la sole 3, de l'anneau de volte 4, des circuits magnétiques 2 et serré suivant son périmètre par les gouJons 5, et on le serre à l'aide de bullons (non représentés sur la figure 1) pour éviter la vibration de l'inducteur 1. Ensuite on met en place l'écran 8 résistant à la chaleur et conducteur de courant, exécuté en matériau de graphite d'une épaisseur maximale de 1,5 mm, entouré de deux côtés d'une matière thermo-isolante (tissu en amiante). En qualité de matériau & graphite on peut utiliser du papier de graphite ou du tissu de graphite, qu'il est possible d'imprégner de résines thermodurcissables contenant du bore amorphe. Cette imprégnation sert à augmenter la résistance des matériaux de graphite au milieu oxydant. La mise en place de l'écran 8 s'effectue de la manière suivante. Sur la surface intérieure de l'inducteur 1 est collé, à l'aide d'un vernis aux silicones, un matériau isolant (non représenté sur les figures ), par exemple du tissu de verre, de la micanite, qu'on sèche ensuite à t = 160-180 C (en fonction du vernis aux silicones choisi). Sur le matériau isolant est monté l'écran 8, qu'on branche sur ledit système de signalisation du degré de détérioration du creuset 7. Après le montage de l'écran 8, on effectue le garnissage du four, à la fin duquel le four doit être mis au frittage. Le frittage du four se fait à l'aide de la chaleur produite par le champ magnétique de l'inducteur 1, selon un régime préterminé. Au cours du frittage du creuset 7 et de l'évacuation de l'humidité de celui-ci, le voltmètre du bloc de contrôle et de mesure 12 indique l'augmentation de la tension entre le métal 6 et l'écran 8, grace à l'âccroissement de la résistance du matériau de rev8tement du creuset 7. Après l'élimination de l'humidité du matériau de revêtement du creuset 7, sa résistance est maximale et la tension enregistrée cesse de s'accroitre, en prenant sa valeur optimale. Lors de l'exploitation du four les parois du creuset 7 s'usent, ce qui entrasse la diminution de la résistance électrique du creuset 7 et l'accroissement du potentiel électrique entre l'écran 8 et le métal liquide 6, indiquée par le voltmètre du bloc 12. Les parois du creuset 7 s'rusent d'une manière plus intense dans leur partie médiane et plus haut, où le déplacement du métal 6 est plus intense et le métal 6 possède une température p'- us haute. Quand une tension prédéterminée est atteinte, le relais 13 fonctionne (figure 2)et, à l'aide de ses contacts normalement ouverts 20, applique la tension à la bobine du relais 21, dont les contacts 22, 23, 24 normalement ouverts se ferment et mettent en action les éléments de signalisation 16, 17 du circuit de signalisation 15. Le four se débranche et on effectue un nouveau garnissage du four. L'emploi de l'écran 8 résistant à la chaleur et conducteur de courant permet de régler le relais 13 qspeut8tre réglé jusqu'au contact complet du métal liquide 6 avec l'écran 8 résistant à la chaleur et conducteur de courant, ce qui permet d'utiliser à 10046 le creuset 7. Ayant atteint l'écran 8, le métal liquide s'arrte et se solidifie sans atteindre la surface de l'inducteur 1. Le voltmètre du bloc 12 indique une tension nulle, le métal 6 est évacué du creuset 7 et la situation de panne se trouve ainsi éliminée. Bien entendu, l'invention n'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 constituant 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 des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Four à induction comportant un creuset destiné à la fusion du métal et disposé à l'intérieur d1un inducteur, et un écran résistant à la chaleur et conducteur de courant, placé entre le creuset et l'inducteur et doté d'un système de signalisation du degré d'usure de la paroi du creuset, caractérisé en ce que écran est formé esentiellement par une paroi complète en matériau à carbone d'une épaisseur maximale de 1,5 inca, et qu'il entoure toute la surface extérieure du creuset. 2. Four à induction conforme à la revendication 1, caractérisé en ce quTen qualité de matériau à carbone pour la fabrication de l'écran on utilise un tissu de graphite. 3. Four à induction conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'en qualité de matériau à carbone pour la fabrication de écran on utilise du papier de graphite. 4. Four à induction conforme à l'une des revendications 1 2 et 3, caractérisé en ce que le matériau à carbone de l'écran est imprégné de résines thermodurcissables contenant du bore amorphe.