Brevet FR2461426A1 — publié le 19810130

La présente invention concerne un dispositif de chauffage par induction électrcmagnétique'de produits loxigs et minces en- défilement continugen particulier de produits métalliques.min- ces en bande, tels que les tôles et les feuillards. On sait que le chauffage par induction de produits mé- talliques est déjà largement utilisé industriellement. Toutefois, il est limité aux produits de taille modes- te ne dépassant pas les dimensions des billettes d'acier et réservé au traitement discontinu de pièces isolées. Les produits longs et minces tels que les tôles sont généralement chauffées en continu dans des fours à fuel ou à gaz. La constante de temps de chauffage impose souvent une durée de passage dans le four assez longue et donc une gran- de longueur à l'intérieur du four ce qui en augmente notoire- ment les dimensions. La nécessité d'une vitesse de traversée régulière im- pose de prévoir des dispositifs permettant un processus continu tels que des magasins de bande, qui, eux aussi, con- tribuent à accroire les dimensions de l'équipement d'ensemble. Par ailleurs, le rendement énergétique de ces fours est quelquefois médiocre. Les dispositifs de chauffage à induction les plus cou- rants utilisent des inducteurs bobinés fixes engendrant des champs magnétiques variables qui consomment beaucoup d'éner- gie réactive et exigent donc, en égard aux puissances élevées mises en oeuvre, des dispositifs de compensation tels que des batteries de condensateurs. Les courants nécessaires entraînent également d'impor- tantes pertes supplémentaires par effet Joule qui dégradent sensiblement le rendement des installations et compromettent donc leur rentabilité. La présente invention eni utilisant des champs magnéti- ques invariables déplacés mécaniquement réduit considérable- ment la consommation d'énergie réactive et améliore notable- ment le rendement. On a déjà proposé des dispositifs de chauffage à induc- tion utilisant des champs invariables mais ils n'étaient ni conçus, ni adaptés pour le chauffage des produits minces en continu. L'objet de l'invention est de réaliser le chauffage en continu par induction, notamment de tôles ou de feuillards, en appelant le minimum d'énergie réactive et avec un rende- ment-très supérieur au rendement des procédés existants. La présente invention en associant étroitement dans sa conception les organes de&chauffage et les organes de gui- dage et d'entraînement des produits à chauffer permet un chauffage rapide des produits longs et minces autorisant son insertion dans un processus continu rapide. Or la vitesse est un facteur important notamment pour le recuit des tôles et le dispositif selon l'invention permet d'obtenir une vitesse élevée car il dispose d'une puissance de chauffage très importante. Dans un mode d'exécution préférentiel de la présente invention, les produits métalliques longs et minces peuvent se déplacer à plat, soutenus, guidés et entraînés par des tambours à l'intérieur desquels des champs magnétiques inva- riables sont animés d'un mouvement de rotation autour de l'axe dudit tambour. Le champ magnétique invariable est produit par des ai- mants permanents ou des électro-aimants alimentés en continu. Le principe de déplacement de ce champ peut être de ty- pe hétéropolaireples aimants ou les électro-aimants étant dans ce cas entraînés en rotation, ou de type homopolaire, un ro- tor à réluctance variable placé dans le champ d'une bobine axiale étant alors entraîné en rotation. A titre d'exemple non limitatif, on peut utiliser un moteur électrique à vitesse fixe ou variable, entraînant un rotor sur lequel sont disposées une ou plusieurs paires d'aimants ou d'électro-aimants. Ce rotor tourne à l'intérieur d'un tambour composé d'un matériau isolant électriquement, réfractaire et assez mince pour réduire l'entrefer et qui lui est concentrique. Le produit métallique long et mince à chauffer s'en- roule sur la surface cylindrique extérieure du tambour en une seule spire et il est guidé à son entrée et à sa sortie par des galets-moteurs. Un avantage important de l'installation est de ne pas imposer l'occultation systématique des parois latérales du tambour de chauffage en continu permettant l'engagement et le dégagement du produit, des visites fréquentes et un en- tretien facile de l'installation ainsi qu'une ventilation axiale très efficace de l'intérieur du tambour. Il va de soi qu'on peut installer plusieurs unités de chauffage successives si les contraintes techniques de l'u- tilisateur l'imposent. L'invention n'est pas limitée au chauffage de produits métallurgiques mais peut permettre également de chauffer tout produit en bande, notamment du papier. Dans ce cas le chauf- fage est réalisé de manière indirecte, par l'intermédiaire d'un tambour métallique servant d'induit sur lequel s'enrou- le la bande de papier. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1, est une coupe transversale selon I-I de la figure 2 d'une unité de chauffage selon l'invention; la figure 2, est une vue en élévation, partiellement en coupe selôn11I-II de-la figure I de l'unité de chauffage selon l'invention; la figure 3, est une coupe transversale d'un disposi- tif selon l'invention comptant deux unités de chauffage asso- ciées. Comme représenté sur la figure 1, le produit long et mince 1 est guidé vers un tambour 2 de l'unité de chauffage par l'intermédiaire d'un galet 7 (et éventuellement d'autres galets non représentés) et guidé vers l'extérieur par l'in- termédiaire du galet 8 (et éventuellement d'autres galets non représentés). Il forme ainsi une boucle approximativement cir- culaire et se déplace dans le sens indiqué par les flèches sur la figure 1. 24-61426- Le tambour 2 est en matériau isolant électriquement, réfractaire et à bonne tenue mécaniquepar exemple en bé- ton,éventuellement armé et refroidi de façon convenable en ménageant des canaux selon des génératrices. Dans le mode de réalisation représenté, il est ceinturé d'une mince cou- ronne 3 en matériau à très bonne tenue mécanique, comme par exemple, de l'acier réfractaire. Cette couronne peut tourner autour de son axe. A l'intérieur du tambour 2 on dispose un rotor induc- teur 4.constitué par une succession de pôles aimantés, pa- rallèles aux génératrices du tambour 2, et disposé coaxiale- ment audit tambour. Les pôles de l'inducteur peuvent être constitués par des aimants permanents ou par des électro- aimants parcourus par un courant continu, de polarité al- ternée. Ce rotor 4 est entraîné en rotation par un moteur à vitesse fixe ou variable de manière à produire un déplace- ment relatif entre le produit à chauffer et le champ magné- tique invariable. Le nombre de pôles est à déterminer pour chaque ins- tallation en fonction des performances demandées. Dans un mode de réalisation non représenté il est pos- sible d'obtenir un déplacement des champs magnétiques inva- riables à l'aide d'une machine homopolaire, les pôles de l'inducteur ayant tous la même polarité, des moyens de pro- duction du champ étant prévus en dehors de la zone d'action - des pôles. Pour éviter les dispersions de flux magnétique, on dis- pose autour du tambour, et en ménageant un entrefer convena- ble, une culasse en matériau magnétique 5, éventuellement protégée thermiquement par un film réfractaire6. La culasse représentée sur les figures 1 et 2 est sensiblement cylin- drique, interrompue pour permettre le passage de la bande 1 et le logement des rouleaux de guidage 7 et 8. De façon avan- tageuse la culasse peut être en: tôle feuilletée. Pour refermer électriquement les boucles des courants in- duits dans le produit, et éviter une discontinuit4 brutale de chauf- fage à 1'entréeet àla sortie du dispositif, on peut également pré- voirun shunt électrique 9 en matériau électriquement bon cona teur. Sur la figure Ice shunt 9 est constitué par 2 galets reliés par une tige et prenant appui sur le produit respectivement à l'entrée et à la sortie du dispositif. Pour faciliter l'engagement du produit, son dégagement ainsi que pour équilibrer les tractions engendrées par les inducteurs tournant, on peut entraîner les galets 7 et 8 en rotation à l'aide de moteurs par exemple. On peut même pré- voir d'entraîner le tambour 2 par un moteur électrique qui en jouant le rôle de moteur-frein contribuera à équilibrer le couple d'entraînement engendré par le mouvement des inducteurs. La figure 2 montre les dispositifs d'entraînement des différents éléments du dispositif de chauffage. Le rotor inducteur 4, supporté par des paliers 22 et 23, et entraîné à vitesse fixe ou variable, par un moteur 21 est alimentéen courant continu par exemple parun système à bagues- balais 24 et diodes tournantes 25, (représenté schématique- ment sur la figure) alimenté en courant triphasé sur l'exem- ple représenté. On a également représenté sur la figure 2-un moteur 26 d'entraînement du galet 8 ainsi que le châssis métallique fixe 27 supportant le tambour par L'intermédiaire de paliers 28. Les flêches représentées montrent le sens de circula- tion du fluide de refroidissement du rotor et du tambour. Ce dispositif de chauffage est utilisé de façon avan- tageuse pour le chauffage de produits métallurgiques minces en bande. Dans ce cas c'est le produit lui-même qui sert d'induit. Il peut également être utilisé pour le chauffage de produits non métalliques, par exemple de papier. Dans ce cas il est indispensable de disposer sur le tambour 2 en matière réfractaire une ceinture métallique 3, par exemple en acier, qui sert d'induit et qui forme l'élément de chauf- fage proprement dit. Cette ceinture peut également être sous la forme d'un grillage métallique. La figure 3, représente un second mode de réalisation du dispositif selon la présente invention dans lequel on a associé deux unités de chauffage identiques pour un même r produit continu 1. Les deux unités sont disposés de manière à ce que la bande forme deux boucles symétriques par rapport à un axe central suivant une génératricede la bande et situé approximativement sur le trajet de celle-ci. Le dispositifccomportedonc deux tambours 2 dans les- quels tournent des inducteurs 4, la bande 1 passant succes- sivement autour de chacun des tambours en suivant un trajet sensiblement en forme de 8. On remarquera les avantages de cet agencement et, en particulier, sa compacité, la présence de deux galets d'en- trainement 7 et 8 seulement et la possibilité de travailler avec des tractions d'entrée et de sortie très réduites. En effet, dans la disposition représentée, les inducteurs tour- nant dans le même sens et étant opposés, les couples d'en- trainement qu'ils imposent à la bande se compensent. Dans le cas o le dispositif est utilisé pour le recuit de tôles il peut être particulièrement intéressant d'imposer une Certaine traction à la tôle pendant le recuit de manière à éliminer les contraintes de laminage. Pour cela on règle les vitesses des deux moteurs d'entraînement des inducteurs de manière à ce qu'elles soient légèrement différentes. Le déplacement de la bande à une vitesse voulue peut alors être provoqué par une légère dissymétrie dans les vi- tesses de rotation des deux inducteurs. Comme précédemment un shunt électrique 9, constitué par des galets conducteurs, assure la fermeture des boucles de courants induits dans les spires du produit et une culasse 5 en matériaumagnétique entourant les tambours 2 évite les dispersions de flux magnétique. Il est possible de remplacer le tambour'en matière ré- fractairé par un tambour en métal amagnétique constitué par un empilage de disques collés ou assemblés de toute manière connue. Ce tambour amagnétique estdonc perméable au flux, mais sa cons- titution empêche la fermeture des courants induits. Il peut éventuellement être recouvert d'une couche isolante thermique- ment. Il va de soi que la présente invention n'a été dé- crite qu'à titre explicatifs mais nullement limitatif et que de nombreuses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Dispositif de chauffage par induction d'un produit en bande en défilemant continucomprenantun inducteurmagnétique produisant des champs magnétiques invariables, un élément métallique d'induit, et un dispositif destiné à produire un déplacement relatif entre l'inducteur et l'élément d'in- duit, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'amenée, de support et de guidage de la bande de manière à former à l'intérieur du dispositif au moins une boucle sensiblement circulaire, l'inducteur comportant plusieurs pôles aimantés parallèles aux génératrices de ladite boucle et disposés autour d'un axe situé approximativement au cen- tre de celle-ci, le dispositif destiné à produire le dé- placement relatif étant constitué par un organe d'entraI- nement en rotation de l'inducteur, le dispositif compor- tant également des moyens destinés à assurer le retour du flux autour de la boucle. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément d'induit est constitué par le produit en bande qui est un produit métallurgique. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément d'induit est un tambour métallique creux entourant l'inducteur et sur lequel s'enroule le produit en bande. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le produit en bande est du papier. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que les pôles de l'inducteur sont des aimants permanents de polarité alternée. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que les pôles de l'induc- teur sont des électro-aimants de polarité alternée par- courus par un courant continu. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que les pôles de l'induc- teur ont tous la même polarité, des moyens de production du champ étant situés en dehors de la zone d'action des pôles. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens d'amenée et de guidage comportent des rouleaux dont certains au moins sont munis d'un dispositif d'entraînement.mécanique. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens de support de la bande comportent un tambour réfractaire creux, mobile au- tour de son axesentourant l'inducteur, servant de support à la bou- cle, et formapt barrière thermique entre la boucle de 1'inducteur. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le tambour réfractaire est entraîné par un mo- teur servant de frein. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 10, caractérisé en ce que les moyens destinés a assurer le retour du flux sont constitués par une culasse cylindrique externe en tôle feuilletée, interrompue pour permettre le passage de la bande et le logement de rouleaux de guidage. 12. Dispositif de chauffage par induction en continu d'un produit en bande, caractérisé en ce qu'il comporte deux dispositifs selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, disposés symétriquement de manière à ce que la bande suive un trajet sensiblement en forme de 8, les deux inducteurs tournant dans le même sens. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les inducteurs sont entraînés en rotation à des vitesses légèrement différentes.