Brevet FR2474670A1 — publié le 19810731

La présente invention se rapporte à un procédé et à un appareil pour chauffer des plaques métalliques en fer ou non telles que des plaques d'acier, des brames, des lingots ou produits semblables pour maintenir leur température de coulée pendant leur transport et les attentes en cours de traitement. Au cours de la fabrication des produits en fer et en acier, par exemple des plaques d'acier obtenues en continu dans des installations de coulée sont fournies à une température moyenne supérieure à 1 000 C immédia- tement après leur coulée. La température des plaques d'acier chaudes chute toutefois rapidement par dissipation de chaleur avant qu'elles ne puissent être transportées vers le prochain poste de traitement, ce qui entraine la nécessité de les réchauffer dans un four avant le laminage ou autre traitement. La puissance nécessaire au réchauffement des plaques métalliques particulièrement refroidies est généralement de l'ordre de 836 000 à 1 254 000 kJ par tonne. Il s'ensuit que si la température des plaques pouvait être maintenue effectivement à une température suffisamment élevée entre les phases de traitement il serait possible d'éliminer complètement l'étape de réchauffage avant laminage et d'économiser ainsi presque 836 000 kJ par. tonne ou plus. La présente invention a pour but de réduire et de compenser la dissipation de chaleur des plaques métalliques pendant qu'elles sont en attente d'un traitement ou pendant qu'elles sont transportées vers un poste de traitement ultérieur de la fabrication de produits en fer ou en acier par exemple. Un autre but de l'invention consiste à réduire la puissance nécessaire au réchauffage des plaques métalliques avant de les envoyer dans un autre poste de traitement. La présente invention permet d'atteindre ces buts en plaçant les plaques métalliques dans une enceinte thermique isolante, en plaçant une bobine autour de l'enceinte et en alimentant cette bobine en courant alternatif pour produire un chauffage par induction localisé dans les plaques métalliques aux endroits de leur surface relativement froide. L'alimentation en courant peut être montée sur un véhicule mobile sur lequel les plaques métalliques peuvent être empilées et chauffées de manière à maintenir leur température au cours du transport. D'autres buts et caractéristiques de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier donné à titre nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en perspective de plaques métalliques non recouvertes empilées en couches, et - la figure 2 est une vue semblable en perspective représentant schématiquement un mode de réalisation de l'appareil conforme à l'invention. Comme on peut le voir sur la figure 1, des plaques métalliques chauffées t produites en continu par une unité de coulée sont empilées en couches pendant une période d'attente avant d'être soumises à un traitement ultérieur. Si on laisse les plaques métalliques t empilées dans l'état où elles se trouvent à l'air libre, leur température chute en raison de la dissipation normale de la chaleur à partir de la surface 2 des plaques à une vitesse d'environ 20 watts par cm de surface lorsque la température des plaques est supérieure à - 0000. Si toutefois les plaques sont enfermées à l'ln- térieur d'une matière thermiquement isolante par exemple une plaque en fibre de céramique ayant une épaisseur d'environ 10 cm, la dissipation de chaleur se trouve réduite à environ 2 watts par cm2 de surface. En supposant que la hauteur des plaques empilées soit de 2 m, que la largeur soit de 2 m et que la longueur soit de 7 rn, par exemple, la perte totale due à la dissipation de chaleur est donnée par l'équation suivante 2 (W/cm2) x 640 000 (cm2) = t 280 kW ...(1) Il s'ensuit que si on laisse pendant 2 heures les plaques métalliques recouvertes, 2 560 kw/h d'énergie électrique ou environ 9.196 001) kJ seront perdus. Comme les plaques métalliques se refroidissent de la périphérie vers l'intérieur, la température du sommet et du fond des plaques métalliques devient inférieure à celle des zones intermédiaires, la chute de température des plaques pouvant atteindre environ 500 C. Lorsque les plaques métalliques sont réchauffées dans un four en vue de leur traitement ultérieur, il faut utiliser une grande quantité d'énergie, au moins 836 000 kJ par tonne cu fait que certaines plaques doivent etre réchauffées à plus de t OOO0C. Sur la figure 2, on a représenté un mode de réalisation de l'invention dans lequel plusieurs plaques métalliques t sont enfermées à l'intérieur d'une enceinte isolante thermique 2 constituée en une substance fibreuse réfractaire telle que de la fibre de céramique. Une bobine chauffante 3 dont l'axe est orienté suivant le sens d'empilement des couches de plaques entoure l'enceinte 2 et les plaques métalliques t. On alimente la bobine en courant alternatif à partir d'une source de courant 4 fournissant du courant alternatif., et un condensateur 5 est relié entre la source de puissance de façon courante pour fournir une puissance de compensation. La source de courant et le condensateur peuvent etre montés sur le plancher d'un véhicule 7 mobile construit pour supporter le poids de la pile de plaques métalliques, de telle sorte que la température de traitement nécessaire est maintenue convenablement pendant le transport vers le prochain poste de traitement, de façon typique vers un laminoir. Grâce à cet agencement, le fond de l'enceinte 2 peut etre installé séparément sur le plancher du véhicule et les plaques métalliques peuvent etre déposées directement dessus après leur coulée. Gr ce à ce montage, on induit un courant alternatif dans les plaques métalliques qui -psoduit un débit de courant 6. En conséquence, les plaques -métal- liques sont chauffées par effet Joule, ce qui compense l'énergie perdue par la dissipation chaleur. La profondeur efficace de la pénétration du courant depuis la surface plate d'une telle plaque métallique est définie par I'équation suivante dans laquelle 1 est la profondeur efficace de pénétration du courant depuis la surface d'une plaque (cm), P est la résistivité électrique (cncm),y est la perméabilité magnétique efficace, et f est la fréquence de la source de courant (Hz). Comme cela ressort de l'équation (2), il est possible d'obtenir une température modèle désirée qui compense la perte de chaleur des plaques métalliques due à la dissipation de chaleur depuis leur surface en choisissant approximativement la fréquence de la source de courant 4 en agissant sur. un sélecteur 8. En d'autres termes, en déterminant le modèle de répartition de température à l'intérieur des plaques métalliques empilées pendant le refroidissement du à la dissipation de la chaleur, paT exemple par des techniques aux infra-rouges, la fréquence de la source de courant peut être choisie convenablement de façon à fournir une profondeur désirée de la pénétration de courant ou de la chaleur induction pour maintenir ou rétablir la température de traitement nécessaire et fournir un gradient thermique régulier en compensant ainsi précisément le refroidissement par dissipation de chaleur sans gaspillage d'énergie. Par exemple, en supposant que la période de maintien des plaques métalliques dans l'enceinte isolante 2 soit de deux heures et l'efficacité de l'installation de chauffage par induction soit de 50 % l'énergie totale nécessaire au maintien de la température des plaques métalliques au-dessus de 1 0000C est de 18 392 000 kJ. En conséquence, si le poids total des plaques métalliques accumulées est de 200 tonnes, l'énergie nécessaire par tonne est de 91 960 kJ. Cette invention rend ainsi possible une économie d'énergie d'environ 752 400 kJ par tonne en comparaison de ce qui se produit dans le cas du procédé de réchauffage utilisé jusqu 'à présent. REVENDICATIONS t. Procédé pour maintenir la température de plaques métalliques chaudes à un niveau désiré pendant les attentes en cours de traitement caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à a) empiler les plaques métalliques l'une au dessus de l'autre, b) introduire la pile des plaques métalliques dans une enceinte thermiquement isolante, c) enrouler une bobine de chauffage par induc tion autour de l'enceinte, et d) fournir un courant. alternatif à la.bobine pour produire un courant alternatif dans les plaques métalliques de telle sorte que les plaques métalliques soient chauffées par induction de façon à compenser les pertes de chaleur par dissipation et main tenir ainsi les plaques métalliques à la température de traitement désirée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plaques métalliques sont planes et empilées en couches et la bobine est entourée en ayant son axe perpendiculaire au plan des couches. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on choisit la fréquence du courant alternatif d'alimentation de façon à obtenir une profondeur désirée de pénétration du courant induit pour chauffer la pile de façon suffisante pour refroidir ces surfaces externes et juste pour éviter les pertes de chaleur par dissipation. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les plaques métalliques sont empilées et isolées thermiquement dans une enceinte et une source de courant alternatif est montée sur le plancher d'un véhicule 5. Appareil de maintien de la température de plaques (t) métalliques chaudes à un niveau souhaité pendant le transport et les attentes en cours de traitement, caractérise n ce qu'il est constitué a) d'un véhicule mobile (7) prévu pour sup porter le poids d'une pile de plusieurs plaques métalliques, b) d'une source de courant alternatif (4) montée sur le véhicule, c) d'une enceinte isolante thermique (2) ayant une forme lui permettant d'entourer com plétement une pile de plaques métalliques placée sur le véhicule, et d) d'une bobine de chauffage à induction (3) enroulée autour de l'enceinte et reliée à la source de courant. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le véhicule est un support comportant des roues, la source de courant est constituée par un générateur de courant alternatif et un condensateur (5). compensant le facteur de puissance relié en parallèle avec ce générateur, les plaques métalliques sont planes et sont empilées en couche, et la bobine est enroulée en ayant son axe perpendiculaire au plan des couches. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'enceinte comprend un fond séparé monté sur le plancher du véhicule et le générateur fonctionne à fréquence variable.