Brevet FR2475203A1 — publié le 19810807

La présente invention est relative à un procédé et à un dispositif de chauffage d'un produit métallurgique par conduction électrique, c'est-8-dire par effet Joule direct. Elle vise plus particulièrement,mais non exclusivement, le chauffage des produits allongés tels que les lopins, les billettes,les barres,les blooms, etc On sait que certains traitements de transformation de produits métallurgiques, consistant à appliquer à ces produits de fortes pressions pour les déformer de façon importante, comme c'est par exmeple le cas du laminage, nécessitent que l'on porte au préalable ces produits à une température à laquelle le métal se trouve à l'état semi-p teux; ainsi, avant un laminage, on porte les produits en acier à une température uniforme d'environ32500C l'acier présentant des propriétés de plasticité intéressantes aux environs de 11000C. Selon un procédé connu, appliqué notamment aux produits allongés, on pratique ce chauffage par effet Joule direct, en provoquant la circulation d'un courant électrique dans le produit. A cet effet, le produit est pris entre mors sous faible tension, donc soumis à de fortes intensités, et ceci d'autant plus que l'impédance du produit est faible. Ces fortes intensités, par exemple de 15 ampères par mm2, imposent la prise de précautions au niveau des contacts; en outre,elles nécessitent le choix d'un transformateur d'alimentation en électricité largement dimen sionné, et même surdimensionné, compte tenu de ce que les câbles d'amenée de courant forment avec le lopin une boucle dont l'impédance, fonction de l'aire formée, n'est pas négligeable, ce qui conduit à un rendement médiocre. En outre, la résistance électrique de la charge du transformateur, notamment constituee par le produit, variant en fonction de la température, il est nécessaire de prévoir un système de régulation élaboré. Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients et, à cet effet, l'invention propose de chauffer plusieurs produits smultanément en les faisant défiler sur plusieurs postes de chauffage montés en série, dont chacun leur impose une montée en température--jusqu'à ce qu'ils aient atteint une température voulue. Une telle méthode se révèle avantageux par rapport à la méthode connue et évoquée plus haut. En effet, la résistance électrique globale de la charge, c'est-a-dire des produits à chauffer placés en série, varie beaucoup moins dans le temps puisque la variation de température d'un produit au niveau de chaque poste, entraînant une variation de sa résistance, est beaucoup plus faible que lorsqu'un produit subit la totalité du chauffage sur un même poste; la régulation peut ainsi être simplifiée. En outre, l'intensité appelée est plus faible, surtout à la mise sous tension, ce qui permet d'utiliser un transformateur plus faiblement dimensionné, et ceci avec un meilleur rendement puisque la résistance utile (c'està-dire la somme des résistances des produits placés en série) est plus importante par rapport à l'impédance globale du circuit de chauffage vu du secondaire du transformateur, et qu'il est possible d'utiliser des câbles d'alimentation électrique plus courts, c'est-à-dire d'im pédance plus faible7 dans la mesure où il est possible de placer les différents postes de travail dans des positions relatives telles que les bornes d'alimentation en électricité soient voisines. Le procédé selon l'invention, pour le chauffage, par conduction électrique, d'un produit métallurgique allongé tel qu'un lopin, une billette,une barre, un bloom, consistant à faire circuler un courant électrique dans le produit pour le porter d'une température initiale à une température finale, est caractérisé en ce que l'on.pra tique le chauffage en plusieurs temps enchainés, correspondant respectivement à des montées de température successives du produit, en plaçant en série des produits subissant respectivement les différents temps de chauffage et en faisant circuler le courant électrique dans l'ensemble des produits ainsi placés en série. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-dessous, relative à un mode de mise en oeuvre limitatif, ainsi que des dessins annexés qui font partie intégrante de cette description. La figure 1 montre une vue schematique, en per spective, d'un dispositif de chauffage de deux lopins en série mettant en oeuvre l'invention. La figure 2 montre une vue schématique,en bout, d'une installation mettant en oeuvre un tel dispositif. La figure 3 est un graphique indiquant l'evolu- tion dans le temps de la température des deux lopins alimentés en serie en électricité. La figure 4 indique l'évolution dans le temps de la tension aux bornes du secondaire du transformateur d'alimentation des lopins, et de l'intensité du courant circulant dans le circuit secondaire du transformateur et dans les lopins. Le dispositif a été représenté de façon schématique aux figures 1 et 2,dans la mesure où il peut être réalisé à partir des mêmes éléments que le dispositif de chauffage des produits un à un évoqué plus haut, déjà connu d-i'Homme de l'Art. On a représenté aux figures 1 et 2 quatre mors ou couteaux, respectivement 1 à 4, dont chacun est propre à recevoir respectivement une zone d'extrémité de l'un des lopins 5 et 6 à chauffer par effet Joule. Chacun de ces couteaux ou mors 1 à 4 est au moins partiellement conducteur de ltelectríciteles deux couteaux ou mors 2 et 3, disposés côte à côte, sont reliés entre eux par un câble ou autre conducteur électrique 7, aussi court que possible-, de façon a assurer une liaison élec- trique entre les extrémités correspondantes des lopins 5 et 6;les deux autres couteaux ou mors, 1- et 4, définissent des bornes dont chacune est reliée'à l'une des bornes, respectivement 8 et 9, du circuit secondaire 10 d'un transformateur électrique 11 dont le primaire est relié à une source d'électricité non représentée; comme les couteaux ou mors 2 et 3, les couteaux ou mors 1 et sont voisins, de façon d'une part à raccourcir au maximum les liaisons avec le secondaire 10 du transformateur, et d'autre part à orienter les lopins 5 et 6 parallèlement entre eux lorsque le premier est maintenu par les couteaux ou mors 1 et 2 et le second par les couteaux ou mors 3- et 4. A coté-du poste de chauffage 12 défini par les mors 3 et 4 sont disposés des moyens 13 d'alimentation de ce poste 12 en lopins à la tempérautre ambiante, par exemple de l'ordre de 200C, ou à toute autre. température initiale. , et à côté du deuxième.poste de chauffage 14 défini par les mors 1 et 2 sont disposés des moyens d'évacuation 15 des lopins chauffés à la température finale qui est, par exemple, de l'ordre de 12500C. Des moyens appropries, connus en eux-mEmes et non représentés, sont prévus pour amener'à volonté, simultanément, du poste 14 aux moyens d'évacuation 15 un lopin ayant atteint la température finale désirée après passage aux postes 12 et 14, du poste 12 au poste 14 un lopin ayant subi un premier temps de chauffage au niveau du poste 12, et amené de ce fait de la température initiale à une température intermédiaire, et des moyens d'alimentationl3 au poste 12 un nouveau lopin à la température initiale. Avantageusement, notamment- lorsque l'on utilise à cet effet un pas de pélerin, les moyens d'alimentation 1 et les moyens d'évacuation 15 présentent respectivement un poste d'alimentation 16 occupant par rapport au piste 12 une position identique à celle qu'occupe ce poste 12 par rapport au poste 14, et un poste 17 de dépôt des lopins chauffés occupant par rapport au poste 14 la même position que ce poste 14 par rapport au poste 12; le passage des lopins d'un poste à l'autre a été schématisé par des flèches à la figure 2. Si l'on excepte le démarrage de l'installation, celle-ci fonctionne en enchainant en continu les phases suivantes. Au cours d'une première phase, le dispositif d'entralnement des lopins, tel qu'un pas de pélerin, amène en une opération du poste 14 au poste 17 un lopin 18 ayant atteint la température finale désirée, par exemple de l'ordre de 12500C, du poste 12 au poste 14 un lopin 5 ayant atteint au poste 12 la température intermédiaire dont le choix sera défini plus loin, et du poste 16 au poste 12 un lopin 6 à la température initiale, par exemple de l'ordre de 200C. Dans une deuxième phase, les mors ou couteaux 1 à 4 se ferment, et un courant d'intensité instantanée I(t) parcourt le circuit fermé formé par le secondaire 10 du transformateur 11, le lopin 5, le câble 7 et le lopin 6; la tension instantanée entre les bornes 9 du secondaire 10 du transformateur 11 est alors U(t). I1 en résulte pour les lopins 5 et 6 un chauffage par effet Joule direct, cette phase correspondant pour le lopin 6 à un premier temps de chauffage destiné à le porter de la température initiale à la température intermédiaire, et pour le lopin 5 à un deuxième temps de chauffage le portant de cette température intermédiaire à la température finale desirée. La température intermédiaire est choisie telle que, compte tenu des températures respectivement initiale et finale et des conditions dans lesquelles s'effectue le chauffage, le temps nécessaire pour amener un lopin de la température initiale à cette température intermédiaire soit égal au temps nécessaire pour amener un lopin identique de la température intermédiaire à la température finale désirée. Ainsi, lorsque le lopin 5 atteint la température finale désirée, le lopin 6 atteint une température intermédiaire telle que, après un deuxième temps de chauffage supplémentaire de même durée, il atteigne lui aussi la température finale désirée. Ainsi, lorsque le lopin 5 atteint la température- finale désirée7 les mors ou couteaux 1 à 4 dégagent les lopins 5 et 6 et les moyens d'entrainement tels qu'un pas de pélerin déplacent simultanément le lopin 5 jusqu'au poste 17, le lopin 6 jusqu'au poste 14, et un lopin 19 à la température initiale du poste 16 au poste 12. Les mors ou couteaux 1 à 4 se referment alors sur les extrémités correspondantes du lopin 6 (au poste 14) etc 19 (au poste 12), ce qui entraine une circulation de courant et un chauffage dans les mêmes conditions que précédemment, pendant un temps identique au cours duquel le lopin 6 est porté à la température finale désiré et le lopin 19 à la température intermédiaire propre à permettre son passage à la température finale requise après le nouveau temps de chauffage de durée identique. Les mors ou couteaux 1 à 4 sont alors ouverts pour dégager les lopins, puis les moyens d'entrainement amènent le lopin 6 au poste 17, le lopin 19 au poste 14, au poste 12 un lopin à chauffer 20 ayant succédé au lopin 19 au poste 16, puis les mors ou couteaux se referment pour poursuivre le cycle. Les figures 3 et 4 donnent les résultats d'essais pratiqués sur des lopins de diamètre 30 mu, de longueur 580mm, de qualité 40 S 6, alimentés en série par deux sur un dispositif tel qu'illustré aux figures 1 et 2. I1 ressort de la figure 3 que, pour assurer un défilement continu régulier de lopins sur le dispositif, pour une température initiale de 200C et une température finale de 12500C, le transfert du poste 12 au poste 14 doit s'effectuer à une température intermédiaire de 6400C, au bout de 88 secondes, ce temps correspondant au passage de l'un des lopins de la température initiale de 200C à la température intermédiaire de 6400C et au passage du second lopin de cette température intermédiaire à la température finale de 12500C. Ces temps et températures sont naturellement donnés à titre d'exemple non limitatif, mais il est nécessaire de respecter de façon précise une température inter médiaire propre à être atteinte à partir de la température initiale au bout d'un temps identique au temps de chauffage nécessaire pour atteindre la température finale à partir de cette température intermédiaire, si l'on veut éviter de désaccorder les deux lopins en chauffage; éventuellement, il doit être tenu compte de ce que la température du lopin peut chuter de quelques degrés lors de son passage du poste 12 au poste 14, ce qui signifie en d'autres termes que la température atteinte par un lopin à la fin de sa première phase de chauffage doit être telle qu'elle soit atteinte après un temps identique à celui pendant lequel il est nécessaire de chauffer ensuite le lopin pour l'amener,d'une température légèrement inférieurerà la température finale désirée. L'Homme de l'Art déterminera aisémentla température intermédiaire recherchée, c'est-à-dire la températuredu lopin à la fin de la première phase de chauffage, ten se basant sur une approximation de cette température et en pratiquant des essais prenant cette température approximée en considération, afin d'en déduire les courbes de l'évolution dans le temps de la température de deux lopins chauffés en sériedans des conditions aussi proches que possible des conditions optimales; de ces courbes se déduisent d'une part la température intermédiaire et d'autre part le temps de chauffage correspondant. La figure 4 indique l'évolution de la tension U(t) et du courant 1(t)-au cours d'un essai pratiqué dans les conditions d'élevatxon de température représentées à la figure 3. I1 ressort de l'examen de ces courbes qu'après une phase d'amorçage, l'intensité du courant circulant dans les deux lopins branchés en série est sensiblement constante, en pratique de l'ordre de 5000 ampères lprs de l'essai pratiqué, et que la tension U(t) varve peu, croissant régulièrement de 12 à 14 volts au cours de cet essai; naturellement, ces chiffres sont -donnés -à titre d'exemple non limitatif. Des calcu-ls-théoriques ont permis d'établir une comparaison entre le chauffage individuel d'un lopin par effet Joule direct, et le chauffage de deux lopins alimentés en série selon l'invention. Ces calculs , établis en fonction d'une température initiale de 200C et d'une température finale de 12500C, ont établi que la résistance finale du lopin était 7,7 fois plus grande que sa résistance;initiale lorsqu'il était chauffé à état individuel, alors que la résistance d'un lopin à la température finale ajoutée -à celle d'un lopin à la- température intermédiaire était de l'ordre de 2,6 fois la résistance d'un lopin à'la température intermédiaire ajoutée à la résistance d'un lopin à la température initiale, la résistance totale des deux lopins en série étant en outre toujours supérieure à celle du lopin individuel. Ces calculs ont également montré que lå densité moyenne du courant pour amener un lopin individuel- de 20 à 12500C en 90- secondes était plus élevée de 25 % que la densité moyenne nécessaire à un chauffage de deux lopins alimentés en série pendant deux phases dont chacune durait 90 secondes, ce qui correspond également à la mise a disposition d'un lopin à 12500C toutes les 90 secondes. I1 est également apparu que, si la puissance électrique nécessaire au début d'une phase de chauffage était sensiblement voisine lorsqu'on chauffe un lopin individuel et lorsqu'on chauffe deux lopins alimentés en série, dont l'un est à la température initiale et l'autre à la température intermédiaire, la puissance nécessaire à la fin d'une phase de chauffage, c'est-à-dire dans l'un et l'autre cas après 90 secondes, n'était que d'environ 2 fois 1/2 la puissance initiale requise dans le deuxième cas alors qu'elle était de l'ordre de 8 fois cette puissance initiale dans le premier, compte tenu d'une réduction de la résistance des câbles de liaison, du fait de la réduction de leur longueur, dans le deuxieme cas. I1 est enfin apparu que les tensions aux bornes de sortie du circuit secondaire du transformateur étaient voisines dans un cas et dans l'autre. Ces chiffres, donnés à titre d'exemple non limitatif, permettent de confirmer que les buts énoncés en préambule sont atteints. Naturellement, l'installation mettant en oeuvre la présente invention peut présenter toute disposition pratique tendant à améliorer sa sécurité de fonctionnement, son rendement, et sa facilité d'adaptation à des produits à traiter présentant des formes et des caractéristiques physiques différentes. Avantageusement, la tension aux bornes du primaire du transformateur d'alimentation sera régulée par un système variateur par exemple à thyristor , avec limi-tation en courant et mise sous tension progressive en une ou deux secondes;pour éviter des amorçages à la mise sous tension,en raison du passage d'une forte tensité de courant aux points de contact entre les mors ou couteaux et les produits à chauffer, il sera préférable d'effectuer un chauffage à courant constant. Le transformateur d'alimentation devra en outre pouvoir s'adapter à des produits de résistivité initiale et de longueur différentes,compte tenu des pertes dans les câbles d'amenée de courant. Ainsi, dans le cas d'une chauffage de lopins du type illustré aux figures 1 et 2, la résistivité des produits froids pouvant varier de 20 à 80 microfl centimètres et leur longueur de 20 à 60 centimètres, la tension à appliquer aux bornes des produits devra être variable d'un facteur 10; en prenant en considération les pertes dans les câbles d'amenée de courant, le transformateur devra posséder 8 à 10 rapports pour faire varier la tension secondaire de 5 à 15 volts. Naturellement, ces chiffres sont donnés à titre d'exemple non limitatif, puisqu'ils sont étroitement liés à la nature des produits que l'installation est destiné a chauffer7 au mode de réalisation de cette installation, etc ... On notera que, bien que l'on ait décrit un chauffage simultané de deux lopins alimentés en série, solution déjà avantageuse par rapport au chauffage indivi duel des lopins, on pourra encore améliorer les résultats en chauffant en série un nombre supérieur de lopins ou autresproduits;on pratiquera alors le chauffage d'un produit - en plusieurs temps enchaînés1 correspondant respectivement à des montees en température successives de ce produit, en plaçant en série des produits subissant res- pectivement les différents temps de chauffage et en faisant circuler un courant électrique dans l'ensemble des produits ainsi placés en série; avantageusement, on prévoira à cet effet autant de postes de chauffage juxtaposés su'il y a de temps enchainés, et des moyens pour amener successivement chaque produit d'un poste d'alimentation à température initiale à un poste d'évacuation à température finale recherchée, en passant successivement par chacun des postes de chauffage; les températures inter médiaires entre la température initiale et la température finale, auxquelles les différents postes de chauffage porteront successivement des produits, seront de préférence choisies telles que le temps de séjour des produits sur les différents postes soit identique. Selon une autre variante de mise en oeuvre de l'invention, les différents postes de chauffage branchés en série pourront naturellement occuper des positions autres que juxtaposés parallèlement. REVENDICATIONS 1. - Procédé de chauffage, par conduction électrique, d'un produit me'tallurgique notamment allongé tel qu'un lopin, une billette, une Marre, un bloom, consistant à faire circuler un courant électrique dans le produit pour le porter d'une température initiale à une température finale, caractérisé en ce que-l'ón pratique le chauffage en plusieurs temps enchaînés, correspondant respectivement à des montées en température successives du produit, en plaçant en série des produits subissant respectivement les différents temps de chauffage et en faisant circuler un courant électrique dans -ln'ensemble des produits ainsi placés en série électrique.. 2. - Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que I'on pratique le chauffage en deux temps enchaînes, au cours desquels on porte successivement un produit de la température initiale à la température intermédiaire et de la température intermédiaire à la tempéra- ture finale, en plaçant en série un produit subissant le premier temps de chauffage et un produit subissant le deuxième temps de chauffage et en faisant circuler le meme courant électrique dans les deux produits ainsi places en série. 3. - Procédé selon l'une guelconque'des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on choisit la valeur des montées en températures successives du produit de telle sorte que les temps de chauffage du produit correspondant respectivement à ces différèntes montées en température soient identiques. 4. - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on pratique les differents temps de chauffage d'un produit en plaçant ce produit successivement sur différents postes de chauffage branchés en série, et en ce que, lorsqu1un produit a atteint ia température finale sur le poste correspondant, on dégage ce poste, on provoque le passage de chaque produit ayant subi un temps de chauffage sur un poste à un poste correspondant au temps de chauffage suivant, et l'on place un produit à la température initiale sur le poste correspondant au premier temps de chauffage. 5. - Dispositif pour la mise en oeuvre du procéde selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant une source d'alimentation en electricite présentant deux bornes caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de postes de chauffage, en ce que chaque poste de chauffage comporte des moyens pour porter un produit et deux bornes susceptibles d'être raccordées électriquement respectivement à deux zones du produit aussi BloiqBéesque Dossible lorsque le produit repose sur lesdits moyens, en ce qu'une bonze de l'un des postes et une borne d'un autre poste sont reliées respectivement aux deux bornes de la-source d'alimentation en électricité, et en ce que chacune des autres bornes est reliée respectivement à une borne d'un autre poste de façon à définir entre les bornes de la source d'alimentation, avec les produits ports par lesdits moyens, un circuit alimentant ces produits en série. 6. - Dispositif selon la revendication 5, carac térisé en ce que les postes sont juxtaposés. 7. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour déplacer des produits d'un poste à l'autre. 8. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu1il comporte des moyens pour maintenir constante 11 intensité du courant ciculant dans le circuit défini entre les deux bornes de la source d'alimentation par les bornes des postes et les produits. 9. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, la source d'alimentation en electricité comportant un transformateur, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour réguler la tension aux bornes du circuit primaire du transformateur, pour assurer une mise en tension progressive. 10. - Dispositif selon l'une quelconque des revendication 5 à 9, la source d'alimentation en électricité comportant un transformateur, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pouvant limiter S'intensité du courant dans le circuit primaire du transformateur