Brevet FR2494953A1 — publié le 19820528

La présente invention est relative à la régulation d'une installation de chauffage à induction, notamment de produits métalliques. On sait que le chauffage par induction de produits métalliques, et notamment de pièces en acier devant être forgées, apporte de nombreux avantages. Cependant, un tel chauffage pose, sur le plan de la régulation des températures, des problèmes difficiles à résoudre, particulièrement dans l'hypothèse d'arrêts plus ou moins longs de l'installation. Les installations de chauffage par induction actuellement utilisées comprennent, pour l'essentiel, un inducteur composé d'une pluralité d'élé- ments montés en série et alimentés par une source de courant alternatif de moyenne fréquence. Les produits à réchauffer pénètrent froids dans l'inducteur, ils le traversent en continu, et ils en sortent à la température détermi née (la température de forgeage, quand il s'agit de pièces d'acier devant être forgées). Les produits à réchauffer sont constitués par des barres ou des lopins, et leur avance à l'intérieur de l'inducteur est le plus souvent discontinue, pas à pas, adaptée à l'opérateur de forgeage. Si l'on prend l'exemple d'une installation de réchauffage de lopins à forger, toutes les n secondes, avec une régularité d'horloge, l'installation fournit au forgeron un lopin, à une température voisine de 1250"C. Cette régularité présente un avantage certain, au plan de l'automation. Cependant, il peut se produire divers incidents à caractère aléatoire, lors de l'opération de forgeage, tels que, notamment, collage de la pièce à l'outil, changement d'outillage, etc. Le forgeron peut alors, soit continuer à laisser débiter les lopins chauds qui ne seront pas utilisés, soit arrêter le chauffage pour un temps indéterminé. Dans ce dernier cas, le redémarrage est difficile, étant donné que l'inducteur est chargé de lopins à différentes températures.La remise en régime de l'installation de chauffage peut être longue, et entraxe des risques graves pour l'installation, tels que, par exemple, fusion de lopins et détérioration des inducteurs. Pour éviter ces difficultés, le forgeron choisit en général de laisser débiter la chauffeuse pendant l'incident, ce qui oblige à recycler les lopins chauds non utilisés. Il n'est pas rare, dans ces conditions, de recycler jusqu'à 30 % des lopins en fin de journée, ce qui représente un gaspillage très coûteux d'énergie. La présente invention se propose d'apporter un procédé permettant de résoudre ce problème, et offrant en outre la possibilité de réguler l'installation suivant le rythme du forgeron. Cette invention s'appuie sur l'observation des phénomènes thermiques qui se produisent à l'intérieur de l'inducteur. On se réfèrera à la Figure 1, sur laquelle on a porté le profil des températures, dans l'inducteur, en fonction de la longueur de l'inducteur. L'installation de chauffage étant en régime permanent, le profil des températures n'est pas linéaire. Ce profil peut être assimilé à deux segments de droite A1, A'1. Le premier segment A1 représente l'élévation de 0 à 750oC de la température de la pièce placier, qui est magnétique, et le second, A'1 représente l'élévation de 750 C à 1250"C de la pièce d'acier, qui n'est plus magnétique.On voit que, dans la première partie de l'inducteur, qui représente environ 25 à 30 % de la longueur totale, la pente du profil de températures A1 est de l'ordre de trois à quatre fois supérieure à celle de la partie amagnétique All. Cette différence de pente est due principalement au changement d'état de l'acier qui, au point de Curie (750"C), passe de l'état magnétique à l'état amagnétique. Si, à la suite d'un incident survenu à la presse de forgeage, on arrête simultanément l'avance des lopins et la puissance aux bornes de l'inducteur, la température des pièces va chuter progressivement, mais d'autant plus rapidement que le lopin est chaud. Au bout d'un certain temps d'arrêt, le profil de température des lopins prend sensiblement la forme représentée en traits interrompus en A2 - A'2, à la Figure 1. Certains constructeurs préconisent, dans l'hypothèse d'un arrêt de l'avance des lopins, de maintenir une puissance réduite aux bornes de llin- ducteur, cette puissance étant juste suffisante pour compenser les pertes thermiques. Dans ce cas, toutes les pièces immobilisées dans l'inducteur se stabilisent à la même température, qui peut etre celle du forgeage, ce qui permet à l'utilisateur de disposer de lopins à bonne température dès que l'installation redémarre. Cependant, afin d'éviter une surchauffe, la puissance aux bornes de l'inducteur reste réduite pendant l'écoulement des lopins chauds, si bien que, lorsque se présente au forgeage le premier lopin introduit au redémarrage, sa température est très basse, ce qui oblige à laisser de nombreuses pièces avant d'obtenir des températures correctes. Si maintenant, à la suite d'un arrêt de l'installation, le profil de températures étant représenté par les droites en traits interrompus A2 - A'2, on met la puissance minimale,avant de faire avancer les lopins, pendant le temps nécessaire pour que le lopin le plus chaud atteigne la tempéra- ture juste suffisante pour le forgeage, on obtient un profil de températures ayant la forme représentée en traits mixtes A3 - A'3, à la Figure 1. On voit là encore qu'à la reprise, il existe un écart de température important entre le dernier lopin ayant subi l'arrêt dans l'inducteur et le premier lopin introduit après l'arret. L'invention apporte un procédé ne présentant pas les inconvénients des solutions exposées ci-dessus. Ce procédé est essentiellement caractérisé en ce qu'il consiste à court-circuiter, lors d'un arret des pièces dans l'inducteur, la partie de l'inducteur correspondant à la zone magnétique, la partie de cet inducteur correspondant à la zone amagnétique étant réchauffée séparément. Dès que le lopin le plus chaud est à une température convenable pour le forgeage, on remet en circuit la partie magnétique. Si l'on se réfère à la Figure 1, on notera que le profil de température, dans un inducteur fonctionnant selon ce procédé, est représenté, dans la zone magnétique, par la droite en traits interrompus A2, et, dans la zone amagnétique, par la droite en traits interrompus A'3. On remarquera que ce profil est très proche de celui obtenu en régime permanent (A1 - A'1). Pour des arrêts de l'installation ne ne dépassant pas quelques minutes, la com- mutation des zones selon l'invention permet de ne perdre aucun lopin. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description ci-après qui, faite en référence aux dessins annexés, en illustre un exemple non limitatif de mise en oeuvre. Sur les dessins: - la Figure 1 illustre les différents profils de températures dans l'inducteur, discutés ci-dessus ; et, - la Figure 2 illustre, de façon schématique, un exemple d'installations mettant en oeuvre le procédé selon J'invention. Sur la Figure 2, on voit en 10 l'inducteur et son alimentation en énergie, les lopins L étant déplacés dans l'inducteur par un vérin 18 ou similaire. Cet inducteur comporte une partie 12 correspondant à la zone magnétique, et une partie 14 qui correspond à la zone amagnétique, comme précisé ci-dessus, la partie 12 étant munie d'un moyen de commutation pour court-circuiter la partie magnétique 12 et ne réchauffer que la partie amagnétique 14. Dans cet exemple de mise en oeuvre, on utilise un microprocesseur 16, qui conserve en mémoire l'histoire de chaque lopin et qui calcule en permanence sa température, en tenant compte des apports de puissance et des pertes. Dans l'hypothèse d'un arrêt quelconque, ce microprocesseur donne le temps de préchauffe, et il commande la commutation de zone. Par ailleurs, selon l'invention, le micro.processeur 16 permet d'accorder l'installation de chauffage au rythme du forgeron. A cet effet, on prévoit, à la sortie de l'inducteur, un détecteur 20 qui repère le temps que met l'utilisateur pour prendre le lopin L qui est présenté. Lorsque la valeur moyenne de ce temps augmente ou diminue, le microprocesseur donne l'ordre au dispositif d'avance 18 des lopins d'accélérer ou de réduire la cadence, et, simultanément, donne l'ordre au générateur 24 d'augmenter ou de diminuer la puissance. L'installation comporte en outre une lunette pyrométrique Z2 qui envoie son information au microprocesseur, qui donne des ordres aux moyens de puissance pour garder la température des produits dans la gamme prévue. I1 demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée à l'exemple de mise en oeuvre décrit et représenté, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. En particulier, ce procédé peut s'appliquer à une installation comportant plus de deux zones de chauffage, la commutation selon le procédé étant alors effectuée sur l'une ou plusieurs de ces zones. REVENDICATIONS l - Procédé de régulation d'une installation de chauffage à induction, notamment de pièces métalliques telles que des lopins d'acier devant être forgés, caractérisé en ce qu'il consiste à court-circuiter, lors d'un arret des pièces dans l'inducteur, au moins une zone (12) de cet inducteur, les autres zones (14) étant réchauffées séparément. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lors d'un arrêt des pièces dans l'inducteur, la partie de ce dernier qui est courtcircuitée correspond à la zone magnétique des pièces, et la partie qui est réchauffée séparément correspond à la zone amagnétique. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre un microprocesseur pilotant la commutation des zones, ce microprocesseur étant programmé de façon à connaitre à tout moment la température des pièces dans l'inducteur (10), en fonction, notamment, de la puissance apportée à l'inducteur, de la nature des pièces réchauffées et des pertes thermiques. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on régule l'avance des pièces à réchauffer et la puissance de l'induction en fonction du rythme de travail des pièces par l'utilisateur.