Brevet FR2559573A1 — publié le 19850816

Four à induction, sans noyau, comportant des moyens d'espa- cement entre les spires de la bobine d'induction. La présente invention concerne un four à induction sans noyau, destiné à fondre, maintenir à température et/ou traiter du métal ou des bains de fusion, en particulier sous vide ou sous pression élevée, et comprenant une bobine d'induction refroidie qui, conjointement avec des couches intermédiaires situées entre les spires de celle-ci et com- posées d'une matière flexible et étanche aux gaz, par exem- ple du caoutchouc, forme une partie d'une enveloppe extéri- eure, étanche aux gaz, du creuset, la bobine d'induction et les couches intermédiaires étant comprimées dans la direc- tion axiale de la bobine d'induction par un dispositif de serrage. Un four à induction de ce genre est décrit par exemple dans le brevet allemand no 496 462. Afin de rendre l'intérieur du creuset étanche aux gaz sont prévues, entre les spires de la bobine d'induction, les couches intermédi- aires composées par exemple de caoutchouc. L'ensemble con- stitué par les spires de la bobine et les couches intermé- diaires est, dans le cas du four à induction connu, compri- mé au moyen d'un équipement à tirants, les tirants agissant sur une plaque inférieure et une plaque supérieure, des deux côtés frontaux de la bobine d'induction. Etant donné que la pression sous laquelle la bobine et les couches intermédi- aires sont comprimées pour obtenir une enveloppe étanche aux gaz autour du creuset est considérable, il s'exerce des efforts considérables dans les couches intermédiaires en matière flexible. Dans la pratique il est quasiment impos- sible de maîtriser ces efforts de telle façon qu'il s'exer- ce exclusivement des efforts axiaux, les couches intermédi- aires étant au contraire inévitablement soumises en diffé- rents endroits à des contraintes variées tant dans la di- rection axiale que dans la direction périphérique de la bo- bine. Par suite de cette répartition inégale des contrain- tes il se produit des efforts dirigés radialement qui font que des parties de la bobine d'induction, de même que les cou- ches intermédiaires, s'écartent latéralement. Pour remédier à ce problème il a été proposé par exemple dans le brevet allemand n 2 420 633, pour un four à induction analogue au genre de four décrit plus haut, de prévoir sur le côté extérieur de la bobine des pièces en fer formant culasses réparties à intervalles réguliers sur la périphérie de la bobine et qui servent premièrement de circuit de retour pour le champ magnétique et deuxièmement à appuyer la bobine contre le creuset. Toutefois, cet agencement ne permet pas d'obtenir que les efforts agissant sur les couches intermédiaires en matière flexible se répartissent uniformément dans les couches intermédiaires. On a au contraire constaté que les efforts se répartissaient d'une manière plus ou moins irrégulière, de sorte qu'en des endroits déterminés o ne se produisaient que de faibles efforts de pression une fermeture étanche aux gaz n'était pas possible. En quelques endroits des couches intermédi- aires règne une pression axiale considérable qui soumet la matière constitutive des couches intermédiaires à des contraintes importantes, alors qu'en d'autres endroits ne règne qu'une pression très faible qui ne suffit pas à fermer le four d'une manière étanche aux gaz. La présente invention a pour but de perfectionner un four à induction sans noyau, du genre défini plus haut, de telle manière qu'une pression sensiblement uniforme dans les couches intermédiaires situées entre les différentes spires de la bobine soit assurée. Pour un four à induction du genre mentionné plus haut ce but est atteint en prévoyant entre les différentes spires, outre les couches intermédiaires, des moyens d'es- pacement. Les moyens d'espacement qui présentent avantageuse- ment une hauteur axiale inférieure à la couche intermédi- aire concernée, définissent exactement la hauteur que la couche intermédiaire correspondante occupe à son état comprimé. Ceci permet d'obtenir à coup sûr que le degré de compression subi par les couches intermédiaires soit uniforme en tous endroits. Il en résulte qu'une enveloppe parfaitement étanche aux gaz pour le creuset est formée en tous les endroits de la bobine d'induction. Suivant une forme de réalisation avantageuse de l'invention les couches intermédiaires ne recouvrent qu'une partie des faces de la bobine situées les unes en regard des autres, alors que la partie restante est recouverte par les moyens d'espacement. Il peut être prévu notamment que les couches intermédiaires en matière flexible soient dis- posées sensiblement dans la zone entre le bord intérieur des spires et le milieu du conducteur constitutif de la bobine, alors que les moyens d'espacement se trouvent prin- cipalement dans la partie extérieure des intervalles entre les spires. Lorsque l'ensemble s'échauffe au cours du fonc- tionnement du four/ la matière constitutive des couches in- termédiaires se dilate en fonction de la nature de cette matière. Grâce à la mesure, indiquée plus haut, proposée selon l'invention, on obtient qu'un échauffement de la matière constitutive des couches intermédiaires, c'est-à- dire du moyen d'étanchéification, ait pour conséquence d'accroître la pression d'appui de ce moyen d'étanchéifica- tion contre les éléments constitutifs qui l'entourent. Il est certes déjà décrit dans le brevet américain n 4.152.187 un four à induction dans lequel sont prévus entre les différentes spires de la bobine des rubans en matière isolante que l'on pourrait qualifier de moyens d'espacement mais l'agencement proposé dans ledit brevet se distingue de fours du genre faisant l'objet de la présente invention par le fait qu'entre les différentes spires de la bobine ne sont pas prévues des couches intermédiaires-. en une matière élastique, comme par exemple du caoutchouc, qui aient pour mission d'isoler le creuset de manière étanche aux gaz. Pour isoler le creuset de manière étanche aux gaz il est, au contraire, prévu une gaine qui se trouve entre la paroi extérieure du creuset et le côté intérieur des spires de la bobine d'induction et des rubans de matière isolante. Cette gaine étanche est formée d'une matière élastique renforcée qui s'enfonce dans les inégalités des rubans en matière isolante. Par conséquent, cet agencement n'est pas comparable à la solution apportée selon l'inven- tion au problème du défaut d'étanchéité aux gaz. La mesure à prendre selon l'invention s'avère par- ticulièrement avantageuse dans le cas d'un four à induction o la bobine est supportée radialement de l'extérieur, no- tamment à l'aide de culasses servant de circuit de retour du champ magnétique. Un agencement de ce genre est connu en soi grâce au brevet allemand précité no 2 420 533. En con- jugaison avec les moyens d'espacement selon l'invention les culasses ont pour effet avantageux qu'une bobine d'induc- tion parfaitement symétrique et exempte de déplacement, mu- nie de couches intermédiaires en tous endroits uniformément étanches, est obtenue. Afin de protéger la matière étanchéifiante consti- tutive des couches intermédiaires d'un échauffement trop important il est prévu selon l'invention de monter entre les spires de la bobine, du côté du creuset, un cordon en une matière réfractaire (par exemple l'amiante). Ce cordon empêche la matière étanchéifiante d'être endommagée sous l'effet d'une trop forte' chaleur et de perdre ainsi son pouvoir d'étanchéification. La bobine d'induction peut pré- senter une enveloppe ou un revêtement en matière isolante et, qu'il en soit ainsi ou non, les moyens d'espacement peuvent être en une matière électriquement isolante. Il est théoriquement possible d'atteindre le but de -l'invention en disposant par exemple à des intervalles relativement grands de petits disques d'espacement ou analogues entre les différentes spires de la bobine. De préférence, les moyens d'espacement sont cependant consti- tués par des pièces d'espacement se succédant régulière- ment, en étant disposées soit immédiatement les unes à la suite des autres, soit à certains intervalles les unes des autres. De telles pièces d'espacement permettent d'obtenir une couche hélicoïdale ininterrompue entre les spires de la bobine d'induction, les différentes pièces d'espacement pouvant en outre être montées aisément. Une forme de réalisation qui n'est pas tout à fait aussi avantageuse consiste, par contre, en ce que les moyens d'espacement sont formés d'un seul boudin hélicoidal continu en forme de bande. Théoriquement, les moyens d'espacement pourraient, pour un conducteur isolé formant bobine, se composer-d'une matière conductrice mais il est préférable qu'ils soient en une matière plastique munie d'une armature textile ou en mica additionné d'un liant. Pour que l'étanchéité aux gaz soit encore améliorée et mieux conservée l'invention propose d'utiliser une couche calorifuge, notamment en une matière céramique comme par exemple du béton réfractaire, prévue sur le côté inté- rieur de la bobine. Pour les couches intermédiaires étanchéifiantes peuvent être utilisées diverses matières, y compris par exemple du mastic, mais il est préférable que les couches intermédiaires soient en caoutchouc ou en une matière synthétique plastique. De telles matières étanchéifiantes permettent d'ob- tenir une étanchéité particulièrement bonne notamment lors- que, à l'état non comprimé de la bobine montée, le rapport de hauteur entre la matière constitutive des couches inter- médiaires et les pièces d'espacement, dans la direction axiale de la bobine, se situe entre 2: 1 et 1,2: 1 et, de préférence, aux environs de 5: 3,5. Des exemples de réalisation de l'invention sont expliqués plus en détail ci-dessous à l'aide des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un four à induction; la figure 2 est une coupe radiale d'une partie de la bobine d'induction du four à induction représenté sur la figure 1; la figure 3 est une coupe radiale de la bobine d'induction du four de la figure 1, munie d'un dispositif de serrage pour la bobine; et la figure 4 est une vue en plan partielle du des- sous de la bobine montée du four de la figure 1. Le four à induction 1, du type à vide sans noyau, représenté sur la figure 1 est monté sur un socie 2 formé d'une structure en acier. Le four 1 comporte un creuset 4 muni d'un bec de coulée 3 et qui présente un garnissage 5 formé d'un pisé réfractaire damé. Du métal est fondu et/ou maintenu à température sous vide dans le creuset 4. Pour pouvoir établir un vide dans le four il faut que l'intérieur de celui-ci soit entièrement isolé de manière étanche aux gaz. A cette fin la partie supérieure 6 du four est équipée d'un capot 7 en acier qui, au moyen d'un joint d'étanchéité en caoutchouc retenu dans un profilé en U, repose avec son bord de manière étanche sur une bride annulaire 9, celleci étant soudée sur un support annulaire 10, lequel est à son tour soudé sur le côté exté- rieur d'une gaine supérieure 1il en acier. Entre cette gaine supérieure 11 en acier et le garnissage 5 se trouve une couche calorifuge 12. Le dessus du creuset 4 est recouvert d'un couvercle 13 en matière céramique. Sur le côté extéri- eur de la partie inférieure du creuset 4 se trouve une gaine 14 à décrire plus en détail par la suite et qui sert en premier lieu à des fins d'isolation thermique. La partie inférieure du creuset 4, dans laquelle se trouve le métal fondu ou en voie de fondre, est entourée par une bobine d'induction 15 parcourue en continu par un fluide de refroidissement. Dans la direction axiale du creuset et de la bobine d'induction 15 se trouvent dans le prolongement de cette dernière un joint d'étanchéité au vide inférieur 16 et un joint d'étanchéité au vide supéri- eur 17. La bobine d'induction est divisée de manière connue en soi (brevet allemand n 2.420.533) en une partie active a parcourue par le courant et en une partie supérieure 15b et une partie inférieure 15c o ne circule pas de cou- rant. Les parties 15b et 15c de la bobine servent principa- lement de bobines de refroidissement. Sur la périphérie du four se trouvent, réparties à des intervalles angulaires égaux, des colonnes de soutien 18 qui relient la partie supérieure à la partie inférieure du four. Ces colonnes de soutien maintiennent, au moyen d'organes intermédiaires 19, des culasses 20, elles aussi réparties à des intervalles réguliers sur la périphérie du four, de l'extérieur contre la bobine d'induction 15. Les culasses 20 se composent par exemple de lamelles de fer empilées. Les culasses servent donc tant de circuit de retour du champ magnétique qu'à supporter radialement la bobine d'induction 15. La bobine d'induction 15 décrite plus en détail ci-dessous est constituée par plusieurs spires entre les- quelles se trouvent des couches intermédiaires qui ferment le four a vide de manière étanche aux gaz. Cet ensemble constitué par le conducteur constitutif de la bobine et les couches intermédiaires est comprimé dans la direction axia- le de la bobine par un dispositif de serrage 21. Le dispo- sitif de serrage pour la bobine est représenté schématique- ment sur la figure 1 et en détail sur la figure 3. La figure 4 montre une vue partielle de la structu- re du four observé d'en bas. On reconnaît deux culasses voisines 20 et un tirant interposé entre celles-ci. La figure 2 montre le mode de construction de la bobine d'induction, significatif dans le cadre de la présente invention, en tant qu'élément isolant le four de manière étanche aux gaz et qui entoure le creuset 4. Sur la figure 2 sont représentées quelques-unes des spires d'un conducteur formant bobine 150 qui présente un canal de refroidissement 151 de section circulaire, lequel canal est parcouru par exemple par de l'eau de refroidissement. Le dispositif de serrage 21 représenté schématiquement sur la figure 1 pousse les différentes spires du conducteur de bobine 150 les unes en direction des autres, leur position finale étant déterminée par l'épaisseur des pièces d'espa- cement 152 constituées en l'occurrence de mica. Les pièces d'espacement 152 sont des pièces du genre rubans qui s'é- tendent par exemple sur 90" de la structure de sorte que quatre pièces d'espacement correspondent à une spire. Dans le présent exemple de réalisation représenté sur la figure 2 les pièces d'espacement 152 se trouvent immédiatement les unes à la suite des autres de façon à former un ruban d'espacement continu. Observées dans la direction radiale du four, les pièces d'espacement 152 se trouvent dans la région extérieure de la bobine, c'est-à- dire principalement dans la région située à droite du milieu M du conducteur de la bobine (figure 2). Du côté du creuset se trouvent à la suite des pièces d'espacement 152 une couche intermédiaire flexible 153 et un cordon 154 en une matière réfractaire comme par exemple de l'amiante. Le cordon 254 protège la couche intermédiaire en caoutchouc du risque d'endommagement sous l'effet d'un excès de chaleur. Entre la bobine d'induction et le garnissage 5 se trouve la gaine 14 constituée par une couche calorifuge 141 et une couche 142 en béton réfractaire. Ainsi qu'il ressort de la figure 2, tant la couche intermédiaire 153 que le cordon 154 présentent une section sensiblement ovale. Avant que la bobine d'induction ne soit comprimée, la couche intermédiaire et le cordon présen- taient une section sensiblement circulaire. On constate que, grace aux pièces d'espacement 152 constituées en l'occurrence par du mica additionné d'un liant, le degré de compression de la couche intermédiaire 153 et du cordon 154 est défini de manière précise. Par conséquent, pour des pièces d'espacement présentant partout la même épaisseur, les éléments constitutifs poussés les uns contre les autres sont en tous endroits comprimés uniformément. Comme le montre la figure 3, il se trouve à la suite du joint d'étanchéité au vide inférieur 16 et du joint d'étanchéité au vide supérieur 17 respectivement une bague compensatrice 24; 23 sur lesquelles agissent respec- tivement un crochet 212 et un crochet 213 d'un tirant 211. Au moyen d'un écrou 214 les crochets peuvent être rappro- chés l'un de l'autre afin de comprimer la bobine d'induc- tion ainsi que les couches intermédiaires et moyens d'es- pacement interposés. Dans l'exemple de réalisation décrit ci-dessus les pièces d'espacement 152 se composent de mica additionné d'un liant mais elles peuvent également être constituées par une résine synthétique renforcée dans laquelle est noyée une armature textile. La couche intermédiaire peut être soit en caoutchouc, soit en une matière plastique appropriée. A l'état non comprimé le cordon 154 et la couche intermédiaire 153 présentent une section circulaire d'environ 5 mm de diamètre. A l'état comprimé la hauteur de ces éléments constitutifs s'élève, en fonction de la hau- teur des pièces d'espacement 153, encore à environ 3,5 mm. Selon la figure 2 le conducteur formant bobine 150 n'est pas isolé. Le conducteur formant bobine peut cependant également comporter un revêtement ou gaine en matière iso- lante. En pareil cas les éléments constitutifs, en particu- lier les pièces d'espacement, situés entre les différentes spires du conducteur formant bobine n'ont pas besoin d'être obligatoirement en matière isolante mais peuvent en princi- pe également se composer d'une matière conductrice, bien que de la matière isolante soit préférable. REVENDICATIONS 1 - Four à induction, sans noyau, -destiné à fondre, maintenir à température et/ou traiter du métal ou des bains de fusion, en particulier sous vide ou sous une pression élevée, et comprenant une bobine d'induction refroidie qui, conjointement avec des couches intermédiaires situées entre les spires de celle-ci et composées d'une matière flexible et étanche aux gaz, par exemple du caoutchouc, forme une partie d'une enveloppe extérieure, étanche aux gaz, du creuset, la bobine d'induction et les couches intermédiai- res étant comprimées dans la direction axiale de la bobine d'induction par un dispositif de serrage, caractérisé en ce qu'entre les différentes spires (150) sont prévus, outre les couches intermédiaires (153), des moyens d'espacement (152). 2 - Four à induction selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que les couches intermédiaires (153) ne re- couvrent qu'une partie des faces de la bobine (15) situées les unes en regard des autres, alors que la partie restante est recouverte par les moyens d'espacement (152). 3 - Four à induction selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les couches intermédiaires en matière flexible sont disposées essentiellement dans la région située entre le bord intérieur des spires et le milieu (M) du conducteur formant bobine, alors que les moyens d'espa- cement (152) se trouvent principalement dans la région extérieure des intervalles entre les spires. 4 - Four à induction selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisé en ce que la bobine est supportée de l'extérieur radialement, en particulier au moyen de culasses (20) servant de circuit de retour pour le champ magnétique. - Four à induction selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisé en ce qu'entre les spires de la bobine (15) est monté, du côté du creuset (4), un cordon (154) en une matière réfractaire comme par exemple l'amiante. 6 - Four à induction selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisé en ce que la bobine (15) présente un revêtement ou gaine en matière isolante. 7 - Four à induction selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'espacement (152) sont en une matière électriquement isolante. 8 - Four à induction selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'espacement sont des pièces d'espacement (152) qui se succèdent régulièrement, en étant disposées, soit les unes immédiatement à la suite des autres, soit à une certaine distance les unes des autres. 9 - Four à induction selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens d'es- pacement sont constitués par un seul boudin hélicoidal con- tinu analogue à une bande. - Four à induction selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'espacement sont en matière plastique munie d'une armatu- re textile ou en mica additionné d'un liant. 11 - Four à induction selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisé par une couche calo- rifuge (14, 141, 142), notamment en une matière céramique comme par exemple du béton réfractaire, prévue sur le côté intérieur de la bobine (15). 12 - Four à induction selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisé en ce que les couches intermédiaires (153) sont constituées d'un boudin en caout- chouc ou en matière synthétique plastique. 13 - Four à induction selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisé en ce qu'à l'état non comprimé de la bobine montée (15) le rapport de hauteur entre la matière constitutive des couches intermédiaires et des moyens d'espacement, dans la direction axiale de la bobine, se situe entre 2: 1 et 1,2: 1 et, de préférence, aux environs de 5: 3,5.