Brevet FR2607582A1 — publié le 19880603

FOUR A INDUCTION COMPORTANT UN TUNNEL POUR LE PASSAGE DES PIECES A TRAITER La présente invention concerne un four à induction comportant un tunnel pour le passage des pièces à traiter, ce tunnel s'étendant axialement à l'intérieur d'au moins une bobine d'induction pourvue d'un revêtement intérieur, et des moyens de guidage disposés dans ce tunnel pour guider et/ou supporter les pièces. Ce type de four à induction à défilement axial des pièces est couramment utilisé pour chauffer des pièces métalliques que l'on fait progresser de manière continue ou discontinue dans le tunnel en les faisant glisser le long d'organes de guidage longitudinaux en métal dont le râle principal est d'empêcher que les pièces frottent le revêtement de la bobine. En général, le tunnel est sensiblement horizontal, de sorte que les organes de guidage supportent le poids des pièces et sont appuyés contre le revêtement intérieur de la bobine. Dans la plupart des fours, ces organes sont en acier inoxydable pourvu d'un revêtement anti-usure en stellite et ils sont fortement chauffés par l'induction et par le contact avec les pièces.Pour que leur température ne dépasse pas une limite pratique d'environ 700 degrés C au-delà de laquelle leur résistance mécanique devient insuffisante, ils ont une section tubulaire dans laquelle on fait circuler de l'eau de refroidissement. La figure I montre schématiquement un exemple de coupe transversale d'un four connu de ce genre. Ces organes tubulaires de guidage des pièces entraînent plusieurs inconvénients. Les dimensions requises pour les conduits de refroidissement et pour l'épaisseur des parois de ces conduits déterminent un encombrement relativement important, donc aussi un espace vide relativement grand entre les pièces à traiter et la surface intérieure du tunnel. Pour des pièces d'une taille donnée, cela- oblige le constructeur à augmenter en conséquence les dimensions de la bobine et cela diminue l'efficacité du couplage électromagnétique entre la bobine et les pièces, donc l'efficacité du four. Comme les organes de guidage sont soumis à une usure notable par frottement, on ne peut pas diminuer leur épaisseur sans réduire considérablement leur durée de service. La nécessité d'un circuit de refroidissement spécifique dans le tunnel du four représente évidemment un. certain coût de construction et d'exploitation, mais surtout elle présente des risques au point de vue de la sécurité d'exploitation, dès lors qu'il faut éviter toutes fuites d'eau susceptibles d'atteindre la partie électrique de l'installation. Ceci pose des problèmes en particulier pour les raccords des conduits à l'entrée du four d'une manière apte à supporter les grandes dilatations thermiques intervenant lors de la mise en marche et de l'arrêt du four. Par ailleurs, ces phases transitoires soumettent les organes de guidage à des chocs thermiques qui peuvent produire des fissures. De plus, le refroidissement des organes de guidage représente une perte énergétique non négligeable. Par exemple, dans un four industriel équipé de rails tubulaires refroidis, cette perte est de l'ordre de 10 à 20 kW par mètre de rails si les pièces sont portées à environ à 1 000 degrés C. Par conséquent, la présente invention a pour but de pallier les inconvénients mentionnés ci-dessus, en fournissant un four à induction équipé d'organes de guidage des pièces qui sont peu encombrants, peu coûteux à la construction et à l'exploitation, et d'une grande sécurité de fonctionnement. A cet effet, le four à induction est caractérisé en ce que lesdits moyens de guidage sont constitués par une ou plusieurs pièces pleines en matière réfractaire. On peut ainsi se passer d'un circuit de refroidissement traversant les organes de guidage, ce qui permet de réduire notablement l'épaisseur de ces organes tout en conservant une marge suffisante vis à vis de l'usure, et d'éviter les coûts, les pertes énergétiques et les risques inhérents au circuit de refroidissement. Dans une forme de réalisation avantageuse, lesdits moyens de guidage comprennent au moins une plaque, qui peut avoir un profil transversal incurvé, notamment un profil transversal qui correspond au profil du revêtement de la bobine. Cette plaque peut avoir la forme d'une coquille tubulaire entourant sensiblement tout le tunnel, cette coquille ayant une fente sur toute sa longueur. Dans d'autres formes de réalisation, les moyens de guidage peuvent comprendre des barres longitudinales, des rails ou des bandes appliqués sur le revêtement intérieur de la bobine. Comme les moyens de guidage n'ont pas besoin d'être raccordés à un circuit de refroidissement, ils peuvent être interrompus à chaque extrémité du tunnel, de manière à éviter tout contact thermique avec des organes extérieurs au tunnel. Dans une forme de réalisation préférée, la matière réfractaire utilisée est un alliage métallique réfractaire, notamment un acier réfractaire. Ces pièces métalliques peuvent, au besoin, être raccordées à une source de courant électrique pour servir de résistances de chauffage, notamment pour maintenir en température des produits dans le four. Dans d'autres formes de réalisation, la matière réfractaire peut être une céramique. On décrira ci-dessous à titre d'exemple diverses formes de réalisation, en référence aux dessins annexés, dans lesquels La figure I représente à titre comparatif une vue schématique en coupe transversale, d'un four à induction selon l'art antérieur, La figure 2 est une vue similaire à la figure 1, représentant une première forme de réalisation d'un four selon l'invention, Les figures 3 à 5 sont des vues similaires représentant d'autres formes de réalisation, et La figure 6 est une vue schématique en coupe longitudinale d'une extrémité d'un organe de guidage. La four à induction de type connu représenté à titre d'exemple en coupe transversale schématique sur la figure I comporte une bobine I formée par des enroulements d'un conducteur électrique autour d'une gaine tubulaire réfractaire 2 formant un revêtement protecteur de la bobine autour d'un tunnel axial 3 dans lequel on fait passer des pièces métalliques 4 devant être chauffées par induction. Ces pièces glissent longitudinalement sur deux rails stationnaires de guidage 5 qui s'étendent sur toute la longueur du tunnel 3 et en dehors de celui-ci. Les rails sont formés chacun d'un tube métallique, en général en acier inoxydable, définissant un conduit 6 dans lequel on fait circuler de l'eau de refroidissement pour limiter la température du tube, tandis que la température des produits 4 peut atteindre 1 200 à 1 300 degrés C. L'utilisation des tubes 5 comme moyens de guidage des pièces 4 présente des inconvénients exposés plus haut. En particulier, les tubes ne doivent pas avoir un diamètre inférieur à 6 mm afin d'avoir une section de passage suffisante pour l'eau et une épaisseur de paroi d'au moins 1 mm, même pour des pièces légères. Du fait des sollicitations thermiques et de frottement qu'il subit, un tel organe de guidage a une durée de service limitée généralement à I 500 heures. La figure 2 représente, dans un four dont la configuration générale est semblable à celui de la figure 1, une forme de réalisation selon la présente invention. Dans ce cas, les moyens de guidage des pièces 4 dans le tunnel 3 sont constitués simplement par une pièce de guidage 10 en tôle d'acier réfractaire qui est incurvée transversalement suivant la même courbure que la face intérieure du tunnel et qui repose directement au fond de celui-ci. La pièce de tôle 10 a une longeur qui correspond sensiblement à celle de la gaine 2 et elle peut être retenue contre un glissement longitudinal au moyen de taquets ou d'un rebord s'appuyant contre l'extrémité de cette gaine. Il est évident qu'un organe de guidage ainsi constitué, reposant pratiquement sur toute sa surface sur le fond de la gaine 2, peut avoir une faible épaisseur, par exemple de l'ordre de 2 à 3 mm. Ceci permet de réduire la distance entre les enroulements de la bobine 1 et les pièces 4 à traiter, et en particulier-de réduire les dimensions transversales d'une bobine construite pour chauffer par induction des pièces 4 de taille donnée. La pièce de guidage 10 est évidemment exposée à une température très élevée pendant l'utilisation du four. A titre d'exemple d'alliages réfractaires utilisables pour constituer une telle pièce, on peut citer les aciers dits "super-réfractaires" à base de cobalt et de nickel, commercialisés notamment sous les marques INCONEL et UMCO. Dans une telle application, ces alliages ont une température d'utilisation de l'ordre de 1280 degrés C, à laquelle ils résistent suffisamment à l'abrasion et à l'oxydation. Il faut noter que l'utilisation de ces produits sous forme de pièces en tôle cintrée ou pliée ne pose aucun problème particulier de fabrication. La figure 3 illustre une forme de réalisation de l'invention dans un four à induction dont la bobine 11, son revêtement intérieur 12 et le tunnel 13 qu'elle entoure ont une section transversale rectangulaire. Dans ce cas, L'organe de guidage des pièces qui défilent dans le tunnel 13 est formé par deux pièces 15 en tôle d'acier réfractaire, pliées à angle droit et séparées par une une coupure longitudinale 15'. Ces pièces forment une goulotte rectangulaire adaptée aux dimensions de la partie inférieure du tunnel. Une telle goulotte est utilisable pour des pièces à traiter ayant des formes et des dimensions très variables. Le cas échéant, notamment pour des pièces sensiblement plus petites, on peut y placer des pièces de guidage complémentaires 16 tel que le profilé en U représenté en trait interrompu.Ils peuvent avantageusement être prolongés à l'extérieur de l'inducteur pour maintenir en température ou permettre l'homogénéisation des produits ayant déjà été chauffés par induction. Dans le cas de la figure 5, le tunnel 3 a la même forme que dans le cas de la figure 2, mais l'organe de guidage 20 a la forme d'une coquille complète en tôle d'acier réfractaire, entourant le tunnel 3 sur presque tout son pourtour à l'exception d'une fente supérieure 21. Un avantage de cette coquille est qu'elle empêche tous les déchets ou poussières provenant de la friction et des oxydes se formant sur les pièces, en particulier la calamine, d'entrer en contact avec le revêtement 2 de la bobine et de le dégrader. II suffit d'évacuer ces poussières de temps en temps par soufflage. Le four illustré par la figure 4 comporte, dans une bobine semblable à celle de la figure 2, des organes de guidage comprenant deux barres ou rails pleins 17 en métal réfractaire, qui sont maintenus écartés par une ou plusieurs bandes de tôle 18. Par rapport aux tubes 5 de l'art antérieur, ces rails peuvent avoir des dimensions plus petites et une durée de vie largement supérieure. D'autre part, ils peuvent être équipés de connexions électriques 19 permettant de les raccorder à une source de courant de forte intensité, pour servir de résistances de chauffage en vue de maintenir en température des produits à l'intérieur du four si le chauffage par induction doit être interrompu. Sur la figure 6, on a représenté schématiquement en coupe verticale, une forme de réalisation de l'extrémité aval d'un organe de guidage selon l'invention à la sortie du four, en l'occurrence l'organe 10 illustré par la figure 2. Puisque cet organe n'a pas besoin d'être raccordé à un circuit de refroidissement, il peut être interrompu directement à l'entrée et à la sortie du four, à proximité des extrémités de la gaine de revêtement 2. Dans le cas présent, I'extrémité aval 22 de l'organe de guidage 10 est taillée en biseau pour que les produits, déplacés dans le sens de la flèche A, glissent facilement sur un organe de guidage suivant 23 situé à l'extérieur du four. II subsiste un intervalle 24 entre les deux organes 10 et 23 pour permettre les dilatations thermiques.Cet intervalle a aussi l'avantage d'empêcher une perte de chaleur par conduction, ainsi que des déformations et des efforts transversaux produits dans la tôle par des gradients de température. On remarque que, avec la présente invention, les organes de guidage peuvent facilement être changés, puisqu'ils peuvent être simplement posés dans le fond du four. Ils peuvent avoir aisément une forme adaptée à la forme des pièces tout en occupant peu de place. Ces formes sont faciles à fabriquer par pliage ou cintrage d'une pièce de tôle. De plus, ces organes en tôle présentent une longue durée de service car la tôle peut avoir une épaisseur assez importante sans être encombrante, et les gradients thermiques relativement faibles qu'elle subit ne peuvent pas produire de fissures. En outre, l'invention permet une réduction sensible de la consommation d'énergie, puisque la chaleur absorbée par les organes de guidage ne peut pratiquement pas s'échapper du four. Dans un cas pratique, le remplacement d'organes de guidage tubulaires refroidis par des organes selon l'invention a fait baisser la consommation spécifique d'énergie de 360 kWh à 330 kWh par tonne de produits traités. La réalisation des organes de guidage en tôle d'acier réfractaire est en général la plus avantageuse. Cependant on peut utiliser aussi d'autres matières réfractaires, par exemple des matières céramiques. Ces matières s'échauffent moins que l'acier dans le four à induction et elles peuvent présenter des caractéristiques meilleures au point de vue de la résistance à la friction et de la résistance chimique. L'invention est utilisable dans tous les fours à induction à basse ou moyenne fréquence, dans lesquels on fait défiler des pièces, en particulier pour effectuer un recuit ou pour les chauffer en vue d'une déformation à chaud. Revendications 1. Four à induction comportant un tunnel (3, 13) pour le passage des pièces à traiter, ce tunnel s'étendant axialement à l'intérieur d'au moins une bobine d'induction (1, 11) pourvue d'un revêtement intérieur, et des moyens de guidage disposés dans ce tunnel pour guider et/ou supporter les pièces (4), caractérisé en ce que lesdits moyens de guidage (10, 15,17, 20) sont constitués par une ou plusieurs pièces pleines en matière réfractaire. 2. Four à induction selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de guidage comprennent au moins une plaque (10, 20). 3. Four à induction selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite plaque (10, 20) a un profil transversal incurvé. 4. Four à induction selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ladite plaque a un profil transversal qui correspond au profil du revêtement (2, 12) de la bobine. 5. Four à induction selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite plaque a la forme d'une coquille tubulaire (20) entourant sensiblement tout le tunnel, cette coquille ayant une fente (21) sur toute sa longueur. 6. Four à induction selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de guidage comprennent des barres longitudinales (17). 7. Four à induction selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de guidage (10) sont interrompus à chaque extrémité du tunnel, de manière à éviter tout contact thermique avec des organes (23) extérieurs au tunnel. 8. Four à induction selon f'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite matière réfractaire est un alliage métallique réfractaire. 9. Four à induction selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de guidage (17) sont pourvus de moyens de raccordement -(19) à une source de courant électrique, pour être utilisables comme résistances de chauffage dans le four et en prolongation du four.. 10. Four à induction selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit alliage réfractaire est un acier réfractaire. 11. Four à induction selon l'une quelconque des revendications I à 7, caractérisé en ce que ladite matière réfractaire est une céramique.