Brevet FR2660743A1 — publié le 19911011

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR CHAUFFER DES PIECES METAL- LIQUES DANS UN FOUR A INDUCTION La présente invention concerne un procédé pour chauffer des pièces métalliques dans un four à induction, dans lequel on fait passer les pièces à travers un champ électromagnétique créé par des inducteurs alimentés en courant alternatif et dans lequel, en fonctionnement normal, on fait avancer les pièces dans le four à une vitesse donnée et l'on alimente au moins une partie des inducteurs suivant un premier programme de commande de manière à porter les pièces à une température finale prédéterminée à la sortie du four. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, comportant un four à induction pourvu d'inducteurs disposés autour d'un passage longitudinal, des moyens d'alimentation des inducteurs en courant alternatif, et des moyens de convoyage agencés pour faire avancer les pièces le long dudit passage. On utilise souvent un four à induction pour chauffer des pièces métalliques sur une ligne de formage à chaud, en particulier une ligne de forgeage Les pièces avancent à une vitesse régulière et la puissance des inducteurs est ajustée de façon à porter les pièces à la température voulue à la sortie du four Cependant, des problèmes surgissent quand il y a des perturbations dans la cadence de production à la forge, car l'opérateur est obligé d'arrêter temporairement l'amenée des pièces, donc aussi le four à induction, si bien que les pièces qui s'y trouvent se refroidissent, et au redémarrage, ne pourront pas atteindre la température voulue Il faut donc, au préalable, vider le four évacuer ces pièces et les réintroduire sur la ligne en amont du four Il en résulte des frais supplémentaires de manutention, des risques dus à la manipulation de pièces encore chaudes, un gaspillage d'énergie pour chauffer deux fois les mêmes pièces et, dans certains cas, une prolongation de la durée de l'arrêt si celui-ci était plus court que la durée nécessaire pour vider le four. La présente invention a pour but de fournir un procédé et un dispositif permettant d'éviter de tels inconvénients dans les cas o l'avancement des pièces doit s'arrêter, de manière à pouvoir maintenir les pièces sur la ligne et néanmoins les délivrer à la température voulue. Dans ce but, le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'en cas d'arrêt de l'avancement des pièces, on alimente au moins une partie des inducteurs suivant un second programme de commande, de manière à maintenir les pièces à des niveaux de température correspondant aux positions respectives qu'elles occupent dans le four. Dans une première forme de réalisation du procédé, dans le cadre du second programme de commande, on détecte la température d'au moins une partie des pièces se trouvant dans le four et l'on règle la puissance des inducteurs en fonction de cette détection. Dans une autre forme de réalisation du procédé, on détecte la vitesse des pièces ainsi que leur température à au moins un emplacement à l'intérieur du four, et on module la puissance des inducteurs en fonction de ces deux paramètres quand la vitesse s'écarte de ladite vitesse donnée. Une forme de réalisation avantageuse du procédé prévoit qu'en cas d'arrêt de l'avancement des pièces, on déplace au moins une partie des inducteurs alimentés selon le second programme de commande, jusqu'à des positions correspondant aux positions d'arrêt des pièces dans le four. -De préférence, dans le cadre du second programme de commande, le champ magnétique produit par les inducteurs est croissant dans le sens d'avancement des pièces. Dans une forme particulière du procédé, on effectue une phase de démarrage dans laquelle on place une rangée de pièces dans le four et l'on applique le second programme de commande de manière à porter les pièces auxdits niveaux de température et à les maintenir à ces niveaux le cas échéant, puis on effectue une phase normale de chauffage dans laquelle on fait avancer les pièces et l'on applique le premier programme -3- de commande. Pour la mise en oeuvre du procédé exposé ci-dessus, un dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de commande agencés pour modifier l'alimentation d'au moins une partie des inducteurs en cas d'arrêt des moyens de convoyage. Dans une forme de réalisation préférée, le four comporte un premier ensemble d'inducteurs agencés pour porter les pièces à une température finale donnée en fonctionnement normal, et un second ensemble d'inducteurs commandés par lesdits moyens de commande quand des pièces sont arrêtées dans le four, de manière à maintenir ces pièces à des niveaux de température déterminés correspondant à leurs positions respectives dans le four. De préférence, les inducteurs du second ensemble sont disposés autour du premier ensemble. Dans une forme de réalisation particulière, certains des inducteurs du second ensemble sont montés de manière ajustable dans la direction longitudinale du passage des pièces Ces inducteurs peuvent être connectés électriquement en parallèle ou en série. Dans une autre forme de réalisation, les moyens de commande du second ensemble d'inducteurs sont couplés à au moins un capteur de tempé- rature des pièces se trouvant dans le four On peut ainsi agir sur les inducteurs du second ensemble sans qu'il soit nécessaire d'ajuster leurs positions. La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante d'un exemple de réalisation, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique en coupe horizontale d'un four à induction appliquant le procédé selon l'invention, 4 - la figure 2 est un diagramme représentant la température des pièces en fonction de leur position le long de leur passage dans le four de la figure 1, et la figure 3 est un diagramme représentant l'intensité du champ magnétique le long du passage des pièces dans le four. Le four à induction 1 représenté à la figure 1 comporte, de manière classique, un inducteur principal 2 formé par une bobine cylindrique entourant un passage longitudinal 3 pour des pièces à chauffer Cet inducteur est alimenté en courant alternatif à forte intensité par un générateur principal 4 relié aux deux extrémités de la bobine par des connexions électriques 5 et 6 La bobine 2 est refroidie de manière connue par un circuit d'eau qui n'est pas représenté Le passage 3 contient des rails de guidage sur lesquels des pièces à chauffer telles que des lopins d'acier 7 sont avancées à un cadence régulière par un dispositif de poussage 8, dans le sens de la flèche A Les lopins 7 sont amenés à l'entrée 10 du four 1 suivant la flèche C, dans le couloir 3 o ils sont chauffés par induction, et à la sortie Il du four, sont évacués suivant la flèche D pour être forgés immédiatement. Dans ce mode de fonctionnement classique du four, l'induction magnétique B du champ créé par l'inducteur principal 2 a une valeur Bo sensiblement constante le long du passage 3, comme on l'a représenté par une ligne horizontale 12 à la figure 3 La courbe 14 de la figure 2 montre schématiquement la variation de la température T des lopins 7 le long du passage 3, pour passer de la température ambiante TI à l'entrée du four, à une température voulue T 2 à la sortie 11, par exemple environ 1250 'C pour le forgeage La figure 2 montre également que la montée en température des lopins 7 marque au moins un palier 13, en particulier à une température T 3 correspondant au point de Curie. Dans ce mode de fonctionnement classique, la puissance de chauffe de l'inducteur principal 2 est constante Cette puissance et/ou la vitesse de l'avancement (continu ou saccadé) des lopins 7 dans le sens A sont ajustées de façon que les lopins atteignent la température T 2 à la sortie du four Si l'avancement doit être arrêté pour une raison quelconque, l'inducteur principal 2 ne peut pas être maintenu en fonction, même à une puissance réduite, car la température des pièces deviendrait uniforme sur toute la longueur du four et après le redémarrage ne permettrait plus à ces pièces de sortir du four à la température T 2 voulue. C'est pourquoi le four 1 est complété par un dispositif auxiliaire de chauffage, comportant plusieurs inducteurs auxiliaires 20 constitués par des bobines en forme de galettes entourant l'inducteur principal 2 et raccordés en parallèle (ou en série dans certains cas) à un générateur électrique auxiliaire 21 couplé à un organe de commande 22 agencé pour moduler la puissance d'alimentation des inducteurs secondaires Cet organe peut être raccordé à un ou plusieurs capteurs de température tels qu'un pyromètre 23, lui délivrant un signal représentatif de la température des lopins 7 à un ou plusieurs points de leur passage dans le couloir 3 Dans une variante de réalisation, on peut remplacer le générateur auxiliaire 21 par un raccordement au générateur principal 4, par l'entremise d'un organe de commutation permettant de basculer l'alimentation entre les deux ensembles d'inducteurs Les inducteurs secondaires 20 sont montés de manière mobile le long d'un bâti auxiliaire 24, de sorte que l'on peut ajuster leur position longitudinale respective en fonction de la nature des pièces à chauffer et de la variation voulue de l'intensité du champ magnétique le long du passage 3 Le chauffage par les inducteurs secondaires 20 a pour but de maintenir les lopins 7 à des températures respectives correspondant à leurs positions le long du passage 3, ces températures étant celles de la courbe 14 de la figure 2 Il s'agit donc uniquement de compenser les pertes thermiques des pièces, et par conséquent, la puissance demandée est beaucoup plus faible que celle de l'inducteur principal 2 En outre, cette puissance a une répartition non uniforme le long du four, comme le montre la courbe 25 représentant schématiquement l'induction magnéti- que B nécessaire pour maintenir les lopins 7 aux températures représentées par la figure 2 La possibilité d'ajustage longitudinal de la position des bobines permet en particulier d'ajuster la forme de la courbe 25 à la courbe de température d'un type particulier de pièce. L'organe de réglage 22 peut alors moduler la puissance sur la base d'un programme pré-établi, sur les indications d'un seul capteur de tempéra- -6- ture 23. La présente invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit ci-dessus et elle peut faire l'objet de nombreuses variantes A la place d'un ajustage mécanique par modification de la position des bobines 20, on peut prévoir un ajustage électrique si l'on utilise comme inducteurs secondaires des bobines fixes dont la puissance sera modulée, en fonction de la courbe de température à atteindre (figure 2), à l'aide d'une série de capteurs de température répartis le long du four En appliquant le même procédé, on pourrait même se passer d'inducteurs secondaires, si l'inducteur principal est subdivisé en plusieurs éléments agencés pour fonctionner à pleine puissance en marche normale, mais dont on peut moduler individuellement la puissance, grâce à des organes de commutation et d'alimentation appropriés, en cas d'arrêt de l'avan- cement des pièces. -7- Revendications 1 Procédé pour chauffer des pièces métalliques dans un four à induction, dans lequel on fait passer les pièces à travers un champ électroma- gnétique créé par des inducteurs alimentés en courant alternatif et dans lequel, en fonctionnement normal, on fait avancer les pièces dans le four à une vitesse donnée et l'on alimente au moins une partie des inducteurs suivant un premier programme de commande de manière à porter les pièces à une température finale prédéterminée à la sortie du four, caractérisé en ce qu'en cas d'arrêt de l'avancement des pièces, on alimente au moins une partie des inducteurs ( 2,20) suivant un second programme de commande, de manière à maintenir les pièces ( 7) à des niveaux de température correspondant aux positions respectives qu'elles occupent dans le four ( 1). 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cadre du second programme de commande, on détecte la température d'au moins une partie des pièces ( 7) se trouvant dans le four et l'on règle la puissance des inducteurs ( 20) en fonction de cette détection. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on détecte la vitesse des pièces ( 7) ainsi que leur température à au moins un emplacement à l'intérieur du four, et l'on module la puissance des inducteurs ( 2) en fonction de ces deux paramètres quand la vitesse s'écarte de ladite vitesse donnée. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'en cas d'arrêt de l'avancement des pièces, on déplace au moins une partie des inducteurs ( 20) alimentés selon le second programme de commande, jusqu'à des positions correspondant aux positions d'arrêt des pièces dans le four. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cadre du second programme de commande, le champ magnétique produit par les inducteurs ( 20) est croissant dans le sens d'avancement des pièces. 8 - 6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on effectue une phase de démarrage dans laquelle on place une rangée de pièces ( 7) dans le four ( 1) et l'on applique le second programme de commande de manière à porter les pièces auxdits niveaux de température et à les maintenir à ces niveaux le cas échéant, puis on effectue une phase normale de chauffage dans laquelle on fait avancer les pièces et l'on applique le premier programme de commande. 7 Dispositif pour chauffer des pièces métalliques par le procédé selon la revendication 1, comportant un four à induction ( 1) pourvu d'inducteurs disposés autour d'un passage longitudinal, des moyens d'alimentation des inducteurs en courant alternatif, et des moyens de convoyage agencés pour faire avancer des pièces ( 7) le long dudit passage, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de commande ( 22) agencés pour modifier l'alimentation d'au moins une partie des inducteurs ( 2, 20) en cas d'arrêt des moyens de convoyage ( 8). 8 Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le four comporte un premier ensemble d'inducteurs ( 2) agencés pour porter les pièces à une température finale donnée en fonctionnement normal, et un second ensemble d'inducteurs ( 20) commandés par lesdits moyens de commande ( 22) quand des pièces sont arrêtées dans le four, de manière à maintenir ces pièces à des niveaux de température déterminés, correspondant à leurs positions respectives dans le four. 9 Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les inducteurs ( 20) du second ensemble sont disposés autour du premier ensemble ( 2). 10 Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'au moins certains des inducteurs ( 20) du second ensemble sont montés de manière ajustable dans la direction longitudinale du passage des pièces. 11 Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de commande ( 22) du second ensemble d'inducteurs sont couplés à au moins un capteur ( 23) de température des pièces.