Brevet FR2682551A1 — publié le 19930416

La présente invention concerne les traitements par un dispositif de chauffage par induction de bandes métalliques en défilement en vue d'un traitement thermi- que ou de revêtement; le revêtement peut être métallique (refusion d'étain, zinc) ou organique (cuisson de vernis ou de peinture) Le chauffage par induction, du fait de ses qualités intrinsèques (propreté, rapidité, souplesse) est une technique particulièrement bien adaptée au traitement en continu des bandes métalliques C'est pourquoi le chauffage par induction est mis en oeuvre pour le traitement de revêtement ou métallique ou organi- que de bandes métalliques, en particulier de l'acier. Dans le cas du chauffage des aciers magnétiques, en particulier, les inducteurs mis en oeuvre engendrent principalement un champ magnétique longitudinal parallèle au sens de défilement de la bande métallique La fré- quence de fonctionnement des inducteurs dépend des caractéristiques électriques, magnétiques et géométriques de la bande de métal ainsi que de la densité de puissance pour les matériaux magnétiques Les inducteurs sont cosntitués par une bobine en forme d'hélice aplatie de plusieurs spires alimentée par un convertisseur de fréquence. Une telle bobine d'induction engendre un champ magnétique comportant une composante longitudinale importante, mais malheureusement, elle crée également une composante transversale La première composante longitu- dinale engendre des courants induits qui circulent dans l'épaisseur de la bande perpendiculairement au sens de défilement et qui la chauffent La composante transver- sale engendre des courants dits de fuites qui prennent naissance dans la bande, la parcourent initialement dans le sens de défilement de la bande et qui cherchent à retourner au point de départ en empruntant tous les chemins possibles (cylindre, carcasse métallique). Si dans le trajet de ces courants de fuites, on interpose un isolant, par exemple une couche de peinture ou de vernis, on fait alors apparaître une tension dont le niveau peut provoquer la destruction de cet isolant. Ce phénomène connu sous le nom de phénomène d'étincelage est particulièrement nuisible à la qualité des peintures ou vernis qui lui sont déposés sur la bande métallique. En ce qui concerne les revêtements conducteurs, c'est-à-dire métalliques, il n'y a pas de dégradation de la qualité car les courants peuvent s'écouler librement; par contre ils peuvent endommager certaines pièces, telles que les roulements des cylindres de guidage de la bande, par exemple En ce qui concerne les revêtements organiques, on peut avoir recours à l'emploi d'un système de guidage fortement isolé (cylindre monté sur cale ou revêtu d'une matière plastique). Pour les installations de traitement polyvalentes l'emploi de cylindres métalliques est un impératif Dans ce dernier cas, on peut placer sur les rives de la bande en amont et en aval de l'iducteur des collecteurs de manière à localiser les défauts Malheureusement ce système conduit à fabriquer une bande de moindre qualité puisque ses rives sont mises à nu et il n'est pas d'une grande fiabilité puisque des claquages de peinture en "pleine peau" sont à craindre. L'origine des courants de fuites est la compo- sante transversale du champ magnétique créé par l'induc- teur Ce dernier présente en section la forme d'un rectangle allongé entourant la bande métallique à traiter et comporte des spires droites qui sont reliées entre elles par une connexion oblique disposée sur le côté de la spire. Il est désirable d'éliminer les courants de fuites pour améliorer les performances des intallations de traitement de revêtement et en particulier pouvoir disposer d'installations polyvalentes C'est pourquoi la présente invention se propose de fournir un inducteur de chauffage par induction de bandes métalliques en défile- ment qui permet d'éliminer les courants de fuites indési- rables. A cet effet, la présente invention a pour objet un inducteur de chauffage par induction de bandes métal- liques en défilement en vue d'un traitement de revête- ment, constitué par une bobine en hélice aplatie, compre- nant des spires raccordées entre elles par une connexion oblique disposée sur un petit côté de la bobine et entourant la bande métallique en défilement, caractérisé en ce que l'on prévoit des moyens de suppression de la composante transversale du champ magnétique créé par ladite bobine. Du fait que l'invention permet de supprimer la composante transversale du champ magnétique, les courants de fuites disparaissent et les inconvénients précités ne se produisent plus. Selon un premier mode de réalisation, l'inducteur comporte une bague constituant une spire en court-circuit et entourant le petit côté de la bobine comportant les connexions obliques entre spires. Cette disposition permet d'annuler les effets créés par la composante transversale du champ magnétique. Selon un autre mode de réalisation de l'inven- tion, la bobine est constituée par des spires formant une double hélice imbriquée. Grâce à cette disposition, les effets créés par chacune des connexions obliques s'éliminent deux par deux. Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, la bobine est constituée de deux bobines symétriques à sens de bobinage opposés. Là encore, les effets néfastes des connexions obliques sont compensés-deux par deux. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront de la description qui suit d'exem- ples de réalisation de l'invention, faite en se référant au dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique en perspec- tive d'une installation de traitement de revêtement de bandes métalliques utilisant un chauffage par induction; la figure 2 présente une bobine d'induction de type classique; les figures 3 à 5 illustrent un premier mode de réalisation de l'invention; la figure 6 illustre un deuxième mode de réali- sation de l'invention; la figure 7 illustre un troisième mode de réalisation de l'invention utilisant deux bobines à sens de bobinage opposés. la figure 8 représente un premier mode de connexion des bobines de la figure 7; et la figure 9 représente un deuxième mode de connexion des bobines de la figure 7. La figure 1 représente schématiquement en pers- pective une installation de traitement de revêtement d'une bande métallique en défilement qui utilise un dispositif de chauffage par induction La bande métalli- que 1 pénètre dans l'installation du côté droit, elle est amnée jusqu'à un cylindre de guidage 2 qui peut également constituer un cylindre de refroidissement Elle traverse ensuite un ensemble de chauffage par induction qui, dans l'exemple représenté, comporte deux bobines d'induction successives 3 et 4 qui sont alimentées chacune par un convertisseur de fréquence 5, respectivement 6 La bande chauffée passe ensuite dans un dispositif de traitement schématisé par un bain 7. La figure 2 représente en perspective une des bobines d'induction Elle est constituée d'une bande métallique qui est bobinée de manière à réaliser une hélice aplatie Dans l'exemple représenté, la bobine comporte trois spires qui sont alimentées en courant à haute fréquence du côté gauche, le courant sortant du côté droit, la circulation du courant étant symbolisée par des petites flèches. On voit que chaque spire comporte deux grands côtés 11 et 12 et un petit côté perpendiculaire 13; les spires voisines sont reliées entre elles par une con- nexion oblique 14 C'est l'ensemble de ces connexions obliques 14 qui engendre la composante transversale du champ magnétique. L'invention se propose d'annuler cette composante transversale Un premier mode de réalisation de l'inven- tion est illustré par les figures 3 à 5 La figure 3 représente en coupe de face un inducteur 21 du type qui vient d'être décrit qui entoure la bande métallique 22. Sur la figure 4 qui est une coupe de dessus et sur la figure 5 qui est une vue de profil on voit que cet inducteur 21 comporte quatre spires. Conformément à la présente invention, le petit côté 23 de l'inducteur 21 qui comporte les connexions obliques entre spires est entouré par une bague 24 qui constitue une spire de court-circuit et qui présente une branche interne 25 située à l'intérieur de l'inducteur et une branche externe 26 Cette spire de court-circuit peut par exemple être réalisée au moyen d'un tube de section rectangulaire dont l'épaisseur est supérieure à la profondeur de peau à la fréquence utilisée pour le traitement Cette spire 24 a une hauteur telle qu'elle occupe toute la hauteur de l'inducteur 21. La face de cette spire de court-circuit qui est placée en regard des spires de l'inducteur, au niveau du côté o se trouve les connexions entre spires, est le siège de courants induits de sens opposé au courant de l'inducteur Les courants induits se regroupent sur la face en regard de la bande à chauffer La branche interne 25 ne constitue pas un écran au champ magnétique; elle régénère intégralement la composante longitudinale du champ magnétique La boucle constituée par la branche interne 25 et la branche externe 26 et par le jeu des barres de connexion 27 de la bobine de l'inducteur va consommer et annuler dans le voisinage de la bande métallique 22 la composante transversale du champ magné- tique En effet, la boucle, sur la face en regard avec les spires et les connexions, va être le siège d'un courant induit en opposition par rapport à la composante néfaste du courant L'intensité du courant circulant dans cette boucle est fonction de l'inductance mutuelle entre elle et l'ensemble des spires et des connexions L'ajus- tement de l'intensité peut se faire en faisant varier la géométrie de la boucle (distance entre elle et l'ensemble des connexions et des spires); ceci peut être obtenu en utilisant éventuellement un circuit magnétique pour accroître le couplage Il est donc possible d'obtenir un état dans lequel la composante transversale du champ au niveau de la bande 22 est nulle Si cela s'avère néces- saire, la spire de court-circuit 24 sera refroidie par exemple par de l'eau. La figure 6 représente un autre mode de réalisa- tion de l'invention Dans ce cas, la bande métallique 31 se déplace dans un inducteur constitué par une double hélice imbriquée Les deux hélices comportent des spires reliées par des connexions obliques et la deuxième hélice est bobinée en sens inverse de la première de telle sorte que la borne de sortie de la deuxième hélice se trouve au niveau de la borne d'entrée de la première. On voit que les connexions obliques de la pre- mière hélice se croisent avec les connexions obliques de la seconde hélice de telle sorte que la composante transversale du champ magnétique se trouve annulée. En fait, on peut considérer que chaque spire est constituée par une longueur de la première hélice et une longueur de la seconde hélice Compte tenu des symétries nécessaires dans cette disposition, le nombre des spires est égal 4 N + 1, N étant un nombre entier Si on tolère une légère dissymétrie, il est possible de s'écarter de la condition 4 N + 1; toutefois il faudra que le nombre de spires soit important (par exemple supérieur à 7). La figure 7 représente un troisième mode de réalisation de l'invention dans lequel on utilise deux bobines disposées l'une à la suite de l'autre Une première bobine 41 est bobinée dans un premier sens et la deuxième bobine 42 est bobinée en sens inverse Ces deux bobines peuvent être connectées en série ou en parallèle. La figure 8 représente le montage série des deux bobines 41 et 42 de la figure 7 La connexion 43 réalisée est faite de manière que les courants inducteurs de chaque bobine tournent dans le même sens et engendrent donc des champs longitudinaux de même direction Les bornes 44 et 45 sont reliées respectivement aux pôles d'une source de courant alternatif. Du point de vue électrique, l'inducteur de la figure 8 est équivalent à un inducteur de type classique comportant deux fois le nombre de spires de chaque bobine élémentaire 41 ou 42. La figure 9 représente un branchement en paral- lèle des deux bobines de la figure 7 Dans ce cas, on effectue une interconnexion des parties médianes et des parties extrêmes des bobines, les bornes d'alimentation 51 et 52 étant raccordées à l'alimentation en courant alternatif. Le courant fourni par la source d'alimentation continue se divise en deux courants parcourant chacun une des deux bobines Pour avoir une efficacité maximale, il y a intérêt à équilibrer les champs créés par chacune des bobines en phase et en amplitude Dans le cas de bobines réalisées au moyen de bandes conductrices, l'égalité des champs créés par les deux bobines est relativement facile à obtenir Si cela est nécessaire, dans le cas o les courants des deux bobines sont nettement différents, on peut agir sur la structure d'une bobine en jouant sur le nombre de spires ou la longueur de celles-ci. Selon une autre variante, on peut utiliser dans chaque bobine 41 et 42 des dispositifs de correction du courant, par exemple des impédances. On voit que l'invention permet de supprimer les effets néfastes de la composante de champ transversal d'un inducteur de chauffage de type connu Les différents modes de réalisation de l'invention sont faciles à réaliser et ils permettent d'obtenir un inducteur de chauffage par induction qui peut être utilisé pour tout type de traitement de revêtement, à savoir métallique ou organique. REVENDICATIONS 1 Inducteur ( 3,4) de chauffage par induction de bandes métalliques ( 1, 22,31) en défilement en vue d'un traitement thermique ou de revêtement, constitué par une bobine en hélice aplatie, comprenant des spires ( 1113) raccordées entre elles par une connexion oblique ( 14) disposée sur un petit côté de la bobine et entourant la bande métallique ( 1,22,31) en défilement, caractérisé en ce que l'on prévoit des moyens ( 24-26) de suppression de la composante transversale du champ magnétique créé par ladite bobine. 2 Inducteur de chauffage par induction de bandes métalliques en défilement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une bague ( 24) consti- tuant une spire en court-circuit et entourant le petit côté ( 23) de la bobine ( 21) comportant les connexions obliques entre spires. 3 Inducteur de chauffage par induction de bandes métalliques en défilement selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite bague ( 24) s'étend sur sensiblement toute la hauteur de la bobine ( 21). 4 Inducteur de chauffage par induction de bandes métalliques en défilement selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la bague ( 24) est constituée par un tube dont l'épaisseur est supérieure à la profondeur de peau pour la fréquence du courant d'induction. Inducteur de chauffage par induction de bandes métalliques en défilement selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ladite bague ( 24) entoure les barres de connexion ( 27) de la bobine. 6 Inducteur de chauffage par induction de bandes métalliques en défilement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bobine est constituée par des spires formant une double hélice imbriquée. 7 Inducteur de chauffage par induction de bandes métalliques en défilement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bobine est constituée de deux bobines symétriques ( 41,42) à sens de bobinage opposés. 8 Inducteur de chauffage par induction de bandes métalliques en défilement selon la revendication 7, caractérisé en ce que les deux bobines ( 41,42) sont branchées en série. 9 Inducteur de chauffage par induction de bandes métalliques en défilement selon la revendication 7, caractérisé en ce que les deux bobines ( 41,42) sont branchées en parallèle. Inducteur de chauffage par induction de bandes métalliques en défilement selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'au moins une des bobines ( 41,42) est alimentée par l'intermédiaire d'un dispositif de correction du courant.