Brevet FR2688580A1 — publié le 19930917

L'invention concerne un four à induction pour la fusion et la coulée de matières en atmosphère non réactive, comportant: une chambre de four étanche au vide, avec une ouverture et une plaque de fermeture qui lui est conjuguée, plaque derrière laquelle est disposé un creuset culbutable entouré par au moins une bobine d'induction, ce creuset étant doté d'un bec de coulée, et dans laquelle est aménagée une traversée tournante avec des conduites pour le courant de bobine et l'eau de refroidissement pour refroidir la bobine d'induction. Dans un tel four à induction connu par le brevet américain US- P 4 331 828, la traversée tournante se trouve dans une porte de four pivotante et porte, avec une portée unilatérale dite en porte à faux, aussi bien le creuset de fusion que la bobine d'induction l'entourant Il en résulte que ladite porte se trouve sollicitée en plus par des efforts de déformation qui ont une influence dommageable sur l'étanchéité entre la et la chambre du four En outre, la traversée tournante qui représente en fin de compte la seule portée pour le creuset et la bobine d'induction est sollicitée par des forces de basculement qui menacent l'étanchéité impérativement nécessaire à cet endroit Le four connu ne convient donc que pour la fusion de quantités de matière relativement faibles, ce qui explique pourquoi on peut aussi utiliser des contacts glissants pour l'amenée du courant de bobine Seule l'amenée de l'eau de refroidissement s'effectue par des conduites souples et par un tambour qui, pour sa part, est lui aussi relié à des conduites tubulaires rigides qui passent par la traversée tournante. L'agencement connu ne convient donc que pour l'alimentation d'une bobine d'induction ayant au maximum deux parties Les jonctions par manchon pour l'eau de refroidissement et l'amenée de courant à la bobine d'induction se trouvent aussi à l'intérieur de la chambre de four, de sorte que d'éventuels défauts d'étanchéité conduisent à de graves perturbations du fonctionnement lors de la marche sous vide. Le fait d'indiquer qu'une atmosphère non réactive doit être produite dans un tel four à induction inclut aussi la marche sous vide, la marche sous gaz protecteur à pression normale ainsi que sous gaz protecteur à pression différente de la pression atmosphérique. L'invention a pour but d'améliorer un tel four à induction, de manière qu'il convienne aussi pour la fusion et la coulée de grandes charges de métal pouvant aller de 500 kg jusqu'au domaine d'au moins une tonne. Avec un four à induction du type indiqué au début, ce but est atteint par le fait que la plaque de fermeture est disposée sur un châssis mobile déplaçable linéairement au moyen de galets ou roues, et par le fait qu'un culbuteur est monté sur ledit châssis au moyen de deux paliers de pivotement coaxiaux se trouvant de part et d'autre du bec de coulée. Avec une telle construction, la plaque de fermeture n'est pas sollicitée par des efforts de déformation, de sorte que l'étanchéité d'encadrement entre la plaque de fermeture et la porte du four reste très largement non influencée par le poids de la charge. Le montage sur paliers bilatéraux du creuset et de la bobine d'induction décharge en outre la traversée tournante des couples de basculement qui surviendraient avec un montage différent, de sorte que la facilité d'exécution du mouvement de rotation et de pivotement, et des étanchéités reste également très sensiblement à l'abri des influences du poids de la charge Enfin, l'agencement des paliers de culbutement des deux côtés du bec de coulée permet au point de rotation de se trouver au moins à proximité immédiate du bord de coulée du bec, ce qui autorise une coulée géométriquement beaucoup plus précise que dans l'état de la technique dans lequel l'axe de rotation ou culbutement passe sensiblement par le milieu de l'axe du creuset. Il est alors particulièrement avantageux que la traversée tournante soit l'un des deux paliers de pivotement. Une autre forme de réalisation avantageuse de l'invention se particularise par le fait que la traversée tournante présente un corps de portée cylindrique creux intérieur qui, en son côté frontal tourné vers le creuset, est fermé par une plaque en matière isolante dans laquelle sont placées des garnitures pour la traversée des conduites allant à la bobine d'induction, ladite traversée tournante portant sur son bord frontal situé à l'extérieur une roue dentée pour l'engrènement d'un entraînement de basculement. Cette disposition a pour effet que la charge de la traversée tournante est répartie sur la longueur du corps de portée En outre, on forme ainsi, à l'intérieur de la traversée tournante, une cavité cylindrique se trouvant sous la pression atmosphérique et dans laquelle on peut agencer de manière particulièrement avantageuse les joints et raccords vissables, étanches à l'eau, dans les conduites allant à la bobine d'induction Les raccords vissables étanches à l'eau peuvent donc être défaits sans compromettre le vide ou l'atmosphère de gaz protecteur dans la chambre de four. Afin de permettre en outre une extraction du creuset hors de la chambre de four, sans avoir à tenir compte d'un guidage instable, l'invention offre un développement particulièrement avantageux par le fait que les galets ou roues pour l'appui du châssis mobile sont fixés en un endroit fixe sur le fond de la chambre de four, et par le fait que la plaque de fermeture de la chambre de four présente sur son côté extérieur, dans la région du bord inférieur, des galets ou roues de soutien qui sont déplaçables sur des rails. Parmi les différents détails de réalisation possibles, l'invention prévoit notamment: que la traversée tournante est l'un des deux paliers de pivotement; que, du côté de la plaque de la traversée tournante non tourné vers le creuset, les conduites sont munies de raccords vissés amovibles et étanches à l'eau; que l'entraînement de pivotement présente un vérin hydraulique et une chaîne à chaînons qui est sollicitée en traction par ledit vérin hydraulique et qui est appliquée sur la roue dentée de la traversée tournante; que le creuset est monté à rotation dans le culbuteur, autour d'un axe vertical dans la position de fusion; que la portée de rotation est constituée par un palier à coussin d'air. Les divers avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus complètement à la lecture de la description suivante, présentée à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux dessins annexés. Les figures représentent la figure 1, une coupe verticale d'un four à induction, dans la région de la traversée tournante; la figure 2, la traversée tournante selon la figure 1, à une échelle agrandie; la figure 3, une coupe horizontale du four à induction complet, faite le long de l'axe de basculement A-A, avec une vue en plan du creuset avec bobine d'induction; la figure 4, une vue latérale intérieure du four à induction complet avec représentation stroboscopique du mouvement de basculement du creuset; et la figure 5, à une échelle agrandie, une vue partielle tirée de la figure 4, faisant ressortir particulièrement le culbuteur ou basculeur. Sur la figure 1, on a représenté un four à induction 1 qui, typiquement, est conçu pour la fusion et la coulée de métaux Ce four à induction possède une chambre étanche au vide 2 munie d'une ouverture rectangulaire 3 qui, dans la position de fonctionnement représentée, est fermée avec étanchéité au vide par une plaque de fermeture 4 Derrière cette plaque de fermeture est disposé un creuset 5 qui est entouré par une bobine d'induction 6 Ce creuset 5 possède un bec de coulée 5 a avec un bord-déversoir 5 b (figure 2). Sur la porte 4 est agencée une traversée tournante 7 qui sera considérée de manière plus détaillée en se rapportant la figure 2. Cette traversée tournante est réalisée avec une symétrie de rotation par rapport à l'axe de basculement A-A et forme en même temps le premier palier de basculement Ll pour le creuset 5 Au palier de basculement Ll est fixé, avec solidarisation en rotation, le montant avant vertical 8 a d'un culbuteur ou dispositif basculeur 8 dont le montant vertical arrière 8 b débouche, en son extrémité supérieure, sur le deuxième palier de basculement L 2 Le montant avant 8 a et le montant arrière 8 b sont liés l'un à l'autre, en leurs extrémités inférieures, par une plate-forme basculante 8 c. Le palier arrière de basculement L 2 se trouve à l'extrémité supérieure d'un montant-support vertical 9 a d'un châssis mobile 9 qui, dans sa région inférieure, présente deux rails parallèles horizontaux 9 b et 9 c avec des surfaces de roulement 9 d Ces rails permettent au châssis mobile 9 d'être déplaçable sur un total de six galets ou roues, ainsi qu'il ressort de l'examen combiné des figures 1 et 4 Les rails 9 b et 9 c sont liés entre eux par des traverses 9 e. Les galets 10 sont fixés en position fixe sur le fond 2 a de la chambre à vide 2, de sorte que les rails 9 b et 9 c doivent déborder au-delà du galet le plus en arrière, afin que celui-ci soit reçu dans la paroi arrière 2 b de la chambre Une poche de forme correspondante 2 c est agencée dans cette paroi Les extrémités avant des rails 9 b et 9 c sont rigidement liées à la plaque de fermeture 4 Cette plaque de fermeture possède, sur son côté extérieur 4 a, dans la région de l'arête inférieure 4 b, des rouleaux ou galets d'appui supplémentaires 11 qui roulent sur des rails extérieurs 12 Les galets ou roues d'appui 11 sont mobiles avec la plaque de fermeture 4, de sorte que l'ensemble de la partie mobile du four à induction, à savoir la plaque de fermeture 4 avec le châssis mobile 9, le culbuteur 8 et le creuset 5 avec la bobine d'induction 6, conserve toujours une position stable, et cela même lorsque les rails 9 b et 9 c ne reposent plus sur les galets ou roues les plus en arrière. Sur la figure 2, les mêmes parties ou pièces que sur la figure 1 sont munies des mêmes références La traversée tournante 7 possède une bague de portée extérieure 13 dans laquelle est monté, avec étanchéité au vide, au moyen de roulements non désignés de manière détaillée, un corps d'appui intérieur 14, cylindrique et creux, qui, en sa face frontale tournée vers le creuset 5, est fermé avec étanchéité au vide par une plaque 15 en matière isolante dans laquelle sont insérés des presse-garniture 16 pour la traversée de conduites allant à la bobine d'induction 6 Cet agencement a pour effet de former à l'intérieur du corps de portée 14 une cavité cylindrique 18 dans laquelle se trouvent aussi des organes de raccordement par vissage, amovibles et étanches, 19, dans les conduites 17 Dans le cas présent, les conduites 17 sont des conduites tubulaires parcourues par un agent réfrigérant, lesquelles sont reliées, par des portions de ligne ou conduite internes 17 a, à la bobine d'induction 6, laquelle est constituée par trois bobines individuelles non représentées ici de manière détaillée, de sorte que l'application à ces bobines individuelles de courants alternatifs déphasés engendre une répercussion dans le bain de métal en fusion. L'agencement extérieur et la suite du tracé de ces conduites combinées de courant et d'eau correspondent très largement à l'état de la technique et ne sont donc pas expliqués de manière plus détaillée Les conduites concernées sont suspendues sur un bras en porte à faux 20 qui est fixé à la plaque de fermeture 4. En son extrémité frontale côté extérieur, le corps de portée 14 est muni d'une roue dentée 21 dans laquelle engrène un entraînement culbuteur 22 Cet entraînement culbuteur 22 est constitué, selon la figure 3, par un vérin hydraulique 23 avec une tige de piston 23 a qui est liée à une chaîne à chaînons 24 qui est appliquée sur la roue dentée 21 de la traversée tournante 7 La rétraction de la tige de piston 23 a et la force de traction que la chaîne 24 exerce de ce fait ont pour effet de faire pivoter le culbuteur 8 autour de l'axe de basculement A-A L'examen combiné des figures 2 et 3 permet de voir que le bec de coulée Sa ou encore son bord-déversoir 5 b se trouve à proximité immédiate de l'axe de pivotement A-A, de sorte que, lors de la coulée de sortie, c'est-à- dire lorsque le creuset 5 prend une inclinaison croissante, ce bord- déversoir n'exécute aucun mouvement relatif notable par rapport à une coquille ou moule de coulée se trouvant en dessous dudit bord- déversoir 5 b Ni coquille, ni moule de coulée ne sont représentés ici. La figure 4 permet de voir quel mouvement le culbuteur ou dispositif basculeur 8 exécute avec le creuset 5 pendant la coulée. Ici, le bord arrière inférieur du culbuteur 8 se déplace sur une trajectoire circulaire C autour de l'axe de basculement A-A Dans la position de fusion, le culbuteur 8 se trouve avec sa plate-forme basculante 8 c et le bord supérieur du creuset 5 en position horizontale. Aux fins d'exécution d'opérations en rapport avec du laitier ou des scories, le culbuteur 8 peut être mis, au-delà de la position de fusion, à une position oblique dans laquelle la portion arrière du bord du creuset se trouve plus basse que la portion avant. Pour effectuer un chargement du four à induction 1 avec des moules ou des coquilles, la chambre 2 du four possède, dans la région de la position du bec de coulée 45 a représentée sur les figures 1 et 3, une autre ouverture 25 qui est précédée d'une chambre à coulisseau 26 avec une plaque-coulisseau 27 Devant cette chambre à coulisseau 26 se trouve, là encore, une chambre- sas 28 dont le côté extérieur est fermé par une vanne de sas 29 En manoeuvrant alternativement la plaque-coulisseau 27 et la vanne de sas 29, on peut charger de moules ou coquilles le four à induction, par la chambre-sas 28 Ces moules ou coquilles peuvent être disposés sélectivement en un endroit approprié en dessous du bec de coulée 5 a La plaque de fermeture 4 et la chambre-sas 28 se trouvent en deux côtés de la chambre 2 du four qui se trouvent à angle droit l'un par rapport à l'autre, comme indiqué nettement sur la figure 4 On peut donc ainsi exploiter le four à induction 1 de manière quasi-continue Pour le chargement du creuset 5, on a prévu au-dessus de l'axe T du creuset qui, sur la figure 4, est dessiné pour la position que le creuset occupe en condition de fusion, une ouverture de chargement 30 sur laquelle un récipient de chargement avec fonction de sas peut être rapporté. La figure 5 permet en outre de voir que le montant avant 8 a du culbuteur 8 est constitué par une plaque dont le bord arrière 8 d va jusqu'au bord arrière de la plate-forme basculante 8 c. De manière analogue, l'extrémité supérieure du montant arrière 8 b du culbuteur 8 est reliée, par une entretoise oblique 31 à l'autre bord arrière de la plate-forme basculante 8 c A peu près en son milieu, l'entretoise oblique 31 est reliée, par une autre entretoise oblique 32, à la région avant de la plate-forme basculante 8 c, de sorte que l'on est assuré d'une absence totale d'ébranlement du creuset 5, même pendant la coulée Sur la figure, on a en outre représenté une bride ou collet de porte 33 avec laquelle la bague de portée extérieure 13 (non visible ici) est reliée. Dans la plaque 15 en matière isolante se trouve en plus une autre traversée 34 pour une conduite 35 de gaz de balayage, par laquelle le métal en fusion dans le creuset 5 peut être, par exemple, balayé par de l'argon. Sur la plate-forme basculante 8 c se trouve une portée de rotation 36 par laquelle le creuset 5 peut être déplacé angulairement autour de son axe "T" Cette portée de pivotement ou rotation est réalisée sous la forme de ce que l'on appelle un module à film d'air et autorise une levée jusqu'à 22 mm, dont toutefois seulement 4 mm environ sont utilisés lors du mouvement angulaire. L'objet de l'invention combine les avantages suivants: absence de jonctions hydrauliques dans la chambre du four, seulement une conduite souple d'eau dans la chambre du four, absence de câble de courant dans la chambre de four, sens de jonctions amovibles de conduites dans la chambre de four, absence d'éléments d'entraînement dans la chambre de four, possibilité d'utilisation du creuset aussi bien à l'intérieur de la chambre de four qu'à l'extérieur de celle- ci, dans la condition sortie, montage et démontage, ainsi que travaux de maintenance sur le creuset et sur la bobine d'induction à l'extérieur de la chambre de four, c'est-à-dire absence de personnel dans la chambre de four, possibilité de changement rapide de creuset, inspection et nettoyage après chaque fusion sans interruption des jonctions de conduites ou lignes à l'extérieur de la chambre de four, pleine puissance du four, y compris exploitation de fusion, même à l'extérieur de la chambre de four, poids de charge pratiquement illimité vers le haut, forces de basculement non appliquées à l'enceinte du four mais reçues par le culbuteur, absence d'efforts appliqués dans les bobines d'induction. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple(s) non limitatif(s) sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS: 1 Four à induction pour la fusion et la coulée de matières en atmosphère non réactive, comportant: une chambre de four étanche au vide ( 2), avec une ouverture et une plaque de fermeture ( 4) qui lui est conjuguée, plaque derrière laquelle est disposé un creuset culbutable ( 5) entouré par au moins une bobine d'induction ( 6), ce creuset étant doté d'un bec de coulée ( 5 a), et dans laquelle est aménagée une traversée tournante avec des conduites pour le courant de bobine et l'eau de refroidissement pour refroidir la bobine d'induction, caractérisé par le fait que la plaque de fermeture ( 4) est disposée sur un châssis mobile ( 9) déplaçable linéairement au moyen de galets ou roues ( 10), et par le fait qu'un culbuteur ( 8) est monté sur ledit châssis au moyen de deux paliers de pivotement (Ll, L 2) coaxiaux se trouvant de part et d'autre du bec de coulée (Sa). 2 Four à induction selon revendication 1, caractérisé par le fait que la traversée tournante ( 7) est l'un des deux paliers de pivotement (L). 3 Four à induction selon revendication 2, caractérisé par le fait que la traversée tournante ( 7) présente un corps de portée cylindrique creux intérieur ( 14) qui, en son côté frontal tourné vers le creuset ( 5), est fermé par une plaque ( 15) en matière isolante dans laquelle sont placées des garnitures ( 16) pour la traversée des conduites ( 17) allant à la bobine d'induction ( 6), ladite traversée tournante portant sur son bord frontal situé à l'extérieur une roue dentée ( 21) pour l'engrènement d'un entraînement de basculement ( 22). 4 Four à induction selon revendication 3, caractérisé par le fait que, du côté de la plaque ( 15) de la traversée tournante ( 7) non tourné vers le creuset ( 5), les conduites ( 17) sont munies de raccords vissés ( 19) amovibles et étanches à l'eau. Four à induction selon revendication 3, caractérisé par le fait que l'entraînement de pivotement ( 22) présente un vérin hydraulique et une chaîne à chaînons ( 24) qui est sollicitée en traction par ledit vérin hydraulique ( 23) et qui est appliquée sur la roue dentée ( 21) de la traversée tournante ( 7). 6 Four à induction selon revendication 1, caractérisé par le fait que les galets ou roues ( 10) pour l'appui du châssis mobile ( 9) sont fixés en un endroit fixe sur le fond ( 2 a) de la chambre de four ( 2), et par le fait que la plaque de fermeture ( 4) de la chambre de four présente sur son côté extérieur ( 4 a), dans la région du bord inférieur ( 4 b), des galets ou roues de soutien ( 11) qui sont déplaçables sur des rails ( 12). 7 Four à induction selon revendication 1, caractérisé par le fait que le creuset ( 5) est monté à rotation dans le culbuteur ( 8), autour d'un axe (T) vertical dans la position de fusion. 8 Four à induction selon revendication 7, caractérisé par le fait que la portée de rotation ( 36) est constituée par un palier à coussin d'air.