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Procédé pour le chauffage électrique de fours, tels que fours à fondre, à recuire et à tremper à l'aide de résistant ces chauffantes parcourues par des coulants d'induction
EMI1.1
Wilhelm H A M M E R
Dans les fours électriques connus, tels que les fouis à fondre, à recuire et à trempes, la chambre de chauf- fe est entourée par- des résistances sous la forme de câbles ou de barres, ou également en forme de grains, qui sont chauffées par un courant les traversant directement ou éga-
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lement par un courant qui est induit en elles., et elles abandonnent au contenu leur chaleur rayonnante.
De tels fouis, présentent l'inconvénient que la du- rée possible des résistances est limitée.La distribution des corps de chauffe a lieu généralement parce qu'une par- tie quelconque est surchauffée, soit parce qu'elle est plus faible, soit par suite d'une mauvaise transmission de la chaleur .
Du fait de l'oxydation ou de la réduction en pous- sière, l'endroit s'affaiblit encore plus, s'échauffe encore plus,etc.. et est brûlé bientôt complètement.
On a déjà également, pour :remédier à ce désavantage, proposé des résistances chauffantes liquides, ou devenant liquides à la chaleur, en particulier du sel de cuisine .
S'il en résulte à un endroit quelconque une consommation plus forte de la masse de résistance, celle-ci se reconsti- tue aussitôt par l'apport de la matière qui coule. De plus, la fluidité à la chaleur se prête tout à fait à l'emploi de corps de la forme que l'on désire, de sorte qu'il s'en suit une transmission directe de la chaleur très favorable.
L'amenée du courant électrique se faisait alors jus- qu'à maintenant pax des électrodes. Il en surgissait pour- tant de nouvelles difficultés, en ce que les électrodes é- taient attaquées pax la matière constituant les résistances ou se transformaient en des combinaisons qui agissaient dé- favorablement sur le passage du courant.
L'invention consiste en un procédé pour le chauffa- ge électrique de fours industriels à l'aide de résistances de chauffages liquides, en particulier de métaux, qui sont fondus par le moyen de l'induction. Le chauffage par induc- tion présente l'avantage que l'on évite les difficultés de l'amenée de courant. En plus toutefois des forces électro- dynamiques prennent naissance dans la résistance liquide, qui impriment un mouvement de rotation à la masse consti- tuant la xésistance, ce qui est extraordinairement favora-
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ble à l'échange dechaleur entrele corps à chauffez et le support de chaleur. En aménageant un champ tournant magné- tique particulier,cette rotation peut être accélérée ou na- lentie.
On connaît des fours à induction dans lesquels un canal de fusion est constitué dans l'enroulement secondaire d'un transformateur,Mais il s'agit là de réalise! la fu- sion d'un métal en tant que but particulier. Conformément à l'invention le métal fondu ne sert pourtant que de support de chaleur, entourant la matière à travailler.
Comme corps résistants,le fer, le zinc et le plomb se recommandent le mieux, surtout le dernier, parce qu'il est bon marché et que sa résistance spécifique favorable, favorise le chauffage pax induction.
Son point d'ébullition relativement bas ( 1.500 ) empêche à coup sur d'atteindre de très hautes températures à la pression atmosphérique . Grâce à une pression artifi- cielle, dans le cas de l'emploi d'une couche d'azote ou ana- logue ,qui empêche en même temps le plomb d'être brûlé, le point d'ébullition peut cependant être relevé .Des couches isolantes, par exemple de graphite ,de poussiez decharbon, de scories ou analogues, pour isoler l'oxygène de l'air de la surface libre du bain, doivent être recommandées dans ce cas*
La matière constituant la résistance, qui se se- rait vaporisée éventuellemen't, peut être amenée dans des ap.. pareils de refroidissement et être de nouveau amenée au bain.
On peut employer aussi, d'après ce principe, avanta- geusement du plomb comme liquide de fusion parce qu'on peut le fondre dans des récipients en fer contrairement à ce qui se passe pour beaucoup d'autres métaux, de sorte quel'ap- pareil tout entier peut être construit en fer.
On n'a pas à craindreune perturbation du champ d'induction par le fer, car le fer, au point dit point de Curie, qui est à 8700 pour le fer ordinaire, est indiffé-
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lent au point de vue magnétique, tandis que les températures usuelles des fouis sont plus élevées,
Il y a aussi des alliages de fer dont le point de Curie est plus bas en réalité En cas de besoin on peut aus- si mettre des enroulements d'équilibre sur les parties en fer.
Une disposition particulière,et répondant au but poursuivi pour la réalisation du procédé suivant l'invention, est représentée dans le dessin.
La figure 1 représente en coupe le bain de plomb chauffé par induction suivant l'invention avec un creuset de fusion intérieur.
Les figures 2 et 3 .représentent la disposition des champs magnétiques pour produire une rotation active de la matière .
Les figures 4 à 8 montrent sommairement différentes formes d'exécution du circuit secondaire, dans lesquelles le circuit de la matière subit l'influence des différences de température .
La figure 12 représente, une forme d'exécution dans laquelle la rotation de la matière est accélérée par une aug- mentation brusque de pression (effet de geyser).
Un tube.±. en forme de U débouche en deux endroits b dans le corps du récipient a. L'ensemble est rempli par un corps conducteur servant de résistance chauffante, soit avantageusement du plomb.
Au milieu, entre les branches du tube en U c et des deux côtés de ce tube se trouve le noyau de fer e d'un txans- formateur à trois blanches dont les engoulevents ne sont pas représentés dansle dessin.
Le courant amené dans l'enroulement primaire, induit, dans le circuit secondaire formé par la matière d. constituant la résistance d ,un courant qui l'amène à l'état de fusion.
La chaleur dégagée est recueillie par le corps à fondre ± contenu dans le creuset f . Pour l'isoler de l'oxygène de 1'-
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air ,la surface libre de la résistance chauffante liquide est recouverte d'une couche de graphite h .La matière cons- tituant la résistance, de même que la matière protectrice,.
peuvent être reeomplétées pendant le fonctionnement grâce à un conduit latéral 1
Il est essentiel, pour qu'il y ait un échange fa- vorable de chaleur entre le contenu et la résistance chauf- fante,qu'il se produise une rotation active de cette der- nière. cette rotation est favorisée par les différences de température régnant dans le 'support de chaleur, de même que par les forces électrodynamiques quise dégagentdu champ, tournant du transformateur, et cette rotation peut être accélérée ou retardée suivant les besoins par des dis- positifs supplémentaires,
comme on va les décrire par la suite et comme on peut les employer isolément ou ensemble Suivant les figures 2 et 3 la rotation subit l'influence des champs de forces qui traversent l'anneau de plomb et sont produits par les pôles magnétiques k1,k2,k3 disposés à côté du tube en U.
Conformément au but poursuivi on dispo- se trois paires de pôles qui sont alimentées par un réseau triphasé 1 avec conducteur de retour ,
On voit dans les figures 4 à 9 un dispositif du circuit intermédiaire de chauffage sous l'effet de la cha- leur
Dans la figure 4 la branche de droite m du tube .
en U est plus étroite que celle de gauche n .La densité de courant et l'échappement sont, de ce fait, plus grandes dans la branche m, et la densité de matière plus faible
La matière plus légère sous l'unité de volume monte en m tandis que la plus lourde descend dans la bran- che n,de sorte qu'il en résulte une rotation active.De façon à pouvoir employer des grandeurs de tubes égales, on peut également .conformément à la figure 5, établir dans .la section de passage de l'une des deux branches une fourrure
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en chamotte o, nu, conformément à la figure6 introduire un crayon de chamotte ,
.Le dernier dispositif présente l'avan. tage supplémentaire que l'on peut régler la longueur de l'- étranglement en déplaçant le crayon, et par là même, le de- gré de chaleur et la vitesse de rotation de la matière cons- tituant la résistance.
Pour ne pas diminuer la circulation du moyen de chauffage en diminuant la section, on peut aus- si, à section de passage égal, agrandir du coté de l'exté- rieur l'épaisseur de paroi du tube, par exemple en ajoutant une enveloppe en cuivre . Conformément aux figures 7 et 9 on agit sur la densité de courant, en la faisant varier ., dans une des deux branches à l'aide d'une pièce auxiliaire modifiable dans la figure 7 en disposant un récipient annu- laire q qui est rempli plus ou moins dTun conducteur liqui- de,par exemple du cuivre fondu, dans la figure 8 au moyen d'une tige, amovible, en matière bonne conductrice, qui est maintenue par des griffes sur les colliers s du tube.
Une partie du courant passe alors en dérivation, la résis- tance de chauffage est donc plus faible dans la branche ren- forcée du tube et le contenu de cette branche s'échauffe moins que celui de l'autre . On peut aussi réaliser une dif- férence de température, favorable à la rotation dans les deux branches m et n en refroidissant l'une de ces branches.1
Un dispositif, comme celui que l'on peut voir dans la figure 9, est très efficace .Par l'établissement d'une fourrure! , ou bien d'une autre façon , la section de pas* sage est rétrécie fortement sur une courte longueur dans la branche m du tube en U. A cet endroit la densité de courant et en même temps réchauffement, sont très grands et ils' produisent l'effet de PINCH, ainsi dénommé, c'est-àire,
dans le canal de fusion chauffé par induction à un tourbil- lonnement important de l'anneau de métal liquide, tournil- lonnement qui amène dans ces circonstances à un étranglèment complèt et une interruption de courant, ce qui en général n'est pas à souhaiter.
Conformément à l'invention cet effet de .PINCÉ est
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produit artificiellement par une forme appropriée de l'em- placement d'étranglement . Lors de la rupture de l'anneau en fusion, un ard prend naissance à la solution de continuité, sous un fort dégagement de vapeurs de plomb. Le soudain ac- croissement de pression s'effectue pax l'inertie de tout le système dans le sens de la moindre résistance, le plomb est projeté hors de la branche rétrécie $ ,parce qu'il y a dans l'autre branche n une colonne liquide plus longue et se dé- plaçant en sens opposé. La manifestation de la force dans le sens voulu peut être favorisée par le fait que l'on don- ne une forme de buse à l'emplacement de tourbillonnement .
Le procédé se renouvelle à de courts intervalles de temps et produit un mouvement de rotation extraordinaire* ,Ment actif dans le support de chaleur .
Conformément au but deux ou plusieurs canaux de fusion sont aménagés sur une cuvette de bain afin de pou- voir utiliser toutes les phases dans un réseau à plusieurs phases et cela lorsqu'il y a deux canaux on se sext du mon- tage du Scott ainsi dénommé et lorsqu'il y a trois ou n.3 canaux du courant triphasé habituel. Les canaux peuvent être disposés horizontalement ou verticalement, de plus des nervures directrices peuvent être prévues dans la chambre du bain, lesquelles conduisent le métal qui sort des canaux là où l'on souhaite avoir la tempéxature la plus élevée dans le bain defusion.
L'application de la production de courant induit évite les difficultés de traversée qui se produisent dans l'emploi de griffes, électrodes, etc.. Par la transmission digeste de la chaleur dans.,l'emploi d'un support de chaleur spécial, on peut soumettreégalement, par le moyen de l'- induction, au traitement par la chaleur, des matières qui ne viendront pas en considération pour cela, soit parce qu'elles ne sont pas conductrices, soit à cause de leur ré- sistance spécifique non appropriée. De même pour les métaux pouvant être chauffés par induction indirecte,il y a l'-
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inconvénient que chacun demande un four spécialement ap- proprié à ses particularités physiques.
De plus. de petites, quantités ne peuvent pas être fon.dues, et, ;:lois du change- , ment de l'alliage, le four doit être vidé et être chauffé à nouveau ce qui n'est pas économique . @
La transmission de chaleur est incomparablement @ meilleuree par le contact non direct du creuset avec le sup- poit de chaleur que par rayonnement .Elle se fait plus ré- gulièxement , et l'utilisation de l'énergie contenue dans la chaleur est plus économique.
Le procédé suivant l'invention convient pour cha- que genre de traitement par la chaleur, en particulier également pour l'échauffement de bains de trempe non mé- tallique, comme des baina d'huile, des bains de sels etc..