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DISMSITIONS DE FOURS ELEO!J.1BIQUES
L'objet de la présente invention est une meilleure disposition des fours d'induction sans noyau, qui sont pourvus sous la sole de fusion de dispositifs créant un ou plusieurs champs magnétiques, et qui traitent la charge sous une importante production de chaleur et un brassage éner- gique, au cas où il s'agit d'élaboration liquide.
Les organes inducteurs sont constitués de systèmes magnétiques en fer laminé, dont les surfaces polaires sont placées aussi près que pos- sible de la charge, de façon que le chemin des lignes de force soit le plus court possible et que la force magnétique nécessaire, c'est à dire le nombre des ampères-tours des enroulements inducteurs soit aussi petit que possible, de même que le décalage des phases.
Le nouveau dispositif consiste essentiellement en ce que plusieurs systèmes magnétiques en fer laminé sont encastrés dans le réfractaire sous la sole du four et répartis le long de celle-ci de façon que les lignes de force doivent traverser la charge pour former un circuit magnétique fermé. Ces systèmes magnétiques sont constitués de noyatx pourvus d'enroulements et de pièces polaires spéciales en tôle de fer.
Les enroulements peuvent être plats, plus ou moins courbés, ou cylin- driques. Cette dernière disposition est la meilleure car elle permet de placer la bobine inductrice suffisamment loin de la zone chaude, directement sous la charge, en donnant au noyau une longueur suffisante.
Il est utile également de placer un soulier de pôle au bout du noyau de la bobine, afin d'augmenter la surface polaire et diminuer ainsi sensiblement la densité des lignes de force au dehors du système magnétique en fer laminé.
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Il est nécessaire de prévoir aussi un bon refroidissement des bobines et des pôles par exemple par adjonction de tubes réfrigérants partout où nécessaire, et surtout dans le voisinage direct des bobines, qu'il peut tire- utile de constituer de tubes, ou de fils, ou encore de câbles, en cuivre, en argent, en aluminium ou en alliage bon conducteur.
Si le four est prévu pour le traitement d'une charge assez impor- tante, par exemple 20 à 50 tonnes, ou encore davantage, il est avanta- geux de le construire avec sole allongée et non pas avec sole circulaire, car de la sorte on est moins limité en ce qui concerne l'importance de la charge. Ceci eat surtout important quand, pour l'affinage d'une charge, une très haute température est nécessaire, par exemple 1700 à 2000 . telle que dans l'élaboration de fer doux à partir de fonte brute, où cette haute température accélère la décarburation et favorise d'autres réactions dans le bain; car dans ce cas une grande voûte ronde offre des risques.
La. forme allongée de la sole permet une voûte étroite et haute, laquelle peut supporter une beaucoup plus haute température quand on la constitue d'un réfractaire approprié fondu électriquement, tel que MgO- A1203 - Zr02 - Cr203- ou SiO2.
Il est utile de construire la voûte en plusieurs segments et de prévoir des Joints étanches afin de pouvoir traiter la charge dans le vide ou dans une atmosphère appropriée, l'hydrogène par exemple.
Le four peut être construit basculant ou fixe, comme un tour Siemens-Martin, et être muni d'un bec de coulée, ou d'un trou de coulée.
On peut le chauffer avantageusement du haut par l'arc électrique afin de rendre possible ou de faciliter la fusion de charges n'étant pas très conductrices et constituées par exemple de mitrailles menues ou encombrantes, limailles, etc... Les frais de construction du four peu- vent être réduits sensiblement en produisant la chaleur nécessaire, non seulement par voie Inductive, mais encore au moyen d'arcs au-dessus de la charge, car de cette façon une grande partie des condensateurs coûtant très cher, est évitée.
Au moyen d'arcs, on peut par voie connue, garnir la sole des fours très sûrement et facilement sans qu'il soit nécessaire d'employer à cet effet le chauffage inductif. Les arcs peuvent être produits par des électrodes verticales, ou horizontales, ou verticales et horizontales,
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ou obliques, et il est utile qu'ils soient indépendants de la charge, car il est difficile de chauffer la surface d'un bain se trouvant en mouvement violent, sans qu'interviennent de grandes variations de courant. L'intérieur du four se laisse aussi mieux chauffer par des arcs brûlant librement, que par d'autres arcs, parce que les premiers sont indépendants de la présence ou non d'une charge.
L'arc brûlant librement travaille aussi beaucoup plus tranquillement que les arcs liés à la charge.
Le décalage de phases, toujours important avec les fours à induc- tion sans noyau, se laisse combattre par voie connue, par exemple par l'emploi de condensateurs ou Intercalation d'une machine synchrone.
Les dessins ci-joints montrent plusieurs réalisations de fours à induction sana noyau, de construction nouvelle et améliorée, et aussi quelques schémas de connexion y relatifs.
Planche I, Fig 1, on voit une coupe verticale dans un four bas=- lant, montrant la sole 1, les anneaux 2 servant au levage de la voûte 3, les brides 4 de la voûte formant fermeture étanche avec le manteau 5 du four. Le manteau est basculant au moyen de rails 6 tournant sur galets 7.
La charge est par exemple introduite au bout du four par l'ouverture 8 et peut être basculée par le trou de coulée 9. Les souliers de pôle sont figurés en 10 et les pièces de liaison en 11. Autour des souliers de pôle ou des noyaux, s'enroulent les spires 13. Le refroidissement du système magnétique se fait par tubes 14 placés devant la surface du pôle. Les électrodes verticales sont figurées en 15. Le nombre de celles- ci dépend du courant et de la longueur du four. Un lit de charbon 16 permet la production d'arcs au moyen des électrodes lorsque le four est vide. Un chenal de coulée pour vidange par basculage est figuré en 17.
La Fig 2 représente un système magnétique à trois paires de bobines suivant la Fig 1. Les surfaces polaires 10 sont d'équerre aveo l'axe longitudinal du four, mais les pièces de liaison lui sont parallèles.
Les trois électrodes sont figurées par des cercles pointillés 15.
La Fig 3 représente une coupe verticale d'un four fixe, où la sole est représentée en 18. Des anneaux 19 servent au levage de la voûte 20 qui repose sur le manteau 21 du four par des brides éventuellement
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étanches. La base en tôle du four est figurée en 22 et les parois en 23.
Les noyaux 24 sont fixés aux pièces de liaison 25 et portent les spires magnétisantes 26. Les tubes 27 refroidissent énergiquement la zone infé- rieure de la sole ainsi que le système des surfaces polaires. Des arcs brûlant librement sont produits par des électrodes 28 et 29. Par abais- sement réglé des électrodes 29, il est possible de travailler aussi par arcs jaillissant entre celles-ci et la charge en mouvement. Une ouver- ture dans la voûte peut être obturée par la plaque 30. Une porte 31 permet l'introduction de la charge, et un petit trou 32 à la sole, la sortie de la charge en fusion.
La Fig 4 représente un système magnétique à 3 paires de bobines du four 23. Les surfaces polaires 24 sont parallèles à l'axe longitudi- nal du four, les pièces de liaison 25 lui sont perpendiculaires. Les enroulements sont figurés par 26.
La Fig 5 montre un système de six enroulements 33 entourant les noysux 34. Chaque noyau est fixé à une pièce de liaison 35, le groupe de ces pièces rayonnant autour d'un point central.
La Fig. 6 montre comment plusieurs de ces systèmes magnétiques 35 peuvent être disposés sons la sole.
La Fig 7 donne une coupe verticale d'un four avec couvercle enlevé, dans lequel un certain nombre de systèmes magnétiques peuvent être dis- posés sous la sole. Celle-ci est figurée en 36, le manteau du four en 37, et une pièce de liaison en 38. Sur cette pièce sont fixés des noyaux magnétiques 39 et autour de ceux-ci des enroulements 40. Les systèmes magnétiques engendrent des champs de lignes de force figurés par les pointillés 41. Une plaque en fer 42 peut, par induction, être chauffée et fondue, dans le but de fondre la couche supérieure pulvérulente du revêtement, Une couche de laitier surnageant la charge est figurée en 45.
Planche 11, Fig 1, on voit une coupe verticale d'un four dont le bain est figuré en 1. Le bain est chauffé et mis en mouvement par les champs de lignes de force figurés par les lignes centrales 2. Les lignes de force sont produites par des systèmes magnétiques se trouvant sous la sole, ces systèmes étant constitués par des enroulements cylindriques refroidis, et des noyaux 4. Ceux-ci sont pourvus au centre d'une pièce
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polaire commune 5, et aux extrémités de pièces polaires 6 dirigées vers le haut et placées aussi près que possible du bain 1. La sole est cons- tituée d'une partie intérieure 7, maçonnée ou fondue, en MgO- A1203 - ZrO2- Cr2O3- SiO2- etc.. et isolée d'avec l'extérieur au moyen de pierres ou poudre 8 de même matière.
Pour refroidir le système magnéti- que, on place sous la matière isolante 8 un certain nombre de tubes 9 traversés par de l'eau ou un autre fluide de refroidissement. D'autres tubes réfrigérants 10 et 11 évitent que la surface des pièces polaires 5 et 6 soit trop chaude. Les bobines peuvent aussi être refroidies par des tubes enroulés autour d'elles. Ces tubes peuvent, par exemple, être en cuivre et être refroidis par de l'eau. Les pièces polaires 5 et 6 sont attaohées au manteau du four au moyen de pièces 12 constituées en un alliage non magnétique, ou par exemple en aluminium ou autre métal.
Par ce moyen on évite une trop grande dispersion des lignes de force et un ébranlement trop fort des pièces polaires 6. Pour empêcher ou tout au moins réduire une dispersion indésirable, le fond 13 et les parois 14 du manteau du four peuvent être constitués entièrement ou partiellement d'une matière de mauvaise perméabilité. Pour le basculage le four est muni de tourillons 15 appropriés. La charge peut être introduite ou évacuée par l'ouverture 16, Un trou de coulée, au niveau de la sole, est figuré en 17. Le chauffage au-dessus de la charge se fait par élec- trodes latérales 18 et électrodes 19 traversant la voûte. L'arc produit est figuré en 20. Par abaissement réglé des électrodes, il est possible de mettre la flamme en relation directe avec la charge.
Le four peut être équipé avec plusiears systèmes d'électrodes 18 et 19, ou simplement avec électrodes verticales 19. La voûte 21 peut être levée au moyen d'anneaux 22. Des brides étanches sont figurées en 23. Un couvercle étanche 24 permet de travailler avec électrodes enlevées, dans le vide ou dans une atmosphère gazeuse appropriée. Une ouverture V dans la voûte sert à mettre en relation avec une pompe à air ou un générateur de gaz déterminé. Si désiré, on peut fixer des souliers de pale 25 aux pièces polaires verticales 6, afin d'en augmenter la surface.
La Fig 2 représente une coupe verticale à travers un fragment du four de la Fig 1. La paroi intérieure du four est figurée en 26, une
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couche isolante en 27, des tubes réfrigérants en 28, une pièce polaire on un soulier de pale en 29. Celui-ci est fixé à la pièce polaire 30.
Un noyau magnétique est représenté en 31, et un enroulement en 32. La pièce polaire 30 est fixée au moyen de pièces 34 au fond 35 et à la paroi 36.
La Fig. 3 donne une coupe verticale à travers un four construit pour le traitement de charges allongées en hauteur. La charge est repré- sentée en 38 et le champ magnétique en 39. Un enroulement 40 est muni d'un noyau 41 qui porte les pièces polaires 42 et 43. Le refroidissement de celles-ci se fait par tubes réfrigérants 44. D'autres tubes réfrigé- rants limitent la température de l'enroulement 40, qui peut être lui- même auto-réfrigérant en le :fabricant en tubes. Un trou de coulée est figuré en 46. Par des électrodes 47 traversant la voûte 48, un chauffage à arc est rendu possible. La voûte peut être enlevée au moyen d'anneaux et repose par des brides 49 éventuellement étanches, sur les brides cor- respondantes du manteau 50. Une ouverture V sert à faire le vide ou à introduire un gaz déterminé.
La Fig 4 donne une coupe verticale à travers un four dont la sole est en 53, la charge en 54, la voûte amovible en 55. Le manteau est constitué de parois latérales 56 et d'un fond en tôle 57 sur lequel est fixé un système magnétique composé d'une pièce circulaire 58 et de noyaux verticaux 59. Les bobines avec tubes réfrigérants sont visibles en 60. Des souliers de pôle 61 augmentent la surface polaire et diminuent par conséquent la densité des lignes de force et du flux magnétique.
Une zone réfrigérante est constituée sous la sole au moyen des tubes 62.
Un trou de coulée 63 permet la vidange. Un couvercle étanche 64 ferme l'ouverture V dans la voûte. Les lignes de force passant de pôle à. polo sont indiquées en trait pointillé.
Les figures 5,6, 7, et 8 montrent différents schémas de connexion qui peuvent être appliqués.
Un grand four suivant la présente invention, est spécialement indi- qué pour effectuer la déoarburation d'un bain important de fonte brute ou d'alliages contenant du carbone, par exemple de l'acier au chrome.
Il est ici-possible de fondre, au moyen d'arcs, une charge froide,
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laquelle peut alors être chauffée et tenue en mouvement au moyen de chauffage induit. De plus on est à même, au moyen des arcs, de chauffer très fort la surface de la charge. Après un certain temps on peut tra- vailler avec les arcs seuls, afin de tenir le bain parfaitement tran- quille pour en éliminer le laitier et les gaz, et de plus, la tempéra- ture du laitier et du bain peut être maintenue et même augmentée,
En construisant un four de grandes dimensions tel que prévu dans le présent brevet, il devient possible d'éviter une dangereuse concen- tration de puissance électrique en des endroits limités, ce qui pourrait surchauffer le garnissage, surtout dans la zone du laitier.
Il est aussi possible de réduire considérablement l'agitation du bain en instal- lant plusieurs organes inducteurs. Ceci est très désirable car les mou- vements produits dans la charge en employant par exemple seulement 50 périodes, deviennent presqu'inadmissibles. Une subdivision de la puis- sance induite est aussi très pratique pour diverses raisons, comme l'est d'ailleurs la forme allongée de la sole. Ce qui est dit sur la subdivi- sion de la puissance induite s'applique également à la subdivision de la puissance des arcs. Cette répartition sur un grand nombre d'électrodes réduit le risque de surchauffer le garnissage, ce qui se produirait au cas de concentration de puissance sur très peu de systèmes d'électrodes.
Bien que la présente invention s'applique surtout à la construction de grands fours avec chauffage double, c'est- à dire par le haut et dans la charge, il ressort que la construction indiquée Planche 11, Fig 4, oonvient très bien à de plus petits fours ronds, dans lesquels naturel- lement, la charge peut aussi être chauffée de haut par des arcs, ce que ne montre pas cette figure. Il suffit d'y appliquer le système d'élec- trodes indiqué à la Fig 1.