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Metallwerke A.G., à Dornach (Suisse) . pour l'invention intitulée : Four à induction sans fer pour la fusion et le recuit de métaux et d'alliages, formant l'objet d'une demande de brevet déposée en Suisse le 25 mars 1944.
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La présente invention concerne un four électrique de fusion et de recuit pour métaux et alliages de tous genres, .dans lequel le courant électrique est transformé en chaleur par induction dans la masse à chauffer. Jusqu'à présent, on connait plusieurs fours électriques à induction fonctionnant d'après le même principe mais servant essentiellement à la fusion. Ces fours ont des inconvénients.
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Dans le four à induction à anneau vertical employé aujourd'hui presque universellement dans les usines pour la fusion des métaux, le foyer de fusion du four est formée par un canal de grande longueur et de section très réduite. Ce canal de fusion représente l'enroulement secondaire d'un transformateur court-circuité. La transmission de l'énergie du réseau primaire à la masse à faire fondre est effectuée par un enroulement primaire usuel comportant un noyau de fer et faisant office de transformateur. Le four convient à la fusion d'alliages mélangés et d'alliages de métaux légers, à condition que ceux-ci soient demandés en grandes quantités.
Mais il est nécessaire que la cheminée verticale, dont le contenu est appelé le bain, soit toujours nomplie de métal en fusion, et que ce métal soit toujours maintenu en état de fusion dans la cheminée de fusion. Cette condition doit également être remplie pendant les interruptions du servise, donc même le dimanche et durant les pauses de travail, sans quoi le four devient défectueux et doit recevoir un nouveau revêtement intérieur. Pour le démarrage, on doit disposer de métal en fusion, afin que celui-ci puisse être coulé dans la cheminée pour former le bain de fusion car, autrement, le four ne peut être mis en marche.
On voit immédiatement qu'un four de ce genre ne convient qu'au fonctionnement sur une grande échelle, où il est possible de prévoir des dispositions spéciales de surveillance,
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et où on est quelque peu assuré contre toute panne de courant. Comme inconvénient particulier, on peut indiquer les dimensions du bain de fusion nécessaire au four et qui pour des fours de puissance moyenne, atteignent jusqu'à 50 % du poids du métal évacué.
Dans le four à induction sans fer suivant la présente invention, le foyer de fusion a la forme d'un corps creux formé par le revêtement réfractaire de l'enroulement primaire et par le corps cylindrique d'un noyauo Lorsque l'installation doit faire office de four de fusion, le foyer est de préférence surmonté d'un compartiment collecteur pour la matière en fusion. L'enroulement primaire entourant le foyer de fusion peut être connecté à un réseau de fréquence normale ou plus élevée.
Par rapport aux fours à induction connus, comportant un anneau vertical, cette disposition offre des avantages considérables, le foyer de fusion n'ayant plus la forme compliquée d'une cheminée longue et étroite, mais la forme simple d'un cylindre creux. Il est manifeste que la nouvelle forme du foyer de fusion permet des modes de fonctionnement très différents, de sorte que le four peut largement servir à des applications qui étaient jusqu'à présent interdites au four à induction, par exemple le traitement métallurgique de métaux et de résidus métalliques. Dans ce cas il est possible d'effectuer la fusion du métal en partant de l'état solide sans
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qu'il soit nécessaire d'introduire préalablement un bain de fusion liquide.
Le contenu du cylindre creux, qu'on peut également appeler "bain", n'atteint environ que 34 % du poids évacué pour le cas des métaux légers, de sorte que la capacité calorifique du bain est également très réduite. De plus, et grâce à la forme du cylindre creux, on évite l'inconvénient du four à induction à anneau vertical dans lequel la cheminée de fusion longue et étroite est très rapidement obstruée par des oxydes métalliques, des impuretés et des scories, étant donné que la nouvelle forme du foyer de fusion n'a pas tendance à permettre les obstructions et que ce foyer peut être facilement nettoyé dans le cas où des impuretés se déposent sur les parois du foyer de fusion.
Cet avantage est d'autant plus grand que le four peut être entièrement vidé pour le nettoyage ce qui, dans le cas de fours verticaux en fonctionnement, n'est possible qu'avec des difficultés. Le nouveau four à induction sans fer convient donc également à la fusion de métaux ayant une forte tendance à l'oxydation, tels que l'aluminium et ses alliages, que l'on ne peut faire fondre qu'avec des difficultés dans le four à induction à anneau vertical, la cheminée de fusion étant déjà obstruée par les oxydes après quelques heures de fonctionnement.
Dans le four à anneau vertical ces difficultés sont 'tellement grandes qu'on a crée pour le nettoyage de la cheminée de fusion plusieurs dispositifs qui, malgré cela,
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n'assurent pas un fonctionnement irréprochable.
Le foyer de chauffage du four en forme de corps creux, convenablement construit, peut également servir au recuit et au réchauffage de métaux pour les opérations consécutives de conformation à chaud. On sait qué, dans le mode de chauffage par induction décrit, le courant ne pénètre que dans les parties superficielles de la masse à chauffer et qu'y convertit en chaleur. La profondeur de pénétration du courant dans la masse à chauffer est fonction de ses propriétés physiques et de la fréquence de fonctionnement de l'installation. Le foyer de fusion en forme de corps creux permet donc de concentrer pleinement la chaleur sur la masse à chauffer et d'avenir ainsi un chauffage rapide.
La matière située à l'intérieur de la profondeur de pénétration ne pourrait être chauffée que par la transmission de la chaleur par les parties situées dans la zone de pénétration. Mais il en résulterait un ralentissement considérable du chauffage et on pourrait courir le risque du surchauffage des zones périphériques.
Le dessin montre deux exemples d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 représente en coupe verticale un premier mode d'exécution d'un four de fusion.
La fig. 2 en est une vue en plan.
La fig. 3 montre en coupe verticale un deuxième
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mode d'exécution sous la forme d'un four de recuit.
La fig. 4 en est une vue en plan.
Le four à induction sans fer pour la fusion, d'après les figs. 1 et 2, comporte un foyer de fusion 1 ayant la forme d'un cylindre creux. Celui-ci est formé par le revêtement réfractaire 5 de l'enroulement primaire 3 et par un cylindre plein 4, monté à l'intérieur du foyer de fusion et centrés aur l'axe de celui-ci.
La hauteur de ce cylindre plein est égale à celle de l'enroulement primaire. La cavité du cylindre creux constitue la chambre destinée à recevoir le bain.
Grâce au mode de construction simple du foyer de fusion, les autres parties du four sont également largement simplifiées. La partie supérieure du foyer de fusion 1 se raccorde au compartiment collecteur superposé 2, destiné à recevoir le métal en fusion. L'enroulement primaire 3 se trouve en dehors du foyer de fusion 1 et peut être connecté à un réseau de fréquence normale ou plus élevée ce qui est rendu possible par un choix: convenable des dimensions et, dans ce cas, on peut renoncer au noyau de fer du transformateur. Le foyer de fusion 1, avec son équipement électriaue, constitue donc un four à induction sans fer.
Grâce au fait que le nouveau four fonctionne comme four à induction, sans fer, les mouvements à l'intérieur du bain de fusion, produits par l'effet réciproque entre le courant de l'enroulement et le courant
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dans le noyau, sont tellement puissants qu'il est nécessaire de les amortir partiellement. Ces mouvements du metal dans le bain de fusion ne sont pas nuisibles mais, au contraire, souhaitables pour le brassage de la matière en fusion et pour la mise en oeuvre de réactions métallurgiques. La forme du nouveau four tient compte de ce fait, état donné que le foyer de fusion se raccorde vers le haut au compartiment collecteur pour le métal en fusion.
Grâce à la pression hydrostatique du bain de métal, les forces électriques libérées peuvent être maintenues en équilibre, de sorte que la surface du bain métallique reste presque calme.
Les figs. 3 et 4montrent le même four pour l'application comme four de recuit ou de réchauffage.
Le foyer de réchauffage 1 a encore la forme d'un corps creux constitué par le revêtement réfractaire 5 de l'enroulement primaire 3 et le noyau 4.
La section du foyer de fusion ou de recuit peut être choisie circulaire, comme décrit, mais elle peut également être de forme ovale ou rectangulaire.
D'autre part, au lieu d'être disposé verticalement, ce foyer peut également être disposé obliquement ou horizontalement. Enfin, on peut assembler plusieurs foyers de fusion ou de recuit.