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FOUR ELECTRIQUE A INDUCTION.
Les fours électriques à induction sans noyau de fer fermé sont en général actionnés par des courants à haute fréquence (de l'ordre de 500 périodes par seconde ou plus). Une des raisons principales pour l'emploi de si hautes fréquences est que la production d'une quantité de chaleur suffisante pour le but servi par le four au moyen d'une fréquence plus basse (laquelle est toujours possible au point de vue théorique) serait accompagnée d'efforts mécaniques-très grands, en général d'un caractère répulsif, entre l'enroulement et le métal fondu qui peuvent avoir des conséquences non désirables. Par exemple, dans le cas d'un seul enroulement monophasé entourant le creuset du four, les forces répulsives donnent une forme convexe à la surface libre du métal.
Une certaine convexité de ce genre peut être désirable, étant suivie d'un brassage efficace du métal fondu, lequel favorise son homogénéité, mais si la convexité est trop prononcée, la couche de scorie protectrice est enlevée de la surface, qui est donc exposée à l'influence oxydante de l'air, ce qui est en général non désirable. Il peut être démontré mathématiquement que cette convexité de la surface calculée par la différence de niveau entre ses parties centrale et périphérique, pour la même quantité de chaleur engendrée par unité de temps, est à peu près inversement proportionnelle à la racine carrée de la fréquence.
Quand il ne faut produire qu'une petite quantité de chaleur par unité de temps, par exemple pour compenser provisoirement les pertes de chaleur par radiation, cette production peut être accompagnée d'efforts mécaniques tolérables. Quand, d'autre part, une plus grande protection de chaleur est nécessaire, par exemple pour le surchauffage d'un métal fondu avant son coulage,, ou même pour la fusion, les fours à basse fréquence du type connu jusqu'ici ne peuvent guère être employés en raison des efforts mécaniques violents.
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D'autre part, la production d'un courant à haute fréquence est coûteuse car elle nécessite un alternateur à haute fréquence du type rotatif ou autre, ainsi qu'une batterie de condensateurs importante pour la production de la puissance réactive nécessaire.
Il a donc été désiré, depuis longtemps, de rendre possible l'emploi des courants d'une fréquence commerciale pour actionner les fours à induction sans noyau de fer fermé sans courir le risque d'un mouvement exagéré du métal fondu. La présente invention offre une solution à ce problème, laquelle consiste à prévoir la valeur maximum des ampères-tours par unité de longueur de l'enroulement inducteur au moins 1,5 fois plus grande que la valeur par unité de longueur au bout supérieur de l'enroulement.
Il est vrai que des forces répulsives très grandes sont ainsi créées au-dessous de la surface du bain fondu, où le nombre d'ampères-tours par unité de longueur (appelé ci-après, pour abréger, "densité linéaire du courant") est au maximum, mais le mouvement que ces forces créent est atténué, par la friction interne du métal fondu avant d'atteindre la surface.
De préférence, ledit maximum de densité du courant est aussi situé à une certaine distance au-dessus du fond du creuset, où la densité linéaire est de nouveau réduite, vu que, autrement, il se présenterait un fort mouvement au fond, qui pourrait causer une corrosion et d'autres inconvénients.
Il a déjà été proposé, dans le but de réduire le mouvement du bain et, ainsi, la convexité de sa surface, de remplir le creuset du four bien au-dessus du bout supérieur de l'enroulement, ou, en d'autres termes, de terminer l'enroulement bien au-dessous du niveau normal de la surface du bain. Dans ce cas, il n'y a aucune force répulsive dans la partie tout à fait supérieure du bain, ni aucune production de chaleur dans cette partie.
Dans de nombreux cas, il résulte de cette dernière condition que la couche de scorie couvrant le métal est solidifiée et que, à cause de cela, le métal sous ladite couche de scorie peut être surchauffé,bien que la couche de scorie ne puisse fondre. D'après la présente invention, bien à distinguer de la proposition décrite, le bout supérieur de l'enroulement inducteur est sensiblement au même niveau que la surface normale du bain mais la densité linéaire du courant décroit vers ce bout, comme il a été décrit.
Un four à induction, et notamment son enroulement inducteur, sont généralement construits pour le chauffage d'une certaine quantité de métalo Quand la paroi du creuset est usée jusqu'à une certaine limite, cette quantité de métal ne remplit pas le creuset jusqu'au même niveau qu'avec un creuset neuf. Gomme il est toujours désirable, dans le cas d'un creuset usé, d'éviter un mouvement excessif près de la surface, il peut être approprié de prévoir la densité linéaire du courant à peu. prè-s constante dans la partie supérieure de l"enroulement et dë ne commencer à l'augmenter qu'a une certaine distance. au-dessous-de cette partie.
L'augmentation de la densité linéaire du courant peut se faire d'une façon continue ou discontinue. On peut la réaliser soit en arrangeant les spires d'une façon plus dense, soit en fournissant des courants différents aux différentes parties de l'enroulement.
Au dessin annexé, la figure 1 représente un creuset avec son contenu fondu, dont la surface a la forme obtenue en utilisant une densité linéaire du courant constante dans l'enroulement, tandis que la figure 2 représente un creuset correspondant utilisant un enroulement à densité linéaire du courant variable, d'après une forme de la présente invention. La figure 3 représente un creuset correspondant avec un enroulement suivant une autre forme de l'invention.
Dans toutes les figures, la moitié gauche seulement des creusets est repré- sentée,en coupe verticale.
Dans toutes les figures, le creuset ou récipient du four est désigné par 1, l'enroulement inducteur par 2 et une cuirasse en fer laminé entourant cet enroulement par 3. L'axe vertical du four est marqué par une ligne en trait mixte, et la moitié du creuset, de l'enroulement et de la
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cuirasse seulement est représentée, à gauche de cette ligne, tandis qu'à droite de la ligne sont dessinées des courbes représentant la distribution de la densité linéaire du courant.
La figure 1 représente un four ayant une densité linéaire cons- tante dans l'enroulement représenté par la ligne 4 à distance constante de l'axe du four. Inaction de cet enroulement est un excès de niveau h de la surface du bain par rapport à la ligne de contact avec la paroi du creuset, cet excèsdans le cas de fer fondu, d'une fréquence de 1000 périodes par seconde et d'une densité linéaire du courant de 800 ampères-tours par cm, atteignant 6 cm. Un tel excès correspond à un mouvement du bain très modéré, qui peut être désirable pour assurer un brassage efficace du bain et un mé- lange efficace de ses composants.
Si,d'autre part, la fréquence du courant est de l'ordre des fréquences commerciales, à savoir 50 ou 60 périodes par seconde , et si la même puissance est convertie en chaleur dans le four, l'excès de niveau est augmenté en raison inverse de la racine carrée de la fréquence, et est donc multipliée par 4 - 4,5 ou passe de 6 à 24 ou 27 cm.
Avec un tel excès de niveau, il est pratiquement impossible de mainte- nir la partie supérieure de la surface couverte de scorie mais cette par- tie sera exposée à l'influence oxydante de l'air, ce qui est en général non désirable.
A la figure 2. on peut voir que la densité linéaire du courant est variable le long de tout l'enroulement, comme le montre la courbe 5. cette densité ayant son maximum au milieu de l'enroulement et décroissant vers les deux bouts. Cette diminution peut être effectuée en augmentant la distance entre les spires de l'enroulement, comme il a été représenté dans la figure,, auquel cas l'augmentation peut être tout à fait continue, ou bien en reliant des impédances de caractères différents en parallèle avec différentes parties de l'enroulement, comme il a été représenté par exemple dans le brevet français 974.896. auquel cas la diminution est en général discontinue.
Il s'est avéré que le résultat d'une telle diminution de la densité linéaire du courant vers les bouts de l'enroulement donnait une réduction considérable de l'excès de niveau de la partie centrale du bain fondu, dépendant du fait que le mouvement causé par les forces répulsives est considérablement atténué par la friction interne avant d'atteindre la surface.
De la même façon, le mouvement est atténué vers le fond du creuset, diminuant ainsi l'usure de ce dernier.
La forme représentée, dans une vue correspondante, à la figure 3 est particulièrement destinée au cas où le niveau du bain peut varier sensiblement, dépendant par exemple d'une usure du creuset qui peut augmenter son diamètre interne, de façon que la même quantitéde métal fondu n'atteigne pas le même niveau. En raison de cette variatio. dunivan de la surface, la partie tout à fait supérieure de l'enroulement a une densité linéaire du courant constante et basse, correspondant à la partie droite 61 de la courbe 6,de façon que les forces répulsives près de la surface soient maintenues basses même si le niveau varie entre les limites de densité de courant constante. La hauteur de la partie 61 peut être déterminée par exemple par expérience dans des fours à fusion ou à chauffage du type à haute fréquence.
Si dans un four à haute fréquence, on estime désirable de maintenir les forces répulsives de la convexité de la surface extrêmement basses, la distribution et la densité linéaire du courant d'après la présente invention peut aussi être appliquée dans un tel four.
REVENDICATIONS.
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