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La présente invention concerne un dispositif pour la trempe avec chauffage par induction pour pièces de grande longueur, utilisant un dépla- cement relatif. Suivant ce type de trempe,une laobïne d'induction se dé- place de façon en soi connue par rapport à la surface des pièces à traiter.
Le chauffage se produit au voisinage de la bobine d'induction, la tempéra- ture de trempe étant atteinte à la sortie de la bobine d'induction, un dis- positif de refroidissement brusque disposé en aval, se déplaçant à la même vitesse relative par rapport à la surface de la pièce, produisant le re- froidissement brusque. Il résulte de ce mode de traitement qu'il s'écoule un laps de temps relativement court entre le moment où la température à la- quelle le refroidissement brusque doit se produire est atteinte et ce re- froidissement brusque, ce court laps de temps étant en général également désirable afin que la chaleur ne pénètre pas dans le noyau de la pièce, mais reste concentrée sur sa surface, afin de produire une zone superficiel- le durcie..
Etant données ces condtions , ce procédé de trempe par induction avec déplacement relatif ne peut convenir pour toute une série de matières, notamment pour celles qu'il faut laisser un certain temps à la température de trempe avant qu'elles soient brusquement refroidies, afin que les carbu- res puissent passer en solution dans une mesure suffisante. C'est surtout le cas des rouleaux dits de laminage à froid", constitués par exemple par un acier comportant 0,85% de carbone et 1,7% de chrome, ainsi éventuelle- ment que des additions de molybdène allant jusqu'à 0,3%, et dont la surface doit être soumise à une trempe.
La trempe de ces matières avec chauffage au four ou par un procédé analogue a montré qu'il est rationnel de respecter ces temps déterminés une fois que la température de trempe a été atteinte, et c'est pourquoi il a été proposé de façon fort pertinente de respecter ces conditions également lorsque cette trempe est effectuée par chauffage par induction.
Le procédé consistant à chauffer la surface entière d'une pièce ne pose pas de difficultés fondamentales, car dans ce cas il suffit simplemet d'attendre un certain temps avant le refroidissement brusque, après que la surface entière a atteint la température de trempe désirée.
Par contredans le procédé comportant un déplacement relatif de l'inducteur et de la pièce traitée, on est obligatoirement lié à une évolu- tion de température dans le temps bien déterminée. Cette évolution dépend de la vitesse d'avance nécessaire et de la distance que l'on doit maintenir entre l'inducteur et le dispositif produisant le refroidissement brusque.
Afin de surmonter ces difficultés, il est connu d'utiliser un in- ducteur présentant, dans le sens longitudinal, des nombres d'ampères-tours différents, de telle sorte qu'à l'extrémité d'entrée présentant un nombre élevé d'ampères-tours succède une zone ayant un nombre d'ampères-tours plus faible. La zone voisine de l'extrémité d'entrée provoque une élévation brus- que de la température de traitement, et au fur et à mesure que l'inducteur se déplace le long de la pièce, la zone suivante a pour effet de maintenir cette température jusqu'à ce que le refroidissement brusque se produise au voisinage de l'extrémité de sortie.
Cette proposition connue prévoit égale- ment à l'extrémité de la bobine une courte section présentant un nombre d'ampères-tours plus élevé, afin d'empêcher que le refroidissement brusque produise une réaction se faisant sentir dans la région où la température de traitement doit être maintenue à une valeur déterminée.
Tout d'abord, un tel dispositif est d'une manipulation extrêmement incommode. Etant donné que les différentes zones de chauffage sont immua-
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blés, ce dispositif manque totalement de souplesse et ne peut donc s'adap- ter aux différentes circonstances pouvant se présenter pendant le travail.
En outre, ce dispositif présente cet inconvénient considérable que, par exemple lorsqu'on traite un rouleau de laminage à froid, ou bien les bords de la table sont surchauffés, ou bien la table ne subit pas une trempe suf- fisante au voisinage de ses bords. Ceci se produit notamment quand, dési- rant éviter toute surchauffe du bord, on débranche prématurément l'induc- teur ou on augmente la vitesse d'avance dans la dernière zone* Ces incon- vénients proviennent notamment du fait qu'un tel inducteur présentant des zones dans lesquelles le rendement thermique varie a une très grande lon- gueur axiale, qui empêche de régler l'effet obtenu pour tenir compte des conditions spéciales pouvant se présenter.
L'invention a pour but de permettre la réalisation d'un disposi- tif grâce auquel ces inconvénients soient supprimés, et avec lequel il soit possible de chauffer parfaitement par induction et par déplacement relatif même des rouleaux de laminage à froid, et de les tremper par refroidisse- ment brusque après avoir observé un temps d'arrêt réglable à volonté. A cet effet, au moins deux inducteurs indépendants l'un de l'autre, pouvant être commandés et réglés électriquement, sont disposés axialement. L'aju- tage produisant le refroidissement brusque est placé derrière le dernier inducteur.
En général, deux inducteurs sont suffisants, le premier por- tant la surface de la pièce à la température de trempe, tandis que le se- cond à pour rôle de maintenir pratiquement constante la température obtenue à l'aide du premier inducteur pendant le temps nécessaire, avant que le dispositif de refroidissement ne soit mis en action. Outre la commande et le réglage électriques des inducteurs, il peut être rationnel de prévoir également un dispositif de réglage mécanique ayant pour but de régler pro- gressivement la distance axiale entre les deux inducteurs, et éventuelle- ment la distance qui les sépare de l'ajutage de refroidissement brusque.
A l'encontre des dispositifs connus, le dispositif conforme à l'in- vention peut parfaitement s'adapter à toutes les circonstances, aussi bien en ce qui concerne la température même qui est nécessaire que le maintien de cette température et la distibution de la chaleur sur la section de la pièce traitée. Or, on sait que, précisément dans le cas de rouleaux de la- minage à froid, il est d'une importance essentielle, d'une part, d'attein- dre une profondeur de trempe déterminée et relativement importante mais, d'autre part, de maintenir le noyau à l'abri de l'échauffement, car une élévation de température intéressant le noyau peut y produire des contrain- tes de traction pouvant prendre des proportions dangereuses au point de faire éclater le rouleau.
L'inducteur conforme à l'invention permet de remplir ces conditions, qui pourtant se contredisent dans une certaine me- sure. La possibilité de régler électriquement les inducteurs et la possi- bilité de régler la distance axiale qui les sépare l'un et l'autre et qui les sépare du dispositif de refroidissement brusque permettent d'adapter le dispositif se déplaçant dans son ensemble par rapport à la surface de la pièce à des conditions très spéciales.
L'agencement peut être étudié de telle sorte que chaque inducteur puisse être alimenté par une source de courant distincte réglable, éven- tuellement à des fréquences différentes. Mais il est également possible de travailler avec une seule source de courant. Dans ce cas, les inducteurs sont montés en parallèle. Dans le conducteur d'au moins un inducteur est interposée une inductance réglable constituée par un autotransformateur ou par une bobine de self. De plus, les inducteurs peuvent être établis avec des nombres d'ampères-tours différents, qu'ils soient alimentés par une ou par plusieurs sources de courant.
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Les dispositifs électriques permettent un réglage à l'intérieur d'une très large gamme. Avant tout, on a la possibilité de débrancher le premier inducteur au moment où la section terminale de la pièce est attein- te, tandis que l'autre ou les autres inducteurs continuent d'être alimen- tés. De cette façon, on empêche que les bords de la table d'un rouleau de laminage à froid soient surchauffés ou que la section terminale de la sur- face de la table soit insuffisamment durcie.
Dans bien des cas, il peut être pratique,au lieu de l'inducteur ou des inducteurs montés à la suite du premier inducteur, d'utiliser des brûleurs à gaz, ou de prévoir également des éléments de résistance électri- que, qui servent à maintenir par rayonnement la chaleur de traitement qui a été atteinte.
Si le dispositif comporte deux ou plusieurs inducteurs alimentés à partir d'une même source de courant, il est plus avantageux, du point de vue purement électrique, de procéder de telle sorte qu'il soit prévu, pour débrancher un inducteur dans le circuit d'excitation de la génératrice, des dispositifs de commande tels que le courant d'excitation de la génératrice soit interrompu peu de temps avant la commutation dans la moyenne fréquence.
Dans les dispositifs d'excitation électroniques, on peut utiliser par exem- ple des relais de commande à courant continus ou des discriminateurs.
Après que le courant d'excitation a été interrompu, on réalise une mise au repos dans le circuit de charge de l'inducteur intéressé en fonction de la tension et(ou) du temps, et le courant d'excitation de la génératrice est aussitôt rétablie
Les dessins schématiques annexés montrent, à titre d'exemple non limitatif,un mode de réalisation préféré de l'objet de l'invention.
La fig. 1 montre un rouleau de laminage à froid en cours de trempe au moyen du dispositif suivant l'invention.
La fig. 2 est un schéma des connexions dans le cas de deux induc- teurs alimentés par une même source de courant.
Le dessin illustre la trempe d'un rouleau de laminage à froid, mais il est entendu que le même dispositif peut être utilisé de la même façon pour toutes autres pièces de grande longueur.
Si l'on se reporte à la fig. 1, on voit que le rouleau de laminage à froid 1 subit, pour réaliser la trempe, un déplacement axial relatif par rapport au dispositif de chauffage et de refroidissement brusque. Il peut éventuellement effectuer un déplacement angulaire dans le sens indiqué par la flèche 2. Le dispositif peut fonctionner alors que le rouleau 1 se dé- place axialement dans le sens indiqué par la flèche 3 et que les inducteurs et le dispositif de refroidissement brusque sont fixes. Mais le rouleau 1 peut également être fixe tandis que, pendant la trempe, les inducteurs et l'ajutage de refroidissement brusque se déplacent de bas en haut (en regar- dant la figure) dans le sens indiqué par la flèche 5, c'est-à-dire en com- mençant par le bord inférieur 4 de la pièce.
Conformément à l'invention, le dispositif de chauffage par induc- tion se compose d'un inducteur 6, avantageusement de faible longueur axia- le. Cet inducteur a pour rôle de porter pratiquement d'un seul coup la sur- face de la section de la pièce qui se trouve dans cet inducteur à la tempé- rature de trempe désirée. Un second inducteur 7, disposé derrière l'induc- teur 6 dans le sens axial,peut s'étendre sur une plus grande longueur. Il est étudié de telle sorte qu'il maintienne à la surface de la pièce la tem- pérature à laquelle elle a été portée par le premier inducteur 6. Alors sue, pour remplir le rôle désiré, l'inducteur 6 comporte généralement plu-
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sieurs couches, l'inducteur 7 peut en général n'en avoir qu'une seule.
Mais il est également possible d'appliquer à l'inducteur 6 une tension tel- le qu'il ne comporte qu'une seule couche malgré sa faible longueur axiale.
Il est prévu, dans le sens axial, derrière l'inducteur 7 un dis- positif de refroidissement brusque 8, qui assure la trempe, l'agent de re- froidissement, tel que de l'eau, une solution saline, des émulsions, etc., étant projeté sur la surface de la pièce comme l'indique la flèche 9. Les distances 10 et 11 sont réglables de façon que les inducteurs puissent se déplacer l'un par rapport à l'autre'dans le sens axial du rouleau ou cylin- dre 1. Dans la pratique, on part de ce principe que l'ajutage de refroidis- sement brusque 8 est fixe et que les inducteurs 7 et 6 peuvent se déplacer vers le haut par rapport à cet ajutage 8, ou que l'inducteur 6 est fixe et que l'inducteur 7 ainsi que le dispositif de refroidissement brusque 8 peu- vent se déplacer vers le bas par rapport à l'inducteur 6.
L'inducteur 7 peut également être établi de telle sorte que la tem- pérature superficielle de la pièce atteinte dans l'inducteur 6 soit encore légèrement augmentée par l'action de l'inducteur 7. Par ailleurs, il est possible de calculer le rendement de l'inducteur 7 de telle sorte que, lors- que la pièce passe par cet inducteur, sa température baisse légèrement.
Enfin, il est également possible d'étudier l'inducteur 7 de telle sorte qu'il se produise plusieurs variations de température en sens inverses lors- que la pièce passe à travers l'inducteur 7. L'inducteur 6 est raccordé di- rectement ou par l'intermédiaire d'un transformateur à la source d'alimen- tation en courant, en général à une génératrice rotative 12 fournissant un courant à haute fréquence.
Une batterie de condensateurs 13 sert à compenser les courants réac- tifs se produisant dans le circuit d'excitation. On règle à volonté l'ali- mentation de l'inducteur 6 en réglant la tension du courant produit par la génératrice 12. On peut naturellement utiliser aussi pour le réglage de la bobine 6 un dispositif faisant varier l'intensité du courant ou la puissan- ce fournie par la génératrice. Les condensateurs 13 indiqués schématique- ment sur la fig. 1 peuvent être branchés ensemble ou séparément, afin d'a- dapter le dispositif à toutes les conditions pouvant se présenter.
L'inducteur 7 est relié directement ou par l'intermédiaire d'un transformateur à la source de courant 14, constituée généralement par une génératrice rotative à moyenne fréquence. La batterie de condensateurs 15 sert également dans ce cas à compenser les courants réactifs pouvant se pro- duire dans le circuit de charge. Rationnellement, cette batterie de conden- sateurs doit pouvoir également être commandée. Ce qui a été dit précédem- ment pour le réglage de la source de courant 12 est également valable pour le réglage de la source de courant 14.
En général, les puissances et les fréquences des sources de courant 12 et 14 peuvent être les mêmes. Dans certains cas spéciaux, il est cepen- dant rationnel de travailler avec des fréquences et des puissances diffé- rentes. Par exemple, la fréquence de la source de courant 12 peut être in- férieure à celle de la source de courant 14. On obtient ainsi dès le début du chauffage un échauffement plus profond des couches superficielles de la pièce se trouvant en face de l'inducteur 6.
Lorsque les couches ainsi chauf- fées pénètrent dans l'inducteur 7, la pénétration des courants, avec une fréquence plus élevée de la source de courant 14, s'effectue sensiblement à une même profondeur par suite de la température superficielle plus élevée de la pièce, sans que cela produise un échauffement trop prononcé du noyau de cette pièce.
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La puissance peut être établie de façon différente, de telle sorte que la génératrice 12 fournisse une puissance élevée pour chauffer brusque- ment la superficie du tronçon de pièce, alors que la puissance de la géné- ratrice 14 est plus faible étant donné que le circuit de chauffage alimen- té par cette génératrice a pour but de maintenir la température obtenue avec le premier inducteur ou de ne la modifier que légèrement. En réglant le courant d'excitation dans les enroulements d'excitation 16 ou 17, on peut régler progressivement et dans n'importe quelles limites les puissances fournies par les génératrices 12 et 14, indépendamment l'une de l'autre.
Les circuits de chauffage peuvent être branchés indépendamment l'un de l'au- tre au moyen d'interrupteurs de puissance 18 et 19, de telle sorte que la mise en circuit ou hors circuit des inducteurs 6 et 7 puisse se faire à n'importe quel moment et dans n'importe quelle position de ces inducteurs par rapport à la superficie de la pièce. Les interrupteurs de puissance
18 et 19 représentés schématiquement peuvent être également du type bipo- laire. Au lieu qu'ils soient disposés dans le circuit de charge, ils peu- vent également être montés directement en aval des génératrices,comme in- diqué par exemple en 19.
Sur la fige 2 est représenté un schéma de montage pour l'alimenta- tion de deux inducteurs à partir d'une même source de courant. Les deux inducteurs disposés axialement l'un par rapport à l'autre, sont également désignés par les références 6 et 7. L'inducteur 6, qui a pour rôle de por- ter la surface de la pièce à la température nécessaire avec la rapidité re- cherchée comme il a été expliqué précédemment;, est relié par un interrup- teur 21 à une source de courant alternatif commune 20. Les condensateurs
22 servent également dans ce cas à compenser les courants réactifs se pro- duisant dans le circuit de charge. Leur puissance doit être éventuellement adaptée par des dispositifs de commande à la puissance de l'inducteur 6.
L'inducteur 7 est relié à la génératrice par l'intermédiaire d'un organe de réglage 23. Cet inducteur est également compensé par une batterie de con- densateurs 24 de valeurs convenables. Un interrupteur 25 sert à fermer et à ouvrir indépendamment le circuit de chauffage formé par l'inducteur 7 et la batterie de condensateurs 24. La génératrice fournit à ses bornes une tension réglable. La même tension est obtenue (lorsqu'on ferme l'interrup- teur 21) dans le circuit de la batterie de condensateurs 22 et de l'induc- teur 6. Lorsqu'on ferme l'interrupteur 25, on obtient sur la batterie de condensateur 24 et dans l'inducteur 7 une tension dont la valeur se mesure d'après la valeur de la chute de tension qui se produit dans l'organe de réglage 23.
Par exemple, si l'on branche en 23 une forte inductance,la tension dans l'inducteur 7 est réduite de façon correspondante. Etant don- né que la puissance dépend de la tension de fonctionnement des inducteurs, la puissance de chauffage fournie aux tronçons de la surface de la pièce est différente et correspond aux différences de tension dans les inducteurs alimentés par la même source de courant.
Dans l'exemple représenté, 1 organe de réglage 23 est une bobine d'induction réglable. Ces bobines réglables sont montées avec des noyaux de fer à structure feuilletée pouvant être déplacés par translation ou par pivotement. Suivant les intervalles d'air différents produits par le dépla- cement ou le pivotement de ces noyaux de fer,la résistance inductive de l'organe de réglage varie et influence ainsi de la manière désirée la ten- sion de chauffage appliquée à l'inducteur 7 en modifiant la chute de tension sur l'organe de réglage. Au lieu d'une bobine d'induction à noyau déplaça- ble par translation ou pivotement, on peut également utiliser une bobine d'induction à prises intermédiaires.
Avec une bobine de ce type, il est possible d'influencer progressivement la tension appliquée à l'inducteur 7
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en passant d'un point de branchement à un autre. Le passage d'un point de branchement à un autre peut s'effectuer par des cosses de raccordement pou- vant se visser par des relais, ou au moyen de commutateurs actionnés élec- triquement. Au lieu d'une bobine d'induction 23, on peut également utili- ser comme organe de réglage un autotransformateur à prises intermédiaires ou un transformateur normal comportant des points de branchement sur ses enroulements primaire et secondaire. La commande de ces transformateurs peut être également assurée par des cosses de raccordement, par des relais ou par des commutateurs.
La batterie de condensateurs 24 peut également être montée directement en aval de l'interrupteur 25, de telle sorte que l'organe de réglage 23 se trouve dans le circuit de charge proprement dit.
Etant donné qu'il est généralement nécessaire que l'inducteur 6 fournisse une puissance de chauffage plus élevée sur une plus faible lon- gueur axiale que l'inducteur 7, il peut être tenu compte de cette condition en cas de montage en parallèle des inducteurs, en prévoyant pour l'induc- teur 6 un nombre de spires sensiblement inférieur au nombre de spires de l'inducteur 7. Il en résulte à tension égale appliquée aux inducteurs 6 et 7 une absorption de puissance notablement plus élevée dans l'inducteur 6 par comparaison avec la puissance absorbée dans l'inducteur 7. L'organe de réglage 23 peut, dans ce cas, être relativement faible. Il ne sert alors qu'à rendre possible une répartition très progressive des deux puissances de chauffage différentes.
Afin d'empêcher que les deux inducteurs 6 et 7 alimentés par la même génératrice ne s'influencent réciproquement, il est prévu un dispositif réglable (non représenté) maintenant la tension à une valeur constante déterminée par réglage, indépendamment de l'état de charge et indépendamment du fait que les interrupteurs 21 et 25 sont ouverts ou fermés.
Si l'inducteur 6 doit être mis hors-circuit lorsqu'est atteint le bord de la table du rouleau, le courant d'excitation est interrompu dans le circuit d'excitation 26 au moyen d'un relais à courant continu (non re- présenté) ou, dans le cas de réglage électrique, d'un discriminateur.. Le relais 21 s'ouvre de ce fait en fonction de la tension ou du temps et le circuit d'excitation 26 est immédiatement refermé. La commande de l'induc- teur 7 peut être assurée de la même façon par le relais 25.
Les détails de réalisation peuvent être modifiés sans s'écarter de l'invention, dans le domaine des équivalences techniques.
REVENDICATIONS.
1.- Dispositif pour la trempe avec chauffage par induction de piè- ces de grandes longueurs, notamment de rouleaux de laminage à froid en acier, en procédant par déplacement relatif, caractérisé en ce qu'au moins deux in- ducteurs pouvant être branchés et réglés électriquement indépendamment l'un de l'autre sont disposés axialement l'un derrière l'autre, un ajutage ou anneau assurant le refroidissement brusque de la pièce étant prévu en aval du dernier inducteur.