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PROCEDE ET DISPOSITIF DE CHAUFFAGE.
La présente invention a pour objet uh procédé et dispositif de chauffage, particulièrement de barres, par pas- sage direct de courant. En soi, de tels procédés sont connus.
On applique une ou plusieurs électrodes aux extrémités des pièces à chauffer soit axialement, soit en partie axialement et en partie latéralement et on relie ces électrodes à une source de courant alternatif. Afin d'atteindre une meilleure répartition du courant sur les différentes électrodes, on peut
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les relier par paire à des enroulements secondaires distincts d'un transformateur.
Ces procédés et dispositifs connus donnent satis- faction lorsqu'il s'agit de chauffer des barres de section relativement faible, mais lorsqu'il s'agit de fortes secti- ons, approchant d'un décimètre carré, pour lesquelles le cou- rant traversant la pièce à chauffer approche de 100 000 am- pères, des difficultés graves apparaissent. La forte concen- tration du courant au premier contact qui s'établit entre l'amenée de courant et la pièce à chauffer engendre des foyers de surchauffe avec fusion partielle de la surface des électrodes et de la pièce.
Des violents arcs et des projec- tions de métal liquide ou même souvent de métal volatilisé en sont la conséquence et entraînent la destruction des élec- trodes, et aussi, fréquemment, le collage des électrodes à la pièce & chauffer. Dans ce dernier cas une diffusion nui- sible de particules de cuivre dans la pièce à chauffer a lieu.
Il a été trouvé que la détérioration de l'électrode ou des électrodes provient du fait qu'en début du cycle de chauffage, le courant passe souvent par un seul endroit c'est -à-dire là où il rencontre le minimum de résistance. Si une seule électrode appuie sur l'extrémité de la pièce à chauffer des étincelles apparaissent fréquemment au démarrage et cette apparition d'arcs accompagnée de projections de métal liquide provoque'la destruction partielle des surfaces. Il est possi- ble de diminuer l'effet de ces phénomènes nuisibles grâce à l'emploi de grosses masses de cuivre comme électrodes, moins
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vite détruites par les cratères locales.
Toutefois, dans ce car il est nécessaire, en plus, de surveiller l'état des sur- faces des pièces à chauffer et d'appliquer les électrodes sur des extrémités soigneusement planées et nettoyées. Souvent enfin un arrosage à l'eau des extrémités est nécessaire pour limiter les surchauffes dangereuses.
Toutes ces solutions de compromis ne donnent que partiellement satisfaction et la tendance actuelle va vers l'emploi de plusieurs électrodes à chaque extrémité de la pièce à chauffer. Les électrodes sont appliquées avec de for- tes pressions sur les extrémité.. soigneusement nettoyées, afin d'assurer ainsi des contacts électriques entre les dif- férentes électrodes et la pièce à chauffer offrant tous pra- tiquement la même résistance au passage du courant. Or, l'ex- périence montre, que malgré ces précautions, la répartition du courant laisse souvent à désirer.
Il ne faut en effet pas perdre de vue que la chute de tension à travers le contact n'est que de quelques dixièmes de volts et qu'une légère cou- che d'oxyde suffit pour former un barrage à l'endroit de toutes les électrodes. Si au moment de l'application de la tension une seule électrode amorce, c'est cette électrode ou- vrant le passage du courant qui se détériore.
L'invention vise donc deux buts: empêcher que le courant passant par cette seule électrode ne devienne prohi- bitivement fort et prévoir un moyen de percer la couche à l'endroit de chaque électrode. Le courant passant par une électrode est de préférence limitée à une valeur relativement
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faible, par exemple de l'ordre de grandeur de 10 000 ampères.
Suivant l'invention, le procédé de chauffage dans lequel une pièce à chauffer est serrée entre 2 N électrodes, soit N électrodes appliquées à chacune des extrémités de la pièce et reliées à une source de courant alternatif est ca- ractérisé en ce que l'on dispose en série avec chaque élec- trode une self de grandeur telle que sa réactance X à la fré- quence nominale de la source de courant X - nqR, R étant la résistance de la pièce à chauffer au début du cycle de chauf- fage, n étant le nombre minimum de selfs nécessaires et q étant un coefficient numérique déterminant l'uniformité de'la. répartition du courant. En adoptant pour q une valeur plus grande que 0,5 environ, on assure, même dans le cas le plus défavorable une répartition des courants telle qu'aucune sur- charge nuisible ne puisse apparattre aux électrodes.
Le nombre minimum de selfs nécessaires pour qu'une self-induction de grandeur voulue soit disposée en série avec chaque électrode dépend du schéma de raccordement des élec- trodes. Si les N électrodes appliquées d'un côté de la barre sont reliées à une même borne d'un secondaire d'un transfor. mateur et si les N électrodes appliquées de l'autre coté de la barre sont toutes reliées à l'autre borne du secondaire du transformateur, chacune de ces électrodes doit être reliée à travers une self, de sorte que n - 2 N. Par contre si les 2 N électrodes sont reliées par paire à des enroulements secon- daires distincts d'un transformateur, il suffit de relier chaque paire d'électrodes à travers une self, de sorte que n - N.
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L'invention est expliquée ci-dessous par rapport à quelques exemples de formes d'exécution représentés au dessin annexé. Sur ce dessin, la figure 1 est une vue générale et les figures 4, 5, 6, 7, 8 sont des vues schématiques de disposi- tifs suivant l'invention. Les figures 2 et 3 sont des vues de détail de la figure 1 à échelle agrandie.
A la figure 1, un transformateur 1 comprend deux bornes de- raccordement 2 et 3 constituant les deux extrémités de son enroulement secondaire. A la borne 2 sont raccordées quatre barres d'amenée de courant 4, 5, 6, 7 chacune entourée par des tôles 8 en fer à nheval comme montré à la figure 3.
De même, à @a borne 3 sont raccordées quatre barres d'amenée de courant 9, 10, 11,12 de même constitution que les barres 4, 5, 6, 7. Sur les barres 4, 5,6, 7, 9, 10, 11,12 sont prévues des bornes de raccordement 13 où sont reliés des con- ducteurs 1@. symbolisés par des gros traits mixtes, établis- sant le contact entre les barres 4, 5,6, 7, 9, 10, 11, 12 d'une part et les électrodes correspondantes 14, 15, 16, 17, 19, 20, 21, 22 d'autre part. Les électrodes 14, 15, 16, 17 sont disposées de même manière que les électrodes 19, 20, 21, 22 sur une des extrémités d'une barre à chauffer 23, comme montré à la figure 2.
La barre à chauffer 23 est supportée par deux sup- ports 24 coulissant perpendiculairement à uh longeron 25 sur lequel peuvent coulisser les équipages des électrodes 26 et 27. Chaque équipage des électrodes comprend un guide 28 pour les électrodes et autant de cylindres de pression qu'il y a
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d'électrodes, Tous les cylindres sont logée dans un bloc com- mun 29 et alimentés par une chambre de pression 30. Il est possible aussi de prévoir un seul cylindre de pression agis- sant sur les différentes électrodes par l'intermédiaire de ressorts assurant la répartition uniforme de la pression.
Des moyens peuvent être prévus pour mettre hors service certainesélectrodes, de sorte que le dispositif puisse être utilisé pour le chauffage de barres de section plus faible que la section maximum pour laquelle il est cal- culé. Dans ce cas, le nombre d'électrodes appliquées est choisi proportionnel à la section de la barre. Le courant dans chaque électrode est limité de préférence à une valeur de l'ordre de grandeur de 10 000 ampères (entre 3 000 et 30 000 A). La valeur de la self reliée en série avec chaque électrode est choisie de telle façon que sa réactance X à la fréquence nominale de la source de courant est X - n q R, R étant la résistance de la barre au début du cycle de chauf- fage, n étant 2N en l'occurrence et q étant un coefficient déterminant l'uniformité de la répartition du courant.
Par résistance de la barre au début du cycle de chauffage, il faut comprendre la résistance de la barre au moment où les phénomènes transitoires, provoqués par la mise sous tension du dispositif, sont terminée.
Lors du chauffage de barres d'acier, la résistance des barres à froid est environ six fois plus petite que celle des barres au terme du cycle de chauffage. Dans ce cas, en l'absence de résultats d'essais, on peut raisonnablement
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adopter comme valeur de R la moitié de la résistance de la barre à chaud, ce qui correspond environ à la résistance at- teinte au premier tiers du cycle de chauffage.
Si l'on choisit la valeur de q plus grand que 0,5 environ, on obtient,même dans le cas le plue défavorable, une répartition de courants telle qu'aucune surcharge nuisi- ble ne puisse apparattre aux électrodes
Comme un dispositif de chauffage ou% généralement prévu pour des pièces d'un même métal, par exemple de% bar- res d'acier, la valeur de R à une température donnée dépend uniquement de la longueur et de la section de la barre.
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section vtrie, le nombre dlees l' it1 bzz plique ci-delaua de sorte que tour '1*pé % 'e3HL% >*B%1Q4 la r'aotaftoe X . nqR n1àS% oa ,'ri. t , 6éao%rvS ptttt la moma, Par oontl"t el la 3L<M@ v hl*, la 9.<ë!M!% X flot \ awrexter Nol'\ionn.t:JI.'1IIê1fllt #o%%* :1ft.. la dàa ééàtàés 4é la tilUI'tJ 1. %'ë3L -t% t'tIè... âtre% 13 toat tlI@'è1 :U,M,'è'ii<è1fllt 1à\1t :}L %'<!M'% poup le% équi@1 te% 4à+<té@ao %@ et 1r .n d< .. tOl'lftule 'l.. ell\1@1 lâ ' %k , 31 %44w%%*+ 191M cifè éé %ou,.rtt 9% tommiht " 1. d :'è\1t1' :+1.fà "'.tn1 du lO1\I@I'Of.l éb è%t @f.Iifi '!Ir 1fo "1à1t!l't :}LI!. 9'%%%M < i8. !t\l'l't au eîtut tu t:j" r ha%%@a#é îà %al%# 4té -.r é3 en"f!it '0\\1' ït\ aaé%1#h .ilfili!1lfk fflï. 1J.:+1. :
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prises intermédiaires 13 en fonction de la longueur des bar- res à chauffer. Cependant, la disposition montrée à la fleure 3 est particulièrement avantageuse.
Le dispositif suivant la figure 1 permet de limiter le courant dans chaque électrode à une valeur qui en aucun
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C88, atm dans le cas le plus défavorablop ne dépasse sensi- blement environ le double de la valeur du courant qui s'éta- blit lots d'une parfaite répartition du courant sur toutes les électrodes et ce pour un nombre d'électrodes quelconque.
En outre, si une électrode ne fait pas contact parce qu'elle est Isolée du métal de la barre par une crasse quelconque, une tension ayant tendance à percer cette couche s'établit entre la @arre et l'électrode, Elle est égale à la chute de tension dans les self@ raccordées aux électrodes conduisant du courant.
Les figures 4 et 5 sont deux vues schématiques de
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avantages propres à la disposition suivant la figure 1, la disposition suivant les figures 4 ou 5 permet, à condition de choisir le coefficient q assez grand, de limiter le courant passant par une électrode à n'importe quelle valeur donn6e proche de celle rencontrée lors d'une répartition uniforme du courant et ce dans n'importe quel cas, même dans le cas le plus défavorable, c'est-à-dire si une seule paire d'électrodes conduit le courant, tandis que toutes les autres sont isolées par la crasse sur la barre.
Lors de l'échauffement, la dila- tation thermique, la tension à travers la couche isolante et la variation de la conductibilité de la crasse même en fonc- tion de la température ont pour effet de produire des con- ditions de contact qui s'approchent assez bien de l'état idé- al. Le moment le plus critique est donc l'instant de la mise sous tension de la barre à froid. Si la réactance X est cal- culée pour 1 = 0,7 en tenant compte, conformément à l'inven- tion, d'une valeur de la résistance d'une barre d'acier at- teinte seulement après le laps de temps nécessaire pour norma- liser les conditions de contact, la valeur de q, à choisir dans la formule pour une réactance X donnée, en tenant compte de la résistance réelle de la barre, serait par exemple égale à 2 pour la barre à froid et égale à 0,3 à la fin du cycle de chauffage.
L'effet favorable des elfs est donc beaucoup plus marquant à l'instant de la mise sous tension, lorsque la pro- babilité de rencontrerde mauvais contacts est grande, qu'à la fin du cycle de chauffage où,de pareils défauts sont sinon impossibles, du moins extrêmement rares.
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Le même principa de répartition uniforme et limi- tation du courant à des valeurs compatibles avec la bonne conservation des électrodes peut être adopté pour le chauf- fage partiel de barres, lorsqu'un jeu d'électrodes 38 est appliqué, suivant la figure 6, sur une section frontale d'une barre/tandis que l'autre jeu 40 est appliqué latéralement à l'endroit d'une section intermédiaire entre les deux extré- mités de la barre. Pour simplifier le dessin deux électrodes seulement de chaque jeu d'électrodes sont montrées.
Il est aussi possible d'appliquer deux jeux d'électrodes latérales 41 et 42 à l'endroit de deux sections Intermédiaires entre les deux extrémités de la barre comme montré à la figure Dans tous les cas, la réactance insérée correspond à la résistance R de la partie de la barre soumise au chauffage et, de ce fait, doit être réglée proportionnellement à la longueur de cette partie.
Un cas particulièrement Intéressant est le chauf- fage de longues barres directement par le réseau triphasé suivant figure 8. A la figure 8, uniquement une barre 43 avec six jeux d'électrodes 44, 45, 46, 47, 48,49 est re- présentée. Les électrodes 44 et 45 sont reliées comme mon- tré à la figure 6 à travers deux réactances à deux enroule- mente distincts de la première phase, les électrodes 46 et 47 sont reliées comme montré à la figure 7 à travers deux réactances à deux enroulements distincts de la deuxième pha- se et les électrodes 48 et 49 sont reliées comme montré à la fig.6 à travers deux réactances à deux enroulements distincts de la troisième phase.