Four électrique à, induction. L'objet de la présente invention a trait aux fours électriques à induction comprenant nu creuset pourvu d'au moins un canal réfrac taire s'étendant à travers le creuset et dis posé de manière à ce qu'un petit espace soit établi entre ce canal et le fond arrondi du creuset, un enroulement électrique primaire étant disposé dans ledit canal et porté par un circuit magnétique fermé.
Dans les fours destinés à fondre ou trai ter autrement les métaux, on a déjà proposé de disposer de telle manière l'axe horizontal dudit canal par rapport à l'axe horizontal de la partie arrondie du fond du creuset, que l'axe dudit canal soit situé au-dessous de celui de ladite partie du fond du creuset, le passage le plus étroit pour le métal fondu étant ainsi établi à la base du creuset, .lequel passage s'évase successivement vers le haut de chaque côté du canal transversal recevant la branche ou les branches du circuit pri maire magnétique.
Cependant, dans ce. genre de fours élec triques, le flux principal du courant induit ne traverse pas la partie la plus étroite du passage du secondaire c'est-à-dire à la base du creuset, mais il passe horizontalement par un point situé plus haut dans le creuset, tandis que l'axe du circuit magnétique correspond avec l'axe du canal transversal.
Dans le four électrique à induction, objet de la présente invention, le plan dudit cir cuit magnétique fermé est disposé de façon qu'il renferme le passage étroit correspondant à la section transversale la plus petite du secondaire fondu.
Le four électrique construit suivant l'in vention est peu coûteux, compact et très eflicace et peut être facilement manipulé et transporté d'un endroit à. l'autre.
Le dessin ci-amiexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une coupe verticale centrale d'une première forme d'exécution d'un creuset établi d'api-ès l'invention et montrant un dispositif électromagnétique à courant d'in duction associé au creuset; La fig. 2 est une coupe analogue faite perpendiculairement â celle de la fig. 1, sui vant la ligne 2-2; La fig. 3 est une vue en plan; L a fig. 4 est une coupe faite à travers le noyau magnétique du dispositif inducteur de courant suivant la ligne 4-4 de la fig. 2;
La fig. à est une vue analogue à, celle de la fig. 1, montrant une deuxième forme d'exécution du creuset ayant deux dispositifs inducteurs de courant; La fig. 6 est une coupe faite suivant la ligne 6-6 de la fig. -"5; La fig. 7 est un schéma du circuit électri que montrant un jeu de connexions pour les dispositifs d'excitation; La fig. 8 est une vue analogue montrant comment les polarités peuvent être réglées;
La fig.9 est une vue d'une troisième forme d'exécution de l'appareil, la coupe étant effectuée suivant la même ligne que sur la fig. 1; La fig. 10 est une coupe de la même variante faite suivant la même ligne que celle de la fig. 2.
Le creuset à fond rond, montré sur les fig. 1, 2 et 3, est monté sur tourillons, comme on a l'habitude de le faire lorsque le métal doit être versé d'un creuset.
Le creuset représenté présente une enve loppe externe 13 en métal et une garni ture intérieure 14, la première étant fendue, comme on le voit en 15 pour empêcher les courants secondaires induits de circuler dans l'enveloppe. Le fond du creuset affecte une forme arrondie.
Une partie cylindrique creuse 17, consti tuée par une matière réfractaire, s'étend de la paroi 18 dit creuset à sa paroi 19. L'in térieur 20 de la partie cylindrique 17 est ouvert à ses extrémités, la partie inférieure 20' de l'extérieur du cylindre s'approchant très près de la partie inférieure de la face courbe de la garniture 14 du creuset de façon qu'il n'existe qu'un petit espace 22 entre la par tie 20' et la face interne de la paroi consti tuant le fond du creuset. L'axe de la partie cylindrique 17 est situé un peu plus près du fond du creuset que l'axe à partir duquel le fond est courbé, les deux axes se trouvant dans le même plan vertical.
La partie cylindrique 17 contient un cylin dre de support intérieur 23 en tôle qui, pour permettre un fonctionnement pratique, est fendu longitudinalement en 24 afin d'empê cher des courants secondaires d'être induits dans ce cylindre métallique.
On doit remarquer que l'intérieur 20 de la partie cylindrique ne communique pas avec l'intérieur du creuset.
Dans l'espace intérieur cylindrique 20 est disposé un élément d'induction électroma gnétique constitué par un circuit magnétique 26 fermé sur l'une des branches duquel est dis posée une bobine conductrice électrique 2"d. Le circuit magnétique est constitué par une série de plaques en fer à cheval placée: Finie contre l'autre et constituant un noyau fermé avec harmature d'extrémité mobile 28.
Les plaques de la partie constituant le corps principal peuvent être maintenues ensembles de toute manière appropriée, la partie mobile ou armature d'extrémité 28 constituant la partie du circuit qui peut être enlevée, est formée de plaques parallèles 29, voir fig. 4, maintenues ensemble par des boulons isolés 30 et placées entre les branches 31 et 32 des parties principales du circuit magnétique. Cer taines parties des branches 31 et 32 sont entaillées pour permettre à ces branches de recevoir les cylindres isolants 33 destinés à maintenir l'armature 28 en place.
L'arma ture 28 peut être enlevée pour mettre la bo bine<B>27</B> en place et pour introduire cette bobine et l'une des branches du circuit magné tique dans le cylindre creux 17.
Sur la fig. 5 est représenté un creuset dont la partie centrale est développée de manière à recevoir deux dispositifs d'induc- tion électromagnétiques, chacun de ces disposi tifs occupant la même position relative par rapport aux parois du creuset courbées autour de lui ou l'entourant sur un côté, que dans le dispositif représenté sur la fig. 1.
Cette disposition produit un espace resserré près de la partie inférieure de chacune des par ties cylindriques 17 et 17', disposé de manière à contenir une quantité relativement faible de métal fondu. La section transversale du métal, entre chacune des parties cylindriques et la paroi adjacente du creuset, augmente graduellement à mesure que l'on se rapproche de la partie supéricuce du creuset.
Les dispositifs d'induction sont placés de ma- trière due dans le plan de leurs axes l'espace exis tant entre eux soit plus grand que celui qui existe entre eux et les parois du récipient.
Chacun des récipients est supposé être rempli avec le métal à traiter 33' constituant le secondaire des dispositifs inducteurs de courant.
Si l'on examine la fig. 5, ou peut remar quer que les polarités des extrémités des noyaux situées en face de l'observateur sont les mêmes. Il y aura donc un faible courant induit dans le métal situé entre les disposi tifs inducteurs de courant 31 et 31'; en effet, les courants produits par ces éléments d'in duction sont sensiblement en série, comme c'est indiqué par la ligne 34, il s'établit donc une zone relativement froide entre les élé ments d'induction et nu courant de densité relativement élevée doit passer dans la partie de la masse de métal située dans les espa ces 22, 22' produisant urne haute température du métal dans cette partie du circuit.
Une température relativement élevée est donc produite dans le métal contenu entre les parties cylindriques 17, 17' et le fond du creuset et une zone plus froide entre les parties<B>17,</B> 17' et les parties adjacentes de la paroi de la garrriturc 14 du creuset.
Il se produira donc dans le métal, comme résul tante des différentes températures des zones environnantes, une circulation intense et active, comme l'indiquent les flèches 35--35 montrant le mouvement vers le haut du métal chauffé et comme le montre la flèche 36 (située dans la zone relativement froide dans laquelle il n'existe pratiquement pas de cou rant) qui monstre le mouvement du métal vers le bas.
Si l'on désire que la température du métal contenu entre les éléments inducteurs soit élevée d'une certaine quantité, il est seule ment nécessaire de renverser la direction du courant dans une des bobines 27 ou 27', de rnttnière que leurs noyaux ne soient plus de même polarité.
Des courants seront alors induits dans le métal environnant et seront sensiblement concentriques aux éléments d'in duction individuels, comme le montre la fig.1. Un courant passera alors dans hespace situé entre les cylindres 17 --17' et ce courant représentera V la somme des courants passant entre les cylindres et les côtés adjacents du creuset. Par ce moyen, on peut régler et faire varier la température de la niasse de métal située entre les éléments inducteurs.
Sur- la fig. 7. les bobines primaires '227-2V du transformateur sont reliées chacune respec- tivenrent à un commutateur inverseur de pôles 52-52' et ces commutateurs sont reliés d'une manière appropriée à une source de courant alternatif 53. Par ce moyen, les pola- rités relatives des noyaux peuvent être facile ment changées en actionnant l'un des com mutateurs et le circuit passant dans une quelconque des bobines peut être facilement ouvert.
Sur la fig. 8, les bornes a. et<I>ai</I> sont représentées comriie celles d'ouverture des circuits.
Dans la disposition représentée sur la fig. 7, les connexions sont arrangées de ma nière que les dispositifs inducteurs de courant adjacents soient de même polarité et que le courant circule comme on le voit sur la fi-. 5.
Grâce à la disposition représentée sui, la fig. <B>8,</B> on peut régler les polarités relatives des dis positifs inducteurs de courant de telle ma nière que les courants circulent dans le métal entourant les cylindres 17-17' en série comme le montre la<B>fi-.</B> 5., ou bien on peut les faire circuler en sens inverses autour de chaque cylindre (cela se produira lorsque les con nexions du commutateur seront dans la posi tion représentée cri traits pleins sur la fig. 8)
ou bien on peut couper le courant à mi ou aux deux dispositifs inducteurs de courant, comme on le désire. Ces modifications sont obtenues en amenant le, commutateur à occu per les différentes positions représentées sur la fig. 8. Sur la fig. 7, les polarités des noyaux sont représentées comme disposées de manière à produire des courants cri série, les pôles négatifs (momentanés) étant à la partie supé rieure.
Si l'on pousse les deux commutateurs sur les bornes de gauche de la fig. 7; on renverse les deus polarités, mais les courants restent en série. Si on laisse le commutateur de droite de la fig. 7 tel qu'il est et si hon pousse celui de gauche dans la position repré sentée en traits pleins sur la fig. 8, on fait circul_,_r les courants autour des deux noyaux séparf-nierit et l'on augmente ainsi la tempéra ture du métal du circuit secondaire situé entre les éléments inducteurs de courant.
Si l'on pousse un des commutateurs, ou les deux, sur les bornes de coupure a-a ou<I>a'-a'</I> de la fi-. 8, on arrête naturellement le fonc tionnement de l'un ou des deux dispositifs inducteurs de courant. Ceci est important car le dispositif qui vient d'être décrit permet de réler à volonté les températures et la: circulation des différentes parties du métal fondu qui entoure les dispositifs inducteurs de courant.
Lorsque l'on désire fondre avec unie extrême rapidité certains métaux volatils ou facile ment oxydables tels que l'acier, le zinc et les alliages de zinc, les métaux pour la fon derie de caractères d'imprimerie et les alliages contenant de l'antimoine, du plomb, etc.
les parois du creusa d'induction peuvent être contractées vers l'intérieur dans la partie supériecïre et la surface de la section trans versale du liquide peut être proportionnée de manière à remplir pratiquement les conditions permettant d'augmenter rapidement la tem pérature, comme cela a été indiqué plus haut.
Cette disposition est représentée sur les fig. 9 et Ifs dans lesquelles les lignes pointillées extérieures montrent la forme habituelle du creuset (comme dans la fig. 1) et les lignes pointillées intérieures les modifications que l'on petit apporter en formant le creuset, lorsqu'on veut l'utiliser avec des métaux volatils ou facilement oxydables. La hauteur du creuset et le degré de courbure de sa partie supérieure dépendent de la nature du métal à traiter et des conditions dans les quelles on veut économiser la chaleur.
Afin d'obtenir l'effet de chauffage maxi mum dans un creuset de capacité donn('-e. l'inventeur proportionne la surface de la sec tion transversale du creuset occupée par le circuit secondaire de manière que, à toute profondeur du secondaire mesurée verticale- ment à partir de sa surface, exceptée it la profondeur la plus grande au fond du creuset;
les forces de l'effet de pincement qui tendent à rompre le secondaire, soient sensiblement moindres que la pression hydrostatique à cette profondeur. Au point de la plus grande profondeur dans le secondaire, au fond du creuset, les forces (lu l'el fet de pincement seront égales à la pression hydrostatique lorsque le four reçoit le courant maxiniuni.
L'effet de pincement est produit lorsqu'il y a une hauteur insuffisante de matière au dessus de la partie où la densité de courant est la plus grande. L'effet est un phé#noniène physique dans lequel la tendance du courant passant le mélange est de réduire la surface de la section et de rompre ainsi le circuit secondaire. Le moyen pour éviter cette réduc tion consiste à donner au mélange une hau teur de pression considérable (pression hydro statique) pour que la pression exercée par le mélangF; surmonte la tendance à rompre le circuit.
Parmi les avantages résultant de l'utili sation des formes d'exécution représentées (le l'objet de l'invention, on petit citer les sui vants: 1 La matière en traitement est mieux protégée contre les pertes de chaleur, parce qu'elle peut être plus convenablement et plus étroitement couverte que dans les autres genres d'appareils.
2 En plaçant, comme il le fait, les dis positifs d'induction, l'inventeur crée la zone de chaleur la plus intense près du fond et le plus loin possible du contact avec l'atmos phère. La matière fondue facilement atta- quable par l'oxygène est ainsi mise à l'abri des modifications nuisibles et l'obtention d'un meilleur produit est assurée.
Ceci est parti culièrement avantageux dans la fusion de l'acier destiné à être coulé, dans la prépara- tion des alliages à base de cuivre et dans celle des métaux pour la fonderie de carac tères d*imprimerie.
3" De plus, le fait de créer la zone de chaleur la plus intense près du fond de l'ap pareil de fusion remplit les meilleures condi tions par assurer une bonne circulation de la matière fondue, sous l'action de la convection et de la tendance naturelle qu'ont les parties chaudes et froides d'riri fluide à se déplacer réciproquement.
4 On assure une forte charge (hydrosta tique) de métal fondu formant le circuit secon daire, ce qui permet d'augmenter la densité du courant dans le secondaire et d'obtenir un effet de chauffage au moins cinq fois plus grand que celui qui est possible dans les systèmes existants, sans que l'effet de pince ment puisse rompre le secondaire constitué par la grande hauteur de métal que l'on peut utiliser dans les creusets représentés.
5 On obtient un meilleur mélange et une meilleure circulation dans le secondaire fondu, grâce au fait que l'on peut profiter de l'effet de pincement pour produire une circulation plus énergique de la masse fondue sans que la rupture du secondaire soit produite par l'augmentation de la densité du courant.
Dans la description on a fait usage du terme "creuset" dans le sens ordinaire dans lequel il est employé dans la description des opérations chimiques et métallurgiques.
Bien que l'invention ait été montrée ci- dessus sous différentes formes d'exécution, il ,est évident que des changements peuvent être effectués tout en restant dans la portée de l'invention, tracée par la revendication, par exemple, on peut supprimer l'enveloppe métallique entourant la matière réfractaire en donnant à cette dernière une force suffisante.