[0001] La présente invention se rapporte à un dispositif pour la mise en mouvement d'un
métal en fusion dans une installation de coulée continue et au cours du refroidissement
du produit coulé.
[0002] Elle se rapporte plus particulièrement aux coulées de produits plats de grande largeur,
désignés généralement sous le nom de brames.
[0003] On connaît déjà des dispositifs pour la mise en mouvement d'un métal liquide au moyen
de champs magnétiques glissants ou tournants, ces champs étant produits par des inducteurs
logés dans les rouleaux de gu.idage et de soutien du produit coulé en continu. De
tels dispositifs sont par exemple décrits dans le brevet français n° 72/20546, publié
sous le n° 2.187.467 et dans ses premier et second certificats d'addition n° 73/19.399
et 73/19.400, respectivement publiés sous les numéros 2.231.454 et 2.231.455. Le brevet
français 2.187.467, sans entrer dans les détails de construction de l'inducteur lui-même,
prévoit que celui-ci peut être soit rendu solidaire du rouleau et tourner avec lui,
soit maintenu fixe à l'intérieur du rouleau tournant. Le premier certificat d'addition
n° 2.231.454 décrit une forme d'exécution d'un inducteur à champ glissant, qui est
solidaire en rotation du corps creux de révolution dans lequel il est logé. L'inducteur
comprend un noyau magnétique sous la forme d'un arbre en acier inoxydable magnétique,
qui comporte de profondes rainures longitudinales s'étendant sur toute la longueur
de l'arbre et régulièrement espacées dans le sens circonférentiel. Dans les rainures
sont encastrés des paquets de tôles magnétiques planes et parallèles à l'axe de l'arbre.
Ce dernier et les tôles sont entaillés par une série de gorges annulaires espacées
sur la longueur de l'arbre et logeant des bobines inductrices circulaires.
[0004] L'inconvénient des dispositifs décrits dans les documents antérieurs susmentionnés
est leur manque de puissance. On peut penser que ce manque de puissance vient du fait
que l'émission du champ magnétique produit par l'inducteur est répartie en azimut
dans toutes les directions autour de l'axe du rouleau. Il en résulte que la densité
du flux magnétique émis dans la direction utile, c'est-à-dire vers la zone de contact
entre le rouleau et la brame, est faible, car le flux magnétique se disperse inutilement
dans les autres directions, en particulier dans la direction opposée à la brame et
en direction des rouleaux adjacents situés en amont et en aval du rouleau considéré
par rapport au sens de la coulée continue.
[0005] La présente invention a pour but de fournir un inducteur à champ glissant pour rouleau-brasseur
de coulée continue de brames, permettant de concentrer le flux magnétique vers la
zone de contact entre le rouleau et la brame et de diminuer fortement les fuites magnétiques
dans les autres directions, afin d'utiliser au mieux la capacité magnétique du noyau
de l'inducteur.
[0006] A cet effet, l'inducteur selon la présente invention, comprenant un arbre rainuré
qui porte des tôles magnétiques planes et parallèles à l'axe de l'arbre, ce dernier
et les tôles étant entaillés par une série de gorges annulaires espacées sur la longueur
de l'arbre et logeant des bobines inductrices circulaires, est caractérisé en ce que
l'arbre est fixe, de façon connue en soi, et est en un métal amagnétique bon conducteur
de l'électricité et comporte, une rainure longitudinale de large section transversale
logeant un unique paquet de tôles magnétiques qui constitue à lui seul le noyau magnétique
de l'inducteur, tandis que l'arbre constitue un écran pour le flux magnétique engendré
par les bobines inductrices, l'ensemble étant tel que ce flux magnétique soit orienté
dans une direction fixe privilégiée.
[0007] En service, l'inducteur selon l'intention est maintenu dans une orientation fixe
par rapport à la coulée continue, à l'intérieur du rouleau qui est monté tournant
de façon à assurer le guidage et le soutien du produit coulé en continu. L'inducteur
est monté dans une orientation fixe telle que le plan de feuilletage du paquet de
tôles magnétiques formant le noyau soit perpendiculaire à la surface de la brame coulée
en continu et que le bord libre des tôles magnétiques soit situé en face de la zone
de contact entre le rouleau et la brame. Chaque bobine inductrice entoure complètement
l'inducteur en passant devant le noyau magnétique formé par le paquet de tôles, et
derrière l'arbre en métal amagnétique bon conducteur de l'électricité. Du fait que
le noyau magnétique est encastré dans la rainure de l'arbre en métal amagnétique bon
conducteur de l'électricité, les trois faces du noyau qui ne sont pas en regard de
la zone de contact entre le rouleau et la brame sont protégées
' contre les pertes de flux par l'effet d'écran résultant des courants induits dans
l'arbre en métal amagnétique bon conducteur de l'électricité. Il en résulte-que, en
service, le flux magnétique est essentiellement dirigé vers la zone de contact entre
le rouleau et la brame.
[0008] On décrira maintenant, à titre d'exemple purement indicatif et nullement limitatif,
une forme d'exécution de la présente invention en faisant référence aux dessins annexés
sur lesquels :
La figure 1 montre deux rouleaux-brasseurs disposés de part et d'autre d'une brame
en cours de coulée continue et équipés chacun d'un inducteur conforme à la présente
invention, l'un des deux rouleaux étant vu en coupe transversale suivant la ligne
A-A de la figure 2, l'autre étant vu en coupe transversale suivant la ligne B-B de
la figure 2.
[0009] Les figures 2 et 3 montrent l'un des deux rouleaux-brasseurs de la figure 1, en coupe
axiale suivant la ligne C-C de la figure 1, et le spectre des lignes de flux magnétique,
respectivement à deux instants d'excitation séparés par un quart de période du courant
alternatif, dans le cas d'un inducteur diphasé bipolaire.
[0010] La figure 4 représente le schéma de bobinage de l'inducteur représenté sur les figures
2 et 3.
[0011] Dans les figures 1 à 3, on peut voir une partie d'une brame 1 en cours de coulée
continue, avec sa croûte extérieure 2 de métal déjà solidifié et son coeur 3 de métal
encore en fusion. La brame 1 en cours de coulée est guidée et soutenue par un certain
nombre de rouleaux tels que les rouleaux 4 à 9. Comme cela est connu, certains des
rouleaux sont montés libres en rotation, tandis que d'autres peuvent être entraînés
en rotation. Comme cela est également connu, certains rouleaux, par exemple les rouleaux
6 et 7, sont creux et logent un inducteur 10 de brassage du coeur 3 de métal en fusion.
Ces derniers rouleaux sont habituellement appelés"rouleaux-brasseurs".
[0012] Chaque rouleau-brasseur 6 ou 7 comporte une enveloppe cylindrique creuse 11, en acier
inoxydable amagnétique, aux extrémités de laquelle sont fixés deux bouts d'arbres
creux, respectivement 12 et 13, par des vis telles que 14. Des paliers (non montrés)
permettent-la rotation de l'ensemble 11, 12, 13 autour de son axe.
[0013] A l'intérieur de l'enveloppe cylindrique 11 se trouve l'inducteur 10. Celui-ci comprend
un noyau magnétique 15 constitué par un unique paquet de tôles magnétiques minces
convenablement isolées les unes des autres de façon connue par un isolant non montré.
Le noyau magnétique feuilleté 15 est encastré dans une large et profonde rainure longitudinale
16 qui est creusée dans un arbre massif 17 en métal amagnétique et bon conducteur
de l'électricité, par exemple en alliage d'aluminium ou en alliage de cuivre. Le noyau
magnétique 15 est maintenu en place dans la rainure longitudinale 16 par plusieurs
boulons 18 coopérant avec des clavettes 19 logées dans des rainures transversales
à section en queue d'aronde, creusées dans la face du noyau magnétique 15 qui est
tournée vers le fond de la rainure longitudinale 16. La face libre 20 du noyau magnétique
15 affleure la surface cylindrique de l'arbre 17 et est orientée vers la face adjacente
de la brame 1.
[0014] L'arbre 17 et le noyau magnétique 15 sont entaillés par une série de larges gorges
annulaires 21 espacées sur la longueur de l'arbre 17 et logeant des bobines inductrices
22 à 26 de forme cylindrique. Les bobines 22 à 26 sont par exemple constituées par
des spires de conducteur plat isolé en cuivre et sont convenablement isolées par rapport
au noyau magnétique 15 par des isolants placés dans le fond des gorges annulaires
2] et sur les côtés de celles-ci.
[0015] Les extrémités de l'arbre 17 passent, avec un certain jeu radial, respectivement
à travers les bouts d'arbres creux 12 et 13 et sont supportées et fixées rigidement
à un bâti (non montré) de telle façon que l'arbre 17 reste immobile lorsque l'ensemble
11, 12, 13 tourne autour de son axe-.
[0016] Deux étroites rainures longitudinales 27 et 28 (figure 1), s'étendait sur toute la
longueur de l'arbre 17 et légèrement plus profondes que les gorges annulaires 21,et
des passages 29, 30, 31 et 32 (figure 2), formés dans les deux extrémités de l'arbre
17, sont prévus pour loger les conducteurs 33 et 34 (figure 4) d'alimentation en courant
des bobines 22 à 26.
[0017] Comme montré sur la figure 4, les bobines 22 à 26 sont réparties en deux groupes
de bobines, constitués respectivement par les bobines 22, 24 et 26 et par les bobines
23 et 25. Les bobines 22, 24 et 26 sont enroulées en sens alternés, sont connectées
électriquement en série et sont reliées par les conducteurs 33 à deux bornes extérieures
35 elles-mêmes reliées à l'une des deux phases d'une source d'alimentation en courant
alternatif diphasé (non montrée). De même, les bobines 23 et 25 sont enroulées en
sens opposés, sont connectées électriquement en série et sont reliées par les conducteurs
34 à deux autres bornes extérieures 36 elles-mêmes reliées à la deuxième phase de
la source de courant alternatif diphasé. On notera également que les bobines extrêmes
22 et 26 comportent environ deux fois moins de spires que la bobine 24 et que les
bobines 23 et 25 ont chacune environ le même nombre de spires que la bobine 24.
[0018] Il en résulte que le flux magnétique engendré par l'inducteur 10 lorsque le courant
est maximum dans la première phase et nul dans la deuxième phase, présente l'allure
représentée sur la figure 2, avec un pôle nord entre les bobines 22 et 24 et un pôle
sud entre les bobines 24 et 26. On peut remarquer sur la figure 2 que la fermeture
du flux se fait dans le noyau magnétique feuilleté 15 où les lignes de flux sont très
serrées, ce qui peut conduire à une saturation magnétique du noyau feuilleté. On peut
voir également que la présence de l'arbre 17 en métal amagnétique et bon conducteur
de l'électricité constitue un écran très efficace qui empêche le flux magnétique de
sortir vers la face arrière de l'inducteur 14par suite des courants induits dans l'arbre
17, qui s'opposent au passage du flux magnétique. Il en résulte que la capacité du
noyau magnétique 15 jusqu'à saturation sera consacrée presque entièrement au passage
du flux magnétique utile.
[0019] La même constatation peut être faite à l'instant où le courant atteint son maximum
dans la deuxième phase et est nul dans la première phase, c'est-à-dire lorsque les
bobines 23 et 25 sont excitées en formant un pôle nord entre elles et deux pôles sud
aux extrémités. Dans ce cas, la saturation du noyau magnétique 15 est maximale à l'endroit
des bobines 23 et 25, mais les fuites de flux magnétique vers l'arrière sont encore
évitées grâce à l'arbre 17 formant écran.
[0020] En outre, comme cela est plus particulièrement visible sur la figure 1, l'arbre 17
et les courants induits qui y prennent naissance s'opposent également aux fuites de
flux magnétique sur les côtés du noyau magnétique 15. Il en résulte que le flux magnétique
est principalement concentré dans un dièdre d'angle a, qui représente l'angle utile
de brassage.
[0021] Lorsque les deux phases sont alimentées successivement et périodiquement, à basse
fréquence, on obtient un champ magnétique glissant dans la direction axiale du rouleau-brasseur
dont les lignes de flux balaient le coeur 3 de la brame 1 en produisant un brassage
du métal en fusion.
[0022] D'après ce qui précède, il est clair que l'inducteur selon la présente invention
permet par conséquent d'utiliser au maximum la capacité magnétique du noyau feuilleté
15 pour produire un flux utile de brassage. Il permet d'obtenir une puissance utile
de brassage 5 à 6 fois supérieure à celle obtenue avec les inducteurs antérieurement
connus.
[0023] Bien que la forme d'exécution qui a été décrite ci-dessus soit plus particulièrement
relative au cas d'un inducteur diphasé bipolaire, il est clair que la même conception
pourrait s'appliquer à un inducteur polyphasé ayant un nombre quelconque de pôles.
Toutefois, la solution diphasée et bipolaire présente des avantages de simplicité
et d'efficacité qui peuvent être mis à profit grâce à la présente invention.
[0024] Il est du reste bien entendu que la forme d'exécution qui a été décrite ci-dessus
a été donnée à titre d'exemple purement indicatif et nullement limitatif, et que de
nombreuses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art sans pour autant
sortir du cadre de la présente invention.
1.- Inducteur à champ glissant pour rouleau-brasseur de coulée continue de brames,
comprenant un arbre rainuré (17) qui porte des tôles magnétiques planes et parallèles
à l'axe de l'arbre, ce dernier et les tôles étant entaillés par une série de gorges
annulaires (21) espacées sur la longueur de l'arbre et logeant des bobines inductrices
circulaires (22 à 26), caractérisé en ce que l'arbre (17) est fixe, de façon connue
en soi, et est en un métal amagnétique bon conducteur de l'électricité et comporte
une rainure longitudinale (16) de large section transversale logeant un unique paquet
de tôles magnétiquesqui constitue à lui seul le noyau magnétique (15) de l'inducteur
(10), tandis que l'arbre (17) constitue un écran pour le flux magnétique engendré
par les bobines inductrices (22 à 26), l'ensemble étant tel que ce flux magnétique
soit orienté dans une direction fixe privilégiée.
2.- Inducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que des rainures longitudinales
étroites (27 et 28), s'étendant sur toute la longueur de l'arbre (17) et légèrement
plus profondes que les gorges annulaires (21), et des passages(29, 30, 31, 32) formés
dans les deux extrémités de l'arbre (17), sont prévus pour les conducteurs (33 et
34) d'alimentation en courant alternatif des bobines (22 à 26).
3.- Inducteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les bobines (22
à 26) sont connectées de manière à former un inducteur diphasé bipolaire.