La présente invention se rapporte à un procédé et un dispositif de chauffage homogène, par flux électromagnétique transversal, de produits minces conducteurs amagnétiques de dimensions variables.
On connaît par le document US-A-4 122 321 un dispositif de chauffage de produits plats à l'aide de pôles magnétiques allongés. Les produits à chauffer étant des tôles épaisses et longues, il est difficile voire impossible d'assurer une homogénéité de chauffage avec ce dispositif surtout le long des bordures du produit et lorsque les dimensions du produit changent.
On connaît en outre par le document FR-A-2 334 755 un procédé de chauffage de bande de longueur infinie au cours de son défilement. L'installation permettant la mise en oeuvre de ce procédé fait appel à un moteur linéaire.
Le but principal de l'invention consiste à chauffer de façon homogène, un produit plat à l'arrêt, ayant deux dimensions finies quelles que soient ces dimensions, par exemple dans le cadre d'une gamme de fabrication de tôles.
Ce but est atteint par le procédé et le dispositif tels qu'ils sont définis par les deux revendications.
L'invention sera décrite ci-après plus en détail à l'aide d'un exemple de réalisation et en regard des dessins annexés, sur lesquels :
Le procédé conforme à l'invention consiste en la génération, dans le produit, de courants (m) se refermant à l'intérieur de mailles, les dimensions et les formes de ces mailles de courant résultant de variations spatiales du champ magnétique alternatif auquel le produit est soumis, les intensités des courants dans chaque maille étant telles que la valeur moyenne de la puissance volumique dissipée dans chaque maille est la même dans tout le produit.
L'homogénéité locale, au niveau de chaque maille, est assurée par la conduction et dépend directement de la taille de la maille.
Les frontières (bouts et rives) ne sont, en général, pas compatibles avec une répartition spatiale donnée du champ magnétique, les dimensions des produits traités étant variables ou la dilatation due au chauffage entraînant une variation sensible de ces dernières. Sur les frontières les mailles élémentaires engendrées ne sont pas toujours celles qui existent dans le cas d'un produit infini.
Pour un même courant d'excitation (b) la puissance volumique moyenne dissipée dans une de ces mailles de frontière est différente de celle qui serait dissipée pour un produit infini. Certaines mailles proches des mailles de frontière peuvent être perturbées.
Selon le procédé, pour obtenir la même valeur moyenne de la puissance volumique de chauffage dans les mailles élémentaires de frontière que dans le reste du produit, on définit une maille d'hétérogénéité locale de frontière constituée par une ou plusieurs mailles élémentaires juxtaposées. Le réglage de la puissance dissipée s'effectue par le réglage de l'intensité des boucles de courant (b) faisant face à cette maille d'hétérogénéité locale alors définie.
Suivant un cas particulier, chaque maille d'hétérogénéité locale de chauffage s'identifie à une maille élémentaire.
Les boucles de courant de l'inducteur ne faisant pas face au produit sont éteintes.
Le dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'invention comprend :
Le dispositif de chauffage selon l'invention est constitué par deux inducteurs identiques horizontaux (A1 et A2) se faisant face, disposés de part et d'autre du produit (F) à chauffer (figure 1). Chacun des inducteurs est constitué de bobinages conducteurs (1) de forme carrée, identiques, disposés régulièrement suivant un pas polaire identique dans deux directions orthogonales. Dans chacune de ces directions, à chaque instant, les boucles de courant (b) ainsi formées constituent une succession de pôles magnétiques Nord et Sud alternés (figures 2 et 3). La fermeture des flux magnétiques, permettant le renforcement de l'efficacité du dispositif, est assurée par un circuit magnétique (2), éventuellement en feuilleté. Cette fermeture peut s'effectuer suivant l'une des directions précédemment citées ou les deux, selon les cas. La fermeture dans une - seule direction permet un réglage plus simple de la variation du profil du champ dans la direction orthogonale, les interactions entre pôles de deux lignes parallèles à la direction de fermeture étant plus faibles (figure 4).
La taille du pôle est déterminée en fonction de la puissance volumique maximale du chauffage à obtenir, de la conductivité thermique du produit et de la différence de température maximale admissible dans le produit en cours de chauffage. Les différences de température dans le produit peuvent cependant être réduites, en fin de chauffage, par une diminution de la puissance volumique à laquelle elles sont, au premier ordre, proportionnelles.
La fréquence d'alimentation du dispositif répond à deux objectifs :
La variation du champ magnétique décrite précédemment réalise, de surcroît, un maintien stable du produit entre les inducteurs.
La position du produit par rapport aux inducteurs est connue, par exemple à partir de sa position d'entrée et des déplacements effectués.
A partir de la position du produit (B figure 5), en particulier celle de sa frontière par rapport aux pôles de l'inducteur, et des caractéristiques du produit (F), un calculateur (E) élabore les valeurs des intensités devant parcourir les pôles pour obtenir une homogénéité de chauffage. Ces intensités sont sensiblement égales sur la majeure partie du produit ; elles ne sont différentes que pour les pôles proches de la frontière du produit. Dans le cas de produits beaucoup plus longs que larges, la réalisation peut être simplifiée en ne réglant les intensités que par rangées de pôles parallèles à la grande largeur, les variations relatives d'intensité ne concernant que deux ou trois rangées de chaque côté du produit.
A partir des valeurs des intensités calculées, un dispositif (G) régule, à partir d'une source (S) dont la fréquence peut être variable, les intensités dans chaque pôle ou groupe de pôles.
La montée en température souhaitée peut être obtenue à partir d'une consigne de température (C) et d'une mesure de température (D) du produit que l'on compare et qui constitue une entrée du calculateur (E).
Dans une autre forme de réalisation (figure 5A), un générateur de fonction élabore la fonction température moyenne du produit par rapport au temps, le calculateur (E) compare alors cette consigne de température (C) à la température calculée, par intégration du chauffage déjà réalisé pour délivrer les consignes d'intensité permettant de respecter la fonction désirée.
Un complément consiste à comparer la température calculée à une mesure de température réelle du produit et donc d'effectuer un contrôle, donc d'éviter des dérives lentes, ou de réaliser une auto-adaptation du modèle mathématique employé par le calculateur.
Il est bien entendu, enfin, que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et que l'on pourra apporter des équivalences dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de l'invention.
Dans une forme préférée de réalisation, les produits traités sont rectangulaires. La longueur et la largeur du produit constituent des entrées du calculateur principal. L'axe principal du produit étant parallèle au dispositif de chauffage, la connaissance de la position de l'un des points du produit, par exemple le centre, par rapport au dispositif de chauffage permet de déterminer de façon complète la position du produit (en particulier celle de ses frontières) par rapport à l'inducteur.
Pour cela, à son arrivée, le produit est disposé symétriquement par rapport à deux axes perpendiculaires connus. Le déplacement du produit s'effectue par l'extinction successive de rangées de pôles adjacentes, donc pas à pas, d'une distance égale à un pas polaire. Un compteur est incrémenté à chaque extinction et donne donc la position du centre à chaque instant.
L'élévation de température du produit est, par exemple, connue par intégration en fonction du temps, du quotient puissance volumique (déterminée par le calculateur) chaleur massique à la température considérée. Elle peut être vérifiée par une mesure de température du produit grâce à un thermomètre à griffe.
A partir de la position du produit (B figure 5), en particulier celle de sa frontière par rapport aux pôles de l'inducteur, et des caractéristiques du produit (F), un calculateur (E) élabore les valeurs des intensités devant parcourir les pôles pour obtenir. une homogénéité de chauffage. Ces intensités sont sensiblement égales sur la majeure partie du produit ; elles ne sont différentes que pour les pôles proches de la frontière du produit. Dans le cas de produits beaucoup plus longs que larges, la réalisation peut être simplifiée en ne réglant les intensités que par rangées de pôles parallèles à la grande largeur, les variations relatives d'intensité ne concernant que deux ou trois rangées de chaque côté du produit.
A partir des valeurs des intensités calculées, un dispositif (G) régule, à partir d'une source (S) dont la fréquence peut être variable, les intensités dans chaque pôle ou groupe de pôles.
La montée en température souhaitée peut être obtenue à partir d'une consigne de température (C) et d'une mesure de température (D) du produit que l'on compare et qui constitue une entrée du calculateur (E).
Dans une autre forme de réalisation (figure 5A), un générateur de fonction élabore la fonction température moyenne du produit par rapport au temps, le calculateur (E) compare alors cette consigne de température (C) à la température calculée, par intégration du chauffage déjà réalisé pour délivrer les consignes d'intensité permettant de respecter la fonction désirée.
Un complément consiste à comparer la température calculée à une mesure de température réelle du produit et donc d'effectuer un contrôle, donc d'éviter des dérives lentes, ou de réaliser une auto-adaptation du modèle mathématique employé par le calculateur.
Il est bien entendu, enfin, que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et que l'on pourra apporter des équivalences dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de l'invention.
Dans une forme préférée de réalisation, les produits traités sont rectangulaires. La longueur et la largeur du produit constituent des entrées du calculateur principal. L'axe principal du produit étant parallèle au dispositif de chauffage, la connaissance de la position de l'un des points du produit, par exemple le centre, par rapport au dispositif de chauffage permet de déterminer de façon complète la position du produit (en particulier celle de ses frontières) par rapport à l'inducteur.
Pour cela, à son arrivée, le produit est disposé symétriquement par rapport à deux axes perpendiculaires connus. Le déplacement du produit s'effectue par l'extinction successive de rangées de pôles adjacentes, donc pas à pas, d'une distance égale à un pas polaire. Un compteur est incrémenté à chaque extinction et donne donc la position du centre à chaque instant.
L'élévation de température du produit est, par exemple, connue par intégration en fonction du temps, du quotient puissance volumique (déterminée par le calculateur) chaleur massique à la température considérée. Elle peut être vérifiée par une mesure de température du produit grâce à un thermomètre à griffe.