La présente invention concerne un dispositif de chauffage par induction d'un produit métallique défilant en continu sous atmosphère protectrice.
Elle concerne également une installation de traitement thermique en continu d'un produit défilant comportant un tel dispositif.
Cette invention s'applique tout particulièrement au traitement thermique sous atmosphère protectrice tel que réalisé dans les lignes de revêtement à chaud pour galvanisation, aluminiage, etc... et les lignes de traitement thermiques en continu telles que lignes de recuit continu pour tôles d'acier ou lignes de patentage pour un fil d'acier.
L'utilisation de dispositifs de chauffage par induction pour réchauffer des matériaux métalliques défilant est connue depuis longtemps. On utilise généralement un inducteur constitué d'une ou de plusieurs spires parcourues par du courant à haute fréquence, qui entourent complètement le produit défilant. Cet inducteur crée un flux longitudinal, c'est-à-dire dans la direction de défilement du produit et permet ainsi de réchauffer des matériaux magnétiques.
On connaît également un dispositif de chauffage par induction comportant une spire parcourue par du courant, disposée dans un plan parallèle à la surface du produit défilant de sorte que le flux magnétique, transverse, est perpendiculaire à la surface du produit.
Toutefois, lorsque le produit défilant est non revêtu et est traité à une température où il risque de s'oxyder, le chauffage par induction doit se faire sous atmosphère protectrice, tel qu'un mélange d'azote et d'hydrogène, et l'enceinte du dispositif de chauffage par induction doit être totalement étanche à l'air afin d'éviter toute oxydation du produit.
Dans les applications connues de ce type de chauffage par induction, telles que décrites par exemple dans le brevet français 2 688 802, on utilise un dispositif de chauffage par induction qui est placé directement à l'intérieur d'une enceinte étanche à l'air.
Cette étanchéité, réalisée tout autour des moyens d'induction, oblige à prévoir des passages, étanches également, pour les arrivées et retours de courant électrique alimentant l'inducteur, et les circuits d'eau de refroidissement destinés à refroidir les moyens d'induction.
Ces circuits d'eau à l'intérieur de l'enceinte étanche présentent un grand risque pour la qualité de l'atmosphère protectrice, puisque la moindre fuite d'eau va polluer celle-ci et risquer d'oxyder le produit.
D'autre part, le fait de placer l'inducteur dans l'enceinte étanche complique énormément les opérations d'entretien et oblige à prévoir des ouvertures suffisantes et des moyens de manutention pour retirer l'ensemble du dispositif d'induction de l'enceinte.
De plus, lors du retrait des moyens d'induction, le produit défilant à traiter doit nécessairement être coupé à défaut d'avoir prévu une ouverture dans les moyens d'induction entourant ce produit défilant.
En outre, lorsque les moyens d'induction sont placés à l'intérieur d'un four, il est nécessaire de disposer de moyens de support non conducteurs de l'électricité et résistant à de très hautes températures.
Enfin, toute intervention sur les moyens d'induction implique un arrêt de l'installation toute entière, l'étanchéité à l'air et au gaz n'étant plus assurée.
On connaît également des dispositifs de chauffage par induction, tels que décrits dans le brevet américain US 1 749 700 et le brevet britannique GB 2 155 740, dans lesquels les moyens d'induction sont disposés à l'extérieur d'une enceinte étanche aux gaz adaptée à maintenir une atmophère protectrice autour du produit métallique défilant.
Cependant, dans ces réalisations, il n'existe pas d'enceinte isolante électriquement, s'étendant au-delà des moyens d'induction.
Des parties conductrices de l'enceinte peuvent ainsi être le siège de courant électrique induit par le flux d'induction retournant aux moyens d'induction.
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités et de proposer un dispositif de chauffage par induction d'un produit métallique défilant sous atmosphère protectrice garantissant au mieux l'étanchéité à l'air et au gaz autour de ce produit défilant, permettant une intervention facilitée sur les moyens d'induction et limitant toute surchauffe du dispositif.
La présente invention concerne un dispositif de chauffage par induction d'un produit métallique défilant en continu sous atmosphère protectrice, comprenant des moyens d'induction, une enceinte d'étanchéité, isolante thermiquement et électriquement et étanche au gaz, disposée autour du produit défilant, entre ce produit et les moyens d'induction, les moyens d'induction comprenant au moins une spire en matériau conducteur connectée à un générateur de courant haute fréquence et s'étendant autour du produit défilant dans un plan perpendiculaire à la direction de défilement du produit, l'enceinte d'étanchéité étant disposée à l'intérieur de la ou des spires des moyens d'induction.
Ce dispositif est caractérisé en ce que l'enceinte d'étanchéité s'étend dans la direction de défilement, en amont et en aval des moyens d'induction, sur une distance suffisante pour créer une zone traversée par le flux d'induction de retour.
Cette enceinte d'étanchéité permet de créer une zone dans laquelle le flux d'induction retourne aux moyens d'induction sans chauffer de partie métallique.
Ainsi, grâce à l'invention, l'étanchéité n'est plus réalisée autour des moyens d'induction mais simplement entre ces moyens d'induction et les produits défilants.
Il n'est plus nécessaire de prévoir des passages étanches pour l'alimentation en courant et en eau des moyens d'induction.
En outre, l'intervention sur les moyens d'induction, notamment lors de leur démontage, ne perturbe pas l'atmosphère protectrice entourant les produits défilants.
Même lorsque les moyens d'induction entourent complètement les produits défilants, on peut intervenir sur ces moyens d'induction et les démonter tout en laissant le produit défilant protégé par l'enceinte d'étanchéité.
Selon un autre aspect de l'invention, une installation de traitement thermique en continu d'un produit défilant, tel que bande ou fil d'acier, sous atmosphère protectrice, comprend plusieurs chambres de traitement thermique successives.
Selon l'invention, cette installation comprend une section de chauffage par induction comprenant un dispositif de chauffage conforme à l'invention, un tunnel de transfert dans lequel le produit défilant effectue un unique passage reliant le dispositif de chauffage par induction auxdites chambres de traitement.
Ainsi le dispositif de chauffage par induction permet de réchauffer la bande ou le fil d'acier dans un tronçon de four dans lequel cette bande ou fil n'effectue qu'un seul passage à travers le tunnel de transfert, de manière à avoir accès à tout le pourtour du dispositif de chauffage par induction à l'air ambiant.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après.
Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs :
Le dispositif de chauffage par induction va être décrit ci-dessous dans une application au traitement thermique en continu d'un produit défilant, tel qu'une bande 1, sous atmosphère protectrice.
Ce type de traitement thermique peut également s'appliquer à un fil d'acier défilant.
L'atmosphère protectrice est généralement composée d'un mélange d'azote et d'hydrogène et permet d'éviter toute oxydation du produit pendant le traitement. De manière connue, une telle installation peut comprendre successivement une chambre de chauffage de la bande 1 à une température de 600 à 900°C, une chambre de maintien à température, une chambre de refroidissement lent, une chambre de refroidissement rapide, une section de réchauffage à induction, une chambre de maintien à température intermédiaire, et enfin une chambre de refroidissement final.
A la figure 1, la bande 1 sort, sur la gauche de la figure, d'une chambre de refroidissement rapide, traverse un tunnel de transfert 3 et une section de chauffage à induction avant d'être introduite dans une chambre de maintien à température intermédiaire 2.
Les différentes chambres de traitement thermique sont entourées de moyens d'étanchéité permettant de conserver à l'intérieur de chacune de ces chambres une atmosphère protectrice de gaz réducteur composé d'un mélange azote/hydrogène à bas point de rosée et de très faible teneur résiduelle en oxygène.
La bande 1 parcourt ces chambres de traitement 2 en un ou plusieurs trajets verticaux séparés par des rouleaux de renvoi.
Comme illustré à la figure 3, le dispositif de chauffage par induction conforme à l'invention, comprend des moyens d'induction 4 et une enceinte d'étanchéité 7, non métallique et étanche aux gaz, qui est disposée autour du produit défilant 1, entre ce produit 1 et les moyens d'induction 4. L'enceinte d'étanchéité 7 est isolante thermiquement et électriquement, permettant ainsi d'entourer le produit défilant d'une enceinte non-conductrice.
Dans cet exemple, et comme illustré à la figure 2, les moyens d'induction 4 comprennent au moins une spire en matériau conducteur connecté à un générateur 45 de courant haute fréquence et s'étendant autour du produit défilant 1, dans un plan perpendiculaire à la direction de défilement F de ce produit.
L'enceinte d'étanchéité est ainsi disposée à l'intérieur de la spire des moyens d'induction 4.
L'enceinte d'étanchéité 7 s'étend parallèlement à la direction de défilement F, en amont et en aval des moyens d'induction 4, sur une distance suffisante pour créer une zone traversée par le flux d'induction de retour.
Cette distance est au moins égale à 200 mm, et de préférence à 300 mm.
L'enceinte d'étanchéité étant non-conductrice, elle n'est le siège d'aucun courant induit par le flux d'induction de retour.
Bien entendu, à la figure 3 un seul inducteur constitué d'une spire unique est représenté. Plusieurs inducteurs 4 pourraient cependant être disposés successivement dans le sens de défilement F, chaque inducteur étant séparé par une distance d'au moins 100 mm, une enceinte d'étanchéité unique 7 protégeant la bande 1 sur toute la section de chauffage par induction.
Ce dispositif de chauffage par induction étant destiné à être disposé en amont ou entre des chambres de traitement du produit défilant sous atmosphère protectrice, l'enceinte d'étanchéité 7 est raccordée de manière étanche à ces chambres de traitement.
Ces raccords étanches peuvent être réalisés de manière connue par bride et joint 8 ou par tout autre procédé connu.
L'enceinte d'étanchéité 7 est constituée dans cet exemple d'un manchon souple 7 comprenant une ou plusieurs couches 7a de tissu isolant thermiquement et électriquement, revêtu extérieurement d'un film 7b de matière étanche aux gaz et résistant à une température d'au moins 100°C.
Dans cet exemple, la température ambiante dans la section de chauffage par induction ne dépassant jamais 400°C, le manchon souple 7 est constitué de sept couches 7a de tissu de fibres de verre recouvertes à l'extérieur d'un film étanche 7b formé d'une pièce de polytétrafluoroéthylène. Le tissu isolant 7a du manchon pourrait également être constitué de fibres de céramiques. Le manchon souple 7 est ainsi maintenu en tension entre les brides de fixation 8 à chaque extrémité et est plaqué contre les parois intérieures des moyens d'induction 4 par la pression régnant à l'intérieur du four. Cette pression est de l'ordre de 1 à 2. 102 Pa.
Si le dispositif de chauffage à induction doit être installé dans une région plus chaude de l'installation, comme le four de chauffage proprement dit, l'enceinte d'étanchéité 7 peut comprendre en outre un moufle 11 en matière réfractaire non étanche aux gaz, doublé extérieurement du manchon.
En outre, on peut également utiliser comme enceinte d'étanchéité, une gaine en céramique étanche.
Comme mieux illustré aux figures 2 et 3A, le ou les inducteurs 4 sont constitués d'une spire unique de section rectangulaire entourant le produit défilant 1 et comprenant trois tôles métalliques 42, 43, 44, sur lesquelles sont soudés des serpentins d'eau 41 permettant de refroidir les moyens d'induction 4.
Les tôles métalliques 42, 43, 44 sont assemblées de manière démontable les unes aux autres et, éventuellement, au générateur de courant 45.
Dans cet exemple, l'inducteur 4 comprend cinq tôles de cuivre : deux tôles 43 connectées au générateur de courant 45, deux tôles 42 s'étendant face à face et formant les flancs de la spire parallèles à la bande défilante 1, et une tôle 44 fermant le côté opposé de la spire au générateur de courant 45. Ces tôles sont étroitement reliées l'une à l'autre, afin d'assurer un parfait contact électrique, par des moyens de fixation démontables 46, tels que des boulons 46.
Cette structure des inducteurs 4 permet notamment en démontant les fixations des tôles, d'intervenir sur les inducteurs 4 sans couper la bande 1 et rompre l'enceinte d'étanchéité 7.
Dans cet exemple, on utilise des fréquences de courant supérieures à 15 KHz, et de préférence supérieures à 30 KHz.
De préférence, la totalité de l'espace comprenant les moyens d'induction 4 et l'enceinte d'étanchéité 7 est entourée d'une carrosserie de protection 9 non étanche et évitant tout circuit électrique continu autour de l'inducteur. En outre, de part et d'autre de la section de chauffage à induction, des rouleaux stabilisateurs 10 sont capables d'infliger une légère déflexion à la bande 1, de manière à réduire, si besoin est, la cambrure de la bande 1 et de positionner celle-ci au centre des moyens d'induction 4.
L'ensemble des tôles 42, 43, 44 et des serpentins 41 est généralement réalisé en cuivre.
Un tunnel de transfert 3, dans lequel le produit défilant 1 effectue un unique passage, relie le dispositif de chauffage par induction à la chambre de refroidissement rapide (non représentée) et à la chambre de maintien à température intermédiaire 2.
Il est essentiel en effet que le dispositif de chauffage par induction soit installé dans un tronçon du four dans lequel la bande n'effectue qu'un seul passage de manière à avoir accès à tout son pourtour à l'air ambiant.
Bien entendu, de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'exemple décrit ci-dessus sans sortir du cadre de l'invention, telle que définie par l'ensemble des revendications.