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Il Perfectionnements apportée aux fours électriques,, no- tamment aux fours à induction à haute fréquence ".
L'invention est relative aux fours électriques; et elle concerne plus spécialement (parce que c'est en leur cas que son application semble devoir offrir le plue d'intérêt), mais non exclusivement, parmi les appareils de ce genre les fours à induction à haute fréquence.
Elle a pour but, surtout,, de rendre tels, les appareils du genre en question,, qu'ils soient d'un meil- leur rendement, aux points de vue électrique et calori- fique, et que., notamment pour ce qui est de ceux à haute fréquence, de réaliser des fours de grande capacité et de grande puissance,, contrairement aux fours ordinaires, dans lesquels la capacité, et plus particulièrement le diamètre, ne peuvent être augmentés sans diminuer la fréquence, cette dernière étant approximativement propor- tionnelle à l'inverse de la racine carrée de la self-in- duction de l'enroulement inducteur qui elle-même croît avec les dimensions linéaires de l'enroulement.
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Elle consiste, principalement, à reporter le sys- tème inducteur des fours du genre en question dans la mas- se à chauffer, de façon que ce système soit noyé dans, ou tout au moins entouré par les matières traitées dans le four.
Elle consiste, mise à part cette disposition principale, en certaines autres dispositions qui s'uti- lisent de préférence en même temps et dont il sera par- lé plus explicitement ci-après.
Elle vise plus particulièrement un certain mode d'application (celui où on l's applique aux fours à induction à haute fréquence), ainsi que certains modes de réalisation (ceux qui seront indiqués ci-après), des- dites dispositions; et elle vise plus 'particulièrement encore, et ce à titre de produits industriels nouveaux, les fours électriques du genre en question, comportant application de ces mêmes dispositions, les éléments spé- ciaux propres à leur établissement, ainsi que les ins- tallations comprenant de semblables fours.
Et elle pourra, de toute façon, être bien com- prise à l'aide du complément de description qui suit, aingi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'in- dication.
Les fig. 1 et 2 de ces dessins montrent, res- pectivement en coupe transversale suivant l'axe d'un é- lément inducteur et en coupe en plan suivant 2-2 fig. 1, un four à induction à haute fréquence, établi conformé- ment à l'invention,
Selon l'invention, et plus spécialement selon celui de ses modes d'application, et ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence,à supposer qu'on veuille établir, par exemple, un four à induction à ]haut-, fréquence, à trois éléments inducteurs, on s'y prend
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comme suit, ou de façon analogue.
Concernant, d'abord, la structure générale du four, en admettant, comme dans l'exemple représenté, que l'on fasse usage: d'une cuve b dont le fond c constitue la sole de fusion et qui est fermée à sa partie supérieure par un couvercle a, dans lequel peuvent être percés les orifices servant au chargement du four;
de trois éléments inducteurs alimentés en courant alternatif à haute fréquence, faisant saillie par rapport au niveau de la sole,de façon à être disposés ou à péné- trer dans la masse à fondre contenue dans le four, et à être entourés complètement ou partiellement par les ma- tières à traiter, une disposition avantageuse étant cel- le,par exemple, selon laquelle chacun des éléments d. pé- nètre dans le four par un orifice, percé dans le fond de la cuve de fusion, la hauteur de chacun desdits éléments pouvant être telle, qu'il soit noyé en partie dans les matières chauffées dans le four; et de connexions, reliant d'une façon appropriée les sources de courant alternatif à haute fréquence aux diffé- rents éléments inducteurs.
Concernant, ensuite, chacun desdits éléments inducteurs, on peut avoir recours,.pour le constituer, pour ce qui est des organes inducteurs à lui fai- re comprendre: un tube e¯ en quartz ou en une autre matière appro- priée servant de support à l'enroulement inducteur g, ledit enroulement g pouvant être constitué, par e- par une succession de spires formées par une bar- re ou un tube conducteur éventuellement refroidi enroulés en hélice et connecté électriquement aux câbles d'amenée h et de sortie h1 du courant,convenablement isolées par rapport à la cuve b, par exemple au moyen des gaînes k et
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k1, supportées par une plaque amovible 1, et pour ce qui est des organes de protection de chacun des éléments d'induction proprement dits, ceux-ci peuvent être constitués avantageusement par :
un manchon réfractaire m entourant le tube de quartz e susdit, sur toute sa hauteur, l'orifice supérieur n. dudit manchon étant fermé par un bouchon p,d'une substance pulvérulente q, formant calorifuge telle, -entre autres, que du noir de fumés, zircone, alumine, cette substance étant introduite entre le tube de quartz d et le manchon réfrac taire m.
Et concernant, enfin, la disposition du ou des orifices de coulée du métal fondu, qui peuvent, comme à l'ordinaire, être disposés au-dessus du niveau supérieur des matières contenues dans la cuve de fusion, et tels que représentés aux dessins par t, et cela notamment dans le cas où il s'agit d'un four basculant, ou être percés dans la sole de fusion môme, en étant alors fermés par un dispositif approprié.
Ensuite de quoi, on obtient un four à induction haute fréquence, dont le fonctionnement est suffisam- ment évident-pour qu'il soit inutile d'entrer à son su- jet dans aucune explication supplémentaire, ce four pré- sentant, sur ceux préconisés antérieurement, ces avanta- ges entre autres :
que la disposition des éléments inducteurs dans la masse à chauffer, permet de satisfaire au mieux aux condi- tions requises pour réaliser un bon accouplement entre les matières traitées et les éléments d'induction, que dans l'éventualité où plusieurs éléments sont utilisés pour un même four, lesdits éléments peuvent ê- tre alimentés indépendamment ou par groupes, au moyen d'un ou de plusieurs circuits mono*.
ou polyphasés à hau- te fréquence, ¯que le manchon protège l'élément inducteur contre la
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chaleur produite dans le four, et joue le même rôle que le creuset des fours à induction à haute fréquence ordi- naires, mais alors que ledit creuset est soumis, au début du chauffage, aux efforts d'extension dûs à la dilatation des matières, le manchon est soumis, dans ces conditions, à des efforts de compression, ce qui est très favorable au point de vue de sa conservation, que les matières chauffées sont réparties à l'exté- rieur du manchon et peuvent,par suite, se dilater sans dom- mage à la structure du four.
Comme il. va de soie et comme il ressort d'ail leurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite aucunement à celui de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses par- ties, ayant plus spécialement été indiqués; elle .en em- brasse, au contraire, toutes le s-variante s, notamment: celles ou la masse à chauffer non seulement entoure les éléments inducteurs, mais concurremment se trouve à l'intérieur de l'enroulement inducteur, et en gé- néral; celles dans lesquelles les matières sont réparties d'une façon quelconque par rapport auxdits éléments, quel- le que soit la position relative de ceux-ci par rapport au four;
celles dans lesquelles l'enroulement, au lieu d'être en hélice ou en spirale, aurait une configuration quelconque et pourrait être éventuellement, entièrement noyé dans la masse conductrice, que l'on, veut chauffer; et celles, enfin, où la chaleur est transmise aux matières à chauffer, par l'intermédiaire d'un élé- ment chauffant interposé, par exemple, entre le édites ma- tières et les organes inducteurs, ledit élément étant a- lors constitué, avantageusement, en une substance ap- propriée, bonns conductrice de l'électricité, notaient un métal, du graphite, du charbon de cornue ou autre.
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II Improvements made to electric furnaces, especially high frequency induction furnaces.
The invention relates to electric ovens; and it relates more especially (because it is in their case that its application seems to offer the greatest interest), but not exclusively, among the devices of this type high frequency induction furnaces.
Its main purpose is to make such devices of the kind in question more efficient from an electrical and calorific point of view, and that, in particular as regards is one of those at high frequency, to achieve high capacity and high power furnaces, unlike ordinary furnaces, in which the capacity, and more particularly the diameter, cannot be increased without decreasing the frequency, the latter being approximately proportional - tional to the inverse of the square root of the self-induction of the inductor winding which itself increases with the linear dimensions of the winding.
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It consists, mainly, in transferring the induction system of the furnaces of the type in question into the mass to be heated, so that this system is embedded in, or at least surrounded by, the materials treated in the furnace.
Apart from this main provision, it consists of certain other provisions which are preferably used at the same time and which will be dealt with more explicitly below.
It relates more particularly to a certain mode of application (that in which it is applied to high-frequency induction furnaces), as well as certain embodiments (those which will be indicated below), of said provisions; and it relates more particularly still, and this as new industrial products, the electric furnaces of the type in question, comprising application of these same provisions, the special elements specific to their establishment, as well as the installations comprising of similar ovens.
And it can, in any event, be well understood with the aid of the additional description which follows, as well as the appended drawings, which supplement and drawings are, of course, given above all by way of indication. .
Figs. 1 and 2 of these drawings show, respectively in cross section along the axis of an inductor element and in plan section along 2-2 fig. 1, a high frequency induction furnace, established in accordance with the invention,
According to the invention, and more especially according to that of its modes of application, and those of the embodiments of its various parts, to which it seems that preference should be given, assuming that one wishes to establish , for example, a] high- frequency induction furnace with three inductive elements,
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as follows, or analogously.
Regarding, first of all, the general structure of the furnace, assuming, as in the example shown, that one makes use of: a tank b whose bottom c constitutes the melting hearth and which is closed at its part upper by a cover a, in which can be drilled the holes used for loading the oven;
of three inductor elements supplied with alternating current at high frequency, protruding from the level of the hearth, so as to be placed or to penetrate into the mass to be melted contained in the furnace, and to be surrounded completely or partially by the materials to be treated, an advantageous arrangement being that, for example, according to which each of the elements d. enters the furnace through an orifice pierced in the bottom of the melting tank, the height of each of said elements possibly being such that it is partially embedded in the materials heated in the furnace; and connections, suitably connecting the high frequency alternating current sources to the various inductive elements.
As regards, then, each of said inducing elements, one can have recourse, to constitute it, with regard to the inducing members to make it comprise: a tube ē made of quartz or another suitable material serving as a support to the inductor winding g, said winding g possibly being constituted, by e- by a succession of turns formed by a bar or a possibly cooled conductive tube wound in a helix and electrically connected to the supply cables h and output h1 current, suitably isolated from the tank b, for example by means of the ducts k and
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k1, supported by a removable plate 1, and as regards the protective members of each of the induction elements proper, these can advantageously consist of:
a refractory sleeve m surrounding the aforesaid quartz tube e, over its entire height, the upper orifice n. of said sleeve being closed by a plug p, of a powdery substance q, forming heat-insulating material such as, among others, smoke black, zirconia, alumina, this substance being introduced between the quartz tube d and the refractory sleeve m .
And concerning, finally, the arrangement of the orifice (s) for pouring out the molten metal, which may, as usual, be arranged above the upper level of the materials contained in the melting tank, and as shown in the drawings by t, and this in particular in the case where it is a tilting furnace, or be drilled in the melting hearth itself, then being closed by an appropriate device.
Then, we obtain a high frequency induction furnace, the operation of which is sufficiently obvious-so that it is useless to enter on its subject in any additional explanation, this furnace having, on those recommended previously, these advantages, among others:
that the arrangement of the inducing elements in the mass to be heated makes it possible to best satisfy the conditions required to achieve a good coupling between the materials treated and the induction elements, than in the event that several elements are used for a same oven, said elements can be supplied independently or in groups, by means of one or more mono * circuits.
or polyphase at high frequency, ¯ that the sleeve protects the inductor element against
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heat produced in the furnace, and plays the same role as the crucible of ordinary high frequency induction furnaces, but while said crucible is subjected, at the start of heating, to extension forces due to the expansion of the materials, the sleeve is subjected, under these conditions, to compressive forces, which is very favorable from the point of view of its conservation, that the heated materials are distributed outside the sleeve and can, consequently, expand without damaging the structure of the oven.
Like him. goes silk and as is clear from the foregoing already, the invention is in no way limited to that of its modes of application, nor to those of the embodiments of its various parts, having been more especially indicated; on the contrary, it embraces all the s-variants, in particular: those where the mass to be heated not only surrounds the inductor elements, but concurrently is located inside the inductor winding, and in general neral; those in which the materials are distributed in any way with respect to said elements, regardless of their relative position with respect to the oven;
those in which the winding, instead of being in a helix or spiral, would have any configuration and could possibly be entirely embedded in the conductive mass, which one wants to heat; and those, finally, where the heat is transmitted to the materials to be heated, through the intermediary of a heating element interposed, for example, between the edited materials and the inducing members, said element then being constituted, advantageously, of a suitable substance, a good conductor of electricity, include a metal, graphite, retort carbon or the like.