Four à induction

Un four à induction est un four électrique fonctionnant grâce au phénomène de chauffage par induction de métal. L'avantage de ce procédé est qu'il est propre, économe en énergie et permet de mieux contrôler la fusion des métaux. Les fonderies modernes utilisent ce type de four qui supplante les hauts fourneaux pour produire la fonte, car ces derniers émettent beaucoup de poussières et polluent beaucoup[1]. Le four à canal est le premier à être utilisé industriellement. Les capacités des fours à induction varient de moins d'un kilogramme à cent tonnes ; ils sont utilisés pour fondre le fer et l'acier, le cuivre, l'aluminium et les métaux précieux. Comme aucun arc ou combustion n'est utilisé, la température de la matière n'est pas supérieure à celle requise pour le faire fondre, ce qui peut prévenir la perte des éléments d'alliage précieux[2]. L'inconvénient majeur à l'utilisation du four à induction dans une fonderie est l'absence de raffinage dans le phénomène : les matériaux de charge doivent être propres de produits d'oxydation et d'une composition connue, et certains éléments d'alliage peuvent être perdus en raison de l'oxydation (et doivent être rajoutés après-coup à la fonte). Les fréquences opérationnelles vont de 50 - 60 Hz à 400 kHz ou plus, en fonction du matériau à fondre, du volume du four et de la vitesse de fusion requis.

Ouvriers sidérurgistes ouvrant un four à induction.

En règle générale, plus le volume des matériaux à fondre est faible, plus la fréquence du four est élevée. Ceci est dû à l'épaisseur de peau, la distance que le courant alternatif doit traverser sous la surface d'un conducteur. Pour la même conductivité, les fréquences de courant plus élevées permettent de voyager sous une peau fine, donc moins de pénétration dans la masse fondue. Les basses fréquences peuvent générer des mouvements ou des turbulences dans le métal.

1 - fonte
2 - serpentin refroidi par eau
3 - culasses
4 - creuset

Un four préchauffé d'une capacité d'une tonne de fer peut fondre et exploiter une charge froide en une heure. La puissance nécessaire varie de 10 kW à 42 MW, pour des volumes de fonte, respectivement, de 20 kg à 65 t de métal[3].

Un four à induction d'exploitation émet généralement un bourdonnement ou sifflement dus à des forces magnétiques fluctuantes et de la magnétostriction, dont la hauteur de tonalité est indicatrice de fonctionnement et de niveau de puissance.

Historique

Les premiers fours apparaissent au début du XXe siècle. Cette technologie est développée à partir des travaux de Kjellin, Rodenhauser, Wyatt et Russ, notamment, mais ne sort guère des laboratoires en raison du manque de fiabilité. À partir de 1920, les progrès apportés aux condensateurs statiques et aux convertisseurs donnent le départ à l'usage industriel des fours à induction.

Il faut toutefois attendre encore 10 ans pour installer en fonderie des fours jusqu'à 4 tonnes de capacité. Les nouvelles applications industrielles amorcent une amélioration constante. Dès 1955, notamment, en fonderie, on produit des alliages cuivreux. La fréquence réseau, de 50 Hz, est quasiment la seule utilisée jusqu'aux années 1970, et la recherche ne vise que l'augmentation de la capacité pour atteindre une centaine de tonnes. À la crise pétrolière de 1973, les fours à creuset à basse fréquence, de grande capacité, se montrent inadéquats en termes de consommation d'énergie et leur présence en fonderie se raréfie.

Types

Four Kjellin

Le four de type Kjellin est constitué par un récipient de forme annulaire, revêtu intérieurement de matériaux réfractaires et traversé par le noyau ferromagnétique d'un transformateur, dont l'enroulement primaire est connecté au générateur. Grâce à un courant élevé (jusqu'à 30 000 ampères), la matière en fusion peut atteindre une température très élevée. La conception de ce type vise à donner à la boucle magnétique de fonte une taille minimale. Le but est d'assurer une résistance électrique élevée au passage du courant (améliorant ainsi l'efficacité) sans créer de contractions dans le fluide à l'interruption du passage du courant.

Four à induction sans noyau

Source[4].
Le métal est placé dans un creuset entouré par une bobine de solénoïde de courant alternatif refroidie par eau.

Four à canal fermé

Un four à induction à canal comporte une boucle de métal liquide, qui forme un seul tour d'enroulement secondaire à travers un noyau de fer[5],[6]. Le fonctionnement est similaire au type Kjellin. La conception a l'avantage d'un encombrement réduit et d'une plus grande commodité. En outre, il réduit les effets de la contraction de fonte, permettant donc une plus grande poussée métallostatique.

Four Aix Wyatt

Le four Aix Wyatt a un design et une taille compacts. La boucle secondaire de métal liquide est placée verticalement, au lieu de horizontalement. Cela permet de réduire de façon significative les effets indésirables de contraction de la veine et d'interruption du courant. Le four Aix Wyatt est particulièrement indiqué pour la fusion des alliages non ferreux.

Notes et références
  1. « Technical basics and applications of induction furnaces »
  2. Phillip F. Ostwald, Jairo Muñoz, Manufacturing Processes and Systems (9e éd.), John Wiley & Sons, 1997, p. 48. (ISBN 978-0-471-04741-4)
  3. « http://www.abpinduction.com/de/info/ueber-abp/aktuelles/artikel/tiscotaiyuan-2-x-30-t-induction-furnace-system-with-24-mw-successfully-commissioned »(Archive • Wikiwix • Archive.is • Google • Que faire ?).
  4. A G Robiette, Electric Melting Practice, Charles Griffin & Co, , 153–252 p., « V: Coreless Induction Furnaces »
  5. Robiette 1935, Chapter IV: Channel Type or 'Low Frequency' Induction Furnaces, p. 153–252
  6. Induction and Dielectric Heating, British Electrical Development Association, coll. « Electricity and Productivity Series, Nº6 », , 8–9 p.

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes
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