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An four de fusion par inductionUn four à induction est un four électrique qui utilise l'effet de chauffage par induction pour chauffer ou faire fondre des matériaux. Ses principaux composants sont les capteurs, le corps du four, l'alimentation électrique, les condensateurs et le système de contrôle.

Les principaux composants d'un four à induction comprennent des capteurs, le corps du four, l'alimentation électrique, des condensateurs et un système de contrôle.

Sous l'action des champs électromagnétiques alternatifs d'un four à induction, des courants de Foucault se génèrent au sein du matériau, permettant ainsi son chauffage ou sa fusion. Grâce à l'agitation induite par ce champ magnétique alternatif, la composition et la température du matériau dans le four sont relativement homogènes. La température de chauffage pour le forgeage peut atteindre 1 250 °C et la température de fusion 1 650 °C.

Outre leur capacité à chauffer ou fondre à l'air libre, les fours à induction peuvent également fonctionner sous vide et sous atmosphère protectrice (argon, néon, etc.) afin de répondre à des exigences de qualité spécifiques. Ils présentent des avantages considérables pour la fusion ou le traitement des alliages magnétiques doux, des alliages à haute résistance, des alliages du groupe du platine, des alliages réfractaires, anticorrosion et résistants à l'usure, ainsi que des métaux purs. On distingue généralement deux types de fours à induction : les fours de chauffage et les fours de fusion.

Un four électrique utilise le courant induit généré par une bobine d'induction pour chauffer des matériaux. Pour chauffer des métaux, on utilise des creusets en matériaux réfractaires ; pour les matériaux non métalliques, un creuset en graphite est recommandé. L'augmentation de la fréquence du courant alternatif entraîne une augmentation de la fréquence du courant induit, et donc de la quantité de chaleur générée. Ce four à induction chauffe rapidement, atteint des températures élevées, est facile à utiliser et à contrôler, et limite la contamination des matériaux pendant le chauffage, garantissant ainsi la qualité du produit. Principalement utilisé pour la fusion de matériaux spéciaux à haute température, il peut également servir d'équipement de chauffage et de contrôle pour la croissance de monocristaux à partir de la phase fondue.

Les fours de fusion sont divisés en deux catégories : les fours à induction à noyau et les fours à induction sans noyau.

Un four à induction à noyau comporte un noyau de fer traversant l'inducteur et est alimenté par une source de courant à fréquence industrielle. Il est principalement utilisé pour la fusion et l'isolation de divers métaux tels que la fonte, le laiton, le bronze, le zinc, etc., avec un rendement électrique supérieur à 90 %. Il permet de valoriser les déchets de four, présente de faibles coûts de fusion et une capacité maximale de 270 tonnes.

Le four à induction sans noyau ne comporte aucun noyau de fer traversant l'inducteur et se divise en four à induction à fréquence industrielle, four à induction à triple fréquence, four à induction à moyenne fréquence avec groupe électrogène, four à induction à moyenne fréquence à thyristors et four à induction à haute fréquence.

Équipement de soutien

L'équipement complet du four à induction à moyenne fréquence comprend : la partie alimentation électrique et commande électrique, le corps du four, le dispositif de transmission et le système de refroidissement par eau.

principe de fonctionnement

Lorsqu'un courant alternatif traverse la bobine d'induction, un champ magnétique alternatif est généré autour de celle-ci. Sous l'action de ce champ magnétique, le matériau conducteur du four génère un potentiel induit. Un courant électrique (courant de Foucault) se forme à une certaine profondeur à la surface du matériau du four, et ce dernier est chauffé et fondu par ce courant.

(1) Vitesse de chauffage rapide, rendement de production élevé, oxydation et décarbonatation réduites, économies de matériaux et de coûts de forgeage

Le chauffage par induction à moyenne fréquence fonctionne par induction électromagnétique, la chaleur étant générée directement dans la pièce. Les opérateurs peuvent reprendre leurs travaux de forgeage dix minutes après l'utilisation d'un four électrique à moyenne fréquence, sans intervention préalable de métallurgistes spécialisés pour le préchauffage et l'étanchéification. Fini les pertes de billettes chauffées dans un four à charbon en cas de coupure de courant ou de dysfonctionnement.

Grâce à la rapidité de chauffe de ce procédé, l'oxydation est minime. Comparé aux fours à charbon, chaque tonne de pièces forgées permet d'économiser au moins 20 à 50 kilogrammes de matières premières d'acier, et son taux d'utilisation des matériaux peut atteindre 95 %.

Grâce au chauffage uniforme et à la différence de température minimale entre le cœur et la surface, cette méthode de chauffage augmente considérablement la durée de vie de la matrice de forgeage, et la rugosité de surface de la pièce forgée est également inférieure à 50 µm.

(2) Un environnement de travail de qualité supérieure, une image de l'entreprise améliorée pour les travailleurs, un environnement de travail sans pollution et une faible consommation d'énergie

Comparativement aux fours à charbon, les fours à induction n'exposent plus les travailleurs à la chaleur et à la fumée intenses de ces derniers sous un soleil de plomb, répondant ainsi aux exigences environnementales. Ils contribuent également à l'image de marque de l'entreprise et définissent les perspectives d'avenir du secteur de la forge.

(3) Chauffage uniforme, différence de température minimale entre le cœur et la surface, et précision de contrôle de la température élevée

Le chauffage par induction génère de la chaleur directement au sein de la pièce, assurant un chauffage uniforme et une différence de température minimale entre le cœur et la surface. L'utilisation d'un système de régulation de température permet un contrôle précis de celle-ci, améliorant ainsi la qualité et le taux de conformité des produits.

fréquence du réseau électrique

Le four à induction à fréquence industrielle est un four à induction qui utilise un courant de fréquence industrielle (50 ou 60 Hz) comme source d'énergie. Ce type de four est devenu un équipement de fusion largement répandu. Il est principalement utilisé pour la fusion de la fonte grise, de la fonte malléable, de la fonte ductile et des fontes alliées. Il sert également de four d'isolation. De même, le four à induction à fréquence industrielle a remplacé le cubilot dans la production de pièces moulées.

Comparé au cubilot, le four à induction à fréquence industrielle présente de nombreux avantages : contrôle aisé de la composition et de la température du fer en fusion, faible teneur en gaz et en inclusions dans les pièces moulées, absence de pollution environnementale, économies d’énergie et meilleures conditions de travail. C’est pourquoi, ces dernières années, les fours à induction à fréquence industrielle ont connu un développement rapide.

L'ensemble complet d'équipements pour le four à induction à fréquence industrielle comprend quatre parties principales.

1. Partie du corps du four

Le corps du four à induction à fréquence industrielle pour la fusion de la fonte est composé de deux fours à induction (un pour la fusion et l'autre de secours), d'un couvercle de four, d'un châssis de four, d'un cylindre d'huile de four inclinable et d'un dispositif d'ouverture et de fermeture mobile du couvercle de four.

2. Partie électrique

La partie électrique comprend des transformateurs de puissance, des contacteurs principaux, des réacteurs d'équilibrage, des condensateurs d'équilibrage, des condensateurs de compensation et des consoles de commande électrique.

3. Système de refroidissement par eau

Le système de refroidissement par eau comprend le refroidissement des condensateurs, des inducteurs et des câbles flexibles. Il est composé d'une pompe à eau, d'un réservoir d'eau en circulation ou d'une tour de refroidissement, et de vannes de canalisation.

4. Système hydraulique

Le système hydraulique comprend un réservoir d'huile, une pompe à huile, un moteur de pompe à huile, des canalisations et des vannes du système hydraulique, ainsi qu'une plateforme de commande hydraulique.

Fréquence moyenne

Un four à induction dont la fréquence d'alimentation se situe entre 150 et 10 000 Hz est appelé four à induction à fréquence intermédiaire, sa fréquence principale se situant entre 150 et 2 500 Hz. L'alimentation des fours à induction basse fréquence utilisés en Chine propose trois fréquences : 150, 1 000 et 2 500 Hz.

Le four à induction à fréquence intermédiaire est un équipement métallurgique spécial adapté à la fusion d'aciers et d'alliages de haute qualité. Comparé aux fours à induction à vitesse de travail élevée, il présente les avantages suivants :

(1) Vitesse de fusion rapide et rendement de production élevé. La densité de puissance des fours à induction moyenne fréquence est élevée, et la puissance par tonne d'acier est environ 20 à 30 % supérieure à celle des fours à induction à fréquence industrielle. Par conséquent, dans les mêmes conditions, la vitesse de fusion du four à induction moyenne fréquence est rapide et son rendement de production élevé.

(2) Grande adaptabilité et grande flexibilité d'utilisation. Chaque four du four à induction moyenne fréquence permet une vidange complète de l'acier en fusion, facilitant ainsi le changement de nuance d'acier. En revanche, dans le four à induction haute fréquence, la vidange complète de l'acier liquide est impossible ; une partie doit être conservée pour le four suivant. De ce fait, le changement de nuance d'acier est complexe et ce type de four ne convient qu'à la fusion d'un seul type d'acier.

(3) L'agitation électromagnétique est efficace. La force électromagnétique exercée sur l'acier liquide étant inversement proportionnelle à la racine carrée de la fréquence d'alimentation, l'agitation est moindre avec une alimentation à moyenne fréquence qu'avec une alimentation à fréquence industrielle. Pour l'élimination des impuretés, l'homogénéité de la composition chimique et l'homogénéité de la température de l'acier, l'agitation avec une alimentation à moyenne fréquence est relativement efficace. Une agitation excessive avec une alimentation à fréquence industrielle augmente l'abrasion de l'acier sur le revêtement du four, ce qui réduit non seulement l'efficacité du raffinage, mais aussi la durée de vie du creuset.

(4) Mise en service aisée. L'effet de peau du courant de moyenne fréquence étant bien supérieur à celui du courant de fréquence industrielle, le four à induction de moyenne fréquence ne nécessite aucune exigence particulière quant au matériau du four lors de sa mise en service. Après chargement, la montée en température est rapide. À l'inverse, le four à induction de fréquence industrielle requiert un bloc d'ouverture spécifique (d'une hauteur équivalente à environ la moitié de celle du creuset, par exemple en acier ou en fonte moulée) pour démarrer le chauffage, et la vitesse de chauffe est très lente. C'est pourquoi, pour un fonctionnement périodique, les fours à induction de moyenne fréquence sont majoritairement utilisés. Un autre avantage de cette facilité de mise en service est la réduction de la consommation d'électricité lors des opérations périodiques.

Le dispositif de chauffage par four à moyenne fréquence présente l'avantage d'être compact, léger, très performant, d'offrir une excellente qualité de traitement thermique et respectueux de l'environnement. Il remplace progressivement les fours à charbon, à gaz, à fioul et les fours à résistance classiques, et constitue une nouvelle génération d'équipements de chauffage des métaux.

Grâce aux avantages susmentionnés, les fours à induction à moyenne fréquence ont été largement utilisés dans la production d'acier et d'alliages ces dernières années, et se sont également développés rapidement dans la production de fonte, notamment dans les ateliers de fonderie à fonctionnement périodique.