Four à fusion à moyenne fréquence pour la fonderie

Mots-clés principaux :Four à moyenne fréquence, Four à induction, Fusion de coulée, Équipement de fusion des métaux

I. Qu'est-ce qu'un four de fusion à moyenne fréquence ?

Un four de fusion à moyenne fréquence est un équipement qui utilise le principe de l'induction électromagnétique pour la fusion des métaux. Il convertit le courant alternatif triphasé (50 Hz) en courant alternatif monophasé à moyenne fréquence (généralement 150-10 000 Hz) via une alimentation à moyenne fréquence, qui est ensuite acheminée vers la bobine d'induction (corps du four). Cela induit de puissants courants de Foucault dans la charge métallique, en utilisant la propre résistance électrique du métal pour obtenir le chauffage et la fusion.

Principe de fonctionnement de base :

1. Conversion de puissance : Le système d'alimentation à moyenne fréquence redresse et inverse le courant du secteur en courant alternatif à moyenne fréquence requis.

2. Génération d'un champ magnétique alternatif : Le courant à moyenne fréquence traverse une bobine d'induction en tube de cuivre refroidie par eau, générant un champ magnétique puissant et en constante évolution.

3. Chauffage par courants de Foucault : Ce champ magnétique pénètre la charge métallique (doit être un conducteur) à l'intérieur du creuset du four, induisant d'énormes courants de Foucault à l'intérieur.

4. Fusion des métaux : En raison de la résistance électrique du matériau métallique, les courants de Foucault génèrent une chaleur Joule intense, ce qui fait que le matériau métallique lui-même chauffe rapidement jusqu'à ce qu'il fonde.

5. Agitation électromagnétique : Le champ magnétique alternatif exerce également une puissante force électromagnétique sur le métal en fusion, ce qui l'amène à s'agiter naturellement à l'intérieur du four, ce qui se traduit par une composition et une température plus uniformes.

II. Avantages importants des fours de fusion à moyenne fréquence

Par rapport aux fours à cuve traditionnels ou aux fours de fusion à fréquence secteur, les fours à moyenne fréquence offrent des avantages considérables :

Résumé des principaux avantages :

1. Haut rendement et économie d'énergie : Rendement thermique élevé, vitesse de fusion rapide, faible consommation d'énergie spécifique.

2. Excellente qualité de fusion : Faible perte d'éléments (particulièrement bénéfique pour le contrôle de C, Si), composition uniforme, faible teneur en gaz et en inclusions.

3. Flexibilité opérationnelle : Le corps du four peut être incliné pour le tapage et l'enlèvement des scories ; peut être démarré ou arrêté à tout moment, très adapté aux programmes de production multi-variétés et à petites séries.

4. Respectueux de l'environnement : Presque aucune émission de fumée, de poussière ou de gaz nocifs, améliore considérablement l'environnement de travail, est conforme aux réglementations environnementales.

5. Haut degré d'automatisation : Peut être intégré à des systèmes de chargement, de mesure de la température et de coulée pour obtenir une production entièrement ou semi-automatisée.

III. Composants principaux

Un système complet de four de fusion à moyenne fréquence comprend généralement :

1. Armoire d'alimentation à moyenne fréquence : Le cœur, effectue le processus de conversion CA-CC-CA, fournit de l'énergie au corps du four.

2. Batterie de condensateurs de compensation : Fournit une compensation de la puissance réactive, améliore le facteur de puissance et le rendement du système.

3. Corps du four (bobine d'induction et garnissage) :

   • Bobine d'induction : Enroulée à partir de tubes de cuivre creux rectangulaires, refroidis par eau.

   • Garnissage du four : Situé à l'intérieur de la bobine, damé à partir d'un matériau réfractaire, sert de récipient de fusion. Sa qualité et sa durée de vie sont cruciales.

4. Système de refroidissement par eau : Fournit le refroidissement de l'alimentation, de la bobine, des condensateurs, etc. ; la bouée de sauvetage pour le fonctionnement sûr de l'équipement.

5. Système d'inclinaison du four : Mécanisme hydraulique ou électrique pour incliner le corps du four afin de soutirer le métal en fusion.

6. Système de chargement automatique (facultatif) : Permet l'ajout automatique de la charge du four.

IV. Principaux domaines d'application

Les fours de fusion à moyenne fréquence sont largement utilisés dans l'industrie de la fonderie pour la fusion :

• Fonte : Fonte grise, fonte ductile, fonte alliée, etc.

• Acier moulé : Acier au carbone, acier allié, acier inoxydable, etc.

• Métaux non ferreux : Cuivre, aluminium, zinc, plomb et leurs alliages, etc.

Ils couvrent presque tous les domaines de la coulée nécessitant du métal en fusion, tels que les pièces automobiles, les machines d'ingénierie, les pompes et les vannes, les raccords de tuyauterie, les outils de quincaillerie, etc.

V. Principales considérations techniques et problèmes courants

1. Matériau de garnissage du four et damage :

   • Sélection des matériaux : Choisi en fonction du métal à fondre. Par exemple, des matériaux vibrables secs à base de magnésie ou à base de silice pour le fer/acier ; des creusets en graphite ou des garnissages à base de silice pour le cuivre ; des réfractaires alumino-silicatés pour l'aluminium.

   • Durée de vie et sécurité : Le garnissage du four est un consommable et nécessite un entretien et un remplacement réguliers. Les fissures ou l'amincissement excessif du garnissage peuvent entraîner un accident de perforation (le métal en fusion pénètre dans le garnissage, endommageant la bobine), ce qui est très dangereux.

2. Charge de démarrage (« démarrage à froid ») :

   • Un four à moyenne fréquence ne peut pas démarrer à vide ; une certaine quantité de charge métallique (de préférence des morceaux volumineux) doit être chargée pour former un circuit fermé pour les courants de Foucault. Souvent, un « bloc de démarrage » laissé de la fusion précédente est utilisé.

3. Sélection de la puissance et de la fréquence :

   • Puissance : Détermine la vitesse de fusion. Sélectionnée en fonction du cycle de production et de la capacité du four.

   • Fréquence : Affecte le rendement thermique et la profondeur de pénétration. Le principe de base est le suivant : pour la fusion de petites capacités de métaux à haute résistivité (par exemple, l'acier, l'aluminium), une fréquence plus élevée est préférable ; pour la fusion de plus grandes capacités de métaux à faible résistivité (par exemple, le cuivre, le fer), une fréquence plus basse est préférable.

VI. Questions fréquemment posées (FAQ)

Q1 : Qu'est-ce qu'une « perforation » dans un four à moyenne fréquence ? Comment l'empêcher ? A1 : Une « perforation » est un incident de sécurité majeur où le métal en fusion fuit en raison d'un garnissage du four compromis, détruisant la bobine d'induction. Mesures préventives :

• Utiliser des matériaux réfractaires de haute qualité et assurer un damage et un frittage professionnels et normalisés du garnissage.

• Inspecter soigneusement le garnissage pour détecter l'usure et mesurer son épaisseur avant chaque fusion.

• Éviter que la charge n'impacte le garnissage ; laisser les scories s'accumuler sur les parois du four pour la protection.

• Établir des procédures strictes pour l'utilisation et le remplacement du garnissage.

Q2 : Le four à moyenne fréquence a-t-il un impact important sur le réseau électrique ? A2 : L'impact peut être important. En raison de sa puissance élevée, le démarrage et le fonctionnement peuvent générer des harmoniques et un impact de la puissance réactive, ce qui peut affecter la qualité du réseau. Les alimentations à moyenne fréquence modernes utilisent souvent des technologies telles que la rectification à 12 impulsions et ajoutent des filtres harmoniques/dispositifs de compensation de la puissance réactive (SVC/SVG) pour atténuer efficacement ce problème.

Q3 : Le rayonnement électromagnétique des fours à moyenne fréquence est-il nocif pour les humains ? A3 : Lorsque l'équipement est conforme, correctement installé et que des distances de sécurité sont maintenues, l'intensité du champ magnétique est généralement inférieure aux limites d'exposition du public fixées par les directives internationales (par exemple, l'ICNIRP), ce qui le rend sûr pour les humains. Cependant, il est recommandé aux opérateurs d'éviter de se tenir immédiatement à côté du corps du four et de l'alimentation pendant de longues périodes.

Conclusion

Le four de fusion à moyenne fréquence pour la coulée, avec ses caractéristiques de haut rendement, de qualité supérieure, de flexibilité et de respect de l'environnement, est devenu un « cœur » indispensable de l'industrie moderne de la fonderie. Il a grandement favorisé le progrès technologique et la modernisation industrielle du secteur de la coulée. Pour toute entreprise qui envisage de construire de nouvelles installations de fonderie ou de moderniser celles existantes, la sélection et l'utilisation efficace des fours de fusion à moyenne fréquence constituent une étape clé pour améliorer la compétitivité de base.