Manuel de sécurité d`exploitation des fours à induction

Manuel de sécurité d’exploitation des fours à induction
Table des matières
1. Introduction
2. Composants d’installation
3. Description fonctionnelle des composants d’installation
4. Processus de fusion
5. Consignes de sécurité
6. Instructions sanitaires
7. Conclusion
1. Introduction
Le présent manuel de sécurité d’exploitation des fours à induction se présente comme
document d’information du personnel destiné aux opérateurs de ces installations et à toutes les
personnes concernées.
Un risque connu et décelé peut être évité par des mesures adéquates avant la survenue d’un
dommage ou d’un accident. L’ignorance des dangers et de leurs suites est la lacune la plus
lourde de conséquences en fonderie. La prévention des accidents est beaucoup moins coûteuse
que leur indemnisation. Aussi chaque atelier devrait-il organiser une formation
correspondante du personnel au moins une fois par an. Les employés nouveaux dans
l’entreprise pourront y apprendre des anciens et être informés avec eux des développements
les plus récents.

2. Composants d’installation
Une installation de four à induction comprend :
a) l’alimentation en courant avec un disjoncteur en amont du transformateur de four
b) une installation de commutation à la fréquence du réseau avec des dispositifs de
commande pour le bloc de puissance ainsi qu’une armoire de commande avec des
appareils de commutation et des afficheurs pour la mise en service de l’installation
c) un convertisseur à moyenne fréquence avec des dispositifs de commande pour le bloc
de puissance ainsi qu’une armoire de commande avec des appareils de commutation et
des afficheurs, et un processeur le cas échéant, pour la mise en service de l’installation
d) une alimentation en eau de refroidissement, comprenant des dispositifs de réfrigération
de retour
e) une installation hydraulique pour la manœuvre des composants hydrauliques au
moyen d’un pupitre de commande
f) une ventilation pour les locaux d’installation
g) des dispositifs de chargement des fours à creuset
h) un préchauffage des ferrailles pour le séchage et le préchauffage des matériaux de
charge
i) un four à induction à creuset pour recevant le creuset de fusion
j) des fours à canal et dispositifs de coulée
3. Description fonctionnelle des composants d’installation
Alimentation en courant
a) L’alimentation en courant avec disjoncteur en amont du transformateur sert à
relier le transformateur de four au réseau à moyenne tension du distributeur
d’énergie. Le transformateur convertit la moyenne tension en tension exigée
pour le fonctionnement du four, p. ex. de 20 kV courant triphasé à 770 Volts

pour des installations à moyenne fréquence, ou à 2000 Volts pour des
installations à la fréquence réseau. Pour les installations à moyenne fréquence,
une tension fixe est appliquée secondairement et un commutateur à plots n’est
pas nécessaire. Pour les installations à la fréquence réseau, des commutateurs à
10 ou 12 plots sont mis en service. Les transformateurs sont surveillés par des
appareils fixes : thermomètre, surveillance de niveau d’huile, relais Buchholz
et déshumidificateur d’air.
Installation de commutation à la fréquence du réseau
b) Une installation de commutation à la fréquence du réseau consiste en une
combinaison de contacteur principal pour le circuit de courant principal, une
résistance d’amortissement pour la réduction du courant transitoire pouvant
être de 6 fois plus élevé que le courant nominal, le dispositif d’équilibrage avec
le self d’équilibrage, les condensateurs et les appareils de commutation pour
l’adaptation aux conditions de service, des condensateurs de compensation
avec des appareils de commutation pour une compensation réglée à cos phi = 1
et les câbles de connexion à la prise de four sur le mur. La commande est
exécutée au moyen des appareils dans l’armoire de commande.
Convertisseur à moyenne fréquence
c) Un convertisseur générant la moyenne fréquence exigée à partir de
l’alimentation réseau 50 Hz est nécessité pour un four à induction à moyenne
fréquence. A cet effet, une tension continue est générée dans un redresseur et
conduite vers l’inverseur via un self de lissage, une tension de moyenne
fréquence étant générée dans l’inverseur par des condensateurs de
compensation et l’inductivité de la bobine de four. L’électronique de
commande intégrée assure la régulation du convertisseur. Le four est
commandé par les appareils dans l’armoire de commande plus un processeur,
le cas échéant.
Alimentation en eau de refroidissement
d) Un système de refroidissement par eau, incluant un refroidissement de retour
de l’eau chauffée, est exigé pour la mise en service d’une installation de four à
induction. L’eau remise en circulation dans le circuit est chauffée de 34° C à
38° C env. dans le convertisseur plus les condensateurs et le self de lissage, et
sa température doit être ramenée à 34° C par un refroidisseur. Le débit de
pompage par les dispositifs électriques doit être d’env. 215 l/h par kW de
puissance perdue. L’eau est chauffée de 35°C à 62°C env. dans la bobine de
four et sa température doit être ramenée à 35°C dans un refroidisseur séparé.
Le débit de pompage par l’installation doit être d’env. 32 l/h par kW de
puissance perdue. En cas de panne de courant ou autre interruption, une
alimentation de secours en eau doit être montée pour le circuit du four. Un
chauffage doit être prévu quand le four est éteint en hiver.
Installation hydraulique
e) Pour la manoeuvre des vérins de basculement, de couvercle et de hotte, une
station hydraulique à pompes haute pression est exigée. Les vérins sont
commandés depuis le pupitre de commande par des commutateurs à levier

pour les électrovannes. Des vannes-pilotes monobloc purement mécaniques,
actionnées manuellement, étaient naguère utilisées. Des vannes de retour de
secours, actionnées manuellement, pouvant être installées à différents endroits
de l’installation, sont en partie prévues pour les fours à induction à canal.
Ventilation
f) La production de poussières et de salissures étant inévitable dans des ateliers
de fusion, les composants d’installation doivent être protégés dans les locaux.
L’air chaud des locaux de service doit en outre être renouvelé par de l’air frais
pour refroidissement. Pour remplir ces deux conditions, de l’air filtré est
soufflé sous faible surpression dans les locaux d’installation. La surpression
empêche les poussières de se déposer. Un débit d’env. 310 m3/h par kW de
puissance perdue est nécessité pour un réchauffement de 10 K pour l’air de
refroidissement.
Dispositifs de chargement
g) Les dispositifs de chargement sont nécessités pour l’alimentation des fours à
creuset. Les petits fours jusqu’à une capacité de 500 kg env. sont généralement
chargés manuellement. Les fours jusqu’à 3000 kg sont chargés au moyen de
goulottes de chargement sans entraînement à vibration, actionnées par
hydraulique. Pour les fours d’une capacité supérieure à 5000 kg et diamètres de
creuset dépassant 800 mm, on recourt à des alimentateurs électro-magnétiques.
A partir de 1200 mm de diamètre, des paniers de chargement avec déversement
par le fond sont également employés pour les fours à la fréquence réseau. Le
dispositif le plus fréquemment utilisé est l’alimentateur électro-magnétique
avec divers équipements additionnels tels que : protection antichoc pour le
creuset, raccord pour hotte d’aspiration, carter intégral pour la protection
contre les chocs et dispositif de pivotement latéral pour la commande de deux
fours avec un système de rails en Y. Les déversoirs doivent être formés de
manière à pouvoir classer et transporter en quantité suffisante les ferrailles
disponibles. En cas de teneur élevées en particules fines, un dispositif de
séparation sera installé à 500 mm du bord de creuset.
Préchauffage des ferrailles
h) On veillera à la mise en service de fours à creuset qu’aucune pièce de
chargement ne puisse plonger dans le bain liquide à l’état humide. Les
installations de séchage des ferrailles sont prévues pour éviter les explosions de
vapeur d’eau alors possibles. Les ferrailles ou la matière de charge sont alors
chauffées à plus de 100°C avant d’être déversées dans le four à creuset.
Four à induction à creuset
i) Un four à induction à creuset est l’agrégat de fusion le plus souvent utilisé. Le
creuset du four est chauffé par une bobine qui l’entoure. Le principe de
transformateur d’induction est en l’occurrence appliqué, autrement dit un
conducteur électrique se trouve dans un champ magnétique variable de
manière à induire une tension dans le conducteur. Pour les fours à creuset, cette

tension provoque la formation de flux tourbillonnaires élevés chauffant le
matériau du fait de sa résistance et donc entraînant sa fusion. L’amenée d’eau
est effectuée par des tuyaux d’eau de refroidissement et son évacuation par les
câbles refroidis par eau servant d’alimentation en énergie. Le débit et la
température des différentes lignes d’eau de refroidissement sont surveillés.
Fours à canal et dispositifs de coulée
j) Des inducteurs à canal sont utilisés comme agrégat de chauffage pour un four à
canal et des dispositifs de coulée chauffés par inducteurs. La structure d’un
inducteur à canal est très proche de celle d’un transformateur. Une ou deux
bobines sont disposées sur une culasse fermée. Les canaux des inducteurs
circulent autour de ces bobines. L’amenée d’eau est effectuée par des tuyaux
d’eau de refroidissement et son évacuation par les câbles refroidis par eau
servant d’alimentation en énergie. Le débit et la température des différents
circuits d’eau de refroidissement sont surveillés.
4. Processus de fusion
Le processus de fusion est celui qui va du 1er chargement à la coulée de la charge en fusion
finie.
Le départ à froid de fours à la fréquence réseau nécessite des lingots, des coils de mise en
marche ou des ferrailles de découpe transportées vers les lingots de mise en marche.
Les fours à la fréquence réseau sont mis en service comme fours de fusion à pied de bain.
Pour un niveau de métal liquide de 60%, les ferrailles sont déversées en quantité adaptée dans
le bain liquide à 1450°C. Les ferrailles chargées sont alors fondues par surchauffage. Après
fusion du premier lot, un second lot est fondu de la même manière. Ce processus est répété
jusqu’à ce que le niveau de prélèvement d’échantillon soit atteint. En fonction de l’analyse,
l’analyse finale est réglée et la charge restante déversée et fondue avec les éléments d’alliage.
La température de fusion doit être inférieure de 80 – 100 K à la température de coulée. En
accord avec la fonderie, le four est décrassé pour la coulée et chauffé à la température de
consigne. 8 minutes sont nécessaires à cet effet pour les fours à la fréquence réseau en
fonction de la puissance spécifique, p. ex. 12 t – 3240 kW avec 432 kWh par 100 K.
Les fours à moyenne fréquence sont mis en service en tant que fours de fusion de charge sans
pied de bain. Le matériau est chargé dans le four vide jusqu’au bord supérieur de la bobine de
four. Après activation de la puissance électrique, une tension est induite dans les ferrailles,
laquelle entraîne la formation de flux tourbillonnaires. Les courants électriques élevés et la
résistance du matériau provoquent le réchauffement et la fusion de ce dernier.
La fusion entraîne la descente du matériau rendant possible le rechargement. Pour les fours à
moyenne fréquence, le chargement n’a pas lieu dans le bain liquide, mais sur le matériau
encore solide. Un échantillon est prélevé quand le niveau liquide atteint le bord supérieur de
la bobine, et le matériau pour l’analyse finale est versé dans le four. Celui-ci est alors fondu et
la température de fusion doit être ramenée à 80 – 100 K en dessous de la température de
coulée. En accord avec la fonderie, le four est décrassé et porté à la température de coulée. 2 à
5 minutes sont nécessaires à cet effet pour les fours à moyenne fréquence en fonction de la
puissance spécifique. Pour 5 t et 3600 kW de puissance, 3 minutes sont ainsi nécessitées pour
100 K, la 1ere coulée est exécutée ensuite.