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5 10 15 20 25 Procédé de contrôle de l'atmosphere humide dans un four de traitement thermique et installation ä cet effet.
La présente invention est relative à un procédé de controle de l'humidité d'une atmosphère contrôlée dans un four de traitement thermique tel que par exemple un four de décarburation.
Elle concerne également une ipstallation destinée ä la mise en oeuvre de ce procédé.
En vue d'humidifier l'atmosphère contrôlée d'un four de traitement thermique, il est connu d'injecter de la
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vapeur d'eau ä une pression de l'ordre de 4 à 6 bars moyennant une vanne de controle ä micro-débits régulée sur base d'une consigne du point de rosée et d'une mesure du taux d'humidité. Ce procédé présente toutefois bon nombre d'inconvénients.
On comprendra aisément que le procédé de l'état de la technique exige la disponibilité en continu de vapeur.
Ceci entraine évidemment des coûts de fonctionnement assez élevés vu la consommation d'énergie nécessaire ä la production de vapeur.
En outre, l'installation destinée ä 1a mise en oeuvre du procédé connu est également onéreuse étant donné qu'il y a lieu de faire appel ä des tuyauteries adaptées au transport de vapeur et à une isolation thermique adéquate.
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Par ailleurs, suite ä la vitesse importante du fluide, il s'impose d'utiliser un filtre dans le conduit d'alimentation, en amont de la vanne de régulation de débit. Dans la mesure où l'on désire maintenir la pression stable en amont de la vanne de régulation de débit, en vue d'en faciliter la régulation, il y a également lieu de prévoir une vanne de régulation de pression qui ne fait que compliquer et renchérir l'Installation ainsi que la rendre plus sensible aux pannes. De plus, ladite vanne de régulation doit etre très élaborée suite au danger de cavitation en phase vapeur et à la différence de pression importante ; les vannes sont gene- ralement onéreuses et manquent de souplesse de réglage et de fonctionnement.
Le contrôle du débit de vapeur s'avère également peu aisé, vu la difficulté de mesurer un débit de vapeur, d'autant plus qu'il s'agit de débits
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très faibles (micro-debit).
Dans une installation selon l'état de la technique, il y a généralement également lieu de prévoir un condenseur agencé en amont de la vanne de régulation de débit. En effet, vu les'très faibles débits de vapeur demandés par le four, il est nécessaire, afin d'éviter une condensation dans la tuyauterie, d'augmenter le debit d'arrivée et de condenser le surplus pour l'eva- cuer ensuite.
Finalement, si l'encombrement local ne permet pas l'agencement de la vanne de régulation ei proximité de l'endroit d'injection, il y a lieu de prévoir un surchauffeur afin de maintenir le micro-débit en phase vapeur.
Au vu de ce grand nombre d'inconvénients, on a tenté de trouver un autre procédé pour le contrôle de l'humidité d'une atmosphère-contrôlée dans un four de traitement thermique. On a plus particulièrement cherché ä fournir un procédé du type susmentionné plus aisé du point de vue régulation et moins onéreux au fonctionnement.
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Un autre but de la présente invention consiste à fournir une installation pour le contrôle de l'humidité
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dans un four de traitement thermique qui est notablement plus simple que celle de l'état de la technique et qui exige des dépenses d'installation nettement inférieures.
Selon la présente invention, on contrôle l'humidité de l'atmosphère dans un four destiné ä un traitement thermique par injection d'ea'.'et diffusion et évaporation de celle-ci dans ledit four.
De préférence, on utilise l'eau à température ambiante. En vue de faciliter la régulation, on utilise avantageusement de l'eau sous une pression constante.
Un four destiné à un traitement thermique, tel que par exemple un four de décarburation, comporte généralement un moyen de brassage, par exemple une roue ä aubes. Le brassage important du gaz constituant l'atmosphère contrôlée dudit four et la température de celui-ci provoquent l'évaporation et la diffusion de l'eau dans le milieu du four.
11 est bien évident que si ledit four ne comporte pas de moyen de brassage, on peut prévoir un dispositif adéquat. Pour ce qui concerne l'évaporation, celle-ci résulte de la température assez élevée qui règne dans le four, en vue d'effectuer le traitement thermique auquel il est destiné.
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Avantageusement, l'injectiond'eauestréguléesurbase d'une consigne du point de rosée et d'une mesure du taux d'humidité réel dans l'enceinte du four.
Selon un autre aspect de la présente invention, on fournit une installation destinée à la mise en oeuvre du procédé susmentionné. Celle-ci comporte au moins une alimentation en eau sous pression essentiellement constante, une conduite d'alimentation en eau munie d'une vanne de régulation, un moyen d'injection de l'eau dans le four et un moyen de diffusion de l'eau dans l'enceinte du four.
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Le moyen d'injection de l'eau sous pression peut être conçu de manière teile qu'il diffuse simultanément l'eau dans le four. Un tel moyen d'injection peut être agencé à la partie supérieure du four. On peut toutefois également prévoir que l'injection d'eau est orientée sur une roue à aubes généralement montée dans la sole du four et destinée ä brasser le gaz constituant l'atmosphère de celui-ci.
La vanne de régulation est auantageusement commandée
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par un régulateur recevant d'une part un signal de consigne de point de rosée et d'autre part un signal résul tant de la mesure du taux d'humidité dans l'enceinte du four.
Les avantages résultant de la présente inventionsont aisément compréhensibles, si l'on considère les inconvénients de l'état de la technique : - L'eau est aisément disponible et peu onéreuse, d'au- tant plus qu'il n'y a pas lieu de prévoir un chauffage de celle-ci.
Pour ce qui concerne le maintien sous pression constan- te, il suffit de prévoir un réservoir ä niveau essen- tiellement constant, disposé à une hauteur manométri- que suffisante.
- L'installation est sensiblement simplifiée étant don- né que les tuyauteries sont rudimentaires et ne néces- sitent aucune isolation thermique.
- La vanne de régulation est moins onéreuse car elle n'est plus soumise aux risques de cavitation et subit une différence de pression sensiblement moins élevée.
En outre, ces vannes sont souples à l'utilisation.
- Le débit peut être mesuré facilement étant donne qu'il s'agit d'un liquide et un dispositif de mesure du débit peut être agencé ä tout point de la tuyauterie, étant donné qu'il nLy a plus de débit de fuite.
- La vanne peut être placée en tout point de latuyauterie.
- Les frais d'installation sont notablement réduits, vu l'absence d'un condenseur et d'un surchauffeur.
11 est bien évident qu'on peut prévoir l'utilisation
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d'eau traitée chimiquement ou déminéralisée.
L'invention est décrite plus en détail ci-dessous ä l'appui des dessins dans lesquels : - la figure l est une vue schématique d'une installation conforme à la présente invention ; et - la figure 2 est une vue schématique d'une vanne de réglage convenant bien pour l'installation de l'inven- tion.
A la figure 1, on a représenté un four de traitement thermique portant le repère de référence 1, un réservoir d'eau à niveau constant 3 qui permet de disposer à l'endroit de l'injection 5 d'eau dans le four 1 d'une pression essentiellement constante. Ledit réservoir à niveau constant 3 comporte, de manière connue en soi, un conduit d'alimentation en eau 7 et un flotteur 9 commandant une vanne d'alimentation 11.
L'évacuation de l'eau se fait par le conduit 13 qui comporte éventuellement un filtre 15, une vanne de régulation 17 et éventuellement un dispositif de mesure de débit 19 tel qu'un rotamere par exemple.
La vanne de régulation est commandée par un régulateur de type classique 21 qui recoit un signal de consigne du point de rosée 23 et un signal correspondant à la mesure reelle du taux d'humidité, grâce ä une sonde de mesure 25 judicieusement placée dans le four de traitement 1.
On constate aisément que ce type de circuit est notablement plus simple qu'un circuit correspondant pour l'injection de vapeur.
La sonde de mesure du taux d'humidité réel consiste avantageusement en une sonde au chlorure de lithium connue en soi, mais convenant bien pour ce type d'application.
A titre d'exemple, on peut citer comme four de traitement thermique, un four de décarburation dans lequel règne une atmosphère de H2N2 (6 % H2 et 94 % N2 d'une pression de 250 mm CE) et une température de
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l'ordre de 7100C. Ce type de four comporte une turbine pour le brassage des gaz constituant l'atmosphère.
Au début du traitement thermique, on élève rapidement l'atmosphère du four en humidité par un débit de l'ordre de 7 litres/heured'eau pour un volume de four de l'ordre de 30 m3 et un débit de gaz d'atmosphère de l'ordre de 50 m /heure. Ensuite, l'atmosphère est contrôlée du point de vue humidité de manière à ce qu'elle se situe dans des conditions proches du point de rosée. Pour ce faire, généralement un débit de 2 à 7 l/h suffit.
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L'eau est avantageusement injectée dans le four à 2 une pression de l'ordre de 2 kg/cm, la pression de l'atmosphère du four étant de 250 mm CE environ.
Dans le cas d'un four de décarburation, comportant dans la sole, une roue ä aube, il est avantageux d'injecter l'eau à proximité de ladite roue en vue d'assurer la diffusion la meilleure possible dans l'enceinte du four.
On peut toutefois régalement prévoir une injection par le haut du four, éventuellement moyennant des buses
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d'éjecteur pulvérisantes.
Les gouttelettes d'eau ainsi réparties dans l'enceinte du four se vaporisent par l'effet de la chaleur qui règne dans le four et contribuent ainsi ä l'établissement d'un taux d'humidité recherché.
Le moyen de mesure du débit 19 consiste avantageusement en un rotamètre 19" destiné à mesurer des débits allant de 0 ä 50 l/h.
La figure 2 représente une forme d'exécution préférentielle de la commande d'une vanne de régulation portant le repère général 17 ä la figure 1.
De manière classique, ladite vanne est montée en parallèle sur un circuit de dérivation 31. Le régulateur 21 associé ä une minuterie 33 connue en soi et alimenté en 35, reçoit un signal de consigne de point de rosée 23 et un signal converti en 37, issu d'une sonde ou chlorure de
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lithium 25 et forme à partir de ceux-ci un signal de commande converti en signal pneumatique dans un convertisseur adéquat 39. Le signal pneumatique ainsi obtenu est amplifie de manière correspondante dans l'actionneur de vanne via le positionneur de vanne 41 de la vanne de régulation 17.
11 est bien évident que l'invention ne se limite pas aux formes d'exécution décrites mais qu'elle s'étend au cadre défini par les revendications.
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5 10 15 20 25 Method for controlling the humid atmosphere in a heat treatment oven and installation therefor.
The present invention relates to a method for controlling the humidity of a controlled atmosphere in a heat treatment oven such as for example a decarburization oven.
It also relates to an installation intended for the implementation of this method.
In order to humidify the controlled atmosphere of a heat treatment furnace, it is known to inject
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water vapor at a pressure of the order of 4 to 6 bars by means of a micro-flow control valve regulated on the basis of a dew point set point and a measurement of the humidity rate. However, this process has a number of drawbacks.
It will be readily understood that the process of the prior art requires the continuous availability of steam.
This obviously leads to fairly high operating costs given the energy consumption necessary for the production of steam.
In addition, the installation intended for carrying out the known method is also expensive since it is necessary to use piping suitable for the transport of steam and for adequate thermal insulation.
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Furthermore, due to the high speed of the fluid, it is necessary to use a filter in the supply duct, upstream of the flow control valve. Insofar as it is desired to keep the pressure stable upstream of the flow control valve, in order to facilitate regulation, it is also necessary to provide a pressure control valve which only complicates and increase the cost of the Installation and make it more susceptible to breakdowns. In addition, said regulating valve must be very elaborate following the danger of cavitation in the vapor phase and the significant pressure difference; the valves are generally expensive and lack flexibility of adjustment and operation.
Steam flow control is also not very easy, given the difficulty of measuring a steam flow, especially since it is flow
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very weak (micro-flow).
In an installation according to the state of the art, it is generally also necessary to provide a condenser arranged upstream of the flow control valve. In fact, in view of the very low steam flow rates required by the oven, it is necessary, in order to avoid condensation in the piping, to increase the inlet flow rate and to condense the surplus in order to then evacuate it. .
Finally, if the local dimensions do not allow the arrangement of the control valve ei near the injection site, it is necessary to provide a superheater in order to maintain the micro-flow in vapor phase.
In view of this large number of drawbacks, an attempt has been made to find another method for controlling the humidity of a controlled atmosphere in a heat treatment oven. More particularly, efforts have been made to provide a process of the above-mentioned type which is easier from a regulatory point of view and less expensive to operate.
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Another object of the present invention is to provide an installation for controlling humidity
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in a heat treatment oven which is considerably simpler than that of the prior art and which requires considerably lower installation costs.
According to the present invention, the humidity of the atmosphere in a furnace intended for a heat treatment is controlled by injection of water and diffusion and evaporation thereof in said furnace.
Preferably, water is used at room temperature. In order to facilitate regulation, water is advantageously used under constant pressure.
An oven intended for heat treatment, such as for example a decarburization oven, generally comprises a stirring means, for example a paddle wheel. The substantial mixing of the gas constituting the controlled atmosphere of said oven and the temperature thereof cause the evaporation and diffusion of water in the middle of the oven.
It is obvious that if said furnace does not have a stirring means, an adequate device can be provided. As regards evaporation, this results from the fairly high temperature prevailing in the oven, in order to carry out the heat treatment for which it is intended.
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Advantageously, the injection of water is regulated by a dew point setpoint and a measurement of the actual humidity level in the oven enclosure.
According to another aspect of the present invention, there is provided an installation for implementing the above-mentioned method. This comprises at least a supply of water under essentially constant pressure, a water supply pipe provided with a control valve, a means for injecting water into the oven and a means for diffusing the water in the oven enclosure.
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The means for injecting the water under pressure can be designed in such a way that it simultaneously diffuses the water into the oven. Such an injection means can be arranged at the top of the oven. However, it can also be provided that the water injection is oriented on an impeller generally mounted in the bottom of the oven and intended to stir the gas constituting the atmosphere thereof.
The control valve is advantageously controlled
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by a regulator receiving on the one hand a dew point setpoint signal and on the other hand a signal resulting from the measurement of the humidity level in the oven enclosure.
The advantages resulting from the present invention are easily understandable, if we consider the drawbacks of the state of the art: - Water is readily available and inexpensive, especially since there is no place to provide a heating thereof.
As regards maintaining under constant pressure, it suffices to provide a tank at an essentially constant level, disposed at a sufficient manometric height.
- The installation is considerably simplified given that the pipes are rudimentary and do not require any thermal insulation.
- The control valve is less expensive because it is no longer subject to the risk of cavitation and undergoes a significantly lower pressure difference.
In addition, these valves are flexible to use.
- The flow rate can be easily measured since it is a liquid and a flow measurement device can be arranged at any point of the piping, since there is no longer any leakage flow rate.
- The valve can be placed at any point of the piping.
- Installation costs are significantly reduced, given the absence of a condenser and a superheater.
It is obvious that we can foresee the use
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chemically or demineralized water.
The invention is described in more detail below with the support of the drawings in which: - Figure 1 is a schematic view of an installation according to the present invention; and - Figure 2 is a schematic view of an adjustment valve well suited for the installation of the invention.
In Figure 1, there is shown a heat treatment furnace bearing the reference mark 1, a constant level water tank 3 which allows to have at the place of injection 5 of water into the furnace 1 d '' essentially constant pressure. Said constant level tank 3 comprises, in a manner known per se, a water supply duct 7 and a float 9 controlling a supply valve 11.
The water is evacuated through line 13 which optionally includes a filter 15, a control valve 17 and possibly a flow measurement device 19 such as a rotamere for example.
The regulation valve is controlled by a conventional type regulator 21 which receives a dew point setpoint signal 23 and a signal corresponding to the actual measurement of the humidity level, by means of a measurement probe 25 judiciously placed in the oven. treatment 1.
It is easy to see that this type of circuit is notably simpler than a corresponding circuit for injecting steam.
The probe for measuring the actual humidity rate advantageously consists of a lithium chloride probe which is known per se, but which is very suitable for this type of application.
By way of example, mention may be made, as heat treatment oven, of a decarburization oven in which an atmosphere of H2N2 prevails (6% H2 and 94% N2 with a pressure of 250 mm CE) and a temperature of
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around 7100C. This type of oven includes a turbine for mixing the gases constituting the atmosphere.
At the start of the heat treatment, the atmosphere of the oven is quickly raised in humidity by a flow rate of the order of 7 liters / hour of water for an oven volume of the order of 30 m3 and a flow rate of atmospheric gas of the order of 50 m / hour. Then, the atmosphere is controlled from the humidity point of view so that it is in conditions close to the dew point. To do this, generally a flow of 2 to 7 l / h is sufficient.
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Water is advantageously injected into the furnace at a pressure of the order of 2 kg / cm 2, the pressure of the atmosphere of the furnace being approximately 250 mm CE.
In the case of a decarburization oven, comprising a paddle wheel in the hearth, it is advantageous to inject the water near said wheel in order to ensure the best possible diffusion within the oven enclosure .
However, it is also possible to provide injection from the top of the oven, possibly using nozzles.
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sprayer ejector.
The water droplets thus distributed in the oven enclosure vaporize by the effect of the heat prevailing in the oven and thus contribute to the establishment of a desired humidity level.
The flow measurement means 19 advantageously consists of a rotameter 19 "intended to measure flow rates ranging from 0 to 50 l / h.
FIG. 2 represents a preferred embodiment of the control of a regulating valve bearing the general reference 17 in FIG. 1.
Conventionally, said valve is mounted in parallel on a bypass circuit 31. The regulator 21 associated with a timer 33 known per se and supplied with 35, receives a dew point set signal 23 and a signal converted to 37, from a probe or chloride
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lithium 25 and forms therefrom a control signal converted into a pneumatic signal in a suitable converter 39. The pneumatic signal thus obtained is correspondingly amplified in the valve actuator via the valve positioner 41 of the valve regulation 17.
It is obvious that the invention is not limited to the embodiments described but that it extends to the framework defined by the claims.