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" Procédé et four pour le traitement thermiques des pièces métalliques. "
La présente invention est relative au traitement thermique des pièces métalliques et surtout des pièces de grandes dimensions et de formes irrégulières, en acier coulé ou en fonte, dans le but de faire disparaître les tensions internes qui peuvent provoquer la rupture de la pièce.
Elle a pour but de remédier aux inconvénients des moyens jusqu'alors employés dans ce but et de faciliter la conduite des traitements thermiques des pièces de fon- te ou d'acier coulé dont les dimensions sont importantes.
Les pièces de fonte ou d'acier coulé de formes irré- gulières et d'exécution compliquée,, telles que, par exem- ple, les enveloppes et tubulures de sortie de vapeur des
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grandes turbines, sont portées progressivement, sur une du- rée de 24 à 36 heures, à une température déterminée ( 250 à 900 degrés C.) qui varie selon la destination des pièces.
Celles-ci sont ensuite maintenues, pendant un temps varia.- ble, à la température maximum (6 à 18 heures), puis refroi- dies progressivement sur une durée de 24 à 36 heures. Pen- dant toute la période de traitement thermique, dont la durée totale est de 54 à 90 heures, il n'est toléré, entre deux points quelconques de l'enceinte de chauffage qu'un écart de température de 20 degrés C., au plus.
Des conditions aussi sévères peuvent être obtenues avec une facilité relative pour des pièces de petites di- mensions, dans des fours à @ fosse dont les pertes par rayonnement sont réduites,. Mais les fours à fosse ne sau- raient convenir au traitement des pièces de grandes dimen- sions et de formes compliquées, et dont le poids peut at- teindra 50 tonnes. Dans ces conditions, le four à fosse doit être placé sous un pont roulant d'au moins 60 tonnes, ce qui n'est pas toujours possible.
Avec des fours installés sur le sol, on peut placer les grandes pièces sur des chariots d'enfournement, mais/ la conduite du traitement thermique devient extrêmement délicate du fait de l'importance des pertes par rayonne- ment. Les difficultés de chauffage sont d'autant plus importantes que les grandes pièces, du fait qu'elles pré- sentent plus couramment que les petites, des tensions dan- gereuses, doivent être traitées thermiquement avec plus de soins.
Une autre difficulté dans le chauffage des grands fours par exemple 7 x 4 x 4 m) se présente quand on ne riche dispose comme ccmbustible que d'un gaz (par exemple gaz de fours ,à coke ou gaz provenant d'une source très éloignée). La flamme des gaz riches est à haute température
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àvec très peu de produits de combustion qui cependant sont très chauds, de sorte que l'équilibre calorifique n'est ob- tenu qu'avec une extrême lenteur dans les grands fours,, et qu'il n'est pas possible d'éviter les surchauffages locaux.
autre part, le chauffage d'un telfour depuis la températu- re extérieure jusqu'à la température maximum doit se faite avec une lenteur extrême, pour permettre aux pièces traitées de s'adapter à la température dans toute leur masse sans écarts préjudiciables de températures.
Jusqu'alors, dans les fours de grandes dimensions, on n'a pu contrôler les courants de gaz chauds. Ceux-ci sont généralement ascendants de sorte qu'il est impossible de maintenir entre la sole et la voûte du four, un écart de température inférieur à 20 degrés. La technique du chauf- fage et les moyens connus ne peuvent par conséquent pas con- venir au traitement des pièces de grandes dimensions pour lesquelles on ne tolère que des écarts de températures de 5 à 20 degrés C.
La présente invention remplit les conditions requises pour le traitement des grandes pièces et qu'on vient d'énon- cer dans ce qui précède. Elle a pour objet un procédé de traitement thermique des grandes pièces en acier coulé ou en fonte caractérisé principalement en ce que l'on adjoint aux brûleurs à gaz des jets de gaz froid incombustibles (air ou fumées) dirigés de telle sorte que l'on obtienne une circulation déterminée -du mélange de gaz chauds à une température et à une vitesse réglées à chaque instant par la température et le débit des jets de gaz froid/.
Tel que défini dans son principe,, le procédé peut être mis en oeuvre au moyen de dispositions variables qui sont toutes comprises dans le cadre de l'invention. Celle-ci vise spécialement, pour la mise en oeuvre du procédé, un four dans lequel des séries de brûleurs sont disposés sur les parois latérales du four et combinés avec des jets de
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gaz froids orientés vers la sole de façon à donner lieu à deux courants symétriques qui se ferment en deux¯circuits, en principe elliptiques, allant de la sole à la voûte et de celle-ci à celle-là, des jeta de gaz froids étant prévus, notamment sous la voûte, et indépendamment des jets combinés avec les brûleurs, de façon à maintenir les courants de cir- culation, lorsque les brûleurs sont éteints.
Avec un tel four, on obtient une répartition très sensiblement uniforme des températures dans toute l'encein- te chauffée et, si la régularité de la circulation ne peut être assurée par les semls produits de combustion des brû- leurs et les gaz ou l'air froid d'appauvrissement débités par les jets, et qu'il se produise une surchauffe de la voûte, le courant de gaz froids introduit sous cette der- nière, entre en action pour réaliser l'uniformité du chauf- fage.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple seu- lement, une forme de réalisation quelque peu schématique, @ d'un four tel que ci-dessus défini.
La Fig. 1 montre une section transversale du four.
La Fig. 2 montre la voûte et la buse de gaz addi- tionnel.
La Fig. 3 montre une brûleur avec sa buse de gaz d'ap- pauvrissement.
Le chariot a porte une grille b sur laquelle repose la pièce c à traiter. Au moins un brûleur à gaz à produit, avec la quantité d'air additionnel la plus favorable, une flamme chaude dont les fumées entrent dans la chambre de mélange e. où elles sont appauvries par le courant de gaz froid sortant de la buse f (fumée ou air) et où la tempéra- @ ture des produits de combustion est réduite au degré voulu.
Le courant de gaz non combustible débité par la buse f dé-
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-termine la direction du mélange, composé de gaz de combus- tion et de gaz d'appauvrissement, sortant de la chambre de mélange e par l'ouverture ziet dirigé sur la sole . On di- rige bien entendu de tels courants de gaz des deux côtés du four sur la sole a, de sorte que ceux-ci, assistés par la montée naturelle des gaz chauds, s'élèvent au milieu du four, passent le long de la voûte et descendent le long des paroie.
Sur la fig. 1, la circulation régulière et réglable du courant des gaz de chauffage est indiquée par des flèches.
Au cas où le courant de gaz débité par le ou;les ouvertures g ne suffirait pas, surtout lorsque des températures ,élevées sont requises pour maintenir la Circulation régulière, ce qui aurait pour effet de surchauffer la voûte par la montée naturelle des gaz chauds et le stationnement de ceux-ci à la , partie haute du four, la circulation des gaz est assistée au moyen d'une ou plusieurs buses additionnelles h disposées , sous la voûte, et grâce auxquelles on peut également insuf- fler un gaz froid (fumée ou air). Avec une telle disposition, on évite, dans tous les cas, un surchauffage local qui pour- rait se produire soit en avant des brûleurs, soit à la voûte.
Grâce au courant de gaz régulier et vif à l'intérieur du four, on obtient une répartition très rapide et régulière des calo- ries fournies par des brûleurs, et ce, aussi bien dans toute l'enceinte interne du four que dans toute la masse des pièces traiter. Un tel résultat est précisément avantageux pour les pièces en fonte des grandes dimensions qu'il importe beau- coup de porter à la température voulue d'une façon très ré- gulièrement progressive dans toutes leurs parties, afin déé- viter toutes tensions préjudiciables aussi bien pendant le chauffage que pendant le maintien de la température.
En cas d'arrêt du ou des brûleurs d pour une cause quelconque, la circulation régulière des gaz à l'intérieur du four est assuréeuniquement par la ou les buses addition-
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nélles h et la montée natureilÎ?a2a chauds au four. c
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Grâce à l'invention, les écarts de température aux différents points ne dépassent jamais 20 , et le plus souvent peuvent être abaissés beaucoup au-dessous de ce chiffre.
La fig. 2 montre à plus grande échelle la buse addi- tionnelle h implantée dans la voûte. Le courant de gaz ad- ditionnel (fumée ou air) pénètre dans les tubes de distri- bution k1 et k2 par la conduite 1, ces tubes donnant au cou- rant de gaz une direction telle qu'il glisse le long de la voûte et des parois latérales du four.
La Fig. 3 montre la construction d'un brûleur d: et de la chambre de mélange. La paroi 1 ou écran empêche que la flamme de c ombustion ne rayonne directement sur la pièce , à traiter.
Les brûleurs d. peuvent aussi être disposés de façon que leur courant de gaz chauds parvienne à la sole horizon- talement et latéralement. De même, la disposition des buses d'air additionnel peut être modifiée en les prévoyant tou- jours aux points où la circulation du mélange de gaz à l'in- térieur du four n'est pas assez vive pour empêcher un sur- chauffage local.
L'invention n'est pas limitée, en ce qui concerne les moyens de mise en oeuvre du procédé qu'elle a pour objet principal, aux dispositions précisément illustrées par le dessins annexé, et décrites. Elle s'étend à tous les moyens, ou combinaisons de moyens, propres à la mise en oeuvre du procédé de traitement thermique des grandes pièces de métal,. tel que défini dans l'introduction à la présente description.
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"Process and furnace for the heat treatment of metal parts."
The present invention relates to the heat treatment of metal parts and especially of large-sized and irregularly shaped parts, made of cast steel or cast iron, with the aim of removing internal stresses which can cause the part to break.
Its aim is to remedy the drawbacks of the means hitherto employed for this purpose and to facilitate the conduct of the heat treatments of cast iron or cast steel parts, the dimensions of which are important.
Pieces of iron or cast steel of irregular shapes and complicated execution, such as, for example, the casings and steam outlet pipes of
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large turbines, are brought gradually, over a period of 24 to 36 hours, to a determined temperature (250 to 900 degrees C.) which varies according to the destination of the parts.
These are then maintained, for a variable time, at the maximum temperature (6 to 18 hours), then gradually cooled over a period of 24 to 36 hours. During the entire heat treatment period, the total duration of which is 54 to 90 hours, between any two points of the heating chamber, only a temperature difference of 20 degrees C. is tolerated. more.
Such severe conditions can be achieved with relative ease for parts of small dimensions, in pit furnaces with low radiation losses. However, pit furnaces would not be suitable for processing parts of large dimensions and complicated shapes, and the weight of which can reach 50 tonnes. Under these conditions, the pit furnace must be placed under an overhead crane weighing at least 60 tonnes, which is not always possible.
With ovens installed on the floor, large parts can be placed on charging trolleys, but the conduct of the heat treatment becomes extremely difficult due to the importance of the radiation losses. The difficulties of heating are all the more important as the large parts, because they present more often than the small, dangerous tensions, must be heat treated with more care.
Another difficulty in heating large ovens, for example 7 x 4 x 4 m) arises when only one gas is available as a fuel (for example gas from ovens, coke or gas from a very distant source. ). The flame of rich gases is at high temperature
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with very few combustion products which, however, are very hot, so that the calorific balance is obtained only with extreme slowness in large furnaces, and that it is not possible to avoid local overheating.
on the other hand, the heating of a telfour from the outside temperature to the maximum temperature must be done extremely slowly, to allow the treated parts to adapt to the temperature throughout their mass without damaging temperature variations .
Until then, in large ovens, it was not possible to control the hot gas streams. These are generally ascending so that it is impossible to maintain a temperature difference of less than 20 degrees between the bottom and the roof of the oven. The heating technique and the known means cannot therefore be suitable for the treatment of large parts for which only temperature variations of 5 to 20 ° C. are tolerated.
The present invention fulfills the conditions required for the treatment of large parts and which has just been mentioned in the foregoing. It relates to a process for the heat treatment of large parts in cast steel or cast iron, characterized mainly in that gas burners are added jets of non-combustible cold gas (air or smoke) directed in such a way that one obtain a determined circulation of the mixture of hot gases at a temperature and at a speed regulated at all times by the temperature and the flow rate of the jets of cold gas /.
As defined in principle, the method can be implemented by means of variable arrangements which are all included within the scope of the invention. This is especially aimed, for the implementation of the process, at a furnace in which series of burners are arranged on the side walls of the furnace and combined with jets of
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cold gases oriented towards the hearth so as to give rise to two symmetrical currents which close in two circuits, in principle elliptical, going from the hearth to the vault and from this one to that one, jets of cold gas being provided, in particular under the vault, and independently of the jets combined with the burners, so as to maintain the circulation currents when the burners are off.
With such a furnace, a very substantially uniform temperature distribution is obtained throughout the heated chamber and, if the regularity of the circulation cannot be ensured by the products of combustion of the burners and the gases or cold depletion air delivered by the jets, and if the roof overheats, the cold gas stream introduced under the latter, comes into action to achieve uniformity of the heating.
The accompanying drawing shows, by way of example only, a somewhat schematic embodiment of an oven as defined above.
Fig. 1 shows a cross section of the furnace.
Fig. 2 shows the top and the additional gas nozzle.
Fig. 3 shows a burner with its lean gas nozzle.
The carriage a carries a grid b on which rests the part c to be treated. At least one product gas burner, with the most favorable additional air quantity, a hot flame whose fumes enter the mixing chamber e. where they are depleted by the flow of cold gas exiting the nozzle f (smoke or air) and where the temperature of the combustion products is reduced to the desired degree.
The stream of non-combustible gas delivered by the nozzle f
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-finishes the direction of the mixture, composed of combustion gas and depletion gas, leaving the mixing chamber e through the opening ziet directed on the hearth. Such gas streams are of course directed from both sides of the furnace to the hearth a, so that these, assisted by the natural rise of the hot gases, rise in the middle of the furnace, pass along the hearth. vault and descend along the walls.
In fig. 1, the smooth and adjustable circulation of the heating gas stream is indicated by arrows.
In the event that the current of gas delivered by the or; the openings g is not sufficient, especially when high temperatures are required to maintain regular circulation, which would have the effect of overheating the vault by the natural rise of hot gases and the parking of these in the upper part of the oven, the circulation of gases is assisted by means of one or more additional nozzles h placed under the vault, and thanks to which it is also possible to blow cold gas (smoke or air). With such an arrangement, in all cases, local overheating which could occur either in front of the burners or at the top is avoided.
Thanks to the regular and lively stream of gas inside the oven, a very rapid and regular distribution of the calories supplied by the burners is obtained, both in the entire internal chamber of the oven and in the entire mass. parts to process. Such a result is precisely advantageous for cast iron parts of large dimensions which it is very important to bring to the desired temperature in a very regularly progressive manner in all their parts, in order to avoid any harmful tensions as well. during heating than during temperature maintenance.
If the burner (s) d stops for any reason whatsoever, the regular circulation of the gases inside the oven is ensured only by the addition nozzle (s).
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nélles h and the natural climb? a2a hot in the oven. vs
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Thanks to the invention, the temperature differences at the different points never exceed 20, and most often can be lowered much below this figure.
Fig. 2 shows on a larger scale the additional nozzle h located in the arch. The additional gas stream (smoke or air) enters the distribution tubes k1 and k2 through line 1, these tubes giving the gas flow a direction such that it slides along the arch and side walls of the oven.
Fig. 3 shows the construction of a burner d: and of the mixing chamber. The wall 1 or screen prevents the combustion flame from radiating directly onto the part to be treated.
The burners d. can also be arranged so that their stream of hot gases reaches the floor horizontally and laterally. Likewise, the arrangement of the additional air nozzles can be modified by always providing them at points where the circulation of the gas mixture inside the oven is not strong enough to prevent local overheating. .
The invention is not limited, as regards the means for implementing the method which it has as its main object, to the arrangements precisely illustrated by the accompanying drawings, and described. It extends to all the means, or combinations of means, specific to the implementation of the heat treatment process for large metal parts. as defined in the introduction to the present description.
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