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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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