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Perfectionnements apportés à la production de mélanges gazeux et à leur application dans des procédés de réchauffage de l'acier et d'alliages .
La présente invention est relative à la production de mélangea gazeux et à leur application dans des procédés de réchauffage de l'acier et d'alliages, en vue d'exclure la formation de pailles d'oxyde sur les métaux pendant lesdits procédés, et de
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prévenir enm9me temps la"d60anbunation Dans,les méthodes existantes de réchauffage de l'acier et d'alliages, tantôt les produits de combustion du combustible que l'on utilise se trouvent en contact avec les matières en traitement, tantôt - dans les cas de fourneaux à cuves ou de fourneaux à moufles - c'est de l'air qui vient en contact avec
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les matières ;
le résultat en est qu'il se forme des pailles d'oxydes sur les aciers et alliages, principalement par suite de la présence de vapeur d'eau ou d'oxygène, ou des deux à la fois, dans l'atmosphère qui entoure les matières en traitement.
Le but de l'invention est de prévenir cela et de réduire ou éliminer complètement la formation de pailles d'oxyde .
Il oonvient de faice remarquer ici qu'il n'est pas nouveau de fermer un fourneau contre l'entrée de l'air atmosphé- rique, et l' on sait aussi que du gaz de combustible et des vapeurs ont été soumis à réaction à une température élevée, en vue de créer Une atmosphère gazeuse, neutre, carburante ou décarburante par ra pport à la teneur en carbone du métal dans le fourneau; on a encore proposé des fourneaux pour recuire et pour adoucir du métal sans formation de pailles d'oxyde ou oxydation, où les zones de chargement et de déchargement du moufle sont continuellement chargées de gaz perdus ou non oxydants provenant du fourneau, en vue d'exclure l'air atmosphérique. Ces dispositions n'en- trent pas dans le cadre de la présente invention .
Celle-ci réside dans la nature de la production et de l'emploi d'un mélange gazeux pour éliminer, tout au moins à peu près, la formation de pailles d'oxyde pendant le réchauffage d'aciers et d'alliage$ ; dans le procédé selon l'invention, la teneur en vapeur d'eau des produits de combustion est réduite en faisant passer ces produits à travers un réfrigérant approprié, la teneur en vapeur d'eau du mélange résultant étant la quantité qui sature le mélange à la plus basse température produite dans le réfrigérant .
A ce mélange on ajoute une proportion de gaz non brûlés, au moyen d'un appareil d'insufflation convenable ; on règle le volume de ces gaz en vue de la réalisation des meilleures condi- tions, lesquelles dépendent des dimensions de la chambre de travail dans laquelle on doit employer le mélange non oxydant. On mêle les deux mélanges intimement ensemble, en les faisant pas-
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ser à travers une chambre ou passage établi convenablement à cet effet, et de là, ils passent à la chambre de travail d'un fourneau approprié. Le mélange résultant est ci-après dénommé " atmosphère " .
Voici en résumé les points principaux de l'invention et du procédé :
1) L'emploi et l'application d'un réfrigérant fonc- tionnant selon l'une quelconque des méthodes normales pour produire une diminution de la chaleur sensible d'un gaz oontenant la vapeur d'un fluide pouvant se condenser .
2) Un système d'insufflation susceptible de contrôler avec précision des produits de combustion refroidis comme sous 1, et un gaz cru .
3) Une combinaison de 1 et 2 pour produire des mélan- ges de gaz du type qui ne produira pas des pailles d'oxyde sur des aciers, lorsqu'on les utilise aux températures convenables voulues .
4) Le procédé comme il a été indiqué ci-dessus, et l'appareil disppsé pour la mise en pratique de ce procédé ,
En décrivant l'invention dans ses détails, on renvoie au dessin ci-joint, dans lequel
Figure 1 représente une élévation-coupe d'une forme appropriée de l'appareil pour la mise en exécution du procédé .
Figure 2 est un plan de l'appareil selon la figure 1.
Pour mettre le précédé en exécution, on s'occupe d'abord de la production d'un mélange spécial de gaz, soit des produits de la combustion de gaz de four à coke, du gaz d'éclai- rage de ville, de gaz tiré de la houille ou d'autre sorte de com- bustible, gazeux, solide ou liquide. Lorsqu'on brûle ces combusti bles, les produits de. la combustion complète contiennent de l'a- @ zote, du gaz acide carbonique et de la vapeur d'eau, dans des pro.
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portions qui varient avec le combustible employé.
L'obtention @ d'un tel mélange de gaz dépourvu d'oxygène libre est difficile avec les combustibles solides de tousgenres, mais elle peut être réalisée assez facilement avec un gaz ou une halle Ce mélange, dénommé fréquemment atmosphère " naître ", peut produire de la paille d'oxyde sur l'acier et sur des alliages à des tempé- ratures élevées.
Cette production de paille d'oxyde peut être ré- duite à un minimum excessivement bas en enlevant la vapeur d'eau, tout au moins en majeure partie, et en laissant un mélange qui ne oontient que de l'azote et de l'acide carbonique ; à cet effet, la vapeur d'eau s'enlève par refroidissement dans un appareil de type approprié quelconque, où du gaz chaud chargé d'humidité peut être refroidi préférablement par contact avec une surface qui est refroidie par un liquide ou par un gaz de refroidissement.
On peut par exemple faire passer les produits de combustion ohauds à travers une série de tubes ou ! travers un serpentin, ou à travers les deux éléments logés dans une enveloppe extérieure à travers laquelle passe un courant d'air, soit l'air qui doit être utilisé pour la combustion effective dans le fourneay ; un clapet approprié pour l'eau condensée est ménagé dans l'appareil.
Les produits de combustion à refroidir peuvent être obtenus de différentes façons. On pourra utiliser un brûleur à gaz séparé, brûlant dans un espace fermé, limité, de façon que la totalité de l'air arrivant au brûleur soit consommé, et que les produits de la combustion ne contiennent positivement que de l'acide carbonique, de la vapeur d'eau et de l'azote ; on peut aussi soumettre au procédé de refroidissement les produits du gaz même qui est employé pour chauffer le fourneau en vue de réchauffage du métal, et dans ce cas on aura besoin de refroidir seulement une partie des produits de la combustion .
Lorsque les produits de la combustion d'un combusti- ble sont refroidis de façon à enlever le gros de la va peur d'eau,
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le mélange résultant est principalement de l'azote et du gaz acide carbonique, et le mélange des deux gaz est saturé de vapeur d'eau à la température la plus basse atteinte pendant le procédé de refroidissement .
Le mélange de gaz produit comme il a été décrit cidessus pourra s'appliquer immédiatement aux fourneaux pour le réchauffage de l'acier ou d'autres matières similaires .
Lorsque les fourneaux sont du type à moufle et du type à cuva, et que les articles à chauffer ne sont pas en contact effectif avec la flamme, mais ont entre eux et la flamme un moufle ou gaine de protection, on introduit le mélange de gaz préparé dans l'intérieur du moufle, et il produit alors une pression positive, grâce à sa direction d'écoulement et à sa dilatation rapide sous l'action de la ohaleur, Cela empêche l'air venant de l'extérieur d'entrer et prévient par conséquent l'oxydation par l'arrivée fortuite d'ocygène, le mélange de gaz lui-même ayant une faible tendance à oxydation. Les articles en traitement restent donc libres de pailles d'oxyde .
Dans un type de fourneau ouvert ou à four, le mélange de gaz préparé est conduit au foyer de façon qu'il forme une enveloppe sur les articles à chauffer, et qu'il soit plus froid que les produits de combustion se trouvant déjà dans le fourneau ; ladilatation rapide du gaz préparé l'aide à entretenir l'enveloppe protectrice.
Lorsqu'on utilise l'atmosphère ci-dessus décrite, les dernières traces de vapeur d'eau et d'oxygène libre en présence pourront 'être enlevées par un réactif approprié quelconque .
Le degré de refroidissement nécessaire pour produire le mélange de gaz non oxydant susmentionné n'a pas besoin d'être aussi élevé lorsqu'on utilise quelques espèces de combustible solide, que lorsqu'on utilise des combustibles liquides ou ga- zeux.
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Dans les dessins, on a représenté une forme d'appareil convenable pour la mise en pratique du prooédé ; le fourneau montré est du type à cuve, mais le procédé peut s'appliquer aussi bien aux fourneaux à manche ou moufle qu'aux fourneaux du type à foyer ouvert, des modifications de construction appropriées pouvant se faire à volonté .
En premier lieu on produit un mélange de gaz des produits de combustion, came il a été déorit ci-dessus. Dans l'appa- reil, une partie des produits de la combustion des gaz employés pour chauffer le fcurneau F sort de la ohambre de chauffage F' et passe dans l'appareil de refroidissement C par un conduit A ; la quantité de produits qui passe ainsi peut être contrôlée par un registre D et par un robinet d'arrêt gradué B. Les produits passent à travers un réfrigérant C ayant un faisceau de tubes C' en nombre et de dimensions s'accordant avec la grandeur de la chambre de travail du fourneau.
L'air utilisé pour brttler le gaz nécessaire au Chauffage du Bourreau, pas se dans l'appareil de refroidis- sement au point c2 et circule autour des tubes ; il sort par le tuyau ou conduit c3, et de là il peut passer aux brûleurs d'une façon ordinaire quelconque. L'air froid refroidit les tubes c', et par conséquent les produits de la combustion traversent ces tube s. Le résultat en est évidemment que la vapeur d'eau dans les produits est condensée, et l'eau de condensation s'accumule au fond du réfrigérant et se trouve évacuée par le siphon T.
Les gaz refroidis sortent ensuite du réfrigérant C et entrent dans un conduit E dans lequel est disposé un diffuseur V. Immédiatement avant le diffuseur V, on laisse entrer du gaz non brûlé au point G où est ménagé un robinet d'arrêt gradué.
Les gaz mélangés, produits de combustion refroidis et des gaz non brûlés entrent ensuite dans la chambre de travail, un mélange intime ayant eu lieu .
La fermeture de l'embouchure de la chambre F et la dilatation par chaleur des gaz mélangés, aident à la création
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d'une pression accrue à l'intérieur de ladite chambre et empêchent ainsi toute entrée d'air .
Par un réglage convenable des robinets d'arrêt gradués, ci-dessus mentionnés, selon l'espèce d'acier en traitement et selon la température particulière que l'on utilise, on arrive à créer une " atmosphère " non oxydante et non décarburante. Bien entendu, dans le procédé ci-dessus décrit, le gaz non brûlé est employé comme réactif .
Le gaz non brûlé - lequel comprend toutes sortes de gaz d'éclairage, gaz de fours à coke, gaz de gazogène, gaz à l'eau,, gaz d'hydrocarbures, gaz naturels, ainsi que des vapeurs d'huile employées séparément ou en combinaison, - est introduit préférablement à travers un injecteur de fagon qu'il s'établit un courant de produits de combustion refroidis, et l'on peut utiliser des jets de dimensions variées, et encore ou bien rien que des moyens de centrale appropriés, en vue de faire varier les proportions des deux mélanges gazeux .
Il est évident que plus la puissance de l'appareil de refroidissement est grande, plus sera petite la quantité de gaz non brûlés ou réactifs Nécessitée, et dans certains cas on pourra se passer de l'emploi d'un réactif .
REVENDICATIONS
1- Procédé de traitement de métaux par des produits de combustion d'où l'on a enlevé ( ou presque) la vapeur de fluide condensable qu'ils renferment,par un procédé de refroidissement.
2- Procédé de traitement de métaux par des produits de combustion dont la teneur en vapeur de fluide condensable a été réduite par un procédé de refroidissement, avec addition d'un réaotif .
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Improvements in the production of gas mixtures and their application in steel and alloy heating processes.
The present invention relates to the production of gaseous mixture and to their application in processes for heating steel and alloys, with a view to excluding the formation of oxide flakes on metals during said processes, and to
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at the same time prevent "d60anbunation" In existing methods of reheating steel and alloys, sometimes the combustion products of the fuel used are in contact with the materials being treated, sometimes - in the case of vat or muffle furnaces - air comes into contact with
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the subjects ;
the result is that oxide flakes form on steels and alloys, mainly as a result of the presence of water vapor or oxygen, or both at the same time, in the atmosphere which surrounds them. materials being processed.
The object of the invention is to prevent this and to reduce or completely eliminate the formation of oxide flakes.
It should be noted here that it is nothing new to close a furnace against the entry of atmospheric air, and it is also known that fuel gas and vapors have been reacted to. a high temperature, in order to create a gaseous, neutral, carburizing or decarburizing atmosphere by relation to the carbon content of the metal in the furnace; Furnaces have also been proposed for annealing and for softening metal without formation of oxide flakes or oxidation, where the muffle loading and unloading zones are continuously charged with waste or non-oxidizing gases from the furnace, with a view to exclude atmospheric air. These arrangements do not come within the scope of the present invention.
This resides in the nature of the production and use of a gas mixture to eliminate, at least approximately, the formation of oxide flakes during the reheating of steels and alloys; in the process according to the invention, the water vapor content of the combustion products is reduced by passing these products through a suitable condenser, the water vapor content of the resulting mixture being the amount which saturates the mixture to the lowest temperature produced in the refrigerant.
To this mixture is added a proportion of unburned gas, by means of a suitable insufflation device; the volume of these gases is adjusted in order to achieve the best conditions, which depend on the dimensions of the working chamber in which the non-oxidizing mixture is to be employed. We mix the two mixtures intimately together, by passing them
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be through a chamber or passage suitably established for this purpose, and from there they pass to the working chamber of a suitable furnace. The resulting mixture is hereinafter referred to as "atmosphere".
Here is a summary of the main points of the invention and of the process:
(1) The use and application of a refrigerant operative in accordance with any of the normal methods to produce a decrease in the sensible heat of a gas containing the vapor of a condensing fluid.
2) An insufflation system capable of controlling with precision the products of combustion cooled as under 1, and a raw gas.
3) A combination of 1 and 2 to produce gas mixtures of the type which will not produce oxide flakes on steels when used at the proper temperatures desired.
4) The process as indicated above, and the apparatus disppsed for the practice of this process,
In describing the invention in detail, reference is made to the accompanying drawing, in which
Figure 1 shows a sectional elevation of a suitable form of the apparatus for carrying out the method.
Figure 2 is a plan of the apparatus according to Figure 1.
To put the precedent into practice, we first deal with the production of a special mixture of gases, that is to say the products of the combustion of coke oven gas, town lighting gas, gas. obtained from coal or any other kind of fuel, gaseous, solid or liquid. When these fuels are burned, the products of. complete combustion contain nitrogen, carbonic acid gas and water vapor, in pro.
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portions which vary with the fuel used.
Obtaining such a mixture of gases devoid of free oxygen is difficult with solid fuels of all kinds, but it can be achieved quite easily with a gas or a hall. This mixture, frequently referred to as an "born" atmosphere, can produce oxide straw on steel and alloys at elevated temperatures.
This production of oxide straw can be reduced to an exceedingly low minimum by removing the water vapor, at least most of it, and leaving a mixture which contains only nitrogen and acid. carbonic; for this purpose, the water vapor is removed by cooling in any suitable type of apparatus, where hot, moisture-laden gas can be cooled preferably by contact with a surface which is cooled by a liquid or by a water gas. cooling.
For example, hot combustion products can be passed through a series of tubes or! through a coil, or through the two elements housed in an outer casing through which an air current passes, that is to say the air which is to be used for the actual combustion in the furnace; a suitable valve for condensed water is provided in the device.
The combustion products to be cooled can be obtained in different ways. A separate gas burner can be used, burning in a closed, limited space, so that all of the air arriving at the burner is consumed, and the combustion products positively contain only carbonic acid, of water vapor and nitrogen; the products of the same gas which is used to heat the furnace for reheating the metal can also be subjected to the cooling process, and in this case one will need to cool only a portion of the products of combustion.
When the products of combustion of a fuel are cooled so as to remove the bulk of the water vapor,
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the resulting mixture is mainly nitrogen and carbon dioxide gas, and the mixture of the two gases is saturated with water vapor at the lowest temperature reached during the cooling process.
The gas mixture produced as described above can be applied immediately to furnaces for reheating steel or other similar materials.
When the furnaces are of the muffle type and of the cuva type, and the articles to be heated are not in effective contact with the flame, but have between them and the flame a muffle or protective sheath, the gas mixture is introduced prepared in the interior of the muffle, and it then produces a positive pressure, thanks to its direction of flow and its rapid expansion under the action of the heat, This prevents the air coming from the outside to enter and therefore prevents oxidation by the incidental influx of oxygen, the gas mixture itself having a low tendency to oxidize. The articles being treated therefore remain free of oxide straws.
In one type of open furnace or oven, the prepared gas mixture is conducted to the hearth so that it forms an envelope over the items to be heated, and is cooler than the combustion products already in the furnace. stove; the rapid expansion of the prepared gas helps it maintain the protective envelope.
When using the atmosphere described above, the last traces of water vapor and free oxygen present can be removed by any suitable reagent.
The degree of cooling required to produce the aforementioned non-oxidizing gas mixture need not be as high when using some species of solid fuel as when using liquid or gaseous fuels.
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In the drawings there is shown one form of apparatus suitable for practicing the process; the furnace shown is of the shaft type, but the method can be applied to both sleeve or muffle furnaces as well as to open hearth type furnaces, suitable construction modifications being possible at will.
In the first place, a mixture of gases of the combustion products is produced, as has been described above. In the apparatus, part of the products of the combustion of the gases used to heat the furnace F leaves the heating chamber F 'and passes into the cooling apparatus C via a duct A; the quantity of products passing in this way can be controlled by a register D and by a graduated stopcock B. The products pass through a condenser C having a bundle of tubes C 'in number and dimensions according to the size of the working chamber of the furnace.
The air used to burn the gas necessary for the Heating of the Executioner, not enters the cooling apparatus at point c2 and circulates around the tubes; it exits through pipe or conduit c3, and from there it can pass to the burners in any ordinary way. The cold air cools the tubes c ', and consequently the products of combustion pass through these tubes s. The result is obviously that the water vapor in the products is condensed, and the condensation water accumulates at the bottom of the condenser and is evacuated by the siphon T.
The cooled gases then leave the refrigerant C and enter a conduit E in which is arranged a diffuser V. Immediately before the diffuser V, unburned gas is allowed to enter at point G where a graduated shut-off valve is provided.
The mixed gases, cooled combustion products and unburned gases then enter the working chamber, intimate mixing having taken place.
The closing of the mouth of the chamber F and the heat expansion of the mixed gases, help to create
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increased pressure inside said chamber and thus prevent any entry of air.
By suitable adjustment of the graduated shut-off valves, mentioned above, according to the type of steel being treated and according to the particular temperature which is used, it is possible to create a non-oxidizing and non-decarburizing "atmosphere". Of course, in the process described above, unburned gas is used as a reagent.
Unburned gas - which includes all kinds of lighting gas, coke oven gas, gas generator gas, water gas, hydrocarbon gas, natural gas, as well as oil vapors used separately or in combination, - is preferably introduced through an injector so that a stream of cooled combustion products is established, and jets of various sizes can be used, and again or just suitable central means , in order to vary the proportions of the two gas mixtures.
It is obvious that the greater the power of the cooling apparatus, the smaller the quantity of unburned or reactive gases required, and in some cases the use of a reagent can be dispensed with.
CLAIMS
1- Process for treating metals by combustion products from which the condensable fluid vapor they contain has been removed (or almost), by a cooling process.
2- A method of treating metals with combustion products, the content of condensable fluid vapor of which has been reduced by a cooling process, with the addition of a reagent.
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