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"Procédé et fourspour le recuit d'alliagesdont un constituant est volatil à la température de recuit"
La présente invention se rapporte aux procédés de recuit d'alliages qui renferment un constituant volatil à la température du recuit, et elle concerne en particu- lier les alliages de cette espèce qui réagissent avec 1':atmosphère à la température du recuit.,Le laiton est un exemple d'alliages de cette espèce, le constituant volatil .étant le zinc. Pour plus de brièveté, on prendra ci-après le laiton comme -alliage-type, mais il est entendu que l'in- vention est applicable à d'autres alliages de cette espèce.
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Lorsqu'on recuit le laiton à l'air, sa surface s'oxyde et doit être nettoyée au cours d'une opération subséquente. Afin de prévenir l'oxydation, on a proposé de recuire le laiton dans un courant de gaz non oxydant.
Mais un tel courant emporte une partie du zinc et change la composition de l'alliage. Pour .éviter ce changement de composition, on a proposé de saturer du constituant volatil le courant gazeux en faisant passer celui-ci sur des rognures de métal ou leur équivalent, avant qu'il vienne au contact du laiton à recuire. En outre, pour qu'aucune impureté oxydante, contenue accidentellement dans le gaz, n'attaque le laiton, on a proposé d'intro- duire dans la chambre de recuit des matières qui s'oxydent plus facilement que le laiton.
Suivant ces propositions, il semble qu'on a cru à la nécessité de 1-'emploi d'un courant gazeux parce que, d'une part, on craignait qu'il soit impossible de rendre la chambre de recuit suffisamment .étanche à l'air et exempte d'impuretés pour que l'atmosphère non -oxydante puisse être conservée si elle n'était parcourue par un courant détermina, et parce que, d'autre part, on craignait que le zinc ne distille dans les parties plus froides de la chambre de recuit. La demanderesse a trouvé qu'on peut éviter ces appréhensions par des moyens très simples, et qu'on peut recuire le laiton dans une atmosphère non oxydan- te immobile tant par le procédé à chargement que par le procédé continu.
Par "procédé à chargement on entend un procédé suivant lequel on charge la chambre de recuit d'une quantité déterminée de laiton que l'on recuit et enlève ensuit e; par "procédé continu" on ent end un procède suivant lequel on .introduit le laiton non encore recuit,
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sous forme de fils, de bandes ou autre forme analogue, à une extrémité de la chambre, et on l'en. retire à l'état recuit à l'autre extrémité de celle-ci.
Suivant l'invention, on recuit un alliage de l'espèce mentionnée dans l'atmosphère non oxydante immobile d'une chambre close. On doit considérer une atmosphère comme immobile au sens de l'invention quand la quantité totale de gaz quittant la chambre pendant la durée du re- cuit est si petit e que la quantitéé de constituant volatil requise pour la saturer à la température du recuit n'est qu'une fraction insignifiant e de la quantité de ce consti- tuant contenue dans la quantit é d'alliage qui est recuite pendant cette période. Une atmosphère est non oxydante quand l'alliage qui y stationne pendant toute la durée de recuit ne subit aucune altération. Si l'alliage ne réagit pas avec l'air, celui-ci doit être considéré comme non oxydant.
La réussite du procédé de recuit suivant l'inven- tion dépend de la construction de la chambre où il est exécuté. Les conditions principales requises pour une chambre construite pnur le procédé de chargement sont que le rapport du volumede laiton au volume intérieur total du r,écipient soit grand afin que la quantité de zinc requi- se pour remplir 1-'espace libre soit petite, et que La temp.é- rature soit suffisamment uniforme pour éviter une di stilla- tion rapide dans les parties plus froides; il n'est pas difficile d'obtenir l'étanchéité nécessaire vis-à-vis de 1-'air. Le degré requis d'uniformité de température s'est avéré étonnamment bas; la présence du gaz gêne considéra- blement la diffus! onde la vapeur.
Dans un four pour le procédé continu il n'y a pas de difficultés quant à l'uniformité de la température.
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Mais il est presque impossible de rendre l'espace libre petit par rapport au laiton contenu en une fais dans le four; .aussi emploiera-t-on un des deux moyens suivants pour assurer la saturation de cet espace. Ou bien on rejet- tera la partie de fils trait.ée en premier lieu jusqu'à ce que la saturation soit achevée; ou bien on introduira d'abord dans le four des rognures de métal et on retardera le traitement jusqu'à ce que la saturation soit produite par cette source. Toutefois, en l'o ccurence, le problème principal est l' ét anchéit é à l'air des ouvertures lors de l'introduction et du retrait du laiton. Bien entendu des joints hydrauliques peuvent être envisagés ; ils ne constituent pas en réalité une solution satisfaisante, car le liquide adjacent au laiton réagit avec celui-ci à la température du recuit.
On s'est avisé toutefois que cette solution n'est pas aussi difficile que cela pourrait sem- bler à priori. Quand le laiton est sous forme de fils ou de barres de section transversale circulaire, on peut fommer des ouvertures appropriées au moyen de parties ré- trécies des tubes à travers lesquels passe le fil. Quand le laiton est sous forme de bandes, on forme les ouvertures, d'une façon plus -appropriée, au moyen de couches de feutre épais ou de couches analogues entre lesquelles on fait passer la bande. Selon une variante chaque ouverture peut comprendre une paire de rouleaux entre lesquels on fait passer la bande; si la bande n'a pas la même largeur que les rouleaux, on peut remplir les espaces aux bord.s de la bande au moyen de pièces de bourrage coulissantes.
On prévoit de préférence des dispositifs de re- froidissement .au voisinage de la sortie et, au besoin, à l'entrée, de manière que l'alliage traversant les ouver-
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tures ne soit pas beaucoup .au-dessus de la température atmo sph.éri qu e .
Comme gaz non oxydant convient l'hydrogène commer- cial débarrassé de la majeure partie de son oxygène et de sa vapeur d'eau au moyen d'agentsd'épuration. Dans ce qui suit on prendra comme gaz-type l'hydrogène, mais il est bien entendu qu'on peut employer d'autres gaz tels que l'azote, l'ammoniaque ou des melanges d'azote et d'hydro- gène tels que, par exemple, les mélanges formés par le cracking de l'ammoniaque. D e préférence, on maintient la chambre de recuit en communication avec la source d'hy- drogène pendant toute l'opération de recuit; avant de com- mencer le recuit, on chasse de préférence l'air au mgyen d'un courant d'hydrogène. Mais ces dispositions n'empêchent pas l'atmosphère d'être immobile, au sens mentionné pendant le recuit.
On d.écrira maintenant à titre d'exemple, ,avec r.é- férence au dessin annexé, deux fours qui conviennent pour exécuter le procédé suivant l'invention, l'un étant adapté au procédé à chargement, et l'autre au procédé continu..
Fig. 1 montre en coupe verticale les parties essentielles d'un four pour le procédé à chargement;
Fig. 2 montre le four pour le procédé continu.
Sur la figure 1, 1 est une cuve de fonte fermée par un couvercle 2 constitue par un bloc de matière réfrac- taire caloriguge renforcé à sa face supérieure par un cha- peau en acier. Le joint entre le couvercle et la cuve peut être rendu étanche aux gaz au moyen d'un bourrage en asbeste ou matière analogue. Trois tubes d'acier traversent le cou- vercle. Deux de ceux-ci, 7 et 5, sont ouverts à leur extré- mité inférieure et sont munisde robinets à leursextrémités @
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supérieures; ils servent à l'admission et à l'échappement de l'hydrogène. Le troisième, 3, fermé à sa partie inf.é- rieure,contient un pyromètre. La cuve est disposée dans un four électrique 8, représenté schématiquement, chauffé au moyen d' enroulements 9.
Pour assurer l'unifor- mité de température requise, ces enroulements doivent s'éten- dre sensiblement jusqu'au niveau de la face inférieure du couvercle. La calorifugation que procure le couvercle évite une trop forte chute de temp,érature dans la partie supé- rieure de la cuve.
La cuve 1 est remplie de matière à recuire jus- qu'au niveau de la face inférieuredu couvercle ; quand la matière est du fil, on peut faire en sorte qu'elle occupe jusque 15% du volume total de la cuve; dans ce cas, la perte de zinc que subit le laiton par suite de la quantité de zinc requise pour saturer la partie non occupée de la cuve n'affecte pas sensiblement ses propriétés. Puis on ferme hermétiquement le couvercle. On relie le tube 7 à une série d'épurateurs dans lesquels l'hydrogène de pureté commerciale ordinaire est épuré de la plus grande partie de son oxygène et de sa vapeur d'eau. Les robi- netsdes tubes 7 et 5 sont ouvert s et on envoie dans la cuve un murant d'hydrogène ,épuré pour chasser l'air.
Puis on ferme le robinet de 5; celui de 7 reste ouvert de sorte que l'intérieur de la cuve est toujours relié à la source d'hydrogène, des moyens .étant prévus pour donner une issue à la pression créée lors de l'échauffement de la cuve.
Puis on chauffe la cuve, au moyen du four, à La tempé- rature de recuit et on la maintient à cette température pendant un Laps de temps approprié. La température et la durée dépendent de la nature de la matière à recuire;
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mais une durée de 2 heures det une température de 650 C peuvent être considérées comme appropriées pour le laiton. Puis on refroidit la cuve; lorsque la température atmosphérique est sensiblement ou complètement .atteinte, on ferme le robinet de 7 et on ouvre la cuve.
Sur la figure 2, qui montre un four à recuire des bandes par le procédé continu, 3 est une chambre tubulaire à parois -étanches à l'air à travers laquelle on fait passer la bande représentée par la ligne pointillée 10.
La ch.ambre peut être faite d'acier soudé. La bande non recuite se déroule du dévidoir 6 et, après avoir traversé la chambre,s'enroule autour de l'envidoir commandé 5.
9 est un rouleau de guidage disposé près de l'extrémité de la partie chauffée de la chambre; si on le veut, il peut être commandé et synchronisé .avec l'envidoir 5, par des dispositifs non représent és. La partie de la chambre traversée par la bande avant que celle-ci atteigne le rouleau 9 est contenue dans un four 1 chauffé électriquement, et est chauffé par celui-ci. Cette partie est plus haute que le reste de façon à permettre à la bande de s'affaisser sans venir au contact des parois. Le reste de la chambre, situé au-delà du rouleau 9, est refroidi par une chemise d'eau 2 et est suffisamment long pour que la bande soit sensiblement à la température atmosphérique lorsqu'elle atteint la sortie.
La bande entre et sort, suivant l'invention, à travers les joint s 4 qui sont constitués de coussins de feutre ou d'une matière analogue portant contre la bande sous l'action de ressorts. 7 et 8 sont des tubes pour l'admission et 1, 'échappement d'hydrogène. Ils sont tous deux ouverts tant qu'on chasse l'air préalablement .au
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recuit; mais pendant le recuit 8 est fermé, tandis que 7 reste en communication avec la source d'hydrogène pour compenser la petite quantité de gaz s'échappant à travers les joints. L'atmosphère dans la chambre est alors immobile au sens spécifiée si les joints sont convenablement montés.
Les dimensions du four,la température à laquelle on le chauffe et la vitesse de passage de la bande à travers lui dépendront des dimensions de la bande. Un exemple suffira pour indiquer aux .gens de métier l'ordre des grandeurs à considérer. Dans un four à recuire des bandes de laiton d'environ 150 millimètres de large et 3 millimètres d'épaisseur, la température de la zône chaude était de 150 C et sa longueur d'environ 1,50 m, La bande passait à travers le four à la vitesse d'environ 36,50 m. à la minut e.
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"Process and furnaces for annealing alloys one component of which is volatile at the annealing temperature"
The present invention relates to processes for annealing alloys which contain a component volatile at the temperature of annealing, and in particular relates to alloys of this kind which react with the atmosphere at the temperature of annealing. brass is an example of such alloys, the volatile constituent being zinc. For the sake of brevity, brass will be taken hereinafter as the typical alloy, but it is understood that the invention is applicable to other alloys of this kind.
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When air annealing brass, its surface oxidizes and must be cleaned in a subsequent operation. In order to prevent oxidation, it has been proposed to anneal the brass in a stream of non-oxidizing gas.
But such a current carries away part of the zinc and changes the composition of the alloy. In order to avoid this change in composition, it has been proposed to saturate the gas stream with the volatile component by passing the latter over metal shavings or their equivalent, before it comes into contact with the brass to be annealed. Furthermore, so that no oxidizing impurity, accidentally contained in the gas, attacks the brass, it has been proposed to introduce into the annealing chamber materials which oxidize more easily than brass.
According to these proposals, it seems that there was a belief in the necessity of the use of a gas stream because, on the one hand, it was feared that it would be impossible to make the annealing chamber sufficiently airtight air and free of impurities so that the non-oxidizing atmosphere could be retained if it was not traversed by a determined current, and because, on the other hand, it was feared that the zinc would distill in the colder parts of the annealing chamber. The Applicant has found that these apprehensions can be avoided by very simple means, and that the brass can be annealed in an immobile non-oxidizing atmosphere both by the loading process and by the continuous process.
By "charging process" is meant a process according to which the annealing chamber is charged with a determined quantity of brass which is annealed and subsequently removed; by "continuous process" is meant a process according to which the .introduces the. brass not yet annealed,
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in the form of threads, bands or the like, at one end of the chamber, and it is. withdrawn in the annealed condition at the other end thereof.
According to the invention, an alloy of the species mentioned is annealed in the stationary non-oxidizing atmosphere of a closed chamber. An atmosphere should be considered as immobile for the purposes of the invention when the total quantity of gas leaving the chamber during the annealing time is so small that the quantity of volatile component required to saturate it at the annealing temperature is n ' is only an insignificant fraction of the amount of this component contained in the amount of alloy which is annealed during this period. An atmosphere is non-oxidizing when the alloy which is stationed there throughout the annealing period does not undergo any alteration. If the alloy does not react with air, it should be considered non-oxidizing.
The success of the annealing process according to the invention depends on the construction of the chamber in which it is performed. The main conditions required for a chamber constructed by the charging process are that the ratio of the volume of brass to the total interior volume of the vessel be large so that the amount of zinc required to fill the free space is small, and that the temperature is sufficiently uniform to avoid rapid distillation in colder parts; it is not difficult to obtain the necessary tightness against 1-air. The required degree of temperature uniformity was found to be surprisingly low; the presence of gas considerably hinders the diffuse! steam wave.
In a furnace for the continuous process there is no difficulty with temperature uniformity.
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But it is almost impossible to make the free space small compared to the brass contained in a batch in the furnace; .also one of the following two means will be employed to ensure the saturation of this space. Or the part of the strands treated first will be discarded until saturation is complete; or we will first introduce metal shavings into the oven and delay the treatment until saturation is produced by this source. However, in this case the main problem is the air tightness of the openings during the introduction and removal of the brass. Of course, hydraulic seals can be considered; they do not in fact constitute a satisfactory solution, since the liquid adjacent to the brass reacts with it at the temperature of the annealing.
However, we have thought that this solution is not as difficult as it might seem a priori. When the brass is in the form of wires or bars of circular cross section, suitable openings can be formed by means of constricted portions of the tubes through which the wire passes. When the brass is in the form of strips, the openings are formed in a more suitable manner by means of layers of thick felt or the like between which the strip is passed. According to a variant, each opening may comprise a pair of rollers between which the strip is passed; if the strip does not have the same width as the rollers, the spaces at the edges of the strip can be filled by means of sliding packing pieces.
Cooling devices are preferably provided in the vicinity of the outlet and, if necessary, at the inlet, so that the alloy passing through the openings
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tures is not much above the atmospheric temperature.
Suitable non-oxidizing gas is commercial hydrogen freed of most of its oxygen and water vapor by means of scrubbing agents. In what follows, we will take hydrogen as a typical gas, but it is understood that other gases such as nitrogen, ammonia or mixtures of nitrogen and hydrogen such as as, for example, the mixtures formed by the cracking of ammonia. Preferably, the annealing chamber is maintained in communication with the hydrogen source throughout the annealing operation; before starting the annealing, the air is preferably expelled by means of a stream of hydrogen. But these arrangements do not prevent the atmosphere from being stationary, in the sense mentioned during annealing.
Will now be described by way of example, with reference to the accompanying drawing, two furnaces which are suitable for carrying out the process according to the invention, one being suitable for the charging process, and the other for the charging process. continuous process.
Fig. 1 shows in vertical section the essential parts of a furnace for the loading process;
Fig. 2 shows the furnace for the continuous process.
In FIG. 1, 1 is a cast iron vessel closed by a cover 2 constituted by a block of heat-insulating refractory material reinforced at its upper face by a steel cap. The seal between the cover and the tank can be made gas-tight by means of a stuffing of asbestos or the like. Three steel tubes pass through the cover. Two of these, 7 and 5, are open at their lower end and are fitted with taps at their ends @
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superior; they are used for the admission and exhaust of hydrogen. The third, 3, closed at its lower part, contains a pyrometer. The tank is placed in an electric oven 8, shown schematically, heated by means of windings 9.
To ensure the required temperature uniformity, these windings must extend substantially to the level of the underside of the cover. The thermal insulation provided by the cover prevents too great a drop in temperature in the upper part of the tank.
The tank 1 is filled with material to be annealed up to the level of the lower face of the cover; when the material is wire, it can be made so that it occupies up to 15% of the total volume of the tank; in this case, the loss of zinc suffered by the brass as a result of the amount of zinc required to saturate the unoccupied part of the vessel does not appreciably affect its properties. Then the lid is hermetically closed. Tube 7 is connected to a series of scrubbers in which hydrogen of ordinary commercial purity is stripped of most of its oxygen and water vapor. The valves of the tubes 7 and 5 are opened and a wall of hydrogen, purified to expel the air, is sent into the tank.
Then we close the tap at 5; that of 7 remains open so that the interior of the vessel is always connected to the source of hydrogen, means being provided to give an outlet to the pressure created during the heating of the vessel.
The vessel is then heated, by means of the furnace, to the annealing temperature and maintained at that temperature for an appropriate period of time. The temperature and the duration depend on the nature of the material to be annealed;
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but a duration of 2 hours at a temperature of 650 C may be considered suitable for brass. Then the tank is cooled; when the atmospheric temperature is substantially or completely reached, the valve 7 is closed and the tank is opened.
In Fig. 2, which shows an oven for annealing bands by the continuous process, 3 is a tubular chamber with airtight walls through which the band shown by the dotted line 10 is passed.
The chamber can be made of welded steel. The non-annealed strip unwinds from the reel 6 and, after passing through the chamber, winds around the controlled feeder 5.
9 is a guide roller disposed near the end of the heated part of the chamber; if desired, it can be controlled and synchronized with the emitter 5, by devices not shown. The part of the chamber crossed by the strip before the latter reaches the roller 9 is contained in an electrically heated oven 1, and is heated by the latter. This part is higher than the rest so as to allow the strip to sag without coming into contact with the walls. The rest of the chamber, located beyond the roller 9, is cooled by a water jacket 2 and is long enough for the strip to be substantially at atmospheric temperature when it reaches the outlet.
The strip enters and leaves, according to the invention, through the seals 4 which consist of felt cushions or a similar material bearing against the strip under the action of springs. 7 and 8 are tubes for the intake and 1, the hydrogen exhaust. They are both open as long as the air is removed beforehand.
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annealing; but during annealing 8 is closed, while 7 remains in communication with the hydrogen source to compensate for the small amount of gas escaping through the joints. The atmosphere in the chamber is then stationary in the direction specified if the seals are properly fitted.
The dimensions of the furnace, the temperature to which it is heated and the speed at which the strip passes through it will depend on the dimensions of the strip. An example will suffice to indicate to trades people the order of sizes to be considered. In an oven for annealing bands of brass about 150 millimeters wide and 3 millimeters thick, the temperature of the hot zone was 150 C and its length about 1.50 m, The band passed through the oven at the speed of about 36.50 m. Minute.