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Procédé de recuit de pièces métalliques, en particulier de corps métalliques longs et rigides, tels que tubes, tuyaux ou barres.
La présente invention concerne un procédé pour chauffer ou recuire des pièces métalliques, en particulier des corps en métal longs et rigides tels que des tubes, des tuyaux ou des barres, en évitant l'oxydation des surfaces et, lorsqu'il s'agit du recuit des corps creux, des surfaces extérieures et des surfaces intérieures.
On peut traiter aussi, par le procédé qui fait l'objet de l'invention, des fils métalliques, des bandes ou rubans et des tôles.
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Le procédé qui fait l'objet de l'invention est destiné notamment au recuit des pièces métalliques en cuivre et alliages de cuivre, mais il est approprié aussi pour le traitement d'autres métaux et d'autres alliages, par exemple de l'acier.
L'invention a pour but de simplifier l'opération de recuit, en ce qui concerne la technique du procédé, et de la rendre plus économique, et elle permet notamment de soumettre des corps métalliques rigides de longueur quelconque au traitement de recuit en une passe de travail continue, sana qu'il soit nécessaire de recourir à des mesures particulières.
Pour recuire des pièces métalliques en évitant l'oxydation de leurs surfaces, on connaît déjà un grand nombre dé propositions. Par un mode opératoire fréquement utilisé, le recuit est effectué dans des pots à reouit ou autres récipients appropriés, l'air étant chassé de ces récipients par un gaz protecteur ou en faisant le vide dans les ré- cipients pour éviter une oxydation du métal à traiter. On fait généralement le vide en branchant le récipient à recuit sur une pompe à air. On trouve aussi, dans les publications, la proposition consistant à produire par simple chauffage la diminution de pression désirée dans les pots à recuit, la soupape d'échappement étant fermée, lorsquela température maximum est atteinte, pour empêcher l'accès d'air dans le récipient.
Dans l'application de tous ces procédés connus, on travaille dans un espace hermétiquement fermé vis-à-vis de l'atmosphère extérieure. Comme les dimensions des piéces sont déterminées par celles de l'espace ou du récipient destiné à les contenir, on ne peut soumettre au traitement par chauffage, par ce mode opératoire connu, que des corps métalliques de longueur limitée. En outre, lorsqu'on utilise
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des récipients, le recuit ne peut avoir lieu que par intermittences (de façon discontinue).
On a déjà construit aussi des fours à recuire permettant un mode opératoire continu et destiné à être appliqué en particulier au traitement de corps métalliques longs tels que des fils métalliques, rubans, tiges et tubes ou tuyaux. Ces fours à recuire ont ceci de commun qu'on les fait marcher en employant une atmosphère de gaz protecteur, et qu'ils comportent par conséquent des dispositifs permettant, d'une part, l'admission et le départ de gaz protecteur remplissant la chambre pendant l'opération de recuit et empêchant, d'autre part, l'accès d'air dans la chambre de recuit.
C'est ainsi que l'on a proposé, par exemple, dans le brevet anglais 222.566, une construction de four dans laquelle les extrémités de la cornue de recuit ont la forme de tubes recourbés vers le bas et dont l'ouverture d'entrée et l'ouverture de sortie des pièces métalliques descendent au-dessous du niveau dtun bain de liquide; l'entrée de l'air dans la zone de recuit est empêchée par une fermeture hydraulique des deux extrémités ouvertes de la cornue; en même temps, un gaz protecteur est introduit dans la zone de recuit. Ce four pour recuire des pièces en maintenant brillantes leurs surfaces ne convient que pour le traitement de matière flexible, telle que des fils, rubans, etc.., tandis que le traitement de corps rigides et longs ntest pas possible dans un four de ce genre.
Suivant une autre construction de four, décrite dans le brevet anglais 116.605, la cornue est rendue étanohe par des presse-étoupes dont ltouverture de passage correspond à la seotion de la matière, de sorte que l'air ne peut pas entrer dans la zone de recuit pendant le passage de la matière par les ouvertures
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d'entrée et de sortie, de la vapeur d'eau ou un fluide analogue étant également introduit sous pression dans la zone de recuit par des soupages appropriées.
Ce four est destiné au traitement continu de corps métalliques rigides et longs, les différentes tiges ou les différents tubes à traiter successivement étant reliés entre eux d'une façon continue aux extrémités, pour que l'on soit sûr que les ouvertures de la cornue de recuit ne soient pas dégagées pendant le travail continu, même au moment où les pièces individuelles se succèdent, On obtient ce résultat, dans le traitement de tubes, à l'aide de raccords particuliers comportant des perforations pour l'introduction d'eau qui se transforme, dans la zone de chauffage, en vapeur d'eau jouant le rôle de gaz protecteur.
De même, suivant le procédé décrit dans le brevet américain 1,905,810, on opère dans une atmosphère de gaz protecteur, c'est-à-dire dans une atmosphère d'hydrogène fortement chauffée et sous pression, et l'on fait arriver la matière à travers des presse-étoupes'bien ajustés. Kgalement, l'orsqu'on utilise des fours électriques à recuire, on introduit un gaz protecteur dans la zone de recuit, l'entrée de l'air dans cette zone étant empêchée par exemple, xà une extrémité de la chambre de recuit, par un obturateur à sable, et à l'autre extrémité par le apurant du gaz protecteur introduit, sortant de la chambre de recuit.
C'est uniquement pour le recuit de fils métalliques fins que l'on a proposé de travailler d'une manière continue sans introduction de gaz protecteur dans la chambre de recuit, mais, dans ce cas, le fil métallique est introduit dans le tube de recuit par des ajutages comportant une perforation adaptée exactement à la section du fil, pour empêcher l'entrée de l'air, un saupoudrage au talc assurant en plus l'herméticité
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et empêchant l'entrée de l'air.
En raison. des difficultés rencontrées dans tous ces modes opératoires, et inhérentes à l'introduction de gaz protecteur dans la chambre de chauffage et à la nécessité d'assurer l'herméticité de cette obambre pour empêcher l'entrée de l'air, difficultés d'autant plus sensibles que la section de la matière à traiter est plus grande, il est encore prin- cipalement dtusage aujourd'hui de recuire à l'air les tubes ou tiges en métal de grande longueur, la couche d'oxyde qui se forme pendant cette opération étant éliminée par un décapage, c'est-à-dire par une opération difficile et fastidieuse.
L'invention est basée sur cette observation surprenante qu'il est possible, contrairement à ce qu'on croyait jusqu'ici, lorsqu'il s'agit de recuire un corps en métal l'intérieur d'un canal tubulaire (tel qu'une cornue) de s'abstenir, dans certaines conditions, d'empêcher l'entrée de l'air extérieur par des moyens supplémentaires notamment par l'étanchéité des ouvertures d'entrée et de sortie (soit par des obturateurs hydrauliques ou des moyens analogues, soit par des presse-étoupes, etc..), en réglant les dimensions du canal de recuit, en ce qui concerne la longueur et le diamètre intérieur, en fonction l'un de l'autre, de façon à maintenir à l'intérieur de la partie chauffée une zone persistante dans laquelle la densité de l'atmosphère est réduite,
l'air extérieur n'entrant pas dans ce cas dans la zone de recuit malgré sa communication avec celle-ci.
Par conséquent, le procédé faisant l'objet de la présente invention pour le reouit de pièces métalliques, en particulier de corps en métal, longs et rigides, tels -que des tubes ou des tuyaux, procédé suivant lequel le corps
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métallique traverse, de préférence de manière continue, un canal.
tubulaire chauffé de l'extérieur par un foyer à combustibles, consiste essentiellement en ce que la longueur et l'ouverture du canal étant réglées en dépendance l'une de l'autre, de façon à maintenir en permanence, dans la partie chauffée, une zone dans laquelle la densité de l'atmosphère est réduite, le canal est maintenu en communication ouverte avec l'air extérieur 4 l'extrémité d'entrée ou à cette extrémité et à l'extrémité de sortie, toute introduction supplémentaire de gaz protecteur dans la zone de recuit pouvant être supprimée.
Dans l'application de ce procédé, le maintien de l'état brillant des surfaces métalliques est manifestement assuré par des conditions physiques analogues à celles que l'on rencontre dans l'opération oonnue consistant à reouire une matière métallique dans un récipient dans lequel on a fait le vide, la teneur en oxygène de l'atmosphère de la zone de recuit étant réduite dans une mesure telle, par la raréfaction de l'air correspondant au chauffage et maintenue en permanence, qu'il ne se produise pratiquement aucune oxydation, un autre fait qui peut aussi y contribuer consistant en ce que des gaz neutres ou réducteurs tels que de l'hydrogène, contenus dans les gaz du foyer, peuvent traverser les parois du canal dans la zone de recuit et seconder l'effet de la raréfaction d'air dans cette zone,
et éventuellamant même exercer aussi une action réductrice de leur coté.
Il est évident que, dans ce procédé, il faut éviter dans la zone de reouit un effet de cheminée qui provoquerait une arrivée d'air. Si donc le canal de recuit est incliné
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sur l'horizontale, il est indispensable que son extrémité inférieure soit obturée de façon connue par un liquide.
Cependant aussi dans cette réalisation du dispositif de recuit, ltextrémité d'entrée du canal reste en communication ouverte avec l'air extérieur; de même, dams cette réalisation aussi, une introduction supplémentaire de gaz protec- teur dans la zone de recuit ntest pas nécessaire.
Pour recuire des tubes ou des tuyaux d'un diamètre extérieur d'environ 25 mm, on peut utiliser par exemple un canal dont le diamètre intérieur est d'environ 50 mm jusqu'à 100 mm et dont la longueur est d'environ 6 à 10 mètres. Si le canal est en position inclinée et si son extrémité de sortie est obturée par un liquide, il est possible d'opérer avec des canaux notablement plus courts, par exemple de 3 à 4 mètres; dans ce cas, on a plus de liberté pour le choix du rapport entre le diamètre intérieur et la longueur du canal.
En maintenant constante la température du four, on peut régler, de façon connue, la température de recuit, que la matière métallique atteint dans la zone de recuit, suivant la nature du métal ou de l'alliage et les dimensions de la matière à traiter, à l'aide d'un réglage de la vitesse à laquelle le corps métallique traverse le canal. Par exemple, la longueur du four n'étant que d'environ 2 mètres, et la température du four étant dtenviron 900 C, on peut faire passer un tuyau de cuivre pur de 18/20 mm de diamètre à travers la zone de recuit, à une vitesse d'environ 1 métre par minute, la température de recuit de la matière n'étant que d'environ 650 .
Si l'on veut recuire à une température inférieure, on augmente d'autant la vitesse d'avancement;
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dans le cas inverse, on réduit cette vitesse, de fagon que la matière atteigne une température plus élevée jusqu'à une température maximum qui n'est qu'un peu inférieure à celle du four. Si l'on veut encore augmenter davantage la vitesse de recuit, on prolonge d'autant la zone de recuit du four.
L'invention permet de soumettre de manière continue des corps en métal de toute longueur voulue, par exemple aussi de 20 mètres et au-dessus au procédé de recuit en évitant l'oxydation des surfaces, sans qu'il soit nécessaire de relier entre elles les pièces individuelles qui se succèdent et d'assurer l'étanchéité de l'ouverture d'entrée. Cela procure encore cet autre avantage que l'on peut aussi reouire simultanément plusieurs pièces individuelles juxtaposées lorsque le canal de recuit offre une place suffisante.
Un dispositif pour l'application du procédé, faisant l'objet de l'invention, est constitué, par exemple, par un four dont les parois sont traversées par un tube en quelque matière réfractaire connue, en particulier en acier résistant à la chaleur. Le cas échéant, le tube peut être relié de chaque côté par liaison fixe ou détachable à d'autres tubes à l'aide desquels le canal tubulaire est prolongé d'un côté ou de l'autre, ou de tous les deux cotés. Comme les tubes rapportés ne sont pas exposés à l'action directe de la chaleur du four, ils peuvent être fabriqués en matière autre qu'une matière réfractaire. Toutefois, le canal peut être constitué aussi par un tube unique. Sa section est de préférence circulaire, mais il est possible aussi d'adopter d'autres sections.
Le foyer servant à chauffer le canal de l'extérieur
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sera de préférence un foyer à gaz ou à pétrole brut. Cependant, le foyer peut être chauffé également avec des combustibles solides, tels que du charbon, du coke, etc...
Après que le four a été porté à la température nécessaire, en tenant compte de la différence de température dans le four et dans la zone de recuit à l'intérieur du canal, de fagon à atteindre la réduction correspondante de la densité de l'atmosphère, la pièce métallique à soumettre au traitement de recuit est introduite d'une manière continue dans le canal, au moyen d'un dispositif de transport quelconque, pour traverser la zone de recuit et sortir d'une manière continue à l'autre extrémité du canal. Au sortir du canal, la pièce recuite est introduite avantageusement directement dans un bain de refroidis,sement qui peut être par exemple de l'eau ou de l'huile.
Il convient d'établir l'installa tion de façon que l'extrémité du canal débouche peu audessous du niveau du bain de refroidissement, de fagon que la . piècè recuite entre directement dans ce bain. Dans ce cas, lorsqu'on utilise de l'eau pour le refroidissement, la décomposition de l'eau vaporisée sur le métal chaud donne naissance à de l'hydrogène qui exerce une action réduotrice sur les oxydes éventuellement présents. Le refroidissement peut dtailleurs aussi être effectué de toute autre façon connue, par exemple en entourant l'extrémité prolongée de sortie du canal, sur une longueur appropriée, d'une chemise de refroidissement traversée par un liquide de refroidissement.
Deux modes de réalisation d'un dispositif pour l'exécution du procédé qui fait l'objet de l'invention sont représentés schématiquement au dessin annexé.
La fig. 1 montreun dispositif dont le canal de
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recuit est incliné sur l'horizontale.
La fig.2 montra une forme d'exécution dont le canal de recuit est horizontal.
1 est le four qui est chauffé de façon connue en soi. Les parois du four sont traversées par le tube 2 en acier résistant à la chaleur, qui constitue la zone de recuit.
Ce tube est prolongé latéralement par les tubes 3 et 4. Le dispositif transporteur 5 permet l'introduction continue de la pièce à recuire 6. Le canal est supporté par les appuis des montants 7.
Le canal constitué par les tubes 3, 2 et 4 débouche, d'âpres la fig. l, dans un bain de refroidissement 8, au-dessous du niveau du liquide de refroidissement. Dans la forme de réalisation représentée par la fig. 2, l'extrémité du tube 4 est entourée par une chemise de refroidissement 9. Le liquide de refroidissement entre en 10 et sort en 11.
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Process for annealing metal parts, in particular long and rigid metal bodies, such as tubes, pipes or bars.
The present invention relates to a process for heating or annealing metal parts, in particular long and rigid metal bodies such as tubes, pipes or bars, avoiding oxidation of the surfaces and, when it comes to the annealing of hollow bodies, exterior surfaces and interior surfaces.
It is also possible to treat, by the method which forms the subject of the invention, metal wires, bands or ribbons and sheets.
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The process which is the subject of the invention is intended in particular for the annealing of metal parts made of copper and copper alloys, but it is also suitable for the treatment of other metals and other alloys, for example steel. .
The object of the invention is to simplify the annealing operation, as regards the technique of the process, and to make it more economical, and it makes it possible in particular to subject rigid metal bodies of any length to the annealing treatment in one pass. of continuous work, without having to resort to special measures.
To anneal metal parts while avoiding the oxidation of their surfaces, a large number of proposals are already known. By a frequently used procedure, the annealing is carried out in overflow pots or other suitable receptacles, the air being expelled from these receptacles by a protective gas or by evacuating the receptacles to avoid oxidation of the metal to be removed. treat. The vacuum is usually created by connecting the annealing vessel to an air pump. Also in the literature is the proposal to produce by simple heating the desired pressure drop in the annealing pots, the exhaust valve being closed, when the maximum temperature is reached, to prevent the entry of air into the annealing box. the recipient.
In the application of all these known methods, the work is carried out in a space which is hermetically sealed from the outside atmosphere. As the dimensions of the pieces are determined by those of the space or of the container intended to contain them, it is only possible to subject to the treatment by heating, by this known procedure, metal bodies of limited length. In addition, when using
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containers, annealing can only take place intermittently (discontinuously).
Annealing furnaces have also already been constructed allowing a continuous operating mode and intended to be applied in particular to the treatment of long metal bodies such as metal wires, ribbons, rods and tubes or pipes. These annealing furnaces have this in common that they are operated using an atmosphere of protective gas, and that they therefore include devices allowing, on the one hand, the admission and departure of protective gas filling the chamber. during the annealing operation and, on the other hand, preventing the access of air into the annealing chamber.
Thus it has been proposed, for example, in English patent 222,566, a furnace construction in which the ends of the annealing retort have the form of tubes bent downwards and the inlet opening of which and the outlet opening of the metal parts descend below the level of a liquid bath; the entry of air into the annealing zone is prevented by hydraulic closing of the two open ends of the retort; at the same time, a protective gas is introduced into the annealing zone. This furnace for annealing parts while keeping their surfaces shiny is only suitable for the treatment of flexible material, such as wires, ribbons, etc., while the treatment of rigid and long bodies is not possible in a furnace of this kind. .
According to another furnace construction, described in British patent 116,605, the retort is sealed by cable glands, the passage opening of which corresponds to the seotion of the material, so that air cannot enter the zone of annealing while the material passes through the openings
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inlet and outlet, water vapor or the like being also introduced under pressure into the annealing zone through suitable valves.
This furnace is intended for the continuous treatment of rigid and long metal bodies, the various rods or the various tubes to be treated successively being connected to each other continuously at the ends, so that it is ensured that the openings of the retort of annealing are not released during continuous work, even when the individual pieces succeed one another.This result is obtained in the treatment of tubes, using special fittings with perforations for the introduction of water which is transforms, in the heating zone, into water vapor playing the role of protective gas.
Likewise, according to the process described in US Pat. No. 1,905,810, the operation is carried out in an atmosphere of protective gas, that is to say in a highly heated hydrogen atmosphere and under pressure, and the material is made to arrive at through well-adjusted cable glands. Also, when electric annealing furnaces are used, a protective gas is introduced into the annealing zone, the entry of air into this zone being prevented, for example, at one end of the annealing chamber, for example. a sand shutter, and at the other end by the purifier of the protective gas introduced, leaving the annealing chamber.
It is only for the annealing of fine metal wires that it has been proposed to work in a continuous manner without the introduction of protective gas into the annealing chamber, but, in this case, the metal wire is introduced into the tube. annealing by nozzles comprising a perforation adapted exactly to the section of the wire, to prevent the entry of air, a dusting with talc also ensuring the tightness
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and preventing the entry of air.
Due. the difficulties encountered in all these operating modes, and inherent in the introduction of protective gas into the heating chamber and the need to ensure the airtightness of this obamber to prevent the entry of air, difficulties all the more the larger the cross-section of the material to be treated, the more sensitive it is today to anneal very long metal tubes or rods in air, the oxide layer which forms during this process. operation being eliminated by pickling, that is to say by a difficult and tedious operation.
The invention is based on this surprising observation that it is possible, contrary to what was believed heretofore, when it comes to annealing a metal body inside a tubular channel (such as retort) refrain, under certain conditions, from preventing the entry of outside air by additional means, in particular by sealing the inlet and outlet openings (either by hydraulic shutters or similar means , or by cable glands, etc.), by adjusting the dimensions of the annealing channel, with regard to the length and the internal diameter, according to each other, so as to maintain the inside the heated part a persistent area in which the density of the atmosphere is reduced,
the outside air not entering in this case in the annealing zone despite its communication with this one.
Consequently, the method forming the object of the present invention for the reouit of metal parts, in particular of metal bodies, long and rigid, such -that tubes or pipes, method according to which the body
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metal passes, preferably continuously, a channel.
tubular heated from the outside by a fuel-burning fireplace, consists essentially in that the length and the opening of the channel being adjusted in dependence on one another, so as to permanently maintain, in the heated part, a zone in which the density of the atmosphere is reduced, the channel is kept in open communication with the outside air 4 at the inlet end or at this end and at the outlet end, any further introduction of protective gas into the annealing zone can be eliminated.
In the application of this method, the maintenance of the shiny state of the metallic surfaces is obviously ensured by physical conditions analogous to those encountered in the known operation of returning a metallic material to a container in which it is has created a vacuum, the oxygen content of the atmosphere in the annealing zone being reduced to such an extent, by the rarefaction of the air corresponding to the heating and maintained permanently, that practically no oxidation occurs, another fact which can also contribute to this is that neutral or reducing gases such as hydrogen, contained in the gases of the hearth, can pass through the walls of the channel in the annealing zone and assist the effect of rarefaction air in this area,
and possibly even exert a reducing action on their side.
It is obvious that, in this process, it is necessary to avoid in the reouit zone a chimney effect which would cause an inflow of air. So if the annealing channel is inclined
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on the horizontal, it is essential that its lower end be closed in a known manner by a liquid.
However also in this embodiment of the annealing device, the inlet end of the channel remains in open communication with the outside air; likewise, also in this embodiment, further introduction of shielding gas into the annealing zone is not necessary.
For annealing tubes or pipes with an outer diameter of about 25 mm, for example, a channel can be used whose inner diameter is from about 50 mm to 100 mm and whose length is about 6 to 10 meters. If the channel is in an inclined position and if its outlet end is blocked by a liquid, it is possible to operate with significantly shorter channels, for example from 3 to 4 meters; in this case, there is more freedom for the choice of the ratio between the internal diameter and the length of the channel.
By maintaining constant the temperature of the furnace, it is possible to adjust, in a known manner, the annealing temperature that the metallic material reaches in the annealing zone, depending on the nature of the metal or of the alloy and the dimensions of the material to be treated. , by adjusting the speed at which the metal body passes through the channel. For example, the length of the furnace being only about 2 meters, and the temperature of the furnace being about 900 C, one can pass a pure copper pipe of 18/20 mm in diameter through the annealing zone, at a rate of about 1 meter per minute, the annealing temperature of the material being only about 650.
If we want to anneal at a lower temperature, we increase the speed of advance accordingly;
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in the opposite case, this speed is reduced, so that the material reaches a higher temperature up to a maximum temperature which is only a little lower than that of the furnace. If one wishes to further increase the annealing speed, the annealing zone of the furnace is extended accordingly.
The invention makes it possible to continuously subject metal bodies of any desired length, for example also 20 meters and above to the annealing process avoiding oxidation of the surfaces, without the need to connect them. successive individual pieces and seal the inlet opening. This provides yet another advantage that it is also possible to reouire several juxtaposed individual parts simultaneously when the annealing channel offers sufficient space.
A device for applying the method, which is the subject of the invention, consists, for example, of a furnace the walls of which are traversed by a tube of some known refractory material, in particular of heat-resistant steel. If necessary, the tube can be connected on each side by a fixed or detachable connection to other tubes by means of which the tubular channel is extended on one side or the other, or on both sides. As the inserts are not exposed to the direct action of the heat of the furnace, they can be made of a material other than a refractory material. However, the channel can also be formed by a single tube. Its section is preferably circular, but it is also possible to adopt other sections.
The fireplace used to heat the canal from the outside
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will preferably be a gas or crude oil fireplace. However, the fireplace can also be heated with solid fuels, such as coal, coke, etc.
After the furnace has been brought to the necessary temperature, taking into account the temperature difference in the furnace and in the annealing zone inside the channel, so as to achieve the corresponding reduction in the density of the atmosphere , the metal part to be subjected to the annealing treatment is introduced continuously into the channel, by means of any conveying device, to pass through the annealing zone and exit continuously at the other end of the channel. On leaving the channel, the annealed part is advantageously introduced directly into a cooling bath, which may for example be water or oil.
The installation should be set up so that the end of the channel emerges slightly below the level of the cooling bath, as the. The annealed piece goes directly into this bath. In this case, when water is used for cooling, the decomposition of the water vaporized on the hot metal gives rise to hydrogen which exerts a reducing action on any oxides present. The cooling can also be carried out in any other known way, for example by surrounding the extended outlet end of the channel, over a suitable length, with a cooling jacket through which a cooling liquid passes.
Two embodiments of a device for carrying out the method which is the subject of the invention are shown schematically in the accompanying drawing.
Fig. 1 shows a device whose
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annealing is tilted to the horizontal.
Fig.2 shows an embodiment of which the annealing channel is horizontal.
1 is the oven which is heated in a manner known per se. The walls of the furnace are traversed by the heat-resistant steel tube 2, which constitutes the annealing zone.
This tube is extended laterally by the tubes 3 and 4. The conveyor device 5 allows the continuous introduction of the part to be annealed 6. The channel is supported by the supports of the uprights 7.
The channel formed by the tubes 3, 2 and 4 opens out, according to FIG. 1, in a cooling bath 8, below the level of the coolant. In the embodiment shown in FIG. 2, the end of the tube 4 is surrounded by a cooling jacket 9. The cooling liquid enters at 10 and leaves at 11.