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" Perfectionnements aux procédés de traitements thermiques et aux fours pour permettre d'appliquer ces procédés"
L'invention se rapporte aux traitements thermi- ques et elle consiste en un perfectionnement apporté simul- tanément aux procédés de traitement thermique et aux fours pour permettre d'appliquer ce procédé. Elle a pour objet un contrôle plus sûr de la température de l'article en traitement au fur et à mesure qu'il avance dans le four.
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On a pris comme exemple, poux exposer l'invention, le recuit d'articles de verrerie, mais puisque l'invention ne se rapporte qu'au contrôle de la température de l'ar- ticle en traitement, elle n'est pas nécessairement liée ni limitée au traitement des articles de verrerie, et on peut l'appliquer au traitement thermique d'articles en général.
Sur le dessin joint :
La figure 1 est une coupe verticale et longi- tudinale d'un four pour verrerie, conforme à l'invention, prise suivant la ligne 1-1 de la figure 4.
Les gigures 2, 3 et 4, sont des coupes verti- cales et transversales prises respectivement suivant les lignes 11-11, III-III et IV-IV de la figure 1.
Le four Qui est du type tunnel à sole décou- verte est un long tunnel, supnorté de manière appropriée.
Le brin supérieur d'une courroie sans fin d'un transpor-
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l ,, i wV,, teur, qlii eRt si-ti3ée dans le tunnel et/dO 1'1'9:1'"5 en part de ce dernier, avance lentement, lorsque le four fonc- tionne, depuis l'extrémité d'entrée, qui se trouve sur la gauche de la figure 1, jusqu'à l'extrémité de sortie, qui se trouve sur la droite de cette figure. Les objets à. recuire sont placés sur le transporteur à l'extrémité d'entrée du tunnel et sont finalement livrés à l'extrémité de sortie. Lorsqu'ils avancent à travers le tunnel, ils sont soumis, pendant des intervalles de temps appropriés,
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aux conditions de température qui produisent le recuit.
On maintient un courant de gaz chaud qui s'écoule dans le tunnel' dans le sens de la marche du transporteur, et l'objet de verrerie avance dans ce courant en passant par les variations de température désirées. En sortant du courant de gaz chaud., l'objet entre dans un courant d'air, dans lequel il est refroidi à la température atmos- phérique normale.
Le four est caractérisé par le fait que, depuis l'extrémité d'entrée jusqu'en un point intermédiaire, il comporte des parois isolantes de la chaleur, et que, depuis ce point jusqu'à l'extrémité de sortie, il compor- te des parois qui radient la chaleur. Sur les figures, on voit en 1 la partie isolante de la chaleur, en 2 la partie qui radie la chaleur, en 3 l'entrée, en 4 la sortie, en 5 le transporteur. Se transporteur est supporté de manière appropriée, de façon que le brin qui supporte la matière à recuire soit à une certaine distance de la'sole du four, et il est perméable aux gaz qui s'écoulent. Ce transporteur peut être constitué par une toile métallique flexible.
Un foyer générateur de flammes est placé à. l'ex- trémité d'entrée ou près de celle-ci. Comme représenté sur les figures 1 et 2, des conduits de combustion trans- versaux 6 sont ménagés, près de 1'-extrémité d'entrée, au dessous de la sole du tunnel. Chacun de ces conduits est
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fermé, à la partie supérieure, par une cloison mince 7 en briques, relativement perméable à la chaleur, qui forme, à cet endroit, la sole du tunnel. Chaque conduit aboutit à une de ses extrémités à un orifice 8 de brûleur, et, à, l'extrémité opposée, à un conduit vertical 9, ménagé dans la paroi latérale, et qui débouche dans le tunnel au toit de ce dernier. Le, conduit 9 est formé par une cloison mince 10 en briques, similaire à la cloison 7.
On doit remarquer que les conduits successifs 6, ainsi que leurs orifices de brûleurs et leurs conduits de sortie sont disposés en sens opposé, de sorte que le courant qui circule dans l'un d'eux de droite à gauche, comme indiqué sur la figure 2, circule de gauche à droite dans le suivant, et ainsi de suite. Des dispositifs (non représentés) envoient, à travers lesorifices 8 et dans les conduits 6, des flammes de combustible flambant, habituellement gazeuses.
Une sortie 11, associée à une cheminée 12, est
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/ e placée en un T'oint (ou en des points) approprié, éloigné 29? de l'extrémité ' d'entrée} t sert bzz maintenir un tirage de gaz chaude de combustion, depuis le foyer jusqu'à la sortie, à travers la partie intermédiaire du tunnel. Au- delà de la sortie 11, vers la droite de la figure 1, l'épaisseur des parois du tunnel isolantes de la chaleur est réduite, et au-delà de cette partie du tunnel, les parois radient la chaleur, comme indiqué précédemment,
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et elles sont, dans cette partie, constituées ordinaire- ment par du métal en feuille. On installe d'habitude des registres pour contrôler et régler l'écoulement du courant de gaz.
Pendant le fonctionnement du four, on maintient un courant de gaz chauds s'écoulant de la gauche vers la droite de la figure 1, depuis l'extrémité d'entrée du tunnel vers la,sortie intermédiaire à la cheminée, et, comme le tunnel est ouvert à ses extrémités, un courant d'air frais est nécessairement forcé de s'écouler depuis l'extrémité de sortie vers la sortie intermédiaire, et, de là, à travers la cheminée. On règle le càurant d'air froid, qui se produit en sens opposé, au moyen d'auvents réglables 13 disposés dans le toit du tunnel dans la partie 2 de ce dernier qui radie la chaleur.
Il est évident que.dans un four gui fonctionne comme indiqué ci-dessus, la température des courants qui s'écoulent en sens opposé change lorsqu'ils s'approchent de la sortie intermédiaire; le courant chaud qui s'écoule de gauche à droite se refroidit et le courant froid qui s'écoule de droite à gauche se réchauffe. La matière à recuire se déplace sur le transporteur 5 de gauche à droite à travers ces courants de sens opposés,
Le four ainsi que son fonctionnement, comme décrits ci-dessus, sont connus, et l'invention consiste en des perfectionnements apportés au four et à son fonc- tionnement, qui vont être décrits ci-après..
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Généralement, lorsqu'on traite à chaud des objets, il règne dans un four de ce type une certaine loi de variation de la température à laquelle sont soumis les
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"''a- ,, obiptg. -9&trobjet doit (avec une certaine tolérance) être soumis, pendant un certain temps, à une température de pointe: puis il doit être refroidi, pendant un certain tempa, en passait par certaines valeurs de température, et être ramené à la température atmosphérique normale.
Les intervalles de temps sont déterminés par les dimensions du four et la vitesse du transporteur en fonction des con- ditions de température, qui, elles, sont déterminées par la nature des mélanges combustibles gazeux utilisés, en fonction de la construction du four et de la matière qui le constitue. Dans le cas d'objets en verre, le cycle
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I5 d.e 1F1 tem-p rature de recuit varie avec la ffRr)'rrt.itfdu verre, avec les dimensions et la forme de l'objet et avec le répartition de sa masse.
Si l'on prend cornue exemple une bouteille de lait en verre,, on utilise d'habitude, dans ce cas, un verre, des dimensions et des proportions telles que la température doive atteindre, en pointe, 510 C.environ.
Le transporteur doit faire avancer la 'bouteille (qui est ordinairement chaude lorsqu'on l'introduit par l'entrée µ) , en la maintenant pendant un certain temps, à cette temp rature de pointe* Ce chauffage doit être
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exécuté lentement et parfaitement, de telle façon que la température de pointe s'établisse de manière sensiblement uniforme dans toute l'épaisseur des parois de la bouteille.
L'objet doit,ensuite, pendant son avance ultérieure, être refroidi lentement en passant par une série de températures comprise entre 510 C. et 430 C. environ. Lorsque l'objet a atteint la température de 4302 C. environ, il ne peut plus s'y développer des efforts nuisibles,, et l'on peut le refroi- dir plus rapidement au-dessous de cette température. Dans un four de longueur raisonnable on peut, pour des raisons d'éoo- nomie, l'amener à la sortie 4 à une température qui permet de le manier facilement, et il n'est pas à une température suffisamment supérieure à la température atmosphérique pour qu'il soit susceptible d'être fortement et subitement re- froidi par la température de l'atelier.
Les températures ci- dessus mentionnées sont approximatives, et elles varient suivant la composition du verre,
Des-fours de ce type sont nécessairement ins- tallés dans des bâtiments couverts, et les cheminées débou- chant à l'extérieur; de plus, les conditions atmosphériques environnantes varient nécessairement suivant les changements des conditions atmosphériques et saisonnières. Les gaz de combustion relativement chauds et l'air relativement froid qui s'écoulent en sens opposé vers la sortie intermédiaire du tunnel, et de là, simultanément dans la cheminée, se recou- vrent nécessairement, comme on l'a constatée dans la région
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où ils se réunissent.
Les gaz de combustion relativement chauds tendent, comme on 1'a constatée à s'écouler le long du toit du tunnel, et l'air relativement froid tend à. s'écouler le long de la sole, Le transporteur augmente par sa présence cette séparation en couches. Dans des fours ainsi construits jusqu'à ce jour, la masse envelop- pante de l'atmosphère, qui. se trouve au-dessous du trans- porteur, et,par suite, immédiatement au-dessous de l'objet, est nettement plus froide nue l'atmosphère située au-dessus.
Cette condition est préjudiciable, parce que la masse de labouteille est généralement plus grande à la base, et l'on doit, en/ ce point plus particulièrement, effectuer des changements de température progressifs. Cette condi- tion est en outre préjudiciable du fait que, aux changements des conditions atmosphériques et saisonnières, l'action effective exercée par ce courant d'air froid le long de la sole du tunnel varie; ce qui introduit dans le procédé de fabrication un facteur indéterminable et jusqu'ici incontrôlable, mais Que, grâce à l'invention, on peut contrôler.
Il se produit,en outre, un tourbillonnement et
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--t cm?rants rév.xaissent gui. gont vax5.a- - ' j , - y i ous/EoF! courants r± se révnissent, qui sont varia- bles, et qui causent des perturbations à cause de leur variabilité. Il résulte de ces faits qu'au cours d'un fonc- tionnement prolongés, une fraction appréciable des produits du four est endommagée ou inutilisable, et l'invention a pour objetde diminuer la perte qui en résulte.
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Conformément à l'invention, la sortie est placée dans la sole du tunnel, et elle est aménagée dans le sens longitudinal du tunnel, et, de préférence, également latéralement. Plusieurs conduits successifs vont du tunnel à la cheminée, et chacun d'eux comporte des registres. La couche d'air relativement froide est ainsi forcée d.e ten- dre à s'écouler le long de la sole du tunnel vers un en- droit où il se produit un tirage qui l'éloigne de l'objet,
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l. 4.u.- de la couche i ' +,,60 &t'g,9I3fJUf! de gaz relativement chauds et l'envoie du tunnel à la cheminée. Ce tirage entraine vers le bas la couche de gaz relativement chauds qui tendent à s'écouler le longdu toit du tunnel, en forçant oegaz à entourer complètement l'objet en se dirigeant vers la sortie.
Grâce à ces moyens, l'opération de recuit ne peut être sérieusement troublée en raison des change- ments des conditions atmosphériques et saisonnières, et la parte de rendement du four est diminuée.
Comme on le voit sur le dessin, et en particulier sur la figure 1, la sortie 11 consiste en une succession d'orifices, qui débouchent dans la sole en des points successifs qui se trouvent sur la longueur du tunnel.
Les orifices de sortie sont disposés en un groupe qui
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L est plaoé dans la partie du tunnel/plus fortement isolée, #' et en aval du groupe de conduite 9 au travers desquels les gaz chauds pénètrent dans le tunnel. Immédiatement au- delà du dernier de ces orifices, l'épaisseur du revêtement isolant des parois du tunnel est réduite.
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Comme on le voit, en outre, sur les figures 3 et 4, ces orifices 11 ont, de préférence, été disposés en Tancées transversales, dans chacune desquelles les orifices sont symétriques par rapport à la line médiane longitudinale de la sole, et ladistance entre les rangées successives varie. Les orifices débouchent dans des con- duits 14 qui vont du dessous de la sole jusqu'à des col- lecteurs 15, à à travers les parois latérales, et, de là, partent (le-, culottes 16 de cheminée qui vont jusqu'à la cheminée 12. Dans chacun des conduits 14, sont instal- lés des registres réglables 17.
On voit que, par suite de la formation de la sortie en plusieurs conduits ménagés à travers la snle, et disposés, à une certaine distance les uns des autres, dans le sens longitudinal du tunnel, la loi de variation de la température vers le bas est plus minutieusement déterminée et plus exactement contrôlée.
Lorsque le four fonctionne, les gaz chauds de combustion s'écoulent depuis les conduits 9, de gauche à droite (voir figure 1) en remplissant le tunnel. Un cou- rant d'air atmosphérique relativement froid est amené par tirage à entrer dans le tunnel à l'extrémité de sortie, c'est-à-dire à P l'extrémité qui est à droite de la figure.
Dans la région où les courants se rencontrent, l'air froid tend à attendre la sole (il, tunnel, et les gaz chauds tendent attaindre le toit du tunnel. Le tirais produit
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par la cheminée entraîne l'air froid vers le bas, vers l'extérieur du four, et l'éloigné de l'objet et il entraîne vers le bas les gaz chauds placés au-dessus en forçant ceux-ci à entourer l'objet. On diminue ainsi le trouble dû aux circonstances dont il est question précédemment, et l'on maintient avec plus'de certitude, à l'intérieur du tunnel, les conditions de chaleur requises pour assurer un, recuit satisfaisant.
On peut évidemment appliquer le principe de 1' invention, d'une manière générale, à des fours tunnel à sole ouverte pour des traitements thermiques quelconques.
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"Improvements to heat treatment processes and furnaces to allow these processes to be applied"
The invention relates to heat treatments and it consists of an improvement made simultaneously to the heat treatment processes and to the furnaces to allow this process to be applied. Its object is a more reliable control of the temperature of the article being treated as it advances in the oven.
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The annealing of glassware articles has been taken as an example, to present the invention, but since the invention relates only to the control of the temperature of the article being treated, it is not necessarily related to or limited to the treatment of glassware, and can be applied to the heat treatment of articles in general.
On the attached drawing:
Figure 1 is a vertical and longitudinal section of a glassware furnace, according to the invention, taken along line 1-1 of Figure 4.
Figures 2, 3 and 4 are vertical and transverse sections taken respectively along lines 11-11, III-III and IV-IV in figure 1.
The furnace which is of the open hearth tunnel type is a long tunnel, suitably supported.
The upper strand of an endless belt of a conveyor
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l ,, i wV ,, tor, qlii eRt s-ti3ée in the tunnel and / dO 1'1'9: 1 '"5 from the latter, advances slowly, when the oven is operating, from the end inlet, which is on the left of figure 1, to the exit end, which is on the right of this figure. The objects to be annealed are placed on the conveyor at the end of tunnel entrance and are eventually delivered to the exit end. As they advance through the tunnel they are subjected, for appropriate time intervals, to
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at the temperature conditions which produce the annealing.
A stream of hot gas is maintained which flows through the tunnel in the direction of travel of the conveyor, and the glassware article advances in this stream through the desired temperature variations. On leaving the stream of hot gas, the object enters a stream of air, in which it is cooled to normal atmospheric temperature.
The furnace is characterized by the fact that, from the inlet end to an intermediate point, it has heat-insulating walls, and that, from this point to the outlet end, it comprises te walls that radiate heat. In the figures, we see at 1 the heat insulating part, at 2 the part which radiates heat, at 3 the inlet, 4 the outlet, and 5 the conveyor. The conveyor is suitably supported so that the strand which supports the material to be annealed is spaced from the furnace floor, and it is permeable to flowing gases. This conveyor can be constituted by a flexible metallic fabric.
A flame generator is placed at. the inlet end or near it. As shown in Figures 1 and 2, transverse combustion conduits 6 are provided near the inlet end below the bottom of the tunnel. Each of these conduits is
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closed, at the top, by a thin brick partition 7, relatively permeable to heat, which forms, at this point, the bottom of the tunnel. Each duct ends at one of its ends at a burner orifice 8, and, at the opposite end, at a vertical duct 9, formed in the side wall, and which opens into the tunnel on the roof of the latter. The duct 9 is formed by a thin brick partition 10, similar to the partition 7.
It should be noted that the successive ducts 6, as well as their burner orifices and their outlet ducts are arranged in opposite directions, so that the current which flows in one of them from right to left, as shown in the figure 2, runs from left to right in the next one, and so on. Devices (not shown) send, through the orifices 8 and into the conduits 6, flaming fuel flames, usually gaseous.
An outlet 11, associated with a chimney 12, is
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/ e placed in an appropriate T'oint (or in points), distant 29? from the inlet end} t serves bzz to maintain a draft of hot combustion gas from the hearth to the outlet through the intermediate part of the tunnel. Beyond the outlet 11, to the right of Figure 1, the thickness of the heat-insulating tunnel walls is reduced, and beyond this part of the tunnel, the walls radiate heat, as indicated above,
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and in this part they are usually formed by sheet metal. Dampers are usually installed to control and regulate the flow of the gas stream.
During the operation of the furnace, a current of hot gases is maintained flowing from the left to the right of FIG. 1, from the inlet end of the tunnel to the, intermediate outlet at the chimney, and, like the tunnel is open at its ends, a stream of cool air is necessarily forced to flow from the outlet end to the intermediate outlet, and from there through the chimney. The cold air supply, which occurs in the opposite direction, is regulated by means of adjustable louvers 13 arranged in the roof of the tunnel in part 2 of the latter which radiates the heat.
It is obvious that in a mistletoe oven operates as indicated above, the temperature of the currents flowing in the opposite direction changes as they approach the intermediate outlet; the hot current flowing from left to right cools and the cold current flowing from right to left heats up. The material to be annealed moves on the conveyor 5 from left to right through these currents in opposite directions,
The oven and its operation, as described above, are known, and the invention consists of improvements to the oven and to its operation, which will be described below.
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Generally, when objects are heat treated, there is in a furnace of this type a certain law of variation of the temperature to which the
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"'' a- ,, obiptg. -9 & trobjet must (with a certain tolerance) be subjected, for a certain time, to a peak temperature: then it must be cooled, for a certain tempa, passed by certain temperature values , and be brought back to normal atmospheric temperature.
The time intervals are determined by the dimensions of the furnace and the speed of the conveyor as a function of temperature conditions, which in turn are determined by the nature of the gaseous fuel mixtures used, as a function of the construction of the furnace and of the temperature. matter which constitutes it. In the case of glass objects, the cycle
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I5 d.e 1F1 annealing temperature varies with the ffRr) 'rrt.itf of the glass, with the dimensions and shape of the object and with the distribution of its mass.
If we take a glass bottle of milk for example, we usually use, in this case, a glass, dimensions and proportions such that the temperature should reach, at the peak, about 510 C.
The conveyor must advance the 'bottle (which is usually hot when introduced through the inlet µ), keeping it for a certain time, at this peak temperature * This heating must be
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executed slowly and perfectly, so that the peak temperature is established in a substantially uniform manner throughout the thickness of the walls of the bottle.
The object must then, during its subsequent advance, be cooled slowly passing through a series of temperatures between 510 C. and 430 C. approximately. When the object has reached the temperature of about 4302 C., no harmful forces can develop there any more, and it can be cooled more rapidly below this temperature. In an oven of reasonable length it is possible, for reasons of economy, to bring it at outlet 4 to a temperature which allows it to be easily handled, and it is not at a temperature sufficiently higher than the atmospheric temperature. so that it is likely to be strongly and suddenly cooled by the temperature of the workshop.
The temperatures mentioned above are approximate, and they vary according to the composition of the glass,
Ovens of this type are necessarily installed in roofed buildings, and the chimneys open to the outside; furthermore, the surrounding atmospheric conditions necessarily vary with changes in atmospheric and seasonal conditions. The relatively hot combustion gases and the relatively cold air which flow in the opposite direction towards the intermediate exit of the tunnel, and from there, simultaneously in the chimney, necessarily overlap, as has been observed in the region.
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where they meet.
Relatively hot flue gases tend, as has been seen to flow along the tunnel roof, and relatively cold air tends to. flow along the sole, The conveyor increases by its presence this separation in layers. In furnaces thus constructed to date, the enveloping mass of the atmosphere, which. is below the carrier, and therefore immediately below the object, is significantly cooler in the atmosphere above.
This condition is detrimental, because the mass of the bottle is generally larger at the base, and at this point in particular one must effect gradual temperature changes. This condition is moreover detrimental because, with changes in atmospheric and seasonal conditions, the effective action exerted by this current of cold air along the bottom of the tunnel varies; which introduces into the manufacturing process an indeterminable and hitherto uncontrollable factor, but which, thanks to the invention, can be controlled.
In addition, a swirling and
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--t rev. gont vax5.a- - 'j, - y i ous / EoF! r ± currents revert, which are variable, and which cause disturbances because of their variability. As a result of these facts, during prolonged operation, an appreciable fraction of the products of the furnace is damaged or unusable, and the object of the invention is to reduce the loss which results therefrom.
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According to the invention, the outlet is placed in the bottom of the tunnel, and it is arranged in the longitudinal direction of the tunnel, and, preferably, also laterally. Several successive conduits go from the tunnel to the chimney, and each of them has registers. The relatively cold layer of air is thus forced to tend to flow along the bottom of the tunnel to a place where there is a draft which takes it away from the object,
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l. 4.u.- of the layer i '+ ,, 60 & t'g, 9I3fJUf! relatively hot gas and sends it from the tunnel to the chimney. This pulling down causes the layer of relatively hot gases which tend to flow along the roof of the tunnel, forcing the gas to completely surround the object on its way towards the exit.
By these means, the annealing operation cannot be seriously disturbed due to changes in atmospheric and seasonal conditions, and the efficiency part of the furnace is reduced.
As can be seen in the drawing, and in particular in FIG. 1, the outlet 11 consists of a succession of orifices which open out into the sole at successive points which are located along the length of the tunnel.
The outlet ports are arranged in a group which
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L is placed in the part of the tunnel / more strongly insulated, # 'and downstream of the pipe group 9 through which the hot gases enter the tunnel. Immediately beyond the last of these holes, the thickness of the insulating lining of the tunnel walls is reduced.
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As can be seen, moreover, in Figures 3 and 4, these orifices 11 have preferably been arranged in transverse slits, in each of which the orifices are symmetrical with respect to the longitudinal median line of the sole, and the distance between successive rows vary. The orifices open out into conduits 14 which run from the underside of the hearth to manifolds 15, through the side walls, and from there leave (the chimney breeches 16 which go up to to the chimney 12. In each of the ducts 14, adjustable dampers 17 are installed.
It can be seen that, following the formation of the outlet in several conduits formed through the snle, and arranged at a certain distance from each other, in the longitudinal direction of the tunnel, the law of downward temperature variation is more carefully determined and more precisely controlled.
When the furnace is in operation, the hot combustion gases flow from the ducts 9, from left to right (see figure 1), filling the tunnel. A stream of relatively cold atmospheric air is drawn into the tunnel at the outlet end, ie at the end which is to the right of the figure.
In the region where the currents meet, cold air tends to wait for the hearth (it, tunnel, and hot gases tend to reach the roof of the tunnel.
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by the chimney draws the cold air downwards, towards the outside of the furnace, and away from the object and it carries down the hot gases placed above, forcing them to surround the object . The haze due to the above-mentioned circumstances is thus reduced, and the heat conditions required to ensure satisfactory annealing are maintained with greater certainty within the tunnel.
The principle of the invention can obviously be applied in general to tunnel furnaces with an open hearth for any heat treatment.