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DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT CONTROLE DES FOURS
Dans le chauffage ou les traitements thermiques des métaux ferreux ou non ferreux, on s'efforce généralement de supprimer l'oxydation tant pendant le chauffage que pendant le refroidissement de la charge. C'est ainsi que pour éviter que la charge, préalablement portée à la température désirée, ne s'oxyde par trop à sa sortie à l'air libre dès le traitement fini, on la laisse dans le four, la diminution de température de cette charge étant alors liée à l'inertie thermique des maçonneries ou des matériaux isolants constituant les parois du laboratoire.
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Lorsque pour une cause quelconque, le refroidissement doit être relativement rapide, on se trouve placé entre deux alternatives : ou bien on refroidira rapidement la charge en l'exposant à l'air ou, ce qui revient au même, en faisant circu- ler de l'air dans le four, et alors on accélère l'oxydation; ou bien on construira le four en matériaux assez légers pour que les maçonneries laissent dissiper rapidement la chaleur, mais alors les pertes d'énergie thermique pendant le chauffage seront considérables.
Dans d'autres cas, il peut,de plus, être nécessaire de graduer le refroidissement de façon que celui-ci s'effectue sui- vant une courbe préalablement fixée. De façon générale, l'iner- tie du four n'aura aucune relation avec la courbe en question et l'on devra recourir à un moyen artificiel pour réaliser une baisse de température conforme à la courbe.
On peut concevoir que l'enceinte du four, dite labora- toire, soit reliée avec un système extérieur comportant des tuyauteries, un échangeur de température et un ventilateur de mise en circulation de l'air ou d'un fluide intermédiaire. Le ventilateur fera circuler, à une vitesse que l'on pourra calcu- ler, ce fluide de refroidissement qui, à chaque passage, emprun- tera un certain nombre de calories à la charge et au four et les dissipera, soit à l'air libre, soit dans l'échangeur. Ce dispositif serait compliqué et, en outre, il faciliterait l'oxydation par renouvellement de l'oxygène libre.
D'autre part, il est désirable que le refroidissement de la charge s'effectue de façon à peu près homogène dans toute l'étendue de celle-ci et pour cela il faut que le fluide en cir- culation n'en extraie qu'un petit nombre de calories à cha- que passage et que, par conséquent, il entre à tout moment
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dans le four à une température asssz voisine de celle à laquel- le se trouve la charge à ce méme moment. Si, en effet, on refroidissait trop énergiquement le fluide en circulation et qu'il entre à une température très basse, beaucoup plus basse que celle de la charge au même moment, on pourrait craindre que les métaux constituant cette dernière, placés au voisinage des busettes d'introduction du fluide froid, ne soient beaucoup plus rapidement refroidis que les parties placées au voisinage ,de la sortie de ce fluide.
On est donc conduit à imaginer un système assez compliqué de régulation de la température de l'air ou du fluide par variation du rendement de l'échangeur thermique chargé d'échauffer le fluide, et à faire fonctionner un ventilateur pour la circulation du fluide dans des gaz à haute température pouvant atteindre 1000 dans le cas de cer- tains traitements thermiques. La technique de construction des ventilateurs n'est pas suffisamment avancée pour que ce dispositif soit d'une réalisation courante.
La présente invention a pour objet un dispositif de re- froidissement contrôlé échappant aux critiques ci-dessus, et d'une réalisation beaucoup plus simple, ce dispositif étant de plus facilement réglable. Son application est indépendante de l'atmosphère qui remplit le laboratoire du four (air ou pro- duits de combustion), mais il semble particulièrement indiqué dans le cas des fours dont le laboratoire est rempli d'un gaz neutre.
La description qui va suivre, en regard du dessin annexé donné à'titre d'exemple, fera mieux comprendre la façon dont l'invention peut être réalisée.
La figure 1 est une coupe transversale d'un four électri- que, à sole fixe, équipé du dispositif objet de l'invention.
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La figure 2 est une coupe longitudinale de ce même four.
La figure 3 représente en coupe verticale une variante de tube radiant à utiliser dans le dispositif objet de l'in- vention.
La figure 4 représente en coupe une autre variante.
Bien que l'on ait pris comme exemple d'application du dis- positif objet de l'invention son application à un four fixe, il est évident qu'elle pourrait être appliquée à un four à sole mobile ou pourvu d'un mécanisme de progression de la charge dans le four (four continu à pousseuse, four à chaîne, tablier ou à longerons mécaniques, etc...)
Le laboratoire (1) comporte une sole (2), des murs laté- raux (3) et une voûte (4). Sur la sole, une rehausse (5) sup- porte la charge (6). Les résistances électriques, s'il s'agit d'un four électrique, sont disposées par exemple le long des parois (7) et sous la sole (8).
Le principe de l'invention, en ce qui concerne le mode de refroidissement, ne s'applique pas exclusivement aux fours électriques, mais aussi aux fours chauffés par d'autres moyens: gaz, charbon, combustibles liquides, etc..., pour autant que les tubes de refroidissement résisteront à la température et à l'action chimique des produits de la combustion. Le four électrique n'a été décrit ici qu'en raison de la simplicité de sa représentation.
Dans les fours modernes, la montée en température, surtout celle des fours à traitements thermiques, est généralement réglée par l'intermédiaire de dispositifs automatiques compor- tant un couple logé dans une canne (9), elle-même reliée à un galvanomètre qui, par l'intermédiaire de dispositifs mécani-
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ques appropriés, commande les relais, contacteurs et servo- moteurs agissant sur les-résistances pour les mettre en cir- ouit, ou hors circuit, ou sur les brûleurs, foyers, etc..., s'il s'agit d'autres modes de chauffage.
Conformément au dispositif objet de l'invention, des tubes (10), en principe en fonte ou acier réfractaire, sont disposés entre le dessus de la charge (6) et la voûte 4. Si la portée entre les murs (3) est trop grande, ces tubes seront suspendus de place en place par des crochets (11) en acier inoxydable et pendus à la voûte. Ces tubes sont reliés, d'une part, à un collecteur (12) dans lequel est soufflé de l'air sous pression par un ventilateur, non représenté au dessin.
Les différents tubes débitent dans une conduite d'évacuation (13) et, sur ehacun des tubes, une vanne avec un papillon de réglage (14) permet de répartir les quantités d'air, tube par tube. Si cela n'a pas d'inconvénient pour l'atelier dans lequel est placé le four, on pourrait omettre la conduite (13) et laisser débiter les tubes directement à l'air libre. Les tubes (10) sont répartis sur la longueur du four de façon à constitua? une nappe dont le pas, de tube à tube, peut-être variable sui- vant que l'on cherche la régularité ou, au contraire, un re- froidissement plus ou môins énergique dans certains points de l'enceinte du four.
Lorsque le refroidissement commence, l'air est soufflé dans les tubes (10), réglé par les papillons (14), et la quantité d'air ainsi injecté varie suivant l'allure im- posée par le cycle de refroidissement.
Pour augmenter l'efficacité du tube, l'air peut être lami- né entre le tube extérieur proprement dit et un noyau intérieur (26).
La chaleur est rayonnée de la charge (6) vers les tubes
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(10), puis emportée par l'air. Comme les gaz chauds tendent à s'élever, il s'établit dans le laboratoire (1) du four des mouvements de convection figurés par les flèches (15), cou- rants qui transportent constamment la chaleur de la charge vers les tubes (10), puis le fluide régnant dans le labora- toire, alourdi par cet échange de chaleur, redescend vers les parois pour remonter encore dans la charge, et ainsi de suite. Plus le refroidissement est rapide, plus ces courants sont intenses, et ils tendent à équilibrer la température dans la masse (6).
La même canne pyrométrique (4) qui transmet ses indica- tions au même appareil régulateur (16) peut agir, par cet appareil intermédiaire, tantôt pour régler la cadence de chauffage, tantôt pour régler celle du refroidissement.
Pour régler le refroidissement, les appareils automati- ques de contrôle que règle l'appareil (16) agiront, au moyen de servo-moteurs (17) sur les papillons (14), pour les ouvrir plus ou moins. La quantité d'air passant dans les tuyauteries (10) sera donc aussi faibleou aussi élevée qu'on le désirera, et par suite le refroidissement pourra varier comme on le désire.
L'appareil (16) peut-être muni, à la manière connue, de l'organe désigné sous le nom dt"émetteur de programme* et qui est constitué, en général, par une came de profil approprié agissant sur des curseurs qui délimitent l'intervalle dans laquel la température peut osciller en fonction du temps.
Il est à noter que, si les certes par rayonnement du four viennent contrecarrer le chauffage, elles facilitent, au contraire, le refroidissement et diminuent, par conséquent, le nombre de calories à extraire par la ventilation dans les
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tubes (10).
Si dono, la courbe de refroidissement présente, à un certain moment, une pente tellement faible que les pertes par rayonnement soient trop élevées pour respecter cette courbe, le même contrôleur (16) pourra, soit oommander la remise sous tension des résistances (7), soit le soufflage de l'air dansles tubes (10)9,de façon à freiner ou à accélérer la descente de températureo Ainsi, un même émetteur de program- me commandera la courbe totale du traitement, tant à la montée qu'à la descente de températuree
Une variante de réalisation des tubes radiants (10) est représentée sur la figure 3. Dans celle-ci, le tube extérieur (18) repose, par ses extrémités, sur les murs (3). Il peut être également soutenu par des crochets, comme dans l'exem- ple précédent.
Il comporte un tube intérieur (19) relié au collecteur d'air froid (12), et par lequel ce fluide est injec- té au fond du tube (18), puis ressort entre le tube 19 et le tube (18) par l'espace annulaire,, avant de s'échapper par le coude en passant dans le papillon (14). Comme précédemment, il peut soit stéchapper à l'air libre;, soit être collecté dans, une tuyauterie (13).
L'avantage de ce dispositif réside dans le fait que les deux collecteurs d'entrée et de sortie sont du même coté, ce qui peut avoir un avantage au point de vue implan' talion, en ce que la dilatation du tube (18) peut se faire plus librement, et aussi en ce que l'air, qui s'échauffe surtout par convection, c'est-à-dire par contact, se trouve laminé entre les tubes intérieur et extérieur, circonstance favorable à la transmission de chaleur.
On conçoit que, suivant les fours, le tube (10), ou sa variante (18),puisse être placé dans toute autre position que celle que représentent les figures 1, 2, 3, par exemple le
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long des parois latérales, sous la charge, etc,..
Tout ce qui précède concerne l'utilisation de tubes auxiliaires comme moyens de refroidissement. Mais le tube peut, au contraire, être utilisé comme tube chauffant dans le cas où l'on envisage d'intensifier l'action du mode de chauf- fage normal (électrique, gaz, huile, charbon, etc...). Cette intensification du chauffage sera produite par le rayonnement du tube dans lequel on brûlera du gaz.
Ce dispositif de,tube radiant représenté figure 4 comprend, en général, le tube proprement dit (20) traversant les murs du four (3) et comporte, à une extrémité, un brûleur et une flamme pilote. Celle-ci, lancée par le tube intérieur (21) et alimentée par un mélange préalable d'air et de gaz, entretient la combustion du brûleur proprement dit. Ce brûleur comporte, à son tour, une arrivée de gaz (22) et une arrivée d'air (23).
Il est à remarquer que, dans certains cas, lorsque le tube est mis en dépression par un moyen artificiel, l'air peut être sim- plement pris à l'atmosphère par aspiration.
La flamme se propage à l'intérieur du tube en l'échauffant et ce tube, constitué par une matière suffisamment réfractaire, rayonne vers le four. Les produits de combustion sont évacués à l'air libre ou vers un appareil d'utilisation par l'orifice (24).
Les tubes radiants peuvent avoir des formes plus ou moins variées ; peuvent être droits comme le représente la figure 4, ou en épingle à cheveux, ou oourbés; ils peuvent être horizontaux ou verticaux, et on peut utiliser pour leur chauffage la plupart des gaz connus.
Selon l'invention, les tubes radiants peuvent non seule- ment servir de moyens auxiliaires pour accélérer ou régulariser
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lecchauffage, mais encore ils peuvent éventuellement servir de dispositifs de secours en cas de défaillance du combustible principal.
On peut aussi concevoir que le chauffage soit assuré simultanément par le tube radiant et la résistance électrique, par exemple.,pédant la montée en température, mais qutune fois la température maximum atteinte, l'un des deux moyens de chauffage soit arrêté et que l'autre seul maintienne cette température.
Enfin, le tube peut être utilisé tantôt comme moyen de chauffage auxiliaire, ainsi qu'il vient d'être décrit, tan- tôt comme moyen de refroidissement contrôlé. Ainsi, le même tube, par la manoeuvre de vannes convenables, sera tantôt rem- pli de gaz et d'air en combustion, tantôt inutilisé, tantôt :enfin empli d'air sous pression afin de transformer le tube lui-même en élément refroidisseur absorbant les calories à dissiper. Dans la figure 4 par exemple, et pendant la période de refroidissement, la vanne (24) sur le gaz du brûleur et la vanne (25) sur la flamme pilote, seront placées dans la posi- tion de fermeture, tandis que l'air entrant par le conduit (23) continuera à circuler dans le tube (20).
Il va de soi que, sans sortir du domaine de l'inven- tion, on pourra lui faire subir des modifications de détail.