<Desc/Clms Page number 1>
"Perfectionnements apportés ou relatifs au traitement thermique de bandes métalliques".
La présente invention se rapporte à un appareil pour le trai- tement thermique de bandes ou fils métalliques. Dans le traite- ment thermique au rouge de longueurs continues de métal, le mé- tal est entouré pendant son passage à travers une chambre du four par un moufle allongé ou tube de four étanche aux gaz à l'intérieur duquel une atmosphère non oxydante est maintenue.
Les formes de moufle employées jusqu'à présent n'ont pas donné satisfaction pour l'utilisation à des températures de plus de 1.000 C, environ. Des températures supérieures à ce chiffre sont cependant nécessaires pour certains traitements thermiques, par exemple pour réduire de l'acier inoxydable austénitique, et
<Desc/Clms Page number 2>
précédemment on a essayé d'employer pour de telles opérations des moufles composés de pièces coulées et de produits en acier et en alliages résistant aux températures élevées. Ces moufle sont de fabrication coûteuse et n'ont pas donné satisfaction à l'emploi.
Suivant la présente invention, un moufle ou tube de four des- tiné à être employé dans le traitement thermique de longueurs continues de métal est formé par un tube en a cier doux ou autre métal qui est dans un état semi-plastique aux températures d'em- ploi, et qui, pour cette raisonn'est pas susceptible de se bri- ser ou de se casser sous les efforts provoqués par le chauffage ou le refroi disement, comme c'est le cas pour les aciers ré- sistant aux températures élevées, qui offrent encore une résis- tance assez élevée à la tension aux températures de marche.
Le tube étanche aux gaz est supporté extérieurement par des disposi- tifs qui permettent le mouvement longitudinal du tube et est sup- porté intérieurement par des blocs de matière résistant aux t em- pératures élevées, qui peut consister en de l'acier résistant à la chaleur ou en une matière réfractaire, ces supports intérieurs empêchant le tube de moufle de se déformer aux températures éle- vées. Une atmosphère réductrice ou neutre est maintenue à l'in- térieur du tube de moufle pour empêcher l'oxydation à la fois du métal qui est traité et de la face intérieure du moufle, et une atmosphère similaire est maintenue dans la chambre de four pour empêcher l'oxydation de la surface extérieure du moufle.
Le mou- fle suivant la présente invention est comparativement peu coû- teux à construire et il reste étanche aux gaz à des températures élevées pendant une période de fonctionnement prolongée.
Une forme de réalisation de l'appareil suivant la présente invention est illustrée au dessin ci-annexé, dans lequel la fi- gure 1 représente une élévation latérale de l'appareil complet ; les figures 2,3 et 4 représentent, à plus grande échelle, des parties d'une coupe longitudinale à travers l'appareil, et la
<Desc/Clms Page number 3>
figure 5 représente une coupe transversale faite suivant la ligne 5-5 de la figure 3.
L'appareil représenté au dessin comprend un four 10 chauffé électriquement, dans lequel s'étend un moufle ou tube de four 20 étanche aux gaz, de section transversale rectangulaire, fabri= qué avec des plaques en acier doux soudées les unes aux autres comme on le voit mieux à la figure 5. Le mpufle n'est pas ancré au four mais s'appuie sur un support plat 11 dans le four qui supporte le moufle, tout en lui permettant de se déplacer lon- gitudinalement par rapport au four lorsqu'il se dilate et se contracte par suite des variations de température. Les extrémi- tés du tube de moufle pénètrent librement à travers des ouver- tures 12 et 13 pratiquées dans les parois du four.
Le tube de moufle est supporté intérieurement, pour empê- cher les déformations, par des blocs 21 et 22 d'acier résistant à la chaleur. Les blocs 21 sont rainurés à leur côté supérieur et ils sont disposés en une rangée,bout à bout, avec leurs rai- nures en alignement. Les blocs 22 sont exactement similaires aux blocs 21 et sont disposés de la même manière en une rangée, en bout à bout, mais ils occupent une position renversée de telle sorte que leurs rainures sont disposées à leur côté inférieur et en coïncidence avec les rainures dans les blocs 21. Les blocs 21 et 22 définissent ainsi un passage tubulaire continu ( bien que non étanche aux gaz) pour le métal qui doit être traité.
Chacun des blocs 22 est assemblé au bloc 21 sur lequel il s'ap- puie par des goupilles 23, de telle sorte que des paires de blocs peuvent être assemblés pour former de courtes sections tubulai- res, ces sections étant ensuite insérées dans le tube 20 étan- che aux gaz ,dans lequel elles s'adaptent librement lorsque le tube 20 est dans son état original non déformé.
La partie du moufle faisant saillie à partir de l'extrémité d'admission du four est,entourée par une chambre d'admission tu- bulaire 30 fabriquée à l'aide de plaques en acier doux, et est
<Desc/Clms Page number 4>
supportée à l'intérieur de cette chambre par des appuis 31 en acier ci eux qui permettent un mouvement de glissement longitu- dinal du tube de moufle. Une bride 32 à l'extrémité intérieure de la chambre 30 est boulonnée à une bride 14 dans l'enveloppe du four, pour former un joint étanche aux gaz. Une bride 33 à l'extrémité extérieure de la chambre d'admission est attachée à une extrémité d'un soufflet en cuir 34, dont l'autre extrémité est attachée à un couvercle terminal 24 fixé au travers de l'ex- trémité d'admission du tube de moufle 20.
L'extrémité extérieu- re de la chambre d'admission'30 est donc raccordée de façon étanche à l'extrémité d'admission du tube de moufle 20 d'une manière telle qu'un joint étanche aux gaz est formé mais qui permet des mouvements longitudinaux du tube de moufle provo- qués par la dilatation et la contraction.
Le couvercle terminal 24 présente une fente que traverse la bande métallique 50,qui doit être traitéepour pénétrer dans le moufle. Des bourrelets d'étanchéité supérieurs et infé- rieurs 25 sont serrés contre la face extérieure du couvercle terminal 24 à l'aide de plaques frontales supérieures et infé- rieurés 26, ces bourrelets pouvant être constitués en une matiè- re connue sous le nom de "Sindanyo". Les bords adjacents de ces bourrelets d'étanchéité font saillie à travers l'ouverture de la fente dans le couvercle terminal 24, formant des lèvres qui engagent de façon élastique les surfaces supérieure et infé- rieure de la bande métallique 50, et constituent un joint pra- tiquement étanche aux gaz à l'entrée du moufle.
La plaque frontale supérieure 26 du moufle porte près de sesextrémités une paire de boulons à bout percé auxquels sont attachés des câbles 27. Les câbles passent au-dessus de poulies 28 et portent des poids 29 de telle sorte qu'une tension lon- gitudinale est appliquée au tube de moufle. Toute tendance du moufle à se déformer sous l'effet de la dilatation thermique est empêchée par la tension ainsi appliquée et,puisque le monta-
<Desc/Clms Page number 5>
ge du moufle permet un mouvement longitudinal par rapport au four et à la chambre d'entrée par lesquels il est entouré et supporté, le fléchissement du moufle est empêché de façon effi- ' cace.
L'extrémité opposée du moufle 20 fait saillie seulement sur une courte distance à l'extérieur de la paroi du four et est sou- dée à un couvercle terminal 24a présentant une ouverture de la même grandeur que le passage à travers les blocs de support 21 et 22. Un tube de réfrigération 40 en acier doux, en alignement avec le moufle, est muni d'une bride 41 à son extrémité intérieu- re fixée de façon étanche aux gaz à la fois au couvercle termi- nal 24a du moufle et à une bride 15 sur l'enveloppe du four.
Le tube de réfrigération 40 est entouré par une chemise d'eau 42. L'extrémité extérieure du tube de réfrigération 40 est munie d'un joint étanche aux gaz 43, de même construction que celui qui se trouve à l'entrée du tube de moufle, par lequel la bande métallique 50 quitte l'espace étanche aux gaz formé par le mou- fle et le tube de réfrigération alignés.
A l'intérieur de cet espace étanche aux gaz est maintenue une atmosphère non oxydante, par l'introduction, à travers un tube 44 raccordé au tube de réfrigération 40, d'ammoniaque frac- tionnée ou d'un autre gaz approprié réducteur ou neutre. Cette atmosphère non oxydante a comme double but d'empêcher l'oxyda- tion de la-bande métallique 50 soumise au traitement et de pré- server l'intérieur du tube de moufle lui-même contre les atta- ques. Bien que l'espace formé par le tube de moufle 20 et le tube de réfrigération 40 ait été désigné comme étant étanche aux gaz, un certain pourcentage de fuites de gaz a lieu inévi- tablement aux endroits par lesquels la bande 50 pénètre ou quit- te cet espace.
Afin de. maintenir la pureté originale de l'atmos- phère non oxydante, une légère surpression est maintenue à l'in- térieur de l'espace fermé et du gaz frais est fourni continuel- lement par un tuyau 44 pour compenser toutes les pertes. Une
<Desc/Clms Page number 6>
atmosphère non oxydante est maintenue de façon semblable dans l'espace fermé formé à l'intérieur de la chambre du four et de la chambre d'admission et tout autour du tube de moufle grâce à l'introduction de gaz ammoniac brûlé, ou d'un autre gaz appro- prié réducteur ou neutre, à travers le tube 16 qui traverse la paroi du four. Cette atmosphère non oxydante protège l'extérieur du tube de moufle contre les incrustations.
La bande métallique 50 qui doit être soumise au traitement est entraînée continuellement à partir d'un rouleau d'alimenta- tion 51 et traverse le joint étanche aux gaz formé par les bour- relets d'étanchéité 25 pour pénétrer dans l'atmosphère non oxy- dante à l'intérieur du moufle. La bande traverse le canal tubu- laire formé par les blocs de soutien 21 et 22 et, pendant son passage à travers la chambre du four, elle est chauffée à la température nécessaire. En quittant le tube de moufle 20, elle passe immédiatement dans le tube de réfrigération 40, et, tou- jours dans la même atmosphère non oxydante, est refroidie par la chemise d'eau qui l'entoure. La bande quitte le tube de ré- frigération par le joint étanche aux gaz 43 et est enroulée sur le rouleau de reprise 52.
On appréciera qu'aux températures de marche du four le tube de moufle 20 constitue une enveloppe plus ou moins flexible mon- tée de façon telle qu'elle peut se déplacer librement par rap- port à ses supports. Le tube peut s'adapter, pour cette raison, facilement aux efforts provoqués par des variations de tempé- rature, éliminant ainsi fortement le risque de soudures brisées et assurant l'étanchéité aux gaz du tube. Par lui-même, le tube présente une résistance mécanique relativement faible nais il est supporté extérieurement par l'appui plat du four sur lequel il est disposé et il est supporté intérieurement pour empêcher les déformations par¯les blocs résistant à la chaleur, qui gar- dent une résistance mécanique relativement grande aux tempéra-
<Desc/Clms Page number 7>
tures de marche.
Les blocs résistant à la chaleur, d'un autre côté, tout en constituant un support sensiblement continu pour l'enveloppe étanche aux gaz, ne sont pas raccordés de façon ri- gide les uns aux autres, et, étant chacun de dimensions rela- tivement faibles et de forme simple, ils ne sont pas suscepti- bles de se briser ni de se fissurer sous l'influence des ten- sions créées par le chauffage et le refroidissement, comme ce serait le cas si l'on essayait de les fixer les uns aux autres pour former une enveloppe étanche aux gaz.
<Desc / Clms Page number 1>
"Improvements made or relating to the heat treatment of metal bands".
The present invention relates to an apparatus for the heat treatment of metal bands or wires. In the red heat treatment of continuous lengths of metal, the metal is surrounded as it passes through a furnace chamber by an elongated muffle or gas-tight furnace tube within which a non-oxidizing atmosphere is formed. maintained.
The muffle shapes employed heretofore have not been satisfactory for use at temperatures above approximately 1000 ° C. Temperatures above this figure are however necessary for certain heat treatments, for example to reduce austenitic stainless steel, and
<Desc / Clms Page number 2>
previously attempts have been made to use for such operations muffles composed of castings and products in steel and alloys resistant to high temperatures. These mittens are expensive to manufacture and have not been satisfactory for use.
In accordance with the present invention, a muffle or furnace tube for use in the heat treatment of continuous lengths of metal is formed by a tube of soft steel or other metal which is in a semi-plastic state at temperatures of. use, and which, for this reason, is not liable to break or break under the forces caused by heating or cooling, as is the case for steels resistant to high temperatures , which still offer a fairly high resistance to voltage at operating temperatures.
The gas-tight tube is supported on the outside by devices which allow longitudinal movement of the tube and is supported on the inside by blocks of high temperature resistant material, which may consist of heat resistant steel. heat or a refractory material, these interior supports preventing the muffle tube from deforming at high temperatures. A reducing or neutral atmosphere is maintained inside the muffle tube to prevent oxidation of both the metal being treated and the inner face of the muffle, and a similar atmosphere is maintained in the furnace chamber to prevent oxidation. prevent oxidation of the outer surface of the muffle.
The muffle according to the present invention is comparatively inexpensive to construct and it remains gas tight at elevated temperatures for an extended period of operation.
An embodiment of the apparatus according to the present invention is illustrated in the accompanying drawing, in which Figure 1 shows a side elevation of the complete apparatus; Figures 2, 3 and 4 show, on a larger scale, parts of a longitudinal section through the apparatus, and the
<Desc / Clms Page number 3>
Figure 5 shows a cross section taken along line 5-5 of Figure 3.
The apparatus shown in the drawing comprises an electrically heated furnace 10, in which extends a gas-tight furnace muffle or tube 20, of rectangular cross-section, fabricated with mild steel plates welded together as one. This is best seen in Figure 5. The mpufle is not anchored to the oven but rests on a flat support 11 in the oven which supports the muffle, while allowing it to move longitudinally relative to the oven when it expands and contracts as a result of temperature variations. The ends of the muffle tube freely enter through openings 12 and 13 in the walls of the furnace.
The muffle tube is internally supported, to prevent warping, by blocks 21 and 22 of heat resistant steel. The blocks 21 are grooved on their upper side and they are arranged in a row, end to end, with their grooves in alignment. The blocks 22 are exactly similar to the blocks 21 and are arranged in the same way in a row, end to end, but they occupy an inverted position so that their grooves are arranged at their bottom side and coincide with the grooves in blocks 21. Blocks 21 and 22 thus define a continuous tubular passage (although not gas-tight) for the metal to be treated.
Each of the blocks 22 is assembled to the block 21 on which it rests by pins 23, so that pairs of blocks can be assembled to form short tubular sections, these sections then being inserted into the tube. 20 gas tight, in which they fit freely when the tube 20 is in its original undeformed state.
The portion of the muffle protruding from the inlet end of the furnace is surrounded by a tubular inlet chamber 30 fabricated from mild steel plates, and is
<Desc / Clms Page number 4>
supported inside this chamber by steel supports 31 which allow a longitudinal sliding movement of the muffle tube. A flange 32 at the inner end of chamber 30 bolts to a flange 14 in the furnace casing, to form a gas-tight seal. A flange 33 at the outer end of the intake chamber is attached to one end of a leather bellows 34, the other end of which is attached to a terminal cover 24 secured through the end of the boot. muffle tube inlet 20.
The outer end of the inlet chamber '30 is therefore sealingly connected to the inlet end of the muffle tube 20 in such a manner that a gas-tight seal is formed but which permits longitudinal movements of the muffle tube caused by expansion and contraction.
The end cover 24 has a slit through which the metal strip 50 passes, which must be treated to enter the muffle. Upper and lower sealing beads 25 are clamped against the outer face of end cover 24 by means of upper and lower face plates 26, which beads may be made of a material known as "Sindanyo". The adjacent edges of these sealing beads protrude through the opening of the slot in the end cover 24, forming lips which resiliently engage the top and bottom surfaces of the metal strip 50, and provide a seal. practically gas-tight at the inlet of the muffle.
The upper faceplate 26 of the block carries near its ends a pair of drilled-end bolts to which cables 27 are attached. The cables pass over pulleys 28 and carry weights 29 so that longitudinal tension is maintained. applied to the muffle tube. Any tendency of the block to deform under the effect of thermal expansion is prevented by the tension thus applied and, since the mounting
<Desc / Clms Page number 5>
As the muffle permits longitudinal movement relative to the furnace and the inlet chamber by which it is surrounded and supported, sagging of the muffle is effectively prevented.
The opposite end of the muffle 20 protrudes only a short distance outside the furnace wall and is welded to an end cover 24a having an opening of the same size as the passage through the support blocks 21. and 22. A mild steel refrigeration tube 40, in alignment with the muffle, is provided with a flange 41 at its inner end attached in a gas-tight manner to both the muffle end cover 24a and to the muffle end cover 24a. a flange 15 on the furnace casing.
The refrigeration tube 40 is surrounded by a water jacket 42. The outer end of the refrigeration tube 40 is provided with a gas-tight seal 43, of the same construction as that found at the inlet of the refrigeration tube. muffle, whereby the metal strip 50 leaves the gas-tight space formed by the aligned muffle and refrigeration tube.
Inside this gas-tight space is maintained a non-oxidizing atmosphere by the introduction, through a tube 44 connected to the refrigeration tube 40, of fractional ammonia or of another suitable reducing or neutral gas. . This non-oxidizing atmosphere has the dual purpose of preventing oxidation of the metal strip 50 subjected to treatment and of preserving the interior of the muffle tube itself against attack. Although the space formed by the muffle tube 20 and the refrigeration tube 40 has been designated as being gas-tight, a certain percentage of gas leaks inevitably occurs where the strip 50 enters or exits. te this space.
In order to. maintaining the original purity of the non-oxidizing atmosphere, a slight overpressure is maintained within the closed space and fresh gas is continuously supplied through pipe 44 to compensate for any losses. A
<Desc / Clms Page number 6>
a non-oxidizing atmosphere is similarly maintained in the closed space formed inside the furnace chamber and the inlet chamber and all around the muffle tube by the introduction of burnt ammonia gas, or another suitable reducing or neutral gas, through tube 16 which passes through the wall of the furnace. This non-oxidizing atmosphere protects the outside of the muffle tube against encrustation.
The metal strip 50 to be subjected to the treatment is continuously drawn from a feed roll 51 and passes through the gas-tight seal formed by the sealing beads 25 to enter the non-oxidized atmosphere. - dante inside the mitten. The strip passes through the tubular channel formed by the support blocks 21 and 22 and, as it passes through the furnace chamber, it is heated to the required temperature. On leaving the muffle tube 20, it immediately passes into the refrigeration tube 40, and, still in the same non-oxidizing atmosphere, is cooled by the surrounding water jacket. The tape leaves the refrigeration tube through the gas-tight seal 43 and is wound up on the take-up roll 52.
It will be appreciated that at the operating temperatures of the furnace the muffle tube 20 constitutes a more or less flexible casing mounted in such a way that it can move freely relative to its supports. The tube can therefore easily adapt to the stresses caused by variations in temperature, thus greatly eliminating the risk of broken welds and ensuring the gas-tightness of the tube. By itself, the tube has relatively low mechanical strength but it is supported on the outside by the flat support of the oven on which it is placed and it is supported on the inside to prevent deformation by the heat-resistant blocks, which protect - tooth relatively high mechanical resistance at temperatures
<Desc / Clms Page number 7>
walking tures.
The heat-resistant blocks, on the other hand, while constituting a substantially continuous support for the gas-tight casing, are not rigidly connected to each other, and, each being of relative size. very weak and simple in shape, they are not likely to break or crack under the influence of the tensions created by heating and cooling, as would be the case if one tried to fix them. to each other to form a gas-tight envelope.