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Procédé de traite.ment thermique de métaux dans une atmos- phère contrôlée.
La présente invention concerne un procédé perfection- né pour le traitement thermique de métaux dans une atmos- phère contrôlée, essentiellement non-oxydante vis-à-vis du métal traité, à la température du traitement. Un tel procédé est idéal par exemple pour le recuit brillant d'aciers et d'alliages de nickel, le réchauffage en vue du laminage et du forgeage de la plupart des métaux et alliages et de la décarburation de la fonte malléable.
Il est actuellement de pratique courante d'exécuter ou un récipient hermétique un tel procédé dans un four hérmétique/de forme quelconque,
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dans lesquels on a introduit l'atmosphère contrôlée.
Dans la plupart des cas, cette atmosphère est spé- ci-alement préparée à l'extérieur- du four dans un généra- teur- à gaz Qui peut être constitué par un appareil pour la combustion partielle contrôlée de l'ammoniaque ou même d'un combustible solide tel que le charbon de bois.
Jusqu'à présent, il n'a pas été possible, sauf dans le cas de cuivre et de certains alliages de cuivre, de réaliser la combustion d'un combustible dans.un four de telle manière que, d'une part la chalaur libérée soit suffisante pour chauffer le four et sa charge et que, d'autre part, l'atmosphère protège le métal contre l'oxy- dation. Ceci était dû au fait que, pour la plupart des métaux, les métaux ferreux par exemple, la quantité de chaleur libérée lorsque le combustible subit une combustion partielle est insuffisante pour déterminer des conditions de chauffage efficaces ou économiques-. Par exemple, lors du tr itement de l'acier, il est nécessaire d'appliquer un rapport air/gaz de charbon de 2,0 à 1 et 2,
6 à 1 afin d'obtenir une atmosphère qui protège l'acier ou le fer aux températures de 1000 C par exemple, tandis que le rapport pour la combustion complète est de l'ordre de 4, à 1. En d'autre-s termes, seulement la moitié environ de la valeur -calorifique du gaz est libérée et comme la majeure partie de cette chaleur est utilisée pour chauffer les produits de le.. combustion, seule une faible quantité de chaleur effective ou utile peut être utilisée dans le four. Ceci est notamment le cas là où la température du traitement est élevée, par exemple entre 700 C et 1100 C.
La. raison pour laquelle la combustion directe d'un combustible quelconque avec l'air peut assurer uns atmos-
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phère protectrice dans le cas d'alliages de cuivre, réside dans le fait que les produits de la combustion complète, notamment la vapeur d'eau et le bioxyde de carbone, n'oxyr dent pas le cuivre et certains alliages riches en cuivre, à leurs températures de recuit.
Il est évidemment très avantageux d'utiliser, si possible, un système dans lequel les produits gazeux de la combustion partielle peuvent être employés pour pro- téger des métaux autres que le cuivre contre l'oxydation, en d'autres termes, pour réaliser untraitement thermique en atmosphère contrôlée dans un four à combustion directe.
La présente invention établit un procédé pour le traitement thermique des métaux dans unfour essentielle- ment fermé, procédé selon lequel un combustible fluide est brûlé jusqu'à la combustion partielle dans un four avec un gaz contenant 70% ou plus d'oxygène, en vue de produire une atmosphère qui, à la température du traitement est essentiellement non-oxydante vis-à-vis du métal en question, ce traitement étant effectué¯ d'une manière continue dans le four que les gaz de chauffage et le métal traversent suivant des directions opposées, le com- bustible et le gaz étant brûlés partiellement à l'extrémité de déchargement du four afin de produire ure atmosphère non-oxydante vis-à-vis du métal et qui est dirigée vers l'extrémité plus froide, ou de chargement, du four,
où cette atmosphère subit une combustion sensiblement complète, de facon à réchauffer le mét&l introduit dans le four.
Généralement, l'air est (admis dans le four d'une façon contrôlée, en vue de réaliser la combustion com- plète.
Par "four essentiellement fermé" on entend un four dans lequel l'atmosphère extérieure est empêchée de pénétrer.
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l'exclusion de l'air étant assurée principalement par la. pression des gaz dans le four. Toutefois, ce dernier doit être suffisamment ouvert pour permettre le chargement et le déchargement du métal.
Le procédé peut être réalisé dans un four-tunnel ou un four annulaire à sole tournante. Dans ce dernier cas, les points de chargement et de déchargement sont contigus ou adjacents, vu qu'un tel four est en réalité un four- tunnel auquel on a donné une forme circulaire, le tunnel constituant dans ce cas un canal annulaire.
Dans la pratique,ainsi que dans, le sens employé ici, le terme "continu" ne- signifie pas. nécessairement que la matière est en mouvement continu, mais seulement que cette matière est transportée progressivement depuis le point de chargement jusqu'au point de déchargement, que ce s.oit d'une manière continue ou intermittente.
Dans une variante de l'invention,-la. combustion ou'de mélanges d'oxygè@ complète peut être réalisée à l'aide d'oxygène/et d'air, au lieu d'air seulement; toute-fois, en régle générale, ceci n'est pas économique, à moins que l'on obtienne l'oxy- gène à très peu de frais sous la forme d'un sous-produit d'un autre procédé.
Eventuellement, une atmosphère protectrice contrôlée, engendrée ou préparée en dehors du four, peut être injec- tée dans la chambre de chauffage afin d'augmenter le volume de gaz dans le four; toutefois, ceci n'est pas nécessaire généralement.
L'invention peut être réalisée comme suit* des lin- gots de métal à réchauffer sont amenés à intervalles ré- guliers dans l'extrémité froide d'un four continu et sont transportés à travers celui-ci à une vitesse convenable, laquelle peut être uniforme ou intermittente, par tout moyen
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de transport approprié. a l'extrémité de sortie du four, c'est-à-dire l'ex- trémité chaude, on injecte dans celui-ci, à, travers une série d'orifices transversaux, un c o m b@u s t i b 1 e fluide, par exemple du gaz de ville et un mélange d'oxy- gène et d'azote, contenant entre 705 et 100% d'oxygène.
Ces gaz subissent dans le four une combustion partielle, de manière à créer une atmosphère relativement non-oxy- dante vis-à-vis du métal à la température du traitement régnant à l'extrémité chaude du four, laquelle, dans le cas de fer et d'acier, est de l'ordre de 700 C à 1250 C.
Dans certains cas, il n'est pas nécessaire d'ex- clure complètement l'oxydation; toutefois, les conditions peuvent être contrôlées, de façon à limiter ou à restreindre le Quantité d'oxyde produite.
Les gaz partiellement brûlés se dirigent vers l'ex- trémité de chargement du- four, où l'air est injecté dans celui-ci à travers une autre série d'orifices transversaux, afin de brûler les gaz de chauffage @usqu'à la combustion sensiblement complète, la. chaleur- développée par cette -combustion secondaire servant à réchauffer les lingots passant par l'extrémité de chargement du four. Il va de soi qu'à cet-ce dernière extrémité du four l'atmosphère est oxydante; toutefois, comme le métal est soumis dans cette zone à un chauffage initial à des températures peu éle- vées, l'importance de l'oxydation subie est réduite.
Si nécessaire le filai d'oxyde produit peut être réduit dans la zone de l'atmosphère contrôlée.
Le four est conçu de telle manière que le gaz passe à contre-courant par rapport à la charge et que les gz brûlés ou les gaz du gueulard peuvent être amenés à passer comme c'est généralement le cas dans les fours à réchauf-
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fage, à travers un récupérateur, de façon à réchauffer le gaz., l'air ou l'oxygène,ou tous les trois, ou seulement deux d'entre eux, afin d'augmenter le rendement.
Lorsqu'il est fait usage d'ungaz de houille ayant une valeur calorifique de 450 B. Th. U's par pied cube, la moitié environ de la valeur calorifique du gaz est dégagée par la combustion dans la zone non-oxydante, où le métal est à la température comprise entre 650 C et 1200 C. environ, le rapport oxygène/gaz étant de 0,45 oxygène à 1 gaz de houille, tandis qu'une quantité d'air suffisante de préférence réchauffé par un récupérateur, est injectée dans la zone d'admission ou de réchauffage, afin de brûler d'une manière essentiellement complète les produits de la première combustion, cependant que la charge passe de la température ambiante jusqu'à une température comprise entre 6000 et 650 C.
Le procédé est de préférence maintenu à une allure continue.
REVENDICATIONS.
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Process for the heat treatment of metals in a controlled atmosphere.
The present invention relates to an improved process for the heat treatment of metals in a controlled atmosphere, substantially non-oxidizing to the metal being treated, at the temperature of the process. Such a process is ideal, for example, for the bright annealing of steels and nickel alloys, the reheating for rolling and forging of most metals and alloys and the decarburization of malleable iron.
It is presently common practice to perform or hermetically seal such a process in a hermetic / any shape oven,
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in which the controlled atmosphere has been introduced.
In most cases, this atmosphere is specially prepared outside the furnace in a gas generator which may consist of an apparatus for the controlled partial combustion of ammonia or even ammonia. a solid fuel such as charcoal.
Until now, it has not been possible, except in the case of copper and certain copper alloys, to carry out the combustion of a fuel in a furnace in such a way that, on the one hand, the chalaur released is sufficient to heat the furnace and its load and that, on the other hand, the atmosphere protects the metal against oxidation. This was because for most metals, eg ferrous metals, the amount of heat released when the fuel undergoes partial combustion is insufficient to determine efficient or economical heating conditions. For example, when processing steel, it is necessary to apply an air / coal gas ratio of 2.0 to 1 and 2,
6 to 1 in order to obtain an atmosphere which protects steel or iron at temperatures of 1000 C for example, while the ratio for complete combustion is of the order of 4, to 1. In other -s In other words, only about half of the calorific value of the gas is released and since most of this heat is used to heat the products of combustion, only a small amount of actual or useful heat can be used in the furnace. . This is particularly the case where the treatment temperature is high, for example between 700 C and 1100 C.
The reason why direct combustion of any fuel with air can provide an atmosphere.
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protective phere in the case of copper alloys, lies in the fact that the products of complete combustion, in particular water vapor and carbon dioxide, do not oxidize copper and certain alloys rich in copper, to their annealing temperatures.
It is of course very advantageous to use, if possible, a system in which the gaseous products of the partial combustion can be employed to protect metals other than copper against oxidation, in other words, to carry out a treatment. thermal in a controlled atmosphere in a direct combustion furnace.
The present invention establishes a process for the heat treatment of metals in a substantially closed furnace, wherein a fluid fuel is burnt to partial combustion in a furnace with a gas containing 70% or more oxygen, in order to produce an atmosphere which, at the temperature of the treatment, is essentially non-oxidizing with respect to the metal in question, this treatment being carried out in a continuous manner in the furnace through which the heating gases and the metal pass following opposite directions, the fuel and gas being partially burned at the discharge end of the furnace to produce a non-oxidizing atmosphere towards the metal and which is directed to the cooler, or charging, end , from the oven,
where this atmosphere undergoes substantially complete combustion, so as to reheat the metal introduced into the furnace.
Generally, air is (admitted into the furnace in a controlled manner, in order to achieve complete combustion.
By "substantially closed oven" is meant an oven into which the outside atmosphere is prevented from entering.
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the exclusion of air being ensured mainly by the. gas pressure in the oven. However, the latter must be open enough to allow loading and unloading of the metal.
The process can be carried out in a tunnel furnace or an annular rotary hearth furnace. In the latter case, the loading and unloading points are contiguous or adjacent, since such a furnace is in reality a tunnel furnace to which a circular shape has been given, the tunnel constituting in this case an annular channel.
In practice, as well as in the meaning used herein, the term "continuous" does not mean. necessarily that the material is in continuous motion, but only that this material is transported progressively from the point of loading to the point of unloading, whether continuously or intermittently.
In a variant of the invention, -la. combustion or complete oxygen mixtures can be achieved using oxygen / and air, instead of air only; however, as a rule, this is not economical, unless the oxygen is obtained at very low cost as a by-product of another process.
Optionally, a controlled protective atmosphere, generated or prepared outside the oven, can be injected into the heating chamber in order to increase the volume of gas in the oven; however, this is generally not necessary.
The invention can be carried out as follows: Ingots of metal to be heated are fed at regular intervals into the cold end of a continuous furnace and are conveyed therethrough at a suitable speed, which can be uniform or intermittent, by any means
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appropriate transport. at the outlet end of the furnace, that is to say the hot end, is injected into the latter, through a series of transverse orifices, a comb @ ustib 1 e fluid, for example town gas and a mixture of oxygen and nitrogen, containing between 705 and 100% oxygen.
These gases undergo partial combustion in the furnace, so as to create a relatively non-oxidizing atmosphere with respect to the metal at the treatment temperature prevailing at the hot end of the furnace, which, in the case of iron and steel, is of the order of 700 C to 1250 C.
In some cases, it is not necessary to exclude oxidation completely; however, conditions can be controlled so as to limit or restrict the amount of oxide produced.
The partially burnt gases flow to the charging end of the furnace, where air is injected into it through another series of transverse orifices, in order to burn the heating gases up to the substantially complete combustion, the. heat developed by this secondary -combustion used to heat the ingots passing through the charging end of the furnace. It goes without saying that at this latter end of the furnace the atmosphere is oxidizing; however, since the metal in this zone is subjected to initial heating at low temperatures, the extent of oxidation undergone is reduced.
If necessary the oxide film produced can be reduced in the area of the controlled atmosphere.
The furnace is designed in such a way that the gas passes countercurrently to the load and that burnt gz or top gases can be caused to pass as is generally the case in reheating furnaces.
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fage, through a recuperator, so as to heat the gas., air or oxygen, or all three, or only two of them, in order to increase the efficiency.
When coal gas having a calorific value of 450 B. Th. U's per cubic foot is used, approximately half of the calorific value of the gas is given off by combustion in the non-oxidizing zone, where the metal is at a temperature of between 650 C and 1200 C. approximately, the oxygen / gas ratio being 0.45 oxygen to 1 coal gas, while a sufficient quantity of air, preferably heated by a recuperator, is injected into the intake or reheating zone, in order to essentially completely burn off the products of the first combustion, while the load goes from ambient temperature to a temperature between 6000 and 650 C.
The process is preferably maintained at a continuous rate.
CLAIMS.
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