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Perfectionnements au traitement thermique de matériaux métalliques allongent
La présente invention concerne le traitement thermique de matériaux métalliques allonges et plus particulièrement la trem-' pe de figea ou fils de fer,
Les dispositifs netuels de trompe ont des caractéristique indésirables, en ce qu'ils sont de grandes dimensions et occupent une grande surface d'implantation,
avec un rendement relativement j bas par élément ou brin traita et qu'ils Dont thermiquement ineffi- Onces*
Un objet de la présente invention est de réduire ces ca- ractéristique par l'emploi d'échangeurs de chaleur utilisant un agent de transmission de chaleur liquide.
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'Un autre inconvénient de dispositifs de trompe existante est que les tiges d'un calibre comparativement élevé, de l'ordre
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de 12e7 mm de dia,,iétre ou plus, ayant facultativement do la rdais. tance et une faculté d'étirage éventuelle, ne peuvent être produi- tes facilement et économiquement, et cela est particulièrement e4-
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rieux dans le cas de matériaux en acier à forte teneur on carbone.
On a constata que cet inconvénient provient des vitesses
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relativement lentes de trempe à partir de la température d'aust4ni' tisation dans les ateliers habituels et un autre objet de la pré sente invention est de réduire cette dernière difficulté par 1$ -' ploi d'un agent liquide comme echangeur de chaleur pour une telle tre po, et d*un eolianpour o l'agent liquide circule oontre-cou* rrtnt ele 1 tir*, ce qui permet d'obtenir une trempa rapide# facile- ment ra;.ah1 e, ConformA.lient à la présente invention, dans l'un de son aspects, on réalise un appareil pour la trempe de matériaux ta.l3. ques allongés comprenant des moyens de chauffer ces matériaux à une température où ils soient :c::wsbler.:
ent ataatcnitiqua* et un bain liquide pour ensuite y tremper rapidement les matériaux auotdnitî- quott ce bain étant disposé pour la circulation de liquide à contre-* courante relativenont au courant des matériaux travers lui.
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Dans le cas d'opérations sur éléments en brins multiples,
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on préfère que le bain de trempe comporte un contre-courant à* agent t' liquide sensiblement individuel pour chaque 41-4ment,,
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Bien que toute forme appropriée de chauffage à la tempe-
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rature àriuatnitisat.on puisse titre employé* en conformité avec
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la présente invention, un tour à lit fluidiae offre des avantagea
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particuliers dans ce but et le farcies d'un tel tour à reolrculationi
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pont préférées
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De plus, il est possible d'employer des moyens de pree ;;
chauffage précédant le four d'austenitisationt lesquels moyens de
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préchauffage peuvent pratiquement prendre la forme d'un autre bain
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liquide raccordé en "boucle" avie le in de trempe pour le fonction
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nement à contre-courant dee matériaux, ce qui augmente l'efficacité thermique,
Pour que la présente invention soit clairement comprise sous ses divers aspects et formes, on la décrira maintenant plus en détail au moyen d'un exemple, avec référence au dessin ci-joint, OU!
La. figure 1 montre sous une forme schématique un mode de réalisation de l'appareil de trempe de tiges conforme à la présente invention;
La figure 2 montre une modification de l'appareil de la figure 1;
La figure 3 montre plus on détail une partie de l'appa- reil de la figure 1;
La figure 4 montre une forme de bain de trempe convenable pour un appareil de trempe pour élément ou brins multiples conforme à la présente invention.
L'appareil de la figure 1 comprend une succession, dans le sens du déplacement de la tige, d'un premier bain 11 de pré- chauffage par métal liquide, d'un second bain 12 de préchauffée par métal liquide, d'un lit fluidiséà hauto température 13, d'un premier bain 14 de trempe par métal liquide, d'un second bain 15 de trempe par métal liquide.
La tige d'acier haute teneur en carbo- ne est d'abord chauffée à une température de 200 C, durant le passa- ge à travers le bain Il* puis encore chauffée à une température de l'ordre de 500 à 700 C ou aux environs dans le bain 12, puis chauffée de telle manière que la matière de la tige devienne sensi- blement austénitique, dans l'ordre de grandeur de température de
800 à 1100 C, par passage à travers le lit fluidisé 13.
La tige est ensuite rapidement trempée par le bain 14 à une température in- férieure à la température critique la plus basse et supérieure à la température de départ martensitique cette température étant dans l'ordre de 4000 à 600"C, et olle est maintenue à une telle température par passage à travers ce bain, pendant une période d'environ 8 secondes, la tige étant finalement trempée à partir
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de cette domine température dans le bain 15,
Un métal liquide convenable pour l'usage dans les bains 12 et 14 est le plomba et ce plomb est rais en circulation entre ces cieux bains au moyen des tuyaux de raccordement 16 entre leurs
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extrémités et d'une pompe électromagnétique ou mécanique IV, 00=0 il est indique. De plus, la circulation du plomb est telle que le courant de plomb dans les bains est à contre-sens du déplacement
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de la tige, eorrsne l'indiquent les flèches Pnr bain disposition$ la tige à haute température pénétrant dans le bain 14 est trempé* par transmission de chaleur au plomb, de sorte que .le plomb est
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chauffé.
Le plomb chauffé passe alors dans le bain 12 pour préchaulli fer la tige qui arrive avant ou' elle pénètre dans le lit fluidise bzz, de sorte que le plomb est refroidi et on le renvoie à l'extre- mité de sortie de la tige du bain 14 pour tremper la tige quittant
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le lit fluldisé 13.
Un cycle tel que celui-qui vient d'être décrit a une grande efficacité thermique et à part la liquéfaction initiale du
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plOMb ce cycle s'alimente de lui-même thermiquement en vertu de l'apport de chaleur de la tige quittant le lit fluldisé 13.
Les gradients de température dans les bains 12 et 14 dépendent de la vitesse de ponpage et celui-ci peut facilement être réglé pour obtenir les gradients que l'on souhaite et ainsi une température
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initiale de trempe nécessaire dans le bain 14* ? On a constata que la consommation d'énergie du lit tlt%lidi-1,' se diiniiiue quand diminue la vitesse de pompage, car Il w- résulte que la température du plomb passant du bain joz, au bain 12 augmente.
' C'aat.--d3re que plus de chaleur est transmise de la tige au plomb dans le bain 14 avec une vitesse de pompage plue lente et qu'en conséquence la tige est préchauffée à une température plus élevée dans le bain 12. Néanmoins, cela doit être mis en balance avec le désir d'une trempe initiale rapide de la tige à partir de la tempe-
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rature d'austénltlsation dans le bain 14, la vitesse de trempe et l'amplitude de celle-ci augmentant avec la vitesse-de circulation
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du p.cmï.
En pratique, un état permanent optimum peut être trouvé'
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oh la eonsointtfttlon d'énergie soit considérablement améliorée par rapport à lfappareillage habituel et avec la mène durée de trompe, suffisamment rapide pour produire les propriétés métallurgiques que
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l'on désire, à tout le moins au même degré" que dans l'appareillage ! usuel.
Dans le cas de notariaux de grec calibre les propriétés dé- sirables peuvent être obtenues h un derré beaucoup plus levé avec beaucoup moins de besoins énergétiques qu'auparavant Dans le cas d'un bain de préchAuffage initial et d'un bain de trerapt,. finftlt 11 et 15, un métal liquide convenable est l'alliage plomb-/bismuth et on préfère employer lyeutentique plomb/bismuth* Le plomb ne convient pas pour ces bains à cause de son point de fusion plus élevé par rapport aux températures exigées ' pour ces bains.
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Les bains 11 et 15 à leur tour sont raccordes par des tuyaux 18, associés à une pompe électromagnétique ou mécanique 19 d'une Manière semblable aux bains 12 et 14, afin de réaliser un contre-courant produisant un cycle thermique de efficacité et
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exigeant peu ou point d'apport de chaleur au cours du i-oetlonnercnt permanent outre celle qui est fournie par la tige qui quitte '" bain .t,.. D'autres formes de préchauffage Initial et de tretspe fina- le peuvent µtre employées également bien, quoique la forme ci-dessus dyéntianeexir de chnleiir à n*5tal liquida Boit préférée.
On a aussi constata que la trarsnission de chaleur à la
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tige et à partir de la tige ou (lu fil, lors de la trempe, est conni dérable,..ient entravée par les battitureo et, conformeront à une ca- ractéristique préférée de la présente invention, la tige en est débarrassée imm''diateHont avant d'entrer dans l'appareillage.
Egalement, conuao mesura pour maintenir la tige propre et le m'ta.1 liquide sarn.trloâr,nt d(ibarrangé (1 scories, on maintient une atmosphère protectrice noua la hotte 20 et, pour cette raison, la tige est disposée de façon a pénétrer dans l'appareillage de la figure 1 et à le quitter par des joints de métal liquide 21, étan-
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cthea aux gaz.
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Dana une forme modifiée de l'appareil de la figure 1, -on
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peut employer une zone a6parG 2.ie maintien, intermédiaire entre les bains 14 et 153 comme le montre la figure 2.
Cette zone de maintien peut être de toute forât convena-9 ble pour Maintenir la tige à une température appropriée,. le temps voulu, et obtenir la formation d'aine fine perlite; elle peut être constitués par une boucle ou une autre voie de passage par une zone'
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à température régifle, ou on peut employer un métal liquide nous forme de bain réglé individuellement au point de vue de la tempéra-* ture. Une telle zone de maintien séparée aéra préférable en tous cas si l'on ne peut obtenir de gradient de température autrement .
, favorable dans le bain 14 qu'eu prix de la parte de la température
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convenable a maintenir dans oo bain pour y obtenir la formation do fine perlite. ,
La figure 3 montre plus en détail une formo proférée de
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lit fluidîad pour le dispositif de la figure 1. Ce lit fluidisé est du type à recirculation ayant un ventilateur z3 pour la roo3.xaui.a tion deiine atmosphère fluidisante inerte au-dessous d'une plaque de distribution céramique perforée, 24.
Les parois de ce lit fluidi- sé sont établies en briques réfractaires résistant à haute tempéra-* ture de l'ordre de 1100 C, pour chauffer la tige à une température d'austénisation de 1.OQQ C, par exemple* \.jj La section diargio de la structura au-dessus du niveau du lit est employée pour réduire la vitesse de sortie du gaz de fluidisation et réduire ainsi le nombre de particules (suspendue*
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dans le gax qui risquent d'fttre emportées vers le ventilateur, de la plaque de distribution.
Dans le fonctionnement des dispositif des exemple ci-
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deautine la tige quitta l'appareil à une température d* l'ordre de 2500C à 3On6C et on pourra préférer, conformaient 4 une autre oa j1 ractéristique de la présente invention, eaployer cette chalour pour revêtir de borax et dessécher par elle-mrme la tige avant sa mise finale en bobine.
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Comme on l'a noté ci-dessus, dans le cas du fonctionne- ment à élément ou brins multiples, on préfère que le bain de trem- pe comporte sesiblement pour chaque élément un contra-courant de l'agent métallique liquide et cela peut se réaliser par l'emploi de chicanes appropriées dans le bain de trempe, afin d'obtenir des courants de l'agent liquide à lignes fuyantes, selon des voies de passade individuelles. La figure 4 montre un exemple de pareil dispositif et comprend une coupe longitudinale (a) et une vue en plan (b) .
La coupe de la figure 4 (a) montre la tige métallique où le fil métallique 30 émergeant d'un four 31, passe sur des ga- lets 32, par un bain de trempe 33 qui contient du plomb liquide 34 et au-dessus duquel on maintient normalement une atmosphère proteo- trice par des moyens non indiquas, bien que cela puisse ne pas être essentiel. Une pompe électromagnétique ou mécanique 35, associée à la tuyauterie 36 et aux tuyères 37, fait circuler le plomb liquide contre-courant du mouvement de la tire, comme l'indiquent les flèches. La pompe 35 et le tuyau 36 peuvent être à 1* intérieur du bain, comme il est indiqua ou extérieurs au bain.
Pour le fonctionnement à éléments ou brins multiples, on insère des plaques do chicane 38 séparant des voies pour les élé- mente individuels, comme l'illustre plus clairement la vue en plan (b),avec une tuyère 37 pénétrant dans chaque voie individuelle ainsi formée.
Des moyens de refroidissement additionnels, montrés sous forme d'un tube 39, par lequel passe tout fluide, réfrigérant con- venable, peuvent être employas et permettent de réaliser et de nain- tenir la température que l'on désire en ce point du bain. Ou encore, additionnellement, un tube de refroidissement peut être employé, avec le fluide qui le traverse, traversant aussi les moyens de pré- chauffage quand de tels moyens sont employés, comme dans le cas de la figure 1 par exemple.
Les avantages de la présente invention, qui sont particu- lièrement évidents dans le cas de tiges ou fil d'acier à haute
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teneur en carbone sont les suivants:
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On relise une économie d'0nergif# oon:Jit1r8bl. ainsi qu'une grande économie d'oncombrcnont zip comparaison des installa- tions de trcpe existantes} par exemple, une installation h 8 brins ou é10r1ents confori2e à la présente invention, pour le traite* ment de t1es de 5,556 Irzr.t au débit d'une tonne/heure peut avoir une longueur totale de 21-30 mitres et une consommation d'enorgif de 100-130 ktïe, CO]11pr4e à 5.-67 nôtres et 180-220 kWh pour une installation équivalente.
Les matériaux traitas auront en même temps au moins des propriétés équivalentes à celles de ceux qui sont produits par les
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installations existantes, L'e:nplo1 don lit fluidifié pour leausté- ni tho.tion peinât une croissance dU1'a1n suffisante pour réaliser un calibre de grain désirable et l'emploi d'dchane do chaleur par bain de îaétal liquide pour la trempe rapide permet la formation de fine perlite non résoluble, par maintien subséquent à la tempé- rature de transformation. Ainsi.. le traitement conforme à la prd. sente invention donne naissance à une matrice de très fine perlite
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ayant un calibre de grain rf flable et à une quantité sensiblement minimum de ferrite libre.
Bien que le chauffage à la température d'austénitisat1on par un bain fluldlsé ne soit pas aussi rapide que certaines autres méthodes de chauffage, il produit un chauffage trbs uniforme, de
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sorte que le traitement de brins multiples est facilement réalisa",, ble et qu'en fait on le préfère, pour compenser la vitesse un peu plus lente du chauffage.
Enfin, des propriétés métallurgiques considérablement amé.
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liorées peuvent être obtenues grâce à l'emploi de la présente in vention dans la cas de matériaux de gros calibre, comparées aux propriétés que l'on peut actuellement obtenir, en même temps que
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l'on réalise des économies d'énergie et djrzaarnbxaraalt....,.