CA1277214C - Procede de traitement thermique, hotte pour la mise en oeuvre de ce procede et son utilisation dans les fours de traitement thermique - Google Patents
Procede de traitement thermique, hotte pour la mise en oeuvre de ce procede et son utilisation dans les fours de traitement thermiqueInfo
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- CA1277214C CA1277214C CA000510863A CA510863A CA1277214C CA 1277214 C CA1277214 C CA 1277214C CA 000510863 A CA000510863 A CA 000510863A CA 510863 A CA510863 A CA 510863A CA 1277214 C CA1277214 C CA 1277214C
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de traitement thermique d'objets dans un four, une hotte pour la mise en oeuvre de ce procédé, ainsi que l'utilisation de procédé dans les fours de traitement thermique. Le procédé selon l'invntion est essentiellement caractérisé en ce qu'il consiste a créer un rideau de gaz non réactif ou inerte au moins à l'une des deux extrémités de la zone de traitement thermique (H.Z.) ou de refroidissement d'un four (C.Z.), ledit rideau étant sensiblement homogène et laminaire sur toute sa hauteur. L'utilisation de ce procédé permet, d'une part de réduire les débits de gaz nécessaire au traitement thermique et d'autre part, de réaliser un zonage précis du four de traitement thermique. L'invention s'applique particulièrement aux fours par le traitement thermique.
Description
~7~ 4 La presente invention concerne un procédé de traitement thermQq~e d'cbjets dans un four continu comportant au moins une zone de traitement thermique, proc~de dans lequel on cree une atmosphère de gaz non r~actif dans les conditions de traitement, à l'une au moins des extremites de ladite zone da traitement~
Dans les procedes de traitement thermique tels que la cementation, la nitruration, le frittage, le recuit, etc, il est generalement souhaitable de maintenir une atmosphère reductrice ou non oxydante dans le four de traitement. Pour de grandes series de pièces, les fours sont genéralement continus et ouverts à leurs extremites. Ils ccmportent une zone d'entree des objets à traiter thermiquement, une zone de traitement thermique ainsi que g~néralement une zone de refroidisse-ment, et une zone de sortie des objets. LR four comporte un systè~e d'avan oe des objets vers la zone de traitement thermique, la temperat~re des obje~s s'elevant progressivement au fur et ~ mesure de leur avance dans le four. Lorsque le traitement est termine, l'objet traverse generalement une zone de refroidissemen~ dans laquelle il est refroidi à
une temp~rature telle qu'aucune o~ydation de cet objet ne se produira à
l'air ambiant.
L'at sphère de traitement thermique requise, genéralement reductri oe ou neutre, est fournie au four par l'interm~diaire de generateurs endothermiques ou exothermiques ou par l'injection directe de melanges liquide-gaz appropries. L'injection de cette abmosphère s'effecbue generalement dans la zone de traitement thermique ou à
pr~ximite de oe lle-ci. Il est necessaire de realiser une surpression du gaz g~n~rateur d'abmosphère en son point d' mjection pour tenter d'eviter les renontees dans le four des espe`ces oxydantes contenues dans l'air.
Une premi~re solution ~ oe probl~me de rem~nt~e dans le four des espèces oxydantes a et~ d~crite dans le brevet americain US
3.467.366. Il est prevu à l'entree et ~ la sortie du four, une zone canfinee constituée d'une pluralit~ de rideaux d~fLnissant une pluralit~
- de chambres. Dans la chambre centrale est mjectëe une atmosph~re de gaz inerte, ~ l'aide d'un tube perfor~ place ~ la base de celle-ci, de manière à creer un bouchcn empachant l'alr ambiant de remanter dans l'atmDsph`ere du four et d'oxyder ainsi les pi~ces en cours de traitement.
Dans la chambre adjacente au four et ~ la chambre centrale, sont prevus des n~yens d'aspiration qui coope`rent avec ceux dis~5~s dans la chamhre ~'~,7721.~
centrale, de mani~re ~ aspirer l'a~,vsphère de cette chambre, éventuellement pollu~e par les esp~ces axydantes venant de la chambre centrale. L'air aspir~ est rejete dans l'atmosphere ext~rieure.
Le système decrit dans ce brevet permet en out~e d'eviter a l'atmosphère gazeuse du four d'être éjectee du four et se melanger à
l'air ambiant, ce qui conduit, bien entendu, à reduire la quantite de gaz injectee dans le fo~r de traitement pendant un intervalle de temps déteLminé.
La Demanderesse a constate qu'un tel syst~me comportait de ncmbreux inconvenients. En premier lieu, l'injection de gaz merte à
travers un tube perfore cree un courant tour~illonaire dans la chambre :
pour les perforations situees sur une me^me circonference du tube, la geamétrie tend ~ cree~r une première ~one tourbillonaire autour du tube.
Par ailleurs, l'amenée du gaz inerte étant effectuée à l'une des extr~mités du tube perfore, dant l'autre extremite est fern~ee, le yaz aura tendan oe , ~ diam2etre egal de perforation, à s'échapper par l'extr~mite située ~ proximite de la partie ferm~e et à creer au cantr~; re une aspiration par les perforations situees à proximite de l'arrivee du gaz inerte, cr~ant ainsi un deuxième courant tourbillonaire dans la chambre.
Ceci explique la ne oe ssite d'un syst~ne d'aspiration situe en aval de oe tte chambre, co~pte tenu du fait q~Ze les tcurbi~lons engendres dans ladite cha~bre c~eent necessalrement une aspiration d'air dans le four. Le sysb~me d'aspiration permet d'evacuer le melange air-gaz inerte avant que celui-ci ne Fuisse p~netrer dans la zone de traitement thermique du ~our.
Le syst~me decrit dans ce brevet necessite donc ~ la fois l'utilisatian d'une chambre de confinenent munie de rideaux et rempliP
d~une atmopsh~re inerte et d'un syst~nZe d'aspiration combiné à oelle-ci.
30Plus recemment, il a et~ propose dans la demande eurcp~enne EP
75.438, un proc~d~ de traitement thermique destin~ à eviter la penetration des esp~ces oxydantes dans un four.
Les zones d'entree et de sortie du four comportent une pluralite de rideaux disposes parall~lement entre-eux definissant une pluralite de chambres dans lesquelles est injecte un gaz inerte tel que l'azote. Cette injection s'effectue à travers une parni Ferforee situee au-dessus et/ou au-dessous desdites chambres. L'injection d'azote à
~277~4 travers ces parois perforees s'effectue à l'aidP d'un conduit devant lequel est plaoe un deflecteur, le gaz contournant celui-ci avant de penetrer par le~ perforations dans lesdites chambres.
On realise ainsi une surpression dans lesdites chambres, par rapport à la pression de l'atmosph~re de la zone de re~roidissement du four dont la pression est elle~me^me superieure à la pression de la zone de traitement thermique du four, oe tte derni~re et~nt superieure à la pression atmospherique.
Un tel dispositif presente un certain nombre d'inconvenients.
En prenLier lieu, la surpression Imposee aux chambres par rapport à
l'ensemble des differentes parties du four ne oessite l'utilisation d'un important volume d'azote. Par ailleurs, on constate egalement qu'il existe des courants tourbillo~naires entre les differentes chambres. En effet, le courant d'azote qui oontourne le deflecteur, arri~e sur la partie exterieure de la zone perfor~e avec une vitesse plus importante que sur la zone centrale. La perte de charge infligee au gaz lors de la traversee des ouvertures est donc plus faible dans oe tte ~ane centrale que dans les parties exterieures de la plaque perforee. Dans ces conditions, l'azote a tendance à penetrer dans les chambres centrales creant une aspiration à travers lesdites o wertures au niveau des parties exterieures de la plaque perfor~e, induisant ainsi un tourbillon d'azote à l'int~rieur du~it système. Ceci est particuli~rement gênant dans la premiere cha~bre qui se trouve situee directement en contact avec l'air exterieur. L'air est ainsi aspire dans le systeme puis redistribue avec l'azote dans les differentes chambres. Ce courant d'azote et d'air est ensuite entrain~ vers l' m terieur du four, dans la zone de traitement thermique. Il s'ensuit que l'abmosph~re de trai~ement oomporte une partie non négligeable d'esp~ces oxydantes prcvenant de l'air aspir~ ~
l'ext~rieur du four. Il est donc ne oe ssaire d'associer ~ ce syt~me une repartition de pressions des gaz allant en decroissant de la sortie du four vers la partie central~ de celui-ci.
Dans les deux syst~mes analyses ci-dessus, on consta~e donc les ne^mes inconv~nients à savoir essentiellement l'aspiration d'a~ r vers la zone de traite~ent thermique dudit four.
Bien que ces syst~mes p~esentent des am~liorations par rappoxt au systbme ant~rieur, dans lequel les extr~mi~s du foux etaient ouvertes, on constate que le prcbl~me des entr~es d'air dans le four ~2~
n'est pas compl~tement resolu par ceux-ci. Ceci signifie en particulier que les solutions exposees dans les deux brevets precedents ne peuvent pas s'appliquer ~ certains traitements thermiques tels que le recuit d'inox, car il est necessaire pour ce type d'applications, d'avoir une quantite d'oxygène extremement faible dans le fGur ainsi qu'au debut de la zone de refroidissement, ccmpte tenu de l'avidit~ du chrome pour l'oKyg~ne.
Le procedé selon l'invention permet d'éviter cet inconvenient.
Dans ce but, il est caracterisé en ce que ladite atm~sphere de gaz non reactif est créee par un rideau sensiblement homogene de gaz, injecté
dans un plan traverse p æ la direction d'avancee des pi~oe s à traiter, l'injection du gaz nan reactif s'effectNant dans des conditions telles qu'un regime d'ecoulement sensiblement lamunaire est maintenu sur tcute la hauteur du rideau de gaz non réactif.
La Demanderesse a en ef~et constaté que l'utilisation d'un rideau de gaz homogène et laninaire sur toute sa hauteur, evitait les phenomenes d'aspiration de l'air. On constate ainsi que le procede selon l'invention permet de simplifier notablement les dispositifs de mise en oeuvre de celui-ci, puisqu'il n'est alors ni necessaire d'adjoindre ~
l'ensemble un sysb~me d'aspiration ni né oe ssaire de prévoir une pluralité
de rideaux de gaz inerte.
De preference, le rideau de gaz sensiblement homog~ne est engendré ~ chacune des extr~mités du four, les pertes de charges induites par ceux-ci étant differentes l'une de l'autre, de manière à mcdifier la valeur relative des flux de gaz en entr~e et en sortie du four.
L'utilisation du proc~dé selo~ l'inNention peLmet en particulier le ?onage des fours de traitement thermique. Dans le cas o~
le four compte plusieurs points d'injection d'atmosphares differentRs, la pr~sence du rideau homogène de gaz inerte à l'une et/ou l'autre extr~mi e du four permet, suivant la mLdulation des d~bits de gaz neutre injecte dans chaque rideau, de mLdifier de manière distincte les oQnditions de sortie des gæ à chaque extr~mit~ du fcur, et ceci d'une manière importante ~ e aux pextes de charges impos~es au gaz en mLuve~ent à
l'interieur du four. Ceci entra~ne une m~dification des ecoulements gazeux de part et d'autre des points d'injection de gaz et permet, en palticulier, de creer entre deux points d'injecti~n une zone o~ la vitesse m~yenne de circulatio~ des gaz est nulle, resultant d'une pression sensiblement identique en ces deux points. Dans ce cas, on constate que les atmosphères inject~es en ces deux points diver~ent l'une par rapport ~ l'autre.
Lorsqu'il existe un point d'injection de gaz à pression plus elevee que celle des gaz injectees aux antres po mts, ce point d'injection permettra d'orienter les debits de gaz dans le fcur. S'il se trouve situ~ vers l'entr~e du four, le flux de gaz sera le meme que le sens d'avanoe des pi~ces. Inversement, s'il est situe ~ praximite de la sortie du four, le flux de gaz sera de sens contraire au sens d'avance des pi~ oe s dans le four.
On constate en particulier que 1'on peut mieux localiser la zone à pression m~ximun du four à l'endroit voulu, dans le cas d'une pluralite d'injections en des points dif~rents sans pour cela augmenter les debits des gaz actifs.
Le terme "gaz non reactif" utilise dans la presente demande signifie bien entendu un gaz iner~e ou non r~actif à l'egard des autres constituants de 1'atm~sphère du four ainsi que des pièces qui doivent 8tre traitees dans oe lui-ci. D'une mani~re generale, on utilisera oomme gaz non reactif l'aæote, bien que dans oertains cas il soit preferable d'utiliser l'argon ou eventuellement l'helium.
Le terme "gaz actif" designe le ou les gaz de l'atmosphere de traitement thermique.
Le terme "traitement thenmique" englobe ~ous les traitements thermiques que l'on fait subir habituelle~ent aux metaux, ceramiques, etc, ~ais s'adresse particulièrement au recuit des pi~ces m~talliques telles que l'acier inoK.
Le terme "zone de traitement thermique" signifie une ou plusieurs parties du four dans le~quelles scnt éventuellement disposes des ~cyens de chauffage, dans lesquelles scnt cr~es des atm~sph~res identiques ou differentes, chaque abm~sph~re ~ etant de preferen oe hcm~ge`ne. Il englobe egalement le cas o~ la chaleur pr~sente dans cette zone est issue de la piece elle~m~me qui entre dans la æone de traitement thermiq~e pour y subir une transformation telle que le lamunage ~ chaud, etc ..
Bien entendu, le proc~de selon l'invention est utilisable dans tous les fours oontinus du type horizontal ou vertical. Toutefois, dans le cas de fours verticaux, les conditions d'homcgen~it~ imposees aux - ~ ~77~
rideaux de gaz inerte sont telles que les zones d'entree et/ou de sortie munies des rideaux de gaz homogène selon l'invention devront 8tre situees dans des parties non verticales du four.
Habituellement, les gaz no~ reactifs ainsi que les gaz reactifs destines au traitement thermique des pieces sont injectes directement dans la zone de traitement thermique du four, ou à proximite de celle-ci.
Il est toutefois possible d'introduire ces gaz dans une partie de la zone de refroidissement ou eventuelle~ent dans ou à proximite de la zone d'entree dans le four. Dans toùs les cas, l'utilisation du-procede selon l'invention permettra de diriger le flux de ces gaz vers l'interieur du four et realiser un zonage de celui-ci.
Selon un autre aspect, le procede selon l'invention est caract~rise en ce que ladite atmosphère de gaz inerte ou non reactif est creee par un courant de gaz inerte injecte verticalement à l'entree du four sensiblement hcm3gène, selon un régime d'ecoule~ent laminaire avec un debit egal au debit d'air entrant dans le four en 1'absen oe d'injection de gaz inerte.
Bien entendu, l'injection d'un flux homogene et laminaire de gaz inerte sur toute la largeur du four et en particulier dans la zône situee à proximite du tapis d'entree des objets dans le four necessite des appareils particulièrement adapt~s, tels que la hotte qui sera décrite plus loin.
En 1'absence de mesure particulières selon le pro oede de l'invention, l'~'r pPnètre dans le four, par des phènomènes de convection naturelle, par la partie inferieure de la z8ne d'entr~e, car cet air est beauooup plus fIoid que l'atmosphère sortant du four. Dans ces ccnditions, on a constate que lorsque le rideau de gaz inerte ou non reactif est Lnject~ ~e haut en bas, la presence de rideaux, de preference refractaires~ de part et d'autre du rideau de gaz, est ne oe ssaire, ces rideaux s'etendent sensiblement jusqu'au tapis de transport des objets dans le four.
Inversement, lorsque le gæ est injecte de bas en haut, on a constate que la p~esence desdits rideaux rlefractaires n'etait pas necessaire. Par oontre, la presenoe de ces rideaux r~fractaires peut s'av~rer necessaire p~ur peLmettre la creation d'un zônage dans le fo~, c'est-`a-dire des ~nes successives d'atm~sphères determinees. Ces rideaux refractaires engendrent en effet une perte de chaIge suffisante ~
-~i~77~Lfl l'entree et/ou la sortie du fGur pour contrôler les courants gazeux d'atm~sphère, de leurs points d'injection jusqu'à l'entrée ou la sortie du four.
L'utilisation du procede selan l'invention s'avere particuli~rement efficace lorsque les fours continus comportent une z8ne d'entree de faible longueur et/ou une difference importante de temperature entre les gaz sortant du four et la température ambiante (par exemple, une difference de temperature superieure ~ 300C) Selon un mcde preferentiel de r~alisation, le rideau hamogène de gaz inerte sera cree à l'aide d'une hotte permettant de maintenir le flux de gaz non r~actif en regime laminaire et sensiblement homogène en tout point du rideau de gaz.
Pour parven~r à oe resultat, la h~tte selon 1'invention comporte :
- des mLyens d'injection de gaz inerte dans une chambre d'admission dont le fond est perfore, - des ~oyens permeables au gaz inerte, disposes sur le fond perfore de la chambre d'admission, penmettant de donner une vitesse très faible au flux de gaz inerte à la sortie de la plaque perforee sans prcvoquer de . perte de charge sensible au niveau du flux de gaz, - au moins un rideau de part et d'autre du flux de gaz, mobile autour d'un axe situ~ dans le plan du rideau, et disposé dans ie passage des pièces à traiter.
De preferen oe , la chambre d'admission cc~portera un fond perfore sensiblement rectangulaire, dont la longueur est ~gale à la largeur `du four sur le~uel la hotte est destinee ~ 8tr~ mLnt~e, la vitesse du gaz non réactif devan~ être s2ns~blement identigue en tout point de traversée de la plaque perfor~e et inférieure ~ :
1000 x n x (a + b) - / ~p x a x b) avec n = viscosite du gaz no~ r~actif utilis~ dans la hot~e, p = masse volumique dudit gaz non reactif, a = largeur du four et longueur de la plaque per~or~e rectangulaire, b = profondeur de la plaque rectangulaire per~or~e ~distance entre les deux rideaux).
Les rideaux utilisés dans cette hotte prendront de preference la forme de ceux d~crits dans le brevet américain cit~ plus haut, cette foIme de rideaux constitués d'une pluralit~ d'él~ments de longeurs 7'~1~
differentes etant mieux adaptee en particulier aux fours dans lesquels des abjets de differentes formes sont traites. Bien entendu le materiau constituant lesdits rideaux doit 8tre d'une part sans action sur le flux de gaz non reactif de la hotte et d'au~re part doit r~sister ~ux temperatures auquel il est scumis.
Comme moyen penmeable au gaz inerte et ccmportant les proprietes mentionnées plus haut, on a trouvé que des materiaux fritt~s, tels que les materiaux du type la me de roche, la me de quartz~ ou laine de verre, ayant une epaisseur d'au moins deux centimètres, convenaient particulièrement bien dans cette application.
La chambre dladmission du gaz inerte ou non reactif, a generalement une forme parallelipepedique, dont la base est constitu~e par la plaque perforee. On a constate que les meilleurs resultats de continuite et d'homcgeneib~ du rideau de gaz etaient obtenus lorsque la hauteur de oe tte chambre dladmission etait egale à au moins deux fois l'épaisseur du materiau penmeable au gaz neutre. De oe tte maniare, on ~vite pratiquement les gradients de pression et donc les turbulen oe s l'interieur de cette chambre d'admissian.
Les moyens d'injectio~ du gaz inerte dans la chambre d'admission seront gene~alement en ccmmunication avec celle-ci sur la face opposee ~ sa face perfor~e. Cn a constate qulil était preferable de disposer l'arrivee de gaz neutre sensiblement au centre de cette plaque, de manière à creer une syme~rie dans l'injeotion dudit gaz neutre.
Toutefois, il n'est pas toujours possible, compte tenu de la geometrie du four de traitement t ~ ique, d' ~jecter le gaz dans la partie sup~rieure de la chambre d'admission. Dans oe cas, ~n est donc contxaint de realiser cette injec*ion sur l'une des faces laterales de la chambre d'admissi~n. Il est alors preferable que le canal d'amen~e de gaz inerte soit relie à la chambre d'a~mission par l'interm~diaire d'une chambre de preadmission sensiblement symktrique autcur de l'axe d'arrivée du gaz inerte. De preference, la zone de liaison entre cette chambre de preadmission et la chambre d'admission sera constitu~e par des moyens permkables au gaz neutre identiques dans leur nature et leur structure ceux decrits ci-dessus. Cbci permet en particulier une arrivee de gaz, bien que n~n sym~triquR~ ~ des vitesses particulierem~nt faïbles, sans turbulenoe, ainsi qu'une homogen~ité de pression et de vitesse du gaz inexte dans la chambre d'admission, ce qul se traduit, compte tenu de la '~2t77Xl~
symetrie de l'ensemble, par une hcmogéneité du rideau d~ gaz inerte injecte à l'entré et/ou la sortie du four de traitement thermique.
L'invention cancerne également l'utilisation du procede dans un four de traitement thenmique, comportant une hotte telle que d~finie S ci~dessus, au ins ~ l'entree et/ou la sortie de celui-ci. Cette hotte sera de pr~ference disposee avec sa chambre d'admission placee au-dessus des pièces à traiter. Il est egalement possible de placer cette hotte dans la partie inferieure du four. Bien entendu, dans ce cas, la plaque perforée de la chambre d'admission sera en regard du passage des objets à
traiter, tandis que les rideaux qui permettent le confinement du flux de gaz homog~ne lamlnaire seront suspendus ~ la partie supérieure du four.
Dans d'autres cas, il est poss~ble ou souhaitable d'utiliser une hotte placee dans la partie superieure du four et mLnie de ses rideaux, tandis que l'on pla oe une seconde chambre d'admission dans la partie inferieure du four de mani~re à ce que le flux de gaz inerbe qui sort de la plaque perforee de cette seconde chambre soit situe entre les rideaux de la hotte superieure.
& lon un ncde prefer~ntiel de r~alisation, on disposera une hotte à chaque extr~mite du four, la pression de gaz inexte mjecte dans chacune des hott~s ~tant differente, les pertes de charges induites par chaque rideau de gaz etant differentes l'une de l'autre, de nanière à
modifier la valeur relative des flux de gaz en entrée et en sortie du four. Qn ~eut a m si orienter le flux desdits gaz de traitement thermique dans la direction vculue par rapport ~ la direction d'avanoe des pi~ces traiter. En particulier, on peut orienter le flux des gaz oontre-c3urant du sens d'avanoe des piaces, suivant le type de traitement therm`ique auquel sont soumises lesdites pie`ces. Dans oertains cas, oe tte différenoe de pression pcurra se traduire par l'absence d' mjection de gaz inerbe dans l'une des hottes.
L'inventio~ sera mdeux ccmprise ~ l'aide des exemples de r~al;sation suivants, donnés ~ titre non limitati~, conjointement avec les fi~ures qui representent :
- la figure 1, les variations de pression dans un four de traitement thermique avec et sans hotte, - la figure 2, une disposition sch~matique d'un four ou~ert, - la figure ~ et 3B, une vue de faGe et une vue de coupe d'une hotte utilisée dans le procédé suivant l'invention, 7tii~
- la figure 4A, 4B et 4C, les différentes dispositions possibles . d~s hottes dans un four selon l'invention, - la figure 5, une c ~ be montrant l'influence d'une hotte sur la concentration en espèces oxydantes à l'entrée d'un four ouvert continu de recuit de tubes en acier, - la figure 6, une ccurbe montrant l'influence d'une hotte sur la répartition des gaz a l'intérieur d'un four, - la figure 7A et 7B, une c~urb~ ntrant des profils de concentrat~on en ga~ carbonique et en eau: à l'entrée d'un four de recuit eh continu de feuillards, - la figure 8 illustre un exemple de réalisation du procédé selon l'invention, avec zônag~ du four, - la figure 9A et 9 représente ~des .v æ iantes préférentielles de réalisation de l'invention.
Sur la figure 1 t est représenté schématique~ent un four de traitement thermique ccmportdnt successivement une zcne d'entrée Hl suivie de la zone chaude de traite~ent thermique HZ, suivie d'une zone de refroidissement C~ à l'ex*remité de laquelle se trouve la zcne de sortie H2. Dans oe t exemple, l'.injection de gaz de traitement th~rmique, se fait au p~int Gl sensible~ent dans la zone de séparation de la zone chaude HZ
et de la zone de refroidissement CZ. Les courbes représentees au-dessus de la vue schematique de ce four montrent en ordonn~es la pression et en abscisses la distance du poLnt considéré par rapport ~ la zone d'entrée du four. La couxbe Cl représente les variations de pression du gaz de traitement thermique Lnject~ au point GI pour un four ouvert classique selon l'art anterieur. Dans ce cas, le mEu~mIm de pression du gaz de traitement theLmique est situé en GI, po m t d'injection de oe gaz, la pression du gaz, qui s'éloigne d~une part en direction de la zone chaude et d'autne part en direc*i~n de la zone de refroidi~sement, étant égale dans les zones Hl et H2 ~ la pression atmospherique. La ccurbe C3 montre -le profil des pressions dans le four après avoir place aux extr~mités de celui-ci un rideau de gaz inerte homog2ne selon l'invention. La pression est alors ~aintenue n~ximale aux points d'.Lnjection du gaz pour d~croitre jusqu'à une valeur qui reste supér.ieure a la pression atm~sph~rique au voisinage des zones d'entrée et/ou de sortie du four. Si l'on désigne par Pa la pnession atm~sph~rique, PhmaXi la pression maximale dans la hotbe, PtmaXi la pression maximale dans la zone de traitement the~mique et ~ 7~
PfmaXi la pression maximale dans la zone de refroidisse~ent du four, le proo~d~ selQn l'i~vention~ dans un ncde preferentiel, se caracterise par l'une des relations suivantes :
ou maxi PtmaXi > PfmaXi > Pa ~ xi < Pfmaxi > PtmaXi > Pa En pratique, Pt maxi ou Pf maxi sont de l'ordre de lO 1 ~ lO 2 Pascal au-dessus de la pression abmosphèrique.
La figure 2 represente une vue schematique d'un four ouvert à
tapis de recuit d'inax, selon l'invention. Ce four comporte successivement une hotte d'entree Hl decrite plus en details ci-apres;
une zone d'introduction IZ des pièces à traiter, de langeur Ll, une zone de traitement thermique HZ, dc longueur L2~ puis une zone de refroidissement CZ, de longueur L3 qui se teLmine par une hotte H2 identique à la hotte Xl. Differents points d'injection des gaz sont prevus notamment sensiblement au mllieu de la zone de refroidissement CZ, le point d'injection GIl, ~ la limite des zones de refroidissement CZ et de traitement thermique HZ le point d'injection GI2, ~ l'entree de la zone de traitement thermique HZ le point d'injection GI3 et ~ l'entrée de la ZQne I% le point d'injection GI4.
La figure 3 represente sur sa partie 3A une vue de face et sur sa partie 3B une vue en coupe d'une hotte selon llinvention~ Elle est constitu~e par un canal d'amenee 100 de gaz inerte relie ~ l'entree de la chambre de p ~ ission 103. Celle-ci, de ~orme sensiblement cylindrique, de diam~tre sensiblement ~gal à oe lui de la hauteur de la zone 107 de la chambre d'admission (voir ci-apresj comporte deux zones ayant sensiblement le m~me volume, une premiere zcne 120, suivie pour une secondb zQne d~limitee par deux plaques perforees 101, 102 entre lesquelles est disposé un matelas de la m e de roche 104. La paroi perforée 102 de ~ e dans la chambre d'admission 105 de forme sensiblement parall~lépipedique. Elle comporte une paroi superieu~e 106 et une paroi inférieure 109 perforees, oe tte paroi ~tant rev~tue d'un matelas de laine de roche 110, lui-~me recouve~t pOE une seoo~de paroi perforee 108. Entre la paroi 108 et la paroi sup~rieure 106 de cette cha~bre d'admission, se trcuve une chambre d'expansian du gaz 107. La hauteur de oe tte chambre d'expansion est au moins e~ale à la hauteur du tapis de laine de rcche 110. La chambre dladmission 105 est bordee lat~ralement par des parois lll et 112 ainsi gue 121 et 122. Yers la '~7~V~14 partie inferieure desdites parois 111 et 112 sont situees deux reglettes de fixati~n llS, 116 parallèles auxdites parois auxquelles sont accroches deux rideaux refractaires 113, 114. La hauteur de ces rideaux est telle que ceuxeci arrivent au contact du tapis d'avance des objets dans le four.
La figure 4 represente différentes possibilites de fixation des hottes dans un four, les me^mes ~lem~ents que ceux des figures precedentes portant les m&mes references.
La figure 4A représente schématiquement une hotte-fixée dans la partie superieure du four~ la figure 4B représente une hotte fixée dans la partie inférieure du four, tandis que la figure 4C représente une variante avec deux chambres de diffusion et une seule paire de rideaux.
Sur la figure 4~ 150 et 151 représentent respectivement les parois superieure et inférieure du four. Les rideaux réfractaires 113 et 114 s'étendent sensiblement jusqu'~ la paroi inferieure 151 du four.
Sur la figure 4B, les rideaux réfractaires 113, 114 sont fixés par leur réglettes de fixatiQn 115, 116 à la paroi supérieure 150 du four, tandis que la chambre d'expensiQn 205 (identique ~ la chambre 105 prec~demnent decrite) est fixee à la paroi m ferieure 151 du four, la plaque perforee de ladite chambre 105 etant bien entendu orientee vers la paroi superieure 150 du four. L'injection du gaz dans la chambre 205 s'effecbue par la canalisation 203, les extremités des rideaux 113 et 114 arrivant s~ns~blement au niveau de la paroi perforée de la chambre 205.
La figure 4C représente une variante avec une seule paire de rideaux et deux chambres d'admission respe~tivement 105 et 205. Les dispositions relatives des deux chambres 105 et 205, sensiblement identiques l'une ~ l'autre, sont telles que le~ rideaux r~fractaires 113 et 114 en position verticale viennent entourer la chambre dladmission 205, de ~nière ~ naintnir le gaz inject~ par les can31isations 103 et 203 entre lesdits rideaux 113 et 114.
E~ 1:
.
L'exemple ci-après co~cerne un fcur ouvert continu de recuit de tube acier. L'abmosph~re utilis~c dans ce four de recuit a sensïblement la cal!position suivante: 10 9~ de ii2, 8 % de-C!O, 4 % de a~2, 78 de N2 (en vol~re), point de ros5e: envir~n 0C.
Ce f~r ca~porte w}e zane de préc~hauffage P.H.Z~ de 3,50 n~tres de longueur suivi d'un~ zane de tra~t~nent the~nique ~ envimn 900C.
~'~77~1~
Dans la zone de préchauffage, les tubes en acier so~t progressivement amen~s à la tempkrature de la zone chaud La figure 5 illustre, à l'aide des courbes respectivement Jl et J2' le rapport des co~centrations en gaz carbonique et monoxyde de carbone en fonction de la distance dans le fcur par rapport à la zone d'entr~e. Dans cet exemple ccmparatif, une hotte ayant la structure representee à la figure 3 avec les dimensions donnees ci-après avait ete install~e à l'entre du four, la sortie de celui-ci s'effectuant diDectement sur l'atmosphère ambiante. La courbe J1 represente le rapport des concentrations CO/C02 en l'absence de flux lanunaire homogene d'azote dans la hotte, tandis que la courbe J2 represente le ~me rapport de concentration avec un flux hcmogene et lamunaire d'azote entre les rideaux refractaires de ladite hotte. On constate à 1'evidence que le rapport desdites concentrations est sensiblement constant sur toute la longueur de la zone du precha~ffage du four, lorsqu'un rideau homog~ne et lamln3ire d'azote circule entre les rideaux refractaires. Ceci montre l'interêt de l'utilisation d'une hotte selQn l'invention, puisque l'on retrcuve ainsi à l'entree du four le caract~re reductRur de l'at~osph~re vis-~-vis du metal traite.
La geometrie de la hotte utilisee etait la suivante :
Largeur : 1 m Profondeur : 0,15 m Epaisseur matelas de laine de roche : 0y05 m Hauteur chambre d'expansion : O,10 m Diamatre perforations . 2 mm Entre-axes de deux perforations successives : 4 mm Pas de chambre de pr~-admission.
Le d~bit d'azote dans la hotte était de 10 Nm3 par heure EXEMPL~ 2 :
Cet exemple a ete r~alis~ ~ 1'aide du four repr~sente Æ la figure 2.
Le fcur est un four c~vert ~ tapis de recuit d'inox. Les differentes ab~osph~res injectees aux points GIl, GI2, GI3, OE 4 du four sont represent~s dans le tableau ci-dessous :
~77;~14 : Points d'injections : FOUR AVEC HOqTES
et d~bits en m3/h : ~entree et sorti ) .
. _ , . .__ _ . _ GI2 5,4(N2) + 1,8(H2) _ _ . _ _ . . _ _ ... .
GI3 5,4(N2) . . _ . . . _ _ 10 : H : :
. (entr~e du fcur) . 0,5(N2) . . . _ , . _ _ . _ _ _ (sortle du four) : 2,4(N2) --_ . __ _ : D~bit total : 13,7(N2~ + 1~8(~2) :
La figure 6 ~ontre les concentra~ions en hydrog`ene dans le four.
La oourbe Dl represente la conoentration en hydrog~ne dans le four en l'absence de hot~e, tandis que la ccurbe D2 repre'sente la ooncentration en hydr~g`ene dans le four en utilisant le p ~ selon l'invention, r~sume dans le tableau ci-dessus. Le point d'injection GI2 est situ~ à la limite de la zone d~ chauffe de traitemRnt thermi~ue et de la zone de refroidissement du four. Selon l'inven ion, l'hydrcg~ne est presque exclusiv~ment irige v~rs la zcne de refroidissement du ~our. Les pieces-~ la sortie du fcur ne montrent auLune traoe d'oxydation.
La ccurbe Dl (four sans hotte) montre que, pratiquement sur tout~ la longueur de la zone chaude HZ du four de traitemYnt, (4 m~tres dans oe t exemple~, il y a une concentration significati~e d'hy ~ e.
Celle-ci varie approxima~iveme~t de 25 % au po m t d'injec*ion (7 ~tres de la zone d'en ~ e) à env ~ 1 ~ ~ 3 mètres de la zone d'entr~e du four. Au ~dlieu de cetbe zone chaude, cn trcuve une ooncentration d'envirRn 10 % en h~drog~ne.
7~14 La courbe D2 (four avec hottes selon l'invention) montre que la concentration en hydrogene est de l'ordre de 1 ~ ~ environ 6 metres de l'entree du four, les 3/4 de la zone chaude ne ccmportant pas d'hydrogène. Par contre, le profil de concentration en hydrogene avec ou sans hotte dans la zone de refroidissement CZ est senslble~ent identique.
Cet exemple montre les possibilites de zonage pr~cis des fours de traitement thermique à l'aide du proc~de selon l'in~ention.
EXEMPLE 3 :
Cet exemple a ete r~alisé dans le fcur de la figure 1. La zone de traitement thermique HZ ~tait à une temperature de 800C, avec une injection de gaz au p~int GI à la limite entre la zone chaude HZ et la zone de refroidissement CZ. Dans le cas present, on a place une hotte uniquement à l'entree Hl de la zone chaude, aucune hokte n'~tant disposee en sortie. L'atmosphere injectee est identique ~ cell~ de l'exemple 1, atmosph~re bien oonnue de l'homme de metier pour le recuit de feuillards en acier.
La figure 7A represente la concentration en yaz carbonique dans l'atmosph~re du four respectivement sans hotte ~El) et avec hotte tE2), en fonction de l'abscisse du point de mesure dans le fcur par rapport à
l'entree de oe lui-ci.
On constate qu'à environ 6 metres de l'entree du fcur, pcur une ZQne de traibement thermique d'une longeur totale de 20 m~tres, la con oe ntration en 2 est la mame dans les deux cas, tandis qu'on constabe une dimLnution de moitie de la con oentration en CO2 ~ 1 m~tre de l'entrée, dans le cas d'un fcur m~ni d'une hotte en entree selon l'invention.
Dans ce dernier cas, la cc~centration ein CQ2 ~ l'entr~e du fcur est sensible~ent ldentique ~ celle de l'a~,~sph~re injectee d~ns le f~ur, ce qui m~nt~e l'absence d'entr~e d'esp2 oe s oxydantes dans le fc~r utilisant le proc~d~ selon l'invention.
Les cour~es Fl et F2 de la figure 7B repr~sentent les variations du point de rosée en C dans un fcur respectivement sans hotte et avec h~tte par rapport à l'abscisse du point de mesure de celui-ci par rapport à 1'entreè. LR point de ros~e est nettem~nt abaisse, avec une hotte ~co~rbe F2) celuî-ci etant sensiblement identique dans les deu~ cas ~ 8 mètres de l'entree du fcur. Par cons~quent, la conoentration en H20, ~'~77~
expece oxydante, dans le fcur utilisant le procede selon l'invention est egalem,ent maintenue contante jusgu'à l'entree du four.
Dans oe s deux exemples, le debit de gaz neutre dans les hottes, c'est-~-dire l'azote dans le cas present, etait de 2,5 m3/heure.
La figure 8 illustre un ex~mple preferentiel de realisation du procede selon l'invention, necessitant au moins deux points d'injections de gaz dans le four de traitement. Cette variante se ~racterise par l'egalite des pressions aux points d'injections G.I. et G'~I'. du four.
Ceci per~et d'obtenir une zone CD dans le four dans laguelle la pression de gaz est sensiblement identique. Par consequent, on realise ainsi un excellent "zonage" du four puisque le gaz issu & point G.I. va se diriger presque exclusivement vers la sortie AB du four, tandis que le gaz issu du point d'injection G'.I'. va se diriger presque exclusive~ent vers la sortie EF du ~our. Seule une diffusion des gaz s'effectue dans la zone CD, diffusion ~ vitesse très faible. Si l'on applique, par exemple, cette variante de realis tion, au four de la figure 2, en choisissant d'injecter du gaz en G.I2. et G.I3. seule~ent, c'est-~-dire ~ l'entree et à la sortie de la zone chaude H.Z., celle-ci aura les caract~ristiques de la zone CD decrite ci-dessus. En particulier, on notera les relations suivantes concernant les pressions :
maxi PfmaXi > P ~ i > Pa Bien entendu, on peut conserver à la zone CD ses pr~prietes tout en r~alisant d'autres injections de gaz dans le four dans les zones BC et DE du four, ~ pression inferieure ~ Pt~aXi et PfnaXi.
Les figures 9A et 9B representent une variante préferentielle de l'invention dans laquelle un rideau de gaz ~ te ou inactif (N2 sur la figure) est utilis~ à l'entr~e seulement du four.
Sur la figure 9A, on a schematise le four, vue en coupe, uniquement au niveau de son entr~e 303 et de sa sortie 304. A l'entrée 303 du fcur est placee une hotte 305 munie de rideaux r~fractaires 306 et 307, tels qulillustr~s sur les figures 3 et 4, oe tte hotte etant solidaire de la ~ie haute 301 du four. Les rideaux r~fractaires ont leur extr~mite inferieure situee ~ proxImite de la partie basse 302 du fcur, g~n~ralement munie d'un tapis d'avance des cbjets ~ traiter tels que 308. Uhe distance de l'ordre de quelques centimètres entre l'ex~r~mite inferieure des rideaux 306 et 307 et la partie inf~rieure 302 du four convient bien en pratique. Aucun dispositif particulier n'est 7~
place à la sortie 304 du four. Pour déterminer le debit de gaz inerte ou inactif (generalement de l'azote) qui doit être injecte dans la hotte 305 de la manière decrite ci-avant, on mesure tout d'abord au niveau des rideaux 306 et 307, en l'absence d'injection d'azote, le debit d'air qui penètre dans le four par les ph~nom~nes de convection naturelle. Cette mesure s'effectue ~ l'aide d'un fil chaud, d'une mani~re connue en soi.
On injecte ensuite dans la hotte le m~me debit d'azote. On constate, ccmme cela est schematise par les fleches sur la figure, que l'azote s'écoule entre les rideaux, puis penètre dans le four ~ la place de l'air. Celui-ci, bien qu'attire vers l'entr~e s'ecoule le long du rideau 306 sans penétrer entre ceux-ci. On verifie aisement la dimunution importante du taux d'oxygene dans le four en mesurant la concentration de celui-ci à l'aide d'une sonde placée dans le four, au dela du rideau 307.
Sur la figure 9B, les me^mes elemEnts que ceux de la figure 9Aa portent les m~mes réf~rences. ~a hotte 305 est placee, dans cette variante, dans la partie inférieure du four, sans rideaux réfractaires.
Le réglage du debit d'azote s'effectue de la manière indiquée plus haut.
On constate oomme praceaemment que l'air arrivant ~ prOxLmité de l'entr~e du four ne pénètre pas dans celui-ci mais est entrainé ~ers le haut par le courant d'atmosphère sortant de la partie haute de l'en~ree du four.
L'utilisation du procedé illustré sur la figure 9 permet de réduire les d~bits d'atmosphare utilisee dans les fours de traitement thermique, quelque soit le nombre et la nature des points d'injection de gaz dans ceux-ci, pour sQn taux d'oxygane determun~ dans la zo^ne chaude du fcur. A titre d'exemple, un four continu ayant une zane d'entree de 2n, une zane chaude ~ 800C de 5m et une z8ne de re~roidissement à l'eau de lOm, ainsi qulune section d'entree d'environ 0,2m , conso~niit lorsque ses deux extrkmit~s etaient ouvertes 100 Nm3~h d'azote pour realiser une atmosph~re de protection destinee au recuit des pièces en cuivre. Apres avoir place deux rideaux réfractalres (dont l'extrkmite inferieure est moins de 5 cm de la partie basse du four) et la hotte appropriee ~
l'entree de la zône d'entr~e, on mesure la vitesse de l'air à l'entree du four, en l'absenoe d'azote d~ns la hotte. Celle-ci est de 37 cm~s~ On injecte alors de l'azote à 37 cm~s dans ladite hotte ce qui correspond à
35 un d~bit de 30 Nm /h d'azote. ~e d~bit d'azote dans le ~our peut être alors ramen~ ~ 20 N~ /h, pour une quantité identique des produits à la ~77~
sortie du four. On constate donc globalement une dImunution de 50 % des de'bits d'azote dans ce four.
Dans les procedes de traitement thermique tels que la cementation, la nitruration, le frittage, le recuit, etc, il est generalement souhaitable de maintenir une atmosphère reductrice ou non oxydante dans le four de traitement. Pour de grandes series de pièces, les fours sont genéralement continus et ouverts à leurs extremites. Ils ccmportent une zone d'entree des objets à traiter thermiquement, une zone de traitement thermique ainsi que g~néralement une zone de refroidisse-ment, et une zone de sortie des objets. LR four comporte un systè~e d'avan oe des objets vers la zone de traitement thermique, la temperat~re des obje~s s'elevant progressivement au fur et ~ mesure de leur avance dans le four. Lorsque le traitement est termine, l'objet traverse generalement une zone de refroidissemen~ dans laquelle il est refroidi à
une temp~rature telle qu'aucune o~ydation de cet objet ne se produira à
l'air ambiant.
L'at sphère de traitement thermique requise, genéralement reductri oe ou neutre, est fournie au four par l'interm~diaire de generateurs endothermiques ou exothermiques ou par l'injection directe de melanges liquide-gaz appropries. L'injection de cette abmosphère s'effecbue generalement dans la zone de traitement thermique ou à
pr~ximite de oe lle-ci. Il est necessaire de realiser une surpression du gaz g~n~rateur d'abmosphère en son point d' mjection pour tenter d'eviter les renontees dans le four des espe`ces oxydantes contenues dans l'air.
Une premi~re solution ~ oe probl~me de rem~nt~e dans le four des espèces oxydantes a et~ d~crite dans le brevet americain US
3.467.366. Il est prevu à l'entree et ~ la sortie du four, une zone canfinee constituée d'une pluralit~ de rideaux d~fLnissant une pluralit~
- de chambres. Dans la chambre centrale est mjectëe une atmosph~re de gaz inerte, ~ l'aide d'un tube perfor~ place ~ la base de celle-ci, de manière à creer un bouchcn empachant l'alr ambiant de remanter dans l'atmDsph`ere du four et d'oxyder ainsi les pi~ces en cours de traitement.
Dans la chambre adjacente au four et ~ la chambre centrale, sont prevus des n~yens d'aspiration qui coope`rent avec ceux dis~5~s dans la chamhre ~'~,7721.~
centrale, de mani~re ~ aspirer l'a~,vsphère de cette chambre, éventuellement pollu~e par les esp~ces axydantes venant de la chambre centrale. L'air aspir~ est rejete dans l'atmosphere ext~rieure.
Le système decrit dans ce brevet permet en out~e d'eviter a l'atmosphère gazeuse du four d'être éjectee du four et se melanger à
l'air ambiant, ce qui conduit, bien entendu, à reduire la quantite de gaz injectee dans le fo~r de traitement pendant un intervalle de temps déteLminé.
La Demanderesse a constate qu'un tel syst~me comportait de ncmbreux inconvenients. En premier lieu, l'injection de gaz merte à
travers un tube perfore cree un courant tour~illonaire dans la chambre :
pour les perforations situees sur une me^me circonference du tube, la geamétrie tend ~ cree~r une première ~one tourbillonaire autour du tube.
Par ailleurs, l'amenée du gaz inerte étant effectuée à l'une des extr~mités du tube perfore, dant l'autre extremite est fern~ee, le yaz aura tendan oe , ~ diam2etre egal de perforation, à s'échapper par l'extr~mite située ~ proximite de la partie ferm~e et à creer au cantr~; re une aspiration par les perforations situees à proximite de l'arrivee du gaz inerte, cr~ant ainsi un deuxième courant tourbillonaire dans la chambre.
Ceci explique la ne oe ssite d'un syst~ne d'aspiration situe en aval de oe tte chambre, co~pte tenu du fait q~Ze les tcurbi~lons engendres dans ladite cha~bre c~eent necessalrement une aspiration d'air dans le four. Le sysb~me d'aspiration permet d'evacuer le melange air-gaz inerte avant que celui-ci ne Fuisse p~netrer dans la zone de traitement thermique du ~our.
Le syst~me decrit dans ce brevet necessite donc ~ la fois l'utilisatian d'une chambre de confinenent munie de rideaux et rempliP
d~une atmopsh~re inerte et d'un syst~nZe d'aspiration combiné à oelle-ci.
30Plus recemment, il a et~ propose dans la demande eurcp~enne EP
75.438, un proc~d~ de traitement thermique destin~ à eviter la penetration des esp~ces oxydantes dans un four.
Les zones d'entree et de sortie du four comportent une pluralite de rideaux disposes parall~lement entre-eux definissant une pluralite de chambres dans lesquelles est injecte un gaz inerte tel que l'azote. Cette injection s'effectue à travers une parni Ferforee situee au-dessus et/ou au-dessous desdites chambres. L'injection d'azote à
~277~4 travers ces parois perforees s'effectue à l'aidP d'un conduit devant lequel est plaoe un deflecteur, le gaz contournant celui-ci avant de penetrer par le~ perforations dans lesdites chambres.
On realise ainsi une surpression dans lesdites chambres, par rapport à la pression de l'atmosph~re de la zone de re~roidissement du four dont la pression est elle~me^me superieure à la pression de la zone de traitement thermique du four, oe tte derni~re et~nt superieure à la pression atmospherique.
Un tel dispositif presente un certain nombre d'inconvenients.
En prenLier lieu, la surpression Imposee aux chambres par rapport à
l'ensemble des differentes parties du four ne oessite l'utilisation d'un important volume d'azote. Par ailleurs, on constate egalement qu'il existe des courants tourbillo~naires entre les differentes chambres. En effet, le courant d'azote qui oontourne le deflecteur, arri~e sur la partie exterieure de la zone perfor~e avec une vitesse plus importante que sur la zone centrale. La perte de charge infligee au gaz lors de la traversee des ouvertures est donc plus faible dans oe tte ~ane centrale que dans les parties exterieures de la plaque perforee. Dans ces conditions, l'azote a tendance à penetrer dans les chambres centrales creant une aspiration à travers lesdites o wertures au niveau des parties exterieures de la plaque perfor~e, induisant ainsi un tourbillon d'azote à l'int~rieur du~it système. Ceci est particuli~rement gênant dans la premiere cha~bre qui se trouve situee directement en contact avec l'air exterieur. L'air est ainsi aspire dans le systeme puis redistribue avec l'azote dans les differentes chambres. Ce courant d'azote et d'air est ensuite entrain~ vers l' m terieur du four, dans la zone de traitement thermique. Il s'ensuit que l'abmosph~re de trai~ement oomporte une partie non négligeable d'esp~ces oxydantes prcvenant de l'air aspir~ ~
l'ext~rieur du four. Il est donc ne oe ssaire d'associer ~ ce syt~me une repartition de pressions des gaz allant en decroissant de la sortie du four vers la partie central~ de celui-ci.
Dans les deux syst~mes analyses ci-dessus, on consta~e donc les ne^mes inconv~nients à savoir essentiellement l'aspiration d'a~ r vers la zone de traite~ent thermique dudit four.
Bien que ces syst~mes p~esentent des am~liorations par rappoxt au systbme ant~rieur, dans lequel les extr~mi~s du foux etaient ouvertes, on constate que le prcbl~me des entr~es d'air dans le four ~2~
n'est pas compl~tement resolu par ceux-ci. Ceci signifie en particulier que les solutions exposees dans les deux brevets precedents ne peuvent pas s'appliquer ~ certains traitements thermiques tels que le recuit d'inox, car il est necessaire pour ce type d'applications, d'avoir une quantite d'oxygène extremement faible dans le fGur ainsi qu'au debut de la zone de refroidissement, ccmpte tenu de l'avidit~ du chrome pour l'oKyg~ne.
Le procedé selon l'invention permet d'éviter cet inconvenient.
Dans ce but, il est caracterisé en ce que ladite atm~sphere de gaz non reactif est créee par un rideau sensiblement homogene de gaz, injecté
dans un plan traverse p æ la direction d'avancee des pi~oe s à traiter, l'injection du gaz nan reactif s'effectNant dans des conditions telles qu'un regime d'ecoulement sensiblement lamunaire est maintenu sur tcute la hauteur du rideau de gaz non réactif.
La Demanderesse a en ef~et constaté que l'utilisation d'un rideau de gaz homogène et laninaire sur toute sa hauteur, evitait les phenomenes d'aspiration de l'air. On constate ainsi que le procede selon l'invention permet de simplifier notablement les dispositifs de mise en oeuvre de celui-ci, puisqu'il n'est alors ni necessaire d'adjoindre ~
l'ensemble un sysb~me d'aspiration ni né oe ssaire de prévoir une pluralité
de rideaux de gaz inerte.
De preference, le rideau de gaz sensiblement homog~ne est engendré ~ chacune des extr~mités du four, les pertes de charges induites par ceux-ci étant differentes l'une de l'autre, de manière à mcdifier la valeur relative des flux de gaz en entr~e et en sortie du four.
L'utilisation du proc~dé selo~ l'inNention peLmet en particulier le ?onage des fours de traitement thermique. Dans le cas o~
le four compte plusieurs points d'injection d'atmosphares differentRs, la pr~sence du rideau homogène de gaz inerte à l'une et/ou l'autre extr~mi e du four permet, suivant la mLdulation des d~bits de gaz neutre injecte dans chaque rideau, de mLdifier de manière distincte les oQnditions de sortie des gæ à chaque extr~mit~ du fcur, et ceci d'une manière importante ~ e aux pextes de charges impos~es au gaz en mLuve~ent à
l'interieur du four. Ceci entra~ne une m~dification des ecoulements gazeux de part et d'autre des points d'injection de gaz et permet, en palticulier, de creer entre deux points d'injecti~n une zone o~ la vitesse m~yenne de circulatio~ des gaz est nulle, resultant d'une pression sensiblement identique en ces deux points. Dans ce cas, on constate que les atmosphères inject~es en ces deux points diver~ent l'une par rapport ~ l'autre.
Lorsqu'il existe un point d'injection de gaz à pression plus elevee que celle des gaz injectees aux antres po mts, ce point d'injection permettra d'orienter les debits de gaz dans le fcur. S'il se trouve situ~ vers l'entr~e du four, le flux de gaz sera le meme que le sens d'avanoe des pi~ces. Inversement, s'il est situe ~ praximite de la sortie du four, le flux de gaz sera de sens contraire au sens d'avance des pi~ oe s dans le four.
On constate en particulier que 1'on peut mieux localiser la zone à pression m~ximun du four à l'endroit voulu, dans le cas d'une pluralite d'injections en des points dif~rents sans pour cela augmenter les debits des gaz actifs.
Le terme "gaz non reactif" utilise dans la presente demande signifie bien entendu un gaz iner~e ou non r~actif à l'egard des autres constituants de 1'atm~sphère du four ainsi que des pièces qui doivent 8tre traitees dans oe lui-ci. D'une mani~re generale, on utilisera oomme gaz non reactif l'aæote, bien que dans oertains cas il soit preferable d'utiliser l'argon ou eventuellement l'helium.
Le terme "gaz actif" designe le ou les gaz de l'atmosphere de traitement thermique.
Le terme "traitement thenmique" englobe ~ous les traitements thermiques que l'on fait subir habituelle~ent aux metaux, ceramiques, etc, ~ais s'adresse particulièrement au recuit des pi~ces m~talliques telles que l'acier inoK.
Le terme "zone de traitement thermique" signifie une ou plusieurs parties du four dans le~quelles scnt éventuellement disposes des ~cyens de chauffage, dans lesquelles scnt cr~es des atm~sph~res identiques ou differentes, chaque abm~sph~re ~ etant de preferen oe hcm~ge`ne. Il englobe egalement le cas o~ la chaleur pr~sente dans cette zone est issue de la piece elle~m~me qui entre dans la æone de traitement thermiq~e pour y subir une transformation telle que le lamunage ~ chaud, etc ..
Bien entendu, le proc~de selon l'invention est utilisable dans tous les fours oontinus du type horizontal ou vertical. Toutefois, dans le cas de fours verticaux, les conditions d'homcgen~it~ imposees aux - ~ ~77~
rideaux de gaz inerte sont telles que les zones d'entree et/ou de sortie munies des rideaux de gaz homogène selon l'invention devront 8tre situees dans des parties non verticales du four.
Habituellement, les gaz no~ reactifs ainsi que les gaz reactifs destines au traitement thermique des pieces sont injectes directement dans la zone de traitement thermique du four, ou à proximite de celle-ci.
Il est toutefois possible d'introduire ces gaz dans une partie de la zone de refroidissement ou eventuelle~ent dans ou à proximite de la zone d'entree dans le four. Dans toùs les cas, l'utilisation du-procede selon l'invention permettra de diriger le flux de ces gaz vers l'interieur du four et realiser un zonage de celui-ci.
Selon un autre aspect, le procede selon l'invention est caract~rise en ce que ladite atmosphère de gaz inerte ou non reactif est creee par un courant de gaz inerte injecte verticalement à l'entree du four sensiblement hcm3gène, selon un régime d'ecoule~ent laminaire avec un debit egal au debit d'air entrant dans le four en 1'absen oe d'injection de gaz inerte.
Bien entendu, l'injection d'un flux homogene et laminaire de gaz inerte sur toute la largeur du four et en particulier dans la zône situee à proximite du tapis d'entree des objets dans le four necessite des appareils particulièrement adapt~s, tels que la hotte qui sera décrite plus loin.
En 1'absence de mesure particulières selon le pro oede de l'invention, l'~'r pPnètre dans le four, par des phènomènes de convection naturelle, par la partie inferieure de la z8ne d'entr~e, car cet air est beauooup plus fIoid que l'atmosphère sortant du four. Dans ces ccnditions, on a constate que lorsque le rideau de gaz inerte ou non reactif est Lnject~ ~e haut en bas, la presence de rideaux, de preference refractaires~ de part et d'autre du rideau de gaz, est ne oe ssaire, ces rideaux s'etendent sensiblement jusqu'au tapis de transport des objets dans le four.
Inversement, lorsque le gæ est injecte de bas en haut, on a constate que la p~esence desdits rideaux rlefractaires n'etait pas necessaire. Par oontre, la presenoe de ces rideaux r~fractaires peut s'av~rer necessaire p~ur peLmettre la creation d'un zônage dans le fo~, c'est-`a-dire des ~nes successives d'atm~sphères determinees. Ces rideaux refractaires engendrent en effet une perte de chaIge suffisante ~
-~i~77~Lfl l'entree et/ou la sortie du fGur pour contrôler les courants gazeux d'atm~sphère, de leurs points d'injection jusqu'à l'entrée ou la sortie du four.
L'utilisation du procede selan l'invention s'avere particuli~rement efficace lorsque les fours continus comportent une z8ne d'entree de faible longueur et/ou une difference importante de temperature entre les gaz sortant du four et la température ambiante (par exemple, une difference de temperature superieure ~ 300C) Selon un mcde preferentiel de r~alisation, le rideau hamogène de gaz inerte sera cree à l'aide d'une hotte permettant de maintenir le flux de gaz non r~actif en regime laminaire et sensiblement homogène en tout point du rideau de gaz.
Pour parven~r à oe resultat, la h~tte selon 1'invention comporte :
- des mLyens d'injection de gaz inerte dans une chambre d'admission dont le fond est perfore, - des ~oyens permeables au gaz inerte, disposes sur le fond perfore de la chambre d'admission, penmettant de donner une vitesse très faible au flux de gaz inerte à la sortie de la plaque perforee sans prcvoquer de . perte de charge sensible au niveau du flux de gaz, - au moins un rideau de part et d'autre du flux de gaz, mobile autour d'un axe situ~ dans le plan du rideau, et disposé dans ie passage des pièces à traiter.
De preferen oe , la chambre d'admission cc~portera un fond perfore sensiblement rectangulaire, dont la longueur est ~gale à la largeur `du four sur le~uel la hotte est destinee ~ 8tr~ mLnt~e, la vitesse du gaz non réactif devan~ être s2ns~blement identigue en tout point de traversée de la plaque perfor~e et inférieure ~ :
1000 x n x (a + b) - / ~p x a x b) avec n = viscosite du gaz no~ r~actif utilis~ dans la hot~e, p = masse volumique dudit gaz non reactif, a = largeur du four et longueur de la plaque per~or~e rectangulaire, b = profondeur de la plaque rectangulaire per~or~e ~distance entre les deux rideaux).
Les rideaux utilisés dans cette hotte prendront de preference la forme de ceux d~crits dans le brevet américain cit~ plus haut, cette foIme de rideaux constitués d'une pluralit~ d'él~ments de longeurs 7'~1~
differentes etant mieux adaptee en particulier aux fours dans lesquels des abjets de differentes formes sont traites. Bien entendu le materiau constituant lesdits rideaux doit 8tre d'une part sans action sur le flux de gaz non reactif de la hotte et d'au~re part doit r~sister ~ux temperatures auquel il est scumis.
Comme moyen penmeable au gaz inerte et ccmportant les proprietes mentionnées plus haut, on a trouvé que des materiaux fritt~s, tels que les materiaux du type la me de roche, la me de quartz~ ou laine de verre, ayant une epaisseur d'au moins deux centimètres, convenaient particulièrement bien dans cette application.
La chambre dladmission du gaz inerte ou non reactif, a generalement une forme parallelipepedique, dont la base est constitu~e par la plaque perforee. On a constate que les meilleurs resultats de continuite et d'homcgeneib~ du rideau de gaz etaient obtenus lorsque la hauteur de oe tte chambre dladmission etait egale à au moins deux fois l'épaisseur du materiau penmeable au gaz neutre. De oe tte maniare, on ~vite pratiquement les gradients de pression et donc les turbulen oe s l'interieur de cette chambre d'admissian.
Les moyens d'injectio~ du gaz inerte dans la chambre d'admission seront gene~alement en ccmmunication avec celle-ci sur la face opposee ~ sa face perfor~e. Cn a constate qulil était preferable de disposer l'arrivee de gaz neutre sensiblement au centre de cette plaque, de manière à creer une syme~rie dans l'injeotion dudit gaz neutre.
Toutefois, il n'est pas toujours possible, compte tenu de la geometrie du four de traitement t ~ ique, d' ~jecter le gaz dans la partie sup~rieure de la chambre d'admission. Dans oe cas, ~n est donc contxaint de realiser cette injec*ion sur l'une des faces laterales de la chambre d'admissi~n. Il est alors preferable que le canal d'amen~e de gaz inerte soit relie à la chambre d'a~mission par l'interm~diaire d'une chambre de preadmission sensiblement symktrique autcur de l'axe d'arrivée du gaz inerte. De preference, la zone de liaison entre cette chambre de preadmission et la chambre d'admission sera constitu~e par des moyens permkables au gaz neutre identiques dans leur nature et leur structure ceux decrits ci-dessus. Cbci permet en particulier une arrivee de gaz, bien que n~n sym~triquR~ ~ des vitesses particulierem~nt faïbles, sans turbulenoe, ainsi qu'une homogen~ité de pression et de vitesse du gaz inexte dans la chambre d'admission, ce qul se traduit, compte tenu de la '~2t77Xl~
symetrie de l'ensemble, par une hcmogéneité du rideau d~ gaz inerte injecte à l'entré et/ou la sortie du four de traitement thermique.
L'invention cancerne également l'utilisation du procede dans un four de traitement thenmique, comportant une hotte telle que d~finie S ci~dessus, au ins ~ l'entree et/ou la sortie de celui-ci. Cette hotte sera de pr~ference disposee avec sa chambre d'admission placee au-dessus des pièces à traiter. Il est egalement possible de placer cette hotte dans la partie inferieure du four. Bien entendu, dans ce cas, la plaque perforée de la chambre d'admission sera en regard du passage des objets à
traiter, tandis que les rideaux qui permettent le confinement du flux de gaz homog~ne lamlnaire seront suspendus ~ la partie supérieure du four.
Dans d'autres cas, il est poss~ble ou souhaitable d'utiliser une hotte placee dans la partie superieure du four et mLnie de ses rideaux, tandis que l'on pla oe une seconde chambre d'admission dans la partie inferieure du four de mani~re à ce que le flux de gaz inerbe qui sort de la plaque perforee de cette seconde chambre soit situe entre les rideaux de la hotte superieure.
& lon un ncde prefer~ntiel de r~alisation, on disposera une hotte à chaque extr~mite du four, la pression de gaz inexte mjecte dans chacune des hott~s ~tant differente, les pertes de charges induites par chaque rideau de gaz etant differentes l'une de l'autre, de nanière à
modifier la valeur relative des flux de gaz en entrée et en sortie du four. Qn ~eut a m si orienter le flux desdits gaz de traitement thermique dans la direction vculue par rapport ~ la direction d'avanoe des pi~ces traiter. En particulier, on peut orienter le flux des gaz oontre-c3urant du sens d'avanoe des piaces, suivant le type de traitement therm`ique auquel sont soumises lesdites pie`ces. Dans oertains cas, oe tte différenoe de pression pcurra se traduire par l'absence d' mjection de gaz inerbe dans l'une des hottes.
L'inventio~ sera mdeux ccmprise ~ l'aide des exemples de r~al;sation suivants, donnés ~ titre non limitati~, conjointement avec les fi~ures qui representent :
- la figure 1, les variations de pression dans un four de traitement thermique avec et sans hotte, - la figure 2, une disposition sch~matique d'un four ou~ert, - la figure ~ et 3B, une vue de faGe et une vue de coupe d'une hotte utilisée dans le procédé suivant l'invention, 7tii~
- la figure 4A, 4B et 4C, les différentes dispositions possibles . d~s hottes dans un four selon l'invention, - la figure 5, une c ~ be montrant l'influence d'une hotte sur la concentration en espèces oxydantes à l'entrée d'un four ouvert continu de recuit de tubes en acier, - la figure 6, une ccurbe montrant l'influence d'une hotte sur la répartition des gaz a l'intérieur d'un four, - la figure 7A et 7B, une c~urb~ ntrant des profils de concentrat~on en ga~ carbonique et en eau: à l'entrée d'un four de recuit eh continu de feuillards, - la figure 8 illustre un exemple de réalisation du procédé selon l'invention, avec zônag~ du four, - la figure 9A et 9 représente ~des .v æ iantes préférentielles de réalisation de l'invention.
Sur la figure 1 t est représenté schématique~ent un four de traitement thermique ccmportdnt successivement une zcne d'entrée Hl suivie de la zone chaude de traite~ent thermique HZ, suivie d'une zone de refroidissement C~ à l'ex*remité de laquelle se trouve la zcne de sortie H2. Dans oe t exemple, l'.injection de gaz de traitement th~rmique, se fait au p~int Gl sensible~ent dans la zone de séparation de la zone chaude HZ
et de la zone de refroidissement CZ. Les courbes représentees au-dessus de la vue schematique de ce four montrent en ordonn~es la pression et en abscisses la distance du poLnt considéré par rapport ~ la zone d'entrée du four. La couxbe Cl représente les variations de pression du gaz de traitement thermique Lnject~ au point GI pour un four ouvert classique selon l'art anterieur. Dans ce cas, le mEu~mIm de pression du gaz de traitement theLmique est situé en GI, po m t d'injection de oe gaz, la pression du gaz, qui s'éloigne d~une part en direction de la zone chaude et d'autne part en direc*i~n de la zone de refroidi~sement, étant égale dans les zones Hl et H2 ~ la pression atmospherique. La ccurbe C3 montre -le profil des pressions dans le four après avoir place aux extr~mités de celui-ci un rideau de gaz inerte homog2ne selon l'invention. La pression est alors ~aintenue n~ximale aux points d'.Lnjection du gaz pour d~croitre jusqu'à une valeur qui reste supér.ieure a la pression atm~sph~rique au voisinage des zones d'entrée et/ou de sortie du four. Si l'on désigne par Pa la pnession atm~sph~rique, PhmaXi la pression maximale dans la hotbe, PtmaXi la pression maximale dans la zone de traitement the~mique et ~ 7~
PfmaXi la pression maximale dans la zone de refroidisse~ent du four, le proo~d~ selQn l'i~vention~ dans un ncde preferentiel, se caracterise par l'une des relations suivantes :
ou maxi PtmaXi > PfmaXi > Pa ~ xi < Pfmaxi > PtmaXi > Pa En pratique, Pt maxi ou Pf maxi sont de l'ordre de lO 1 ~ lO 2 Pascal au-dessus de la pression abmosphèrique.
La figure 2 represente une vue schematique d'un four ouvert à
tapis de recuit d'inax, selon l'invention. Ce four comporte successivement une hotte d'entree Hl decrite plus en details ci-apres;
une zone d'introduction IZ des pièces à traiter, de langeur Ll, une zone de traitement thermique HZ, dc longueur L2~ puis une zone de refroidissement CZ, de longueur L3 qui se teLmine par une hotte H2 identique à la hotte Xl. Differents points d'injection des gaz sont prevus notamment sensiblement au mllieu de la zone de refroidissement CZ, le point d'injection GIl, ~ la limite des zones de refroidissement CZ et de traitement thermique HZ le point d'injection GI2, ~ l'entree de la zone de traitement thermique HZ le point d'injection GI3 et ~ l'entrée de la ZQne I% le point d'injection GI4.
La figure 3 represente sur sa partie 3A une vue de face et sur sa partie 3B une vue en coupe d'une hotte selon llinvention~ Elle est constitu~e par un canal d'amenee 100 de gaz inerte relie ~ l'entree de la chambre de p ~ ission 103. Celle-ci, de ~orme sensiblement cylindrique, de diam~tre sensiblement ~gal à oe lui de la hauteur de la zone 107 de la chambre d'admission (voir ci-apresj comporte deux zones ayant sensiblement le m~me volume, une premiere zcne 120, suivie pour une secondb zQne d~limitee par deux plaques perforees 101, 102 entre lesquelles est disposé un matelas de la m e de roche 104. La paroi perforée 102 de ~ e dans la chambre d'admission 105 de forme sensiblement parall~lépipedique. Elle comporte une paroi superieu~e 106 et une paroi inférieure 109 perforees, oe tte paroi ~tant rev~tue d'un matelas de laine de roche 110, lui-~me recouve~t pOE une seoo~de paroi perforee 108. Entre la paroi 108 et la paroi sup~rieure 106 de cette cha~bre d'admission, se trcuve une chambre d'expansian du gaz 107. La hauteur de oe tte chambre d'expansion est au moins e~ale à la hauteur du tapis de laine de rcche 110. La chambre dladmission 105 est bordee lat~ralement par des parois lll et 112 ainsi gue 121 et 122. Yers la '~7~V~14 partie inferieure desdites parois 111 et 112 sont situees deux reglettes de fixati~n llS, 116 parallèles auxdites parois auxquelles sont accroches deux rideaux refractaires 113, 114. La hauteur de ces rideaux est telle que ceuxeci arrivent au contact du tapis d'avance des objets dans le four.
La figure 4 represente différentes possibilites de fixation des hottes dans un four, les me^mes ~lem~ents que ceux des figures precedentes portant les m&mes references.
La figure 4A représente schématiquement une hotte-fixée dans la partie superieure du four~ la figure 4B représente une hotte fixée dans la partie inférieure du four, tandis que la figure 4C représente une variante avec deux chambres de diffusion et une seule paire de rideaux.
Sur la figure 4~ 150 et 151 représentent respectivement les parois superieure et inférieure du four. Les rideaux réfractaires 113 et 114 s'étendent sensiblement jusqu'~ la paroi inferieure 151 du four.
Sur la figure 4B, les rideaux réfractaires 113, 114 sont fixés par leur réglettes de fixatiQn 115, 116 à la paroi supérieure 150 du four, tandis que la chambre d'expensiQn 205 (identique ~ la chambre 105 prec~demnent decrite) est fixee à la paroi m ferieure 151 du four, la plaque perforee de ladite chambre 105 etant bien entendu orientee vers la paroi superieure 150 du four. L'injection du gaz dans la chambre 205 s'effecbue par la canalisation 203, les extremités des rideaux 113 et 114 arrivant s~ns~blement au niveau de la paroi perforée de la chambre 205.
La figure 4C représente une variante avec une seule paire de rideaux et deux chambres d'admission respe~tivement 105 et 205. Les dispositions relatives des deux chambres 105 et 205, sensiblement identiques l'une ~ l'autre, sont telles que le~ rideaux r~fractaires 113 et 114 en position verticale viennent entourer la chambre dladmission 205, de ~nière ~ naintnir le gaz inject~ par les can31isations 103 et 203 entre lesdits rideaux 113 et 114.
E~ 1:
.
L'exemple ci-après co~cerne un fcur ouvert continu de recuit de tube acier. L'abmosph~re utilis~c dans ce four de recuit a sensïblement la cal!position suivante: 10 9~ de ii2, 8 % de-C!O, 4 % de a~2, 78 de N2 (en vol~re), point de ros5e: envir~n 0C.
Ce f~r ca~porte w}e zane de préc~hauffage P.H.Z~ de 3,50 n~tres de longueur suivi d'un~ zane de tra~t~nent the~nique ~ envimn 900C.
~'~77~1~
Dans la zone de préchauffage, les tubes en acier so~t progressivement amen~s à la tempkrature de la zone chaud La figure 5 illustre, à l'aide des courbes respectivement Jl et J2' le rapport des co~centrations en gaz carbonique et monoxyde de carbone en fonction de la distance dans le fcur par rapport à la zone d'entr~e. Dans cet exemple ccmparatif, une hotte ayant la structure representee à la figure 3 avec les dimensions donnees ci-après avait ete install~e à l'entre du four, la sortie de celui-ci s'effectuant diDectement sur l'atmosphère ambiante. La courbe J1 represente le rapport des concentrations CO/C02 en l'absence de flux lanunaire homogene d'azote dans la hotte, tandis que la courbe J2 represente le ~me rapport de concentration avec un flux hcmogene et lamunaire d'azote entre les rideaux refractaires de ladite hotte. On constate à 1'evidence que le rapport desdites concentrations est sensiblement constant sur toute la longueur de la zone du precha~ffage du four, lorsqu'un rideau homog~ne et lamln3ire d'azote circule entre les rideaux refractaires. Ceci montre l'interêt de l'utilisation d'une hotte selQn l'invention, puisque l'on retrcuve ainsi à l'entree du four le caract~re reductRur de l'at~osph~re vis-~-vis du metal traite.
La geometrie de la hotte utilisee etait la suivante :
Largeur : 1 m Profondeur : 0,15 m Epaisseur matelas de laine de roche : 0y05 m Hauteur chambre d'expansion : O,10 m Diamatre perforations . 2 mm Entre-axes de deux perforations successives : 4 mm Pas de chambre de pr~-admission.
Le d~bit d'azote dans la hotte était de 10 Nm3 par heure EXEMPL~ 2 :
Cet exemple a ete r~alis~ ~ 1'aide du four repr~sente Æ la figure 2.
Le fcur est un four c~vert ~ tapis de recuit d'inox. Les differentes ab~osph~res injectees aux points GIl, GI2, GI3, OE 4 du four sont represent~s dans le tableau ci-dessous :
~77;~14 : Points d'injections : FOUR AVEC HOqTES
et d~bits en m3/h : ~entree et sorti ) .
. _ , . .__ _ . _ GI2 5,4(N2) + 1,8(H2) _ _ . _ _ . . _ _ ... .
GI3 5,4(N2) . . _ . . . _ _ 10 : H : :
. (entr~e du fcur) . 0,5(N2) . . . _ , . _ _ . _ _ _ (sortle du four) : 2,4(N2) --_ . __ _ : D~bit total : 13,7(N2~ + 1~8(~2) :
La figure 6 ~ontre les concentra~ions en hydrog`ene dans le four.
La oourbe Dl represente la conoentration en hydrog~ne dans le four en l'absence de hot~e, tandis que la ccurbe D2 repre'sente la ooncentration en hydr~g`ene dans le four en utilisant le p ~ selon l'invention, r~sume dans le tableau ci-dessus. Le point d'injection GI2 est situ~ à la limite de la zone d~ chauffe de traitemRnt thermi~ue et de la zone de refroidissement du four. Selon l'inven ion, l'hydrcg~ne est presque exclusiv~ment irige v~rs la zcne de refroidissement du ~our. Les pieces-~ la sortie du fcur ne montrent auLune traoe d'oxydation.
La ccurbe Dl (four sans hotte) montre que, pratiquement sur tout~ la longueur de la zone chaude HZ du four de traitemYnt, (4 m~tres dans oe t exemple~, il y a une concentration significati~e d'hy ~ e.
Celle-ci varie approxima~iveme~t de 25 % au po m t d'injec*ion (7 ~tres de la zone d'en ~ e) à env ~ 1 ~ ~ 3 mètres de la zone d'entr~e du four. Au ~dlieu de cetbe zone chaude, cn trcuve une ooncentration d'envirRn 10 % en h~drog~ne.
7~14 La courbe D2 (four avec hottes selon l'invention) montre que la concentration en hydrogene est de l'ordre de 1 ~ ~ environ 6 metres de l'entree du four, les 3/4 de la zone chaude ne ccmportant pas d'hydrogène. Par contre, le profil de concentration en hydrogene avec ou sans hotte dans la zone de refroidissement CZ est senslble~ent identique.
Cet exemple montre les possibilites de zonage pr~cis des fours de traitement thermique à l'aide du proc~de selon l'in~ention.
EXEMPLE 3 :
Cet exemple a ete r~alisé dans le fcur de la figure 1. La zone de traitement thermique HZ ~tait à une temperature de 800C, avec une injection de gaz au p~int GI à la limite entre la zone chaude HZ et la zone de refroidissement CZ. Dans le cas present, on a place une hotte uniquement à l'entree Hl de la zone chaude, aucune hokte n'~tant disposee en sortie. L'atmosphere injectee est identique ~ cell~ de l'exemple 1, atmosph~re bien oonnue de l'homme de metier pour le recuit de feuillards en acier.
La figure 7A represente la concentration en yaz carbonique dans l'atmosph~re du four respectivement sans hotte ~El) et avec hotte tE2), en fonction de l'abscisse du point de mesure dans le fcur par rapport à
l'entree de oe lui-ci.
On constate qu'à environ 6 metres de l'entree du fcur, pcur une ZQne de traibement thermique d'une longeur totale de 20 m~tres, la con oe ntration en 2 est la mame dans les deux cas, tandis qu'on constabe une dimLnution de moitie de la con oentration en CO2 ~ 1 m~tre de l'entrée, dans le cas d'un fcur m~ni d'une hotte en entree selon l'invention.
Dans ce dernier cas, la cc~centration ein CQ2 ~ l'entr~e du fcur est sensible~ent ldentique ~ celle de l'a~,~sph~re injectee d~ns le f~ur, ce qui m~nt~e l'absence d'entr~e d'esp2 oe s oxydantes dans le fc~r utilisant le proc~d~ selon l'invention.
Les cour~es Fl et F2 de la figure 7B repr~sentent les variations du point de rosée en C dans un fcur respectivement sans hotte et avec h~tte par rapport à l'abscisse du point de mesure de celui-ci par rapport à 1'entreè. LR point de ros~e est nettem~nt abaisse, avec une hotte ~co~rbe F2) celuî-ci etant sensiblement identique dans les deu~ cas ~ 8 mètres de l'entree du fcur. Par cons~quent, la conoentration en H20, ~'~77~
expece oxydante, dans le fcur utilisant le procede selon l'invention est egalem,ent maintenue contante jusgu'à l'entree du four.
Dans oe s deux exemples, le debit de gaz neutre dans les hottes, c'est-~-dire l'azote dans le cas present, etait de 2,5 m3/heure.
La figure 8 illustre un ex~mple preferentiel de realisation du procede selon l'invention, necessitant au moins deux points d'injections de gaz dans le four de traitement. Cette variante se ~racterise par l'egalite des pressions aux points d'injections G.I. et G'~I'. du four.
Ceci per~et d'obtenir une zone CD dans le four dans laguelle la pression de gaz est sensiblement identique. Par consequent, on realise ainsi un excellent "zonage" du four puisque le gaz issu & point G.I. va se diriger presque exclusivement vers la sortie AB du four, tandis que le gaz issu du point d'injection G'.I'. va se diriger presque exclusive~ent vers la sortie EF du ~our. Seule une diffusion des gaz s'effectue dans la zone CD, diffusion ~ vitesse très faible. Si l'on applique, par exemple, cette variante de realis tion, au four de la figure 2, en choisissant d'injecter du gaz en G.I2. et G.I3. seule~ent, c'est-~-dire ~ l'entree et à la sortie de la zone chaude H.Z., celle-ci aura les caract~ristiques de la zone CD decrite ci-dessus. En particulier, on notera les relations suivantes concernant les pressions :
maxi PfmaXi > P ~ i > Pa Bien entendu, on peut conserver à la zone CD ses pr~prietes tout en r~alisant d'autres injections de gaz dans le four dans les zones BC et DE du four, ~ pression inferieure ~ Pt~aXi et PfnaXi.
Les figures 9A et 9B representent une variante préferentielle de l'invention dans laquelle un rideau de gaz ~ te ou inactif (N2 sur la figure) est utilis~ à l'entr~e seulement du four.
Sur la figure 9A, on a schematise le four, vue en coupe, uniquement au niveau de son entr~e 303 et de sa sortie 304. A l'entrée 303 du fcur est placee une hotte 305 munie de rideaux r~fractaires 306 et 307, tels qulillustr~s sur les figures 3 et 4, oe tte hotte etant solidaire de la ~ie haute 301 du four. Les rideaux r~fractaires ont leur extr~mite inferieure situee ~ proxImite de la partie basse 302 du fcur, g~n~ralement munie d'un tapis d'avance des cbjets ~ traiter tels que 308. Uhe distance de l'ordre de quelques centimètres entre l'ex~r~mite inferieure des rideaux 306 et 307 et la partie inf~rieure 302 du four convient bien en pratique. Aucun dispositif particulier n'est 7~
place à la sortie 304 du four. Pour déterminer le debit de gaz inerte ou inactif (generalement de l'azote) qui doit être injecte dans la hotte 305 de la manière decrite ci-avant, on mesure tout d'abord au niveau des rideaux 306 et 307, en l'absence d'injection d'azote, le debit d'air qui penètre dans le four par les ph~nom~nes de convection naturelle. Cette mesure s'effectue ~ l'aide d'un fil chaud, d'une mani~re connue en soi.
On injecte ensuite dans la hotte le m~me debit d'azote. On constate, ccmme cela est schematise par les fleches sur la figure, que l'azote s'écoule entre les rideaux, puis penètre dans le four ~ la place de l'air. Celui-ci, bien qu'attire vers l'entr~e s'ecoule le long du rideau 306 sans penétrer entre ceux-ci. On verifie aisement la dimunution importante du taux d'oxygene dans le four en mesurant la concentration de celui-ci à l'aide d'une sonde placée dans le four, au dela du rideau 307.
Sur la figure 9B, les me^mes elemEnts que ceux de la figure 9Aa portent les m~mes réf~rences. ~a hotte 305 est placee, dans cette variante, dans la partie inférieure du four, sans rideaux réfractaires.
Le réglage du debit d'azote s'effectue de la manière indiquée plus haut.
On constate oomme praceaemment que l'air arrivant ~ prOxLmité de l'entr~e du four ne pénètre pas dans celui-ci mais est entrainé ~ers le haut par le courant d'atmosphère sortant de la partie haute de l'en~ree du four.
L'utilisation du procedé illustré sur la figure 9 permet de réduire les d~bits d'atmosphare utilisee dans les fours de traitement thermique, quelque soit le nombre et la nature des points d'injection de gaz dans ceux-ci, pour sQn taux d'oxygane determun~ dans la zo^ne chaude du fcur. A titre d'exemple, un four continu ayant une zane d'entree de 2n, une zane chaude ~ 800C de 5m et une z8ne de re~roidissement à l'eau de lOm, ainsi qulune section d'entree d'environ 0,2m , conso~niit lorsque ses deux extrkmit~s etaient ouvertes 100 Nm3~h d'azote pour realiser une atmosph~re de protection destinee au recuit des pièces en cuivre. Apres avoir place deux rideaux réfractalres (dont l'extrkmite inferieure est moins de 5 cm de la partie basse du four) et la hotte appropriee ~
l'entree de la zône d'entr~e, on mesure la vitesse de l'air à l'entree du four, en l'absenoe d'azote d~ns la hotte. Celle-ci est de 37 cm~s~ On injecte alors de l'azote à 37 cm~s dans ladite hotte ce qui correspond à
35 un d~bit de 30 Nm /h d'azote. ~e d~bit d'azote dans le ~our peut être alors ramen~ ~ 20 N~ /h, pour une quantité identique des produits à la ~77~
sortie du four. On constate donc globalement une dImunution de 50 % des de'bits d'azote dans ce four.
Claims (17)
1. - Procédé de traitement thermique d'objets dans un four continu dans lequel les objets à traiter sont introduits successi-vement dans le four continu par un support mobile comportant au moins une zône de traitement thermique (H.Z.) dans laquelle est injectée une atmosphère de composition déterminée, les zônes d'entrée et/ou de sortie du four continu comportant des moyens engendrant une atmosphère de gaz inerte ou non réactif dans les conditions du traite-ment de manière à éviter sensiblement l'entrée d'air dans le four, caractérisé en ce que ladite atmosphère de gaz inerte ou non réactif est créée par un rideau sensiblement homogène de gaz, injecté dans un plan traversé par la direction d'avancée des pièces à traiter, l'injection du gaz inerte ou non réactif s'effectuant dans des condi-tions telles qu'un régime d'écartement sensiblement laminaire est maintenu sur toute la hauteur du rideau de gaz réactif.
2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rideau de gaz inerte ou non réactif s'étend sensiblement sur toute la hauteur du four.
3. - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens engendrant une atmosphère de gaz inerte ou non réactif comportent deux rideaux en matériau réfractaire s'étendant sensiblement jusqu'au support mobile entre lesquels le rideau de gaz inerte ou non réactif est injecté de haut en bas.
4. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, carac-térisé en ce que le rideau sensiblement homogène de gaz est créé
par l'injection, de bas en haut, de gaz inerte ou non réactif.
par l'injection, de bas en haut, de gaz inerte ou non réactif.
5. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, carac-térisé en ce que le rideau sensiblement homogène de gaz est créé
par l'injection, de bas en haut, de gaz inerte ou non réactif, l'injection de gaz inerte ou non réactif se faisant dans un plan sensiblement vertical.
par l'injection, de bas en haut, de gaz inerte ou non réactif, l'injection de gaz inerte ou non réactif se faisant dans un plan sensiblement vertical.
6. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel des moyens engendrant une atmosphère de gaz inerte ou non réactif sont disposés à l'entrée au moins du four continu, caractérisé
en ce que le débit de gaz inerte ou non réactif injecté par lesdits moyens est égal au débit d'air entrant dans le four mesuré en l'absence de dêbit de gaz inerte ou non réactif dans les moyens engendrant l'atmosphère dedit gaz.
en ce que le débit de gaz inerte ou non réactif injecté par lesdits moyens est égal au débit d'air entrant dans le four mesuré en l'absence de dêbit de gaz inerte ou non réactif dans les moyens engendrant l'atmosphère dedit gaz.
7. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le four de traitement thermique comporte deux points d'injection de gaz, caractérisé en ce que l'injection des gaz se fait à égale pression en ces deux points de manière à maintenir une zone d'égale pression entre eux, les gaz injectes s'écoulant de part et d'autre de cette zone.
8. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, carac-térisé en ce que les pressions de gaz dans le four sont reliées par l'une des suivantes:
Pa < Phmaxi < Ptmaxi ? Pfmaxi > Pa Pa < Phmaxi < Pfmaxi ? Pfmaxi > Pa ou relations dans lequelles - Pa est la pression atmosphérique;
- Phmaxi est la pression maximale dans la hotte;
- Ptmaxi est la pression maximale dans la zône de traitement thermique;
- Pfmaxi est la pression maximale dans la zône de refroidissement du four.
Pa < Phmaxi < Ptmaxi ? Pfmaxi > Pa Pa < Phmaxi < Pfmaxi ? Pfmaxi > Pa ou relations dans lequelles - Pa est la pression atmosphérique;
- Phmaxi est la pression maximale dans la hotte;
- Ptmaxi est la pression maximale dans la zône de traitement thermique;
- Pfmaxi est la pression maximale dans la zône de refroidissement du four.
9. - Hotte pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, dans laquelle sont prévus:
- des moyens d'injection de gaz non réactif dans une chambre d'admission dont le fond est perforé, - au moins un rideau réfractaire de part et d'autre du flux de gaz, mobile autour d'un axe situé dans le plan du rideau, et orienté de manière à être placé dans le passage des pièces à traiter, caractérisée en ce qu'elle comporte également:
- des moyens perméables au gaz non réactif disposés sur le fond perforé de la chambre d'admission, permettant de donner une très faible vitesse au flux de gaz à la sortie de la plaque perforée, sans provoquer de perte de charge sensible au niveau dudit flux de manière à engendrer entre les rideaux réfractaires un rideau de gaz sensiblement homogène et laminaire sur toute sa hauteur.
- des moyens d'injection de gaz non réactif dans une chambre d'admission dont le fond est perforé, - au moins un rideau réfractaire de part et d'autre du flux de gaz, mobile autour d'un axe situé dans le plan du rideau, et orienté de manière à être placé dans le passage des pièces à traiter, caractérisée en ce qu'elle comporte également:
- des moyens perméables au gaz non réactif disposés sur le fond perforé de la chambre d'admission, permettant de donner une très faible vitesse au flux de gaz à la sortie de la plaque perforée, sans provoquer de perte de charge sensible au niveau dudit flux de manière à engendrer entre les rideaux réfractaires un rideau de gaz sensiblement homogène et laminaire sur toute sa hauteur.
10. - Hotte selon la revendication 9, dans laquelle la chambre d'admission comporte un fond perforé sensiblement rectangulaire dont la longueur est égale à la largeur du four sur lequel la hotte est destinée à être montée, caractérisée en ce que la vitesse du gaz inerte non réactif est sensiblement identique en tout point de traversée de la plaque perforée et inférieure à:
1000 x n x (a + b) x p x a x b, avec n = viscosité du gaz neutre inerte à la température ambiante, p = masse volumique du gaz neutre dans les conditions normales, a = largeur du four, b = profondeur de la plaque de diffusion.
1000 x n x (a + b) x p x a x b, avec n = viscosité du gaz neutre inerte à la température ambiante, p = masse volumique du gaz neutre dans les conditions normales, a = largeur du four, b = profondeur de la plaque de diffusion.
11. - Hotte selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'injection de gaz dans la chambre d'admission s'effectue de manière sensiblement symétrique par rapport à la direction d'admission dudit gaz dans ladite chambre.
12. - Hotte selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'injection dans la chambre d'admission s'effectue par l'inter-médiaire d'une chambre de préadmission, ladite chambre de préadmission étant séparée dans la chambre d'admission par des moyens perméables au gaz inerte, permettant de donner une vitesse très faible au gaz lors de sa pénétration dans la chambre d'admission, sans provoquer de perte de charge sensible au niveau du flux du gaz.
13. - Hotte selon la revendication 12, caractérisée en ce que la chambre de préadmission comporte également deux parois perforées entre lesquelles sont disposés des moyens perméables au gaz.
14. - Hotte selon l'une des revendications 9 à 11, carac-térisée en ce que la hauteur de la chambre d'admission est au moins supérieure à deux fois l'épaisseur des moyens perméables au gaz.
15. - Hotte selon l'une des revendications 9 à 11, carac-térisée en ce que lesdits moyens perméables au gaz sont choisis parmi les matériaux frittés, la laine de roche, la laine de verre, la laine de quartz.
16. Hotte selon l'une des revendications 9 à 11, carac-térisée en ce que l'épaisseur des moyens perméables au gaz est sensible-ment identique sur toute la surface du fond perforé de la chambre d'admission et n'est pas inférieure à déux centimètres.
17. - Hotte selon l'une des revendications 9 à 11, carac-térisée en ce que la hauteur de la chambre d'admission est sensiblement constante.
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