CA1335534C - Apportes aux fours cloches utilises notamment pour le recuit de bobines metalliques sous atmosphere controlee - Google Patents

Abstract

Four cloche notamment pour réaliser des opérations de recuit sous atmosphère contrôlée de tôles métalliques en bobines qui comprend une base fixe munie d'une plaque d'appui sur laquelle repose la ou les piles de bobines, un couvercle intérieur isolant la charge de l'atmosphère ambiante et reposant sur la base avec interposition d'un joint annulaire et un four muni des moyens de chauffage et qui vient recouvrir le couvercle. Une barrière semi-étanche est réalisée entre la capacité interne du couvercle intérieur et l'espace annulaire séparant la paroi latérale circulaire de la périphérie de la base et le couvercle intérieur. La partie inférieure de la virole du couvercle est munie de moyens de refroidissement pour d'une part réduire le flux thermique au niveau de la partie inférieure et d'autre part disperser ce flux thermique dans l'atmosphère ambiante.

Description

~ 335534 La présente in~ention concerne des perfectionnements appartés aux fours cloche utilisés notamment pour effectuer des opérations de recuit de bobines de tôles d'acier en atmosphère contrôlée.
On sait que lors de la production de tôles d'acier après laminage à chaud--ou à froid, il est nécessaire de soumettre les tôles à des traitements thermiquesen vue d'obtenir des caractéristiques physiques précises telles que notamment duretél ductilité, limite d'élasticité, etc. Ces traitements thermiques consistent en particuller en un recuit mettant en oeuvre un réchauffage progressif de la tôle ~usqu'à l'obtention d'une température supérieure au point de transformation de l'acier afln d'assurer une recristallisation et une structure flnale qui seront dépendantes de la température atteinte, de la durée de maintien à cette température et de la vitesse de refroidisse~ent.
Les traitements de recuit de tôles sont effectués soit au défilé dans des lignes conti~ues de production de tôle d'acier, soit en mode discontinu, en utilisant des fours cloche dans lesquels les bobines de tales sont posées selon une ou plusieurs piles sur la base du four.
D'une façon générale, un four cloche du type connu utilisé pour réaliser de telles opérations de recuit comporte une base fi~e munie d'une plaque d'appuisur laquelle repose~t la ou les piles de bobines etsous laquelle est positionnée une turb~ne de recirculation de l'atmosphère de recuit afin d'éviter toute oxydation des tôles d'acier. Un couvercle intérieur isole la charge del'atmosphère ambiante et de l'atmosphère du four,ce couvercle reposant sur lapériphérie de la base avec interposition d'un ~oint annulaire. Ce couvercle est lui-même recouvert d'un four cloche qui est pourvu de moyens de chauffage assurant le réchauffage de la charge constituée par la ou les piles de bobines de tôle d'acier. Généralement, les moyens de chauffage de ce four cloche sont constitués soit par des résistances électriques, soit par des brûleurs de manière à porter le couvercle lntérieur ~ la haute température nécessaire à l'opération de recuit. Le transfert thermique entre le couvercle intérieur et les boblnes à
recuire, s'effectue alors par rayonnement et par convection grâce à lacirculation forcée de l'atmosphère de protection réalisée par la turbine. Après recuit, le refroldissement de la charge est obtenu en retirant le four cloche, ce qui permet au couvercle intérieur de céder les calorles de la charge à
l'atmosphère envlronnante par le meme processus d'échanges radiatifs et convectifs entre la charge et le couvercle intérleur. Blen entendu, il est

2 1 335534 -tou;ours possible d'accélérer ce refroidissement en utilisant tout moyenextérieur connu.
Dans les fours cloche, l'opératlon de recuit est réalisée sous atmosphère protectrice d'azote contenant un faible pourcentage d'hydrogène, généralement inférieur à 10 % et la pression sous le couvercle lntérieur est constamm~nt maintenue à une valeur légèrement supérieure à la pression atmosphèrique afin d'éviter toute oxydation de la charge durant cette opération. Il est connu par ailleurs pour éviter les consommations importantes de gaz de protection de même que pour éviter la pénétration de l'oxygène pendant l'opération de recui-t, de prévoir un ~oint d'étanchéité entre la base et le couvercle, comme on l'a dé~à
précisé ci-dessus. Généralement, ce ~oint d'étanchéité est constitué soit par unJoint du type fluidisé, dans lequel vient reposer la partie inférieure du couvercle, l'arrêt de la fluidisation transformant ce ~oint fluidlsé en Joint desable classique, soit par un profllé de caoutchouc,pouvant être éventuellement refroidi à l'eau, ce profilé étant interposé entre une bride refroidie à l'eau et placée sur la périphérie de la base et une contre-bride également refroidie à
l'eau positionnée à la partie inférieure du couvercle. Ces systèmes derefroidissement à l'eau sont rendus nécessaires afind'éviter une destruction therm~que du ~oint résultant des températures élevées des gaz recirculant sous le couvercle de protection et donc au contact avec la base, ainsi que pour éviter un endommagement thermique du fait du couvercle lui-même qui est porté à haute température par le four qui le recouvre.
Il est connu ~galement que pour améliorer la qualité métallurgique des bobines traitées ainsi que la productivité des bases, l'atmosphère de protection~2 plus faible pourcentage de H~ peut être utilement remplacée par une atmosphère - riche en hydrogène ~entre 35 et 100 %). Avec une telle atmosphère, l'étanchéité
entre cloche, base et atmosphère devient beaucoup plus critique, tant sur le plan des consomm~tions que sur le plan de la sécurité~ du fait de la diffusivité trèsgrande de l'hydrogène. Le développement des techniques de recuit sous hydragène en four cloche monopile a amené un certain nombre de constructeurs à tenter d'améliorer les techniques d'étanchéité entre couvercle et base mentionnées ci-dessus.
C'est ainsl que l'utilisation d'un ~oint fluidisé assure une etanchéité
tout à fait insuffisante lorsque l'atmosphère de protection est riche en hydrogène et les conditions actuelles qui font appel aux systèmes de brides et contre-brides refroidies, présente l'inconvénient d'une part d'accroître le 1 335~34 nombre d'opérations de manlpulatlons à effectuer lors des opératlons de recuit puisqu'il faut connecter et déconnecter le circuit de refroldissement du couvercle intérieur au début et à la fin de chaque opération de recuit d'une char~e et d'autre part d'augme~ter, du fait des gradients de température imposésà la partie inférieure de la cloche, les contraintes thermiques, ce qui se traduit à court ou moyen terme par une déformation de la partie inférieure du couvercle et donc par une perte d'étanchéité qui favorise la destruction du joint alors mal refroidi.
La présente invention s'est donc fixé comme obJectif d'apporter-une solution permettant non seulement de simplifier la conception de la partie bassedu couvercle intérieur mais également d'assurer la pérennité de l'étanchéité du montage base-couvercle intérieur. Par ailleurs, la conception originale selon l'invention de la partie basse du couvercle intérieur permet de réduire notablement son niveau de température, en di~inuant les transferts thermiques entre le four et la partie inférieure du couvercle, et entre l'atmosphère de protection et la partie inférieure du couvercle tout en permettant en outre d'assurer une évacuation de la chaleur transmise par conduction du métal du couvercle vers la bride reposant sur le ~oint d'étanchéité. On peut ainsi garantir un bas niveau de température en tous points de cette bride, permettant de s'affranchir de la nécessité d'en assurer le refroidissement par circulation d'eau. Par ailleurs, la température de la bride est suffisamment homogène pour ne pas induire les contraintes thermiques habituelles qui, dans les installations connues, déforment la bride et favorisent des passages de l'atmosphèreprotectrice à haute température détériorantle joint et accroissant dramatiquement la fulte.
Dans le dispositif selon l'invention décrit cl-après, en raison des températures ainsi assurées au contact du joint, la surface de ce contact peut,sans risque de surchauffe et vieillissement prématuré, être considérablement accrue en utilisant des joints de section parallélépipédique à slmple ou multiple contact à la place des joints traditionnels de section circulaire ou ovale.
La pr~sente invention apporte donc un four cloche notam~Pnt pour réaliser des opérations de recuit sous atmosphère contrôlée de tôles métalliques en boblnes qui comprend une base fixe munie d'une plaque d'appui sur laquelle repose la ou les piles de bobines, un couvercle intérieur isolant la charge de l'atmosphère ambiante et reposant sur ladite base avec interposition d'un joint annulaire et un four muni des moyens de chauffage et qui vlent recouvrir le _ 4 1 335534 couvercle, caractérise en ce que l'on réalise une barrière semi-étanche entre lacapacité interne dudlt couvercle intérleur et l'espace annulalre séparant la paroi latérale circulaire de la pérlphérle de la base et ledit couvercle lntérleur et en ce que l'on dlspose des moyens llmitant la température de la brlde inf~rleure.
Selon un exemple de réalisation préféré de l'invention, ladite barrière semi-étanche est constituée par un anneau porté par un plat clrculaire soudé surla vlrole inférieure dudit couvercle qui vients'appuyer sur un matelas dematérlau flbreux positionné dans une gorge périphérlque prévue sur ladlte- paroi latérale de la base.
De préférence, selom la présente invention, on prévoit em outre des plats qui favorlsent le transfert de chaleur entre la partie inférleure du couvercle et l'extérleur. De préf~rence, ces plats sont réallsés sous la forme d'allettes radiales soudées d'une part sur la vlrole lnférieure du couvercle et d'autre part sur une bride plate venant appuyer sur un ~oint placé dans une gorge refroidie par circulation d'eau sltué sur la périphérie de la base et sur une couronne annulalre portant le ~oint qul assure l'étanchélté entre le four et l'atmosphère amblante.
D'autres caractérlstlques et avantages de la présente invention ressortlront de la descrlptlon falte cl-après en référence aux desslns annexés qul en lllustrent un mode de réalisatlon dépourvu de tous caractères llmitatifs.Sur les dessins :
La flgure 1 est une vue schématique représentant dans son ensemble un four cloche pour opératlons de recult selon la présente inventlon et La figure 2 est une vue partielle à plus grande échelle et en coupe verticale représentant la partie inférieure du couvercle intérieur du four cloche selon l'inventlon, cette figure illustrant plus partlcullèrement les moyens prévus par l'invention pour réduire le niveau de température.
En se référant à la flgure 1, on volt que le four cloche selon la présente inventlon, comporte comme connu une base flxe 11, munie d'une plaque d'appul 12 sous laquelle est placée la turbine a et sur laquelle vlent reposer la charge cDnstituée par exemple d'une ou de plusleurs bobines de tôles d'acier laminé à frold ou à chaud 9. Cette charge est isolée de l'atmosphère ambiante à
l'alde dlun couvercle intérleur 10 qul repose sur la base 11 avec lnterposltlon de moyens d'étanchélté qul seront décrlts cl-après en référence à la flgure 2.
1~
d Le couvercle intérieur 10 est recouvert par une cloche 14 qul porte les moyens de chauffage ~non représentés) de type classique, destlnés à réaliser, com~ on l'a vu ci-dessus le transfert thermique par rayonnement et convection vers la charge, grâce à la circulatlon forcée de l'atmosphère de protection réalisée à l'intérieur de l'enceinte délimitée par le couvercle 10 ~les moyens permettant d'obtenir cette circulation forcée étant bien connus, ils ne seront pas décrits ici).
Selon l'invention, on réalise une barr~ère semi-étanche entre la capaclté
C du couvercle 10 et l'espace annulaire ~ qui sépare la paroi latérale circulalre 28 de la base 11 et le couvercle 10 (voir la figure 2). Dans cet e~emple de réallsation, cette barrière semi-étanche est réalisée à l'aide d'un anneau 22, réalisé de préférence avec une cornière ou avec un tube soudé à l'extrémité
inférieure d'une virole interne cylindrique 20 qui est elle-même soudée sur la partie inférieure du couvercle 10. Comm~ on le voit sur le dessin, ce couvercle 10 comporte une virole cylindrlque 16 qui est limitée à sa partie supérieure parun fond 18 pouvant être plat ou bombé et à sa partie inférleure par une virole tronconique 19. C'est de préférence sur cette virole tronconique 19 qu'est soudée la virole interne cylindrlque 20 qui supporte l'an~eau 22. Une gorge périphérique 26 soudée sur la face interne de la paroi latérale 28 de la base est garnie d'unmatelas 24 d'un materiau fibreux sur lequel vient appuyer l'anneau 22. On comprend que le système anneau 22-matelas fibreux 24 constitue un ~oint semi-étanche entre la capacité C et l'espace an~ulaire A. Sur la grande base de la virole tronconique 19 du couvercle est soudée une virole cylindrique 36 dont la partie supérieure est pourvue d'une cornière annulalre 38, tournée versl'extérieur et sur laquelle est soudée vers l'extérieur une gorge annulaire 40 recevant un ~oint 42, par exemple en fibre céramique armée ou non. La partie inférieure 44 de la base du four 14 vient reposer partiellement sur ce Joint 42 de manière à créer une étanchéit~ entre l'atmosphère à haute te~pérature du fouret l'atmosphère extérieure.
La virole inférieure du couvercle intérieur est garnie de matériaux isolants 34 et 56. Par ailleurs, l'espace annulalre A séparant le couvercle 10 de la paroi latérale 28 de la base est garni au moins partiellement d'un ~atériau isolant 30 qui est protégé par u~e tôle métallique 32 disposée vers l'extérieur.Grâce à cette dispasition, on évite tout transfert thermique par convection entre les gaz recirculés par la turbine 8 et les zones inférieures de la base et du couvercle. En outre, le matelas de fibres isolantes 34, 56, disposé dans la partie basse du couvercle 10, permet d'une part de réduire les échanges par rayonnement entre le four 14 et la partie basse du couvercle 10 et d'autre part de limiter la convection des gaz chauds lssus du four entre la zone inférieure de ce dernier et la partie basse du couvercle 10. Ainsi, l'ensemble des dispositions décrites ci-dessus contribue à réduire le flux reçu par la partie inférieure du couvercle pratiquement au seul flux thermique dû à la conductivlté du métal constituant le cauvercle. L'essentiel de ce flux est dispersé dans l'atmosphèregrâce à des ailettes 54 qui sont disposées ainsi qu'on le décrira ci-après à la partie basse de la virole tronconique 19 du couvercle 10.
Sur la partie inférieure de la virole cylindrique 36 soudée en partie basse de la virole tronconique 19 du couvercle 10, on soude une bride plate 46.
Cette bride 46 vient s'appuyer sur un ~oint 48 qui est positionnée dans une ~or~e 50 refroidie à l'aide d'un calsson d'eau 52 monté sur la périphérie de la base.
Le joint 48 peut être un ~oint torique cylindrique mais il est cependant préférable d~utiliser un ~oint de section parallélépipédique à grande surface decontact, ce qui permet d'accroître les tolérances d'usinage de la bride 46 et dela gorge porte-~oint 50 sans risque de perte de proprlétés mécaniques ou élastiques du Joint pour des raisons de surchauffe. En outre, le ~oint 48 peut comporter des empreintes de formes plus ou moins complexes sur sa surface de contact avec la bride 46, de manière à assurer par déformation desdites empreintes, une parfaite répartition de la pression exercée par le poids du couvercle 10, cette disposition contribuant ainsi à assurer l'étanchéité. Il est connu que la pression due au poids du couvercle peut être complétée au moyen de vérins placés autour de la base et venant exercer une pression de fermeture sur la bride 46.
Ainsl qu'on l'a vu ci-dessus, on prévoit des ailettes 54 pour disperser le flux thermique issu par conduction de la virole tronconique 19 du couvercle.
Dans l'exemple de réalisation non limitatif représenté sur la figure 2, les ailettes 54 sont disposées radialement et elles sont soudées d'une part à la virole inférieure cylindrique 36 et d'autre part sur la bride plate 46 et sur lacornière an~ulaire 38.
La disposition décrite ci-dessus permet d'une part de réduire le flux thermique arrivant au niveau de la bride plate 46 et d'autre part de disperser ce flux thermique dans l'atmosphère ambiante. On assure ainsi à tous les régimes une température de cette bride plate qui est nettement inférieure à la température limite d'emploi des matérlaux servant à confectlonner le ~oint 48. Cette 1 3~5534 disposition permet donc d'utiliser en contact avec la bride 46 un ~oint 48 constltué de matériaux élastomères (caoutchouc ou matière plastique) sans qu'il soit nécessaire de l'insérer entre deux brides ou deux caissons refroidis à
l'eau. Par ailleurs, cette réduction importante du flux thermique aboutissant à
la bride 46 permet d'éviter tout gradient de température significatif entre le petit rayon et le grand rayon de cette bride plate 46, ce qui limite considérablement les contraintes t~ermiques et par conséquent les risques de déformation de la brlde 46 à court ou à moyen terme.
Il demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits ci-dessus ~ais elle en englobe toutes les variantes.

Claims (7)

- 8 -Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Four cloche comprenant une base fixe munie d'une plaque d'appui sur laquelle repose au moins une pile de bobines, un couvercle intérieur isolant une charge de l'atmosphère ambiante et reposant sur ladite base avec interposition d'un joint annulaire et un four muni des moyens de chauffage et qui vient recouvrir le couvercle, four cloche dans lequel une barrière semi-étanche est réalisée entre une capacité interne dudit couvercle intérieur et un espace annulaire séparant une paroi latérale circulaire de la périphérie de la base et ledit couvercle intérieur et dans lequel ledit couvercle a une virole ayant une partie inférieure munie de moyens de refroidissement pour d'une part réduire un flux thermique possible au niveau de ladite partie inférieure et d'autre part disperser ce flux thermique dans l'atmosphère ambiante.

2. Four cloche selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'espace annulaire séparant le couvercle de la paroi latérale de la base est garni au moins partiellement d'un volume de matériau isolant protégé par une tôle métallique extérieure.

3. Four cloche selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite barrière semi-étanche est constituée par un anneau porté par un plat circulaire soudé
sur la virole,qui est inférieure,dudit couvercle qui vient s'appliquer sur un matelas de matériau fibreux positionné
dans une gorge périphérique prévue sur ladite paroi latérale de la base.

4. Four cloche selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement prévus à la partie inférieure de la virole,qui est inférieure,dudit couvercle, comportent une bride plate soudée en partie basse de cette partie inférieure et prenant appui sur un joint positionné dans une gorge refroidi par un caisson d'eau annulaire monté sur la périphérie de la base.

5. Four cloche selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit joint est de section parallèlépipédique, à grande surface de contact et il peut comporter des empreintes sur sa surface de contact avec la bride plate de manière à assurer par déformation une parfaite répartition d'une pression exercée par le poids du couvercle intérieur.

6. Four cloche selon la revendication 1, 2 ou 5, caractérisé en ce que l'on prévoit des ailettes soudées sur la virole qui est inférieure du couvercle.

7. Four cloche selon la revendication 1, 2 ou 5, caractérisé en ce que l'on prévoit des matériaux fibreux en partie inférieure du couvercle.