CA2005823C - Procede et installation de traitement thermique de cementation, carbonitruration ou chauffage avant trempe de pieces metalliques - Google Patents
Procede et installation de traitement thermique de cementation, carbonitruration ou chauffage avant trempe de pieces metalliquesInfo
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- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
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Abstract
L'invention concerne exclusivement les traitements thermiques de cémentation, carbonitruration, et chauffage avant trempe de pièces métalliques. Le procédé concerne l'alimentation d'un four non moufflé de traitement thermique à partir de différents constituants, dont de l'azote qui est fourni par un générateur à adsorption ou à perméation sélective et qui présente une teneur résiduelle en oxygène de l'ordre de 2%. Selon l'invention, on assure, après un arrêt de fonctionnement de durée significative, un reconditionnement du four par l'injection d'azote plus pur, à teneur résiduelle en oxygène inférieure à 0,3%, fourni par ledit générateur réglé sur un taux d'extraction plus faible.
Description
;~0()~ 3 La présente invention concerne les traitemellts thermiques de cémentation, de carbonitruration et de chauffage avant trempe d'aclers visant à nssurer un durcissement superficiel de pieces métalliques.
Dans le passé, les atmosphères gazeuses utilisées en cémentation, carbonitruration et chauffage avant trempe d'aciers étaient le plus souvent produites à partir d'appareils générateurs de gaz de type endothermique.
Un exemple typique de composition d'atmosphère de cémentation est donné ci-dessous :
azote (N2) 40 %
oxyde de carbone (CO) 19 %
gaz carbonique (C02) 0,3 %
hydrogène (H2) 35 %
méthane (CH4) 1 %
vapeur d'eau (H20) 0,6 %
oxygène (2) traces En carbonitruration, on utilise des atmosphères semblables, auxquelles on rajoute de l'ammoniac (NH3) qui permet l'apport d'azote au métal.
Actuellement, une proportion importante d'ateliers de cémentation, de carbonitruration ou de chauffage avant trempe d'aciers utilisent des gaz industriels pour la génération de leurs atmosphères, de préférence à :La solution des générateur~ endothermiques. On élabore alors dans les fours des atmospheres résultant de l'injection de mélange N2, CH30H (méthanol), pàrfois CH4, et NH3 dans le cas de la carbonitruration.
L'azote peut provenir :
. d'une usine cryogénique situee en général loin de l'utilisateur, et dans ce cas il est livré sous forme gazeuse ~0 (bouteilles comprimées~ ou liquide (stockage liquide et vaporisation avant utilisation).
. d'un générateur non cryogénique placé directement chez le client, qui est soit un générateur par adsorption connu sous la dénomination de "PSA", soit un genérateur par perméation gazeuse, ou à "membranes" par exemple, ce qui conduit à une économie interessante par rapport a l'azote d'origine cryogénique, mais aussi à des problèmes liés à une relative impuret~ du gaz produit, en particulier parce que la teneur en oxygène est relativement élevée, généralement de O,l à 5 %.
Si l'on ne fait pas de purification complémentaire, l'azote brut produit est donc impur, car il contient un peu d'oxygène e~ des trnces d'eau. Pour limiter la quantité d'oxygène et d'eau, il faut abaisser alors le facteur d'extraction du générateur (débit d'azote produit/débit d'air trait~), donc sa capacité de production, ce qui se fait evidemment au détriment du prix de revient du gaz traité.
A titre d'exemple, un genérateur de type "PSA" présente usuelle~ent les performances suivantes en fonction de la teneur en oxygène dans le gaz produit.
Concentratioll 2 (%) 5 % 1 % 0,1 %
Production (m3/h) 180 100 35 Cependant, en cementation, en carbonitruration, une concentration résiduelle en oxygène de l'ordre de 2 % dans l'azote utilise pour les mélanges N2 ~ CH30H appara~t tout à fait indiqué, car une concentration supérieure impliquerait des problèmes d'obtention d'une atmosphère à fort potentiel carbone sans formation de suie, tandis qu'une concentration inferieure rendrait moins attractif le bilan économique du générateur à adsorption ou perméation.
D'autre part, il faut rappeler que la plupart ~es traitements de cémentation, de carbonitruration et de chauffage avant trempe d'aciers ont lieu dans des fours non moufles, c'est-à-dire à simple paroi de briques réfractaires, æans paroi métallique, ou mouffle, en sorte que llatmosphère intérieure du four est en contact direct avec les briques refractaires qui constituent l'isolation thermique du four.
Or, les briques réfractaires sont elles-mêmes poreuses et se comportent comme des éponges vis~a-vis de l'atmosphère.
Lorsqu'un tel four est en fonctionnement, l'oxygène résiduel se 3o transforme en CO, H20 et C02. L'hydrocarbure additionnel permet notamment de conserver une teneur en H20 et C02 faibles, malgré la presence d'oxygène dans l'azote, à condition que la teneur en oxygène ne soit pas trop elevée. Si ce n'est pas le cas, il faut injecter une teneur en hydrocarbure additionnel qualifiée d'excessive, car elle peut provoquer des formations de suie, des cémentations hétérogènes, des chutes de la teneur en CO. A la limite, l'obtention d'un haut potentiel .
: . . .- : . :
: .: . -: - . --: :
:~ :
)0~3 carbone dans l'atmosphere peut s'avérer impossible, ce qui est évidemment contraire à un bon traitement.
La teneur maximale d'oxygène compatible avec la majorité des cycles de traitement prévus en cementation, en carbonitruration et en chauffage avant trempe d'aciers est de l'ordre de 2 % dans l'azote.
Dans ce cas, les teneurs résiduelles en H20 et C02 peuvent être contenues à des valeurs faibles, généralement inférieures à 0,6 % pour H20 et 0,3 ~ pour C02.
Cependant, l'atmosphère formée à l'intérieur du four diffuse dans les briques réfractaires et à l'interface briques/atmosphère, un équilibre est atteint lorsque le four est en fonctionnement continu, mais un problème important subsiste pendant les périodes de non fonctionnement du four. Il e6t en effet de plus en plus courant que l'atelier de traitement thermique subisse des interruptions de fonctionnement de durées relativement longues, par exemple pendant le repos de fin de semaine. Dans ce cas, l'atmosphère de traitement n'est bien entendu plus injectée dans le four non seulement pour des raisons d'économie et aussi de sécurité car cette atmosphère est potentiellement explosive (fort taux d'hydrogene et de C0) et toxique (fort taux de C0). D'autre part, la température du four est souvent aussi quelque peu abaissée.
Si aucune atmosphère n'est plus injectée dans le four, celui-ci tend à se remplir d'air qui diffuse alors au tr~vers des briques réfractaires. Lorsque le traitement doit être repris, il faut purger l'a r contenu dans le four, ainsi que celui présent dans les briques r~fractaires. Cette opération est longue, donc coûteuse et pénalisante pour la production. Il est donc courant d'essayer de protéger le four de cette pollution de l'air pendant la période de non-production, et à
cet effet, les orifices du four sont obturés et un faible débit d'azote genéralement compris entre 1/6 et 1/3 du débit nominal est injecté dans le four pour y assurer une surpression évitant les entrées d'air.
Si l'azote utilisé provient d'une source cryogénique~ la teneur residuelle en oxygène dans le four et dans les briques réfractaires reste très faible, et le redémarrage du four en production, période dite de reconditionnement, est alors très courte, généralement de 15 minutes à quelques heures selon notamment la température du four.
.. .
. ~
- ~
;~n~3 Si l'azote provient d'une autre source et contient par exemple
Dans le passé, les atmosphères gazeuses utilisées en cémentation, carbonitruration et chauffage avant trempe d'aciers étaient le plus souvent produites à partir d'appareils générateurs de gaz de type endothermique.
Un exemple typique de composition d'atmosphère de cémentation est donné ci-dessous :
azote (N2) 40 %
oxyde de carbone (CO) 19 %
gaz carbonique (C02) 0,3 %
hydrogène (H2) 35 %
méthane (CH4) 1 %
vapeur d'eau (H20) 0,6 %
oxygène (2) traces En carbonitruration, on utilise des atmosphères semblables, auxquelles on rajoute de l'ammoniac (NH3) qui permet l'apport d'azote au métal.
Actuellement, une proportion importante d'ateliers de cémentation, de carbonitruration ou de chauffage avant trempe d'aciers utilisent des gaz industriels pour la génération de leurs atmosphères, de préférence à :La solution des générateur~ endothermiques. On élabore alors dans les fours des atmospheres résultant de l'injection de mélange N2, CH30H (méthanol), pàrfois CH4, et NH3 dans le cas de la carbonitruration.
L'azote peut provenir :
. d'une usine cryogénique situee en général loin de l'utilisateur, et dans ce cas il est livré sous forme gazeuse ~0 (bouteilles comprimées~ ou liquide (stockage liquide et vaporisation avant utilisation).
. d'un générateur non cryogénique placé directement chez le client, qui est soit un générateur par adsorption connu sous la dénomination de "PSA", soit un genérateur par perméation gazeuse, ou à "membranes" par exemple, ce qui conduit à une économie interessante par rapport a l'azote d'origine cryogénique, mais aussi à des problèmes liés à une relative impuret~ du gaz produit, en particulier parce que la teneur en oxygène est relativement élevée, généralement de O,l à 5 %.
Si l'on ne fait pas de purification complémentaire, l'azote brut produit est donc impur, car il contient un peu d'oxygène e~ des trnces d'eau. Pour limiter la quantité d'oxygène et d'eau, il faut abaisser alors le facteur d'extraction du générateur (débit d'azote produit/débit d'air trait~), donc sa capacité de production, ce qui se fait evidemment au détriment du prix de revient du gaz traité.
A titre d'exemple, un genérateur de type "PSA" présente usuelle~ent les performances suivantes en fonction de la teneur en oxygène dans le gaz produit.
Concentratioll 2 (%) 5 % 1 % 0,1 %
Production (m3/h) 180 100 35 Cependant, en cementation, en carbonitruration, une concentration résiduelle en oxygène de l'ordre de 2 % dans l'azote utilise pour les mélanges N2 ~ CH30H appara~t tout à fait indiqué, car une concentration supérieure impliquerait des problèmes d'obtention d'une atmosphère à fort potentiel carbone sans formation de suie, tandis qu'une concentration inferieure rendrait moins attractif le bilan économique du générateur à adsorption ou perméation.
D'autre part, il faut rappeler que la plupart ~es traitements de cémentation, de carbonitruration et de chauffage avant trempe d'aciers ont lieu dans des fours non moufles, c'est-à-dire à simple paroi de briques réfractaires, æans paroi métallique, ou mouffle, en sorte que llatmosphère intérieure du four est en contact direct avec les briques refractaires qui constituent l'isolation thermique du four.
Or, les briques réfractaires sont elles-mêmes poreuses et se comportent comme des éponges vis~a-vis de l'atmosphère.
Lorsqu'un tel four est en fonctionnement, l'oxygène résiduel se 3o transforme en CO, H20 et C02. L'hydrocarbure additionnel permet notamment de conserver une teneur en H20 et C02 faibles, malgré la presence d'oxygène dans l'azote, à condition que la teneur en oxygène ne soit pas trop elevée. Si ce n'est pas le cas, il faut injecter une teneur en hydrocarbure additionnel qualifiée d'excessive, car elle peut provoquer des formations de suie, des cémentations hétérogènes, des chutes de la teneur en CO. A la limite, l'obtention d'un haut potentiel .
: . . .- : . :
: .: . -: - . --: :
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)0~3 carbone dans l'atmosphere peut s'avérer impossible, ce qui est évidemment contraire à un bon traitement.
La teneur maximale d'oxygène compatible avec la majorité des cycles de traitement prévus en cementation, en carbonitruration et en chauffage avant trempe d'aciers est de l'ordre de 2 % dans l'azote.
Dans ce cas, les teneurs résiduelles en H20 et C02 peuvent être contenues à des valeurs faibles, généralement inférieures à 0,6 % pour H20 et 0,3 ~ pour C02.
Cependant, l'atmosphère formée à l'intérieur du four diffuse dans les briques réfractaires et à l'interface briques/atmosphère, un équilibre est atteint lorsque le four est en fonctionnement continu, mais un problème important subsiste pendant les périodes de non fonctionnement du four. Il e6t en effet de plus en plus courant que l'atelier de traitement thermique subisse des interruptions de fonctionnement de durées relativement longues, par exemple pendant le repos de fin de semaine. Dans ce cas, l'atmosphère de traitement n'est bien entendu plus injectée dans le four non seulement pour des raisons d'économie et aussi de sécurité car cette atmosphère est potentiellement explosive (fort taux d'hydrogene et de C0) et toxique (fort taux de C0). D'autre part, la température du four est souvent aussi quelque peu abaissée.
Si aucune atmosphère n'est plus injectée dans le four, celui-ci tend à se remplir d'air qui diffuse alors au tr~vers des briques réfractaires. Lorsque le traitement doit être repris, il faut purger l'a r contenu dans le four, ainsi que celui présent dans les briques r~fractaires. Cette opération est longue, donc coûteuse et pénalisante pour la production. Il est donc courant d'essayer de protéger le four de cette pollution de l'air pendant la période de non-production, et à
cet effet, les orifices du four sont obturés et un faible débit d'azote genéralement compris entre 1/6 et 1/3 du débit nominal est injecté dans le four pour y assurer une surpression évitant les entrées d'air.
Si l'azote utilisé provient d'une source cryogénique~ la teneur residuelle en oxygène dans le four et dans les briques réfractaires reste très faible, et le redémarrage du four en production, période dite de reconditionnement, est alors très courte, généralement de 15 minutes à quelques heures selon notamment la température du four.
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;~n~3 Si l'azote provient d'une autre source et contient par exemple
2 % d'oxygène, valeur compatible avec le traitement ultérieur et par~iculièrement economique, le reconditionnement du four peut prendre considérablement plus de temps, pénalisant ainsi la productivité de l'installation. En effet, il faudra non seulement purger l'atmosphère intérieure du four, mais aussi l'atmosphère contenue dans les briques réfractaires, opération particu]ierement longue, car ces briques se comportant comme des éponges, il est difficile d'y faire diffuser du gaz. De plus, la purge se fait classiquement à partir de l'atmosphère de traitement ln~ectée à nouveau dans le four. Celle-ci contient notamment une forte teneur en hydrogène. Ce gaz, qui est constitué
d'une molécule très "petite" diffuse très rapidement, de sorte que l'hydrogène transforme l'oxygène contenu dans les briques réfractaires en vapeur d'eau, si bien que la teneur en vapeur d'eau ainsi produite atteint 4 %. Cette teneur de 4 % de vapeur d'eau est inc~mpatible avec le traitement ultérieur qui exige des valeurs inférieurs à 0,6 % Il faut donc détruire chimiquement ou purger cette vapeur d'eau. La purge de la vapeur d'eau est une opération toujours difficile car cette molécule polaire à la propriété de s'adsorber très facilement à la surface des solides. Or les briques réfractaires, de par leur porosité, ont une surface spécifique très grande.
La destruction chimique de la vapeur d'eau se fait éventuellement par reaction avec un hydrocarbure comme le méthane, mais cette réaction est très lente ou même quasiment inexistante lorsque 18 température est inferieur à 600nC, ce qui est rapidement le cas dans les briques refractaires, puisqulil existe un iort gradient de température entre l'interieur du four et la paroi extérieure du four, dont la temperature est g~néralement inférieure à 100C dans un four normal.
Partant de ces considérations, l'invention concerne un procédé
de traitement thermique de cémentation ou carbonitruration ou chauffe avant trempe de pièces en acier, du genre où l'on utilise un mélange gazeux d'appoint à base d'azote, de méthanol, le cas échéant d'ammoniac, pour constituer une atmosphère de traitement dans un four du type à simple paroi de briques réfractaires, selon lequel on utilise, au titre du composant azote, de l'azote brut résultant de la séparation de l'air produit par un générateur à adsorption ou ~ ' ` ' perméation, dont le degré de purete de l'azote, ou la teneur résiduelle en oxygène, est ~lttermin~ par son taux d'extraction et qui est réglé de façon ~, générer en fonctionnement un gaz azote ayant une teneur rt:siduelle en oxygène de l'ordre de 2 ~, et où une reprise du traitement apres une phase d'interruption de durée significative est précédée par une injection d'azote dans le four, et ce procédé est caracterisé en ce qu'on fournit l'azote de purge, à un débit nettement inférieur au débit de traitement en provenance du générateur d'azote de traitement lui-même, réglé dans ce but 2 un taux d'extraction plus faible, tel que la teneur résiduelle en oxygène ne dépasse pas 0,3 % et de préference se situe ent~e 0,1 % et 0,2 %.
L'expérience montre qu'une teneur résiduelle en oxygène de l'ordre de 0,3 % ou inférieure, de l'ordre de 0,1 a 0,2 %, dans l'azote de purge n'est pas susceptible de former avec l'hydrogène une teneur en vapeur d'eau incompatible avec le traitement ulterieur.
Le procédé selon l'invention présente le double mérite de ne nécessiter aucune autre source de gaz pour la purge et d'assurer cette purge dans des conditions économiques les moins pré~udiciables pour le rendement d'exploitation de l'installation de cémentation, carbonitruration, ou chauffage avant trempe.
L'invention concerne également une installation de traitement thermique de cémentation, carbonitruration ou chauffage avant trempe de pièces métalliques, du genre comportant : un four de traitement non moufflé, c'est-à-dire a simple paroi de briques réfractaires, différentes sources de constituants à l'état fluide d'élaboration d'une atmosphère de traitement thermique de cémentation, carbonitruration, ou chauffage avant trempe, parmi lesquelles, pour le constituant azote, un générateur à separation de l'azote de l'air par adsorption ou permeation sélective et cette installation se caractérise par des moyens de réglage du taux d'extraction de l'azote sur au moins deux niveaux, à savoir un niveau élevé à teneur résiduelle en oxygène de l'ordre de 2 % et un niveau bas à teneur résiduelle en oxygène inférieure à 0,3 ~ et de préference entre 0,l % et 0,2 %.
Un exemple de ce type d'installation est donné dans le dessin annexé où:
\ la ligure unique représente un schéma d'une installation selon l'invention.
Dans le dessin, il est précisé:
~005l3~3 - En marque normale, le d~bit gazeux produit par le génerateur 1 passe par le limiteur de débit 2, une vanne trois voies 3, un debitmètre 4, une seconde vanne trois voies 5, un reservoir~tampon principal 6, et une troisième vanne trois voies 7.
- En marche à débit rtduit de purge, lors du reconditionnement du four, le debit gazeux produit passe par le limiteur de débit 2 la vanne trois voies 3, un réducteur de débit 8, le débitmètre 4, la vanne trois voies 5, un réservoir auxiliaire de gaz de purge 9, les vannes trois voies 5 et 7 étant alors positionnées de fason à interdire le passage par le réservoir 6.
- Un stockage d'azote liquide 10, muni de son dispositif de vaporisation 11 et d'un détendeur 12, débouche sur la conduite d'alimentation directement en amont du débitmètre 4 et sert à
assurer l'écrêtage des pointes extremes et le secours en cas d'arrêt du générateur.
- Les réservsirs-tampon 6 et 9 sont utilisés pour absorber les variations de débit appelé par l'utilisateur, en marche normale ou en marche r~duite respectivement. Ils ne sont pas nécessaires si le débit appelé est stable.
On note que les vannes trois voies 3, 5 et 7 peuvent être - soit opérées manuellement par l'utilisateur en fonction de ses besoins - soit opérées automatiquement par un dispositif approprié
(minuterie, détection de charge du client, .. ).
L'installation décrite permet de garantir un débit instantanné
important grâce au détendeur de secours 12 quelque soit les débits de passage dans les réservoirs 6 et 9.
On constate qu'un seul débitmètre est utilisé, ainsi qu'un seul détendeur et que ce débitmètre reste protegé des surdébits par les réservoirs 6 et 9 placés à l'aval.
Un seul réservoir-tampon pourrait s'avérer suffisant, mais alors il faudrait pouvoir assurer sa purge pendant à peu près le temps nécessaire pour que le générateur passe d'une qualité d'azote normale à
une qualité d'azote de purge.
Comme la marche réduite pendant le reconditionnement du four nécessite un peu moins d'air comprimé pour l'alimentation du générateur, l'excès d'air comprimé par rapport a la marche normale est soit mls à l'atmosphère, sans effet d'économie d'énergie, soit le dispositif de mise a vide du compresseur s'enclenche à intervalles réguliers, entra~nant une economie d'énergie sensible.
A titre d'exemple, on peut escompter les valeurs suivantes :
teneur en 2 dans l'azote 2 % 0,1 %
débit nominal d'un générateur type "PSA" (m3/h~ 100 25 puissance nominale du générateur type "PSA" (kW) Pn 90 % Pn . . . ~ .
d'une molécule très "petite" diffuse très rapidement, de sorte que l'hydrogène transforme l'oxygène contenu dans les briques réfractaires en vapeur d'eau, si bien que la teneur en vapeur d'eau ainsi produite atteint 4 %. Cette teneur de 4 % de vapeur d'eau est inc~mpatible avec le traitement ultérieur qui exige des valeurs inférieurs à 0,6 % Il faut donc détruire chimiquement ou purger cette vapeur d'eau. La purge de la vapeur d'eau est une opération toujours difficile car cette molécule polaire à la propriété de s'adsorber très facilement à la surface des solides. Or les briques réfractaires, de par leur porosité, ont une surface spécifique très grande.
La destruction chimique de la vapeur d'eau se fait éventuellement par reaction avec un hydrocarbure comme le méthane, mais cette réaction est très lente ou même quasiment inexistante lorsque 18 température est inferieur à 600nC, ce qui est rapidement le cas dans les briques refractaires, puisqulil existe un iort gradient de température entre l'interieur du four et la paroi extérieure du four, dont la temperature est g~néralement inférieure à 100C dans un four normal.
Partant de ces considérations, l'invention concerne un procédé
de traitement thermique de cémentation ou carbonitruration ou chauffe avant trempe de pièces en acier, du genre où l'on utilise un mélange gazeux d'appoint à base d'azote, de méthanol, le cas échéant d'ammoniac, pour constituer une atmosphère de traitement dans un four du type à simple paroi de briques réfractaires, selon lequel on utilise, au titre du composant azote, de l'azote brut résultant de la séparation de l'air produit par un générateur à adsorption ou ~ ' ` ' perméation, dont le degré de purete de l'azote, ou la teneur résiduelle en oxygène, est ~lttermin~ par son taux d'extraction et qui est réglé de façon ~, générer en fonctionnement un gaz azote ayant une teneur rt:siduelle en oxygène de l'ordre de 2 ~, et où une reprise du traitement apres une phase d'interruption de durée significative est précédée par une injection d'azote dans le four, et ce procédé est caracterisé en ce qu'on fournit l'azote de purge, à un débit nettement inférieur au débit de traitement en provenance du générateur d'azote de traitement lui-même, réglé dans ce but 2 un taux d'extraction plus faible, tel que la teneur résiduelle en oxygène ne dépasse pas 0,3 % et de préference se situe ent~e 0,1 % et 0,2 %.
L'expérience montre qu'une teneur résiduelle en oxygène de l'ordre de 0,3 % ou inférieure, de l'ordre de 0,1 a 0,2 %, dans l'azote de purge n'est pas susceptible de former avec l'hydrogène une teneur en vapeur d'eau incompatible avec le traitement ulterieur.
Le procédé selon l'invention présente le double mérite de ne nécessiter aucune autre source de gaz pour la purge et d'assurer cette purge dans des conditions économiques les moins pré~udiciables pour le rendement d'exploitation de l'installation de cémentation, carbonitruration, ou chauffage avant trempe.
L'invention concerne également une installation de traitement thermique de cémentation, carbonitruration ou chauffage avant trempe de pièces métalliques, du genre comportant : un four de traitement non moufflé, c'est-à-dire a simple paroi de briques réfractaires, différentes sources de constituants à l'état fluide d'élaboration d'une atmosphère de traitement thermique de cémentation, carbonitruration, ou chauffage avant trempe, parmi lesquelles, pour le constituant azote, un générateur à separation de l'azote de l'air par adsorption ou permeation sélective et cette installation se caractérise par des moyens de réglage du taux d'extraction de l'azote sur au moins deux niveaux, à savoir un niveau élevé à teneur résiduelle en oxygène de l'ordre de 2 % et un niveau bas à teneur résiduelle en oxygène inférieure à 0,3 ~ et de préference entre 0,l % et 0,2 %.
Un exemple de ce type d'installation est donné dans le dessin annexé où:
\ la ligure unique représente un schéma d'une installation selon l'invention.
Dans le dessin, il est précisé:
~005l3~3 - En marque normale, le d~bit gazeux produit par le génerateur 1 passe par le limiteur de débit 2, une vanne trois voies 3, un debitmètre 4, une seconde vanne trois voies 5, un reservoir~tampon principal 6, et une troisième vanne trois voies 7.
- En marche à débit rtduit de purge, lors du reconditionnement du four, le debit gazeux produit passe par le limiteur de débit 2 la vanne trois voies 3, un réducteur de débit 8, le débitmètre 4, la vanne trois voies 5, un réservoir auxiliaire de gaz de purge 9, les vannes trois voies 5 et 7 étant alors positionnées de fason à interdire le passage par le réservoir 6.
- Un stockage d'azote liquide 10, muni de son dispositif de vaporisation 11 et d'un détendeur 12, débouche sur la conduite d'alimentation directement en amont du débitmètre 4 et sert à
assurer l'écrêtage des pointes extremes et le secours en cas d'arrêt du générateur.
- Les réservsirs-tampon 6 et 9 sont utilisés pour absorber les variations de débit appelé par l'utilisateur, en marche normale ou en marche r~duite respectivement. Ils ne sont pas nécessaires si le débit appelé est stable.
On note que les vannes trois voies 3, 5 et 7 peuvent être - soit opérées manuellement par l'utilisateur en fonction de ses besoins - soit opérées automatiquement par un dispositif approprié
(minuterie, détection de charge du client, .. ).
L'installation décrite permet de garantir un débit instantanné
important grâce au détendeur de secours 12 quelque soit les débits de passage dans les réservoirs 6 et 9.
On constate qu'un seul débitmètre est utilisé, ainsi qu'un seul détendeur et que ce débitmètre reste protegé des surdébits par les réservoirs 6 et 9 placés à l'aval.
Un seul réservoir-tampon pourrait s'avérer suffisant, mais alors il faudrait pouvoir assurer sa purge pendant à peu près le temps nécessaire pour que le générateur passe d'une qualité d'azote normale à
une qualité d'azote de purge.
Comme la marche réduite pendant le reconditionnement du four nécessite un peu moins d'air comprimé pour l'alimentation du générateur, l'excès d'air comprimé par rapport a la marche normale est soit mls à l'atmosphère, sans effet d'économie d'énergie, soit le dispositif de mise a vide du compresseur s'enclenche à intervalles réguliers, entra~nant une economie d'énergie sensible.
A titre d'exemple, on peut escompter les valeurs suivantes :
teneur en 2 dans l'azote 2 % 0,1 %
débit nominal d'un générateur type "PSA" (m3/h~ 100 25 puissance nominale du générateur type "PSA" (kW) Pn 90 % Pn . . . ~ .
Claims (9)
1. Procédé de traitement thermique de cémentation, carbonitruration, ou chauffage avant trempe de pièces métalliques, sous une atmosphère de traitement comprenant de l'azote et du méthanol, dans un four de traitement a simple paroi de briques réfractaires, selon lequel:
on prépare de l'azote brut par séparation de l'azote de l'air par adsorption au moyen d'un générateur à perméation où l'on obtient, dans des conditions d'opération à écoulement complet normal, de l'azote gazeux d'une teneur résiduelle en oxygène de l'ordre de 2%, préalablement à la reprise du traitement après une interruption d'une durée importante, on injecte de l'azote gazeux de purge dans le four à un débit nettement inférieur au débit de traitement normal dudit générateur; et en conséquence on règle ledit générateur à
un taux d'extraction plus faible tel que la teneur résiduelle de l'oxygène dans l'azote de purge ne dépasse pas 0,3%.
on prépare de l'azote brut par séparation de l'azote de l'air par adsorption au moyen d'un générateur à perméation où l'on obtient, dans des conditions d'opération à écoulement complet normal, de l'azote gazeux d'une teneur résiduelle en oxygène de l'ordre de 2%, préalablement à la reprise du traitement après une interruption d'une durée importante, on injecte de l'azote gazeux de purge dans le four à un débit nettement inférieur au débit de traitement normal dudit générateur; et en conséquence on règle ledit générateur à
un taux d'extraction plus faible tel que la teneur résiduelle de l'oxygène dans l'azote de purge ne dépasse pas 0,3%.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur résiduelle en oxygène dans ledit azote de purge se situe entre 0,1% et 0,2%.
3. Installation de traitement thermique de cémentation, carbonitruration ou chauffage avant trempe de pièces métalliques, du genre comprenant:
un four de traitement à simple paroi de briques réfractaires;
différentes sources de composantes à l'état fluide d'élaboration d'une atmosphère de traitement thermique de cémentation ou carbonitruration;
pour la composante azote, un générateur à
séparation de l'azote de l'air par adsorption ou perméation sélective;
des moyens de réglage du taux d'extraction de l'azote sur au moins deux niveaux, à savoir un niveau d'opération à teneur résiduelle en oxygène de l'ordre de 2% et un niveau de purge à teneur résiduelle en oxygène inférieur à 0,3%.
un four de traitement à simple paroi de briques réfractaires;
différentes sources de composantes à l'état fluide d'élaboration d'une atmosphère de traitement thermique de cémentation ou carbonitruration;
pour la composante azote, un générateur à
séparation de l'azote de l'air par adsorption ou perméation sélective;
des moyens de réglage du taux d'extraction de l'azote sur au moins deux niveaux, à savoir un niveau d'opération à teneur résiduelle en oxygène de l'ordre de 2% et un niveau de purge à teneur résiduelle en oxygène inférieur à 0,3%.
4. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que la teneur résiduelle en oxygène au niveau de purge se situe entre 0,1% et 0,2%.
5. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que le générateur d'azote dessert une conduite de production, incorporant un premier limiteur de débit et un réservoir tampon et, un second limiteur de débit disposé entre le premier limiteur de débit et le réservoir-tampon.
6. Installation selon la revendication 5, comprenant en outre un second réservoir placé en parallèle sur le réservoir-tampon.
7. Installation selon la revendication 5, comprenant en outre un débitmètre placé en amont dudit réservoir-tampon.
8. Installation selon la revendication 5, comprenant en outre une conduite additionnelle d'alimentation en azote, laquelle comprend un stockage d'azote liquide, un évaporateur, et un détendeur de pression/ ladite conduite additionnelle d'alimentation étant en communication avec ladite conduite de production en amont du réservoir-tampon.
9. Procédé de purge d'un four à simple paroi de briques réfractaires préalablement à la reprise d'un traitement thermique de pièces métalliques par cémentation, carbonitruration ou chauffage sous une atmosphère de traitement comprenant de l'azote et du méthanol, où l'azote est obtenu par séparation de l'air produit par un générateur à adsorption ou perméation résultant, dans des conditions d'opération à débit complet normal, en de l'azote gazeux dont la teneur résiduelle en oxygène est de l'ordre de 2%, caractérisé en ce que:
l'on introduit de l'azote de purge dans le four à un débit sensiblement inférieur au débit de traitement normal de l'azote à travers le four;
en conséquence l'on règle la production d'azote à un taux inférieur d'extraction tel que la teneur résiduelle en oxygène dans l'azote de purge ne dépasse pas 0,3%.
l'on introduit de l'azote de purge dans le four à un débit sensiblement inférieur au débit de traitement normal de l'azote à travers le four;
en conséquence l'on règle la production d'azote à un taux inférieur d'extraction tel que la teneur résiduelle en oxygène dans l'azote de purge ne dépasse pas 0,3%.
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