CA2039385A1 - Atmosphere de protection a base d'helium pour le traitement thermique de metaux en four discontinu - Google Patents
Atmosphere de protection a base d'helium pour le traitement thermique de metaux en four discontinuInfo
- Publication number
- CA2039385A1 CA2039385A1 CA002039385A CA2039385A CA2039385A1 CA 2039385 A1 CA2039385 A1 CA 2039385A1 CA 002039385 A CA002039385 A CA 002039385A CA 2039385 A CA2039385 A CA 2039385A CA 2039385 A1 CA2039385 A1 CA 2039385A1
- Authority
- CA
- Canada
- Prior art keywords
- content
- helium
- nitrogen
- gas
- substantial
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Abandoned
Links
- 239000001307 helium Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 46
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 46
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 title claims abstract description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims description 17
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims description 5
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 title 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 92
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 46
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 38
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 36
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 34
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 claims abstract 2
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims description 14
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 9
- 238000004064 recycling Methods 0.000 claims description 8
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims description 6
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 claims description 6
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 5
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 4
- 230000008030 elimination Effects 0.000 claims description 3
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 claims description 3
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 3
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 claims description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 claims description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 abstract description 4
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 abstract 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 208000019888 Circadian rhythm sleep disease Diseases 0.000 description 1
- 241001364889 Helius Species 0.000 description 1
- 208000001456 Jet Lag Syndrome Diseases 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004401 flow injection analysis Methods 0.000 description 1
- 238000005246 galvanizing Methods 0.000 description 1
- 208000033915 jet lag type circadian rhythm sleep disease Diseases 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000000344 soap Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
- F27B11/00—Bell-type furnaces
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
- C21D9/54—Furnaces for treating strips or wire
- C21D9/663—Bell-type furnaces
- C21D9/667—Multi-station furnaces
- C21D9/67—Multi-station furnaces adapted for treating the charge in vacuum or special atmosphere
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Furnace Details (AREA)
- Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
Procédé de traitement thermique d'objets métalliques sous atmosphère de protection en four opérant en discontinu, du genre où dans une phase initiale de montée en température on assure une injection d'un débit de gaz de balayage à teneur substantielle en azote, alors que la phase de refroidissement est effectuée sous atmosphère à teneur prédominante en gaz à meilleure conductibilite thermique que l'azote, caractérisé en ce qu'on provoque une substitution de l'atmosphère à base d'azote par une atmosphère à base d'hélium et cela dès que la montée en température a été substantiellement accomplie. Le gaz à teneur substantielle en hélium est un mélange d'hélium et d'hydrogène à teneur inférieure à 10%. Application aux fours à cloches classiques utilisant l'azote, sous réserve d'une simple amélioration des joints d'étanchéité.
Description
2039~8~
La présente invention concerne un procédé de traitement the~nique d'objets métalliques sous atmosphère de protection en four opérant en discontinu, par exemple four dit "cloche".
Le traitement the~nique discontinu d'objets métalliques, en particulier des bobines de tôle ou de fil, par exe~,ple en four cloche, s'effectue principalement sous atmosphère à base d'azote avec un peu d'hydrogène tmoins de 10 %) pour éviter l'oxyda~ion des bobines. Ce type d'atmospilère peut être produit par des générateurs de gaz sur le site ou par des gaz industriels azote et hydrogène mélangés.
Depuis quelques années on assiste dans ce domaine à la substitution de ces atmosphères à base d~azote par des atmosphères d'hydrogène pur, ou à forte teneur en hydrogène, de l'ordre de 75 %.
Cette substitution est particulièrement intéressante parce que, l'hydrogène ayant une meilleure conductivité thermique que l'azote, la durée du cycle de traitement est diminuée de 20 ~ environ. En outre, la qualité du traitement thermique est am~liorée, car le chauffage des objets métalliques est plus homogène (écart de te~perature réduit entre le coeur et la périphérie des objets traités).
D'autre part, la propreté des tôles est meilleure (m~ins de résidus carbonés) ainsi que leur brillance. Ceci représente un avantage très important pour les tôles devant subir un traitement de surface ultérieur, telle la galvanisation.
La conversion des fours "cloches" fonctionnant sous atmosphère d'azote à faible teneur en hydrogène par de l'hydrogène nécessite cependant de profondes modifications au regard de l'étanchéite et de la sécurité, car l'hydrogène est un gaz particulièrement inflamnable. Ces modifications sont tellement importantes qu'il est souvent préférable pour les utilisateurs d'acheter des fours neufs prévus spécialement à
cet effet. Quelle que soit la solution rete~ue, les investisse~ents qui en découlent sont très importants, ce qui représente un frein au dévelop~ement de ces atmosphères pourtant très bénéfiques en elles-m8mes.
Le brevet européen 0.133.613 d~crit un procédé de traitement mixte, où toute la phase de traitement thermique y compris la montée en te~,pérature est assurée en atmosphère d'azote à teneur faible en hydrogène, alors que dans la phase de refroidissement, on ~odifie cette atmosphère par une injection supplémentaire d'hydrogène ou autre gaz de poids spécifique plus faible, de façon à assurer le maintien de la pression qui, sans cela, aurait tendance ~ chuter fort~ment en dessous 203938~
de la pression atmosphérique - du fait du refroidissement - ce qui provoquerait des entrées d~air indésirables, de telle sorte que la teneur initiale faible en hydrogcne (de l'ordre de 5 %), s'élève alors jusqu'à atteindre une teneur relativement élevée (de l!ordre de 68 %), le reste étant de l'azote.
La proposition selon ce brevet européen 0.133.613 représente une certaine amelioration en ce qui concerne la durée du cycle de traitement qui est réduite, puisque le refroidissement s'en trouve accéléré. Cependant, la forte teneur en hydrogène pendant la phase de refroidissement~ très supérieure à la limite explosive, conduit nécessairement ~l l'inconvénient mentionné précédenment, qui oblige l'utilisateur, ~ s'équiper de fours adaptés à la mise en oeuvre en sécurité de teneurs en hydrogène explosives.
La présente invention vise à assurer un traitement thermique d'objets métalliques en four opérant en discontinu, qui est de durée réduite de facon significative par rapport aux traitements classiques sous atmosphere à base d'azote, tout en assur~nt la qualité de traitement reconnue en atmosphère d'hydrogène, mais en se contentant d'~méliorations de caractère tout à fait mineur des fours classiques mettant en oeuvre des atmosphères à base d'azote.
~ elon l'invention, dans un procédé du genre où, dans une phase initiale de montée en temperature, on assure une injection d'un débit de gaz de balayage à teneur substantielle en azote, alors qu'une phase de refroidissement final est effectuée sous atmosphère à teneur prédominante en un gaz autre que l'azote, l'atmosphère à teneur autre que l'azote est obtenue par injection d'un melange à base d'hélium ~
faible teneur en hydrogène avec évacuation d'un débit gazeux correspondant hors du four.
Grâce ~ l'hélium, on assure une bonne conduction de la chaleur rapidement au coeur des pièces métalliques en traitement, et cela sans aucun risque explosif. Pour tenir campte du co~t relativement élévé de l'hélium, il convient d'abord d'adapter le four à cette nouvelle utilisation en réduisant les fuites au minimun, c'est-~-dire en apportant une amélioration au niveau des joints d'étanchéité des fours classiques de traitement sous atmosphère à base d'azote.
L'invention prévoit egalement différentes mesures dont certaines permettent de réduire au strict minimun les pertes d'nelium :
203~38~
Selon l'une de ces mesures, l'injection du mélange d'hélium à
faible teneur en hydrogène est poursuivie au moins jusqu'à ce que la teneur en helium soit supérieure à 50 %.
Selon ~le autre mesure, le mélange gazeux à base d'hélium a faible teneur en hydrogène provient d'un mélange préétabli avec de l'heliunl et de l'hydrogène de réserves, ou de la charge gazeuse recuperée en fin de traitement et substantiellement épurée en azote.
Selon encore une autre mesure, la substitution de l'atmosphère ~ teneur substantielle en azote par l'atmosphère à teneur substantielle en hélium s'effectue par injection du gaz à teneur substantielle en hélium et recyclage du gaz d'atmosphère après passage sur un separateur d'azote, par exemple du type à membrane de perméation, ledit recyclage de gaz d'atmosphère prenant fin dès que la teneur en azote atteint un seuil suffisamment faible, de preférence inférieur ~ 20 ~, après quoi l'injection de gaz à teneur substantielle en hélium est une si~le injection de compensation des fuites éventuelles et/ou pendant le refroidissen~nt de maintien de la pression interne du four.
L'injection du m~lange à base d'hélium à faible teneur en hydrogène débute au plus tôt après élimination thermique des huiles associées aux objets traités mais de préférence avant que le palier de température soit atteint.
Selon encore une autre de ces mesures, le refroidissement se termine par une purge de l'atmosphbre gazeuse à teneur substantielle en hélium par balayage à l'azote avec récupération du gaz à teneur substantielle en hélium par passage sur un séparateur d'azote, par exemple du type ~ membrane de perm~ation, qui est avantageusement celui ayant servi à la substitution de l'atmosphère à teneur substantielle en azote par l'atmosphère à teneur substantielle en hélium.
Crâce à la mise en oeuvre de l'une et/ou l'autre de ces mesures, et de préférence de l'ensemble de ces mesures, on limite les pertes d'hélium au minimum. Notamment, co~me l'élimination des savons et des huiles s'achève vers 600C, en sorte que la pollution de l'~tmosphère diminue alors fortement, il s'avère judicieux de passer a ce moment là de l'atmosphère A base azote à l'atmosphere ~ base d'h~lium. Grâce au recyclage de l'atmosphère à base d'azote progressivement substitue en atmosphère a base d'hélium sur un separateur d'azote, les pertes d'héliu~ lors de cette substitution sont 4 2039~8~
p.-lticulièrement re~ultes, ce qui représente une éc~lomie notable par rapport à une sinple purge du four par un gaz à forte teneur en hélium.
De même, la récupération en fin de traitement du gaz d'atmosphère à
forte teneur en hélium avec stockage dans une capacité-tampon représente une limitation significative des pertes possibles d'hélium.
Ch décrit maintenant en référence à la figure unique, une mise en oeuvre de l'invention. Dans le dessin annexé, on a représenté un diagra~me des temperatures en ordonnée (degrés Cel~ius) en fonction du temps (heures) en abscisse pendant les différentes phases de traitement _, _, c, _ et e et par des blocs hachurés représentatifs des quantites de gaz injectées. Le traitement qui a été mis en oeuvre concernait le recuit de bobines d'acier à "bas carbone", la charge étAnt de 25 tolmes et la ten~erature de recuit de 700C.
Le c~cle a été le suivant :
a Purge de l'atmosphère du four sous N2 : 30 m3/h pendant 1 h i _ E3alayage sous N2 + 4 ~ H2- 15 m3/h pendant la montée en tenperature jusqu'à 600C environ, durée 10 h ;
c Passage de N2 + 4 % H2 à He + 4 % H2 Débit de recirculation sur séparateur à men~rane de perméation :
15 m3/h, durée 2 h ;
d Maintien en pression sous ~e + 4 % H2 Débit O,l m3/h en moyenne, durée 43 h e Purge par N2 et récuperation du volume He + 4 % H2 sur séparateur ~'azote Débit 15 m3/h, durée 2 h, ce qui correspond à une durée totale de traitement de 58 h, qu'on peut comparer aux 55 h obtenues sous E12 et aux 65 h sous N2 + 5 %
Les cons nations de gaz se sont élevées à :
- N2 + 5 % H2 185 m3 de N2 7 m3 de H2 150 m3 de H2 35 m3 de N2 - He + 5 % E12 180 m3 de N2 , . - .. : , . ~ . :
. . ~ ~- . . - , ~
- ' 21~39385 6 m3 de H2 8 m3 de E-le La conscnmation réduite d'hélium provient des faibles fuites par les joints du four à cloche (0,1 m3/h) et des pertes faibles en hélium lors de la recirculation de l'atmosphère à travers la nen~rane du séparateur et lors de l'ouverture de la cloche à la fin du traitement.
Pour être économiquement compétitif vis-à-vis des procédés à
l'hydrogène, la proposition selon l'invention nécessite, comme déj~
m~ntionné, des fours présentant des joints d~étanchéité de bonne qualité. Dans ce cas, les coûts de fonctionnement sont comparables, mais la solution "hélium" ne conduit pas à des investissem~nts importants, car elle peut s'appliquer sans aucun problème de sécurité
sur un four classique utilisant un mélange d'azote avec une faible teneur en hydrogène.
Par ailleurs, les gains de productivité et de qualité par rapport au procéde a base d'azote sont voisins de ceu~ obtenus avec l'hydrogène.
Le dispositif de recyclage de l'atmosphère avec séparateur d'azote peut être utilis~ successivement pour plusieurs fours opérant h décalage horaire, ce qui limite encore les investissen~nts pour la mise en oeuvre du procédé.
Le procédé s'applique à tous types de fours opérant en discontinu. Les fours mettant en oeuvre des joints en sable ou de ~auvaise qualité doivent être adaptés par une transformation mineure pour limiter les fuites d'helium. Les autres fours peuvent être utilisés tels quels, car l'atmosphère d'un mélange d'hélium et d'hydrogène à teneur inférieure ~ 10 % n'est pas inflammable.
,,', , ' :
,~
., .
La présente invention concerne un procédé de traitement the~nique d'objets métalliques sous atmosphère de protection en four opérant en discontinu, par exemple four dit "cloche".
Le traitement the~nique discontinu d'objets métalliques, en particulier des bobines de tôle ou de fil, par exe~,ple en four cloche, s'effectue principalement sous atmosphère à base d'azote avec un peu d'hydrogène tmoins de 10 %) pour éviter l'oxyda~ion des bobines. Ce type d'atmospilère peut être produit par des générateurs de gaz sur le site ou par des gaz industriels azote et hydrogène mélangés.
Depuis quelques années on assiste dans ce domaine à la substitution de ces atmosphères à base d~azote par des atmosphères d'hydrogène pur, ou à forte teneur en hydrogène, de l'ordre de 75 %.
Cette substitution est particulièrement intéressante parce que, l'hydrogène ayant une meilleure conductivité thermique que l'azote, la durée du cycle de traitement est diminuée de 20 ~ environ. En outre, la qualité du traitement thermique est am~liorée, car le chauffage des objets métalliques est plus homogène (écart de te~perature réduit entre le coeur et la périphérie des objets traités).
D'autre part, la propreté des tôles est meilleure (m~ins de résidus carbonés) ainsi que leur brillance. Ceci représente un avantage très important pour les tôles devant subir un traitement de surface ultérieur, telle la galvanisation.
La conversion des fours "cloches" fonctionnant sous atmosphère d'azote à faible teneur en hydrogène par de l'hydrogène nécessite cependant de profondes modifications au regard de l'étanchéite et de la sécurité, car l'hydrogène est un gaz particulièrement inflamnable. Ces modifications sont tellement importantes qu'il est souvent préférable pour les utilisateurs d'acheter des fours neufs prévus spécialement à
cet effet. Quelle que soit la solution rete~ue, les investisse~ents qui en découlent sont très importants, ce qui représente un frein au dévelop~ement de ces atmosphères pourtant très bénéfiques en elles-m8mes.
Le brevet européen 0.133.613 d~crit un procédé de traitement mixte, où toute la phase de traitement thermique y compris la montée en te~,pérature est assurée en atmosphère d'azote à teneur faible en hydrogène, alors que dans la phase de refroidissement, on ~odifie cette atmosphère par une injection supplémentaire d'hydrogène ou autre gaz de poids spécifique plus faible, de façon à assurer le maintien de la pression qui, sans cela, aurait tendance ~ chuter fort~ment en dessous 203938~
de la pression atmosphérique - du fait du refroidissement - ce qui provoquerait des entrées d~air indésirables, de telle sorte que la teneur initiale faible en hydrogcne (de l'ordre de 5 %), s'élève alors jusqu'à atteindre une teneur relativement élevée (de l!ordre de 68 %), le reste étant de l'azote.
La proposition selon ce brevet européen 0.133.613 représente une certaine amelioration en ce qui concerne la durée du cycle de traitement qui est réduite, puisque le refroidissement s'en trouve accéléré. Cependant, la forte teneur en hydrogène pendant la phase de refroidissement~ très supérieure à la limite explosive, conduit nécessairement ~l l'inconvénient mentionné précédenment, qui oblige l'utilisateur, ~ s'équiper de fours adaptés à la mise en oeuvre en sécurité de teneurs en hydrogène explosives.
La présente invention vise à assurer un traitement thermique d'objets métalliques en four opérant en discontinu, qui est de durée réduite de facon significative par rapport aux traitements classiques sous atmosphere à base d'azote, tout en assur~nt la qualité de traitement reconnue en atmosphère d'hydrogène, mais en se contentant d'~méliorations de caractère tout à fait mineur des fours classiques mettant en oeuvre des atmosphères à base d'azote.
~ elon l'invention, dans un procédé du genre où, dans une phase initiale de montée en temperature, on assure une injection d'un débit de gaz de balayage à teneur substantielle en azote, alors qu'une phase de refroidissement final est effectuée sous atmosphère à teneur prédominante en un gaz autre que l'azote, l'atmosphère à teneur autre que l'azote est obtenue par injection d'un melange à base d'hélium ~
faible teneur en hydrogène avec évacuation d'un débit gazeux correspondant hors du four.
Grâce ~ l'hélium, on assure une bonne conduction de la chaleur rapidement au coeur des pièces métalliques en traitement, et cela sans aucun risque explosif. Pour tenir campte du co~t relativement élévé de l'hélium, il convient d'abord d'adapter le four à cette nouvelle utilisation en réduisant les fuites au minimun, c'est-~-dire en apportant une amélioration au niveau des joints d'étanchéité des fours classiques de traitement sous atmosphère à base d'azote.
L'invention prévoit egalement différentes mesures dont certaines permettent de réduire au strict minimun les pertes d'nelium :
203~38~
Selon l'une de ces mesures, l'injection du mélange d'hélium à
faible teneur en hydrogène est poursuivie au moins jusqu'à ce que la teneur en helium soit supérieure à 50 %.
Selon ~le autre mesure, le mélange gazeux à base d'hélium a faible teneur en hydrogène provient d'un mélange préétabli avec de l'heliunl et de l'hydrogène de réserves, ou de la charge gazeuse recuperée en fin de traitement et substantiellement épurée en azote.
Selon encore une autre mesure, la substitution de l'atmosphère ~ teneur substantielle en azote par l'atmosphère à teneur substantielle en hélium s'effectue par injection du gaz à teneur substantielle en hélium et recyclage du gaz d'atmosphère après passage sur un separateur d'azote, par exemple du type à membrane de perméation, ledit recyclage de gaz d'atmosphère prenant fin dès que la teneur en azote atteint un seuil suffisamment faible, de preférence inférieur ~ 20 ~, après quoi l'injection de gaz à teneur substantielle en hélium est une si~le injection de compensation des fuites éventuelles et/ou pendant le refroidissen~nt de maintien de la pression interne du four.
L'injection du m~lange à base d'hélium à faible teneur en hydrogène débute au plus tôt après élimination thermique des huiles associées aux objets traités mais de préférence avant que le palier de température soit atteint.
Selon encore une autre de ces mesures, le refroidissement se termine par une purge de l'atmosphbre gazeuse à teneur substantielle en hélium par balayage à l'azote avec récupération du gaz à teneur substantielle en hélium par passage sur un séparateur d'azote, par exemple du type ~ membrane de perm~ation, qui est avantageusement celui ayant servi à la substitution de l'atmosphère à teneur substantielle en azote par l'atmosphère à teneur substantielle en hélium.
Crâce à la mise en oeuvre de l'une et/ou l'autre de ces mesures, et de préférence de l'ensemble de ces mesures, on limite les pertes d'hélium au minimum. Notamment, co~me l'élimination des savons et des huiles s'achève vers 600C, en sorte que la pollution de l'~tmosphère diminue alors fortement, il s'avère judicieux de passer a ce moment là de l'atmosphère A base azote à l'atmosphere ~ base d'h~lium. Grâce au recyclage de l'atmosphère à base d'azote progressivement substitue en atmosphère a base d'hélium sur un separateur d'azote, les pertes d'héliu~ lors de cette substitution sont 4 2039~8~
p.-lticulièrement re~ultes, ce qui représente une éc~lomie notable par rapport à une sinple purge du four par un gaz à forte teneur en hélium.
De même, la récupération en fin de traitement du gaz d'atmosphère à
forte teneur en hélium avec stockage dans une capacité-tampon représente une limitation significative des pertes possibles d'hélium.
Ch décrit maintenant en référence à la figure unique, une mise en oeuvre de l'invention. Dans le dessin annexé, on a représenté un diagra~me des temperatures en ordonnée (degrés Cel~ius) en fonction du temps (heures) en abscisse pendant les différentes phases de traitement _, _, c, _ et e et par des blocs hachurés représentatifs des quantites de gaz injectées. Le traitement qui a été mis en oeuvre concernait le recuit de bobines d'acier à "bas carbone", la charge étAnt de 25 tolmes et la ten~erature de recuit de 700C.
Le c~cle a été le suivant :
a Purge de l'atmosphère du four sous N2 : 30 m3/h pendant 1 h i _ E3alayage sous N2 + 4 ~ H2- 15 m3/h pendant la montée en tenperature jusqu'à 600C environ, durée 10 h ;
c Passage de N2 + 4 % H2 à He + 4 % H2 Débit de recirculation sur séparateur à men~rane de perméation :
15 m3/h, durée 2 h ;
d Maintien en pression sous ~e + 4 % H2 Débit O,l m3/h en moyenne, durée 43 h e Purge par N2 et récuperation du volume He + 4 % H2 sur séparateur ~'azote Débit 15 m3/h, durée 2 h, ce qui correspond à une durée totale de traitement de 58 h, qu'on peut comparer aux 55 h obtenues sous E12 et aux 65 h sous N2 + 5 %
Les cons nations de gaz se sont élevées à :
- N2 + 5 % H2 185 m3 de N2 7 m3 de H2 150 m3 de H2 35 m3 de N2 - He + 5 % E12 180 m3 de N2 , . - .. : , . ~ . :
. . ~ ~- . . - , ~
- ' 21~39385 6 m3 de H2 8 m3 de E-le La conscnmation réduite d'hélium provient des faibles fuites par les joints du four à cloche (0,1 m3/h) et des pertes faibles en hélium lors de la recirculation de l'atmosphère à travers la nen~rane du séparateur et lors de l'ouverture de la cloche à la fin du traitement.
Pour être économiquement compétitif vis-à-vis des procédés à
l'hydrogène, la proposition selon l'invention nécessite, comme déj~
m~ntionné, des fours présentant des joints d~étanchéité de bonne qualité. Dans ce cas, les coûts de fonctionnement sont comparables, mais la solution "hélium" ne conduit pas à des investissem~nts importants, car elle peut s'appliquer sans aucun problème de sécurité
sur un four classique utilisant un mélange d'azote avec une faible teneur en hydrogène.
Par ailleurs, les gains de productivité et de qualité par rapport au procéde a base d'azote sont voisins de ceu~ obtenus avec l'hydrogène.
Le dispositif de recyclage de l'atmosphère avec séparateur d'azote peut être utilis~ successivement pour plusieurs fours opérant h décalage horaire, ce qui limite encore les investissen~nts pour la mise en oeuvre du procédé.
Le procédé s'applique à tous types de fours opérant en discontinu. Les fours mettant en oeuvre des joints en sable ou de ~auvaise qualité doivent être adaptés par une transformation mineure pour limiter les fuites d'helium. Les autres fours peuvent être utilisés tels quels, car l'atmosphère d'un mélange d'hélium et d'hydrogène à teneur inférieure ~ 10 % n'est pas inflammable.
,,', , ' :
,~
., .
Claims (12)
1. Procédé de traitement thermique d'objets métalliques sous atmosphère de protection en four opérant en discontinu, du genre où, dans une phase initiale de montée en température, on assure une injection d'un débit de gaz de balayage à teneur substantielle en azote, alors qu'une phase de refroi-dissement final est effectuée sous atmosphère à
teneur prédominante en un gaz autre que l'azote, caractérisé en ce que l'atmosphère à teneur autre que l'azote est obtenue par injection d'un mélange à base d'hélium à faible teneur en hydrogène avec évacuation d'un débit gazeux correspondant hors du four.
teneur prédominante en un gaz autre que l'azote, caractérisé en ce que l'atmosphère à teneur autre que l'azote est obtenue par injection d'un mélange à base d'hélium à faible teneur en hydrogène avec évacuation d'un débit gazeux correspondant hors du four.
2. Procédé de traitement thermique d'objets métalliques selon la revendication 1, caractérisé
en ce que l'injection du mélange d'hélium à faible teneur en hydrogène est poursuivie au moins jusqu'à
ce que la teneur en hélium soit supérieure à 50%.
en ce que l'injection du mélange d'hélium à faible teneur en hydrogène est poursuivie au moins jusqu'à
ce que la teneur en hélium soit supérieure à 50%.
3. Procédé de traitement thermique d'objets métalliques selon la revendication 1 ou 2, caractérisé
en ce que la teneur en hydrogène du mélange à base d'hélium et hydrogène injecte est inférieure à
10%.
en ce que la teneur en hydrogène du mélange à base d'hélium et hydrogène injecte est inférieure à
10%.
4. Procédé de traitement thermique d'objets métalliques selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le mélange gazeux à base d'hélium à faible teneur en hydrogène provient d'un mélange préétabli avec de l'hélium et de l'hydro-gène de réserves.
5. Procédé de traitement thermique d'objets métalliques selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le mélange gazeux à base d'hélium à faible teneur en hydrogène provient de la charge gazeuse récupérée en fin de traitement et substantiellement épurée en azote.
6. Procédé de traitement thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé
en ce que le gaz de balayage à teneur substantielle en azote mis en oeuvre pendant la montée en température est un mélange d'azote et d'hydrogène à teneur en hydrogène de l'ordre de 3 à 5%.
en ce que le gaz de balayage à teneur substantielle en azote mis en oeuvre pendant la montée en température est un mélange d'azote et d'hydrogène à teneur en hydrogène de l'ordre de 3 à 5%.
7. Procédé de traitement thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé
en ce que la substitution de l'atmosphère à teneur substantielle en azote par l'atmosphère à teneur substantielle en hélium s'effectue par injection du gaz à teneur substantielle en hélium et recyclage du gaz d'atmosphère après passage sur un séparateur d'azote, ledit recyclage de gaz d'atmosphère prenant fin dès que la teneur en azote atteint un seuil suffisamment faible, après quoi l'injection de gaz à teneur substantielle en hélium est une simple injection de compensation des fuites éventuelles et/ou pendant le refroidissement de maintien de la pression interne du four.
en ce que la substitution de l'atmosphère à teneur substantielle en azote par l'atmosphère à teneur substantielle en hélium s'effectue par injection du gaz à teneur substantielle en hélium et recyclage du gaz d'atmosphère après passage sur un séparateur d'azote, ledit recyclage de gaz d'atmosphère prenant fin dès que la teneur en azote atteint un seuil suffisamment faible, après quoi l'injection de gaz à teneur substantielle en hélium est une simple injection de compensation des fuites éventuelles et/ou pendant le refroidissement de maintien de la pression interne du four.
8. Procédé de traitement thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé
en ce que la substitution de l'atmosphère à teneur substantielle en azote par l'atmosphère à teneur substantielle en hélium s'effectue par injection du gaz à teneur substantielle en hélium et recyclage du gaz d'atmosphère après passage sur un séparateur d'azote, du type à membrane de perméation, ledit recyclage de gaz d'atmosphère prenant fin des que la teneur en azote atteint un seuil inférieur à
20%, après quoi l'injection de gaz à teneur substan-tielle en hélium est une simple injection de compensa-tion des fuites éventuelles et/ou pendant le refroi-dissement de maintien de la pression interne du four.
en ce que la substitution de l'atmosphère à teneur substantielle en azote par l'atmosphère à teneur substantielle en hélium s'effectue par injection du gaz à teneur substantielle en hélium et recyclage du gaz d'atmosphère après passage sur un séparateur d'azote, du type à membrane de perméation, ledit recyclage de gaz d'atmosphère prenant fin des que la teneur en azote atteint un seuil inférieur à
20%, après quoi l'injection de gaz à teneur substan-tielle en hélium est une simple injection de compensa-tion des fuites éventuelles et/ou pendant le refroi-dissement de maintien de la pression interne du four.
9. Procédé de traitement thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé
en ce que l'injection du mélange à base d'hélium à faible teneur en hydrogène débute au plus tôt après élimination thermique des huiles associées aux objets traités.
en ce que l'injection du mélange à base d'hélium à faible teneur en hydrogène débute au plus tôt après élimination thermique des huiles associées aux objets traités.
10. Procédé de traitement thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'injection du mélange à
base d'hélium à faible teneur en hydrogène débute avant que le palier de température soit atteint.
base d'hélium à faible teneur en hydrogène débute avant que le palier de température soit atteint.
11. Procédé de traitement thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérise en ce que le refroidissement se termine par une purge de récupération de l'atmosphère gazeuse à teneur substantielle en hélium par balayage à
l'azote avec récupération du gaz à teneur substan-tielle en hélium par passage sur un séparateur d'azote.
l'azote avec récupération du gaz à teneur substan-tielle en hélium par passage sur un séparateur d'azote.
12. Procédé de traitement thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le refroidissement se termine par une purge de récupération de l'atmosphère gazeuse à teneur substantielle en hélium par balayage à
l'azote avec récupération du gaz à teneur substan-tielle en hélium par passage sur un séparateur d'azote du type à membrane de perméation.
l'azote avec récupération du gaz à teneur substan-tielle en hélium par passage sur un séparateur d'azote du type à membrane de perméation.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9004306A FR2660744B1 (fr) | 1990-04-04 | 1990-04-04 | Four a cloches. |
| FR9004306 | 1990-04-04 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA2039385A1 true CA2039385A1 (fr) | 1991-10-05 |
Family
ID=9395438
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA002039385A Abandoned CA2039385A1 (fr) | 1990-04-04 | 1991-03-28 | Atmosphere de protection a base d'helium pour le traitement thermique de metaux en four discontinu |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05263126A (fr) |
| BE (1) | BE1006163A4 (fr) |
| CA (1) | CA2039385A1 (fr) |
| ES (1) | ES2026823A6 (fr) |
| FR (1) | FR2660744B1 (fr) |
| IT (1) | IT1244783B (fr) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4129879A1 (de) * | 1991-09-09 | 1993-03-11 | Loi Ind Ofenanlagen | Verfahren zum austausch der atmosphaere eines industrieofens |
| DE102004058464A1 (de) * | 2004-12-03 | 2006-06-22 | Linde Ag | Verfahren zur Gasabschreckung |
| EP2304061A1 (fr) | 2008-06-13 | 2011-04-06 | LOI Thermprocess GmbH | Procédé pour le recuit haute température d'une tôle magnétique à grains orientés sous atmosphère gazeuse protectrice dans un four à traitement thermique |
| CN101812584B (zh) * | 2010-05-06 | 2012-03-21 | 山西太钢不锈钢股份有限公司 | 罩式炉退火吹氢方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2450081A (en) * | 1945-04-05 | 1948-09-28 | George R Burkhardt | Noble gas metallurgy |
| GB1233847A (fr) * | 1968-06-28 | 1971-06-03 | ||
| AT395321B (de) * | 1983-07-05 | 1992-11-25 | Ebner Ind Ofenbau | Verfahren zum abkuehlen von chargen in diskontinuierlich arbeitenden industrieoefen, insbesondere von stahldraht- oder - bandbunden in haubengluehoefen |
| DE3736501C1 (de) * | 1987-10-28 | 1988-06-09 | Degussa | Verfahren zur Waermebehandlung metallischer Werkstuecke |
-
1990
- 1990-04-04 FR FR9004306A patent/FR2660744B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-03-14 IT ITMI910683A patent/IT1244783B/it active IP Right Grant
- 1991-03-22 JP JP3058783A patent/JPH05263126A/ja active Pending
- 1991-03-25 ES ES9100765A patent/ES2026823A6/es not_active Expired - Lifetime
- 1991-03-28 CA CA002039385A patent/CA2039385A1/fr not_active Abandoned
- 1991-04-02 BE BE9100299A patent/BE1006163A4/fr not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2660744A1 (fr) | 1991-10-11 |
| IT1244783B (it) | 1994-08-08 |
| ITMI910683A1 (it) | 1992-09-14 |
| JPH05263126A (ja) | 1993-10-12 |
| FR2660744B1 (fr) | 1994-03-11 |
| ITMI910683A0 (it) | 1991-03-14 |
| ES2026823A6 (es) | 1992-05-01 |
| BE1006163A4 (fr) | 1994-05-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0482992B1 (fr) | Procédé d'élaboration d'une atmosphère de traitement thermique | |
| CH634112A5 (fr) | Procede de carburation de l'acier. | |
| EP0465333B1 (fr) | Procédé et installation de cémentation de pièces en alliage métallique à basse pression | |
| EP0096602B1 (fr) | Procédé de traitement thermique de pièces métalliques par carburation | |
| FR2463815A1 (fr) | Procede de carburation de metal spongieux | |
| FR2549085A1 (fr) | Procede pour durcir la surface d'objets en materiau ferreux | |
| CA2039385A1 (fr) | Atmosphere de protection a base d'helium pour le traitement thermique de metaux en four discontinu | |
| EP0010484A1 (fr) | Perfectionnement dans la chromisation des aciers par voie gazeuse | |
| CA2053503A1 (fr) | Procede d'elaboration d'une atmosphere controlee pour trait ement thermique de metaux | |
| FR2711374A1 (fr) | Procédé de décokage thermique d'un four de craquage et du refroidisseur de gaz de craquage en aval. | |
| EP0213011B1 (fr) | Procédé pour la cémentation rapide et homogène d'une charge dans un four | |
| EP0375491A1 (fr) | Procédé et installation de traitement thermique de cémentation, carbonitruration ou chauffage avant trempe de pièces métalliques | |
| FR2721622A1 (fr) | Méthode de passivation de pièces métalliques en super-alliage à base de nickel et de fer. | |
| FR2511396A1 (fr) | Procede de revetement de surfaces metalliques par diffusion d'aluminium pour la protection contre le soufre a haute temperature | |
| BE451537A (fr) | ||
| BE497818A (fr) | ||
| FR2852608A1 (fr) | Procede et installation de recuperation du zinc contenu dans un bain de fonte liquide | |
| WO2004038057A2 (fr) | Procede de traitement de tole avant galvanisation | |
| BE1005294A6 (fr) | Procede d'elimination du zinc de ferrailles galvanisees. | |
| BE813457A (fr) | Procede pour fabriquer du fer ou de l'acier liquide. | |
| FR2890979A1 (fr) | Methode pour se premunir de la formation de monoxyde de carbone lors d'une operation de trempe gazeuse | |
| FR2461012A1 (fr) | Procede de fermeture etanche d'un couvercle interne d'un four a recuire en caisse des toles d'acier au silicium | |
| CH268590A (fr) | Procédé pour la réduction d'un oxyde métallique. | |
| CH653709A5 (en) | Process for pretreatment of the surface of an alloy containing chromium | |
| BE558753A (fr) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FZDE | Discontinued |