CH438589A - Four à convection forcée - Google Patents

Description

  
 



  Four à convection forcée
 La présente invention concerne un four pour les traitements thermiques de métaux ou de divers composés dans des atmosphères gazeuses et notamment dans des atmosphères corrosives.



   L'élaboration de certaines matières premières telles, par exemple, que celles utilisées dans la fabrication des barrières poreuses en nickel ou fluorure de nickel pour la séparation des isotopes de l'uranium par diffusion gazeuse exigent, en effet, des traitements thermiques dans des atmosphères fluorées, mais de telles atmosphères posent, par leur agressivité, de graves problèmes.



   La présente invention a pour but de réaliser un four dans lequel un fluide circule à grande vitesse et la transmission de calories est effectuée par convection forcée, ce qui permet des échanges thermiques et chimiques très rapides, sans risque de stagnation de sous-produits en certaine région, ni, par suite, d'attaque par le fluide s'il est corrosif.



   Elle a pour objet un four à convection forcée comprenant une enceinte cylindrique fermée, à l'intérieur de laquelle une paroi tubulaire coaxiale délimite, d'une part une chambre de traitement et, d'autre part, un conduit annulaire de circulation, en sens inverse, d'un fluide   entraîné    par une turbine, des moyens de chauffage étant montés autour de la partie de l'enceinte contenant la chambre de traitement, caractérisé en ce qu'il comporte, à l'intérieur de l'enceinte cylindrique, une première zone à circulation lente séparée d'une seconde zone à circulation accélérée contenant la turbine et la chambre de traitement par un déflecteur de guidage du fluide entourant ladite turbine, des entrée et sortie radiales dudit fluide étant ménagées à l'extrémité de cette première zone opposée à la turbine,

   les deux zones communiquant par d'étroits passages de renouvellement d'une faible partie du fluide ménagés entre le déflecteur et la paroi de l'enceinte.



   Un tel four peut facilement tre utilisé pour toutes sortes de traitements thermiques permettant notamment de volatiliser certaines impuretés et de les éliminer, de transformer certains composés, de préserver certains métaux ou alliages contre la corrosion par des milieux fluorés ou oxygénés ou d'empcher la dégradation de fluorures par réduction, dissociation, hydrolyse, etc.



     I1    peut par suite servir à l'élimination de l'eau, de la silice, des produits carbonés et/ou hydrogénés qui souillent des corps à grande surface en nickel, fluorure de nickel ou mélanges de métaux et de fluorures,   - à    la transformation d'oxydes, de chlorures, d'hy
 droxyde en fluorures, - à la passivation du nickel et de certains de ses allia
 ges, du fer, du cobalt, du cuivre et de leurs alliages, - à l'empchement de la réduction de fluorures ou de
 leur hydrolyse ou à toutes autres réactions analogues
 dans des atmosphères diverses corrosives ou non
 corrosives.



   Un mode de réalisation du four à convection forcée, objet de l'invention, est décrite ci-après à titre d'exemple et représenté aux dessins annexés.



   La fig. 1 est une vue en coupe longitudinale d'un four à convection forcée conforme à l'invention.



   La fig. 2 est une vue en plan de la turbine d'entraînement du fluide.



   La fig. 3 est une coupe suivant la ligne I-I de la fig. 2.



   La fig. 4 est une vue de dessus de l'extrémité de l'enceinte de traitement avant la fixation de son fond.



   La fig. 5 est une vue en bout de l'enceinte de la fig. 4.



   Le four à convection forcée, représenté sur la fig. 1, comporte une enceinte cylindrique 1 fermée à l'une de ses extrémités en 2 et munie à son autre extrémité, ouverte, d'une bride 4 de fixation sur un fond 6 avec interposition d'un joint annulaire d'étanchéité 8. A proxi  mité de la bride 4, l'enceinte 1 porte une canalisation 10 d'entrée du fluide gazeux et une canalisation 12 de sortie du gaz utilisé.



   Une paroi tubulaire 14 fixée à l'intérieur de l'enceinte 1, coaxialement à celle-ci, par des entretoises 15, délimite un conduit annulaire 16, en communication par un canal étroit 18 avec l'entrée 10 du fluide gazeux, et une chambre cylindrique 20 parcourue par le gaz venant du conduit 16 après inversion du sens de circulation de celuici au contact du fond 2 de l'enceinte 1.



   Le canal 18 a une section de forme légèrement incurvée (fig. 4 et 5) épousant la courbe de la paroi correspondante de l'enceinte 1 et est relié par un conduit 19 de section croissante à la canalisation radiale 10.



   Un diffuseur tronconique 22, placé à l'extrémité de la chambre 20, guide le gaz vers la partie centrale d'une turbine centrifuge 24 aspirant ce fluide et le refoulant vers les parois de l'enceinte 1 c'est-à-dire dans le conduit 16. Cette turbine 24 est entourée par un déflecteur 26 de forme tronconique dont la grande base porte en son centre la petite base du diffuseur 22 et comporte des perforations 28 de passage du fluide quittant la turbine.



  Ce déflecteur 26 est appuyé à la paroi du canal 18 d'arrivée de gaz et laisse un espace d'évacuation du gaz du conduit 16, entre lui et la paroi de l'enceinte 1.



   Un fourreau cylindrique 30 coaxial à l'enceinte 1 relie le déflecteur 26 au fond 6 et le centre dans l'enceinte. Concentriquement à ce fourreau 30, un manchon tubulaire 32 de protection de l'arbre 34 de la turbine 24 traverse le fond 6. Ce manchon 32 est fermé à son extrémité gauche (fig. 1) située à l'extérieur de l'enceinte 1 mais ouvert du côté de la turbine 24. Des roulements à billes 36, 38 permettent la rotation de l'arbre 34 par rapport au manchon 32 tandis qu'un rotor 40 d'entraînement de cette rotation est monté autour de cet arbre 34 à l'intérieur dudit manchon 32. Un stator 42 d'entraînement du rotor 40 est fixé autour du manchon 32.



  Ce stator est abrité dans un carter 44 solidaire du fond 6 et muni extérieurement de broches 46 d'arrivée du courant.



   L'enceinte 1, et plus particulièrement la partie de celle-ci correspondant à la chambre de traitement 20, est entourée par un moyen de chauffage constitué par exemple par un corps de chauffe tubulaire 52.



   Une chambre de refroidissement, à circulation d'eau, 48, est montée autour du manchon 32. Un refroidissement est également réalisé à l'extérieur de l'enceinte 1 par un manchon 50 à circulation d'eau fixé à proximité des canalisations 10 et 12, c'est-à-dire autour de la partie froide de ladite enceinte.



   La turbine 24 est, de préférence, constituée comme le montrent les fig. 2 et 3, par des ailettes 54 radiales, au nombre de 6 par exemple, solidaires d'une plaque annulaire 56 fixée en son centre sur l'arbre 34. Les ailettes sont maintenues par un jonc annulaire 58, fixé à leur partie supérieure.



   Les métaux ou autres pièces à traiter sont placés dans la chambre 20 et le fluide de traitement est envoyé par la canalisation 10 et le canal 18 dans le conduit 16.



  Il est alors aspiré dans la chambre 20 et dans le diffuseur 22 par la turbine 24 qui le refoule à nouveau dans le conduit 16 jusqu'au contact de la paroi 2 où il se trouve à nouveau aspiré par la turbine 24 dans la chambre 20.



   Le gaz circulant dans la chambre 20 est porté à la température nécessaire au traitement par le corps de chauffe 52 tandis que la turbine 24 assure une circulation à grande vitesse.



   Les corps à traiter sont ainsi balayés continuellement par un gaz s'écoulant à grande vitesse et maintenu à la température désirée par le corps de chauffe 52. Ces corps s'échauffent peu à peu par convection plus que par rayonnement et les réactions chimiques avec le gaz s'effectuent uniformément et de manière continue sur toute la surface des corps.



   L'écoulement turbulent évite, en effet, toute stagnation en un point, toute irrégularité dans la réaction et aussi toute réaction parasite quel que soit le gaz de traitement et mme s'il est particulièrement corrosif, ce qui est le cas des gaz à base de fluor.



   La majeure partie du gaz circule rapidement en circuit fermé dans la chambre 20 et le conduit 16, mais une faible quantité de ce mme gaz s'échappe entre le déflecteur 26 et la paroi de l'enceinte 1 vers la zone entourant le fourreau 30, d'où il est évacué par la canalisation 12.



  Comme le montre la fig. 5, cette canalisation 12 peut tre précédée du côté de l'enceinte 1 par un piège 60 qui permet de fixer certains gaz par réfrigération.



   Pendant tout le traitement, une faible quantité de gaz frais est injectée par la canalisation 10 et le canal 18 dans le conduit 16 à proximité de l'arrivée du fluide quittant la turbine, c'est-à-dire au point de turbulence maximale de celui-ci. Ce gaz frais se mélange donc intimement au gaz circulant dans le conduit 16 et est entraîné par lui, à la vitesse accélérée commandée par l'action de la turbine.



   Cet apport de gaz frais correspondant sensiblement à la quantité de gaz évacuée par le passage entre le déflecteur et la paroi, le volume de gaz de traitement n'est pas modifié, ni par suite sa circulation perturbée, mais les réactions chimiques propres du gaz sous l'action de la chaleur du four sont ralenties et celui-ci maintenu suffisamment près de son état de départ pour que le traitement puisse s'effectuer d'une manière uniforme et sûre pendant toute sa durée.



   Au cours du traitement, le gaz ayant traversé le diffuseur 22 et pénétré dans la turbine 24, peut passer autour de celle-ci à l'intérieur du déflecteur 26 et du fourreau 30 et mme à l'intérieur du manchon 32. Les différents organes sont donc de préférence réalisés en un matériau non susceptible d'tre attaqué par le fluide corrosif, par exemple les parties froides en cuivre et les parties chaudes, telles que le diffuseur 23 et la paroi 14, en nickel ou en cupro-nickel, lorsque le gaz de traitement est un gaz à base de fluor.



   Le stator 42 du moteur électrique d'entraînement de la turbine est, par contre, complètement isolé de l'enceinte de traitement par le fond 6 et le carter 44 qui est rempli d'air.



   Le fond 6   Ipeut    par ailleurs tre démonté et séparé de la bride 4. Il est alors retiré en mme temps que le fourreau 30, solidaire du déflecteur 26 et du diffuseur 22, et que le manchon 32, la turbine 24 et son dispositif d'entraînement. Ce retrait du fond 6 permet l'accès à la chambre de traitement 20 et l'extraction ou la mise en place des métaux ou pièces traitées ou à traiter.



   La création d'une zone de circulation rapide dans et autour de la chambre de traitement 20 permet une transmission de calories par convection entre les corps traités et le gaz de traitement et l'échauffement rapide des premiers d'une manière très uniforme, mme si le four n'est pas porté à une température élevée.  



   La turbulence des gaz facilite, par ailleurs, les échanges chimiques et évite tout danger de stagnation de sousproduits. Elle permet, de plus, des réactions uniformes sur l'ensemble des corps traités.



   Le fait de faciliter à la fois les échanges thermiques et les échanges chimiques fait obstacle à la formation de points chauds d'où peuvent démarrer des réactions de combustion en particulier dans les réactions de passivation à grande énergie.



   Un tel four peut donc facilement tre utilisé pour les traitements en atmosphère corrosive. La rapidité de circulation accélère le traitement et limite les dangers d'attaque tandis que l'apport de gaz frais et le renouvellement continu d'une petite quantité du gaz de traitement empchent celui-ci de se transformer dangereusement sous l'action de la chaleur ou par réaction chimique avec les corps traités.



   Bien que particulièrement adapté aux traitements thermiques en atmosphère corrosive, le four décrit peut évidemment tre utilisé pour des traitements en atmosphère quelconque. L'enceinte permet, en effet, facilement l'élimination de tous gaz résiduels à la fin d'un traitement. L'atmosphère gazeuse peut donc varier d'un traitement à l'autre et tre tantôt corrosive tantôt neutre sans risque aucun.
  

Claims (1)

1. REVENDICATION Four à convection forcée comprenant une enceinte cylindrique fermée, à l'intérieur de laquelle une paroi tubulaire coaxiale délimite, d'une part une chambre de traitement et, d'autre part, un conduit annulaire de circulation, en sens inverse, d'un fluide entraîné par une turbine, des moyens de chauffage étant montés autour de la partie de l'enceinte contenant la chambre de traitement, caractérisé en ce qu'il comporte, à l'intérieur de l'enceinte cylindrique, une première zone à circulation lente séparée d'une seconde zone à circulation accélérée contenant la turbine et la chambre de traitement par un déflecteur de guidage du fluide entourant ladite turbine, des entrée et sortie radiales dudit fluide étant ménagées, à l'extrémité de cette première zone opposée à la turbine,

   les deux zones communiquant par d'étroits passages de renouvellement d'une faible partie du fluide ménagés entre le déflecteur et la paroi de l'enceinte.

   SOUS-REVENDICATIONS 1. Four suivant la revendication, caractérisé en ce qu'il comporte un conduit d'amenée tangentielle du fluide frais qui relie l'orifice d'entrée du fluide gazeux et un point de turbulence maximale du fluide situé dans le conduit annulaire.

   2. Four suivant la revendication, caractérisé en ce que le déflecteur est constitué par un tronc de cône dont la grande base est percée de passages de fluide quittant la turbine et dont la petite base est ouverte.

   3. Four suivant la revendication, caractérisé en ce que le déflecteur est solidaire d'un fourreau cylindrique séparant les orifices d'entrée et de sortie du fluide de l'arbre de la turbine et de son dispositif de refroidissement.

   4. Four suivant la revendication, caractérisé en ce qu'il comporte un diffuseur de guidage du fluide circulant de l'intérieur de la chambre de traitement tubulaire vers le centre de la turbine.

   5. Four suivant la revendication et les sous-revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le diffuseur est porté par la plaque de base du déflecteur, coaxialement à celui-ci.

   6. Four suivant la revendication, caractérisé en ce qu'un manchon de refroidissement, par circulation d'eau. de la première zone, qui est extérieure aux moyens de chauffage, est fixé sur la paroi extérieure de l'enceinte.