Four à bande continue
La présente invention a pour objet un four à bande continue comprenant des moyens de chauffage, un tunnel traversé par la bande et contenant un gaz de protection et un générateur pour ledit gaz de protection.
On utilise des fours à bande continue de ce genre pour effectuer des traitements thermiques de tous genres: brasage, soudage, recuit, trempe, etc, sur des séries de pièces de petites dimensions. Dans certains cas, la réalisation et la conduite de ces fours nécessitent de grandes précautions et présentent des difficultés. C'est le cas notamment lorsqu'il s'agit d'effectuer des traitements à hautes températures, par exemple à 1200 oC, et lorsque les pièces à traiter sont destinées à faire partie de mécanismes de haute précision pour lesquels on pose des exigences de qualité très élevée. Le tunnel présente en général une section rectangulaire et la bande glisse sur sa paroi inférieure, les moyens de chauffage étant constitués par des résistances électriques.
La zone de chauffage débouche dans une zone de refroidissement dans laquelle le tunnel est entouré d'une manchette où l'on établit une circulation d'eau. Le gaz de protection occupe toute la longueur du tunnel et s'échappe à ses deux extrémités par des cheminées à la sortie desquelles il brûle en présence de l'air. A ces installations est adjoint un générateur de gaz qui consiste en un dispositif de craquage d'ammoniac produisant un mélange d'azote et d'hydrogène apte à protéger les pièces contre toute oxydation et exerçant même une action réductrice sur les oxydes déjà présents à la surface des pièces.
Le principal inconvénient de ces fours est que pour assurer un fonctionnement correct et éviter toute déformation du tunnel, la montée en température lors de la mise en service doit se faire très graduellement, ce qui représente une perte de temps considérable. En outre, les surfaces intérieures doivent être protégées contre l'oxydation durant tout le temps de la montée en température.
Le but de la présente invention est de réaliser un four à bande continue du genre mentionné ci-dessus qui soit de fabrication moins coûteuse que les fours connus et dont la montée en température puisse s'effectuer beaucoup plus rapidement qu'avec ces fours connus sans que la qualité des performances soit diminuée.
Dans ce but, le four à bande selon l'invention est caractérisé en ce que les moyens de chauffage sont constitués par des brûleurs, en ce que le tunnel présente au moins dans la zone des moyens de chauffage une section circulaire, et en ce que le générateur de gaz de protection est logé à l'intérieur du tunnel.
On a constaté que la forme cylindrique que présente le tunnel dans la zone de chauffage permettait de remplacer les résistances électriques de chauffage par des brûleurs notamment à combustible gazeux et de réaliser une montée en température très rapide sans déformation du tunnel. En outre, le volume de ce tunnel était suffisant pour qu'il soit possible de placer le générateur de gaz dans la partie qui n'était pas occupée par la bande.
Les caractéristiques du four selon l'invention assurent donc la réalisation du but visé.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du four selon l'invention.
La fig. 1 en est une vue générale en élévation latérale,
la fig. 2 une vue en coupe longitudinale schématique, et
la fig. 3 une vue en coupe transversale selon la ligne III-III de lafig. 2.
Le four à bande représenté au dessin comporte-les éléments principaux d'un four à bande usuel tel que ceux qui sont utilisés par exemple pour le brasage de boîtes de montres. La bande continue 1 constituée d'un treillis métallique résistant à la température maximum atteinte dans la zone de chauffage est montée sur deux poulies d'extrémités 2 et 3 dont l'une au moins est entraînée par un moteur et qui sont supportées par le bâti général 4. Ce dernier porte une enceinte de chauffage 5 qui est calorifugée et sur laquelle est monté un boîtier 6 contenant des organes de commande des brûleurs décrits plus loin. Le tunnel 7 qui traverse le four dans toute sa longueur est entouré à sa sortie de l'enceinte 5 d'une manchette de refroidissement 8.
Aux deux extrémités de ce tunnel sont placées des cheminées 9 par lesquelles s'échappe le gaz de protection qui occupe l'intérieur du tunnel et qui est maintenu à une pression très légèrement supérieure à la pression atmosphérique. Le tableau de commande des différents auxiliaires assurant la marche du four est représenté schématiquement en 10. Il comporte des organes de réglage et de commande de la bande, du débit d'eau de refroidissement, ainsi que de la pression et du débit du gaz protection.
On voit à la fig. 2 la disposition des divers éléments du tunnel 7. Ce tunnel se compose de trois parties 11, 12 et 13; la partie 11 située à l'entrée de la zone de chauffage est constituée par un tube de section rectangulaire raccordé à la cheminée d'entrée 9.
Par une bride 14, ce tube rectangulaire est fixé contre une des parois extrêmes de la partie 12 qui est constituée elle-même par un segment de tube de section circulaire. Les parois 20 et 21 qui ferment les deux extrémités de ce tube comportent une ouverture rectangulaire de mêmes dimensions que les parties 11 et 13 du tunnel 7. La partie 13 est semblable à la partie 11, quoique de longueur supérieure. Elle présente une section rectangulaire et est fixée contre la paroi extrême 20 du tube 12. On voit également à la fig. 2 la manchette de refroidissement 8 avec ses tubulures d'entrée 15 et de sortie 16 pour l'eau de refroidissement. Le tunnel 7 est occupé dans toute sa longueur par un support 16 constitué d'un profilé plat à bords relevés sur lequel glisse la bande 1.
Comme on le voit à la fig. 3 le profilé 16 est placé à une hauteur telle à l'intérieur du tube que la face supérieure de la bande 1 se trouve à la hauteur de l'axe du tube cylindrique 12. Le support 16 est supporté entre les extrémités du tube 12 par un profilé en U 17 dont les bords des deux branches reposent sur la paroi cylindrique du tube 12. A l'intérieur de ce profilé sont disposés deux tubes 18 et 19 de diamètres différents placés l'un dans l'autre et qui reposent sur la génératrice inférieure de la paroi cylindrique 12. Le profilé 17, ainsi que les tubes 18 et 19 constituent le dispositif générateur du gaz de protection qui remplit l'enceinte constituée par le tunnel 17.
Ces profilés déterminent en effet à l'intérieur de la zone de chauffage un chemin en chicane tel que le gaz parcourt approximativement trois fois la longueur de la zone de chauffage avant de parvenir dans la partie du tunnel occupé par la bande. Le tube 19 qui traverse la paroi extrême 20 du segment de tunnel 12 est fixé à cette paroi et peut être raccordé à l'extérieur du four à une réserve d'ammoniac gazeux. ll s'étend jusqu'à proximité de l'extrémité gauche du segment de tube 12, son extrémité étant ouverte. Le tube 18 entoure le tube 19. Lu est fermé à son extrémité gauche par une paroi située immédiatement devant l'extrémité ouverte du tube 19 et il est ouvert à son extrémité droite.
Le profilé 17 étant fermé à son extrémité droite par une paroi qui traverse de façon étanche le tube 19, le gaz qui sort du tube 18 est guidé vers la gauche et est donc forcé de parcourir à nouveau la longueur du segment de tube 12 jusqu'au voisinage de l'entrée du four. A partir de là, il peut se répandre dans la partie supérieure du tube 12 ainsi que dans les segments 11 et 13 du tunnel.
Tout le segment 12 du tunnel est entouré par une enceinte calorifugée 22 de section rectangulaire qui constitue la zone de chauffage et qui est raccordée à une cheminée 23 pour l'évacuation des gaz de combustion. Entre cette enceinte 22 et le tube 12 est disposée une série de brûleurs 24 qui peuvent être alimentés en un gaz de combustion tel que le propane ou le butane par exemple. Dans la forme d'exécution représentée au dessin, ces brûleurs sont de forme semicirculaire et entourent le tube 12 chacun sur approximativement la moitié de sa surface. Les brûleurs sont disposés par paire, les deux éléments de chaque paire étant disposés en regard l'un de l'autre. Les tubulures de raccordement des brûleurs à un dispositif d'alimentation en air comprimé et en gaz ne sont pas représentées, la disposition de ces tubulures dépendant du type de gaz utilisé.
Le cas échéant, des brûleurs à combustible liquide pourraient également être utilises.
Pour la mise en service et pour l'arrêt du four décrit, on procède comme suit: Tout d'abord on introduit dans le tunnel par le tube 19 de l'azote pur. Lorsque l'air contenu initialement dans le tunnel a été entièrement évacué, on peut mettre en marche les brûleurs 24. La montée en température s'effectue très rapidement et il est possible d'atteindre en 10 min environ une température de 8000 sans aucune déformation des différentes parties du tunnel 7. Dès que la température de 8000 est atteinte, on peut introduire dans le tube 19 de l'ammoniac. Les chicanes étant garnies d'un catalyseur convenable, il s'établit progressivement dans le tunnel 7 une atmosphère d'hydrogène et d'azote exerçant une action réductrice sur les pièces métalliques.
La température peut alors être poussée jusqu'à la valeur désirée par exemple 12000. Pendant ces opérations, on peut également mettre en marche la circulation d'eau dans la manchette 8 ainsi que la bande 1 qui est entraînée à une vitesse réglable. Les pièces à traiter peuvent être déposées sur la bande à l'entrée de la partie 11 du tunnel dès que la température requise est atteinte.
Pour la mise hors service, on procède de la façon inverse.
Lors de l'extinction des brûleurs, on commence à introduire dans le tube 19 de l'azote pur en lieu et place de l'ammoniac afin d'éviter toute oxydation des parties internes du four pendant le refroidissement. Pour accélérer le refroidissement de l'enceinte de chauffage, on peut, dans la forme d'exécution décrite, après avoir éteint les brûleurs, les alimenter en air comprimé froid.
Les jets d'air comprimé projetés sur le tube cylindrique 12 accélèrent considérablement le refroidissement.
Cependant, on peut également, dans une autre forme d'exécution, constituer les parois de l'enceinte de chauffage 22 en partie par des éléments calorifugés et en partie par des conduits de circulation d'eau. Les pertes calorifiques en service sont alors légèrement supérieures à ce qu'elles sont lorsque l'enceinte est entièrement calorifugée mais la circulation de l'eau froide dans les conduits de refroidissement permet de diminuer très rapidement la température du tunnel.
Le four décrit peut donc être mis en service beaucoup plus rapidement et d'une façon plus simple que les fours usuels à chauffage par résistances. Avec ces fours, en effet, on doit pour protéger la bande et les parties internes du tunnel de l'oxydation pendant la montée en température, qui est très lente, décrocher les deux extrémités de la bande, la retirer du tunnel et fermer les deux extrémités de ce dernier en maintenant un gaz de protection à l'intérieur. Ces opérations étant supprimées dans le four décrit, son utilisation est beaucoup moins coûteuse. En outre, la construction est en elle-même meilleur marché et le coût du combustible se trouve être pratiquement inférieur à celui du courant dans les corps de chauffe électriques utilisés habituellement.
Le four décrit peut être utilisé pour un grand nombre de traitements thermiques à effectuer sur des pièces de précision de petites dimensions lorsque la température du traitement dépasse 8000. Outre les opérations de soudage ou de brasage de boîtes de montres mentionnées plus haut, on peut citer les opérations de chauffage en vue de la trempe effectuée sur des ressorts et les opérations de recuit des aciers notamment des aciers alliés.
Continuous belt furnace
The present invention relates to a continuous belt furnace comprising heating means, a tunnel traversed by the belt and containing a protective gas and a generator for said protective gas.
Continuous belt furnaces of this type are used to carry out heat treatments of all kinds: brazing, welding, annealing, quenching, etc., on series of parts of small dimensions. In some cases, the production and operation of these ovens require great care and present difficulties. This is particularly the case when it is a question of carrying out treatments at high temperatures, for example at 1200 oC, and when the parts to be treated are intended to form part of high-precision mechanisms for which requirements are made. very high quality. The tunnel generally has a rectangular section and the strip slides on its lower wall, the heating means being constituted by electrical resistors.
The heating zone opens into a cooling zone in which the tunnel is surrounded by a sleeve where water circulation is established. The shielding gas occupies the entire length of the tunnel and escapes at both ends through chimneys at the exit of which it burns in the presence of air. To these installations is added a gas generator which consists of an ammonia cracking device producing a mixture of nitrogen and hydrogen capable of protecting the parts against any oxidation and even exerting a reducing action on the oxides already present in the gas. surface of the parts.
The main drawback of these ovens is that to ensure correct operation and avoid any deformation of the tunnel, the temperature rise during commissioning must be done very gradually, which represents a considerable waste of time. In addition, the interior surfaces must be protected against oxidation during the whole time of the temperature rise.
The aim of the present invention is to provide a continuous belt furnace of the type mentioned above which is less expensive to manufacture than the known furnaces and whose temperature rise can be carried out much more quickly than with these known furnaces without that the quality of performance is reduced.
For this purpose, the belt furnace according to the invention is characterized in that the heating means consist of burners, in that the tunnel has at least in the zone of the heating means a circular section, and in that the shielding gas generator is housed inside the tunnel.
It has been observed that the cylindrical shape that the tunnel presents in the heating zone made it possible to replace the electric heating resistances by burners, in particular with gaseous fuel, and to achieve a very rapid rise in temperature without deformation of the tunnel. In addition, the volume of this tunnel was sufficient for it to be possible to place the gas generator in the part which was not occupied by the strip.
The characteristics of the furnace according to the invention therefore ensure the achievement of the intended aim.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the oven according to the invention.
Fig. 1 is a general view in side elevation,
fig. 2 a schematic longitudinal sectional view, and
fig. 3 a cross-sectional view along the line III-III of lafig. 2.
The belt furnace shown in the drawing comprises the main elements of a conventional belt furnace such as those which are used for example for brazing watch cases. The continuous strip 1 made of a metal mesh resistant to the maximum temperature reached in the heating zone is mounted on two end pulleys 2 and 3, at least one of which is driven by a motor and which are supported by the frame general 4. The latter carries a heating enclosure 5 which is heat-insulated and on which is mounted a housing 6 containing control members for the burners described below. The tunnel 7 which passes through the oven in its entire length is surrounded at its exit from the enclosure 5 by a cooling sleeve 8.
At both ends of this tunnel are placed chimneys 9 through which escapes the shielding gas which occupies the interior of the tunnel and which is maintained at a pressure very slightly higher than atmospheric pressure. The control panel for the various auxiliaries ensuring the operation of the furnace is shown schematically at 10. It includes devices for adjusting and controlling the belt, the cooling water flow rate, as well as the pressure and flow rate of the protection gas. .
We see in fig. 2 the arrangement of the various elements of tunnel 7. This tunnel is made up of three parts 11, 12 and 13; the part 11 located at the entrance to the heating zone consists of a tube of rectangular section connected to the inlet chimney 9.
By a flange 14, this rectangular tube is fixed against one of the end walls of part 12 which is itself constituted by a segment of tube of circular section. The walls 20 and 21 which close the two ends of this tube have a rectangular opening of the same dimensions as the parts 11 and 13 of the tunnel 7. Part 13 is similar to part 11, although of greater length. It has a rectangular section and is fixed against the end wall 20 of the tube 12. It is also seen in FIG. 2 the cooling sleeve 8 with its inlet 15 and outlet 16 pipes for the cooling water. The tunnel 7 is occupied in its entire length by a support 16 consisting of a flat profile with raised edges on which the strip 1 slides.
As seen in fig. 3 the profile 16 is placed at a height such inside the tube that the upper face of the strip 1 is at the height of the axis of the cylindrical tube 12. The support 16 is supported between the ends of the tube 12 by a U-shaped section 17 whose edges of the two branches rest on the cylindrical wall of the tube 12. Inside this section are arranged two tubes 18 and 19 of different diameters placed one inside the other and which rest on the lower generator of the cylindrical wall 12. The section 17, as well as the tubes 18 and 19 constitute the device for generating the shielding gas which fills the enclosure formed by the tunnel 17.
These profiles in fact determine inside the heating zone a chicane path such that the gas travels approximately three times the length of the heating zone before reaching the part of the tunnel occupied by the strip. The tube 19 which passes through the end wall 20 of the tunnel segment 12 is fixed to this wall and can be connected outside the furnace to a supply of gaseous ammonia. It extends to near the left end of the tube segment 12, its end being open. Tube 18 surrounds tube 19. Lu is closed at its left end by a wall immediately in front of the open end of tube 19 and is open at its right end.
The profile 17 being closed at its right end by a wall which tightly passes through the tube 19, the gas which leaves the tube 18 is guided to the left and is therefore forced to travel again the length of the tube segment 12 until near the entrance to the oven. From there it can spread to the top of the tube 12 as well as to the segments 11 and 13 of the tunnel.
The entire segment 12 of the tunnel is surrounded by a heat-insulated enclosure 22 of rectangular section which constitutes the heating zone and which is connected to a chimney 23 for the evacuation of the combustion gases. Between this chamber 22 and the tube 12 is arranged a series of burners 24 which can be supplied with a combustion gas such as propane or butane for example. In the embodiment shown in the drawing, these burners are semicircular in shape and surround the tube 12 each over approximately half of its surface. The burners are arranged in pairs, the two elements of each pair being arranged opposite one another. The pipes for connecting the burners to a compressed air and gas supply device are not shown, the arrangement of these pipes depending on the type of gas used.
Where appropriate, liquid fuel burners could also be used.
To start up and stop the furnace described, the procedure is as follows: First of all, pure nitrogen is introduced into the tunnel via tube 19. When the air initially contained in the tunnel has been completely evacuated, the burners 24 can be started. The temperature rises very quickly and it is possible to reach a temperature of 8000 in about 10 min without any deformation. different parts of the tunnel 7. As soon as the temperature of 8000 is reached, ammonia can be introduced into the tube 19. The baffles being fitted with a suitable catalyst, an atmosphere of hydrogen and nitrogen is gradually established in tunnel 7, exerting a reducing action on the metal parts.
The temperature can then be pushed to the desired value, for example 12000. During these operations, it is also possible to start the circulation of water in the sleeve 8 as well as the strip 1 which is driven at an adjustable speed. The parts to be treated can be placed on the belt at the entrance to part 11 of the tunnel as soon as the required temperature is reached.
For decommissioning, the procedure is the reverse.
When the burners are extinguished, one begins to introduce into the tube 19 pure nitrogen instead of ammonia in order to avoid any oxidation of the internal parts of the furnace during cooling. To accelerate the cooling of the heating chamber, it is possible, in the embodiment described, after having turned off the burners, to supply them with cold compressed air.
The compressed air jets projected on the cylindrical tube 12 considerably accelerate the cooling.
However, it is also possible, in another embodiment, to form the walls of the heating chamber 22 partly by heat-insulated elements and partly by water circulation conduits. The heat losses in service are then slightly higher than they are when the enclosure is completely insulated, but the circulation of cold water in the cooling ducts makes it possible to reduce the temperature of the tunnel very quickly.
The furnace described can therefore be put into service much more quickly and in a simpler manner than conventional furnaces with resistance heating. With these furnaces, in order to protect the strip and the internal parts of the tunnel from oxidation during the rise in temperature, which is very slow, it is necessary to unhook the two ends of the strip, remove it from the tunnel and close both ends of the latter while maintaining a shielding gas inside. These operations being eliminated in the furnace described, its use is much less expensive. Furthermore, the construction itself is cheaper and the cost of fuel is found to be practically less than that of current in the electric heaters usually used.
The furnace described can be used for a large number of heat treatments to be carried out on precision parts of small dimensions when the treatment temperature exceeds 8000. In addition to the operations of welding or brazing of watch cases mentioned above, there may be mentioned the heating operations with a view to the quenching carried out on springs and the annealing operations of steels, in particular alloy steels.