CH649624A5 - Four rotatif de traitement thermique. - Google Patents

Description

La présente invention se rapporte d'une façon générale à des appareils de traitement thermique de pièces et elle a trait plus particulièrement à un four de traitement thermique à cornue tournante. Dans un tel four, des pièces indépendantes sont chargées dans une cornue en forme de tambour qui est montée de manière à tourner autour d'un axe horizontal et qui est agencée pour être chauffée à hautes températures. Lorsque la cornue est entraînée en rotation, des moyens, tels qu'une volute hélicoïdale placée à l'intérieur de la cornue, font avancer les pièces graduellement dans la cornue tout en provoquant leur brassage continu au cours de leur mouvement de progression en vue d'exposer intégralement toutes les parties de pièces à la chaleur et à un gaz de traitement. Les pièces sont habituellement déchargées de la cornue dans une cuve de trempe à l'huile ou à l'eau.

La plupart des cornues de traitement thermique disponibles dans le commerce sont chauffées par des brûleurs à gaz. De la chaleur est engendrée sur la surface extérieure de la cornue et elle est alors transmise par conduction aux pièces au travers de la paroi de cornue. Pour établir une conduction efficace de la chaleur et pour réduire les contraintes thermiques dans la cornue, il est nécessaire de pourvoir la cornue d'une paroi relativement épaisse en vue de réduire le gradient de température entre les côtés intérieur et extérieur de la cornue. Du fait de sa structure à paroi épaisse, une cornue de longueur importante a tendance à s'infléchir fortement sous l'effet du poids des pièces brassées, et cela provoque finalement une rupture par suite de la fatigue. Du fait des limitations imposées en pratique à la longueur de la cornue, il est nécessaire de réaliser celle-ci avec un diamètre comparativement grand pour permettre à la cornue d'avoir un rendement de production approprié.

L'invention a pour but général de fournir un four de traitement thermique à cornue tournante d'un type nouveau et perfectionné, dans lequel la cornue doit chauffer par induction en faisant passer un courant électrique dans la cornue proprement dite. Sous l'effet de ce chauffage, il ne s'établit théoriquement aucune différence de température entre les surfaces extérieure et intérieure de la cornue. Du fait qu'il n'est pas nécessaire de surchauffer la surface extérieure de la cornue à une température suffisamment élevée pour chauffer les pièces à une température donnée, les contraintes thermiques se produisant à l'intérieur de la cornue sont relativement faibles et on peut utiliser une cornue de petit diamètre et de paroi comparativement épaisse pour atteindre un haut rendement de production.

L'invention a également pour but de fournir une cornue chauffée par induction et comportant une pluralité de zones de température pouvant être commandées individuellement en vue d'optimiser le processus de traitement thermique et elle a également pour but de fournir une cornue dont la zone initiale peut être maintenue à une température maximale de fonctionnement lorsque des pièces froides capables d'absorber une grande quantité d'énergie sont introduites dans la cornue.

L'invention a également pour but d'agencer d'une nouvelle manière l'extrémité de sortie de la cornue de telle sorte que les pièces tombent de façon continue et progressive dans la cuve de trempe au lieu d'être déversées dans celle-ci charge par charge.

L'invention a en outre pour but de fournir une cornue dans laquelle le gaz de traitement est préchauffé en s'écoulant le long de l'extérieur de la cornue, puis en s'écoulant en sens inverse au travers de la cornue pour traiter les pièces, la cornue étant caractérisée par l'absence d'un joint d'étanchéité au gaz à son extrémité de sortie.

Conformément à la présente invention, on effectue également périodiquement une interruption du courant induit dans la trémie en vue d'empêcher les pièces de coller magnétiquement les unes avec les autres et sur la paroi de la cornue.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels:

la fig. 1 est une coupe longitudinale verticale d'un four de traitement thermique à cornue tournante selon l'invention,

la fig. 2 est une vue en coupe faite suivant la ligne 2-2 de la fig. 1, la fig. 3 est une vue à échelle agrandie d'une partie de la zone extrême d'entrée de la cornue de la fig. 1, et la fig. 4 est une vue à échelle agrandie de la zone extrême de sortie de la cornue de la fig. 1.

Comme le montrent les dessins, l'invention concerne un four de traitement thermique 10 du type à cornue tournante. Un tel four est typiquement utilisé pour chauffer de petites pièces indépendantes 11 (fig. 4) telles que des vis ou des roulements à billes jusqu'à des températures élevées (par exemple jusqu'à 1093°C) en présence d'un gaz non oxydant. Les pièces sont chargées librement dans le four par une extrémité de ce dernier et elles progressent en direction de son autre extrémité tout en étant soumises à un brassage continu dans le four en vue d'exposer complètement les surfaces de toutes les pièces à la chaleur et au gaz et d'assurer ainsi un traitement thermique uniforme des pièces. Lorsqu'elles sont déchargées du four, les pièces sont habituellement déversées dans une cuve de trempe 13 à l'huile ou à l'eau (fig. 1).

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Dans l'exemple considéré, le four 10 comporte une enceinte définie en partie par une enveloppe extérieure en acier 15 qui a une section droite rectangulaire. Des paires avant et arrière de consoles d'appui 16 (fig. 2) sont supportées par la paroi de base de l'enveloppe 15. Chaque console d'appui supporte un rouleau 17 destiné à tourner autour d'un axe horizontal 18. Les rouleaux supportent à leur tour une cornue tubulaire horizontale 20 de manière qu'elle tourne autour de son axe longitudinal. Un pignon 21 (fig. 1) est fixé sur l'extrémité avant de la cornue et il est accouplé par une chaîne 22 à un mécanisme d'entraînement, désigné dans son ensemble par la référence numérique 23 et agissant de façon à faire tourner la cornue autour de son axe à une vitesse pouvant être sélectivement réglée.

Une trémie de stockage 25 (fig. 1) pour les pièces 11 est placée à l'extrémité avant du four 10 et elle comporte une goulotte 26 qui débouche dans l'extrémité amont ou d'entrée de la cornue 20. A l'intérieur de la cornue est fixée une volute hélicoïdale de transport 27 qui s'étend autour et le long de la surface intérieure de la cornue. Lorsque la cornue est entraînée en rotation, la volute fait progresser les pièces de son extrémité d'entrée jsuqu'à son extrémité de sortie en exerçant une action analogue à celle d'une vis sans fin. A mesure que les pièces avancent, elles ont tendance à se déplacer vers le haut sur les côtés de la cornue puis à retomber sur le fond de celle-ci. Il en résulte que les pièces sont continuellement brassées au cours de leur avancement.

Conformément à l'aspect principal de la présente invention, la cornue tournante 20 du four de traitement thermique 10 est chauffée en faisant passer un courant électrique dans la cornue. Sous l'effet de cet échauffement inductif, de la chaleur est engendrée dans la cornue proprement dite au lieu d'être transmise au travers de la cornue par conduction. Comme cela sera mis en évidence dans la suite, on obtient plusieurs avantages grâce au chauffage inductif de la cornue.

Plus spécifiquement, la cornue 20 est formée d'un matériau électriquement conducteur résistant à la chaleur, tel qu'un acier allié au nickel-chrome et elle est chauffée inductivement par plusieurs enroulements ou bobines (par exemple au nombre de quatre) à spires multiples 30 (fig. 1). Chaque enroulement est revêtu d'un manchon isolant 31 en laine ou feutre fibreux, qui est placé autour et espacé ra-dialement de la cornue. L'espace existant entre les enroulements et l'enveloppe 15 du four est rempli de blocs 32 d'une matière isolante rigide telle que du béton. Les quatre enroulements sont espacés l'un de l'autre dans la direction longitudinale de la cornue et ils sont séparés l'un de l'autre par des anneaux 33 en matière isolante fibreuse.

Les bobines d'induction 30 sont formées par des inducteurs à so-lénoïdes normalisés, bien qu'on puisse utiliser d'autres types d'inducteurs tels que des inducteurs linéaires ou des inducteurs transflux, soit séparément soit en combinaison avec les inducteurs à solé-noïdes. Les inducteurs sont reliés à une source 35 de courant alternatif triphasé et, lorsque les inducteurs sont excités par ladite source, un courant est induit dans la cornue 20 et il agit de manière à assurer son chauffage direct. Par régulation de l'énergie fournie aux différents enroulements, par exemple à l'aide de transformateurs réglables 36, on peut maintenir des températures différentes sur la longueur de la trémie. Les zones d'amont sont de préférence chauffées à une température plus élevée que les zones d'aval de manière à amener rapidement les pièces froides à la température désirée. De préférence, le passage du courant dans au moins l'enroulement d'amont 30 est périodiquement interrompu pendant son intervalle, par exemple de 1 s, en vue de réduire périodiquement le champ magnétique dans la partie extrême d'amont de la cornue et d'empêcher les pièces 11 de coller magnétiquement l'une sur l'autre et sur la surface intérieure de la cornue. Il en résulte que les pièces sont brassées dans la partie extrême d'amont de la cornue au lieu de tourner vers le haut avec la cornue. Après que les pièces ont été chauffées à une certaine température (par exemple de 705° C), elles perdent leurs propriétés magnétiques et n'ont plus tendance à coller ou à s'agglomérer, de sorte qu'il n'est pas nécessaire de réduire le champ magnétique dans la partie d'aval de la cornue pour permettre aux pièces d'être librement brassées. La fréquence des interruptions de courant dans l'enroulement d'amont 30 est chargée en relation directe avec la vitesse d'avance des pièces, cette vitesse d'avance étant directement proportionnelle à la vitesse angulaire. Dans ce but, une came 40 (fig. 1) peut être entraînée en rotation par la sortie du mécanisme d'entraînement 23 et elle peut assurer périodiquement l'ouverture et la fermeture d'un contacteur 41 placé dans le circuit d'excitation de l'enroulement d'amont 30.

Grâce aux enroulements d'induction 30, de la chaleur est engendrée directement dans la cornue 20 proprement dite et elle n'a pas besoin d'être transmise au travers de la paroi de cette cornue,

comme dans le cas où la cornue est chauffée par des brûleurs à gaz ou des moyens semblables. Il en résulte que les pièces 11 peuvent être chauffées à une température élevée sans que la cornue soit portée à une température excessive. Egalement, la différence de température entre les côtés intérieur et extérieur de la cornue est théoriquement nulle et en conséquence la sollicitation thermique de la cornue est sensiblement réduite. Du fait de réchauffement uniforme se produisant à l'intérieur de la paroi de cornue proprement dite, cette paroi peut être comparativement épaisse et peut être supportée par les rouleaux 17 répartis sur la longueur de la cornue dans autant de positions qu'il est nécessaire pour empêcher la cornue de s'infléchir sous l'effet de fortes charges. Cela permet d'utiliser une cornue plus longue qu'avec des fours chauffés au gaz et il est possible de réduire le diamètre de la cornue tout en maintenant une haute cadence de production.

Le chauffage de la cornue 20 par les enroulements inducteurs 30 permet avantageusement de préchauffer le gaz de traitement thermique en le faisant s'écouler le long du côté extérieur de la cornue, le gaz s'écoulant ensuite directement au travers des pièces 11 dans une direction opposée à la direction de progression desdites pièces.

Comme le montre la fig. 1, du gaz est introduit dans le four 10 par l'intermédiaire d'un tuyau d'entrée 43 placé à l'extrémité avant du four. Ce gaz s'écoule dans l'intervalle annulaire 44 existant entre la cornue 20 et le manchon 31 et il est chauffé par la cornue chaude lorsqu'il s'écoule vers l'amont le long du côté extérieur de ladite cornue. Le gaz pénètre ensuite par l'extrémité de sortie de la cornue, il s'écoule en sens inverse ou vers l'amont au travers des pièces 11 et il est déchargé par l'intermédiaire d'un orifice de sortie (non représenté) dans la goulotte 26. En conséquence, le gaz est chauffé lorsqu'il s'écoule vers l'aval et lorsqu'il progresse ensuite vers l'amont en sens inverse du courant de pièces de manière à entrer en contact avec celles-ci avec une action de balayage efficace.

Pour maintenir le gaz de traitement dans l'enveloppe 15 et pour empêcher le gaz de pénétrer dans l'enveloppe d'amont de la cornue 20, il est prévu un joint tournant d'étanchéité entre l'extrémité d'amont de la cornue et une paroi 45 (fig. 3) qui supporte la goulotte 26. Dans le mode de réalisation considéré, le joint d'étanchéité est formé par un anneau 50 (fig. 3) qui constitue un moyeu de montage du pignon 21 et qui est fixé sur l'extrémité avant de la cornue par des vis 51. L'anneau d'étanchéité 50 est appliqué face contre face sur un second anneau 51 fixé par des vis 53 sur la paroi extrême 45, l'étanchéité entre le second anneau et la paroi étant assurée par des bagues toriques 54. L'anneau d'étanchéité 52 et les bagues toriques 54 sont refroidis par de l'eau qui est mise en circulation dans un tube annulaire 55, lui-même fixé sur et s'étendant autour de l'anneau d'étanchéité 52.

Du fait qu'il n'y a pas de gaz de combustion dans le four 10, il n'est pas nécessaire de prévoir un joint tournant d'étanchéité au gaz entre l'extrémité de sortie de la cornue 20 et la paroi extrême d'aval du four. Non seulement cela permet d'éviter la dépense d'un tel joint d'étanchéité mais il est également possible de chauffer la partie extrême d'aval de la cornue à une température élevée puisqu'il n'existe pas dans cette zone de joint susceptible d'être affecté par la chaleur. En conséquence, les enroulements inducteurs 30 peuvent entourer l'extrémité d'aval de la cornue 20 en vue d'assurer un échauffement des pièces 11 jusqu'au point où les pièces sont déchargées de la cornue.

Une autre caractéristique de l'invention consiste dans la structure de l'extrémité de sortie de la cornue 20 permettant aux pièces 11

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d'être évacuées de façon continue et régulière de la cornue jusque dans le bain de trempe 13 au lieu d'être déversées dans ce bain charge par charge.

Comme le montre la fig. 4, la volute hélicoïdale 27 se termine à courte distance de l'extrémité d'aval de la cornue et, si les pièces étaient autorisées à tomber de la cornue à l'extrémité de la volute, des charges de pièces seraient déversées par intermittence de la cornue et tomberaient dans le bain de trempe en l'échauffant rapidement. Dans la mise en œruvre de la présente invention, un distributeur rotatif 60 (fig. 4) est placé à l'extrémité d'aval de la cornue de façon à accumuler les charges et à obliger les pièces à sortir de façon continue et régulière de la cornue. Dans le mode de réalisation considéré, le distributeur se présente sous la forme d'un tronc de cône interne annulaire qui est constitué sur l'extrémité de sortie de la cor-5 nue en aval de la volute 27. Le tronc de cône 60 s'évase graduellement vers l'extérieur lorsqu'on progresse vers l'aval et il forme une rampe qui oblige les pièces à tomber par gravité de la cornue. Par suite de l'existence de ce tronc de cône 60, les charges de pièces sortant par intermittence de la volute 27 sont momentanément collec-io tées, puis sont déversées graduellement et de façon continue dans le bain de trempe 13.

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2 feuilles dessins

Claims (4)

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1. Four rotatif de traitement thermique, comprenant une cornue tubulaire formée d'un matériau électriquement conducteur et ther-miquement résistant et comportant une extrémité d'entrée et une extrémité de sortie ainsi qu'un mécanisme pour faire tourner la cornue autour de son propre axe, caractérisé en ce qu'il comprend des enroulements électriques stationnaires (30) entourant ladite cornue (20) et assurant, lorsqu'ils sont excités, le passage d'un courant dans la cornue en vue de chauffer inductivement celle-ci, une source de courant alternatif (35) pour exciter lesdits enroulements, des moyens (25, 26) pour introduire un flux de pièces indépendantes dans l'extrémité d'entrée de ladite cornue et une volute (27) de forme essentiellement hélicoïdale qui est fixée sur et s'étend autour et le long de la paroi intérieure de ladite cornue afin de faire progresser les pièces de l'extrémité d'entrée vers l'extrémité de sortie de la cornue en réponse à sa rotation, des moyens (41) pour interrompre périodiquement et automatiquement le passage du courant entre la source de tension (35) et celui desdits enroulements (30) situé le plus en amont, et pour faire en sorte que la fréquence des interruptions du courant soit directement proportionnelle à la vitesse angulaire de la cornue (20), le champ magnétique créé par cet enroulement s'ef-fondrant périodiquement pour empêcher lesdites pièces de rester accrochées dans la région de l'extrémité d'entrée de ladite cornue.

2. Four selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité d'aval de ladite volute (27) se termine à courte distance de l'extrémité de sortie de la cornue (20), la partie extrême de sortie de la cornue étant placée dans une position adjacente à l'extrémité d'aval de la volute, et étant définie par un tronc de cône annulaire intérieur (60) qui s'évase vers l'extérieur en progressant vers l'extrémité de sortie de la cornue (20).

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REVENDICATIONS

3. Four selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une enveloppe (15) entourant ladite cornue (20) et espacée extérieurement de celle-ci, un moyen (31) pour faire en sorte qu'une certaine quantité de gaz de traitement s'écoule le long du côté extérieur de la cornue depuis sa partie extrême d'entrée jusqu'à sa partie extrême de sortie, puis revienne en sens inverse le long du côté intérieur de ladite cornue.

4. Four selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (50, 52) pour assurer l'étanchéité de l'extrémité d'entrée de ladite cornue par rapport à ladite enveloppe (15) en vue d'empêcher un écoulement de gaz entre l'extrémité d'entrée et l'enveloppe tout en permettant une rotation de la cornue par rapport à ladite enveloppe, l'extrémité de sortie de la cornue étant exempte de joint tournant d'étanchéité par rapport à ladite enveloppe.