CH703243B1 - Four de traitement thermique et procédé de traitement thermique. - Google Patents

Abstract

L’invention concerne un four (3) de traitement thermique à passage sous atmosphère gazeuse comprenant au moins une ouverture (4) et un dispositif de diffusion (8) d’au moins un gaz disposé à la base de ladite ouverture (4). Un tel dispositif de diffusion (8) permet de diminuer la quantité des gaz formant l’atmosphère gazeuse et de réduire la quantité d’oxygène de l’air pénétrant dans le four et d’améliorer la qualité et la fiabilité du traitement thermique.

Description

Domaine technique

[0001] La présente invention concerne un four de traitement thermique à passage sous atmosphère gazeuse et un procédé de traitement thermique utilisant un tel four.

Etat de la technique

[0002] Les installations de traitements thermiques sont utilisées, d’une manière connue dans les milieux industriels, notamment pour renforcer les caractéristiques mécaniques de pièces métalliques mais également pour le traitement de déchets recyclables.

[0003] Ces installations comprennent notamment un four généralement sous atmosphère contrôlée. Dans ces fours, des gaz sont injectés pour former une atmosphère gazeuse dont la composition est définie en fonction du traitement à réaliser. Cette composition de l’atmosphère gazeuse doit être respectée pour optimiser la qualité et la fiabilité du traitement thermique réalisé. Selon le type de traitement, on peut utiliser par exemple du monoxyde de carbone, du dioxyde de carbone, du diazote (N2), de l’ammoniac, du pentane et leurs mélanges. Ces gaz étant relativement onéreux, on cherche à en réduire la consommation afin de diminuer les coûts du traitement thermique.

[0004] Par ailleurs, lorsque l’on ouvre les portes du four pour l’entrée ou la sortie des pièces à traiter, l’oxygène de l’air diffuse dans le four et modifie la composition de l’atmosphère gazeuse au risque de diminuer la qualité du traitement thermique.

[0005] De plus, il se forme au niveau des ouvertures une flamme provenant de la combustion des gaz dans le four au contact de l’oxygène de l’air. Comme le montre la fig. 1 , cette flamme 1 présente une certaine courbure due à la force thermique des gaz chauds dans la partie supérieure du canal (flèche B), qui se traduit par une entrée d’air froid dans la partie inférieure du canal (flèche A). Cette flamme n’est pas stable et peut se déchirer de sorte que de l’oxygène peut diffuser malgré tout dans le four. Si le débit de gaz chauds est faible, la flamme peut se retirer jusqu’en zone chaude dans le four, ce qui a pour effet d’oxyder les pièces.

[0006] Une solution pour résoudre ce problème consiste à augmenter la quantité de gaz introduite dans le four pour augmenter la poussée des gaz par convection en direction de la flamme. Ainsi, la courbure de la flamme est réduite et la stabilité de ladite flamme est améliorée de manière à mieux repousser l’oxygène de l’air et empêcher sa diffusion dans le four.

[0007] Toutefois, cette solution n’est pas satisfaisante car elle oblige à augmenter très fortement la consommation en gaz introduits dans le four.

[0008] Un but de la présente invention est donc de pallier ces inconvénients, en proposant un four thermique sous atmosphère gazeuse permettant de réduire la consommation en gaz constituant ladite atmosphère gazeuse.

[0009] Un autre but de la présente invention est de proposer un four thermique permettant de réduire la quantité d’oxygène de l’air pénétrant dans le four et d’améliorer la qualité et la fiabilité du traitement thermique.

Divulgation de l’invention

[0010] A cet effet, et conformément à la présente invention, il est proposé un four de traitement thermique à passage sous atmosphère gazeuse comprenant au moins une ouverture et un dispositif de diffusion d’au moins un gaz disposé à la base de ladite ouverture.

Bréve description des dessins

[0011] L’invention concerne également un procédé de traitement thermique sous atmosphère gazeuse, au moyen d’un four comprenant au moins une ouverture, ledit procédé comprenant la diffusion d’au moins un gaz à la base de ladite ouverture.

[0012] D’autres caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels: – la fig. 1 est une vue schématique en coupe d’une ouverture d’un four thermique sous atmosphère gazeuse traditionnel, – la fig. 2 est une vue schématique en coupe d’une ouverture d’un four thermique sous atmosphère gazeuse selon l’invention, – la fig. 3 est une vue en perspective d’un dispositif de diffusion utilisé dans le four selon l’invention, et – la fig. 4 est une vue en coupe du dispositif de diffusion représenté sur la fig. 3 .

Mode de réalisation de l’invention

[0013] En référence à la fig. 2 , il est représenté un four 3 de traitement thermique sous atmosphère gazeuse, comprenant une ouverture 4. Cette ouverture peut constituer une entrée ou une sortie des pièces. Les pièces sont transportées dans le four au moyen d’un tapis transporteur 6.

[0014] D’une manière connue de l’homme du métier, l’atmosphère gazeuse du four 3 est constituée d’un gaz ou d’un mélange de gaz dont la composition est étudiée en fonction du traitement thermique à appliquer.

[0015] Conformément à l’invention, le four 3 comprend un dispositif de diffusion 8 d’au moins un gaz, disposé à la base de l’ouverture 4, sous le tapis transporteur 6. Comme cela sera expliqué ultérieurement, le tapis transporteur 6 est perforé au moins au niveau du dispositif de diffusion 8.

[0016] Afin de ne pas créer de confusion, les gaz introduits dans le four pour former l’atmosphère gazeuse pour le traitement thermique sont appelés, dans la suite de la description, gaz de traitement et les gaz introduits par le dispositif de diffusion sont appelés gaz diffusés.

[0017] En référence aux fig. 3 et 4 , le dispositif de diffusion 8 se présente sous la forme d’une boite rectangulaire, réalisée par exemple en métal et comprend une partie inférieure 8a et une partie supérieure 8b, la partie inférieure 8a étant agencée pour recevoir ledit gaz diffusé et la partie supérieure 8b comprenant en regard de l’ouverture 4 du four 3, un tamis 10 agencé pour provoquer une perte de pression lors du passage du gaz et pour permettre une diffusion uniforme dudit gaz sur toute la surface de la partie supérieure 8b du dispositif de diffusion 8.

[0018] La partie inférieure 8a comprend une arrivée (flèche C) pour injecter le ou les gaz à diffuser dans le dispositif de diffusion 8.

[0019] En référence plus spécialement à la fig. 4 , le tamis 10 comprend deux plaques de tôle perforées 11 et 12 et une couche de fibres 13 disposée entre lesdites plaques 11 et 12. D’une manière avantageuse, les fibres sont sous la forme d’une natte de fibre céramique.

[0020] Il est bien évident que le tamis peut être constitué d’une autre manière, l’essentiel étant que la surface de la partie supérieure 8b en regard du four présente un réseau d’orifices permettant de diffuser uniformément le gaz issu du dispositif de diffusion 8 à la base de l’ouverture 4. Par exemple, le tamis peut être constitué d’un matériau poreux. Les dimensions des orifices du tamis sont adaptées en fonction du débit du gaz diffusé.

[0021] De préférence, le gaz du dispositif de diffusion est choisi parmi le groupe comprenant les gaz inflammables, les gaz inertes et leurs mélanges.

[0022] D’une manière avantageuse, le gaz inflammable est choisi parmi le groupe comprenant le méthane, l’éthane, le propane, le butane, le pentane, et le gaz inerte est choisi parmi le groupe comprenant l’argon, l’azote et le dioxyde de carbone CO2.

[0023] Le dispositif de diffusion 8 est utilisé de la manière suivante: en référence à la fig. 2 , le dispositif de diffusion 8 est placé à la base de l’ouverture 4 du four 3 de manière à se situer sous la flamme 12 provenant de la combustion des gaz de traitement avec l’air. Le débit des gaz de traitement est réduit de sorte que la poussée selon la flèche B des gaz de traitement chauds dans le four 3 vers l’extérieur est faible. Ladite flamme 12 présente alors une courbure très étirée sous laquelle le dispositif de diffusion 8 est disposé, entre l’air extérieur et la base de ladite flamme 12.

[0024] Un ou des gaz sont injectés dans le dispositif de diffusion 8 par l’arrivée C, se répandent dans sa partie inférieure 8a, puis diffusent au travers de la surface du tamis 10 et du tapis transporteur 6 percé, sur toute la surface du dispositif de diffusion 8.

[0025] Le gaz diffusé se répand sous la flamme 12 et forme une barrière empêchant l’air de pénétrer dans le four 3 selon la flèche A. Ainsi, la consommation en gaz de traitement est réduite sans nuire à la qualité et à la fiabilité du traitement.

[0026] D’une manière avantageuse, le gaz ou le mélange de gaz diffusé est inflammable de sorte qu’il brûle à l’air libre sur toute la largeur du dispositif de diffusion 8. Il s’établit alors une barrière de flammes qui brûle au-dessus de la surface supérieure du dispositif de diffusion 8. Cette barrière de flamme est en équilibre entre les gaz de traitement dans le four 3 et l’air extérieur. Cette barrière se déplace et se déforme en fonction des courants d’air mais ne se déchire pas. Ainsi, l’air ne peut pas rentrer dans le four. De plus, la concentration en oxygène au niveau de l’ouverture du four est réduite du fait de sa combustion avec le gaz diffusé. La diffusion de l’oxygène dans le four est alors encore diminuée.

[0027] Un mélange de méthane ou de propane et de diazote est particulièrement préféré. L’utilisation du diazote en mélange permet de refroidir la flamme de la barrière de flamme afin de ne pas abimer les pièces transportées sur le tapis et traversant la barrière de flammes. Ainsi, la température de flamme est de 500 °C à 600 °C au lieu de 1000 °C.

[0028] L’utilisation d’un gaz inflammable est avantageuse car elle permet de former une barrière de flammes visible. Ainsi, la sécurité du four est accrue.

[0029] Les dimensions du dispositif de diffusion et le débit des gaz diffusés sont adaptés aux dimensions de l’ouverture du four dans laquelle ledit dispositif de diffusion est disposé.

[0030] Ainsi, le dispositif de diffusion peut être utilisé dans des ouvertures de four ayant une hauteur comprise entre 2 cm et 1 m et une largeur comprise entre 2 cm et 2 m. La longueur du dispositif de diffusion correspond sensiblement à la largeur de l’ouverture et la largeur du dispositif de diffusion est comprise entre 3 mm et 50 cm. Le débit de gaz diffusé pour une ouverture de 5 × 2 cm<2>peut être de 0,1 m<3>/h et de 15 m<3>/h pour une ouverture de 1 × 2 m<2>.

[0031] Le dispositif de diffusion peut être facilement monté sur les installations existantes.

[0032] Un dispositif de diffusion peut être disposé à chaque ouverture du four, soit à chaque entrée et à chaque sortie. Il permet d’augmenter la stabilité de la flamme provenant de la combustion des gaz de traitement, de manière à empêcher l’air d’entrer dans le four, et de diminuer la quantité desdits gaz de traitement introduite dans le four sans nuire à la qualité du traitement thermique. Ainsi, les coûts de traitement des pièces sont diminués. Un four selon l’invention permet de réduire d’environ 50% la consommation en gaz de traitement.

[0033] Le four selon l’invention peut être utilisé pour tous les traitements thermiques sous atmosphère gazeuse, en particulier les traitements thermiques industriels de pièces métalliques ou le traitement de déchets recyclables.

Claims (8)

1. Four (3) de traitement thermique à passage sous atmosphère gazeuse comprenant au moins une ouverture (4), caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif de diffusion (8) d’au moins un gaz disposé à la base de ladite ouverture (4).

2. Four (3) selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif de diffusion (8) comprend une partie inférieure (8a) et une partie supérieure (8b), la partie inférieure (8a) étant agencée pour recevoir ledit gaz et la partie supérieure (8b) comprenant en regard de l’ouverture (4) du four (3), un tamis (10) agencé pour provoquer une perte de pression lors du passage du gaz et pour permettre une diffusion uniforme dudit gaz sur toute la surface de la partie supérieure (8b) du dispositif de diffusion (8).

3. Four (3) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tamis (10) comprend deux plaques (11, 12) perforées et une couche de fibres (13) disposée entre lesdites plaques (11, 12).

4. Four (3) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tamis (10) est constitué d’un matériau poreux.

5. Procédé de traitement thermique à passage sous atmosphère gazeuse, au moyen d’un four (3) comprenant au moins une ouverture (4), caractérisé en ce qu’il comprend la diffusion d’au moins un gaz à la base de ladite ouverture (4).

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le gaz diffusé est choisi parmi le groupe comprenant les gaz inflammables, les gaz inertes et leurs mélanges.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le gaz inflammable est choisi parmi le groupe comprenant le méthane, l’éthane, le propane, le butane et le pentane.

8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le gaz inerte est choisi parmi le groupe comprenant l’argon, l’azote et le dioxyde de carbone.