EP1077267B1 - Apparatus for the continuous heat treatment of metal workpieces separately or in batches - Google Patents
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- EP1077267B1 EP1077267B1 EP99116269A EP99116269A EP1077267B1 EP 1077267 B1 EP1077267 B1 EP 1077267B1 EP 99116269 A EP99116269 A EP 99116269A EP 99116269 A EP99116269 A EP 99116269A EP 1077267 B1 EP1077267 B1 EP 1077267B1
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- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
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- C21D9/0043—Muffle furnaces; Retort furnaces
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- C21D9/0006—Details, accessories not peculiar to any of the following furnaces
Definitions
- the present invention relates to a thermal treatment installation of metal pieces in batches or individually at the parade. More specifically the invention relates to such an installation comprising means allowing avoid the accumulation of condensate from the elements of the alloy parts above it in areas of the installation where the parts to are not yet fully solidified.
- the parade heat treatment which successively includes a warm-up phase, a temperature maintenance phase, and finally a cooling phase, of loose or unitary parts in alloy containing elements with high vaporization pressure (designated by thereafter by EPVE), under an oxidizing, inert or protective gas flow reducer presents many difficulties arising from vaporization or of the sublimation of these same elements.
- sublimation stops at a temperature below the sublimation temperature.
- Heat treatment furnaces with transport system for parts through the furnace through continuous movement or discontinuous of a support on which the parts to be treated are arranged, for example a conveyor belt made of a weaving of high-strength alloy wires temperature, allow annealing treatments to be carried out without physical alteration treated parts.
- ovens assimilated to a heated enclosure, with accesses, for example doors or simply openings on either side of the entrance and exit parts, typically consist of an entry area with a channel rectangular or circular sheet metal section, followed by a heating zone, then a cooling part consisting of a box cooled for example by through a double wall in which a cooling fluid circulates (water, air, etc.) and finally an exit zone, these various zones being assembled the to each other, for example by means of bolted flanges.
- the cooling portion can be formed of a first chamber allowing a start of cooling and a second chamber having an additional cooling device allowing to obtain a faster and more homogeneous result.
- the walls of which are at a temperature lower than the EPVE condensation temperature, and where the rooms have temperatures higher than the sublimation temperature of EPVE there is condensation of the vapors on all the walls.
- the accumulation of these condensates, particularly those located at the ceiling level generate particles which, by falling on parts having a temperature higher than the melting temperature of said particles, incrustations which bring as in the previous case an irreversible deterioration of the heat treated parts.
- This phenomenon of sublimation of EPVE can be significantly reduced or even avoided by using a strongly oxidizing protective gas, by example an O2 + N2 mixture, a wet gas, mixtures of N2 and water or N2 and H2 and water, or just air.
- a strongly oxidizing protective gas by example an O2 + N2 mixture, a wet gas, mixtures of N2 and water or N2 and H2 and water, or just air.
- these atmospheres cause a strong oxidation of the treated parts, with for consequence, especially for the monetary flanks, an increase sensitive physico-chemical treatment times for surface finishing, commonly called brightening.
- the material losses which result of these operations are important.
- the invention consists, during heat treatments of loose, batch, unit or continuous (such as strips, wires or profiles) in a passage furnace under protective atmosphere likely to cause formation of vapors from the parts to be treated, to avoid any possibility of fallout of condensate particles from these vapors on the parts, when these are, or will be brought to temperatures higher than the temperatures of these particles.
- the invention consists in avoiding that the EPVE cannot condense above the parts bed.
- the invention relates to a treatment installation thermal treatment of metal parts in batches or units on parade in an oven gas flow circulation channel, said parts being composed of at least less an alloy capable of emitting elements at vapor pressure high (EPVE) depending on the oven temperature and the composition of the gas flow and said oven, successively comprising at least one zone at the entrance to the rooms, at least one heating zone and at least one heating zone cooling, formed of a first sector and a second sector from which the treated parts as well as at least one means of driving the parts to through these different zones and at least one device for introducing the gas flow, characterized in that the first sector channel, has on at least part of its length of the means for cooling the lower part to a lower temperature at the condensation temperature of the EPVE and the means for maintaining upper part temperature at a temperature greater than or equal to the temperature of condensation of the EPVE, and in that the channel of the second sector includes means allowing the walls to be brought to a temperature below the temperature of condensation of EPVE.
- EPVE vapor pressure high
- the different channels 4, 5, 11 and 12 are linked together by means of example of flanges 16.
- Figure 2 describes in more detail the entrance area 1 according to the plan of section II-II defined in Figure 1.
- the entry area 1 consists of a channel 4 of cylindrical or parallelepipedic section, for example the extension of the heating channel 8 or an attached part coupled to the heating channel for example by means of a flange 16.
- the length of the entry zone 1 depends on the passage height of channel 4 but is typically less than the length of the heating zone 3.
- the entry area 1 comprises in the upper part, above the parts to be treated, a physical separation 17 arranged so as to spare a space between its upper part and the inlet channel and intended, for channel the flow of vapor-laden gas between the canal ceiling and this separation and, to collect the condensates, thus avoiding any fallout of particles that can cause irreparable damage to the parts.
- This separation can consist for example of a plate maintained by supports 18 integral with the channel, for example brackets, pins.
- supports 18 integral with the channel for example brackets, pins.
- the same effect can be achieved through a bent sheet in the shape of an inverted U, the sides of which rest on the bottom of the channel.
- This physical separation 17 partially extends 17a in the heating zone without, however, crossing it entirely. Typically, this separation 17a extends into the heating zone up to a distance substantially equal to where the parts reach temperature evaporation or sublimation of EPVE.
- the physical separation system 17 can be completed with a device heated 19 to maintain the temperature of the wall above the parts at a temperature higher than the condensation temperature of vapors from EPVE.
- the heater 19 is for example made up of a metal coil of type armored heating body, whether or not integral with the partition 17, in order to maintain its temperature at a temperature higher than the temperature of condensation of vapors from EPVE.
- the physical separation 17 need not necessarily extend to the interior of the heating zone 3.
- the regulation of the separation temperature is conventionally operated by means of a measurement of the temperature (for example a thermocouple) and of a regulator of conventional temperature, not shown.
- the parallelepiped section can be fitted at the ceiling with a duct vapor evacuation (not shown), typically a section tube cylindrical directly welded to the channel, or with a removable junction by through flasks.
- Gas extraction can be natural or forced, for example by venturi effect, supplemented if necessary by a system of mechanical filtering or condensation of vapors by vacuum.
- the temperature of the walls of the channel 5 in look of the parts is higher than the condensation temperature of the vapors from the sublimation of EPVE contained in the parts there therefore there is no risk of formation of condensates liable to pollute the rooms.
- Figure 3 shows a section, along the plane III-III of Figure 1, of first sector 9 of the cooling zone 8 and consists of at least minus a parallelepipedic or circular channel 11, depending on the geometry of the upstream and downstream interfaces.
- the first sector 9 of the cooling zone 8 extends from the end the heating zone or the heating channel 5 if it extends slightly further than the heating zone 3 proper.
- the first sector is characterized by the fact that it is ensured that the temperature of the inner surface of channel 11 or any surface placed directly above the parts is maintained at a temperature such that condensation of EPVE is not possible on this surface too a long time, or a sufficient distance respectively, to allow pieces to reach a temperature below the melting temperature condensates.
- the extent of the first sector of the cooling zone depends on the processing temperature in the heating and dissipation area energy of the parts (cooling) in the cooling zone.
- the length of the first sector 9 of the cooling zone 8 is 2 to 4 meters for a total length of the cooling zone 8 of about ten meters and a length of the heating zone 3 of 4-6 meters.
- the first sector 9 of the cooling zone is characterized in that the upper surface 21 located above the parts (which can be the surface of channel 11 or another surface) is not cooled as is the case in a conventional processing oven.
- This surface 21 is on the contrary thermally insulated by means of an insulator thermal 24 whose thickness is adapted accordingly (typically 100 300 mm) disposed inside or outside the channel 11, said surface 21 can also be provided with a heating system 20.
- the heating system 20 can be arranged either outside or at inside the channel 11 and does not have to extend over the entire distance from the first sector of the cooling zone. Heating 20 can be achieved using conventional electric heaters or through a gas burner. Temperature regulation desired on the surface is conventionally carried out by means for example of a temperature measurement and a conventional temperature controller, not shown.
- the part of the system below the parts can be cooled by example by means of a double wall 22 in which a fluid circulates cooling (water, air, etc.).
- This double coat can be placed at inside or outside of channel 11. Possible condensation of EPVE on the bottom of the channel 11 thus cooled is of no consequence since the cold surfaces are located under the parts and no damage to the surface of the parts is not to be feared.
- the system can be equipped with a vapor evacuation device (not shown), typically a cylindrical section tube directly welded to the system ceiling channel, or with a removable junction via flanges.
- a vapor evacuation device typically a cylindrical section tube directly welded to the system ceiling channel, or with a removable junction via flanges.
- the aspiration of gases can be natural or forced, for example by effect venturi, supplemented if necessary by a mechanical filtering system or vapor condensation by vacuum.
- the vapor exhaust system must be accessible for the in situ cleaning of condensates, the solution of a junction removable - for example by flanges is therefore preferable.
- the second sector 10 of the cooling zone 8 can be typically consisting of a double mantle 23 or channel in which a coolant, including at the top which is voluntarily cooled to accelerate the cooling of the parts.
- This part can also be equipped with a convection device shielding gas and a heat exchanger to allow cool the parts faster and decrease the length of the cooling 12.
- gas treatment or protection of parts e.g. nitrogen, hydrogen, argon or mixtures gas
- gas treatment or protection of parts is injected to allow the gas to impart a movement whose direction is the opposite of that of advance of the pieces through the zone of cooling.
- the invention overcomes the disadvantages of the prior art by providing a heat treatment installation for susceptible parts to issue EPVEs in which the processing time is relatively short without causing an irreversible change in the appearance of parts surface.
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Abstract
Description
La présente invention concerne une installation de traitement thermique de pièces métalliques en lots ou unitaires au défilé. Plus particulièrement l'invention concerne une telle installation comportant des moyens permettant d'éviter l'accumulation de condensats provenant des éléments de l'alliage des pièces au-dessus de celle-ci dans des zones de l'installation où les pièces à traiter ne sont pas encore totalement solidifiées.The present invention relates to a thermal treatment installation of metal pieces in batches or individually at the parade. More specifically the invention relates to such an installation comprising means allowing avoid the accumulation of condensate from the elements of the alloy parts above it in areas of the installation where the parts to are not yet fully solidified.
Le traitement thermique au défilé, qui comprend successivement une phase de mise en température, une phase de maintien en température, et finalement une phase de refroidissement, de pièces en vrac ou unitaires en alliage contenant des éléments à pression de vaporisation élevée (désigné par la suite par EPVE), sous flux gazeux de protection oxydant, inerte ou réducteur présente de nombreuses difficultés provenant de la vaporisation ou de la sublimation de ces même éléments.The parade heat treatment, which successively includes a warm-up phase, a temperature maintenance phase, and finally a cooling phase, of loose or unitary parts in alloy containing elements with high vaporization pressure (designated by thereafter by EPVE), under an oxidizing, inert or protective gas flow reducer presents many difficulties arising from vaporization or of the sublimation of these same elements.
En effet, lors de la mise en température à partir et au dessus de la température de sublimation, qui pour un alliage donné est fonction de la pression partielle en oxygène PO2, donc de la composition de l'atmosphère de traitement, il se produit une évaporation des EPVE contenus dans l'alliage. Par exemple pour le zinc dans un alliage base de cuivre sous N2, cette température est de l'ordre de 400°C.Indeed, when warming up from and above the sublimation temperature, which for a given alloy is a function of the partial pressure of oxygen PO2, therefore of the composition of the atmosphere of treatment, there is an evaporation of the EPVE contained in the alloy. Through example for zinc in a copper base alloy under N2, this temperature is of the order of 400 ° C.
Les vapeurs ainsi créées se mélangent à l'atmosphère du four et forment des condensats en partie froide.The vapors thus created mix with the atmosphere of the oven and form partly cold condensates.
Dans la phase de refroidissement des pièces, la sublimation cesse à une température inférieure à la température de sublimation.In the cooling phase of the parts, sublimation stops at a temperature below the sublimation temperature.
Actuellement, les seules possibilités industrielles de traitement thermique en continu de petites pièces en vrac, typiquement des flancs monétaires, en alliages contenant des EPVE, sont des fours à cornue rotative avec un refroidissement par chute des pièces dans un bac à eau. Les pièces traitées avec ce type de four présentent des traces d'impacts et des déformations, dues aux chocs entre les pièces lors de leur transport. Cette altération des pièces est difficilement acceptable dans le cas de flancs monétaires et tout à fait inadmissible pour des anneaux employés pour la fabrication de pièces de monnaie bimétalliques.Currently, the only industrial possibilities for heat treatment continuously small loose parts, typically monetary sides, in alloys containing EPVE, are rotary retort ovens with a cooling by dropping the parts in a water tank. Parts processed with this type of furnace show traces of impacts and deformations, due to shocks between the parts during transport. This alteration of coins is hardly acceptable in the case of monetary sides and quite inadmissible for rings used for the manufacture of parts bimetallic currency.
Les fours de traitements thermiques, avec système de transport des pièces au travers du four effectué par l'intermédiaire du déplacement continu ou discontinu d'un support sur lequel sont disposées les pièces à traiter, par exemple un tapis transporteur constitué d'un tissage de fils en alliage résistant à haute température, permettent de réaliser des traitements de recuit sans altération physique des pièces traités.Heat treatment furnaces, with transport system for parts through the furnace through continuous movement or discontinuous of a support on which the parts to be treated are arranged, for example a conveyor belt made of a weaving of high-strength alloy wires temperature, allow annealing treatments to be carried out without physical alteration treated parts.
Ces fours assimilés à une enceinte chauffée, avec des accès, par exemple des portes ou simplement des ouvertures de part et d'autre des zones d'entrée et de sortie des pièces, sont typiquement constitués, d'une zone d'entrée avec un canal parallélépipédique ou de section circulaire en tôle, suivie d'une zone de chauffe, puis d'une partie de refroidissement constituée d'un caisson refroidi par exemple par l'intermédiaire d'une double paroi dans laquelle circule un fluide de refroidissement (eau, air, etc.) et enfin d'une zone de sortie, ces diverses zones étant assemblées les unes aux autres, par exemple par l'intermédiaire de flasques boulonnées.These ovens assimilated to a heated enclosure, with accesses, for example doors or simply openings on either side of the entrance and exit parts, typically consist of an entry area with a channel rectangular or circular sheet metal section, followed by a heating zone, then a cooling part consisting of a box cooled for example by through a double wall in which a cooling fluid circulates (water, air, etc.) and finally an exit zone, these various zones being assembled the to each other, for example by means of bolted flanges.
Comme décrit dans le brevet US 1 906 092, la partie de refroidissement peut être formée d'une première chambre permettant un début de refroidissement et d'une deuxième chambre ayant un dispositif de refroidissement additionnel permettant d'obtenir un résultat plus rapide et plus homogène.As described in US Patent 1,906,092, the cooling portion can be formed of a first chamber allowing a start of cooling and a second chamber having an additional cooling device allowing to obtain a faster and more homogeneous result.
Pour qu'une installation de traitement thermique au recuit, sous atmosphère de protection inerte réductrice ou oxydante d'alliages contenant des EPVE, fonctionne dans des conditions économiquement viables, il est souhaitable que le four soit porté à une température supérieure à la température de sublimation des EPVE, de façon à avoir des cycles de traitement les plus courts possible, ce qui est par ailleurs incompatible avec les exigences de qualité de surface des pièces traitées. En effet, l'accumulation des condensats en partie froide de l'installation , c'est à dire à l'entrée de la zone de chauffe (canal d'entrée, début du four) et en début de la zone de refroidissement, provoque en retombant des tâches qui altèrent irrémédiablement les pièces.For an annealing heat treatment installation, under an atmosphere of inert reducing or oxidizing protection of alloys containing EPVE, works under economically viable conditions, it is desirable that the oven be worn at a temperature higher than the sublimation temperature of the EPVE, so as to have the shortest possible treatment cycles, which is otherwise incompatible with the surface quality requirements of the treated parts. Indeed, condensate accumulation in the cold part of the installation, i.e. at the inlet of the heating zone (inlet channel, start of the oven) and at the start of the cooling, causes by falling tasks which irreparably alter the rooms.
Dans la zone d'entrée du four, l'accumulation des condensats au niveau du plafond, amenés par la condensation des vapeurs générées dans la zone de chauffe et balayées par le flux de gaz de protection en partie vers la zone d'entrée, peut conduire à la formation de particules qui, en se détachant du plafond, provoquent une altération irrémédiable des pièces. En effet ces particules de condensat tombant sur les pièces à l'entrée du four sont, lors du passage dans la zone de chauffe, portées à fusion et forment en se solidifiant lors du passage des pièces en zone de refroidissement du four, des particules incrustées ne pouvant plus être éliminées par des procédés physico-chimiques de traitement de surfaces classiques, par exemple par la technique de brillantage utilisée dans l'industrie de la monnaie. Ces incrustations provoquent donc une altération irréversible des pièces. In the furnace inlet area, the accumulation of condensate at the ceiling, brought about by the condensation of vapors generated in the heating zone and swept by the flow of shielding gas in part towards the entry area, can lead to the formation of particles which, when detached from the ceiling, cause a irreparable alteration of the parts. Indeed these condensate particles falling on the pieces at the entrance to the oven are brought to the fusion and form by solidifying during the passage of the parts in zone of cooling of the oven, encrusted particles which can no longer be removed by physico-chemical methods for treating conventional surfaces, for example by the shining technique used in the money industry. These incrustations thus cause an irreversible deterioration of the parts.
En début de zone de refroidissement, dont les parois sont à une
température inférieure à la température de condensation des EPVE, et là où
les pièces ont des température supérieures à la température de sublimation
des EPVE il y a condensation des vapeurs sur toutes les parois .
L'accumulation de ces condensats, particulièrement ceux se trouvant au
niveau de plafond, génèrent des particules qui, en retombant sur des pièces
ayant une température supérieure à la température de fusion desdites
particules des incrustations qui amènent comme dans le cas précédent une
altération irréversible des pièces traitées thermiquement.At the start of the cooling zone, the walls of which are at a temperature lower than the EPVE condensation temperature, and where the rooms have temperatures higher than the sublimation temperature of EPVE there is condensation of the vapors on all the walls.
The accumulation of these condensates, particularly those located at the ceiling level, generate particles which, by falling on parts having a temperature higher than the melting temperature of said particles, incrustations which bring as in the previous case an irreversible deterioration of the heat treated parts.
Ce phénomène de sublimation des EPVE peut être sensiblement diminué ou même évité en utilisant un gaz de protection fortement oxydant, par exemple un mélange O2 + N2, un gaz humide, des mélanges de N2 et d'eau ou de N2 et de H2 et d'eau, ou simplement de l'air. Toutefois ces atmosphères provoquent une forte oxydation des pièces traitées, avec pour conséquence, en particulier pour les flancs monétaires, une augmentation sensible des temps de traitement physico-chimique de finition des surfaces, communément appelé brillantage. De plus les pertes de matière qui résultent de ces opérations sont importantes.This phenomenon of sublimation of EPVE can be significantly reduced or even avoided by using a strongly oxidizing protective gas, by example an O2 + N2 mixture, a wet gas, mixtures of N2 and water or N2 and H2 and water, or just air. However these atmospheres cause a strong oxidation of the treated parts, with for consequence, especially for the monetary flanks, an increase sensitive physico-chemical treatment times for surface finishing, commonly called brightening. In addition the material losses which result of these operations are important.
Pour pallier aux inconvénients ce cet art antérieur, l'invention consiste, lors de traitements thermiques de pièces en vrac, en lots, unitaires ou continues (tels que des bandes, des fils ou des profils) en four à passage sous atmosphère de protection susceptible de provoquer une formation de vapeurs provenant des pièces à traiter, à éviter toute possibilité de retombée de particules de condensats de ces vapeurs sur les pièces, lorsque celles-ci sont, ou vont être portées à des températures supérieures aux températures de fusion de ces particules. En d'autres termes, l'invention consiste à éviter que les EPVE ne puissent se condenser au-dessus du lit de pièces.To overcome the drawbacks of this prior art, the invention consists, during heat treatments of loose, batch, unit or continuous (such as strips, wires or profiles) in a passage furnace under protective atmosphere likely to cause formation of vapors from the parts to be treated, to avoid any possibility of fallout of condensate particles from these vapors on the parts, when these are, or will be brought to temperatures higher than the temperatures of these particles. In other words, the invention consists in avoiding that the EPVE cannot condense above the parts bed.
A cet effet, l'invention a pour objet une installation de traitement thermique de pièces métalliques en lots ou unitaires au défilé dans un four canal à circulation de flux gazeux, lesdites pièces étant composées d'au moins un alliage susceptible d'émettre des éléments à pression de vapeur élevée (EPVE) en fonction de la température du four et de la composition du flux gazeux et ledit four, comprenant successivement au moins une zone d'entrée des pièces, au moins une zone de chauffe et au moins une zone de refroidissement, formée d'un premier secteur et d'un deuxième secteur d'où sortent les pièces traitées ainsi qu'au moins un moyen d'entraínement des pièces au travers de ces différentes zones et au moins un dispositif d'introduction du flux gazeux, caractérisée en ce que le canal du premier secteur, comporte sur au moins une partie de sa longueur des moyens de refroidissement de la partie inférieure à une température inférieure à la température de condensation des EPVE et des moyens de maintien en température de la partie supérieure à une température supérieure ou égale à la température de condensation des EPVE, et en ce que le canal du deuxième secteur comprend des moyens permettant d'amener les parois à une température inférieure à la température de condensation des EPVE.To this end, the invention relates to a treatment installation thermal treatment of metal parts in batches or units on parade in an oven gas flow circulation channel, said parts being composed of at least less an alloy capable of emitting elements at vapor pressure high (EPVE) depending on the oven temperature and the composition of the gas flow and said oven, successively comprising at least one zone at the entrance to the rooms, at least one heating zone and at least one heating zone cooling, formed of a first sector and a second sector from which the treated parts as well as at least one means of driving the parts to through these different zones and at least one device for introducing the gas flow, characterized in that the first sector channel, has on at least part of its length of the means for cooling the lower part to a lower temperature at the condensation temperature of the EPVE and the means for maintaining upper part temperature at a temperature greater than or equal to the temperature of condensation of the EPVE, and in that the channel of the second sector includes means allowing the walls to be brought to a temperature below the temperature of condensation of EPVE.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 montre une coupe schématique longitudinale d'un four de traitement au défilé selon l'invention;
- la figure 2 montre une vue en coupe de l'entrée du four selon la ligne II-II de la figure 1, et
- la figure 3 montre une vue en coupe de la sortie du four selon la ligne III-III de la figure 1.
- Figure 1 shows a schematic longitudinal section of a parade treatment oven according to the invention;
- FIG. 2 shows a sectional view of the inlet of the furnace along the line II-II of FIG. 1, and
- FIG. 3 shows a sectional view of the outlet of the furnace along the line III-III of FIG. 1.
En se référant plus particulièrement à la figure 1, on voit que le four de traitement selon l'invention est typiquement constitué :
- d'une zone d'entrée 1 s'étendant entre la section d'entrée des
pièces 2 dans l'installation et le début du four proprement dit comprenant au moins une zone dechauffe 3 et comprenant par exemple un canal métallique 4 de forme rectangulaire ou circulaire qui dans certains cas peut être le prolongement du canal situé dans la zone dechauffe 3, - d'une zone de
chauffe 3 constituée d'un canal métallique de forme quelconque, entouré d'une couche de matériau isolant 6 et de moyens dechauffe 7 qui peuvent être des brûleurs à gaz ou des corps de chauffe électriques conventionnels. La température dans la zone de chauffe est régulée au moyen de dispositifs de mesure de température (par exemple des thermocouples) et de régulateurs conventionnels du marché, non représentés, - d'une zone de
refroidissement 8 destinée au refroidissement des pièces constituée d'un moins deux secteurs, lepremier secteur 9 s'étendant de la fin de la zone dechauffe 3 ou de la fin ducanal 5 de la zone de chauffe du four à une distance partir de laquelle la température despièces 2 traversant le four ne produisent plus d'EPVE (typiquement 400°C pour les pièces contenant du zinc), ledeuxième secteur 10 de la zone de refroidissement s'étendant de la fin dupremier secteur 9 jusqu'à la sortie despièces 2 de l'installation. Les deux 9, 10 de la zone de refroidissement comportent un canal respectivement 11 et 12. On peut cependant imaginer qu'un seul canal soit suffisant dans les deux secteurs de refroidissement. Le premier secteur est caractérisé par le fait que l'on assure que la température de la surface intérieure dusecteurs canal 11, ou de toute surface disposée directement au dessus des pièces, est maintenue à une température telle que la condensation des EPVE n'est pas possible sur cette surface aussi longtemps, ou respectivement sur une distance suffisante pour permettre aux pièces d'atteindre une température inférieure à la température de fusion des condensats, - d'un dispositif d'entraínement 13 des
pièces 2 au travers des différentes zones de l'installation constitué d'un jeux de tambour ou de rouleaux motorisés entraínant une bande ou une chaíne detransport 14 qui supporte les pièces. D'autres modes de réalisation sont bien évidemment possibles comme le remplacement de la bande detransport 14 par des rouleaux entraínés disposés tout le long de l'installation, et - d'un dispositif d'injection des gaz de traitement, constitué par exemple de buses de gaz à flux orientables 15 constituées d'un tube fendu à son extrémité et placé orthogonalement au sens de défilement des pièces ou simplement d'un tube dont le point d'injection est placé dans le sens du flux de gaz désiré.
- an inlet zone 1 extending between the entry section of the
parts 2 into the installation and the start of the oven proper comprising at least oneheating zone 3 and comprising for example ametal channel 4 of rectangular shape or circular which in some cases can be an extension of the channel located in theheating zone 3, - a
heating zone 3 consisting of a metal channel of any shape, surrounded by a layer of insulatingmaterial 6 and heating means 7 which can be gas burners or conventional electric heating bodies. The temperature in the heating zone is regulated by means of temperature measuring devices (for example thermocouples) and conventional regulators on the market, not shown, - a
cooling zone 8 intended for cooling the parts made up of at least two sectors, thefirst sector 9 extending from the end of theheating zone 3 or from the end of thechannel 5 of the furnace heating zone at a distance from which the temperature of theparts 2 passing through the furnace no longer produce EPVE (typically 400 ° C. for parts containing zinc), thesecond sector 10 of the cooling zone extending from the end of thefirst sector 9 until the exit ofparts 2 of the installation. The two 9, 10 of the cooling zone comprise asectors 11 and 12 respectively. It can however be imagined that a single channel is sufficient in the two cooling sectors. The first sector is characterized by the fact that it is ensured that the temperature of the internal surface of thechannel channel 11, or of any surface disposed directly above the parts, is maintained at a temperature such that the condensation of the EPVE is not possible on this surface as long, or respectively over a distance sufficient to allow the parts to reach a temperature below the melting temperature of the condensates, - of a
drive device 13 for theparts 2 through the various zones of the installation consisting of a set of drums or motorized rollers driving a band or atransport chain 14 which supports the parts. Other embodiments are obviously possible such as replacing theconveyor belt 14 with driven rollers arranged throughout the installation, and - a device for injecting the treatment gases, consisting for example of orientable
flow gas nozzles 15 consisting of a tube split at its end and placed orthogonally to the direction of travel of the parts or simply of a tube whose point injector is placed in the direction of the desired gas flow.
Les différents canaux 4, 5, 11 et 12 sont liés entre eux au moyen par
exemple de flasques 16. On peut cependant imaginer facilement que les
canaux 4 et/ou 11 soient remplacés par un prolongement adéquat du canal
5.The
La figure 2 décrit plus en détail la zone d'entrée 1 selon le plan de coupe II-II défini à la figure 1.Figure 2 describes in more detail the entrance area 1 according to the plan of section II-II defined in Figure 1.
Selon l'invention, la zone d'entrée 1 est constituée d'un canal 4 de
section cylindrique ou de forme parallélépipédique, par exemple le
prolongement du canal de chauffe 8 ou une pièce rapportée accouplée au
canal de chauffe par exemple au moyen d'un flasque 16. La longueur de la
zone d'entrée 1 dépend de la hauteur de passage du canal 4 mais est
typiquement inférieure à la longueur de la zone de chauffe 3. According to the invention, the entry area 1 consists of a
La zone d'entrée 1 comprend en partie supérieure, au-dessus des
pièces à traiter, une séparation physique 17 disposée de manière à ménager
un espace entre sa partie supérieure et le canal d'entrée et destinée, à
canaliser le flux de gaz chargé de vapeur entre le plafond du canal et cette
séparation et, à recueillir les condensats, évitant ainsi toute retombée de
particules pouvant provoquer une altération irrémédiable des pièces.The entry area 1 comprises in the upper part, above the
parts to be treated, a
Cette séparation peut être constituée par exemple d'une plaque
maintenue par l'intermédiaire de supports 18 solidaires du canal, par exemple
équerres, ergots. Le même effet peut être obtenu par l'intermédiaire d'une
tôle pliée en forme de U renversé, dont les flancs reposent sur le fond du
canal.This separation can consist for example of a plate
maintained by
Cette séparation physique 17 se prolonge partiellement 17a dans la
zone de chauffe sans toutefois la traverser entièrement. Typiquement, cette
séparation 17a se prolonge dans la zone de chauffe jusqu'à une distance
sensiblement égale à l'endroit où les pièces atteignent la température
d'évaporation ou de sublimation des EPVE.This
Les vapeurs balayées par le flux de gaz de protection introduit dans le
four ou dans les canaux constituant l'intérieur du four, de la zone de chauffe
vers l'entrée du four, par l'intermédiaire de système d'injection, constitué par
exemple de buses 15 de gaz à flux orientables, se condensent
préférentiellement sur le dessus de la tôle constituant la séparation qui est
donc facilement démontable pour le nettoyage. Les fréquences de nettoyage
sont essentiellement fonction des quantités de EPVE contenus dans les pièces
à traiter.The vapors swept away by the flow of shielding gas introduced into the
oven or in the channels constituting the interior of the oven, the heating zone
towards the oven inlet, via an injection system, consisting of
example of directional
Selon un autre mode réalisation de l'invention, notamment pour
certaines applications, produisant une grande quantité de condensat par
exemple pour le recuit de pièces en laiton avec un fort pourcentage en zinc, le
système de séparation physique 17 peut être complété par un dispositif
chauffé 19 afin de maintenir la température de la paroi située au-dessus des
pièces à une température supérieure à la température de condensation des
vapeurs provenant des EPVE.According to another embodiment of the invention, in particular for
some applications, producing a large amount of condensate by
example for the annealing of brass parts with a high percentage of zinc, the
Le chauffage 19 est par exemple constitué d'un serpentin métallique de
type corps de chauffe blindé, solidaire ou non de la séparation 17, afin de
maintenir sa température à une température supérieure à la température de
condensation des vapeurs provenant des EPVE.The heater 19 is for example made up of a metal coil of
type armored heating body, whether or not integral with the
Dans ce cas, la séparation physique 17 ne doit pas forcément
s'étendre jusqu'à l'intérieur de la zone de chauffe 3. La régulation de la
température de la séparation s'opère classiquement au moyens d'une mesure
de la température (par exemple un thermocouple) et d'un régulateur de
température conventionnel, non représenté.In this case, the
On peut également dans un autre mode de réalisation, supprimer la
séparation physique 17 et chauffer la partie supérieure du canal d'entrée 4
sur le même mode de chauffe que celui proposé par exemple pour la
séparation physique.It is also possible, in another embodiment, to delete the
Afin de limiter la pollution de l'environnement de l'installation, le canal de section parallélépipédique peut être équipé au niveau du plafond d'un conduit d'évacuation des vapeurs (non représenté), typiquement un tube de section cylindrique directement soudé au canal, ou avec une jonction démontable par l'intermédiaire de flasques. L'aspiration des gaz peut être naturelle ou forcée, par exemple par effet venturi, complété si nécessaire par un système de filtrage mécanique ou de condensation des vapeurs par dépression.In order to limit pollution of the installation environment, the parallelepiped section can be fitted at the ceiling with a duct vapor evacuation (not shown), typically a section tube cylindrical directly welded to the channel, or with a removable junction by through flasks. Gas extraction can be natural or forced, for example by venturi effect, supplemented if necessary by a system of mechanical filtering or condensation of vapors by vacuum.
Dans la zone de chauffe 3, la température des parois du canal 5 en
regard des pièces est supérieure à la température de condensation des
vapeurs provenant de la sublimation des EPVE contenus dans les pièces il n'y
a donc pas de risques de formation de condensats susceptibles de polluer les
pièces.In the
Dans la zone de refroidissement 8 où les phénomènes de sublimation se
poursuivent jusqu'à ce que les pièces atteignent une température inférieure à
température de sublimation, par exemple env. 400°C pour le zinc dans les
alliages de cuivre, il s'agit d'éviter toute formation de condensats au dessus
des pièces, condensats qui en retombant provoquerait une altération
irréversible des pièces, si celles ci sont à une température supérieure à la
température de fusion des condensats.In the
La figure 3 montre une coupe, selon le plan III-III de la figure 1, du
premier secteur 9 de la zone de refroidissement 8 et est constituée d'au
moins un canal 11 parallélépipédique ou de section circulaire, en fonction de la
géométrie des interfaces amont et aval.Figure 3 shows a section, along the plane III-III of Figure 1, of
Le premier secteur 9 de la zone de refroidissement 8 s'étend de la fin
de la zone de chauffe ou du canal de chauffe 5 si celui-ci s'étend légèrement
plus loin que la zone de chauffe 3 proprement dite.The
Le premier secteur est caractérisé par le fait que l'on assure que la
température de la surface intérieure du canal 11 ou de toute surface
disposée directement au dessus des pièces est maintenue à une température
telle que la condensation des EPVE n'est pas possible sur cette surface aussi
longtemps, ou respectivement sur une distance suffisante, pour permettre
aux pièces d'atteindre une température inférieure à la température de fusion
des condensats.The first sector is characterized by the fact that it is ensured that the
temperature of the inner surface of
L'étendue du premier secteur de la zone de refroidissement dépend de
la température de traitement dans la zone de chauffe et de la dissipation
d'énergie des pièces (refroidissement) dans la zone de refroidissement.
Typiquement, la longueur du premier secteur 9 de la zone de refroidissement
8 est de 2 à 4 mètres pour une longueur totale de la zone de refroidissement
8 d'une dizaine de mètres et une longueur de la zone de chauffe 3 de
4-6 mètres.The extent of the first sector of the cooling zone depends on
the processing temperature in the heating and dissipation area
energy of the parts (cooling) in the cooling zone.
Typically, the length of the
Selon l'invention, le premier secteur 9 de la zone de refroidissement est
caractérisée en ce que la surface supérieure 21 située au-dessus des pièces
(qui peut être la surface du canal 11 ou une autre surface) n'est pas refroidie
comme cela est le cas dans un four de traitement conventionnel. Cette
surface 21 est au contraire isolée thermiquement au moyen d'un isolant
thermique 24 dont l'épaisseur est adaptée en conséquence (typiquement 100
à 300 mm) disposé à l'intérieur ou à l'extérieur du canal 11, ladite surface 21
pouvant également être pourvue d'un système de chauffage 20.According to the invention, the
Le système de chauffage 20 peut être disposé soit à l'extérieur, soit à
l'intérieur du canal 11 et ne doit pas obligatoirement s'étendre sur toute la
distance du premier secteur de la zone de refroidissement. Le chauffage 20
peut être réalisé au moyen de corps de chauffe électriques conventionnels ou
par l'intermédiaire d'un brûleur à gaz. La régulation de la température
souhaitée à la surface est classiquement réalisée au moyen par exemple d'une
mesure de la température et d'un régulateur de température conventionnel,
non représentés.The
A la sortie de la zone de chauffe 3 ou début du premier secteur 9 de la
zone de refroidissement 8, il n'est pas absolument nécessaire d'isoler
thermiquement ou de chauffer pour maintenir la température de la surface 21
au-dessus de la température souhaitée. En effet, les pièces sortant du four
suffisent à maintenir cette surface au-dessus de la température critique.At the exit of the
Afin de réduire la longueur du premier secteur de refroidissement 9, la
partie du système se trouvant en dessous des pièces peut être refroidie par
exemple par l'intermédiaire d'une double paroi 22 dans laquelle circule un fluide
de refroidissement (eau, air, etc.). Ce double manteau peut être placé à
l'intérieur ou à l'extérieur du canal 11. L'éventuelle condensation des EPVE sur
le bas du canal 11 ainsi refroidi ne porte pas à conséquence puisque les
surfaces froides sont situées sous les pièces et qu'aucun endommagement de
la surface des pièces n'est à craindre. On peut prévoir des ouvertures qui
permettent de nettoyer le fond du canal 11 de temps à autre.In order to reduce the length of the
En cas de dynamique insuffisante du flux de gaz, le système peut être équipé d'un dispositif d'évacuation (non représenté) des vapeurs, typiquement un tube de section cylindrique directement soudé au plafond du système canal, ou avec une jonction démontable par l'intermédiaire de flasques. L'aspiration des gaz peut être naturelle ou forcée, par exemple par effet venturi, complété si nécessaire par un système de filtrage mécanique ou de condensation des vapeurs par dépression.In case of insufficient gas flow dynamics, the system can be equipped with a vapor evacuation device (not shown), typically a cylindrical section tube directly welded to the system ceiling channel, or with a removable junction via flanges. The aspiration of gases can be natural or forced, for example by effect venturi, supplemented if necessary by a mechanical filtering system or vapor condensation by vacuum.
Dans ce cas le système d'évacuation des vapeurs doit être accessible pour le nettoyage in situ des condensats, la solution d'une jonction démontable-par exemple par des flasques est donc préférable.In this case the vapor exhaust system must be accessible for the in situ cleaning of condensates, the solution of a junction removable - for example by flanges is therefore preferable.
Le deuxième secteur 10 de la zone de refroidissement 8 peut être
typiquement constitué d'un double manteau 23 ou canal dans lequel circule un
fluide de refroidissement, y compris dans la partie supérieure qui est
volontairement refroidie pour accélérer le refroidissement des pièces.The
Cette partie peut également être équipée d'un dispositif de convection
du gaz de protection et d'un échangeur de chaleur pour permettre de
refroidir les pièces plus rapidement et diminuer la longueur du canal de
refroidissement 12.This part can also be equipped with a convection device
shielding gas and a heat exchanger to allow
cool the parts faster and decrease the length of the
Entre les deux secteurs 9, 10 de la zone de refroidissement 8 ou vers
la fin du premier secteur 9 de refroidissement ou au début du deuxième
secteur 10 de refroidissement, le gaz de traitement ou de protection des
pièces (par exemple de l'azote, de l'hydrogène, de l'argon ou des mélanges
de gaz) est injecté pour permettre d'imprimer au gaz un mouvement dont le
sens est l'inverse de celui d'avance des pièces au travers de la zone de
refroidissement.Between the two
L'installation qui vient d'être décrite peut être adaptée par l'homme de l'art, sans sortir du cadre de l'invention en fonction des alliages entrant dans la composition des pièces à traiter thermiquement.The installation which has just been described can be adapted by the person skilled in the art. art, without departing from the scope of the invention according to the alloys entering into the composition of the parts to be heat treated.
Ainsi, l'invention permet de pallier les inconvénients de l'art antérieur en procurant une installation de traitement thermique de pièces susceptibles d'émettre des EPVE dans laquelle le temps de traitement soit relativement court sans pour autant provoquer une altération irréversible de l'aspect de surface des pièces.Thus, the invention overcomes the disadvantages of the prior art by providing a heat treatment installation for susceptible parts to issue EPVEs in which the processing time is relatively short without causing an irreversible change in the appearance of parts surface.
Claims (11)
- Apparatus for the continuous heat treatment of metal workpieces (2) separately or in batches in a channel furnace with gas flow circulation, said workpieces (2) being formed of at least an alloy capable of giving off high evaporation pressure elements (EPVE) as a function of the temperature of the furnace and the composition of the gas flow, and said furnace successively including at least one inlet zone (1) for the workpieces (2) at least one heating zone (3) and at least one cooling zone (8), formed of a first section (9) and a second section (10) from which the treated workpieces exit and at least one driving means (13, 14) for driving the workpieces (2) through said various zones and at least a gas flow introduction device (15), characterized in that the channel (11) of the first section (9) comprises, over at least a portion of its length, means for cooling the lower portion to a temperature lower than the condensation temperature of the EPVE and means for maintaining the temperature of the upper portion at a temperature greater than or equal to the condensation temperature of the EPVE, and in that the channel (12) of the second section (10) includes means for bringing the walls to a temperature lower than the condensation temperature of the EPVE.
- Heat treatment apparatus according to claim 1, characterized in that the cooling means for the lower portion of the first section (9) are formed by a double wall (22) allowing a cooling fluid to circulate.
- Heat treatment apparatus according to claim 1, characterized in that the means for maintaining the temperature of the first section (9) use a heat insulator (24).
- Heat treatment apparatus according to claim 3, characterized in that the heat insulator (24) further includes heating means (20).
- Heat treatment apparatus according to claim 1, characterized in that the gas flow circulates in a direction opposite the movement of the workpieces (2) over a major portion of the first section (9) of the cooling zone (8) .
- Heat treatment apparatus according to claim 1, characterized in that the inlet zone (1) is constituted of at least one channel (4) in which a physical separation (17) over at least one portion of its length is further disposed, in order to provide a space between the upper surface of the channel (4) and said physical separation (17).
- Heat treatment apparatus according to claim 6, characterized in that the physical separation (17) extends partially inside the heating zone (3) .
- Heat treatment apparatus according to claim 6, characterized in that the physical separation (17) further includes heating means (19).
- Heat treatment apparatus according to claim 6, characterized in that at least the upper portion of the channel (4) of the inlet zone (1) includes heating means.
- Heat treatment apparatus according to claim 1, characterized in that the second section (10) of the cooling zone is surrounded by an envelope (23) in which flows a cooling fluid.
- Heat treatment apparatus according to claim 1, characterized in that the different zones and sections are individual elements assembled and connected in series by means of connecting flanges (16).
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