EP1193317B1 - Installation pour le traitement thermique de charges de pièces métalliques - Google Patents

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EP1193317B1
EP1193317B1 EP00203331A EP00203331A EP1193317B1 EP 1193317 B1 EP1193317 B1 EP 1193317B1 EP 00203331 A EP00203331 A EP 00203331A EP 00203331 A EP00203331 A EP 00203331A EP 1193317 B1 EP1193317 B1 EP 1193317B1
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EP
European Patent Office
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load
installation according
tunnel
installation
loads
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EP00203331A
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German (de)
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EP1193317A1 (fr
Inventor
Thierry Spérisen
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Patherm SA
Original Assignee
Patherm SA
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Publication date
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Priority to AT00203331T priority patent/ATE272128T1/de
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0062—Heat-treating apparatus with a cooling or quenching zone
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B17/00—Furnaces of a kind not covered by any preceding group
    • F27B17/0016—Chamber type furnaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B19/00—Combinations of furnaces of kinds not covered by a single preceding main group
    • F27B19/02—Combinations of furnaces of kinds not covered by a single preceding main group combined in one structure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B17/00—Furnaces of a kind not covered by any preceding group
    • F27B17/0016—Chamber type furnaces
    • F27B2017/0091—Series of chambers, e.g. associated in their use

Definitions

  • the first type includes the so-called batch furnaces which comprise a treatment furnace and a quench tank, generally oil.
  • the load of the parts processed in the oven is transferred above the quenching tank through a cell, and then immersed in the quenching fluid by means of an elevator placed inside the quenching tank. .
  • the main disadvantages of this type of installation are as follows: on the one hand, the pair furnace-quenching tank is fixed and it is not possible to have several furnaces serving the same quenching tank, or a furnace serving several quenching or cooling tanks; on the other hand, for large loads, of the order of 1 m 3 , the temperature homogeneity is poor (deviations of +/- 10 ° C) because the heating is distributed only on two sides of the load parallelepipedic because of the means of mechanization including including side doors.
  • the second type includes bell furnace installations multi-treatments, which allow the direct transfer of the load of the treatment furnace in the quenching tank without the need for an intermediate cell. Mechanization is typically by moving the oven (s) above the quenching tank (s) required, or vice versa, as can be seen in particular in patent applications EP 785 402 and EP 995 805.
  • the third type includes various facilities with sets ovens and bins and mechanical means for moving the load or loads between these elements, for example by means of a carriage provided with a closed enclosure according to DE 30 31 660.
  • a carriage provided with a closed enclosure according to DE 30 31 660.
  • the structure of this known installation has several disadvantages: vertical space very important, because of its three levels to which is added the upper clearance required for the entry and exit of rooms; disposition buried elevators; heavy structure to support ovens at height; heavy mechanism to block and support the plug carrying the coin in each treatment element. This results in a high construction cost.
  • An object of the invention is to have a heat treatment plant which allows to optimize to a large extent the parameters or constraints following.
  • the installation must make it possible to associate one or more ovens and one or more quenching tanks or cooling and carry out charge transfers freely between these elements.
  • the installation must allow on the same basis to integrate different types of ovens known to date (with temperatures ranging from up to 1300 ° C) and different types of quenching or cooling means (water, oil, molten salts, fluidized baths, gases, etc.).
  • the installation must be capable of incorporating furnaces any configurations of the temperature tolerances of +/- 5 ° C at worst, so as to meet current requirements for quality of treatment.
  • the installation must be able to include quenching or cooling tanks without integrated lifts, to reduce the cost of manufacture and have a more great freedom of construction.
  • the installation must be able to handle loads of several tonnes without difficulties and without additional cost other than the conventional sizing of organs.
  • the installation must be able to be installed in integrated workshops, that is to say that all the effluents from the installation must be able to be captured and channeled in a operators are not hampered by releases of vapors or flames.
  • the installation must be able to handle heavy loads (from 1 to several tons) and large volumes (up to several m 3 ).
  • the installation must be economical, of simple construction and easily automatable using a PLC.
  • an installation according to the invention is of the type defined in the claim 1.
  • the heat treatment plant illustrated in FIGS. 1 and 2 comprises two juxtaposed processing elements, namely a furnace 1 and a quenching cell 2 to liquid.
  • An inlet and outlet airlock 3 is arranged in the alignment of the elements 1 and 2 and rests like them on a horizontal floor 4 which supports the installation.
  • These three elements are arranged to each receive a load of metal parts 5 to treat. They are surmounted by a transfer tunnel intended to pass the loads 5 from one to the other without exposing the load or the interior of treatment elements 1 and 2 to the outside atmosphere.
  • the tunnel 6 comprises a sealed envelope 7 and contains load handling means, including a carriage 8 provided lifting means and able to move along a horizontal path 9 to place selectively above each of items 1 to 3.
  • Each load 5 of parts includes a support frame of the parts, to which the lifting means can hang in a way that will be described later. In Figures 1 to 3, it shows only the lower plate 11 and a suspension member 12 of this chassis.
  • a load 5 can typically have a shape cylindrical about 1 m in diameter and 2 m in height, for a weight of about 2000 kg. Other dimensions are obviously possible.
  • the treatment furnace 1 is here a pot furnace, that is to say that it contains a pot metal 14 forming an enclosure around the load 5.
  • the pot is surrounded of electric heating elements 15 surrounded by an insulating enclosure 16.
  • the bottom of the oven contains a stirring assembly 17 constituted by a fan rotor 18 actuated by an electric motor 19.
  • the circulation of gases is ensured by walls of flow control 20.
  • the pot is closed at its base by a removable plate 21 and its upper edge is fixed to the enclosure 16 by means of support members represented.
  • the load 5 rests on supports 22 arranged in the lower part from the oven. It is conceivable that these supports are integral with the pot 14 or the closing plate 21.
  • the load 5 is suspended on supports placed in the upper part of the pot 14.
  • the upper opening of the oven is closed tightly by a movable cap 24 preferably pivotally mounted about an axis 25, of to open and close while remaining within the volume defined by the oven 1 and the transfer tunnel 6.
  • the oven 1 is connected in a sealed manner to the tunnel of transfer 6, for example by means of a flange 26. It is also possible to provide a flexible collar to accommodate expansion between the oven and the tunnel.
  • the transfer tunnel 6 is in the form of a cylindrical tube or cuboid.
  • Lifting means incorporated in the industrial truck 8 to lift and lower the load 5 into the treatment elements 1 and 2 and the 3 may include a conventional mechanism, for example a winch 28, a deformable parallelogram or chain, and be powered by an engine electric or pneumatic or hydraulic cylinders. These lifting means carry a gripping device 30 arranged to cooperate with the fastening member 12 of the charge.
  • the horizontal displacement of the carriage 8 on the track 9 is carried out by conventional drive means, for example a rack and an engine electric step by step.
  • the gripping device 30 equipping the carriage 8 makes it possible to take the load 5 in any of the stations of the installation, carry it suspended and the drop off at another station.
  • Its actuation can be electric, pneumatic or hydraulic. It can be realized in different ways to cooperate with the fastening members 12 of the frame supporting the load 5, for example a clamp axially grasping a pin disposed on the load, a locking mechanism of the bayonet type by angular rotation of the gripping device 30, a mechanism to ratchets, etc. A particularly advantageous embodiment will be described below. of the gripper 30 with reference to Figures 4 and 5.
  • the truck can be equipped with screens 31 which laterally surround the load 5 to limit the loss of radiation temperature when transferring the charge from oven 1 to the cell quenching 2.
  • the quenching cell 2 shown in FIG. 1 comprises an open tray 32 upward and containing the quench liquid, a support 33 on which the load 5 is placed, and a device 34 for agitating the quenching liquid, comprising a propeller driven by a submerged electric motor 35.
  • the circulation of the liquid is driven by guiding walls 36. It is of course possible to envisage other devices agitation of the quench medium, such as for example circulation pumps or remote propellers.
  • the quenching cell 2 is typically equipped with a heat exchanger (not shown) for cooling the quench liquid, heating means (not shown) such as electric heating bodies immersed in the liquid, level detectors and / or level compensation, a quick drain valve, etc. It should be noted that all aforementioned members are advantageously close to the ground 4. Moreover, depending on the nature and the temperature of the quenching liquid, the tank 32 can be isolated thermally.
  • the upper opening of the quenching cell 2 is connected in a manner sealed to the transfer tunnel 6 by a flange 37 and thus forms a passage for the 5. It can be closed tightly by means of a door 38 sliding or pivoting. In this example, the sliding door 38 horizontally inside the tunnel 6 to an open position 38a drawn in broken lines. This makes it possible to disassemble or replace the quenching cell 2 without stopping the oven 1.
  • the airlock 43 shown in FIG. 1 is fixed and coupled in a sealed manner to transfer tunnel 6 through an opening defined by a flange 40.
  • This opening can to be closed in a sealed manner by a tilting door 41 arranged in the tunnel and whose open position 41a is drawn in broken lines.
  • the mechanical means for actuating the plug 24 and the doors 38 and 41 are advantageously arranged inside the transfer tunnel 6.
  • the airlock 5 is provided with a side door 42 for the entry and exit of a load 5 when the door 41 is closed.
  • the airlock preferably has a shape cylindrical to receive a load of the same shape.
  • the side door 42 can then advantageously open by sliding along the peripheral enclosure 43 of the airlock.
  • the tightness between the door 42 and the enclosure can be ensured for example at medium of an inflatable seal. This arrangement is particularly economical and allows to limit the congestion related to the opening of the door.
  • FIG. 3 represents a variant in which the lock 43 is mobile, for example example to transport each load 5 between the heat treatment plant and loading / unloading stations.
  • the airlock 43 is mounted on a carriage 44 equipped with wheels 45 that move the airlock below the transfer tunnel 6 and to another position.
  • the mobile lock 43 has only one opening upper 46 for the passage of loads 5.
  • the seal between the airlock 43 and the tunnel 6 is preferably made by means of a flange 47 movable in height, which comes to rest on a seal 48 disposed on the lock.
  • the mechanism controlling the raising and lowering of the collar 47 is placed in the tunnel. 6. Once the airlock is coupled tightly to the tunnel, the race of the flange 47 is typically a few centimeters only.
  • FIG. 3 there is shown schematically in broken lines a second position of the mobile lock 43a, where we see that the introduction of a load in the airlock from a position 5a, or the extraction of a load in the airlock, vertically as indicated by the double arrow F.
  • This operation is performed by means of a conventional lifting gear and is not more bulky in height that the transfer tunnel 6.
  • the upper opening of the mobile lock 43 is equipped with a sliding door. This allows the airlock to be purged without being connected to the transfer tunnel 6. Meanwhile, a second airlock could be used mobile to introduce a load of parts into the tunnel.
  • FIGS 4 and 5 schematically show an embodiment advantageous of the gripping device 30 whose carriage 8 is equipped to grip and carry a load of parts 5 to be treated.
  • the support frame of the load has a parallelepipedal shape and comprises four uprights 51 connecting the plate lower 11 to horizontal upper sleepers 52.
  • the gripping device 30 comprises for example four suspension hooks 54, integral with each of the other and vertically mobile thanks to the lifting means incorporated in the carriage 8.
  • the hooks 54 are lowered as indicated by the arrows A, then moved together horizontally by moving the carriage 8 on its lane 9, as indicated by arrows B, until they are under the respective sleepers 52.
  • the hooks 54 are then raised by the means of lifting the truck to lift the load 5.
  • the reverse movements will be made to land the load once it has been deposited at its destination in one of the treatment element or in the airlock.
  • FIG. 6 is a diagrammatic plan view of another embodiment of the gripping device 30, hooking the load 5 in the manner of a device to bayonet.
  • the frame supporting the plate 11 and the parts to process has a triangular shape in plan, with three uprights 51 whose vertices are connected by three horizontal crosspieces 52.
  • the input device 30 comprises in this case a vertical central column 55 moved vertically by the means of lifting the carriage and able to pivot about its vertical axis.
  • the end lower column 55 is provided with three horizontal arms 56 offset angularly 120 °.
  • the lowering of the column 55 makes it possible to introduce the arms 56 in the triangle formed by the cross members 52, then a rotation of the column on 60 ° as indicated by the arrow C makes it possible to bring each arm 56 into a position 56a, to hang each cross member 52 underneath and thus allow to lift the load using column 55.
  • FIG. 7 schematically represents an embodiment of a plant according to the invention comprising a plurality of treatment elements associated with a transfer tunnel 6 and an entry / exit airlock 3, as described in FIG. 1 and 2.
  • This installation may comprise, for example, on a single row, two austenitization and cementation furnaces 61, two furnaces 62 for the nitriding, nitrocarburizing, tempering or annealing, an oil quenching cell 63, a salt quenching cell 64 and an atmosphere cooling chamber 65 controlled, especially under inert gas, under pressure or at atmospheric pressure.
  • Each load 5 of parts to be treated is transported between the airlock 3 and the different treatment elements 61 to 65 by the handling trolley 8 in the atmosphere controlled tunnel transfer 6.
  • the processing facility has a clutter minimum, especially in height since it occupies only two levels and can therefore take place in a building with limited height.
  • an installation according to the invention is not limited to only one row of treatment elements, to the extent that the means of arranged in the transfer tunnel 6 may also be designed to move the charges 5 in a transverse direction.
  • the means of arranged in the transfer tunnel 6 may also be designed to move the charges 5 in a transverse direction.

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Description

La présente invention concerne une installation pour le traitement thermique de charges de pièces métalliques, comportant :
  • un tunnel de transfert pourvu d'une enveloppe étanche et de moyens de manutention des charges comportant un chariot mobile longitudinalement dans le tunnel;
  • un ensemble d'éléments de traitement capables de recevoir chacun au moins une des charges et comprenant au moins un four et au moins une cellule de trempe ou de refroidissement, chaque élément de traitement ayant une ouverture raccordable de manière étanche au tunnel de transfert pour former un passage pour les charges;
  • au moins un sas d'entrée et/ou de sortie ayant une ouverture raccordable de manière étanche au tunnel de transfert pour le passage des charges;
  • et des moyens de fermeture agencés pour obturer sélectivement lesdits passages.
Les installations pour le traitement thermique de pièces métalliques disposées en charges existent depuis de nombreuses années et la demande sur le marché est croissante. Il existe typiquement trois types de constructions comprenant au moins un four de traitement et un bac ou une cellule de refroidissement, chaque type présentant des avantages et des inconvénients.
Le premier type comprend les installations dites de fours à chambre (batch) qui comportent un four de traitement et un bac de trempe, en général à huile. Dans ces installations, la charge des pièces traitées dans le four est transférée au-dessus du bac de trempe au travers d'une cellule, puis immergée dans le fluide de trempe au moyen d'un ascenseur placé à l'intérieur du bac de trempe. Les désavantages principaux de ce type d'installation sont les suivants : d'une part, le binôme four-bac de trempe est fixe et il n'est pas possible de disposer de plusieurs fours desservant un même bac de trempe, ou d'un four desservant plusieurs bacs de trempe ou de refroidissement ; d'autre part, pour les charges de grandes dimensions, de l'ordre de 1 m3, l'homogénéité de température est mauvaise (écarts de +/- 10°C) car le chauffage est distribué uniquement sur deux côtés de la charge parallélépipédique en raison des moyens de mécanisation comportant notamment des portes latérales.
Le deuxième type comprend des installations de fours à cloche multitraitements, qui permettent le transfert direct de la charge du four de traitement dans le bac de trempe sans nécessiter de cellule intermédiaire. La mécanisation se fait typiquement en déplaçant le ou les fours au-dessus du ou des bacs de trempe requis, ou l'inverse, comme on le voit notamment dans les demandes de brevets EP 785 402 et EP 995 805. Les principaux désavantages de ce type d'installation sont les suivants : d'une part, le transfert de la charge du four dans le bac de trempe s'accompagne automatiquement de dégagements de vapeurs et de flammes, visibles pour l'opérateur et qui rendent difficile une intégration de l'installation de traitement thermique dans un atelier mécanique ou en ligne de production ; d'autre part, le principe même de ces installations nécessite la présence d'un ascenseur dans chaque bac de trempe, ascenseur disposé en « col de cygne » et présentant un porte-à-faux important, ce qui rend difficile le traitement de charges lourdes, par exemple supérieures à 1000 kg.
Le troisième type comprend diverses installations présentant des ensembles de fours et de bacs et des moyens mécaniques pour déplacer la ou les charges entre ces éléments, par exemple au moyen d'un chariot pourvu d'une enceinte fermée selon la demande de brevet DE 30 31 660. Toutefois aucune de ces installations ne répond à l'ensemble des buts exposés ci-dessous.
En particulier, il est décrit dans le brevet US 3 926 415 une installation de traitement thermique qui présente les caractéristiques énoncées en préambule ci-dessus, sauf que les pièces y sont traitées individuellement et non pas en charges. Les éléments de traitement comprennent une rangée de plusieurs fours, plusieurs chambres de refroidissement, un sas d'entrée et un sas de sortie, qui sont tous montés sur la paroi supérieure d'un tunnel de transfert et ont chacun une ouverture inférieure pour communiquer avec le tunnel. Cette ouverture est obturée par un bouchon amovible qui supporte chaque pièce à traiter, ce bouchon étant transporté d'un élément à l'autre avec la pièce. Le dessus de chaque sas s'ouvre vers le haut pour l'entrée et la sortie des pièces, qui sont alors manipulées par une grue. Un chariot est mobile horizontalement dans le tunnel pour transporter les pièces posées sur les bouchons en passant sous les éléments de traitement et les sas. Les déplacements verticaux des pièces et des bouchons entre le chariot et l'intérieur des autres éléments de l'installation se font au moyen d'élévateurs à piston, qui sont installés sous le tunnel et passent à travers un trou central du chariot. Il y a donc un élévateur pour chaque four, chambre ou sas.
La structure de cette installation connue présente plusieurs inconvénients : encombrement vertical très important, à cause de ses trois niveaux auxquels s'ajoute le dégagement supérieur nécessaire pour l'entrée et la sortie des pièces; disposition enterrée des élévateurs; lourde structure pour supporter les fours en hauteur; mécanisme lourd pour bloquer et supporter le bouchon portant la pièce dans chaque élément de traitement. Il en résulte un coût de construction élevé.
D'autre part, les inconvénients fonctionnels de cette installation sont considérables. Le principe d'ouverture des éléments de traitement vers le bas limite fortement le choix des types d'éléments et donc les possibilités de traitement dans une telle installation. En particulier, il est impossible d'effectuer une trempe en milieu liquide. Comme les types de fours utilisés dans cette disposition n'ont pas de membrane métallique étanche telle qu'une cloche, ni de moyens de brassage de l'atmosphère, on ne peut pas y réaliser une bonne homogénéité de la température.
Un but de l'invention est de disposer d'une installation de traitement thermique qui permette d'optimiser dans une large mesure les paramètres ou contraintes suivants.
L'installation doit permettre d'associer un ou plusieurs fours et un ou plusieurs bacs de trempe ou de refroidissement et d'effectuer des transferts de charges librement entre ces éléments. L'installation doit permettre sur une même base d'intégrer différents types de fours connus à ce jour (avec des températures allant jusqu'à 1300°C) et différents types de moyens de trempe ou de refroidissement (eau, huile, sels fondus, bains fluidisés, gaz, etc.).
L'installation doit pouvoir comporter des fours permettant de respecter en toutes configurations des tolérances de température de +/- 5°C au pire, de manière à satisfaire aux exigences actuelles en matière de qualité de traitement.
L'installation doit pouvoir comporter des bacs de trempe ou de refroidissement sans ascenseurs intégrés, pour diminuer le coût de fabrication et disposer d'une plus grande liberté de construction.
L'installation doit permettre de traiter des charges de plusieurs tonnes sans difficultés et sans surcoût autre que le dimensionnement conventionnel des organes.
L'installation doit pouvoir être installée en ateliers intégrés, c'est-à-dire que l'ensemble des effluents de l'installation doit pouvoir être capté et canalisé de manière que les opérateurs ne soient pas gênés par des dégagements de vapeurs ou de flammes.
L'installation doit permettre de traiter des charges lourdes (de 1 à plusieurs tonnes) et de grand volume (jusqu'à plusieurs m3).
L'installation doit être économique, de construction simple et facilement automatisable à l'aide d'un automate programmable.
A cet effet, une installation selon l'invention est du type défini dans la revendication 1.
Ceci permet de réaliser une installation dans laquelle tous les éléments de traitement, qui sont les plus lourds, se trouvent au niveau inférieur de l'installation et peuvent donc être appuyés aisément sur le sol. Comme le sas d'entrée et de sortie se trouve également à ce niveau, l'accès des pièces est facilité et le sas peut même être conçu comme un élément mobile capable de transporter une charge ouverte à un autre poste de travail. La structure porteuse du tunnel de transfert peut être relativement légère, pour supporter essentiellement le chariot et une charge suspendue à celui-ci. D'autre part, la fermeture des passages entre le tunnel de transfert et les autres éléments peut se faire au moyen de portes relativement légères, qui peuvent s'ouvrir dans le tunnel lui-même, ce qui représente un avantage notable qui sera mis en évidence plus loin. En outre, l'utilisation d'éléments de traitement à ouverture supérieure procure d'importants avantages fonctionnels, notamment quant à la polyvalence de l'installation et la qualité des traitements possibles, grâce au libre choix des éléments de traitement les plus performants.
De préférence l'installation comporte les éléments suivants :
  • un ou plusieurs fours à pot ou à puits, caractérisés par une disposition radiale des éléments chauffants (électriques ou à gaz) et présentant une ouverture dans leur partie supérieure pour permettre l'introduction de la charge. L'ouverture peut être fermée au moyen d'un bouchon, actionné comme un tiroir ou pivotant sur un axe. Les fours permettent de réaliser tous les procédés de traitement thermiques (austénitisation sous atmosphère de protection jusqu'à 1300°C, revenu, recuit, nitruration et dérivés, cémentation et dérivés, etc.). Les fours sont disposés dans une partie inférieure de l'installation. Les bouchons sont ouverts ou fermés au moyen d'actionneurs mécaniques (moteurs, vérins). Plusieurs modes de réalisation peuvent être envisagés : par exemple, les bouchons peuvent être pivotants sur un axe disposé à l'intérieur du tunnel de transfert de transfert, ou sur le four lui-même, ou les bouchons peuvent être disposés sur un chariot et se dégager latéralement.
  • une ou plusieurs cellules de trempe ou de refroidissement ouvertes sur le dessus pour permettre l'introduction de la charge. L'ouverture peut être fermée au moyen d'une porte, actionnée comme un tiroir ou pivotant sur un axe. La ou les cellules de trempe présentent l'avantage de ne pas nécessiter d'ascenseur intégré pour immerger la charge. Tous les fluides de trempe ou de refroidissement (eau, polymères, huile, sels fondus, lits de sable fluidisés, gaz (à la pression atmosphérique ou sous pression, etc.) sont utilisables. Les cellules de trempe sont disposées dans la partie inférieure de l'installation. Typiquement, l'ouverture des cellules de trempe se trouve dans un plan parallèle au plan défini par l'ouverture des fours.
  • un tunnel de transfert, disposé dans la partie supérieure, et s'étendant au moins au-dessus de tous les fours et toutes les cellules de trempe ou de refroidissement devant communiquer entre eux pour des raisons métallurgiques (trempe, refroidissement contrôlé, etc.). Les fours et les cellules de refroidissement sont accouplés à ce tunnel de transfert de manière étanche, au moyen de flasques de fixation et/ou de membranes flexibles accommodant éventuellement les dilations thermiques respectives. Ce tunnel de transfert étanche peut être rempli de gaz de protection par exemple d'azote, ou être mis sous vide pour permettre de transférer les charges du ou des fours vers la ou les cellules de trempe sans oxydation ou détérioration de la surface des pièces traitées. Le tunnel de transfert permet en outre de concentrer l'ensemble des effluents provenant des opérations de trempe pour les canaliser en un endroit où ils sont traités pour prévenir des pollutions.
  • un chariot de manutention capable de déplacer les charges sur deux ou trois axes, disposé à l'intérieur du tunnel de transfert, permettant d'insérer les charges dans les fours, de les extraire pour les engager dans les cellules de trempe ou de refroidissement et d'en extraire les charges.
  • un sas d'entrée et de sortie assurant les transferts entre le tunnel de transfert et l'extérieur de l'installation. Le chariot de manutention assure également le déplacement des charges entre le sas et les autres éléments de l'installation.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront dans la description suivante d'un mode de réalisation préféré et de diverses variantes, présentés à titre d'exemples en référence aux dessins annexés, dans lesquels:
  • la figure 1 est une vue schématique en coupe verticale longitudinale d'un premier mode de réalisation d'une installation selon l'invention, comportant un seul four et une seule cellule de trempe,
  • la figure 2 est une vue en coupe schématique suivant la ligne II - II de la figure 1, à une échelle légèrement agrandie,
  • la figure 3 représente, en coupe verticale schématique, une variante dans laquelle le sas est mobile,
  • la figure 4 est une vue en élévation latérale partielle montrant un mode d'accrochage d'une charge de pièces dans une installation selon les figures 1 à 3,
  • la figure 5 est une vue en plan schématique de l'objet de la figure 4,
  • la figure 6 est une vue analogue à la figure 5, montrant un autre mode d'accrochage de la charge, et
  • la figure 7 est une vue schématique en coupe verticale longitudinale d'un autre mode de réalisation d'une installation selon l'invention, comportant divers éléments de traitement.
    • L'installation de traitement thermique illustrée par les figures 1 et 2 comporte deux éléments de traitement juxtaposés, à savoir un four 1 et une cellule de trempe 2 à liquide. Un sas d'entrée et de sortie 3 est disposé dans l'alignement des éléments 1 et 2 et repose comme eux sur un sol horizontal 4 qui supporte l'installation. Ces trois éléments sont agencés pour recevoir chacun une charge 5 de pièces métalliques à traiter. Ils sont surmontés d'un tunnel de transfert destiné à faire passer les charges 5 de l'un à l'autre sans exposer la charge ni l'intérieur des éléments de traitement 1 et 2 à l'atmosphère extérieure. A cet effet, le tunnel 6 comporte une enveloppe étanche 7 et contient des moyens de manutention des charges, comprenant un chariot 8 pourvu de moyens de levage et capable de circuler le long d'une voie horizontale 9 pour se placer sélectivement au-dessus de chacun des éléments 1 à 3. Chaque charge 5 de pièces comprend un châssis de support des pièces, auquel les moyens de levage peuvent s'accrocher d'une manière qui sera décrite plus loin. Dans les figures 1 à 3, on a représenté seulement le plateau inférieur 11 et un organe de suspension 12 de ce châssis.
    Dans l'exemple décrit ici, une charge 5 peut typiquement avoir une forme cylindrique d'environ 1 m de diamètre et 2 m de hauteur, pour un poids d'environ 2000 kg. D'autres dimensions sont évidemment possibles.
    Le four de traitement 1 est ici un four à pot, c'est-à-dire qu'il contient un pot métallique 14 formant une enceinte autour de la charge 5. Le pot est entouré d'éléments de chauffage électrique 15 entourés d'une enceinte isolante 16. Pour assurer la circulation de l'atmosphère contrôlée à l'intérieur du four 1, le bas du four contient un ensemble de brassage 17 constitué par un rotor de soufflante 18 actionné par un moteur électrique 19. La circulation des gaz est assurée par des parois de guidage des flux 20. Le pot est fermé à sa base par une plaque démontable 21 et son bord supérieur est fixé à l'enceinte 16 grâce à des organes de support non représentés. La charge 5 repose sur des supports 22 disposés dans la partie basse du four. On peut envisager que ces supports soient solidaires du pot 14 ou de la plaque de fermeture 21. De même, on peut aussi envisager que la charge 5 soit suspendue à des supports disposés dans la partie supérieure du pot 14. Pendant le traitement, l'ouverture supérieure du four est fermée de manière étanche par un bouchon mobile 24 monté de préférence de manière pivotante autour d'un axe 25, de façon à s'ouvrir et se fermer en restant à l'intérieur du volume défini par le four 1 et le tunnel de transfert 6. On a représenté en trait interrompu la position ouverte 24a du bouchon 24 à l'intérieur du tunnel.
    Autour du bouchon 24, le four 1 est raccordé de manière étanche au tunnel de transfert 6, par exemple au moyen d'un flasque 26. On peut aussi prévoir une collerette souple pour accommoder les dilatations entre le four et le tunnel.
    On notera qu'avec une telle disposition, tous les passages techniques, notamment pour des alimentations en fluides 28 et des sondes de mesure 29, sont réalisés par le fond du four.
    Bien que l'exemple décrit ici se réfère à un four à pot 1, qui a notamment l'avantage d'assurer une grande homogénéité de la température autour de la charge, d'autres types de fours sont utilisables dans une telle installation.
    Le tunnel de transfert 6 se présente sous la forme d'un tube cylindrique ou parallélépipédique. Les moyens de levage incorporés au chariot de manutention 8 pour lever et abaisser la charge 5 jusque dans les éléments de traitement 1 et 2 et le sas 3 peuvent comporter un mécanisme classique, par exemple un treuil 28, un parallélogramme déformable ou une chaíne, et être actionnés par un moteur électrique ou des vérins pneumatiques ou hydrauliques. Ces moyens de levage portent un dispositif de saisie 30 agencé pour coopérer avec l'organe d'accrochage 12 de la charge. Le déplacement horizontal du chariot 8 sur la voie 9 s'effectue par des moyens d'entraínement classiques, par exemple une crémaillère et un moteur électrique pas à pas.
    Le dispositif de saisie 30 équipant le chariot 8 permet de prendre la charge 5 dans l'une quelconque des stations de l'installation, la transporter suspendue et la déposer dans une autre station. Son actionnement peut être électrique, pneumatique ou hydraulique. Il peut être réalisé de différentes façons pour coopérer avec le ou les organes d'accrochage 12 du châssis supportant la charge 5, par exemple une pince axiale saisissant un téton disposé sur la charge, un mécanisme de verrouillage du type à baïonnette par rotation angulaire du dispositif de saisie 30, un mécanisme à cliquets, etc. On décrira plus loin un mode de réalisation particulièrement avantageux du dispositif de saisie 30 en référence aux figures 4 et 5.
    Dans certains cas, le chariot de manutention peut être équipé d'écrans thermiques 31 qui entourent latéralement la charge 5 pour limiter la perte de température par rayonnement lors du transfert de la charge du four 1 vers la cellule de trempe 2.
    La cellule de trempe 2 représentée à la figure 1 comporte un bac 32 ouvert vers le haut et contenant le liquide de trempe, un support 33 sur lequel la charge 5 est posée, et un dispositif 34 d'agitation du liquide de trempe, comprenant une hélice entraínée par un moteur électrique immergé 35. La circulation du liquide est conduite par des parois de guidage 36. On peut évidemment envisager d'autres dispositifs d'agitation du milieu de trempe, comme par exemple des pompes de circulation ou des hélices déportées. La cellule de trempe 2 est typiquement équipée d'un échangeur de chaleur (non représenté) permettant de refroidir le liquide de trempe, de moyens de chauffe (non représentés) tels que des corps de chauffe électriques plongeant dans le liquide, de détecteurs de niveau et/ou de dispositifs de compensation de niveau, d'une vanne de vidange rapide, etc. On notera que tous les organes précités se trouvent avantageusement à proximité du sol 4. Par ailleurs, selon la nature et la température du liquide de trempe, le bac 32 peut être isolé thermiquement.
    L'ouverture supérieure de la cellule de trempe 2 est raccordée de manière étanche au tunnel de transfert 6 par un flasque 37 et forme ainsi un passage pour les charges 5. Elle peut être fermée de manière étanche au moyen d'une porte 38 coulissante ou pivotante. Dans le présent exemple, la porte 38 coulisse horizontalement à l'intérieur du tunnel 6 jusqu'à une position d'ouverture 38a dessinée en traits interrompus. Ceci permet de démonter ou remplacer la cellule de trempe 2 sans arrêter le four 1.
    L'ensemble des émanations provenant de la cellule de trempe 2 et de l'ouverture du four 1 est canalisé dans le tunnel de transfert 6. Celui-ci est muni d'un conduit de sortie 40, sous la forme d'une tuyère ou d'une cheminée qui guide les émanations vers un dispositif de retraitement 41 où elles sont purifiées avant d'être recyclées ou évacuées vers l'extérieur.
    Le sas 43 représenté à la figure 1 est fixe et couplé de manière étanche au tunnel de transfert 6 par une ouverture définie par un flasque 40. Cette ouverture peut être fermée de manière étanche par une porte basculante 41 disposée dans le tunnel et dont la position ouverte 41a est dessinée en trait interrompu. On notera que, dans cet exemple, les moyens mécaniques d'actionnement du bouchon 24 et des portes 38 et 41 sont avantageusement disposés à l'intérieur du tunnel de transfert 6. Le sas 5 est pourvu d'une porte latérale 42 permettant l'entrée et la sortie d'une charge 5 lorsque la porte 41 est fermée. Dans le cas présent, le sas a de préférence une forme cylindrique pour recevoir une charge de même forme. La porte latérale 42 peut alors avantageusement s'ouvrir par coulissement le long de l'enceinte périphérique 43 du sas. L'étanchéité entre la porte 42 et l'enceinte peut être assurée par exemple au moyen d'un joint gonflable. Cet agencement est particulièrement économique et permet de limiter l'encombrement lié à l'ouverture de la porte.
    La figure 3 représente une variante dans laquelle le sas 43 est mobile, par exemple pour transporter chaque charge 5 entre l'installation de traitement thermique et des postes de chargement/déchargement. Le sas 43 est monté sur un chariot 44 muni de roues 45 qui permettent de déplacer le sas au-dessous du tunnel de transfert 6 et jusqu'à un autre poste. Dans ce cas, le sas mobile 43 n'a qu'une ouverture supérieure 46 pour le passage des charges 5. L'étanchéité entre le sas 43 et le tunnel de transfert 6 est réalisée de préférence au moyen d'une collerette 47 mobile en hauteur, qui vient s'appuyer sur un joint d'étanchéité 48 disposé sur le sas. Le mécanisme commandant le relèvement et l'abaissement de la collerette 47 est disposé dans le tunnel 6. Une fois que le sas est accouplé de manière étanche au tunnel, la course de la collerette 47 est typiquement de quelque centimètres seulement. On peut y effectuer une opération de purge par le vide ou par un gaz inerte. Ensuite, on peut ouvrir la porte 41 et le chariot de manutention 8 peut venir saisir la charge 5 dans le sas pour l'amener par exemple au four 1. Les opérations de sortie d'une charge du tunnel 6 se font de manière identique, mais dans l'ordre inverse.
    Dans la figure 3, on a représenté schématiquement en trait interrompu une deuxième position du sas mobile 43a, où l'on voit que l'introduction d'une charge dans le sas à partir d'une position 5a, ou l'extraction d'une charge se trouvant dans le sas, s'effectue verticalement comme l'indique la double flèche F. Cette opération s'effectue au moyen d'un engin de levage classique et n'est pas plus encombrante en hauteur que le tunnel de transfert 6.
    On peut également imaginer que l'ouverture supérieure du sas mobile 43 soit munie d'une porte coulissante. Ceci permet la purge du sas sans qu'il soit raccordé au tunnel de transfert 6. Pendant ce temps, on pourrait employer un deuxième sas mobile pour introduire une charge de pièces dans le tunnel.
    Un homme du métier comprendra que tous les mécanismes et mouvements décrits ci-dessus peuvent facilement être automatisés et commandés d'une manière centralisée au moyen d'un automate programmable. Le regroupement de la plupart des portes, et bouchons dans le tunnel de transfert 6 est particulièrement avantageux de ce point de vue. De plus, il permet de ménager des portes ou flasques en attente pour des éléments de traitement supplémentaires, lorsqu'une extension de l'installation est prévue. On notera qu'il est aussi possible, par exemple, de transporter une charge 5 avec un bouchon ou un couvercle le cas échéant. Un autre avantage de cette disposition dans portes et bouchons est de rendre possible le changement d'un élément de traitement tout en continuant le travail de l'installation.
    Les figures 4 et 5 représentent schématiquement un mode de réalisation avantageux du dispositif de saisie 30 dont le chariot 8 est équipé pour saisir et porter une charge 5 de pièces à traiter. Dans ce cas, le châssis de support de la charge a une forme parallélépipédique et comporte quatre montants 51 reliant le plateau inférieur 11 à des traverses supérieures horizontales 52. Le dispositif de saisie 30 comporte par exemple quatre crochets de suspension 54, solidaires les uns des autres et mobiles verticalement grâce aux moyens de levage incorporés au chariot 8. Pour saisir la charge 5, les crochets 54 sont abaissés comme l'indiquent les flèches A, puis déplacés ensemble horizontalement grâce à un déplacement du chariot 8 sur sa voie 9, comme l'indiquent les flèches B, jusqu'à ce qu'ils se trouvent sous les traverses respectives 52. Les crochets 54 sont alors remontés par les moyens de levage du chariot pour soulever la charge 5. Les mouvements inverses seront effectués pour décrocher la charge une fois qu'elle a été déposée à sa destination dans l'un des élément de traitement ou dans le sas.
    La figure 6 représente schématiquement en plan un autre mode de réalisation du dispositif de saisie 30, accrochant la charge 5 à la manière d'un dispositif à baïonnette. Dans cet exemple, le châssis supportant le plateau 11 et les pièces à traiter a une forme triangulaire en plan, avec trois montants 51 dont les sommets sont reliés par trois traverses horizontales 52. Le dispositif de saisie 30 comporte dans ce cas une colonne centrale verticale 55 déplacée verticalement par les moyens de levage du chariot et capable de pivoter autour de son axe vertical. L'extrémité inférieure de la colonne 55 est munie de trois bras horizontaux 56 décalés angulairement de 120°. L'abaissement de la colonne 55 permet d'introduire les bras 56 dans le triangle formé par les traverses 52, puis une rotation de la colonne sur 60° comme l'indique la flèche C permet d'amener chaque bras 56 dans une position 56a, pour accrocher chaque traverse 52 par-dessous et permettre ainsi de soulever la charge au moyen de la colonne 55.
    Bien entendu, on peut concevoir un système analogue avec un châssis de forme carrée et une colonne équipée de quatre bras horizontaux.
    La figure 7 représente schématiquement un mode de réalisation d'une installation selon l'invention comportant une pluralité d'éléments de traitement associés à un tunnel de transfert 6 et un sas d'entrée/sortie 3, tels que décrits en référence aux figures 1 et 2. Cette installation peut comporter par exemple, sur une seule rangée, deux fours d'austénitisation et de cémentation 61, deux fours 62 pour la nitruration, la nitrocarburation, le revenu ou le recuit, une cellule de trempe à huile 63, une cellule de trempe à sels 64 et une chambre 65 de refroidissement à atmosphère contrôlée, notamment sous gaz inerte, sous pression ou à pression atmosphérique. Chaque charge 5 de pièces à traiter est transportée entre le sas 3 et les différents éléments de traitement 61 à 65 par le chariot de manutention 8 dans l'atmosphère contrôlée du tunnel de transfert 6. Comme dans les exemples précédents, on remarque dans le dessin que l'installation de traitement a un encombrement minimum, en particulier en hauteur puisqu'elle n'occupe que deux niveaux et peut donc prendre place dans un bâtiment à hauteur limitée.
    Cependant, il faut noter qu'une installation selon l'invention n'est pas limitée à une seule rangée d'éléments de traitement, dans la mesure où les moyens de manutention disposés dans le tunnel de transfert 6 peuvent aussi être conçus pour déplacer les charges 5 dans une direction transversale. Par exemple, on peut envisager de doter le chariot de manutention 8 d'un troisième axe de déplacement, perpendiculaire à l'axe de la voie 9, pour lui permettre de desservir des éléments de traitement ou des sas disposés côte à côte.

    Claims (11)

    1. Installation pour le traitement thermique de charges de pièces métalliques, comportant :
      un tunnel de transfert (6) pourvu d'une enveloppe étanche (7) et de moyens de manutention des charges comportant un chariot (8) mobile longitudinalement dans le tunnel;
      un ensemble d'éléments de traitement (1, 2, 61 à 65) capables de recevoir chacun au moins une des charges (5) et comprenant au moins un four (1) et au moins une cellule de trempe ou de refroidissement (2), chaque élément de traitement ayant une ouverture raccordable de manière étanche au tunnel de transfert pour former un passage pour les charges;
      au moins un sas (3, 43) d'entrée et/ou de sortie ayant une ouverture raccordable de manière étanche au tunnel de transfert pour le passage des charges;
      et des moyens de fermeture (24, 38, 41) agencés pour obturer sélectivement lesdits passages;
         caractérisée en ce que le tunnel de transfert (6) s'étend au-dessus des éléments de traitement et du sas, dont lesdites ouvertures sont supérieures, et en ce que le chariot (8) est pourvu de moyens de levage capables de s'accrocher à l'une des charges (5) pour la transporter suspendue et la déplacer verticalement pour l'introduire dans et l'extraire des éléments de traitement.
    2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de fermeture comportent des bouchons ou portes (24, 38, 41) s'ouvrant par déplacement vers l'intérieur du tunnel de transfert (6).
    3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens de fermeture sont montés à l'intérieur de l'enveloppe (7) du tunnel de transfert (6).
    4. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les éléments de traitement comportent au moins un four à pot (1, 61, 62).
    5. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les éléments de traitement comportent au moins une cellule de trempe à liquide (2, 63, 64).
    6. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les éléments de traitement comportent au moins une chambre de refroidissement à atmosphère contrôlée (65).
    7. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le sas (43) est mobile.
    8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'ouverture supérieure (46) du sas mobile est obturable par une porte (41) montée sur le tunnel de transfert (6).
    9. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de levage du chariot de manutention (8) comportent un dispositif de saisie (30) capable de s'accrocher à la charge (5) placée dans le sas ou dans un élément de traitement.
    10. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que le dispositif de saisie (30) comporte des crochets (54) agencés pour être déplacés verticalement par les moyens de levage et horizontalement par des déplacements du chariot (8) pour s'accrocher à la charge (5) et s'en décrocher.
    11. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que le dispositif de saisie (30) comporte une colonne centrale (55) agencée pour être déplacée verticalement par les moyens de levage et pivoter autour de son axe vertical pour s'accrocher à la charge (5) et s'en décrocher.
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