EP1268865B1 - Method and device for thermal treatment of steel wire - Google Patents
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- EP1268865B1 EP1268865B1 EP01919015A EP01919015A EP1268865B1 EP 1268865 B1 EP1268865 B1 EP 1268865B1 EP 01919015 A EP01919015 A EP 01919015A EP 01919015 A EP01919015 A EP 01919015A EP 1268865 B1 EP1268865 B1 EP 1268865B1
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Definitions
- the fluidizing agent very hot after passing through of the bed is then recovered at the top of the oven by an exhaust pipe 5 (see Figure 5).
- the heating unit consists of a furnace 1 with a fluidized bed 2, such as than previously described, which can be relatively short, given the excellent heat transfer coefficient of this type of oven.
- Wire 6 scrolls continuously through this oven which may have a length of Example 5 to 6 m.
- a box 10 of the type of one schematically shown in FIG. 3 is arranged to allow pre-heating of the fluidizing medium.
- Temperature heated fluidized sand according to the invention can advantageously reach about 1000 ° C.
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Description
La présente invention est relative à un procédé de traitement thermique de fil d'acier, comprenant
- une formation d'un lit fluidisé par passage d'un agent fluidisant à travers un milieu particulaire fluidisable,
- un chauffage du lit fluidisé, et
- un défilement à travers le lit fluidisé chauffé dudit au moins un fil métallique à traiter, dans un sens, de manière à assurer une montée de température dudit au moins un fil à traiter et son maintien à cette température pendant une période d'égalisation de température au sein de la masse métallique dudit au moins un fil.
- forming a fluidized bed by passing a fluidizing agent through a fluidizable particulate medium,
- a heating of the fluidized bed, and
- scrolling through the heated fluidized bed of said at least one metal wire to be treated, in one direction, so as to ensure a rise in temperature of said at least one wire to be treated and its maintenance at this temperature during a period of temperature equalization within the metal mass of said at least one wire.
Classiquement, la chauffe du fil ou de la nappe de fils dans les
procédés de patentage de fils se réalise soit dans des fours à feu nu,
soit dans des fours à tubes, sans intervention de lit fluidisé. Lorsqu'il
s'agit d'acier non allié, le chauffage est généralement réalisé dans des
fours à feu nu dont les atmosphères, obtenues par combustion d'un
gaz et d'un comburant, sont réglées de teile sorte à être :
Lorsqu'il s'agit d'acier allié, un état de surface particulier est généralement recherché. Les produits sont, dès lors, chauffés par des tubes rayonnants parcourus par un gaz protecteur permettant ainsi de conserver un état de surface impeccable aux produits durant toute sa phase d'échauffement. When it comes to alloy steel, a particular surface condition is generally sought after. The products are, therefore, heated by radiating tubes through which a protective gas maintain an impeccable surface finish to products throughout warm-up phase.
Dans les deux cas, le temps de chauffage est relativement long étant donné les faibles coefficients de transfert calorifique, soit par convection dans le cas de fours à feu nu, soit par rayonnement pur dans le cas de fours à tubes.In both cases, the heating time is relatively long given the low heat transfer coefficients, either by convection in the case of open fire furnaces, either by pure radiation in the case of tube ovens.
La longueur du four nécessaire au chauffage du fil à une température d'austénitisation, par exemple de l'ordre de 950°C, prend alors une importance qui joue au détriment du processus suivant, la période d'égalisation de température au sein de la masse métallique du fil ("soaking") qui ne peut qu'être courte (normalement quelques secondes) si l'on veut maintenir des dimensions du four dans des limites acceptables pour les utilisateurs de four. Il en résulte une mauvaise dissolution de la cémentite présente aux joints des grains d'austénite pendant le chauffage des fils.The length of the furnace required for heating the wire to a austenitization temperature, for example of the order of 950 ° C., takes then an importance that plays to the detriment of the next process, the temperature equalization period within the metal mass of the (soaking) which can only be short (normally a few seconds) to maintain oven dimensions in acceptable limits for oven users. This results in a poor dissolution of cementite present at grain boundaries of austenite during the heating of the wires.
Par ailleurs, on connaít déjà depuis quelques années des fours de chauffage de fil faisant appel à un lit fluidisé, comme indiqué au début. La présente demanderesse a déjà mis sur le marché de tels fours, notamment pour la diffusion de revêtements de Cu-Zn dans des fils d'acier.Moreover, we have already known for some years ovens wire heating system using a fluidized bed, as indicated at the beginning. The current applicant has already placed on the market such furnaces, in particular for the diffusion of Cu-Zn coatings in steel wires.
La demanderesse a en effet constaté qu'un bon échange thermique pouvait être obtenu entre des particules chauffées du lit fluidisé, qui sont en quelque sorte bombardées à la surface des fils en défilement dans le lit, et les fils eux-mêmes (v. DE-A-3623890).The plaintiff has indeed found that a good exchange heat could be obtained between heated bed particles fluidized, which are somehow bombarded on the surface of the wires in scrolling in the bed, and the wires themselves (see DE-A-3623890).
Un procédé, tel qu'indiqué ci-dessus, a aussi été décrit dans le brevet japonais 2623004. Le chauffage du lit s'effectue suivant une forme de réalisation à l'aide de l'agent fluidisant qui consiste en gaz de fumées résultant de la combustion d'un gaz de combustion dans de l'air, cet agent fluidisant étant injecté dans le fond du lit fluidisé par des lances perforées, très sophistiquées pour empêcher une pénétration des particules du lit dans la lance. Suivant une autre forme de réalisation, l'agent fluidisant est de l'air et une source de chaleur extérieure au lit fluidisé est formée de brûleurs situés au-dessus du lit fluidisé et projetant une flamme ou des gaz chauds verticalement sur celui-ci.A process, as indicated above, has also been described in Japanese patent 2623004. The heating of the bed is carried out according to a embodiment using the fluidizing agent which consists of fumes resulting from the combustion of a combustion gas in air, this fluidizing agent being injected into the bottom of the fluidized bed by means of perforated lances, very sophisticated to prevent penetration particles of the bed in the spear. According to another form of realization, the fluidizing agent is air and a source of heat external to the fluidized bed is formed of burners located above the bed fluidized and projecting a flame or hot gases vertically onto this one.
Le procédé suivant ce document antérieur permet d'atteindre dans le lit fluidisé une température seulement modérée de 470 à 550°C. Dans sa première forme de réalisation, il est limité par la complexité même des lances alimentant le lit en agent fluidisant, de telles lances ne pouvant supporter l'agressivité de gaz de fumées d'une température trop élevée, au risque de devoir être remplacées très régulièrement. Quant au chauffage vertical par le haut, il présente l'inconvénient d'être peu efficace et surtout d'entraíner un manque d'uniformité dans la température du lit. En effet, les brûleurs utilisés ont chacun un impact ponctuel sur le lit avec pour conséquence de petites surfaces du lit très chaudes et les parties avoisinantes beaucoup moins, ce qui est évidemment à éviter pour obtenir un traitement adéquat des fils.The process according to this prior document makes it possible to attain in the fluidized bed a temperature only moderate from 470 to 550 ° C. In its first embodiment, it is limited by the complexity of spears feeding the bed fluidizing agent, such spears can not withstand the aggressiveness of flue gas from a too high, at the risk of having to be replaced very regularly. As for the vertical heating from the top, it presents the disadvantage of being inefficient and especially of causing a lack uniformity in bed temperature. Indeed, the burners used have each has a punctual impact on the bed with the consequence of small very hot bed surfaces and surrounding areas a lot less, which is obviously to be avoided to obtain treatment adequate son.
On connaít aussi des lits fluidisés chauffés par combustion, à l'intérieur du four ou en surface de celui-ci, d'un agent fluidisant non combustible lors de son introduction dans le lit, mais rendu combustible par la suite pendant son ascension (v. par exemple Reynoldson R.W., Anwendung von gasbeheizten Wirbelbetten zur Wärmebehandlung von Metallen, in Härtenei-Technischen Mitteilungen, Vol. 37 (1982), Munich, p. 109-119; Patent abstracts of Japan vol. 015, n° 231 (= JP03072036)). Ces procédés de chauffage ont l'inconvénient d'être dangereux, car ils présentent un réel danger d'explosion et ils produisent des flammes énormes dirigées vers le haut. Ils ne permettent pas un contrôle de l'uniformité du chauffage dans les parties du lit où les objets à chauffer se trouvent. Also known are fluidized beds heated by combustion, to inside or on the surface of the furnace, a non-fluidizing agent fuel when introduced into the bed but made combustible thereafter during his ascent (see, for example, Reynoldson R.W., Anwendung von gasbeheizten Wirbelbetten zur Wärmebehandlung von Metallen, in Härtenei-Technischen Mitteilungen, Vol. 37 (1982), Munich, p. 109-119; Patent abstracts of Japan vol. 015, No. 231 (= JP03072036)). These heating processes have the disadvantage of being dangerous because they present a real danger of explosion and they produce huge flames directed upwards. They do not not allow a control of the uniformity of heating in the parts from the bed where the objects to be heated are located.
On connaít aussi des lits fluidisés contenus dans des cuves de petit diamètre et réalisés à l'aide d'un agent fluidisant non combustible. Ces lits sont chauffés par injection en surface par des brûleurs d'un mélange de combustion en vue de traiter thermiquement des pièces métalliques de grande dimension et masse qui restent statiques pendant toute la durée d'un traitement, lequel peut durer jusqu'à 30 minutes (v. Reynoldson R.W., op. cit.).Fluidized beds are also known contained in tanks of small diameter and made using a non-combustible fluidizing agent. These beds are heated by surface injection by burners of a combustion mixture for thermally treating parts large metal and mass that remain static for the duration of a treatment, which can last up to 30 minutes (see Reynoldson R.W., supra).
La présente invention a pour but d'offrir une solution à l'encombrement souvent important des fours, en particulier des fours utilisés dans l'austénitisation des fils en acier, tout en atteignant des qualités de fils traités équivalentes ou même supérieures et en permettant un traitement pendant le défilement continu des fils.The present invention aims to offer a solution to the often large size of ovens, especially ovens used in the austenitization of steel wire, while achieving treated son qualities equivalent or even superior and in allowing a treatment during the continuous scrolling of the son.
La présente invention a aussi pour but de permettre un
chauffage rapide et uniforme du lit fluidisé ainsi que des fils à traiter, et
cela à un bon rendement énergétique, de façon à permettre une
période d'égalisation de température au sein de la masse métallique
largement supérieure à ce qui est appliqué à présent, et sans que cela
porte préjudice à l'encombrement de l'appareillage global.
La présente invention a également pour but de contrecarrer l'effet
désavantageux de l'entraínement des particules du lit fluidisé, lors du
passage des fils dans celui-ci, avec leur migration depuis l'entrée de
l'installation vers la sortie.The present invention also aims to allow rapid and uniform heating of the fluidized bed and the son to be treated, and this to a good energy efficiency, so as to allow a period of temperature equalization within the metal mass largely higher than what is applied now, and without this being detrimental to the bulk of the overall apparatus.
The present invention also aims to thwart the disadvantageous effect of the fluidized bed particles drive, during the passage of son in it, with their migration from the entrance of the installation to the output.
On résout les problèmes cités ci-dessus par un procédé de traitement thermique de fils d'acier, tel qu'indiqué au début, dans lequel ledit agent fluidisant est non combustible, ledit chauffage est au moins partiellement obtenu par au moins un chauffage du lit fluidisé qui est introduit sensiblement tangentiellement à une surface supérieure moyenne de celui-ci, le procédé comprenant en outre au moins un pompage de milieu particulaire fluidisé au-dessus du lit fluidisé et un refoulement d'un jet de ce milieu particulaire vers le lit fluidisé dans un sens opposé audit sens de défilement, ledit au moins un chauffage tangentiel étant effectué au moins partiellement à travers le jet de milieu particulaire refoulé. The problems mentioned above are solved by a method of heat treatment of steel wires, as indicated at the beginning, in which said fluidizing agent is non-combustible, said heating is at least partially obtained by at least one heating of the fluidized bed which is introduced substantially tangentially to an upper surface average thereof, the method further comprising at least one pumping fluidized particulate medium over the fluidized bed and a discharging a jet of this particulate medium to the fluidized bed in a opposite direction to said direction of travel, said at least one heater tangential being performed at least partially through the medium jet particulate repressed.
Comme il est connu, un lit fluidisé est formé de particules de matière solide qui sont amenées en suspension par l'entraínement d'un agent fluidisant, normalement un gaz, qui traverse le lit de bas en haut. Au cours de cette traversée ragent fluidisant porte vers le haut les particules dont certaines sont projetées en forme de vagues ou de protubérances plus haut que d'autres. On obtient donc, en section transversale du lit, une bande supérieure très mouvementée, dont la surface supérieure est continuellement variable en hauteur, et qui représente une partie du lit moins dense en particules.As is known, a fluidized bed is formed of particles of solid material which are brought into suspension by the training of a fluidizing agent, normally a gas, which passes through the bed from bottom to top. During this crossing fluidizing riddle carries up the particles some of which are projected in the form of waves or protuberances higher than others. We thus obtain, in section cross-section of the bed, a very excited upper band, whose upper surface is continuously variable in height, and which represents a part of the bed less dense in particles.
Par l'expression surface supérieure moyenne du lit fluidisé, il faut donc entendre suivant l'invention la surface qui se situe à la hauteur moyenne entre les creux et les sommets des vagues existant à la surface supérieure du lit.By the expression upper middle surface of the fluidized bed, it is necessary to so hear according to the invention the surface that is at the height average between the troughs and peaks of waves existing at the upper surface of the bed.
Par le chauffage tangentiel à cette surface supérieure moyenne, les particules du lit fluidisé, qui se trouvent là dans un état peu dense, fort dispersé, peuvent être chauffées à des températures extrêmement élevées, proches de l'incandescence. Les particules ainsi fortement chauffées, transfèrent la chaleur aux autres particules qui seront en contact avec les fils en obtenant un échange thermique optimal à une vitesse impossible à envisager conformément à l'enseignement de la technique antérieure. Par ailleurs, le chauffage tangentiel est indépendant de l'agent fluidisant et les lances perforées projetant cet agent ne sont pas agressées par des gaz de fumées portés à des températures excessives.By tangential heating to this average upper surface, the particles of the fluidized bed, which are there in a low density state, strongly dispersed, can be heated to extremely high temperatures high, close to incandescence. Particles so strongly heated, transfer heat to other particles that will be contact with the wires by obtaining an optimal heat exchange at a impossible to envisage in accordance with the teaching of the prior art. In addition, tangential heating is independent of the fluidizing agent and the perforated lances projecting this agent are not attacked by flue gas excessive temperatures.
Etant donné l'excellent coefficient de transfert thermique par l'intermédiaire du lit fluidisé chauffé suivant l'invention, la température de chauffe des fils, pendant laquelle se produit l'austénitisation des fils, peut être drastiquement raccourcie, et donc on peut à présent envisager une période de maintien en température d'austénltisation suffisante pour obtenir une dissolution poussée des carbures de Fe des fils en acier, sans grever le coût de l'installation à un niveau commercialement indéfendable et sans la rendre d'un encombrement insupportable. De plus, cette forme de réalisation permet de décomposer l'installation en deux unités, l'une relativement courte, sous la forme d'un four à lit fluidisé et l'autre consistant en un simple tube ou caisson isolé où les fils défilent en étant maintenus à température par des moyens simples tels que des éléments chauffants électriques, des brûleurs à gaz du type rayonnant, l'agent fluidisant recirculé depuis le four allongé, et/ou encore un second lit fluidisé. Given the excellent coefficient of heat transfer by intermediate fluidized heated bed according to the invention, the temperature heating wires, during which austenitization of the wires occurs, can be drastically shortened, and so we can now consider a period of maintenance of austenitization temperature sufficient to achieve extensive dissolution of Fe carbides steel wire, without burdening the cost of installation at a level commercially indefensible and without making it a clutter insupportable. In addition, this embodiment makes it possible to break down the installation into two units, one relatively short, in the form of a fluidized bed furnace and the other consisting of a simple isolated tube or box where the threads scroll while being held at temperature by simple means such as heating elements electric, radiant type gas burners, fluidizing agent recirculated from the elongated oven, and / or a second fluidized bed.
La présente forme de réalisation permet non seulement de contrecarrer l'effet désavantageux de la migration des particules vers la sortie de l'installation, mais il permet de tirer profit du pompage pour augmenter l'efficacité du chauffage tangentiel. En effet, par le pompage, la matière particulaire est refoulée en forme de pluie à un niveau supérieur aux crêtes du lit fluidisé et au milieu du lit. Il en résulte que les têtes des brûleurs peuvent suivant l'invention être agencées à niveau surélevé. Il devient alors possible d'agencer les têtes de brûleurs hors d'atteinte des particules, et donc le mode de réalisation présente nettement moins de risque d'encrassement de ces têtes de brûleurs par des particules du lit. The current embodiment can not only counteract the effect disadvantageous migration of particles to the outlet of the installation, but it makes it possible to take advantage of the pumping for increase the efficiency of tangential heating. Indeed, by the pumping, the particulate matter is repressed in the form of rain to a higher level at the peaks of the fluidized bed and in the middle of the bed. As a result, the heads of burners can according to the invention be arranged at level raised. It then becomes possible to arrange the burner heads out of reaching the particles, and thus the present embodiment significantly less risk of fouling of these burner heads by bed particles.
Suivant une forme de réalisation de l'invention, ledit au moins un chauffage tangentiel est orienté transversalement par rapport au sens de défilement desdits au moins un fil métallique à chauffer. Par son orientation transversale et tangentielle le chauffage du lit fluidisé permet un chauffage uniforme et étalé sur toute la largeur et la longueur du lit des particules en suspension dans le lit, ce qui permet un chauffage uniforme des fils en défilement dans le four.According to one embodiment of the invention, said at least one Tangential heating is oriented transversally to the direction for scrolling said at least one wire to be heated. By its transverse and tangential orientation the heating of the fluidized bed allows uniform and spread heating over the entire width and bed length of particles suspended in the bed, which allows uniform heating of the son scrolling in the oven.
Suivant une forme de réalisation avantageuse de l'invention, ledit au moins un chauffage tangentiel comprend une projection d'au moins une flamme et/ou jet de fumées tangentiellement à ladite surface supérieure moyenne du lit fluidisé. A l'aide d'un tel procédé, les brûleurs chauffent directement les particules du lit fluidisé, sans que des gaz brulés à haute température ne doivent passer à travers un tube perforé, fragile dans ces conditions. L'agencement est simple et hautement efficace. According to an advantageous embodiment of the invention, said at least one tangential heating comprises a projection of at least minus a flame and / or smoke jet tangentially to said surface upper average of the fluidized bed. With the help of such a process, burners directly heat the particles of the fluidized bed, without gases burned at high temperatures must not pass through a tube perforated, fragile under these conditions. The layout is simple and highly effective.
Suivant une forme de réalisation particulière de invention, ledit au moins un chauffage tangentiel comprend un échange de chaleur entre un milieu chauffant et le lit fluidisé par l'intermédiaire d'au moins un tube qui est disposé tangentiellement à ladite surface supérieure moyenne du lit fluidisé et à travers lequel passe ledit milieu chauffant. On peut ainsi chauffer efficacement et rapidement des fils en acier allié qui ne peuvent entrer en contact avec des gaz de fumée. L'échange thermique se produit de manière remarquable entre un simple tube, non perforé, au travers duquel passe le milieu chauffant et les particules peu denses du lit qui viennent lécher les parois du tube chauffé. According to a particular embodiment of an invention, said at least one tangential heating comprises a heat exchange between a heating medium and the fluidized bed via at least one a tube which is arranged tangentially to said upper surface average of the fluidized bed and through which said heating medium passes. Thus, alloy steel wires can be heated efficiently and quickly which can not come into contact with flue gases. The exchange thermally occurs remarkably between a single tube, perforated, through which passes the heating medium and the sparse particles of the bed that lick the walls of the tube heated.
D'autres particularités du procédé suivant l'invention sont
indiquées dans les revendications 1 à 7 qui suivent. Other features of the process according to the invention are
indicated in
On a également prévu, suivant l'invention, un dispositif de traitement thermique de fil d'acier, comprenant
- un four de chauffage allongé,
- une zone de maintien en température, et
- des moyens d'entraínement d'au moins un fil d'acier à traiter qui les font défiler dans un sens à travers le four et la zone de maintien en température, de manière que ledit au moins un fil à traiter subisse une montée en température dans le four et soit maintenu à cette température dans la zone de maintien en température, et
- un lit fluidisé formé dans le four de chauffage par passage d'un agent fluidisant à travers un milieu particulaire fluidisable,
- des moyens de chauffage du lit fluidisé comportant au moins des moyens de chauffage qui produisent un chauffage sensiblement tangentiellement à une surface supérieure moyenne de celui-ci, et
- au moins un dispositif de pompage de matière particulaire qui pompe celle-ci au-dessus du lit fluidisé et la refoule en un jet vers le lit fluidisé dans un sens opposé audit sens de défilement, au moins un moyen de chauffage produisant ledit chauffage tangentiel à travers le jet de milieu particulaire refoulé par au moins un dispositif de pompage susdit.
- an elongated heating oven,
- a temperature maintenance zone, and
- means for driving at least one steel wire to be treated, which makes them run in one direction through the oven and the temperature holding zone, so that the at least one wire to be treated undergoes a rise in temperature in the oven and is maintained at this temperature in the temperature maintenance zone, and
- a fluidized bed formed in the heating furnace by passing a fluidizing agent through a fluidizable particulate medium,
- means for heating the fluidized bed comprising at least heating means which produce heating substantially tangentially to an average upper surface thereof, and
- at least one pumping device of particulate matter which pumps it above the fluidized bed and delivers it in a jet towards the fluidized bed in a direction opposite to said direction of travel, at least one heating means producing said tangential heating at through the jet of particulate medium discharged by at least one aforesaid pumping device.
D'autres détails concernant les dispositifs suivant l'invention sont
indiqués dans les revendications 8 à 16 qui suivent.Other details concerning the devices according to the invention are
indicated in the following
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la
description donnée ci-après, à titre non limitatif, de quelques exemples
de réalisation de dispositifs suivant l'invention, avec référence aux
dessins annexés.
Dans les différents dessins, les éléments identiques ou analogues sont désignés par les mêmes références.In the different drawings, the identical or analogs are designated by the same references.
Sur la figure 1, on a représenté en coupe transversale un four
allongé 1 contenant un lit fluidisé 2. Le lit fluidisé 2 est formé de
particules relativement finement divisées en une matière résistant aux
hautes températures et de préférence inerte vis-à-vis des fils à
chauffer. On peut envisager par exemple des particules de silice, de
zircone, d'alumine ou d'autres matières réfractaires ayant une bonne
aptitude à transmettre de la chaleur aux corps qui sont en contact avec
elles. On peut citer tout particulièrement des sables d'alumine, par
exemple de granulométrie F90 selon la norme FEPA 42F 1984, ou des
sables de zircon.In Figure 1, there is shown in cross section an oven
elongate 1 containing a
Un agent fluidisant, tel que par exemple de l'air, de l'azote, de
l'ammoniac, est introduit à haute pression et dans le cas présent à la
température ambiante à la base du lit fluidisé, par l'intermédiaire d'une
lance perforée 3. Tout gaz protecteur judicieusement choisi en fonction
de la nature de l'acier peut être utilisé dans ce but. Par sa pression et
son débit, l'agent fluidisant emporte les particules du lit vers le haut et
les amène en suspension. Cette suspension de type tourbillonnaire se
manifeste en haut du lit 2 par la formation de vagues, la surface
supérieure moyenne du lit étant représentée par un trait mixte 4.A fluidizing agent, such as, for example, air, nitrogen,
ammonia, is introduced at high pressure and in this case at the
room temperature at the base of the fluidized bed, via a
Il faut noter que l'agent fluidisant n'est pas combustible dans les conditions du procédé. Celui-ci, froid ou à température ambiante, ne sollicite aucunement la lance par laquelle il est projeté dans le lit fluidisé et la durée de vie des lances en est par conséquent très largement augmentée par rapport aux lances selon la technique antérieure qui servent à la fois à la fluidisation et au chauffage du lit.It should be noted that the fluidizing agent is not combustible in the process conditions. This one, cold or at room temperature, does not request the lance by which it is projected in the bed fluidized and the life of the lances is therefore very greatly increased compared to the lances according to the technique which serve both the fluidization and heating of the bed.
L'agent de fluidisation très chaud après son passage au travers du lit est récupéré alors au haut du four par un conduit d'échappement 5 (v. figure 5).The fluidizing agent very hot after passing through of the bed is then recovered at the top of the oven by an exhaust pipe 5 (see Figure 5).
Dans les exemples illustrés sur les figures, une nappe de fils 6
défile dans le four en suivant la direction longitudinale du four qui est
perpendiculaire au plan du dessin, à une vitesse qui est calculée en
fonction d'une constante fixée par les impératifs de production et donc
de capacité de la ligne de traitement. Cette constante est égale au
produit du diamètre du fil exprimé en mm et de la vitesse du fil
exprimée en m/minute. Donc, plus le fil est mince, plus sa vitesse de
défilement sera rapide et inversement. Il faut noter qu'on pourrait
envisager le défilement d'un seul fil à la fois dans le four, ou le
défilement de plusieurs fils de différents diamètres, ou le défilement de
plusieurs nappes superposées à la fois.In the examples illustrated in the figures, a sheet of
Ainsi qu'il est illustré sur la figure 1, les moyens de chauffage du lit fluidisé consistent en plusieurs brûleurs 7 (v. aussi figure 4) qui sont, dans cet exemple, disposés de part et d'autre de la nappe de fils à chauffer et qui projettent leur flamme ou fumées transversalement à la direction de défilement des fils. Les flammes ou fumées sont en particulier projetées tangentiellement à ladite surface supérieure moyenne 4 du lit fluidisé en chauffant ainsi directement les particules en suspension dans une bande du lit où elles sont moins denses et donc plus aisément portées quasiment à incandescence. Il est évident que, si dans les exemples illustrés la direction dite tangentielle de la flamme ou des fumées coïncide parfaitement avec la surface 4 représentée, on peut envisager de disposer les brûleurs légèrement en oblique par rapport à cette flamme ou ces fumées, pour autant que l'on obtienne toujours un chauffage bien étalé à la surface du lit et que les fils ne soient pas atteints par la flamme ou les fumées.As illustrated in FIG. 1, the heating means of the fluidized bed consist of several burners 7 (see also Figure 4) which are, in this example, arranged on either side of the sheet of son to heat and which project their flame or fumes transversely to the direction of scrolling son. The flames or fumes are in particular tangential to said upper surface average 4 of the fluidized bed, thereby heating the particles directly suspended in a band of the bed where they are less dense and therefore more easily worn almost incandescent. It is obvious that, if in the examples shown the so-called tangential direction of the flame or fumes coincides perfectly with the surface 4 shown, it is conceivable to arrange the burners slightly oblique in relation to this flame or these fumes, provided that always get a heating well spread on the surface of the bed and that the wires are not affected by flames or fumes.
La flamme des brûleurs et les fumées produites à la sortie du
brûleur résultent d'une manière courante de la combustion d'un
combustible et d'un comburant, par exemple d'un gaz ou liquide
combustible, tel que CH4, fuel, etc..., et d'air, enrichi ou non en
oxygène, ou même d'oxygène considéré industriellement pur. Les gaz
de fumées formés sont alors récupérés par le conduit d'échappement
5, simultanément à l'agent fluidisant chauffé.The flame of the burners and the fumes produced at the exit of the burner result in a common way of the combustion of a fuel and an oxidizer, for example a combustible gas or liquid, such as CH 4 , fuel, etc. ..., and air, enriched or not in oxygen, or even oxygen considered industrially pure. The flue gases formed are then recovered through the
Ainsi qu'il ressort de la figure 4, les brûleurs sont disposés de manière alternée à gauche et à droite de la nappe de fils et la flamme et le jet de gaz brûlés très chauds qui l'accompagne s'étendent transversalement sur toute la largeur du four. Cette disposition offre l'avantage de permettre un chauffage très uniforme du lit fluidisé et donc des fils à traiter.As can be seen in FIG. 4, the burners are arranged alternating way to the left and right of the sheet of threads and the flame and the jet of hot gas burns that accompany it extend transversely over the entire width of the oven. This provision offers the advantage of allowing a very uniform heating of the fluidized bed and therefore son to treat.
Dans la forme de réalisation illustrée sur la figure 2, les fils à
chauffer ne peuvent entrer en contact avec des gaz brûlés pour
conserver leur état de surface. Le chauffage du lit se fait ici aussi
tangentiellement à la surface supérieure moyenne 4 du lit, mais par
l'intermédiaire d'un tube non perforé 8 que viennent lécher les vagues
des particules du lit, qui sont ainsi portées à haute température. Les
gaz brûlés sortent par un conduit de sortie 9 par lequel ils peuvent être
récupérés. In the embodiment illustrated in FIG.
heat can not come into contact with flue gases for
maintain their surface state. The heating of the bed is done here too
tangentially to the average upper surface 4 of the bed but by
through an
La forme de réalisation illustrée sur la figure 3 est du même type
que celle représentée sur la figure 2. Toutefois, dans ce cas, on a
prévu un caisson 10 situé en dessous du lit fluidisé et en
communication avec la lance de projection 3. Un ou des brûleurs 11
sont agencés dans ce caisson et permettent d'obtenir des fumées
chaudes jusqu'à une température modérée, supérieure à la
température ambiante, par exemple de l'ordre de 400 à 500°C, où les
fumées ne sont pas encore exagérément agressives pour les lances 3.
Cette forme de réalisation permet une efficacité encore accrue du
chauffage du lit fluidisé. Il est bien entendu qu'on pourrait aussi prévoir
cet agencement avec celui des brûleurs à flamme nue tel qu'illustré sur
la figure 1.The embodiment illustrated in FIG. 3 is of the same type
than that shown in Figure 2. However, in this case, we have
provided a
Les fils à traiter dans les fours suivant l'invention sont par exemple des fils d'acier que l'on va soumettre à une opération de patentage.The son to be treated in the furnaces according to the invention are example of the steel wires that will be subjected to an operation of patenting.
L'opération de patentage est un processus bien connu dans le monde du tréfilage, il consiste à porter, dans un premier temps, la température d'un fil ou d'une nappe de fils métalliques à un niveau tel que l'on obtienne une transformation de la ferrite et perlite ou perlite et cémentite en austénite.The patenting operation is a well-known process in the world of wire drawing, it consists in carrying, first of all, the temperature of a wire or a ply of wire at a level such that we obtain a transformation of ferrite and perlite or perlite and austenite cementite.
Dans un deuxième temps, on réalise ce que l'on appelle une trempe isothermique de façon à retransformer l'austénite (préalablement obtenue par chauffage) en perlite fine afin d'obtenir de bonnes propriétés mécaniques et, spécialement, une excellente aptitude au tréfilage.In a second step, we realize what we call a isothermal quenching so as to retransform the austenite (previously obtained by heating) in fine perlite in order to obtain good mechanical properties and, especially, excellent drawing ability.
Pendant l'étape de chauffage du fil, il faut atteindre une température de l'ordre de 950°C pour obtenir une austénitisation de l'acier. Toutefois, avant de passer à la trempe, une période d'égalisation de température au sein de la masse métallique, dite "soaking", s'avère favorable pour dissoudre les carbures présents aux joints de grains d'austénite.During the step of heating the wire, it is necessary to reach a temperature of the order of 950 ° C to obtain austenitization of steel. However, before going to the quench, a period temperature equalization within the metal mass, called "soaking", is favorable to dissolve the carbides present in the austenite grain boundaries.
Ainsi qu'il est illustré sur la figure 5, dans un exemple de
dispositif suivant l'invention on va pouvoir prévoir deux unités
distinctes, une unité de chauffe 1 et une unité d'égalisation de
température 12.As illustrated in Figure 5, in one example of
device according to the invention we will be able to provide two units
separate units, a
L'unité de chauffe est constituée d'un four 1 à lit fluidisé 2, tel
que précédemment décrit, qui peut être relativement court, étant donné
l'excellent coefficient de transfert thermique de ce type de four. Le fil 6
défile en continu à travers ce four qui peut avoir une longueur de par
exemple 5 à 6 m. Dans le fond du four, un caisson 10 du type de celui
représenté de manière schématique sur la figure 3 est agencé pour
permettre un chauffage préalable du milieu fluidisant. La température
du sable fluidisé chauffé suivant l'invention peut avantageusement
atteindre environ 1000°C.The heating unit consists of a
Le fil 6 sort ainsi du four 1 à une température d'environ 950°C et
passe alors dans l'unité d'égalisation de température 12, par
l'intermédiaire d'une trémie étanche 13. L'unité 12 est constituée d'un
caisson ou tube parfaitement isolé du point de vue thermique. Dans
celui-ci il suffit de maintenir la température de fil acquise de 950°C et
un échange thermique permettant un chauffage n'est plus nécessaire.
Dans le cas illustré, ce maintien à température est réalisé par un
recyclage des gaz brûlés de l'unité 1 par le conduit d'échappement 5.
Les gaz brûlés dégagés sont amenés à un moyen de filtrage, par
exemple un cyclone 14, et les gaz filtrés encore chauds ou
partiellement chauffés de manière complémentaire sont amenés à
l'aide d'une pompe 15 à l'unité 12 pour le maintien à température du fil.
La dissolution des carbures (cémentite) s'accomplit dans l'unité 12, qui
peut avoir une longueur d'environ 4 m et dans laquelle, en défilant, le
fil reste pendant un temps suffisant pour obtenir la dissolution des
carbures. A la sortie de l'unité 12, le fil passe à un dispositif de trempe
16 uniquement partiellement représenté.The
Le dispositif total de cet exemple a donc une longueur tout à fait acceptable en termes d'encombrement d'environ 9 à 10 m.The total device of this example therefore has a length quite acceptable in terms of footprint of about 9 to 10 m.
Sur les figures 7 et 8 on a représenté les dispositifs de pompage 17 qui sont prévus pour contrecarrer la migration des particules de lit fluidisé depuis l'entrée du four jusqu'à la sortie. Les particules sont en effet entraínées mécaniquement par le mouvement de défilement des fils.In FIGS. 7 and 8, there is shown the pumping devices 17 which are provided to counteract the migration of fluidized bed particles since the oven entrance to the exit. The particles are indeed driven mechanically by the movement of scrolling son.
Ces dispositifs de pompage 17 comprennent dans l'exemple
illustré un tube 18 disposé sensiblement verticalement, qui est relié à
sa partie basse à un cône de collecte 19. Celui-ci est avantageusement
agencé au-dessus d'une lance perforée 3. Dans sa partie haute le tube
18 est raccordé à une tuyère d'arrosage 20 qui est orientée dans un
sens opposé au sens de défilement 21 des fils 6 à traiter.
Avantageusement la tuyère d'arrosage 20 est en outre orientée en
oblique vers la partie centrale du four, ainsi que cela ressort de la figure
7.These pumping devices 17 include in the example
illustrated a
Dans la présente forme de réalisation, les perforations dans les
lances 3 sont disposées vers le bas.In the present embodiment, the perforations in the
Les particules du lit fluidisé et ragent de fluidisation s'engouffrent
dans le cône de collecte. Etant donné que la masse des particules
présente alors dans le tube une densité apparente nettement inférieure
à celle du lit fluidisé, cette masse est projetée plus haut que les crêtes
du lit fluidisé : les tuyères d'arrosage renvoient alors des jets 22 de
particules vers l'arrière et vers le centre du lit, ce qui permet de
contrecarrer la migration des particules dans le sens de défilement des
fils. Comme on peut le constater, ce pompage n'implique, dans le cas
illustré, aucune dépense d'énergie supplémentaire.Fluidized bed particles and fluidization agent rush
in the collecting cone. Since the mass of particles
then has a much lower apparent density in the tube
to that of the fluidized bed, this mass is projected higher than the ridges
of the fluidized bed: the spray nozzles then return
Ces jets ont pour effet de surélever la surface supérieure moyenne du lit qui dans l'exemple illustré se trouve au niveau du trait mixte 4'. Comme on peut le voir sur la figure 7, ce niveau est plus élevé que les crêtes des vagues du lit fluidisé.These jets have the effect of raising the upper surface average bed that in the example shown is at the line level mixed 4 '. As can be seen in Figure 7, this level is higher as the peaks of the waves of the fluidized bed.
Ainsi qu'il ressort des figurés 7 et 8, le chauffage par les
brûleurs 7 s'effectue donc à présent, conformément à l'invention,
tangentiellement à cette surface supérieure moyenne 4', surélevée, de
façon que le jet gazeux issu du brûleur traverse la projection de
particules issue du dispositif de pompage.As can be seen from figures 7 and 8, heating by
Le chauffage tangentiel ainsi obtenu est particulièrement
efficace. En outre, il offre l'avantage que les têtes des brûleurs 7 sont
hors d'atteinte des particules qui sont projetées vers le centre du four.
Un encrassement des têtes de brûleur peut ainsi être favorablement
évité.The tangential heating thus obtained is particularly
effective. In addition, it offers the advantage that the heads of the
Des exemples de réalisation non limitatifs vont à présent être donnés pour expliquer l'invention de manière plus détaillée.Examples of non-limiting embodiments will now be given to explain the invention in more detail.
Un fil en acier de type eutectoïde et d'un diamètre de 3 mm est introduit
dans un four à lit fluidisé équipé suivant l'invention dont la constante
DV (diamètre de fil (mm) x vitesse de défilement (m/min)) est de 36. Le
lit fluidisé est constitué de Al2O3 - F90, d'une granulométrie de 106 à
250 µm. Il est maintenu en suspension par un gaz fluidisant, ici de l'air,
présentant une pression minimum de 600 mm H2O et un débit de 64
Nm3/h.m2. Le gaz fluidisant est introduit par le bas du lit fluidisé à la
température ambiante.
Des brûleurs projettent tangentiellement à la surface supérieure
moyenne du lit fluidisé des fumées résultant de la combustion de gaz et
d'air de combustion, de façon à chauffer les particules du lit fluidisé
quasiment à l'incandescence et à obtenir un lit d'une température
moyenne d'environ 1000°C. Les fumées des brûleurs sont en contact
direct avec le lit fluidisé.A eutectoid-type steel wire with a diameter of 3 mm is introduced into a fluidized bed furnace equipped according to the invention whose constant DV (wire diameter (mm) x speed of movement (m / min)) is The fluidized bed consists of Al 2 O 3 - F 90 with a particle size of 106 to 250 μm. It is kept in suspension by a fluidizing gas, in this case air, having a minimum pressure of 600 mm H 2 O and a flow rate of 64 Nm 3 / hm 2 . The fluidizing gas is introduced from the bottom of the fluidized bed at room temperature.
Burners project fumes from the combustion of gas and combustion air tangentially to the upper middle surface of the fluidized bed, so as to heat the particles of the fluidized bed almost to incandescence and to obtain a bed of a temperature average of about 1000 ° C. The fumes from the burners are in direct contact with the fluidized bed.
Ainsi qu'il ressort de la courbe A du graphique donné à la figure 6, le fil atteint une température de 950°C après environ 20 secondes de défilement, au maximum 30 secondes, c'est-à-dire que la longueur du four à lit fluidisé suivant l'invention peut se limiter à une valeur d'environ 5 m, pour la constante DV choisie ci-dessus.As can be seen from curve A of the graph given in the figure 6, the wire reaches a temperature of 950 ° C after about 20 seconds of scrolling, at most 30 seconds, that is to say that the length of the fluidized bed furnace according to the invention may be limited to a value about 5 m, for the DV constant chosen above.
Sur une longueur de 4 m, qui correspond à une période de
passage de 20 secondes du fil, celui-ci est maintenu dans l'unité 12 à
la température de 950°C, pour la dissolution de la cémentite tertiaire.Over a length of 4 m, which corresponds to a period of
passage of 20 seconds of the wire, it is maintained in the
A titre de comparaison, on a fait défiler un fil identique à travers un four à feu nu classique, sans lit fluidisé, de type haute convection. On peut remarquer sur la courbe B que le fil doit être chauffé pendant environ 50 secondes pour atteindre la température d'austénitisation et que la période d'égalisation de température au sein de la masse métallique ne peut s'effectuer, dans un four d'une même longueur et avec une même constante DV, que pendant 3 à 4 secondes, ce qui est insuffisant pour obtenir une bonne dissolution des carbures (cémentite tertiaire).For comparison, we scrolled through an identical thread through a conventional open fire furnace, without a fluidized bed, of high convection type. It can be seen on curve B that the wire must be heated during about 50 seconds to reach the austenitization temperature and that the temperature equalization period within the mass metal can not be made in an oven of the same length and with the same DV constant, as for 3 to 4 seconds, which is insufficient to obtain a good dissolution of carbides (cementite tertiary).
Un fil en acier de type XC70 (0,76 % de C) est soumis aux mêmes
conditions de traitement que dans l'exemple 1. Le fil a un diamètre de
1 mm et sa constante DV est de 36.
Le fil atteint une température de 950°C après environ 5 secondes de
défilement et la longueur du four à lit fluidisé peut se limiter à une
valeur égale ou même inférieure à 5 m.
Sur une longueur de 4 m, qui correspond à une période de passage
d'environ 7 secondes, le fil est maintenu à la température de 950°C
pour la dissolution de la cémentite tertiaire.A steel wire type XC70 (0.76% C) is subjected to the same processing conditions as in Example 1. The wire has a diameter of 1 mm and its constant DV is 36.
The wire reaches a temperature of 950 ° C after about 5 seconds of running and the length of the fluidized bed furnace can be limited to a value equal to or even less than 5 m.
Over a length of 4 m, which corresponds to a passage period of about 7 seconds, the wire is maintained at the temperature of 950 ° C for the dissolution of tertiary cementite.
Un fil en acier de type XC70 est soumis aux mêmes conditions de
traitement que dans l'exemple 1. Le fil a un diamètre de 5 mm et sa
constante DV est de 36.
Le fil atteint une température de 950°C après environ 40 à 50
secondes de défilement et la longueur du four à lit fluidisé peut se
limiter à une valeur de 5,5 m environ.
Sur une longueur de 4 m, qui correspond à une période de passage
d'environ 35 secondes, le fil est maintenu à la température de 950°C.A steel wire type XC70 is subjected to the same processing conditions as in Example 1. The wire has a diameter of 5 mm and its constant DV is 36.
The wire reaches a temperature of 950 ° C after about 40 to 50 seconds of travel and the length of the fluidized bed furnace can be limited to a value of about 5.5 m.
Over a length of 4 m, which corresponds to a passage period of about 35 seconds, the wire is maintained at a temperature of 950 ° C.
Claims (16)
- Method of heat treating steel wire, comprisingformation of a fluidised bed by the passage of a fluidising agent through a fluidisable particulate medium,heating of the fluidised bed, andmovement through the heated fluidised bed of the said at least one metallic wire to be treated, in one direction, so as to provide at least a rise in temperature of said at least one wire to be treated and maintaining thereof during a temperature equalisation period within the metallic mass of the said at least one wire,
- Method according to Claim 1, characterised in that said at least one tangential heating is oriented transversely with respect to the direction of movement of said at least one metallic wire to be heated.
- Method according to one of Claims 1 and 2, characterised in that said at least one tangential heating comprises a projection of at least one flame and/or jet of fumes tangentially to said mean top surface of the fluidised bed.
- Method according to one of Claims 1 and 2, characterised in that said at least one tangential heating comprises an exchange of heat between a heating medium and the fluidised bed by means of at least one tube which is disposed tangentially to said mean top surface of the fluidised bed and through which said heating medium passes.
- Method according to any one of Claims 1 to 4, characterised in that the heating of the fluidised bed also comprises a heating of the fluidising agent prior to its passage through the fluidisable particulate medium.
- Method according to any one of Claims 1 to 5, characterised in that the heating makes it possible to achieve a temperature of the fluidised bed greater than 950°C, preferably greater than 1000°C, in a time of no more than 30 seconds.
- Method according to any one of Claims 1 to 6, characterised in that it comprises the maintaining of said at least one wire at the austenitisation temperature in said fluidised bed and/or outside this fluidised bed.
- Device for the heat treatment of steel wire, comprisingan elongate heating furnace (1),a temperature maintaining zone (12), andmeans of driving at least one steel wire to be treated which makes them pass in a direction across the furnace and the temperature maintaining zone, so that the said at least one wire to be treated undergoes a rise in temperature in the furnace and is maintained at this temperature in the temperature maintaining zone, anda fluidised bed (2) formed in the heating furnace (1) by passing a fluidising agent through a fluidisable particulate medium,means of heating the fluidised bed comprising at least heating means which produce heating substantially tangentially to a mean top surface thereof, and
- Device according to Claim 8, characterised in that the tangential heating means comprise at least one burner (7) which projects a flame and/or fumes tangentially to said mean top surface (4) of the fluidised bed (2).
- Device according to Claim 9, characterised in that it comprises several burners (7) disposed on each side of the moving wire or wires (6), preferably in alternation, and projecting their flame and/or fumes transversely to the direction of movement of the wire or wires.
- Device according to Claim 8, characterised in that the tangential heating means comprise tubes (8) which are disposed tangentially to said mean top surface (4) of the fluidised bed (2), transversely to the direction of movement of the wire or wires, and through which a heating medium passes.
- Device according to any one of Claims 8 to 11, characterised in that it also comprises means (11) of preheating the fluidising agent.
- Device according to any one of Claims 8 to 12, characterised in that it comprises a short elongate furnace (1) in which the said at least one wire to be heated quickly reaches the austenitisation temperature and, following the furnace, a thermally insulated chamber (12) in which the wire is maintained at said predetermined maximum temperature by temperature maintaining means (5, 14, 15).
- Device according to Claim 13, characterised in that the temperature maintaining means are electric heating elements, gas burners of the radiating type, means (5, 14, 15) of recirculating the fluidising agent leaving the elongate furnace (1), and/or a second fluidised bed.
- Device according to anyone of Claims 8 to 14, characterised in that the means of heating the fluidised bed produce said substantially tangential heating between the troughs and the crests of the waves existing at the top surface of the bed.
- Device according to anyone of Claims 8 to 15, characterised in that the means of heating the fluidised bed are arranged at a level higher than the fluidised bed.
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