FR2487492A1

FR2487492A1 - Continuous thermochemical or heat treatment furnace for metals - assembled from modules each contg. heating or cooling element and fan circulating air or gas round workpieces

Info

Publication number: FR2487492A1
Application number: FR8016446A
Authority: FR
Inventors: Jean Bares
Original assignee: BMI
Current assignee: BMI
Priority date: 1980-07-25
Filing date: 1980-07-25
Publication date: 1982-01-29
Also published as: FR2487492B1

Abstract

The furnace is assembled from modules, each consisting of a metal casing with a thermally-insulating lining, and contg. a horizontal track along which plates can be moved. The plates carry workpieces through the module. Heating or cooling elements are located towards one side of the module; and a fan is used to blow air or gases downwards onto the workpieces. Baffle walls are used to direct the flow of air or gas in the module. Furnaces are pref. assembled from a row of modules, which may be sepd. from each other by thermally-insulating doors, esp. when workpieces are transferred from a heating module to a cooling module. Used, e.g. for tempering or nitriding furnaces.

Description

La présente invention concerne un four pour traitement thermique ou thermochimique en continu de métaux, tel qu'un traitement de revenu ou même de nitruration. The present invention relates to a furnace for continuous thermal or thermochemical treatment of metals, such as a tempering or even nitriding treatment.

D'une manière générale, on sait que le traitement de revenu de mentaux tels que l'acier à pour but de modifier la structure très instable du métal engendrée par la trempe en échauffant le métal qui, dès 100 C, commence à libérer le carbone emprisonné dans le réseau qui se dépose ensuite aux joints des grains de fer lorsque la température stélbve aux alentours de 3000C,
D'une façon plus précise, le cycle thermique utilisé pour effectuer un traitement de revenu comporte généralement
- un réchauffage Jusqu'à une température déterminée mais inférieure au point de transformation Aci
- un ou plusieurs maintiens à une ou plusieurs températures déterminées,
- un refroidissement Jusqu'à la température ambiante par un mode approprié.In general, we know that the treatment of tempering of minds such as steel aims to modify the very unstable structure of the metal generated by quenching by heating the metal which, from 100 C, begins to release the carbon. trapped in the network which is then deposited at the joints of the iron grains when the temperature stagnates around 3000C,
More specifically, the thermal cycle used to carry out an income treatment generally comprises
- reheating Up to a determined temperature but below the Aci transformation point
- one or more maintaining at one or more determined temperatures,
- cooling down to room temperature by an appropriate mode.

Le traitement de nitrati.on consiste quant à lui à créer sur les pièces une couche durcie par incorporation d'azote provenant de la dissociation d'un courant de gaz ammoniac passant sur la pièce dans un four électrique maintenu à une température d'environ 9250C, un tel traitement pouvant avoir une durée variant de quelques heures à quelques Jours. The nitrati.on treatment consists of creating a hardened layer on the parts by incorporating nitrogen from the dissociation of a stream of ammonia gas passing over the part in an electric oven maintained at a temperature of about 9250C. , such treatment may have a duration varying from a few hours to a few days.

Il est clair que les phases opératoires de ces traitements doivent entre adaptées à la nature des pieces à traiter et à la composition du métal qui les constitue. I1 est donc bien souvent nécessaire de réaliser des fours spécialement conçus et étudiés en fonction des pièces que l'on désire traiter. It is clear that the operating phases of these treatments must be adapted to the nature of the parts to be treated and to the composition of the metal which constitutes them. It is therefore often necessary to produce ovens specially designed and studied according to the parts that one wishes to treat.

Ltinvention a donc pour but de rationaliser la conception de ces fours de manière à éviter d'avoir à effectuer, pour chaque cas d1espèce, une étude complète de réalisation du four. The invention therefore aims to rationalize the design of these ovens so as to avoid having to carry out, for each case of this case, a complete study of the furnace.

Elle propose à cet effet un four de traitement thermique ou thermochimique en continu réalisé par une combinaison d'éléments modulaires (ou modules) de chauffage ou de refroidissement, appropriée à la nature du traitement à effectuer. To this end, it offers a continuous heat or thermochemical treatment oven produced by a combination of modular heating or cooling elements (or modules), appropriate to the nature of the treatment to be carried out.

Selon l'invention, chaque élément modulaire comprend essentiellement une enceinte métallique revêtue à l'intérieur d1une couche en matériau thermiquement isolant délimitant un volume interne à l'intérieur duquel se trouvent disposés
- des moyens de transfert, situés dans la partie inférieure, et qui permettent un déplacement axial des éléments de support des pièces à traiter,
- des éléments de chauffage ou de refroidissement disposés latéralement, d'un coté de l'élément modulaire,
- une turbine de ventilation située à la partie supérieure de l'élément modulaire, et
- des parois déflectrices permettant de guider la circulation de gaz à l'intérieur de l'élément modulaire.According to the invention, each modular element essentially comprises a metal enclosure coated inside with a layer of thermally insulating material delimiting an internal volume inside which are located
transfer means, located in the lower part, which allow an axial displacement of the support elements of the parts to be treated,
- heating or cooling elements arranged laterally, on one side of the modular element,
- a ventilation turbine located at the top of the modular element, and
- deflecting walls making it possible to guide the circulation of gas inside the modular element.

Chacun de ces éléments modulaires qui est destiné à effectuer une phase de traitement est raccordé à l'élément suivant, soit directement, dans le cas où les deux phases de traitement sont de même nature (chauffage et maintien en température) soit par l'intermédiaire d'une porte d'isolation thermique dans le cas où les phases de traitement sont de nature différente (chauffage et refroidissement). Each of these modular elements which is intended to carry out a treatment phase is connected to the next element, either directly, in the case where the two treatment phases are of the same nature (heating and maintaining temperature) or via a thermal insulation door in the case where the treatment phases are of a different nature (heating and cooling).

Selon une autre caractéristique de l'invention, dans le cas où le traitement thermique s'effectue sous une atmosphère différente de l'air ambiant, la structure de four composée par la combinaison des susdits éléments modulaires est disposée à l'intérieur d'une enceinte étanche munie à chacune de ses extrémités d'un sas permettant respectivement l'accès et la sortie des pièces à traiter sans modifier l'atmosphère qui règne à l'intérieur de ladite structure, ces sas étant équipés d'un système de pompage respectif. According to another characteristic of the invention, in the case where the heat treatment is carried out under an atmosphere different from the ambient air, the oven structure composed by the combination of the above-mentioned modular elements is arranged inside a watertight enclosure provided at each of its ends with a lock allowing respectively the access and the exit of the parts to be treated without modifying the atmosphere which reigns inside said structure, these locks being equipped with a respective pumping system .

Dans ce cas, la susdite enceinte peut être connectée à un circuit permettant de réaliser l'atmosphère souhaitée par exemple un circuit de distribution de N2. In this case, the said enclosure can be connected to a circuit making it possible to produce the desired atmosphere, for example an N2 distribution circuit.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le susdit sas de sortie peut présenter une structure similaire à celle d'un élément modulaire équipé de moyens de refroidissement et, bien entendu, de porte étanches d'entrée et de sortie. According to another characteristic of the invention, the aforesaid exit airlock can have a structure similar to that of a modular element equipped with cooling means and, of course, of watertight entry and exit door.

Un mode de réalisation de l'invention sera décrit ciaprès, à titre d'exemple non limitatif,avec référence aux dessins annexés dans lesquels
La figure 1 représente en coupe verticale transversale schématique un module de four selon l'invention,
La figure 2 est une coupe horizontale schématique d'un four réalisé à l'aide de modules tels que celui représenté figure 1 et pouvant convenir pour les traitements en continu de revenu et de nitruration.An embodiment of the invention will be described below, by way of nonlimiting example, with reference to the accompanying drawings in which
FIG. 1 represents a schematic transverse vertical section of an oven module according to the invention,
Figure 2 is a schematic horizontal section of an oven produced using modules such as that shown in Figure 1 and may be suitable for continuous treatments of income and nitriding.

Avec référence à la figure 1, le module de four se compose essentiellement d'une enceinte métallique tubulaire 1 montée sur une structure de support 2. With reference to FIG. 1, the oven module essentially consists of a tubular metal enclosure 1 mounted on a support structure 2.

Cette enceinte 1 est revêtue,à l1intérieur,par une couche épaisse 3 en matériau thermiquement isolant se présentant sous la forme d'un manchon cylindrique. This enclosure 1 is coated, inside, by a thick layer 3 of thermally insulating material in the form of a cylindrical sleeve.

A l'intérieur du volume délimité par cette couche 3, se trouvent disposés
- des moyens de transfert 4 occupant la partie inférieure du four et qui permettent un déplacement axial des éléments de support 5 des pièces à traiter (charge 6),
- des éléments de chauffage tels que des résistances électriques 7 disposées latéralement d'un côté du four,
- une turbine de ventilation 8,actionnée par un moteur 9, située à la partie supérieure du four, et
- des parois déflectrices permettant de guider la circulation du gaz à l'intérieur du four,à savoir, au moins une paroi verticale 11 parallèle aux éléments de chauffage et disposée à proximité de ceux-ci et une paroi supérieure horizontale 12 présentant au droit de la turbine 8 un évidement 13 pour le passage du courant de gaz engendré par la turbine 8.Inside the volume delimited by this layer 3, are arranged
transfer means 4 occupying the lower part of the furnace and which allow an axial displacement of the support elements 5 of the parts to be treated (load 6),
heating elements such as electric resistors 7 arranged laterally on one side of the oven,
a ventilation turbine 8, driven by a motor 9, located at the top of the oven, and
- deflecting walls making it possible to guide the circulation of the gas inside the furnace, namely, at least one vertical wall 11 parallel to the heating elements and disposed near these and a horizontal upper wall 12 presenting the right to the turbine 8 a recess 13 for the passage of the gas stream generated by the turbine 8.

Ces parois déflectrices 11, 12 délimitent avec les éléments de transfert 4, 5 un volume de section sensiblement rectangulaire à l'intérieur duquel peuvent être amenées et extraites les charges à traiter 6. A l'intérieur de ce volume, les charges 6 sont chauffées grâce au courant de gaz produit par la turbine 8, qui après s'être échauffé au contact des résistances de chauffage 7 est dirigé sur les charges à traiter 6 au travers de l'ouverture 13. These deflecting walls 11, 12 define with the transfer elements 4, 5 a volume of substantially rectangular section inside which the charges to be treated can be brought in and extracted 6. Inside this volume, the charges 6 are heated thanks to the gas current produced by the turbine 8, which after having heated up in contact with the heating resistors 7 is directed onto the loads to be treated 6 through the opening 13.

Bien entendu, dans le cas où le module de four est destiné à assurer une phase de refroidissement, les éléments de chauffage sont remplacés par des éléments de refroidissement tels que des échangeurs véhiculant un fluide de refroidissement. Of course, in the case where the oven module is intended to provide a cooling phase, the heating elements are replaced by cooling elements such as exchangers conveying a cooling fluid.

Ainsi en effectuant une combinaison Judicieuse des modules de four précédemment décrits, il est possible d'obtenir un four de traitement parfaitement adapté à la nature des pièces à traiter et au type de traitement que lton désire effectuer. Thus by performing a judicious combination of the oven modules described above, it is possible to obtain a treatment oven perfectly suited to the nature of the parts to be treated and to the type of treatment that is desired.

Le four ainsi obtenu présente une structure tubulaire formée par une succession de modules de chauffage et de refroidissement. The oven thus obtained has a tubular structure formed by a succession of heating and cooling modules.

Dans le cas où le traitement doit s'effectuer dans une atmosphère autre que l'air ambiant, les divers modules en groupe de modules sont disposés à l'intérieur d'une enceinte étanche 10 (figure 2) dont l'accès et la sortie s'ef fectnent par l'intermédiaire de sas équipés de dispositifs de pompage non représentés. In the case where the treatment must be carried out in an atmosphere other than the ambient air, the various modules in group of modules are arranged inside a sealed enclosure 10 (FIG. 2) whose access and exit are effected by means of airlocks fitted with pumping devices not shown.

Par ailleurs, les divers modules ou groupes de modules peuvent être thermiquement isolés les uns des autres au moyen d'éléments de cloisonnement et de portes réalisés en un matériau thermiquement isolant. Furthermore, the various modules or groups of modules can be thermally insulated from each other by means of partitioning elements and doors made of a thermally insulating material.

Dans l'exemple représenté figure 2 le four est destiné à effectuer un traitement de revenu sous atmosphère de N2 sur des pièces telles que des paquets de lames de scie à métaux disposés à plat sur des éléments de supports mobiles. In the example shown in Figure 2 the oven is intended to carry out a tempering treatment under N2 atmosphere on parts such as packages of hacksaw blades arranged flat on mobile support elements.

Ce four comprend tout d'abord un sas d'entrée 15 équipé d'un dispositif de pompage, suivi d'un poste de chauffage et de maintien à une température d'environ 5500C, constitué par deux modules 16, 17 du type de celui représenté figure 1. This oven firstly comprises an entry airlock 15 equipped with a pumping device, followed by a heating and maintaining station at a temperature of around 5500C, consisting of two modules 16, 17 of the type of that shown in Figure 1.

L'accès et la sortie de ce poste sont respectivement commandés par des portes thermiquement isolantes 18, 19. Access to and exit from this station are respectively controlled by thermally insulating doors 18, 19.

A la suite de ce poste de chauffage et de maintien en température est disposé un poste de refroidissement 20 dont l'accès est commandé par la porte 19 et la sortie est commandée par une porte thermiquement isolante 21. Following this heating and temperature-maintaining station, a cooling station 20 is arranged, the access of which is controlled by the door 19 and the outlet is controlled by a thermally insulating door 21.

Le four comprend ensuite un nouveau poste de chauffage et de maintien à une température d'environ 550 C (modules 22 et 23) qui est accessible par la porte 21 et dont la sortie est équipée d'une porte 26. The oven then includes a new heating and maintaining station at a temperature of around 550 C (modules 22 and 23) which is accessible via door 21 and the outlet of which is equipped with a door 26.

La sortie du four s'effectue par l'intermédiaire d'un sas de sortie 25 qui consiste en un module de refroidissement qui comprend en outre des portes étanches d'accès 26 et de sortie 27 ainsi qu'un système de pompage. The exit from the oven is carried out by means of an exit airlock 25 which consists of a cooling module which further comprises sealed access 26 and exit 27 doors as well as a pumping system.

Par ailleurs, afin de permettre un fonctionnement continu du four, on prévoit un système de transfert extérieur comprenant
- un poste de stockage 28, 29 des supports mobiles 5 à l'entrée et à la sortie du four, par exemple d'une capacité de trois supports 5, et
- un dispositif permettant le transfert du poste de stockage 29 disposé à la sortie du four à celui disposé à l'entrée du four 28.Furthermore, in order to allow continuous operation of the oven, an external transfer system is provided comprising
a storage station 28, 29 of the mobile supports 5 at the inlet and at the outlet of the oven, for example with a capacity of three supports 5, and
a device allowing the transfer from the storage station 29 arranged at the outlet of the oven to that arranged at the inlet of the oven 28.

Le fonctionnement du four précédemment décrit s'établit comme suit. The operation of the oven described above is established as follows.

En régime permanent le four contient sept éléments de support 5 des pièces à traiter, à savoir
- deux éléments de support 5 respectivement disposés dans les sas d'entrée 15 et de sortie 25,
- deux éléments de support 5 respectivement disposés dans les modules du poste de chauffage et de maintien en température 16,
- d'un élément de support 5 disposé dans le poste de refroidissement 20, et
- deux éléments de support 5 respectivement disposés dans les modules du poste de chauffage et de maintien en température 23.In continuous operation the oven contains seven support elements 5 of the parts to be treated, namely
two support elements 5 respectively arranged in the entry airlock 15 and exit airlock 25,
two support elements 5 respectively arranged in the modules of the heating and temperature-maintaining station 16,
a support element 5 arranged in the cooling station 20, and
- two support elements 5 respectively arranged in the modules of the heating and temperature-maintaining station 23.

Le transfert des éléments de support à 11 intérieur du four s'effectue par stades successifs aux cours desquels, chaque élément de support 5 vient occuper la place de celui qui le précède. La période entre chacun de ses stades de transfert correspond à une unité de trai tement. The transfer of the support elements to the interior of the furnace takes place in successive stages during which each support element 5 takes the place of the one preceding it. The period between each of its transfer stages corresponds to one treatment unit.

Ainsi, si l'unité de traitement est égale à 60mn au cours d'un cycle de traitement, les éléments de support resteront :60 mn dans le sas d 'entrée 15, 120 mn dans le poste de chauffage et de maintien en température 16, 60 mn dans le poste de refroidissement 20; 120 mn dans le poste de chauffage et de maintien en température 23, et 60 mn dans le sas de sortie 25 où s'effectue le dernier refroidissement. Thus, if the treatment unit is equal to 60 min during a treatment cycle, the support elements will remain: 60 min in the airlock 15, 120 min in the heating and temperature maintenance station 16 , 60 min in the cooling station 20; 120 min in the heating and temperature maintenance station 23, and 60 min in the exit airlock 25 where the last cooling takes place.

Un tel cycle implique que toutes les 60 minutes une charge est défournée et une nouvelle charge est entour- née. Such a cycle implies that every 60 minutes a charge is deflected and a new charge is surrounded.

Bien entendu, il convient de purger les sas d'entrée 15 et de sortie 25 avant leur chargement et déchargement respectifs. Of course, it is advisable to purge the entry and exit airlock 25 before their respective loading and unloading.

Claims

1.- Furnace for continuous thermal or thermochemical treatment of metals, characterized in that it is produced by a combination of modular elements appropriate to the nature of the treatment to be carried out, each modular element comprising a metallic enclosure coated inside a layer of thermally insulating material 3 delimiting an internal volume inside which are arranged

transfer means 4, located in the lower pavilion, which allow axial movement of the support elements 5 of the parts to be treated,

heating elements 7 or cooling elements arranged laterally, on one side of the modular element,

a ventilation turbine 8 located at the upper part of the modular element, and

- deflecting walls 11; 12 for guiding the circulation of gas inside the modular element.

2.- Oven according to claim 1, characterized in that each of these modular elements which is intended to carry out a treatment phase is connected to the following element, either directly, in the case where the two treatment phases are of the same nature (heating and temperature maintenance) or via a thermal insulation door 18, 19, 21, 24 in the case where the treatment phases are of a different nature (heating and cooling).

3.- Oven according to one of the preceding revendicatipns, characterized in that in the case where the heat treatment is carried out under an atmosphere different from the ambient air, the oven structure composed by the combination of the above modular elements is arranged inside a sealed enclosure 10 at each of its ends of an airlock 15, 25 respectively allowing access and exit of the parts to be treated without modifying the atmosphere which reigns inside said structure these airlocks 15, 25 being equipped with respective pumping systems.

4.- Oven according to one of the preceding claims, characterized in that, at least one of the modular elements can be connected to a circuit for achieving the desired atmosphere, for example an N2 distribution circuit.

5.- Oven according to one of the preceding claims, characterized in that the aforesaid airlock can have a structure similar to that of a modular element equipped with cooling means and, of course, watertight doors 26, 27 d 'entry and exit.