Brevet FR2033234A1 — publié le 19701204

i 203323/4 La présente invention concerne les fours-cloches destinés au traitement de recuit -et de chromisation de produits métallurgiques, et plus particulièrement les embases et couvercles de ces fours. Les fours-cloches comprennent généralement une embase sur laquelle 5 le métal, qui est habituellement en éléments d'hélices, est empilé, un couvercle intérieur amovible, qui s'assujettit sur l'embase et qui délimite avec elle une chambre de réchauffage, et un couvercle extérieur à revêtement réfractaire, disposé autour du couvercle intérieur. Les éléments de chauffage sont agencés dans le couvercle extérieur et assurent le réchauffage 10 de la chambre. Une ambiance gazeuse est introduite dans la chambre de réchauffage où elle est mise en circulation â l'aide d'un ventilateur monté sur l'embase. Pour éviter les fuites à partir de l'atmosphère gazeuse de la chambre, et empêcher des rentrées d'air dans cette chambre, des dispositifs assurent l'étanchéité entre l'embase et le couvercle intérieur. Le gaz 15 d'ambiance alimentant la chambre pour une opération de recuit est neutre, alors qu'au moins, une partie de l'opération de chromisation est effectuée en atmosphère gazeuse réactive contenant du chlore. Cette atmosphère gazeuse réactive à base de chlore est corrosive et pour éviter son infiltration dans l'embase, celle-ci est munie d'une enveloppe étanche au gaz qui délimite une 20 chambre et qui entoure un socle poreux réfractaire moulé. Les éléments de cette enveloppe sont assemblés de manière étanche par soudure pour éviter les infiltrations. Afin de réduire au maximum les possibilités de rentrée de l'atmosphère gazeuse réactive dans l'enveloppe de l'embase, un gaz neutre d'étanchéité, sous une pression supérieure à celle de l'atmosphère réactive 25 du four est refoulé-dans la chambre d'enveloppe afin de la maintenir sous pression. Les- embases des fours-cloches de construction classique comprennent une plaque de fond, un socle réfractaire, et une plaque de sommet, tous éléments qui sont de forme annulaire. Des plaques périphériques annulaires, 30 extérieures et intérieures, sont intercalées entre fond et plaque supérieure et délimitent une chambre qui est occupée par le socle réfractaire. Un ventilateur, placé dans le passage de la plaque de fond et qui y est vissé, met l'atmosphère gazeuse en mouvement dans la chambre de réchauffage. Une auge s'étendant autour de la périphérie extérieure de l'embase est destinée 35 à maintenir un élément d'étanchéité et à recevoir l'extrémité inférieure du couvercle intérieur qui, par sa partie inférieure, est maintenu, dans l'élément de scellement. Des conduits, qui assurent l'admission et l'échappement des gaz de l'atmosphère, ainsi que les conducteurs de thermocouples, 70 n n O s/ [\ (" o 2033 ) *. i, î traversent l'embase et sont soudés à ces plaques de sommet et de fond. La température atteinte dans le couvercle intérieur d'un four-cloche, pendant un cycle de recuit, est comprise entre 650 et 760°C environ et pendant un cycle de chromisation est environ de 960°C. Les refroidisse-5 ment et chauffage alternés du four entraînent des dilatations et contractions considérables de la plaque supérieure de l'embase. Ces dilatation et contraction de la plaque supérieure nécessitent que les conduits d'admission et d'échappement du gaz d'ambiance et les conduits de conducteurs de thermocouples comportent des joints métalliques liquides qui permettent 10 à ces organes de se déplacer- à un degré limité. De plus, les parties de l'embase sont fabriquées en un alliage tel que"l'Inconel", qui présente une résistance élevée à hautes températures. Cependant, en dépit de ces différentes dispositions adoptées pour compenser la dilatation et la contraction des organes d'embase pendant le fonctionnement du four, il se 15 produit assez fréquemment des défaillances des soudures assemblant les tuyaux et conduits à l'embase, aussi bien que des défaillances des joints soudés des éléments. De plus, il arrive que les plaques supérieures d'embase cèdent ou se fissurent, en général radialement. Les défaillances de cette nature en-20 traînent des frais élevés d'entretien et de remplacement et entraînent la mise hots de service du four pour les périodes prolongées nécessaires à la réparation de l'embase. Par ailleurs, les tuyaux et conduits, qui traversent l'embase et qui sont situés dans la zone sous-jacente, tendent à l'encombrer et sont la cause de difficultés d'entretien des autres organes du 25 four. L'invention a donc pour objet un-four-cloche simplifié, économique, et dans lequel les conduits d'admission et d'échappement d'atmosphère gazeuse ne traversent pas la plaque supérieure d'embase, ce four étant muni d'une enveloppé d'embase, qui est étanche aux gaz et qui comporte une plaque 30 supérieure non reliée rigidement aux autres organes d'enveloppe de manière à pouvoir se dilater et se contracter de manière relativement libre. Selon l'invention, ce four-cloche comporte une embase dont les conduits d'admission et d'échappement d'atmosphère gazeuse de la chambre traversent une auge périphérique extérieure d'embase. Le socle réfractaire 35 d'embase est contenu dans une enveloppe étanche aux gaz; Cette enveloppe délimite des auges périphériques extérieure et intérieure en contact avec les extrémités supérieures des parois extérieure et intérieure d'enveloppe, des éléments d'étanchéité disposés entre la paroi extérieure et l'auge ex 70 00746 3 2033234 térieure, et d'autre part entre la paroi intérieure et l'auge intérieure. La plaque supérieure d'embase de l'enveloppe comporte des rebords extérieur et intérieur qui pénètrent à leur partie inférieure dans les auges extérieure et intérieure d'enveloppe qui contiennent les éléments d'étan-5 chéité compris entre les rebords supérieurs de plaques et d'auges. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre d'exemples de réalisation non limitatifs et des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une coupe verticale d'une partie d'un four-cloche » 10 ^ selon l'invention, - la figure 2 est une coupe transversale à échelle agrandie, selon la ligne 2-2 de la figure 1, représentant l'extrémité inférieure du couvercle amovible intérieur, l'auge périphérique extérieure d'embase et le conduit d'admission de gaz dans le four de la figure 1, 15 - la figure 3 est une coupe transversale selon, la ligne 3-3 de la figure 2, - la figure 4 est une coupe transversale, à échelle agrandie, d'une partie du four de la figure 1, montrant le dispositif réalisant 1'étanchéité entre la paroi d'enveloppe d'embase, l'auge d'étanchéité, et la plaque à 20 rebord du sommet et, - la figure 5 est une coupe transversale, analogue à la figure 4, d'une variante de dispositif d'étanchéité entre la paroi d'enveloppe d'embase, l'auge d'étanchéité, et la plaque supérieure. La figure 1 représente une partie d'un four-cloche 10 comportant 25 une embase 11 et un couvercle amovible 12 intérieur, qui délimite une chambre de réchauffement 13 avec cette embase. L'embase comprend un châssis support 14, une auge périphérique extérieure 15, un socle annulaire réfractaire 16, une enveloppe 17 délimitant une chambre 60 qui enferme le socle, un noyau 18. Ce noyau 18 est muni d'un manchon central 19, vertical et délimitant une 30 chambre de refroidissement 20 annulaire, entourant le manchon, et une partie annulaire réfractaire 21. Sur l'embase 11 est montée une chambre de diffusion 22, qui est surmontée par une enceinte sous pression 23 supportant par exemple des hélices de métal à traiter dans la chambre 13. Un groupe ventilateur 24 est fixé sur le fond de l'embase et comporte un arbre 25 qui tra-35 verse vers le haut le manchon 19 de noyau et comporte une hélice 26 à son extrémité supérieure. 70 00746 4 203323k L'auge périphérique extérieure 15 d'embase (figure 3) comporte une plaque de fond 27, et des parois extérieure 28 et intérieure 29, qui s'étendent vers le haut jusqu'au fond de l'enveloppe 17 de l'embase. L'auge 15 est partiellement remplie, sur une hauteur d, d'un produit convenable 5 d'étanchéité 30, tel que du sable ou un alliage fusible. Des conduits d'admission 31 et d'échappement 32 d'atmosphère gazeuse traversent vers le haut la plaque 27 du fond de l'auge, sur des côtés opposés du four. Ces conduits 31 et 32 sont séparés des parois latérales d'auge 28 et 29, respectivement, à des fins qui sont exposées*dans la suite, et font saillie 10 au-dessus de la plaque de fond 27 sur une hauteur 1 qui est supérieure à celle du produit d'étanchéité 30 disposé dans l'auge 15. L'extrémité inférieure 33 du couvercle amovible 12 est immergée dans le produit d'étanchéité 30 de l'auge 15. Des ouvertures d'admission 34 et d'échappement 35 de gaz, espacées de la partie inférieure 33 du couvercle 15 intérieur et situées sur des côtés opposés du couvercle, sont associées aux conduits d'admission 31 et d'échappement 32 d'atmosphère gazeuse, dans l'auge 15. Des enceintes d'admission 36 et d'échappement 36', dont le fond est ouvert, s'étendent vers l'extérieur depuis l'extrémité inférieure 33 du couvercle intérieur et vers le bas du pourtour des ouvertures 34 et 35, 20 respectivement. Chaque enceinte comprend une plaque Supérieure 37, des plaques latérales 38, et une plaque extérieure 39, qui est écartée du couvercle intérieur 12 d'une distance L, c'est-à-dire, qui est supérieure au diamètre extérieur D des conduits d'échappement 31 et d'admission 32. Un conduit 40, s'étendant vers l'intérieur à partir de l'extrémité inférieure du couvercle 25 intérieur 33, et vers le haut à partir du pourtour du fond de l'ouverture d'échappement de gaz du couvercle, passe 1-e long de la surface intérieure du couvercle intérieur pour aboutir en un point situé au-dessous de l'embase 11. Le conduit 40 comporte une extrémité supérieure ouverte 41, des parois latérales 42 et une paroi intérieure 43. 30 Comme l'indiquent les flèches des figures 1 et 2, un gaz d'ambiance, venant d'une source non représentée, traverse le conduit d'admission 31, l'enceinte d'admission 36, l'ouverture 34 d'admission du couvercle intérieur et le conduit 40, et pénètre dans la chambre 13. Le gaz d'ambiance est mis en circulation dans la chambre de réchauffage 13 par le rotor de ventilateur 35 26 et échappe de la chambre de réchauffement par l'ouverture 35 d'échappement de couvercle intérieur, l'enceinte d'échappement 36' et le conduit d'échappement 32. 70 00746 5 2033234 L'enveloppe 17 d'embase est agencée de manière à être étanche aux gaz, pour des raisons qui sont exposées ci-après. Comme indiqué sur la figure 1, l'enveloppe 17 d'embase, renfermant le socle réfractaire 16, comprend une plaque annulaire de fond 44, une plaque extérieure latérale 5 45j qui part vers le haut du voisinage de la périphérie extérieure de la plaque de fond, la plaque latérale intérieure 46, qui part vers le haut du voisinage de la périphérie intérieure de la plaque de fond et la plaque supérieure 47 et qui a des rebords périphériques 48 et vers l'intérieur 49 s'étendant vers l'extérieur.. Les plaques latérales extérieure 45 et inté-10 rieure 46 sont fixées à la plaque de fond 44 par soudure des o.rganes entre eux, pour constituer des joints étanches aux gaz. Des auges annulaires 50 et 51 d'enveloppe, voisines respectivement des périphéries supérieures extérieure et intérieure.; sont partiellement incluses dans le socle réfractaire 16. Ces auges 50 et 51 contiennent une masse de produit d'étanchéité 15 52, tel du plomb, qui est liquéfié aux températures de fonctionnement du four. Un rebord extérieur 48 de plaque supérieure est immergé vers le bas dans le produit d'étanchéité 52 de l'auge 50 extérieure d'enveloppe, et le rebord 49 intérieur de plaque supérieure pénètre vers le bas dans le produit d'étanchéité 52 contenu dans l'auge intérieure 51 d'enveloppe ; un 20 joint étanche aux gaz est ainsi réalisé entre la plaque supérieure 47 et les auges 50 et 51. Comme indiqué en détail sur la figure 4, la plaque extérieure 45 latérale d'enveloppe est assemblée à l'auge extérieure 50 d'enveloppe par une soudure 53, qui réalise un joint étanche au gaz. Cette soudure entre une auge et une plaque latérale est remplacée dans le cas de 25 la figure 5 par une variante de réalisation qui va être décrite en détail. La plaque 46 latérale intérieure d'enveloppe est munie, au voisinage de sa partie supérieure, d'un rebord 54 replié vers l'intérieur et le bas de l'enveloppe est immergé dans le produit d'étanchéité 52 de l'auge intérieure 51 d'enveloppe, assurant ainsi un joint étanche aux gaz entre la plaque latérale 30 46 et l'auge intérieure 51. Les conduits d'admission 55 et d'échappement 56 de l'enveloppe traversent des côtés opposés de l'enveloppe et la plaque de fond 44 pour pénétrer dans la chambre 60 d'enveloppe et à travers le socle réfractaire 16 vers un canal 57 ménagé en cercle au sommet du socle 16, auprès du côté intérieur de la plaque supérieure 47. Un gaz neutre d'étanchéité, tel 35 que l'hydrogène, est amené dans le canal 57 de la chambre 60 d'enveloppe, à travers le conduit d'admission 55 d'enveloppe, à une pression supérieure à celle de l'atmosphère gazeuse en circulation dans la chambre de réchauffement 13» Ce gaz d'étanchéité s'écoule à travers le canal 57 du sommet de socle 16, la chambre d'enveloppe 60 sous pression, et en est évacué par le conduit 56. 70 00746 2033234 Ainsi, lorsqu'une défaillance quelconque apparaît dans l'un des organes, joints ou organes d'étanchéité de l'enveloppe 17 d'embase, un gaz d'étanchéité neutre s'échappe de la chambre d'enveloppe^ Du fait de la pression plus élevée de ce gaz d'étanchéité, il ne se produit pas d'infiltration 5 depuis l'atmosphère réactive gazeuse de la chambre de réchauffement, vers l'enveloppe, ou à travers celle-ci vers la zcne inférieure de l'embase. Les diverses caractéristiques décrites ci-dessus contribuent à réaliser un four qui est supérieur en de nombreux points à ceux actuellement connus. La situation des conduits d'alimentation et d'échappement d'atmos-10 phère gazeuse dans l'auge périphérique 15 d'embase, et les modifications apportées au couvercle intérieur, pour recevoir ces conduits;, constituent un perfectionnement considérable. Ces conduits sont alors situés en un point qui est sensiblement plus froid que le voisinage de la plaque supérieure d'enveloppe et ainsi ils ne sont pas exposés aux contractions et 15 dilatations considérables qui apparaissent dans les dispositifs antérieurs et qui entraînent leur rupture. Il est évident que d'autres tuyaux et conduits, tels que ceux utilisés pour les thermocouples, peuvent de plus être amenés dans le four, à travers l'auge périphérique 15 d'embase, de manière que ces conduits et tuyaux soient nettement répartis autour de la périphérie 20 de l'embase au lieu d'encombrer la zone comprise sous l'enveloppe d'embase. Une embase existante peut être facilement modifiée pour placer les .raccordements d'admission et d'échappement de gaz dans une auge périphérique d'embase et un couvercle intérieur amovible peut être adapté à l'équipement et comprendre des ouvertures d'admission 34 et d'échapp'ement 35 de gaz et les 25 enceintes associées respectives. Un nouveau couvercle intérieur peut être réalisé avec un diamètre suffisamment grand'pour que son extrémité inférieure soit immergée dans l'auge périphérique d'embase, dans l'espace compris entre la paroi latérale extérieure 28 d'auge et les conduits d'admission 31 et de décharge 32. Un agencement d'enveloppe 17 d'embase, destiné à incorporer une 30 plaque supérieure 47 à rebcrds périphériques 43 et 49 immergés par leur partie basse dans le produit d'étanchéité 52 des auges 50 et 51, respectivement , la plaque supérieure peut alors se dilater et se contracter librement pendant le fonctionnement du fcur. L'élimination des joints soudés utilisés dans les fcurs-cloches antérieurs, entre la plaque supérieure d'enveloppe d'embase, et 35 les plaques latérales, facilite le problème d'entretien de ces joints, Lorsque le remplacement de la plaque supérieure d'enveloppe est nécessaire, une plaque de rechange peut être installée avec un minimum de temps et de main d'oeuvre. Cette caractéristique est en elle-même un perfectionnement considérable en raison des frais élevés de temps, de mam-d1 oeuvre et de matières qui sont 40 nécessaires pour reconstruire les embases cîe four de type antérieur. 70 00746 7 2033234 REVENDICATIONS 1 - Four-cloche caractérisé par une embase et un couvercle amovible délimitant une chambre de réchauffement dans laquelle un gaz d'ambiance est mis en circulation et comprenant une auge périphérique entourant l'embase, un dispositif traversant ladite auge pour introduire ledit" gaz d'ambiance 5 dans ladite chambre de réchauffement et un dispositif traversant ladite auge pour évacuer ledit gaz à partir de la chambre,, une structure amovible de paroi latérale de couvercle, dont la partie d'extrémité inférieure pénètre vers le bas dans ladite auge périphérique d'embase et un élément disposé dans ladite auge pour réaliser l'étanchéité entre ladite partie d'extrémité infé-10 rieure de ladite structure de paroi latérale et ladite auge pour éviter des fuites dudit gaz à partir de ladite chambre de réchauffement. 2 - Four selon la revendication 1, caractérisé de plus en ce que ladite auge périphérique d'embase comporte des parois de fond et latérales extérieure et intérieure et un dispositif traversant le fond de ladite auge 15 pour introduire un gaz d'ambiance dans ladite chambre de réchauffement et un dispositif traversant également le fond de ladite auge, pour évacuer ledit gaz d'ambiance à partir de ladite chambre de réchauffement. 3 - Four selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé de plus en ce que lesdits dispositifs d'introduction et d'évacuation de gaz 20 d'ambiance sont écartés de ladite paroi extérieure latérale d'auge. 4 - Four selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé de plus en ce que ladite structure de paroi latérale de couvercle amovible comporte deux ouvertures voisines de l'extrémité inférieure et des dispositifs de fermeture entourant au moins les parties de sommet et latérales 25 de chaque ouverture, chacune-desdites fermetures s'étendant vers l'extérieur à partir de ladite structure de paroi latérale de couvercle amovible et, vers le bas, dans ladite auge en dessous de la surface dudit élément d'étanchéité contenu. 5 - Four selon la revendication 4, caractérisé de plus en ce que 30 ladite structure de paroi latérale de couvercle amovible comporte un troisième dispositif de fermeture sur sa surface intérieure et entourant les parties de fond et latérales de l'une desdites deux ouvertures, ce troisième dispositif de fermeture ayant une extrémité supérieure ouverte. 6 - Four selon la revendication 5, caractérisé de plus en ce que 35 ladite extrémité supérieure ouverte de dispositif de fermeture est à un niveau au moins égal à celui du sommet de l'embase dudit four. 70 00746 e 2033234 7 ~ Four-cloche caractérisé en ce qu'il comporte une embase et un couvercle amovible délimitant une chambre de réchauffement dans laquelle un gaz d'ambiance est mis en circulation et qui comprend une envëloppe d'embase constituée par une plaque latérale périphérique extérieure, une plaque, laté- 5 raie périphérique intérieure et une auge périphérique extérieure,voisines de l'extrémité supérieure de ladite plaque latérale périphérique extérieure, un élément pour assurer l'étanchéité entre ladite auge périphérique extérieure et ladite plaque latérale de périphérie extérieure, une auge périphérique intérieure, voisine de ladite extrémité supérieure de ladite plaque 10 latérale de périphérie intérieure, un élémént assurant l'étanchéité entre ladite auge périphérique intérieure et ladite plaque latérale périphérique intérieure et une plaque supérieure ayant un rebord périphérique extérieur s'étendant vers le bas dans ladite auge périphérique extérieure d'enveloppe d'embase et un rebord périphérique intérieur s'étendant vers le bas dans 15 ladite auge périphérique intérieure d'enveloppe d'embase, un élément étant contenu dans lesdites augeé périphériques extérieure et intérieure d'enveloppe d'embase, afin d'assurer l'étanchéité entre ladite partie de rebord périphérique extérieur de plaque supérieure et ladite auge périphérique extérieure d'enveloppe et entre ladite partie de rebord périphérique inté-20 rieur de plaque supérieure et ladite auge périphérique intérieure d'enveloppe. 8 - Four selon la revendication 7, caractérisé de plus en ce qu'au moins l'un des éléments assurant l'étanchéité entre ladite auge périphérique extérieure et ladite plaque latérale périphérique extérieure et entre ladite auge périphérique intérieure et ladite plaque latérale périphérique intérieure 25 est une soudure. 9 - Four selon la revendication 7, caractérisé de plus en ce que l'un au moins desdits éléments, assurant l'étanchéité entre, ladite auge périphérique extérieure et ladite plaque latérale périphérique extérieure et entre ladite auge périphérique intérieure et ladite plaque latérale périphérique 30 intérieure est un rebord s'étendant à partir de l'extrémité supérieure de l'une desdites plaques latérales vers le bas dans ladite auge périphérique voisine. 10 - Four selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé de plus en ce que ladite enveloppe d'embase comprend une plaque de fond qui s'étend entre lesdites plaques latérales périphériques extérieure 35 et intérieure et un socle réfractaire qui est enfermé dans ladite enveloppe. 70 00746 9 2033234 11 - Four selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé de plus en ce que lesdits éléments d'étanchéité desdites auges périphériques extérieure et intérieure d'enveloppe est liquide aux températures de fonctionnement du four. 12 - Four selon la revendication 11, caractérisé de plus en ce que lesdits éléments d'étanchéité liquides aux températures de fonctionnement sont constitués par du plomb.