Brevet FR2182053A1 — publié le 19731207

L'invention concerne les fours continus pour la cémentation de pièces de petites et moyennes dimensions. On connaRt des fours continus dans lesquels on dispose les pièces à cémenter dans des récipients en forme de paniers que l'on fait courir sur des guides horizontaux passant à l'intérieur du four, au moyen d'organes de poussée appropriés. Nécessairement, les paniers et les guides doivent être construits en matière spéciale, par exemple en acier inoxydable, pour résister à l'atmosphère particulière du milieu où ils fonctionnent. On connaRt aussi des fours continus de cémentation où l'amenée des pièces à cémenter s'effectue au moyen d'une vis d'Archimède. On connaît aussi d'autres systèmes d'alimentation comme ceux à-tapis dans lesquels les pièces sont transportées par une grille métallique en acier inoxydable. Les conditions particulières de milieu, les sauts brusques de température, les sollicitations thermomécaniques et les frottements auxquels sont soumis aussi bien les récipients que les organes coopérant à l'alimentation du four sont les causes principales de détériorations rapides et par conséquent, de remplacements inévitables des éléments. Le remplacement périodique de ces éléments du four se traduit par un coft élevé du fonctionnement. D'autre part, les fours de cémentation, en vertu de leur conception et du long temps de séjour des pièces à la température, nécessaire pour que l'enrichissement en carbone ait lieu, présentent un encombrement notable, spécialement en longueur par exemple, pour une production horaire de 100 Kgs de pièces moyennes et petites, on utilise des fours qui atteignent 15 m de longueur, 6m de largeur et 4m de hauteur. Le cotit élevé de fonctionnement de ces fours rend donc onéreuse la construction de pièces d'acier cémenté, bien que ce type d'acier ait à l'origine un prix plus bas que l'acier du type "entièrement trempé" : le coût élevé de la cémentation contribue à limiter l'utilisation de ce type d'acier, alors mEme que ses caractéristiques physico-mécaniques l'auraient fait pré férer à l'acier "entièrement trempé. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients en réalisant un four continu de cémentation qui soit d'exécution simple et de montage facile, qui ait un coût de fonctionnement très bas et dans lequel l'usure et la détérioration des éléments soient réduites au minimum de façon qu'ils n'aient pas besoin d'être remplacés fréquemment. Un autre but est de réaliser un four de cémentation du type susdit dans lequel toutes les opérations de chargement et de déchargement des pièces puissent être effectuées en un cycle automatique de manière à réduire l'emploi de main d'oeuvre. Un autre but est de réaliser un four de cémentation du type susdit qui ne nécessite pas la présence, à l'intérieur du four, d'organes de poussée propres à assurer l'avance des pièces de manière à réduire les frais d'installation et ceux de fonc tionnement. Un autre but est de réaliser un four du type susdit qui présente un encombrement total très réduit à égalité de production et de qualité des pièces cémentées. La caractéristique principale du four de cémentation selon l'invention réside dans le fait qu'il comprend une chambre inclinée muni de conduits d'admission et d'échappement du gaz de cémentation et dont la sole est munie de guides longitudinaux fixes le long desquels roulent par gravité de multiples récipients cylindriques remplis, pour une partie de leur volume, des pièces à cémenter. La chambre du four est munie de deux ouvertures latérales protégées par es volets mobiles dont l'un, situé à l'endroit de l'extrémité la plus basse du four, sert à l'évacuation transversale des récipients et dont l'autre, situé à l'endroit de l'ex- trémité la plus haute du four, sert à l'introduction de ces récipients.Le four est en outre muni de moyens permettant d'arrêter ou de permettre le roulement des récipients à l'intérieur du four, de moyens permettant d'isoler la chambre du four de l'ouverture supérieure d'évacuation, de moyens permettant d'accompagner la descente des récipients le long des guides inté rieurs et de les faire avancer d'un pas, de moyens permettant d'extraire latéralement du four chacun des récipients, de moyens permettant d'introduire latéralement les récipients avec les nouvelles pièces à cémenter, et de moyens extérieurs permettant de prélever un par un les récipients extraits du four, d'en renverser le contenu dans une cuve de refroidissement, de les remplir de nouvelles pièces et de les transférer de la zone située en face de l'ouverture d'évacuation à une zone située en face de l'ouverture d'introduction. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront au cours de la description détaillée ci-après qui se réfère aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : La figure 1 est une vue latérale schématique en élévation d'un four de cémentation selon l'invention La figure 2 est une vue frontale en élévation La figure 3 est une vue schématique en plan La figure 4 est une coupe longitudinale suivant la ligne IV-IV de la figure 3 La figure 5 est une autre coupe longitudinale suivant la ligne V-V de la figure 4 Les figures 6 et 7 sont deux coupes transversales, respectivement suivant les lignes VI-VI et VII-VII de la figure 5, et Les figures 8, 9, 10, 11, 12, 13 et 14 sont des coupes schématiques partielles illustrant les différentes phases du cycle de fonctionnement du four. Le four de cémentation selon l'invention comprend un corps principal 1 revêtu intérieurement de matiere réfractaire et muni le long des deux surfaces principales dé la sole et du ciel, d'élémentsde chauffage 3 de type connu. Le corps 1 du four est soutenu par un bâti 2 qui le maintient en position inclinée relativement au plan horizontal. Le long de la sole de la chambre intérieure du four sont disposés deux guides longitudinaux parallèles 4 à l'extérieur desquels sont disposés deux autres guides longitudinaux parallèles 5, placé plus haut que les premiers. Sur les guides les plus bas 4 roulent de multiples récipients cylindriques 6 à extrémités amincies symétriquement, contenant les pièces à cémenter. Chaque récipient est fermé à une extrémité par une plaque perforée 7 tandis qu'à 11 extrémité opposée est située une ouverture 8 de chargement et de déchargement (voir figure 7). Chaque récipient est rempli à un tiers de son volume des pièces à cémenter qui, par suite du roulement du récipient le long des guides, subissent un brassage énergique qui améliore la cémentation. Dans la chambre principale du four débouchent de multiples conduits transversaux 9, reliés à un collecteur extérieur 10 et conçus pour introduire le gaz de cémentation dans la chambre chaque conduit 9 est disposé de manière à être aligné sur l'em bouchure de chargement 8 d'un récipient 6 de sorte qu'il s'effectue une insufflation directe du gaz de cémentation à l'intérieur des récipients. De multiples conduits d'échappement 11 sont situés, dans l'alignement des conduits d'amenée de gaz 9, sur la paroi opposée du four de manière à amener à l'extérieur le gaz de cémentation ; les conduits d'échappement 17 se raccordent à un collecteur extérieur 12. Les deux séries de conduits 9, 11 sont munis de valves qui permettent de régler la pression du gaz à l'intérieur du four. A l'endroit de l'extrémité la plus basse du four est disposé axialement un organe mobile d'arrêt 13 qui est actionné par un cylindre à pression de fluide extérieur 14 et a pour rôle d'arrêter la rangée de récipients cylindriques 6 et de lui permettre d'avancer d'un pas à chaque cycle de fonctionnement. Les récipients sont en outre arrêtées par un organe supérieur d'arrêt 15 actionné par un cylindre extérieur à pression de fluide 16 et conçu pour agir sur le deuxième récipient de la file, 6a. A l'endroit de l'extrémité la plus basse du four est disposée une ouverture latérale d'évacuation 17 fermée par un volet 18 mobile verticalement commandé par un cylindre extérieur à pression de fluide 19. h l'endroit de l'extrémité la plus haute du four est située une autre ouverture latérale d'introduction 20, fermée par un volet coulissant analogue 21 commandé par un cylindre à pression de fluide 22. Près des deux ouvertures d'introduction et d'évacuation sont disposés à l'extérieur deux groupes de brûleurs 41 servant à assurer la combustion des gaz éventuellement échappés du four. La cavité du four qui est adjacente à l'ouverture-d'in- troduction 20 peut être séparée de la chambre de cémentation proprement dite par un volet transversal 23 commandé par un cylindre extérieur à pression de fluide 24. Dans l'alignement de l'ouverture inférieure latérale d'évacuation 17 est situé un organe transversal de poussée 25, commandé par un cylindre extérieur à pression de fluide 26 et conçu pour pousser hors du four le premier récipient de la rangée comme on l'expliquera plus loin. A l'extérieur du four est disposé un organe de transfert des différents récipients, constitué par une gaine tubulaire 27 convenablement calorifugée de manière à réduire la dispersion de chaleur et présentant à une extrémité une grande ouverture évasée 27a qui permet l'introduction des récipients et à l'extré- mité opposée une ouverture de diamètre réduit 27b. Près de l'ouverture évasée 27a est disposé transversalement un verrou coulissant 28, actionné par un cylindre à pression de fluide 29 et conçu pour bloquer le récipient à l'intérieur de la gaine aux phases de renversement et de transfert. La gaine 27 est munie de pivots transversaux diamétralement opposés 33, montés de manière à pouvoir tourner dans deux supports 32 portés par un bti 30 qui se déplace sur des guides longitudinaux 31 situés sur le c8té du four et ayant la même inclinaison que le four lui-même. Sur l'un des pivots 33 est calé un secteur denté 34 coopérant avec un pignon denté 35 actionné par un moteur électrique 36 qui détermine l'oscillation dans les deux sens de la gaine 27 ou du récipient logé dans celle-ci. Dans l'alignement de l'ouverture latérale d'introduction 20 du four est situé, au-delà des guides 31 de coulissement de la gaine 27, un autre.organe de poussée 39 actionnée par un cylindre à pression de fluide 40 et conçu pour pousser les réci pients à l'intérieur du four à la phase d'introduction. En dessous du four, à l'endroit de son extrémité la plus basse, est disposée une cuve de refroidissement dans laquelle on fait tomber les pièces cémentées. Au-dessus de la cuve 37 et du four est située une trémie 38 servant à l'amenée des nouvelles pièces à cémenter. Le fonctionnement du four décrit est le suivant On suppose que toute la chambre du four, comme l'illustre la figure 4, est occupée par un nombre fixé à l'avance de récipients et que les pièces portées par ceux-ci se trouvent à la phase de cémentation. La cloison transversale supérieure 23 est abaissée et l'organe supérieur d'arrêt 15 est abaissé aussi de manière à agir sur le deuxième récipient 6a de la rangée ; le premier récipient 6 rencontre la résistance de l'organe axial d'arrêt 13 situé à l'avant. Tous les volets sont fermés et le four fonctionne normalement. Lorsqu'on doit décharger le premier récipient de la rangée 6 parce que les pièces qu'il contient ont atteint le degré voulu de cémentation, on rétracte le cylindre 14 de l'organe antérieur d'arrêt 13 et on détermine l'avance par roulement suivant la flèche A du premier récipient 6 qui vient s'aligner sur l'ouverture inférieure de décharge 17, étant soutenu par une console 4a située dans le même plan que les guides porteurs 4 comme le montre la figure 8. Tous les autres récipients sont arrêtés par l'organe supérieur d'arrêt 15 qui se trouve en position abaissée. A ce moment, on ouvre le volet latéral inférieur 18 et on actionne le cylindre 26 du poussoir latéral 25 qui, comme le montre la figure 9, en se déplaçant suivant la flèche B, pousse hors du four le premier récipient 6, après quoi le poussoir 25 se retire et on referme le volet 18. Le récipient se trouve alors logé à l'intérieur de la gaine tubulaire 27 qui avait été amenée dans l'alignement de l'ouverture d'évacuation 17. Le récipient 6 est ensuite bloqué à l'intérieur de la gai ne 27 au moyen du verrou transversal 28 et ensuite, comme le montre la figure 10, on actionne le mo-teur électrique 36 qui fait tourner la gaine 27 dans le sens des aiguilles d'une montre relativement au dessin, suivant la flèche C, de manière à faire tomber les pièces cémentées à l'intérieur de la cuve de refroidissement 37. Cette phase d'évacuation étant achevée, on fait basculer la gaine et le récipient en sens inverse des aiguilles d'une montre, suivant.la flèche D de la figure 11, ce qui permet de remplir partiellement le récipient de nouvelles pièces à cémenter, amenées par la trémie supérieure 38. Après cette phase, on ramène la gaine mobile 27 et le récipient en position horizontale et tout le bâti mobile 30 qui supporte la gaine remonte le long des guides inclinés 31, amenant le récipient ainsi rempli dans l'alignement de l'ouverture supérieure d'introduction 20 du four, comme le montre la figure 12. A ce moment, on ouvre le volet d'introduction 21, on retire le verrou de blocage 28 et on actionne l'organe latéral supérieur de poussée 39 qui pousse le récipient chargé à l'intérieur du four suivant la flèche E, le faisant frotter sur une console supérieure 4b située dans le même plan que les guides centraux 4 comme le montre la figure 13. Pendant la phase d'introduction, le volet transversal supérieur 23 doit être abaissé pour éviter des pertes de chaleur. Ainsi s'effectue l'introduction du récipient chargé 6 à la partie supérieure du four, après quoi le poussoir 39 se retire et on referme le volet d'introduction 21, isolant la chambre intérieure du four. Ensuite, on soulève le volet transversal supérieur 23, ce qui permet au récipient 6 qui vient d'être introduit d'entrer en contact avec le dernier récipient 6n de la rangée ; entre temps, l'organe d'arrêt inférieur 13 s'est déplacé en avant jusqu'à toucher le premier des récipients restants 6a. Aussitôt après, comme le montre la figure 14, l'organe d'arrêt supérieur 15 se soulève et l'organe inférieur 13 se ré tracte d'un pas, permettant à tous les récipients de se déplacer longitudinalement le long du four de façon que chacun de ceux-ci se place dans la position précédemment occupée par le récipient adjacent. Tout revient ainsi à l'état initial représenté par les figures 4 et 5. Pratiquement chaque récipient reste dans le four le temps prescrit, étant donné que les opérations d'évacuation et d'introduction sont espacées dans le temps de manière à assurer le séjour total nécessaire des pièces dans le four. Dans le four décrit, l'avance des récipients s'effectue par roulement et on évite donc les usures provoquées par les frottements entre récipients et guides fixes ; en outre, l'avance est obtenue par gravité, ce qui évite l'utilisation de moyens de poussée appropriés destinés à envoyer les récipients vers l'avant le long du four. La forme cylindrique des récipients qui roulent permet un degré plus élevé de remplissage des récipients, relativement à ceux qui sont connus, et la matière contenue dans ceux-ci est soumise à un brassage qui garantit l'uniformité de l'effet de cémentation. Le plus grand remplissage des récipients permet de mieux tirer parti du volume total du four et donc de réduire les dimensions à égalité de production : des essais pratiques effectués par la demanderesse ont montré que pour la fabrication de 100 kgs/h de pièces, le four selon l'invention pourra avoir une longueur de 5m, une largeur de 4m et une hauteur de 3m. Tout le cycle de fonctionnement d'introduction et d'évacuation pourra être automatisé grâce à des dispositifs de pro grammation de type connu, ce qui évite l'emploi de main d'oeuvre. Naturellement, sans toucher au principe de l'invention, on pourra varier largement les modes d'exécution et les détails de construction relativement à ce qui est décrit et représenté sans pour cela sortir du cadre de l'invention. Ainsi par exempie, les récipients peuvent être munis de trous sur toute leur surface, ce qui améliore la circulation du gaz dans leur cavité intérieure ; pour rendre plus active la circulation du gaz dans le four, ce dernier peut être muni de ventilateurs situés dans les parois latérales ou dans la sole. En outre, la chambre intérieure du four peut être subdivisée en compartiments à températures différenciées, ce qui donne des cycles thermiques particuliers. REVENDICATIONS 10 Four continu pour la cémentation de pièces de petites et moyennes dimensions, caractérisé par le fait qu'il comprend une chambre inclinée munie de conduits d'admission et d'é chappement du gaz de cémentation et dont la sole est munie de guides longitudinaux fixes le long desquels roulent par gravité de multiples récipients cylindriques remplis, pour une partie de leur volume, des pièces à cémenter. 20 Four selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la chambre inclinée est munie de deux ouvertures laté rales protégées par des volets mobiles dont l'un, situé près de l'extrémité la plus basse du four, sert à l'évacuation des récipients en direction transversale et dont l'autre, situé à l'endroit de l'extrémité la plus haute du four, sert à l'introduction de ces récipients en direction transversale. 30 Four selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il est muni de moyens permettant d'arrêter ou de permettre le roulement des récipients à l'intérieur du four, de moyens perméttant d'isoler la chambre du four de l'ouverture supérieure d'évacuation, de moyens permettant d'accompagner la descente des récipients le long des guides intérieurs et de les faire avancer d'un pas, de moyens per mettant d'extraire latéralement du four chacun des récipients de moyens permettant d'introduire latéralement les réci pients avec les nouvelles pièces à cémenter et de moyens extérieurs permettant de prélever un par un les récipients extraits du four, d'en renverser le contenu dans une cuve de refroidissement, de les remplir de nouvelles pièces et de les transférer de la zone située en face de l'ouverture d'évacuation à une zone située en face de l'ouverture d'in troduction. 40 Four selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque récipient pour pièces à cémenter est constitué par un corps tubulaire cylindrique à extrémités amincies symétriquement dont l'une est fermée par uneFlaque perfzéeet l'aeprésenteune ouverture de chargement ou de déchargement. 50 Four selon l'une des revendications 1 et 4, caractérisé par le fait que les récipients à pièces à cémenter sont remplis à un tiers de leur volume de sorte que les pièces subissent un brassage énergique par l'effet du roulement des récipients le long des guides de la chambre inclinée. 60 Four selon la revendication 1, caractérisé par le fait que sur les parois latérales opposées de la chambre inté rieure sont disposés les conduits tubulaires à l'admission et à l'échappement du gaz de cémentation, qui ont le même pas que les récipients, ces conduits étant disposés de ma nière à se trouver alignés transversalement sur les axes des récipients de façon telle que le gaz soit insufflé à l'inté rieur de ceux-ci. 70 Four selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les moyens extérieurs de mouvement des récipients sont constitués par une gaine cylindrique ouverte à une extré mité et munie, à l'extrémité ouverte, d'un verrou transver sal de blocage et d'une structure portant la gaine, pouvant coulisser sur des guides longitudinaux qui ont la même in clinaison que le four, la gaine étant montée de manière à pouvoir tourner autour d'un axe transversal à la structure porteuse et étant commandée par un moteur électrique qui en détermine les oscillations nécessaires pour amener le réci pient à la position renversée pour le déchargement des piè ces dans la cuve de refroidissement, à la position dressée pour le remplissage par une trémie d'alimentation située au-dessus et à la position horizontale pour l'introduction dans le four ou l'évacuation.