Brevet FR2426877A1 — publié le 19791221

La présente invention concerne un four à vide comportant un dispositif de trempe en lit fluidité incorporé. Elle s'applique à tous traitements thermiques suivis d'une opération de trempe, utilisés notamment pour la réalisation d 'outillages. On sait que les traitements thermiques réalisés sous vide présentent de nombreux avantages, tant en ce qui concerne la qualité des produits obtenus que le confort d'utilisation qu'ils procurent. Le vide est une atmosphère de grande pureté, qui peut etre véritablement considérée comme une atmosphère protectrice. Dans certains cas particuliers, il joue un rôle actif sur le produit traité, qu'il ne se contente pas simplement de protéger de l'oxydation provoquée par l'air. Il permet, par exemple, de dégazer le produit, et d'améliorer ainsi certaines de ces caractéristiques. Dans le traitement thermique traditionnel tel qu'il est connu, en mécanique par exemple, l'opération de chauffage doit nécessairement etre suivie d'une ou plusieurs opérations de refroidissement partiel ou total, qui nécessitent l'évacuation rapide de calories emmagasinées dans la charge. Ces opérations sont réalisées par immersion brutale dans un fluide qui peut etre un gaz, un liquide, ou, dans le cas présent, des particules très fines à l'état fluidisé. Dans tous les cas, chacun de ces procédés nécessite l'association au four d'un dispositif qui va permettre l'évacuation de ces calories. Le dispositif assurant la trempe au gaz présente la particularité de pouvoir, dans la mesure où le gaz choisi est compatible, etre incorporé directement dans le four. C'est le dispositif connu sous le nom de convection forcée. Le four à vide est rempli de gaz neutre, argon ou azote, au moment où l'on désire réaliser la trempe, puis, par un système de turbine à fort débit, il est recyclé à grande vitesse entre la charge et un échangeur de chaleur refroidi par un circuit dteau. La faible densité des gaz nécessite des débits considérables, si l'on désire obtenir un refroidissement brutal. On remédie partiellement à cette difficulté par une mise en pression de l'ordre de quelques bars. Dans tous les cas, on se contente de traiter des charges relativement légères et divisées, et, dans certains cas, I'on constate des inhomogénéités de trempe, dues en particulier à la répartition de l'écoulement gazeux. Les procédés et dispositifs de trempe par des liquides utilisent soit de l'eau, des huiles, soit encore des bains de sels, lorsque l'on désire opérer des arrets de trempe à des températures de plusieurs centaines de degrés centigrades. Le principal inconvénient de ces milieux de trempe, lorsqu'ils sont associés à un four à vide, est qu'ils forment, au moment de la trempe, des vapeurs qui polluent les éléments constitutifs du four. Ils présentent, d'autre part, de nombreuses limitations d'emploi, par leur inaptitude à travailler dans une large gamme de températures. Le lit fluidisé employé pour les opérations de trempe constitue un milieu à fort coëfficient d'échange, puisqu'il peut etre comparé à un bac de trempe à bain de sels. Dans ce système, les particules inertes sont fluidisées par un gaz neutre, de telle sorte que les charges ne subissent pas d'altération lors de l'immersion. Un autre avantage inhérent à ce système est qu 'il peut fonctionner a' toute température, de telle sorte que l'ensemble des opérations de trempe peut etre réalisé de la température ambiante jusqu'à 500, ou meme 7500C. La présente invention met en oeuvre un tel système dans une installation conçue de façon à pouvoir réaliser un grand nombre de types de traitements thermiques à partir d'un four à vide pouvant également fonctionner sous atmosphère neutre ou réductrice. Les difficultés de ce type d'installation résident dans le mécanisme de transfert et dans les vannes d'isolement. L'installation selon l'invention, telle qu'elle est conçue, se propose d'éliminer ces inconvénients. L'invention concerne, en conséquence, une installation de traitement thermique sous vide avec dispositif de trempe incorporé, notamment en lit fluidisé, comportant un four sous vide et une enceinte de trempe à lit fluidisé (pour des usages particuliers, le lit fluidisé peut etre remplacé par tout autre milieu de trempe adéquat), et elle caractérisée en ce qu'elle comporte une chambre de transfert pouvant etre mise alternativement en communication avec le four sous vide et avec l'enceinte de trempe, par la partie supérieure de chacun d'eux, un système de transfert de la charge à traiter, pour assurer son passage alternativement du four sous vide à l'enceinte de trempe, èt un couvercle étanche, solidaire du système de transfert et mobile avec lui, venant obturer alternativement le four sous vide et l'enceinte de trempe à lit fluidisé, lorsque l'un ou l'autre est en service. Selon une caractéristique qde cette invention, le four sous vide comporte à sa base un organe d'obturation muni d'une sole mobile permettant l'introduction de la charge. Cet organe d'obturation est pourvu, de préférence, d'un échangeur de chaleur refroidi par eau, auquel est associée une turbine de recyclage. Selon encore une autre caractéristique de cette invention, la charge est disposée dans un panier servant à l'ensemble des opérations d'un cycle de traitement, ou elle est accrochée directement aux moyens existants. Selon l'invention, le système de transfert comprend un arbre vertical principal, situé à égale distance des axes du four sous vide et de l'enceinte de trempe à lit fluidisé, et qui est animé d'un mouvement vertical de translation et d'un mouvement angulaire de rotation, cet arbre principal étant pourvu d'un bras porteur terminé par un axe refroidi par eau, portant le couvercle de fermeture et les moyens d'accrochage de la charge. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés, qui en illustrent un exemple de réalisation non limitatif. Sur les dessins - la Figure 1 est une vue schématique en élévation et coupe partielle d'une installation selon l'invention; ; et, - la Figure 2 est une vue en plan de l'installation montrant le système de couvercle. En se référant à la Figure 1, on voit que l'installation comprend les éléments principaux suivants - une enceinte sous vide 10, constituant le four à vide proprement dit - une chambre de transfert 12, pour faire passer la charge à traiter de l'en- ceinte sous vide à l'enceinte dans laquelle s'effectue la trempe en lit fluidisé - une enceinte à lit fluidisé 14, et, - un couvercle auxiliaire de fermeture du four 40 et son bras de manoeuvre. Le four à vide 10 est disposé verticalement, et il est chauffé par des résistances chauffantes 16 en graphite ou en molybdène. I1 comporte des écrans thermiques latéraux fixes 18, et des écrans thermiques supérieurs mobiles 20. On prévoit un groupe de pompage classique en haut vide, pour assurer le maintien d'une pression convenable dans le four pendant toute la durée d'utilisation. Une turbine de recyclage 22, associée à un échangeur de chaleur refroidi par eau 24, est incorporée dans un organe d' obturation du fond de l'enceinte sous vide. Cet organe d'obturation 26 est muni d'une sole 28, utilisée, lorsqu'on pose la charge, pour effectuer une opération où le produit est chauffé et refroidi dans le four. L'introduction du produit s'effectue alors par déplacement vertical vers le bas de l'organe d'obturation 26, comme décrit plus loin. Le lit fluidisé 14 est disposé symétriquement par rapportà l'axe principal de l'installation. II est prévu pour pouvoir être mis sous vide à certains moments du cycle opérationnel. Le système de transfert comprend un arbre principal vertical 30, situé à egale distance des axes de chacune des enceintes 10 et 14. Cet arbre 3(i porteur est animé d'un mouvement vertical de translation et d'un mouvement angulaire de rotation, et il est pourvu d'un bras -porteur 32, terminé par un axe refroidi par eau 34 portant un couvercle 36 et supportant les moyens d'accrochage du panier 38 contenant la charge. Le couvercle 36 est conçu de façon à obturer, de manière étanche, soit le four sous vide 10, soit l'enceinte de trempe à lit fluidisé 14. On remplace ainsi les vannes classiques à passage total, compliquées et coûteuses, par un simple couvercle 36, solidaire du système de transfert et mobiles avec lui. Cette disposition selon l'invention, outre l'intéret évident qu'elle présente sur le plan économique, est particulièrement intéressante en raison de la suppression des mécanismes habituels auxdites vannes, notamment en présence éventuelle de fines particules pouvant être issues du lit fluidisé. Les séquences du cycle opérationnel décrit ci-après nécessitent un second couvercle, venant remplacer le précédent, de telle sorte que le four soit isolé lors de Ia fluidisation, le premier couvercle 38 se trouvant à l'autre poste de traitement. On décrira maintenant, de façon schématique, le fonctionnement de l'installation selon l'invention. A - Cycle avec transfert de charge, chargement par la sole élévatrice 26 Position initiale - four froid à la pression atmosphérique; - axe porteur 34 dans le four - four isolé par le plateau mobile 20, couvercle 36 verrouillé - sole élévatrice en position basse ; - lit fluidisé 14 en position de trempe, assemblé sur la chambre de trans fert 12. 1- - Introduction - pose de la charge sur la sole - fermeture du four , par élévation et verrouillage de la sole élé varice - en fin de course, mise en place du verrouillage panier 38/axe porte charge 34. 2 - Chauffe - mise en vide du four - mise en température programmée - mesure de la température au centre de la charge, par un thermo couple disposé dans l'axe porteur. 3"- Transfert - avant l'ouverture du four : mise en vide ou sous atmosphère de la chambre de transfert 12 et du lit fluidisé 14; - déverrouillage du couvercle 36 - élévation jusqu'en position haute, la charge étant entièrement dans la chambre de transfert 12 - rotation, en position haute, de l'arbre principal 30 - pose du couvercle auxiliaire 40 (Fig. 2), et fermeture du four - fluidisation du lit - trempe (immersion dans le lit fluidisé 14, ou le moyen de trempe choisi); - décrochage de la charge dans le lit fluidisé - désolidarisation du lit et de la chambre de transfert; - évacuation vers un autre poste extérieur à l'installation, avec pot de refroidissement en water-jacket sous gaz neutre. Simultanément - isolement du groupe de pompage sur le four - introduction de gaz neutre, et refroidissement accéléré du four. Dans ce poste, la charge est vibrée pour permettre la récupération des particules entraînées par elle. B - Cycle avec transfert de charge, chargement par le poste de trempe. Cette disposition permet d'éliminer la sole élévatrice du four. Position initiale - four froid à la pression atmosphérique - axe porteur position basse au poste de trempe ; - four fermé à la base (sole élévatrice supprimée) - lit fluidisé déplacé en poste annexe. I - Introduction - accrochage du panier porte charge à l'axe de transfert - élévation en position haute du mécanisme de transfert - rotation; - descente de la charge dans le four - verrouillage du couvercle, 2 Chauffe: - mêmes opérations que dans le cas A. 3 - Transfert Préalablement: - positionnement du lit fluidisé au poste de trempe. Ensuite - memes opérations que dans le cas A. C - En variante, on peut obtenir, par l'adjonction d'un second couvercle auxi liaire intéressant le poste de trempe, un fonctionnement en four à sas semi-continu. Le cycle serait dans ce cas Position préalable - four chaud, sous vide, isolé de la chambre de transfert par le couvercle auxiliaire ; - axe de chargement au poste trempe position basse. 1 - Chargement Accrochage de la charge comme dans le cas B. - introduction de la charge dans la chambre de transfert, par éléva tion du mécanisme - fermeture de l'orifice trempe par le second couvercle auxiliaire - pompage et mise sous vide de la chambre de transfert; - ouverture du four, et dégagement du couvercle auxiliaire corres pondant; - rotation dans l'axe du four de la charge, et introduction par des cente du mécanisme. Les opérations, en fin de chauffe, s'effectuent en sens inverse avec l'en semble des possibilités énumérées aux cas A et B précédents. Bien entendu, cette invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit et représenté, mais elle en englobe toutes les variantes. REVENDICArII ONS I - Installation de traitement thermique sous vide, avec dispositif de trempe incorporé, notamment en lit fluidisé, comportant un four sous vide et une enceinte de trempe à lit fluidisé ou tout autre milieu de trempe, caractérisée en ce qu'elle comporte une chambre de transfert à la partie supérieure, pouvant etre mise alternativement en communication avec l'ouverture supérieure du four sous vide et avec l'enceinte de trempe, un système de transfert de la charge à traiter pour assurer son passage alternativement du four sous vide à l'enceinte de trempe, et un couvercle étanche solidaire du système de transfert et mobile avec lui, venant obturer alternativement le four sous vide et llen- ceinte de trempe à lit fluidisé, lorsque l'un ou l'autre est en service 2 - Installation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la charge est disposée dans un panier servant à l'ensemble des opérations d'un cycle de traitement. 3 - Installation selon l'une des revendications I ou 2, caractérisée en ce que la charge est suspendue de la meme manière que ledit panier 4 - Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce quelle four sous vide comporte, à sa base, un organe dlobtura- tion muni d'une sole mobile permettant l'introduction de la charge. 5 - Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit organe d'obturation est pourvu d'un échangeur de chaleur refroidi par eau, auquel est associée une turbine de recyclage. 6 - Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la charge est introduite par le poste de trempe, l'enceinte de trempe étant alors dégagée dans une position annexe. 7 - Installation selon l'une quelconque des revendications I à 6, caracté risée en ce que le système de transfert comprend un arbre vertical principal, situé à égale distance des axes du four sous vide et de Ilenceinte de trempe, et qui est animé d'un mouvement vertical de translation et d'un mouvement angulaire de rotation, cet arbre principal étant muni d'un bras porteur terminé par un axe refroidi par eau, qui porte le couvercle de fermeture et les moyens d'accrochage de la charge. 8 - Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit organe d'obturation comporte une sole sur laquelle peut êtreposée la charge. 9 - Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée par le fait que l'enceinte de trempe en lit fluidisé peut etre utilisée à des températures pouvant atteindre environ 750"C.