Brevet FR2447527A1 — publié le 19800822

La présente invention concerne un procédé et un dispositif destinés à améliorer les échanges thermiques dans les fours chauffés par des éléments rayonnants. On sait que, dans toutes les enceintes chauffées par corps radiants, notamment par résistances électriques, tubes radiants, brûleurs radiants, etc., la chaleur pénètre mal dans les charges divisées épaisses telles que, par exemple, des paniers de pièces métalliques, des empilages de pièces céramiques, etc., et, d'une façon générale, dans tous les cas où le facteur de forme ou le coëfficient d'éclairement des pièces à chauffer est très différent d'une pièce à une autre. Dans ces conditions, il faut s'affranchir des défauts des échanges par rayonnement en leur ajoutant le maximum d'échanges thermiques par convection, comme clest le cas pour un chauffage avec des brûleurs bien adaptés. On utilise en général, pour des fours à émetteurs radiants, des ventilateurs assurant une recirculation des gaz d'atmosphère du four pour améliorer les échanges thermiques. Ces ventilateurs présentent l'inconvénient de ne pas pouvoir fonctionner au-dessus d'une température maximale, qui limite celle des gaz recirculés. La présente invention se propose d'apporter un procédé et un dispositif améliorant les échanges thermiques, en ne faisant intervenir aucune pièce en contact avec les gaz chauds. A cet effet, l'invention concerne un procédé pour améliorer les échanges thermiques dans des fours chauffés par éléments rayonnants, caractérisé en ce qu'il consiste à créer des mouvements tourbillonnaires autour et en contact avec la charge du four, à l'aide de jets de gaz, par exemple de l'air, du gaz d'atmosphère, un gaz réducteur type HNX, un gaz inerte comme de l'azote, de la vapeur ou similaire, injecté sous pression, et de préférence préchauffé, entrainant le gaz d'atmosphère du four et balayant la zone où se situe la charge du four. Selon une caractéristique de l'invention, on extrait du four un volume de gaz d'atmosphère, en principe égal à celui injecté, qui est utilisé pour réchauffer le gaz comprimé injecté dans le four. Le dispositif selon l'invention pour la mise en oeuvre du procédé spécifié ci-dessus est caractérisé en ce qu'il comporte au moins un injecteur de gaz sous pression, de préférence préchauffé, pour créer ledit mouvement tourbillonnaire autour de la charge, le jet ainsi produit entraînant un très grand débit du gaz contenu dans le four, produisant ainsi l'effet de brassage désiré. Selon une caractéristique de ce dispositif, les injecteurs sont placés à des endroits tels que les jets sortant de ces injecteurs se développent dans des espaces suffisants pour que cet effet de brassage soit optimal, l'extraction du gaz d'atmosphère étant prévue en un lieu choisi de façon à ce que le balayage de la charge soit maximal. Selon une autre caractéristique de cette invention, le gaz injecté peut être différent du gaz d'atmosphère existant dans le four à un moment donné du cycle, pendant une période transitoire, dans le but de changer l'atmosphère du four pour effectuer un traitement spécifique de la charge. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après, en référence au dessin annexé, qui en illustre un exemple de réalisation non limitatif. La Figure unique du dessin annexé représente, de façon schématique, un dispositif selon l'invention. Sur cette Figure, on voit en 10 l'enceinte chauffée dans laquelle sont positionnées les charges à chauffer. Selon l'invention, on dispose dans cette enceinte 10, dans des emplacements déterminés, des injecteurs tels que 12, 12', qui sont conçus de façon à obtenir directement dans le four des mouvements tourbillonnaires gazeux autour et en contact avec la charge. Les injecteurs 12, 12' sont alimentés en gaz sous pression, de préférence préchauffé, par exemple de l'air ou un gaz de même nature que l'atmosphère du four. Ainsi qu'on peut le voir sur le dessin, chaque injecteur 12, 12' crée un entraînement important de gaz d'atmosphère, balayant la zone où est située la charge à chauffer. Selon l'invention, on extrait de l'enceinte chauffée, en 16, 16', un volume du gaz d'atmosphère du four identique à celui injecté. Ce volume extrait est utilisé dans un réchauffeur 18 pour réchauffer le gaz entrant, venant généralement d'un compresseur 20. Selon le bilan thermique souhaité, les conditions locales et le type d'atmosphère du four, et dans l'hypothèse où le gaz injecté dans l'enceinte est réchauffé avant son injection, on prévoit trois solutions à la sortie du réchauffeur 1- circuit ouvert direct (cas où le gaz injecté est de l'air); 2- circuit ouvert après récupération des calories dans un échangeur 22, à air, à eau, ou autre (cas où le gaz injecté est de l'air); 3- circuit fermé : on réalise un recyclage des gaz, extraits en 16, 16', dans le compresseur 20, après passage dans l'échangeur 22 (cas des gaz spé ciaux). Les injecteurs 12, 12' peuvent occuper des positions et des emplacements variables, en fonction de l'espace permettant le développement du jet, de la dimension de la charge à chauffer et de l'emplacement des corps radiants servant à chauffer l'enceinte : on peut, par exemple pour une charge présentant une grande hauteur, prévoir des injecteurs à la base de la charge, et une extraction des gaz au sommet de la charge, afin de favoriser un balayage total de cette dernière. L'exemple non limitatif suivant illustre l'invention. Dans un four chauffant des produits à 1200 cl, à l'aide de résistances, on injecte de l'air comprimé à 1 bar, puis réchauffé par l'air extrait du four, qui, à un certain moment du cycle, peut sortir à 1100"C ; cet air chaud sortant est utilisé dans le réchauffeur 18, d'où il sort à une température d'environ 300 cl, après avoir réchauffé à 700 CC l'air comprimé entrant dans le four. Cet air peut entre soit renvoyé à l'atmosphère, soit refroidi dans un échangeur fournissant de l'eau chaude, par exemple. Parmi les avantages apportés par le procédé et le dispositif selon la présente invention, comparés aux solutions existantes, on peut citer - possibilité d'utilisation aux températures élevées - entretien réduit, étant donné qu'il n'existe aucune pièce mobile du dispositif en contact avec l'atmosphère chaude de l'enceinte du four - adaptation à tous les types d'atmosphère de four (air ou mélange de gaz spéciaux, ou atmosphère neutre) - mouvements tourbillonnaires, réalisés de telle façon qu'ils permettent, par le choix correct de l'angle du ou des injecteurs, de réduire l'érosion des parois, dans le cas de fours pourvus de garnissages en réfractaire fibreux, le tourbillon se développant sans contact avec la paroi - adaptation rapide et simple à de nombreux types de fours existants. Le dispositif selon l'invention est susceptible de nombreuses applications, et notamment d'une application à toute enceinte chauffée par corps rayonnants, quels que soient la charge à chauffer et le type d'atmosphère utilisée, qui nécessite un mouvement de cette atmosphère pour obtenir un chauffage rapide et homogène de la charge. I1 demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit et représenté, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. C'est ainsi que le dispositif peut comporter plusieurs injecteurs, utilisés de façon sélective au cours du cycle de traitement thermique, suivant le volume'et la forme de la charge à traiter. De même, les injecteurs peuvent être utilisés pour assurer un refroidissement accéléré de la charge. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour améliorer les échanges thermiques dans des fours chauffés par éléments rayonnants, afin de parfaire le chauffage par rayonnement en lui ajoutant un chauffage par convection, caractérisé en ce qu'il consiste à créer des mouvements tourbillonnaires autour et en contact de la charge du four à l'aide de jets de gaz injecté sous pression, et de préférence préchauffé, entrainant le gaz d'atmosphère du four et balayant la zone où se situe ladite charge. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit gaz est de même nature que l'atmosphère du four, qui peut etre de l'air, un gaz réducteur type HNX, un gaz inerte ou de la vapeur 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit gaz est de nature différente de celui de l'atmosphère du four. 4 - Procédé selon I1une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on extrait de l'enceinte du four un volume de gaz d'atmosphère en principe égal à celui injecté, qui sert à réchauffer le gaz comprimé injecté dans le four. 5 - Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un injecteur de gaz, préalablement comprimé et de préférence préchauffé, convenablement positionné dans l'enceinte du four, afin de créer ledit mouvement tourbillonnaire de la charge. 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les injecteurs sont positionnés en des endroits tels que les jets sortant de ces injecteurs se développent dans des espaces suffisants pour que l'effet de brassage soit optimal. 7 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le lieu d'extraction du gaz d'atmosphère est prévu de façon que le balayage de la charge soit maximal. 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on prévoit plusieurs injecteurs utilisés sélectivement au cours du cycle de traitement thermique, suivant le volume et la forme de la charge à traiter. 9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les injecteurs peuvent également servir au refroidissement de la charge.