Brevet FR2495980A1 — publié le 19820618

La présente invention porte sur un procédé d'enlèvement superficiel de matière des objets en fer fortement carburé du type dans lequel une flamme, formée par combustion d'un gaz de chauffe avec de l'oxygène, est dirigée sur la surface à traiter de l'objet et passée sur toute cette surface avec formation d'une masse fondue à l'endroit d'application, par lignes contiguës, avec continuation locale de la masse fondue et enlèvement de celle-ci et sur un chalumeau pour la mise en oeuvre de ce procédé. Le DE-PS 19 37 089 propose un procédé de ce type. Dans ce procédé, la surface d'objets en fer fortement carburé, à sa- voir en fonte à graphite sphéroldal, est chauffée à un endroi jusqu'à la fusion avec une flamme gaz-oxygène, après quoi, ultérieurement, la matière est enlevée avec un jet de gaz, essentiellement d'oxygène. Il se produit cependant au cours de ce traitement un important dégagement de fumée brune par oxydation du fer, ce qui peut être nuisible à l'emplacement d, travail et pour l'environnement. D'autre part, on connaît pour les objets en acier des traitements d'enlèvement superficiel de matière au chalumeau, mais ils nécessitent un préchauffage important du matériau, lequel non seulement est coûteux, mais aussi, dans le cas des corps creux et des objets de forme compliquée, n'est plus possible avec la régularité souhaitée, et même risque de provoquer des fissures de contrainte. En outre, l'acier et le fer fortement carburé comme la fonte ont des points de fusion et d'ébullition très différents, et ces points ont justement une influence importante en ce qui concerne la formation de vapeur de fer et de fumée brune. Ils ont aussi des conductivités thermiques très différentes, de sorte que les conditions nécessaires à la formation de la masse fondue ne sont plus applicables. L'invention a pour but, dans un procédé du type indiqué au début, de réduire la formation de fumée brune. L'invention atteint ce but en faisant agir sur la sur- face un gaz s'écoulant plus lentement que le gaz de chauffe et l'oxygène et réagissant endothermiquement, en fixant de la chaleur, avec au moins une partie des gaz de la flamme. L'invention, donc, d'une part, crée les conditions chi- miques nécessaires à la réduction de la fumée brune et, d'autre part, réalise les conditions d'écoulement qui, con- jointement avec les conditions chimiques, permettent d'at- teindre le but fixé. Le gaz endothermique qui, selon l'in- vention, s'écoule plus lentement que le gaz de chauffe et l'oxygène, a, en raison de sa vitesse d'écoulement, une durée de séjour suffisante pour réagir endothermiquement en propor- tion suffisante. Cela abaisse la température de la masse fon- due formée de façon telle qu'il ne se forme plus que très peu de fumée brune, La réaction du gaz réagissant endothermique- ment avec les gaz de la flamme peut conduire à une régénéra- tion endothermique des gaz déjà brûlés, ce qui réduit beau- coup la formation de fumée précitée. Un point important est qu'à la différence du DE-PS 19 37 089, pendant toute la durée du traitement, il est ap- porté non seulement de l'oxygène, mais aussi du gaz de chauf- fe, et une flamme est formée. Il suffit d'ajouter le gaz réagissant endothermiquement seulement après la formation initiale de la masse fondue. L'avantage est que, pendant la phase initiale, il n'y a pas encore de baisse de rendement par diminution de l'apport de chaleur. Le gaz réagissant endothermiquement peut être formé par combustion d'une partie du gaz de chauffe ou bien amené sé- parément de la flamme à la zone d'impact de celle-ci. On peut aussi l'ajouter à la flamme. Selon une première forme de réalisation, dans laquelle l'oxygène est amené au centre et le gaz de chauffe autour du jet d'oxygène, la flamme est formée à partir d'un hydrocarbu- re gazeux et d'oxygène avec un rapport de combustion à peu près stoechiométrique, tandis que le gaz réagissant endother- miquement est amené séparément. Il est particulièrement in- téressant d'ajouter par ce procédé, comme gaz réagissant endothermiquement, un jet de CO2 ayant un débit en volume de 0,5 à 2,0 % du débit d'oxygène, sa vitesse d'écoulement étant de 1,2 à 3,0 % de celle du jet d'oxygène. A ce débit et cette vitesse, le gaz réagissant endothermiquement,ajouté séparément de la flamme, ne nuit pratiquement pas au rende- ment d'enlèvement de matière mais réduit de façon satisfai- sante la fumée brune. La matière fondue formée est chassée de la zone de fusion par l'énergie cinétique du jet de gaz, de sorte que se produit l'enlèvement superficiel de matière voulu. Du point de vue particulier de l'apport suffisant de chaleur et d'une énergie cinétique suffisante pour l'enlève- ment de la matière fondue formée, il convient d'utiliser, avec le jet de CO2 mentionné, un jet d'oxygène ayant une vi- tesse de 1,2 à 4 fois celle du jet de gaz de chauffe. Les jets de gaz dirigés sur la surface à traiter avec ces vites- ses relatives nécessitent cependant une vitesse minimale: la vitesse du jet d'oxygène ne doit pas descendre au-dessous d'environ 100 m/s, tandis que, vers le haut, elle ne doit pas dépasser environ 300 m/s. La vitesse du jet de gaz de chauffe se calcule d'après la relation ci-dessus. Une autre forme de réalisation du procédé prévoit la formation du gaz réagissant endothermiquement par une trans- formation dans la flamme du gaz de chauffe. Dans ce cas, on choisit l'apport total d'oxygène de façon que le rapport de combustion soit d'environ 1,1 à 1,3 fois le rapport stoechio- métrique, le gaz de chauffe étant de nouveau un hydrocarbure gazeux et le dard étant dirigé sur la surface de l'objet avec un jet d'oxygène excédentaire de la manière précitée à peu près circulaire. La réaction endothermique a donc lieu dans une zone enveloppant la flamme et, si l'excédent d'oxygène proposé est réalisé, empêche la formation et la propagation de fumée brune. Au-dessous du rapport précité, la formation de fumée brune est bien encore réduite, mais le rendement d'enlèvement de matière diminue notablement. Pour le procédé décrit précédemment aussi, le rapport des vitesses du jet de la flamme ou d'oxygène et du jet de gaz réagissant endothermiquement est important, et l'on ob- tient les meilleurs résultats lorsque le jet d'oxygène dirigé sur la surface a une vitesse de 1,5 à 2,0 fois celle du jet de gaz de chauffe. Spécialement pour le traitement de la fonte, la fonte à graphite sphéroldal et la fonte d'affinage, l'apport calori- fique par unité de temps est fixé par un apport de propane d'environ 500 1/mn, lequel est brûlé avec un apport d'oxygène d'environ 2500 à 3300 1/mn. Cet apport calorifique permet d'une part de fondre une quantité suffisante de fonte et de la chasser par l'énergie cinétique de la flamme et d'autre part de réduire de façon satisfaisante la formation de fumée brune. Un chalumeau spécialement conçu pour la mise en oeuvre du procédé revendiqué est représenté sur le dessin, sur le- quel: - la figure 1 est une vue générale du chalumeau, - la figure 2 est une vue de face de la buse du chalu- meau; - la figure 3 est une vue de face de la buse plate et - la figure 4 est une vue de côté de la buse plate. Comme le montrent les figures 1 et 2, la tête 6 du cha- lumeau présente un orifice de sortie rectangulaire plat 1 pour l'oxygène tandis que les orifices de sortie de gaz 2 sont disposés sur les deux grands côtés en deux rangées de 1.2 buses. Le gaz arrive par le conduit 7 et le gaz de chauffe par le conduit de plus petite section 8. La flamme se forme ainsi à peu près dans un plan 3 situé devant la buse 6 et que, pendant le fonctionnement, l'on dirige sur l'objet auquel de la matière est à enlever superficiellement. Entre la buse 6 et les conduits de gaz 7 et 8, est monté un guide arqué 9 dans la fente arquée 10 duquel la buse plate 4 peut être positionnée au moyen de galets de guidage 11, 12 et de la vis de blocage 13. Le jet plat sortant dans le sens de la flèche 5 coupe donc le plan 3 dans lequel s'étend la flamme à un endroit qui dépend de la position de la buse plate 4. On peut faire varier cette position dans un large domaine et l'adapter à la propagation de la flamme. Le jet, dans la buse plate 4, prend la section elliptique 14 représentée sur la figure 3. Dans le cas du modèle opérationnel, la section de sor- tie de l'orifice central 1 de sortie d'oxygène est de 2,85 cm2, tandis que la section totale des orifices 2 de sortie de gaz de chauffe, ici de propane, est de 1,18 cm L'aire de la section elliptique de sortie de la buse plate 4 est de 1,50 cm2. Dans une variante de mise en oeuvre du procédé on forme le gaz réagissant endothermiquement par transformation dans la flamme du gaz de chauffe en choisissant l'apport total d'oxygène de façon que le rapport de combustion soit d'envi- ron 1,1 à 1,3 fois le rapport stoechiométrique, le gaz de chauffe étant un hydrocarbure gazeux et le dard étant dirigé sur la surface avec un jet d'oxygène excédentaire à peu près circulaire. Pour cette variante, on utilise une buse ayant un orifice central circulaire de sortie d'oxygène de 1,86 cm2 entouré de 14 petits orifices de sortie de propane disposés en cercle et ayant une section totale de 0,53 cm Le fonctionnement avec les différents paramètres donne les résultats rassemblés dans le tableau suivant. Forme de buse 1) Buse concentrique 2) Buse de chalumeau rectangulaire plate et buse plate pour Co2 Conditions de fonctionnement a) 14 bars 02,1, 5 bar propane b) 12 bars 02' 1,5 bar propane c) 14 bars 02, 1,5 bar propane, 6 à 8 bars CO2 d) 10 bars 2' 1,5 bar propane. Résultats a) b) c) d) 1) beaucoup moins de nette diminution de fumée fumée de la fumiée, ren- dement moindre 2) beaucoup moins de rendement trop faible ren- de fumée fumée, très utilisable dement, fumée faible ren- fumée très très réduite dement réduite Revendications 1.- Procédé d'enlèvement superficiel de matière des ob- jets en fer fortement carburé tel que fonte, fonte à graphite sphéroidal et fonte d'affinage, dans lequel une flamme, for- mée par combustion d'un gaz de chauffe avec de l'oxygène, est dirigée sur la surface à traiter de l'objet et passée sur toute cette surface avec formation d'une masse fondue-à l'endroit d'application, par lignes contiguës, avec continua- tion locale de la masse fondue et enlèvement de celle-ci; ca- ractérisé par le fait que, dans la zone d'impact du jet de la flamme, on fait agir sur la surface un gaz s'écoulant plus lentement que le gaz de chauffe et l'oxygène et réagis- sant endothermiquement, en fixant de la chaleur, avec au moins une partie des gaz de la flamme. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on fait agir le gaz réagissant endothermiquement dans la zone d'impact de la flamme seulement après la forma- tion de la masse fondue. 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, ca- ractérisé par le fait que le gaz réagissant endothermique- ment est formé par combustion d'au moins une partie du gaz de chauffe. 4.- Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, ca- ractérisé par le fait que le gaz réagissant endothermique- ment est amené séparément de la flamme à la zone d'impact de celle-ci. 5.- Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, ca- ractérisé par le fait que le gaz réagissant endothermiquement est introduit dans la flamme. 6.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, ca- ractérisé par le fait que l'oxygène est amené au centre et le gaz de chauffe autour du jet d'oxygène. 7.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, carac- térisé par le fait que la flamme est formée à partir d'un hydrocarbure gazeux et d'oxygène avec un rapport de combus- tion à peu près stoechiométrique. 8.- Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que comme gaz réagissant endothermiquement, il est apporté séparément de la flamme un jet de Co2 ayant un débit en volume de 0,5 à 2,0 % du débit d'oxygène et une vitesse de 1,2 à 3,0 % de celle du jet d'oxygène. 9.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, carac- térisé par le fait que le jet d'oxygène est dirigé sur la surface à une vitesse d'environ 1,2 à 4 fois celle du jet de gaz de chauffe, la vitesse du jet d'oxygène étant compri- se entre 100 et 300 m/s. 10.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, carac- térisé par le fait qu'on forme le gaz réagissant endothermi- quement par transformation dans la flamme du gaz de chauffe en choisissant l'apport total d'oxygène de façon que le rapport de combustion soit d'environ 1,1 à 1,3 fois le rap- port stoechiométrique, le gaz de chauffe étant un hydrocar- bure gazeux et le dard étant dirigé sur la surface avec un jet d'oxygène excédentaire à peu près circulaire. 11.- Procédé selon la revendication 10, caractérisé par le fait que le jet d'oxygène est dirigé sur la surface à une vitesse de 1,1 à 2 fois celle du jet de gaz de chauffe. 12.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que la flamme dirigée sur la surface à traiter est formée par combustion d'environ 500 1/mn de propane avec environ 2750 à 3300 1/mn d'oxygène. 13.- Chalumeau pour la mise en oeuvre du procédé selon. les revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il pré- sente un orifice central à peu près rectangulaire (1) de sor- tie d'oxygène, une rangée de petits orifices (2) de sortie de gaz de chaque côté de l'orifice (1) de sortie d'oxygène et une buse plate (4) orientable par rapport au plan (3) du jet du chalumeau formé par ces orifices, l'angle entre le jet (5) de cette buse (4) et le plan (3) du jet du chalumeau pouvant être réglé entre 0 et 450. 14.- Chalumeau selon la revendication 13, caractérisé par le fait que la buse plate (4) a une section comprise entre la section de l'orifice (1) de sortie d'oxygène et la somme des sections des orifices (2) de sortie de gaz. 15.- Chalumeau selon la revendication 14, caractérisé par le fait que la buse plate (4) a une section elliptique, le rapport des axes de l'ellipse étant d'environ 10.